CC BY
46
© A.B. Михайлов, K.B. Епифанцев, 2014
УДК 622.331
A.B. Михайлов, K.B. Епифанцев
ПРИМЕНЕНИЕ ШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА В ГРАНУЛЯТОРАХ ДЛЯ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Рассмотрены особенности оборудования для процессов формования торфа. Проведён анализ технологии формования и работы шнекового экструдера. Изучены образцы грануляторов различных производителей, выявлены особенности системы регулирования и контроля работы.
Ключевые слова: формование торфа, экструзия, шнек, грануляция, фильера, снижение энергозатрат, сушка, кусковое коммунально-бытовое топливо, контроль процесса.
Л энное рациональное использование оборудования позволит решить ряд проблем для проектов по малой энергетике, одним из которых является пилотный проект по созданию производства кускового торфяного коммунально-бытового топлива в заводских условиях на базе ЗАО «СЕЛИГЕР-ХОЛДИНГ» (Тверская область). В настоящее время в цехе производства происходит отладка и совершенствование работы грануля-тора с улучшения физико-химических свойств формуемого сырья.
Рис. 1. Формование и сушка торфа в полевых условиях
Введение
До настоящего времени гранулирование влажного торфа с последующей искусственной сушкой торфяного формованного топлива не получило широкого практического применения в России. Основным является фрезеровочный способ производства кускового топливного торфа с сушкой в полевых условиях.
Однако повышенный интерес к заводскому способу формования торфяных композиционных материалов многоцелевого назначения [1] вызывает необходимость выбора грануля-торов из числа выпускаемых отечественной промышленностью.
Возросший интерес к шнековым грануляторам объясняется рядом их преимуществ, к которым относятся:
• создание производственных линий по продаже коммунально-быто вого топлива и, таким образом, понижение цен на рынке малой энергетики;
• значительная однородность гранулометрического состава на выходе из аппарата;
• удобство наблюдения и управления процессом гранулирования, что позволяет оперативно устранять воз-
можные отклонения от заданного режима;
• относительно невысокая стоимость аппаратуры, надежность в работе;
• возможность гранулирования композиционных материалов.
Технология формования торфяных композиционных материалов включает в себя следующие последовательные операции: выбор пресса; подготовку тор-фосмеси по влажности и степени переработки; подбор связующих материалов; определение оптимального состава шихты; организацию процесса сушки формованной продукции (определение времени и температуры обработки); выбор оптимальной формы и размеров кусков.
При выбранной нами для анализа экструзионной обработке перерабатываемый материал подвергается интенсивному термо-влаго-механическо-му воздействию, которое приводит к различным по глубине изменениям его составных частей. Необходимо учитывать тот факт, что торф, в отличие от других горных пород, сильно обводнён и в естественном залегании может удерживать до 25 г воды на 1 г сухого вещества [2]. В зависимости от глубины происходящих изменений в
Рис. 2. Схема шнекового жструдера
термо-влаго-механическом состоянии торфа, экструзионную обработку делят на три вида:
1. Холодная экструзия — происходят только механические изменения в материале вследствие медленного его перемещения под давлением и формование этого продукта с образованием заданных форм;
2. Тепловая экструзия — наряду с механическим осуществляется тепловое воздействие на обрабатываемый продукт, причем продукт подогревается из вне;
3. Горячая экструзия — процесс проводится при высоких скоростях и давлениях, значительном переходе механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях продукта.
Экструдеры делятся по типу рабочего органа на: дисковые, поршневые, валковые, одношнековые, винтовые, многошнековые, шестеренчатые, комбинированные.
По частоте вращения шнека: нормальные, быстроходные.
По конструктивному исполнению: стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением шнека, с вертикальным расположением шнека.
По физическим признакам: с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы [3].
Основными элементами шнекового прессующего механизма являются шнек и шнековый корпус (рис. 2), а также матрица с формующими каналами и загрузочное устройство.
