SE452331B

SE452331B - SCREW PRESSURE FOR COMPRESSION AND DRAINAGE OF MORE OR LESS MOISTURE CELLULOSIC AND / OR OTHER FIBROSE MATERIALS IN PIECE FORM

Info

Publication number: SE452331B
Application number: SE8601152A
Authority: SE
Inventors: Hans-Erik Kvarnstroem
Original assignee: Kvarnstrom Hans Erik
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-11-23
Also published as: WO1987005619A1; FI92478B; NO168430B; FI92478C; SE8601152D0; NO168430C; DK592187D0; EP0301000A1; NO874588L; ATE68515T1; DK167934B1; DK592187A; DE3773927D1; EP0301000B1; SE8601152L; AU7128187A; FI884188A; FI884188A0; NO874588D0

Abstract

A screw press, which compresses and dewaters more or less moist cellulose-containing and/or fibrous materials in pieces, e.g. waste paper, wood, grass, straw and other harvest products, cellulose, peat, bark and the like, includes a feed device (2) having an input portion (3) for material, which is to be compressed, and at least one first pressure cone (13) for a forceful compressing of the material, a discharge opening (26) for the compressed and dewatered product, a rotary screw (11), which extends from the input portion at least into said first pressure cone (13) as well as driving means (8, 9) to make the screw rotate. The core (27) of the screw and/or its thread (28) is eccentric in relation to the rotation axis (30) of the screw and in relation to the mean screw line of the core respectively, in at least some of the thread turns in one zone (V) of said first pressure cone, and the jacket of this pressure cone (13) is impermeable in said zone (V).

Description

452 351 presskonan, kommer vattnet att innestängas i denna. Det torde främst vara denna problematik som hittills förhindrat användningen av skruv- pressar för att avvattna fuktiga, fiberhaltiga material till mycket höga torrhalter för framställning av sammanhängande presskroppar. xßøoGöRrLsz FöR UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en skruvpress av i ingressen angivet slag, med vilken man kan avvattna och brikettera nämnda mate- rial med fukthalter ända upp till 60 % för framställning av hårda, väl sammanhängande briketter med mycket höga torrhalter. Dessa och andra syften kan uppnås därigenom att skruvens kärna och/eller gänga är excentrisk relativt skruvens rotationsaxel, respektive relativt gängans medelskruvlinje, i åtminstone något av gängvarven i området- för nämnda första presskona. Vidare är presskonans vägg tät, åtmins- tone i en zon av densamma med väsentlig axiell utsträckning, så att lokala, mycket höga tryck, skall kunna utvecklas. Det har visat sig att en skruvpress som är anordnad på detta sätt mycket effektivt kan avvattnas, även om fukthalten i utgångsmaterialet är mycket högt. 452 351 the press cone, the water will be trapped in it. It is mainly this problem that has so far prevented the use of screw presses for dewatering moist, fibrous materials to very high dry contents for the production of continuous press bodies. BACKGROUND OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a screw press of the type stated in the preamble, with which said material can be dewatered and briquetted with moisture contents up to 60% for the production of hard, well-coherent briquettes with very high dry contents. These and other objects can be achieved in that the core and / or thread of the screw is eccentric relative to the axis of rotation of the screw, respectively relative to the mean helix of the thread, in at least some of the thread turns in the area of said first press cone. Furthermore, the wall of the press cone is dense, at least in a zone of the same with a substantial axial extent, so that local, very high pressures can be developed. It has been found that a screw press arranged in this way can be dewatered very efficiently, even if the moisture content of the starting material is very high.

Uppfinningen bygger inte på någon särskild teori, som gör anspråk på att vetenskapligt förklara varför denna effekt uppnås. Emellertid tyder utförda experiment på att skruven vid rotationen knådar mate- rialet genom att upprepande gånger utsätta detta för kraftiga, lokala tryckökníngar och tryckfall, vilka torde resultera i att hålrum bildas i det komprimerade materialet i gänggången, i vilka hålrum vatten i vätske- och/eller ångfas kan ansamlas under tryck för att vid skruvens rotation under inverkan av trycket från pressgodset evakueras bakåt i gänggången. Det har vid försök med varierande utformning av skruven inte helt kunnat klarläggas om det är excentriciteterna i skruvaxeln eller i gängan som i första hand ger det önskade resultatet. Troligen uppnås en samverkan mellan excentriciteter i skruvkärnan och i gängan, varför både kärnan och gängen bör göras excentriska i detta område.The invention is not based on any particular theory, which claims to scientifically explain why this effect is achieved. However, experiments have shown that the screw kneads the material during rotation by repeatedly exposing it to strong, local pressure increases and pressure drops, which should result in cavities being formed in the compressed material in the gangway, in which cavities water in liquid and / or or a vapor phase can accumulate under pressure in order to be evacuated backwards in the thread during the rotation of the screw under the influence of the pressure from the pressed material. In experiments with varying design of the screw, it has not been possible to fully clarify whether it is the eccentricities in the screw shaft or in the thread that primarily give the desired result. An interaction between eccentricities in the screw core and in the thread is probably achieved, so both the core and the threads should be made eccentric in this area.

Excentricíteten i gängan uppnås företrädesvis genom att denna görs vågformig.The eccentricity of the thread is preferably achieved by making it wavy.

För att kunna avlägsna den fukt som pressas bakåt i pressen är ett mantelpartí företrädesvis anordnat mellan intagsdelen och den hel- 10 15 20 25 30 35 452 331 mantlade presskonan eller presskonzonen, vilket mantelparti är försett med dräneringsöppningar. För att detta vatten inte skall stängas inne i presskroppens centrum utan kunna tränga ut mot dräneringsöppningarna i manteln är skruvpressen enligt en föredragen utföríngsform så anord- nad att presskroppen i eller intill området för dräneringsöppningarna spräcks upp, så att vattnet från presskroppens centrum kan evakueras genom sprickorna ut mot manteln samt genom dräneringsöppningarna i denna.In order to be able to remove the moisture which is pressed backwards in the press, a jacket portion is preferably arranged between the intake part and the entire jacketed press cone or the press cone, which jacket portion is provided with drainage openings. In order for this water not to be closed inside the center of the compaction body but to be able to protrude towards the drainage openings in the jacket, the screw press is according to a preferred embodiment arranged so that the compression body in or next to the area of the drainage openings is cracked so that water can be evacuated out towards the mantle and through the drainage openings in it.

Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven samt av följande beskrivning av en föredragen utföringsform.Further features and aspects of and advantages of the invention will be apparent from the appended claims and from the following description of a preferred embodiment.

KORT FIGURBESKRIVNING I följande beskrivning av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas till bifogade ritníngsfigurer, av vilka Fig 1 utgör en längsgående genomskärning av skruvpressen, Fig. 2 utgör en sidovy av skruven, och Fig. 3 visar skruven i en vy III-III i Fig. 2, Fig. 4 visar en längsgående genomskärning av en avvattningscylinder och en anslutande första presskona. ßasxnxvnïnc Av FÖREDRAGEN uTFöRmGsFoRM Den i Fig. 1 visade skruvpressen är anordnad på ett fundament l.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description of a preferred embodiment, reference will be made to the accompanying drawing figures, of which Fig. 1 is a longitudinal section of the screw press, Fig. 2 is a side view of the screw, and Fig. 3 shows the screw in a view III-III in Figs. Fig. 4 shows a longitudinal section of a dewatering cylinder and a connecting first press cone. ßasxnxvnïnc OF THE PREFERRED EMBODIMENT The screw press shown in Fig. 1 is arranged on a foundation 1.

Skruvpressen vilar på fundamentet l med sitt matarhus 2. som har en intagsdel 3. över intagsdelen finns en pâfyllnadstratt 4. I tratten 4 finns en i vertikal riktning oscillerande nedmatare 5, som drivs via en vevsläng 6 och transmissionsorgan 7 av drivaxeln 8 från en elekt- risk motor 9.The screw press rests on the foundation 1 with its feed housing 2. which has an intake part 3. above the intake part there is a filling funnel 4. In the funnel 4 there is a vertically oscillating feeder 5, which is driven via a crank hose 6 and transmission means 7 by the drive shaft 8 motor risk 9.

Drivaxeln 8 sträcker sig genom ett axelhus 10 för att driva en skruv ll. 10 15 25 30 35 452 331 § Skruven 11 sträcker sig genom intagsdelen 3, vidare genom en avvatt- ningscylinder 12 och slutligen in i en första presskona 13. En andra presskona, som utgör en direkt fortsättning på den första presskonan 13, har betecknats 14, och ett avslutande munstycke med en tredje konisk förträngning 16 har betecknats 15.The drive shaft 8 extends through a shaft housing 10 to drive a screw 11. Section 15 The screw 11 extends through the intake part 3, further through a drainage cylinder 12 and finally into a first press cone 13. A second press cone, which constitutes a direct continuation of the first press cone 13, has been designated 14 , and a terminating nozzle with a third conical constriction 16 has been designated 15.