Шнековый корпус и шнек образуют устройство, создающее давление, а матрица с формующими полостями служит для образования продукта оп-ре деленной формы. Созданное давление экструдирует прессуемый материал через формующие полости. Обычно экструдированный продукт срезается с матрицы ножами.
Шнек прессующего механизма име ет на своей поверхности винтовые канавки, разделенные лопастями. Воз можен перегрев материала, попадающего в зазор между цилиндром и лопастью шнека. Форма шнекового корпуса может быть либо цилиндрической, либо конической, сужающейся к матрице. Форма шнека повторяет форму корпуса. Цилиндрические шнековые корпуса намного технологичнее в изготовлении и эксплуатации и получили преимущественное распространение.
Зазор между шнеком и шнековым цилиндром сильно влияет на эффективность работы механизма. Увеличение этого зазора повышает утечки прессуемого материала, а уменьшение зазора увеличивает крутящий момент, создаваемый прессуемым материалом в этом зазоре. Матрица с фильера ми — легкосъемная конструкция, рас полагается в опорной вертикальной плите, которая крепится к корпусу экструзионной камеры. Через фильеры матрицы осуществляется формование и выход продукции под высоким давлением в виде непрерывного «жгута».
Экструзионные головки можно разделить по следующим признакам:
1. По расположению относительно цилиндра экструдера: а) прямоточные; б) угловые;
2. По назначению: а) головки для грануляции; б) для гранулирования на решетке; в)головки для производства гранул трубчатого сечения; г) головки
для производства многослойных гранул методом соэкструзии;
3. По материалоемкости: а) головки для производства мелких изделий; б) головки средней металлоемкости для производства любых видов из делий; в) тяжелые экструзионные головки;
4. По конструктивным особенностям: а) головки со спиральным распределителем; б) головки для производства многослойных изделий.
Одним из путей снижения энергозатрат на формование торфа является применение нагреваемых формующих элементов. Термическое воздействие на торф при формовании в нагреваемых насадках повышает качество формования (более гладкая поверхность сформованных кусков, снижение их водопоглотительной спо собности, увеличение в 1,5—1,8 раза производительности формующих устройств). Последнее объясняется снижением сопротивления перемещению формуемого куска по поверхности контакта с формующей насадкой вследствие снижения удельной работы деформирования торфа с повышением его температуры [4]. Это одно из приоритетных направлений, называемое электроплазмолизом, исследовалось во ВНИИТП (Всесоюзном НИИ торфяной промышленности, г. Ленинград), но в конце 1980-х годов, однако, из-за недостаточного финансирования, закрылось.
Эффективность экструдера вычисляют для каждого нового перерабатываемого материала. Перед нами стоит задача сопоставления эффективности различных машин при переработке одного и того же материа ла — торфа. Для этих целей необходимо выбрать оптимальную конструкцию экструдера. Мы рассмотрим три вида грануляторов, формующих аналогичный по консистенции мате-
риал и применяющихся в пищевой, химической и строительной промыш-ленностях:
1) Гранулятор, созданный на базе пищевого формователя для переработки торфа в топливные гранулы производства фирмы «Теко» (г. Ми-асс, Челябинская область). Грануля-тор для переработки торфа в топливные гранулы (цилиндры Ш 20—60 мм, длиной 60—100 мм; трубы Ш 60— 100 мм с толщиной стенки 15—20 мм) с различными горючими добавками (древесные опилки и стружка, каменноугольная пыль и крошка, отходы нефте и газопереработки и т.п.). Конструкция шнекового узла и грануля-тора в целом отработана и имеет оптимальные эксплуатационные параметры при указанной производитель ности (1200 кг/час на торфе) [5]. Для участка с производительностью 3500 кг/час необходимо иметь 3— 4 гранулятора, что обеспечит стабильную круглосуточную работу участка. Объём приёмного бункера — 200 л, питающая сеть 3-х фазная — 380/50 В/Гц;