Avvattningscylindern 12 och den inledande delen av den anslutande, första presskonan 13, Fig. 4, är på insidan på i och för sig känt sätt försedd med längsgående bommar 17, vilka förhindrar att pressgodset roterar i gänggângen med skruven 11. I sin bakre del - denna zon har betecknats 18 - har avvattningscylinderns 12 mantel försetts med en mängd runt manteln fördelade dräneringshål 19. Dessa har en diameter av 3 mm. Dräneringszonen 18 omges av en kåpa 20 för uppsamlíng av vatten som rinner eller pressas ut genom hålen 20. En dränerings- ledning från kåpan 20 har betecknats 21. Den första presskonan 13 omges i sin centrala del av en kylmantel 22, som genomströmmas av kylvatten.The dewatering cylinder 12 and the initial part of the connecting, first press cone 13, Fig. 4, are provided on the inside in a manner known per se with longitudinal bars 17, which prevent the press material from rotating in the thread with the screw 11. In its rear part - this zone has been designated 18 - the jacket of the drainage cylinder 12 has been provided with a number of drainage holes 19 distributed around the jacket. These have a diameter of 3 mm. The drainage zone 18 is surrounded by a cover 20 for collecting water which flows or is forced out through the holes 20. A drainage line from the cover 20 has been designated 21. The first press cone 13 is surrounded in its central part by a cooling jacket 22, which is flowed through by cooling water.

Skruvens 11 gänga eller vingar 28, sträcker sig inte in i den andra presskonan 14, som via gängor 23 är fastskruvad på den första press- konan 13, men däremot sträcker sig en förlängning av skruvens kärna 27 in med ett förlängningsstycke 45 i nämnda andra presskona 14. Denna_ andra presskona 14 omges av en_kylmantel 24, som genomströmmas av kylvatten för att avleda den värme som utvecklas även i denna andra presskona. Även det avslutande munstycket 16, vars avslutande inner- diameter 25 väljs alltefter önskad dimension på briketterna, monteras genom skruvning på föregående presskona.The thread or wings 28 of the screw 11 does not extend into the second press cone 14, which is screwed onto the first press cone 13 via threads 23, but instead an extension of the core 27 of the screw extends in with an extension piece 45 in said second press cone 14. This second press cone 14 is surrounded by a cooling jacket 24, which is passed through by cooling water to dissipate the heat which is also developed in this second press cone. The final nozzle 16, the final inner diameter 25 of which is selected according to the desired dimension of the briquettes, is also mounted by screwing on the preceding press cone.

Skruvens ll kärna 27 har utmed sin längd avtagande diameter och delvis även varierande form. Gängan 28 har varierande stigning utmed skruvens längd. Utmed huvuddelen har gängan 28 en cylindrisk ytterkontur för att i området för den första presskonan 13 övergå till konisk form.The core 27 of the screw 11 has a decreasing diameter along its length and partly also of varying shape. The thread 28 has varying pitch along the length of the screw. Along the main part, the thread 28 has a cylindrical outer contour in order to change to a conical shape in the area of the first press cone 13.

Skruven ll kan med avseende på gängans 28 varierande stigning delas in i ett flertal zoner I-VI: 10 15 20 25 30 35 452 331 5 Zon I - stor stigning - ett gängvarv 28A Zon II - måttlig stigning - tre gängvarv 28B Zon III - mycket stor stigning - ett gängvarv 28C Zon IV - måttlig stigning - tre gängvarv 28D Zon V - liten vâgformig stigning - tre gängvarv 283 Den stora stigningen i-det första gängvarvet 28A, zon I, underlättar för skruven 28 att taga åt sig grövre material, såsom exempelvis större papperssjok, skivor och liknande. I nästa zon II i intagsdelen 3 är gängstigningen något mindre, och under dessa tre gängvarv 28B sker en viss sammanpressning av materialet. I det inledande gängvarvet 28C, zon III, i avvattningscylindern 12, medför den mycket stora gäng- stigningen att det hoppressade materialet åter slits isär, vilket medför att en mängd sprickor med övervägande radiell riktning uppstår i materialet. Därefter kompakteras materialet ånyo i de nästa tre gängvarven 28D i zon IV i avvattningscylindern 12. I den avslutande zonen V i presskonan 13 har skruven ll konisk form. Det avslutande gängvarvet i zon IV sträcker sig in i presskonan 13 med måttlig stig- "“ ning. De därefter följande tre gängvarven 28E har mycket liten och vågformig stigning. Detta jämte den koniskt avtagande formen på gäng- gången medför en mycket kraftig ytterligare komprimering av press- godset under utveckling av ett mycket högt tryck och värme. Den våg- formiga eller slingrande formen på gängan medför en stötvis kompri-- mering av pressgodset, vilket visat sig vara synnerligen effektivt för att uppnå den maximala komprimeringen och synes samtidigt underlätta vattenavskiljandet. Den senare effekten torde inträffa i de släpp- nings- eller avlastningsfaser som följer efter varje vågtopp på gängan.With regard to the varying pitch of the thread 28, the screw II can be divided into a plurality of zones I-VI: 10 15 20 25 30 35 452 331 5 Zone I - large pitch - one thread turn 28A Zone II - moderate pitch - three thread turns 28B Zone III - very large pitch - one thread turn 28C Zone IV - moderate pitch - three thread turns 28D Zone V - small wave-shaped pitch - three thread turns 283 The large pitch in the first thread turn 28A, zone I, makes it easier for the screw 28 to absorb coarser material, such as larger paper jokes, discs and the like. In the next zone II in the intake part 3, the thread pitch is somewhat smaller, and during these three thread turns 28B a certain compression of the material takes place. In the initial thread turn 28C, zone III, in the dewatering cylinder 12, the very large thread pitch causes the compressed material to tear apart again, which causes a number of cracks with predominantly radial direction to occur in the material. Thereafter, the material is compacted again in the next three thread turns 28D in zone IV of the dewatering cylinder 12. In the terminating zone V of the press cone 13, the screw 11 has a conical shape. The final thread turn in zone IV extends into the press cone 13 with moderate pitch. The subsequent three thread turns 28E have a very small and wavy pitch. This, together with the conically decreasing shape of the thread thread, results in a very strong further compression of The wavy or tortuous shape of the thread results in a shock compression of the pressed material, which has proven to be extremely effective in achieving the maximum compression and at the same time seems to facilitate water separation. The latter effect should occur in the release or unloading phases that follow each wave peak on the thread.

Skruvkärnan 27 är i gänggången mellan gängvarven så formad att gäng- gångbottnen i axiella snitt är skâlformad. vilket är i och för sig känt. Medeldiametern på skruvkärnan 27 är i de första tre zonerna I-III och även i ungefär halva den fjärde zonen IV oföränderligt lika _ stor. Formen på skruvkärnan 27 i den resterande delen är däremot mycket komplex. Diametern i gänggången X är sålunda mindre än i före- gående gängvarv. Därefter sjunker diametern ytterligare men i olika 10 15 20 25 30 35 452 331 ï grad på olika sidor om rotationsaxeln, såsom framgår av Fig. 2 och 3.The screw core 27 is shaped in the thread between the thread turns so that the thread bottom in the axial section is shell-shaped. which is known per se. The average diameter of the screw core 27 is invariably equal in the first three zones I-III and also in about half of the fourth zone IV. The shape of the screw core 27 in the remaining part, on the other hand, is very complex. The diameter of the thread X is thus smaller than in previous thread turns. Thereafter, the diameter decreases further but to different degrees on different sides of the axis of rotation, as shown in Figs. 2 and 3.

Medan kärnans diameter avtar symmetriskt, konformigt i ett axiellt snitt, Fig. 2, avtar den osymmetrískt i ett snitt som är vinkelrätt mot det föregående, Fig. 3. Sålunda är den minstra radien R1 i gäng- gångbottnen 40 betydligt mindre än den minsta radien R2 i gänggång- bottnen Al på motsatt sida av skruven. Samma förhållande gäller i nästa gängvarv, där radien Rs är mindre än R4. En ytterligare egenhet är att radien Rl är mindre än den största radien R5 i gänggångbottnen 42. Både gängan 28 och kärnan 27 är sålunda utformade på sådans sätt att pressgodset utsätts för kraftiga lokala tryckhöjningar följda av trycksänkningar i presskonan 13, som är tät. Detta innebär med all säkerhet att pressgodset kraftigt knâdas i presskonan 13, så att hâlrum bildas, i vilka vatten och ånga kan ansamlas under högt tryck och hög temperatur. Dessa hålrum pressas bakåt. Varför detta sker är svårt att förklara utan kan endast konstateras som ett faktum. Vatten och ånga som ansamlas i dessa hålrum transporteras sålunda efter hand bakåt, vilket sker stötvis. Eftersom endast en begränsad mängd ånga förtätas under högt tryck i varje hålrum, elimineras även de risker 55 vilka eljest är förenade med höga ångtryck.While the diameter of the core decreases symmetrically, conically in an axial section, Fig. 2, it decreases asymmetrically in a section perpendicular to the previous one, Fig. 3. Thus, the smallest radius R1 in the threaded bottom 40 is significantly smaller than the smallest radius. R2 in the threaded bottom A1 on the opposite side of the screw. The same relationship applies in the next thread turn, where the radius Rs is less than R4. A further peculiarity is that the radius R1 is smaller than the largest radius R5 in the threaded bottom 42. Both the thread 28 and the core 27 are thus designed in such a way that the press material is subjected to sharp local pressure increases followed by pressure drops in the press cone 13, which is tight. This certainly means that the pressed goods are strongly kneaded in the press cone 13, so that cavities are formed, in which water and steam can accumulate under high pressure and high temperature. These cavities are pushed backwards. Why this happens is difficult to explain but can only be stated as a fact. Water and steam that accumulate in these cavities are thus gradually transported backwards, which occurs in shocks. Since only a limited amount of steam is condensed under high pressure in each cavity, the risks 55 which are otherwise associated with high steam pressures are also eliminated.