2) Грануляторы, применяемые в химической промышленности производства ЗХО «Заря» и ООО «Феникс» типа ФШ, (г. Дзержинск, Нижегородская область). Грануляторы формования шнековые типа ФШ предназначены для получения в непрерывном режиме гранул цилиндрической или трубчатой формы произвольной и мерной длины из увлажненных порошков и паст. Гранулятор представляет собой цилиндрический корпус со спиральной нарезкой, внутри которого помещен шнек, оснащенный сменной протирочной головкой. Шнек приводится во вращение электромеханическим приводом. Оптимально выбранная длина шнека и наличие роторного нагнетателя в загрузочной камере обеспечивают высокую про-
изводительность и эффективную переработку продукта в широком диапазоне свойств. При работе продукт поступает в загрузочную зону, захватывается запитывающими кулачками роторного нагнетателя и подается в межвитковое пространство шнека, где уплотняется и затем с помощью протирочной головки экструдируется через фильерную решетку. Исполнение узлов и деталей, контактирующих с перерабатываемым продуктом, в зависимости от его свойств возможно из коррозионностойкой или углеродистой стали [6];
3) Пресс-грануляторы по производству керамических материалов типа СМК-502 и УСМ-12 производства фирмы «РПНРД», (г. Харьков, Украина). Пресс предназначен для пластического формования гранул путем уплотнения предварительно подготовленной и очищенной от посторонних включений керамической массы и выдавливания ее в виде гранул. Пресс относится к типу машин непрерывного действия. Исходным сырьем служат глины нормальной влажности, специально подготовленные массоприготовительными машинами, равномерно увлажненные и обязательно очищенные от посторонних твердых включений, особенно металлических.
В прессе осуществляются процессы перемешивания, доувлажнения, вакуумирования, прессования и формования глиняной массы в виде гранул. Основным рабочим органом пресса является шнековый вал. На часть шнекового вала, находящуюся в вакуум-камере и цилиндре, установлены съемные шнеки. Конструкция шнеков и удобное расположение делает их легкодоступными при замене и ремонте. Лопасти шнеков покрыты твердым износостойким сплавом. Упрочнение лопастей позволяет увели-
Тип (применяемая отрасль) 0 шнека, мм 0/ длина гранул, мм Габаритные размеры, мм д/ш/в Произв-ть, кг/ч Мощность, кВт Масса, кг
Торфяной гранулятор «Теко» (пищевая) 100 20-60/ 6-100 1400/800/1800 1000-1500 11 1000
ФШ020 (химическая) 200 3-40/ 6-100 3680/1180/1020 600-1500 22 2100
ФШ025 (химическая) 250 3-45/ 6-100 4740/1380/1310 2000-3000 45 5100
ФШ030 (химическая) 300 3-50/ 6-100 5290/1810/1650 3000-4 000 75 7220
УСМ - 512 (строительная) 450-1 18-20/ 30±5 4390/3240/1620 31 500 76,5 9280
СМК502 (строительная) (строительная) 450-1 14-20/ 30±5 7260/3620/2190 36 000 147,2 18 845
чить срок службы шнеков и сократить количество ремонтов пресса связанных с заменой шнеков.
Пресс поставляется с современной системой электроуправления. Новый шкаф электроуправления дополнительно защищен от попадания пы ли специальными уплотнениями и ос нащается комплектующими фирмы Schneider. Объём приёмного бунке ра — 200 л, питающая сеть 3-х фазная — 380/50 В/Гц [7].
Для более детального анализа технические характеристики всех исследуемых грануляторов были сведены в таблицу.
Заключение
Из представленной таблицы, а также теоретических описаний каждого из грануляторов, можно заметить, что они существенно отличают ся производительностью. Производи-
тельность, в свою очередь, зависит от мощности электродвигателя. В таблице для удобства все грануляторы скомпонованы по возрастающей мощ ности. Самым мощным является гра-нулятор типа СМК502, способный производить до 36 тонн в час. Его применение в качестве элемента заводской линии по производству коммунально-бытового топлива из торфа позволит перерабатывать достаточно большие объёмы сырья. Качество металла, используемое при производстве гранулятора для строительных материалов, существенно отличается от металлов, используемых для грануля-торов других, более «тонких» областей производства, таких как химическое и пищевое. Проблема слишком большого потребления энергии данным гранулятором может решиться заменой двигателя на маломощный
Рис. 3. Смеситель и шнековый экструдер на ЗАО «СЕЛИГЕР-ХОЛДИНГ»
или установкой системы регуляции оборотов.