Den avslutande tappen 45 är excentrisk men parallell med skruvaxeln, vilket innebär att dess spets 46 vid rotationen beskriver en liten cirkel, som förhindrar att den kanal som skruvkärnan 27 bildat i centrum av presskroppen sätter igen. Det färdiga brikettmaterial som pressas ut genom det avslutande munstycket 15 är sålunda rörformat, så att ånga även kan lämna presskonan 13 i denna centrumkanal, i vilken en passage hela tiden hålls fri med hjälp av den excentriskt roterande tappen 45.The terminating pin 45 is eccentric but parallel to the screw shaft, which means that its tip 46 on rotation describes a small circle which prevents the channel formed by the screw core 27 in the center of the compact. The finished briquette material which is pressed out through the terminating nozzle 15 is thus tubular, so that steam can also leave the press cone 13 in this center channel, in which a passage is constantly kept free by means of the eccentrically rotating pin 45.

Den vågformiga eller slingrande formen på gängen i avslutningszonen ßäz framgår av Fig. 2. Sålunda uppvisan gängen í denna zon i de två inle- dande gängvarven ett par framåtriktade partier 46, 47, såsom toppar på en våg. Tangenterna 50 till dessa toppar bildar sålunda en vinkel mot en tänkt tangent mot gängans normala form. Denna vinkel har betecknats A i Fig. 2. 10 452 331 För att underlätta släppningen i det avslutande munstycket kan detta göras roterbart. Drivorgan för att rotera munstycket har symboliskt markerats med siffran 51. " "'f"'"' H P v-nvmäir-'v-:vzcnunnn-ï v :IzThe wavy or meandering shape of the threads in the termination zone ßäz is shown in Fig. 2. Thus, the threads in this zone in the two leading thread turns have a pair of forward-facing portions 46, 47, such as peaks on a wave. The keys 50 to these peaks thus form an angle to an imaginary key to the normal shape of the thread. This angle has been denoted A in Fig. 2. 452 331 To facilitate the release in the terminating nozzle, this can be made rotatable. Drive means for rotating the nozzle are symbolically marked with the number 51. "" 'f "'" 'H P v-nvmäir-'v-: vzcnunnn-ï v: Iz

Claims

10 15 20 25 30 35 452 331 PATENT REQUIREMENTS

Screw press for compaction and dewatering of more or less moist cellulosic and / or other fibrous materials in piece form, such as waste paper, wood, grass, straw and other harvest products, cellulose, peat, bark and the like, comprising a feed housing (2) with an inlet part (3) for the material to be compressed, and at least a first press cone (13) for vigorous compression of the material, a discharge opening (26) for the compressed and dewatered product, a rotatable screw (II) which extends from the intake part at least into said first press cone (13) and drive means (8, 9) for rotating the screw, characterized in that the core (27) and / or thread (28) of the screw is eccentric relative to the axis of rotation of the screw ( 30), respectively relative to the average helix of the core, in at least one of the thread turns in a zone (V) in said first press cone, and that the jacket of this press cone (13) is tight in said zone (5).

Screw press according to claim 1, characterized in that a jacket portion (12) with drainage holes (19) is arranged behind said first press cone.

Screw press according to claim 1, characterized in that the thread in the area of the first press cone is wavy. _

Screw press according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the screw core has an extension in the form of an eccentric pin (45). IN

Screw press according to claim 3, characterized in that the thread has a substantially larger pitch in a zone in the area in front of or next to said drainage hole for pulling the press material apart, so that water can flow out from the central parts of the press material towards the jacket and drain holes. 1.4 .. .. AW ..