В настоящее время на ЗАО «Селигер-ХОЛДИНГ» (г. Тверь) используется гранулятор Миасской компании «Теко». Данный проект является пилотным, но, возможно, при благоприятных экономических и политических условиях, связанных с развитием рынка торфяного топлива, на данной заводской линии потребуется увеличить объёмы производства. Для этих целей может применяться рассмотренная нами схема работы более мощного гранулятора типа УСМ-512 или СМК-502. Также возможна модернизация существующего грануля-тора фирмы «Теко» путём изменения его конструкции на основании детального изучения грануляторов строительной промышленности.
Рекомендации к работе комплексного гранулятора (симбиоз определённых элементов и механизмов химических, строительных и пищевых грануляторов) могут иметь место в том случае, когда происходит перепрофилирование производства (закрывается кирпичное и налаживается торфяное производство). Это очень актуально в современных условиях нестабильного рынка. Однако, для перепрофилирования не обязательно приводить предприятие к состоянию банкротства. Возможно управлять имеющимися в активе цеха несколькими комплексными грануля-торами и в зависимости от требования экономики и потребителей оперативно переходить с одного вида производства на другое.
Данное рациональное использование оборудования позволит решить ряд проблем для проектов по малой энергетике, одним из которых является пилотный проект по созданию производства кускового торфяного коммунально-бытового топлива в заводских условиях на базе ЗАО «СЕЛИГЕР-ХОЛДИНГ» (Тверская область).
В настоящее время в цехе производства происходит отладка и совершенствование работы гранулятора с улучшения физико-химических свойств формуемого сырья.
1. Гревцев Н.В., Гревцева И.Н. Эффективность использования торфяных композиционных материалов. Торф и бизнес, № 1(7) 2007. - с. 36-38.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Е.Т. Базин, И. И. Лиштван, М.В. Попов. Курс физики торфа.Часть II. Калинин, КГУ,1978. С. 5.
3. Машины и аппараты пищевых произ-
водств. Кн. 1: Учебное пособие для вузов; Под ред. Акад. РАСХН В.А Панфилова. -М: Высш. Шк., 2001. - 680 с. С. 23-27.
4. Журавлёв A.B., Джалалов A.M. Критерии минимизации энергозатрат при получении формованной торфяной продукции с применением термического воздействия на процесс формования. Материалы Ураль-
ской горнопромышленной декады 9-18 апреля 2007 г. Екатеринбург. С. 146-147.
5. http://www.teko-makiz.ru/products/granul/
6. http://www.granmix.ru/production/1/4/11
7. http://www.plinfa.com/goods_desc?id= 44&l=r. итт
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Михайлов Александр Викторович, доктор технических наук, профессор, е-шаП: ерс@шаП.ги Епифанцев Кирилл Валерьевич, аспирант 1 года, инженер I категории кафедры КГМ и ТМ, е-шаИ epifancew@mail.ru
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
А
УДК 622.331
SCREW EXTRUDER IN PELLETING MACHINES FOR SMALL-SCALE ENERGY PRODUCTION
Mikhailov A.V., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail epc@mail.ru EpifantsevK.V., Graduate student, Engineer, e-mail epifancew@mail.ru Mining University.
In article briefly consider characteristics machinery for formating of peat in extrusion method. Research technology work of screw extrusion. Examine types granulations different producers, compare their characteristics, expose peculiarity system of regulation and control of their work.
Until now wet peat pelleting and subsequent artificial drying of molded peat fuel has not enjoyed wide application in Russia. The main method of lump peat production is afield milling and drying. However, the expending interest in plant molding of multipurpose peat composites calls for choosing pelleting machines of the domestic manufacture.
The author analyzes extrusion treatment of material without heavy thermal-moisture-mechanical impact that causes various intensity changes in the material. The types of extrusion treatment are reviewed together with characteristics of executive elements of extruders, screw rotation speeds, designs and physical characteristics. Under consideration are three types of pelleting machines for similar texture materials, operating in food, chemical and construction industry.
Specifications of different type pelleting machines are compared.
The authors have developed recommendations on an integrated pelleting machine (symbiose of different elements and mechanisms borrowed from food, chemical and construction industry pelleting machines) to be used at the production conversion phase (e.g., conversion of brick manufacture to peat production).
Effective application of the proposed pelleting machine will help to handle problems of small-scale energy production projects, e.g., a pilot project of the domestic lumped-peat fuel prefabrication.
Key words: formation of peat, extrusion, screw, granulation, draw plate, lowering power inputs, druing, lump peat domestic fuel, control of process.
REFERENCES
1. Grevtsev N.V., Grevtseva I.N. Effective Use of Peat Composites. Torf i bisnes—Peat and Business Journal, 2007, Vol. 7, No. 1, pp. 36-38.
2. Bazin E.T., Lishtvan I.I., Popov M.V. Course on Peat Physics. Part II. Kalinin: KGU, 1978.
3. Panfilov V.A. (Ed.). Food Industry Machines and Equipment: Higher Educational Aid. Book 1. Moscow: Vyssh. shkola, 2001. 680 p.
4. Zhuravlev A.V., Dzhalalov A.V. Minimization Criteria for Energy Consumption in Peat Molding under Thermal Influence. Ural Mining Decade-2007 Proceedings. Ekaterinburg, 2007. pp. 146-147.
5. http://www.teko-makiz.ru/products/granul/
6. http://www.granmix.ru/production/1/4/11
7. http://www.plinfa. com/goods desc?id=44&l=r.
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Голик Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, За-алишвили Владислав Борисович, доктор физико-математических наук, профессор, директор, Бурдзиева Ольга Германовна - кандидат географических наук, зам. директора по науке, v.i.golik@mail.ru,
Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А).
Охарактеризован комплекс геофизического обеспечения технологических процессов разработки рудных месторождений. Систематизированы факторы подземной разработки преимущественно скальных месторождений. Сформулирован механизм наведенной сейсмики и ее влияние на показатели добычи минерального сырья. Рекомендованы методы геофизического мониторинга геотехнологических процессов.
Ключевые слова: породный массив, напряжения, деформации, пустоты, прочность, динамическое воздействие, несущие свойства, закладочная смесь, сейсмика, конечные элементы, геомеханика, напряжение массива, штамм, порода, регулирование, тектоника, сейсмические поля, искусственное землетрясение, литосфера, развитие технологии, разработка, месторождение, полезное ископаемое, геофизика, руда, процесс, недра, мониторинг, технология, добыча, земная поверхность, горное производство.
GEOPHYSICAL MONITORING OF UNDERGROUND MINING
Golik V.I., Zaalishvili V.B., Burdzieva O.G.
Article is devoted to the Justification of increasing the effectiveness of the development of mineral deposits by geophysical support mining operations . Systematized basic geophysical conditions of mining ore minerals . It is shown that the effectiveness of technologies for the extraction of minerals depends on the completeness of the data bank on the formation of ore deposits, and keeping the formation of deposits of natural processes affect the quality and completeness of the extracted raw subsoil use . Provides information on the monitoring technology of extracting mineral resources at all stages of development of the field, including the state of the earths surface in the area of development. It is proved that a geophysical mining software promotes an integrated solution of fundamental problems of mining.
Key words: rockmass , stress, strain, voids, strength, dynamic impact, load-bearing properties, stowing mixture, seismic, finite elements.Geomechanics, array voltage, strain, breed, regulation, tectonics, seismic, field, mountain pass, man-made earthquake , seismic , the lithosphere , the technology development, development, mine, minerals, geophysics , ore, process, mineral resources, monitoring, technology, mining, earth's surface mining production.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
