一種新型雙級螺旋壓榨脫水機設計

王　徽　鄭曉茜　魏　興

(1.鄭州職業技術學院,河南鄭州，450121；2.二炮駐鄭州地區代表室,河南鄭州，450004)

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·壓榨脫水機·

一種新型雙級螺旋壓榨脫水機設計

王徽1鄭曉茜1魏興2

(1.鄭州職業技術學院,河南鄭州，450121；2.二炮駐鄭州地區代表室,河南鄭州，450004)

介紹了一種新型雙級螺旋壓榨脫水機的設計,該新型雙級螺旋壓榨脫水機內有一個雙級螺旋軸,螺旋軸上有高、低壓兩個螺旋體,兩個螺旋體分別驅動。調節螺旋體轉速可獲取不同的壓縮比,物料壓榨脫水效果好,提高壓榨脫水效率。該壓榨脫水機適用于多種物料壓榨脫水,具有操作使用方便、工作效率高、節省能耗、降低成本等優點。

雙級螺旋軸；雙級螺旋壓榨脫水機；節能；高效

壓榨脫水處理設備是制漿造紙、化工、食品、飲料加工等行業加工工藝過程中的重要設備。目前國內外壓榨脫水設備主要有：普通螺旋壓榨脫水機、帶式壓濾機、板框式壓濾機、錐盤壓榨脫水機、同向或異向雙螺旋壓榨脫水機等。

不同的壓榨脫水設備各有其特點，板框式壓濾機所壓榨的物料干度能達到40%左右,但設備體積龐大,間歇性運行,一個工作循環需要1.5～2.0 h,工作效率低。帶式壓濾機能連續運行,但是受濾帶抗拉強度和S形壓輥剛度的限制,濾網的張緊力不能過大,所壓榨的物料干度只能達到20%左右,不能滿足多種物料的要求。且帶式壓濾機和板框式壓濾機外殼均為敞開式,物料會污染車間環境。

相比之下，普通螺旋壓榨脫水機結構相對簡單,通過一個在濾框內旋轉的輸送擠壓式變徑變距螺旋,使物料在輸送的過程中體積逐漸減小,機內壓強逐漸增大,迫使液體從濾板流出,物料濃度逐步提高,同時通過調節出料端料塞氣動背壓裝置的壓力,形成一個緊密的物料塞調節和穩定出料濃度。但是普通螺旋壓榨脫水機對被擠壓物料依賴性強,螺旋體的壓縮比根據特定被擠壓物料及含水率而定。一臺設備只能用于一種物料的壓榨脫水,若更換擠壓物料,設備則需要作重大技術改進。本文介紹了一種新型雙級螺旋壓榨脫水機,該壓榨脫水機具有操作使用方便、工作效率高的特點，可適用于多種物料壓榨脫水。

1　設備組成和工作原理

1.1設備組成

D65雙級螺旋壓榨脫水機主要由電機、驅動裝置、壓力傳感器、料塞及其頂緊裝置、網籠、雙級螺旋軸和機架組成，其結構示意圖如圖1所示。

圖1　雙級螺旋壓榨脫水機的結構示意圖

D65雙級螺旋壓榨脫水機,包含機架和安裝在機架上的網籠、低壓螺旋體驅動裝置和高壓螺旋體驅動裝置,網籠的兩端分別設有與其內腔連通的進料箱和出料箱,雙級螺旋軸套裝在網籠內,雙級螺旋軸的低壓螺旋體和高壓螺旋體分別與網籠形成具有容納空間的低壓料倉和高壓料倉；低壓螺旋體的低壓套筒前端伸出進料箱,低壓套筒前端與低壓螺旋體驅動裝置的動力輸出軸傳動連接；高壓螺旋體驅動裝置的動力輸出軸與芯軸的一端傳動連接,該高壓螺旋體的高壓套筒后端伸入出料箱,高壓套筒后端外側套裝有用以封堵網籠的料塞,料塞靠近出料箱的一側設有料塞頂緊裝置。D65雙級螺旋壓榨脫水機結構主要尺寸：外形尺寸6500 mm×1200 mm×1350 mm；整機質量13500 kg；高壓螺旋體直徑650 mm長3200 mm,壓縮比1∶3.5；低壓螺旋體直徑650 mm長1500 mm,壓縮比1∶1.5。

1.2工作原理

雙級螺旋壓榨脫水機采用一個雙級螺旋軸,雙級螺旋軸的低壓螺旋體由低壓螺旋體驅動裝置帶動旋轉,被擠壓物料在進料箱中由低壓螺旋體推動進入封閉的網籠,經網籠脫水后,以一定的壓力進入低壓料倉,在低壓料倉內進一步脫水,當達到設定的壓力后,安裝在網籠上用于檢測低壓料倉內物料壓力的壓力傳感器發出信號,經控制電路轉化與高壓螺旋體驅動裝置連接,高壓螺旋體在高壓螺旋體驅動裝置帶動下開始旋轉。在高壓螺旋體的作用下物料體積再次逐漸被壓縮,形成強大擠壓力,使物料中的水分透過網籠排出。脫水后物料繼續前進,進入高壓料倉,在高壓料倉內,物料達到設定的干度后,物料頂開料塞,從出料箱排出。調整料塞的彈簧,控制物料的出料干度。

2　結構設計要點

2.1雙級螺旋軸設計

雙級螺旋壓榨機中核心部件為雙級螺旋軸,該部件的設計是雙級螺旋壓榨機的關鍵所在。雙級螺旋軸包括芯軸、低壓螺旋體和高壓螺旋體，其結構示意圖如圖2所示。低壓螺旋體可轉動地安裝在所述芯軸一端,高壓螺旋體固定在芯軸另一端。

圖2　雙級螺旋軸的立體結構示意圖

低壓螺旋體結構示意圖如圖3所示,低壓螺旋體通過軸承安裝在芯軸上,含有低壓套筒和固定在低壓套筒外表面上的低壓螺旋葉片。低壓套筒為直徑逐漸變大的錐形筒結構,低壓套筒兩端內表面與芯軸之間分別設有軸承,軸承外側的低壓套筒內表面開設用于安裝油封的凹槽。

圖3　低壓螺旋的立體結構示意圖

高壓螺旋體結構示意圖如圖4所示,高壓螺旋體含有高壓套筒和固定在高壓套筒外表面上的高壓螺旋葉片,高壓套筒由前部直徑逐漸變大的錐形筒和后部圓柱形筒組成,該高壓套筒前端面外徑與低壓套筒后端面外徑相等,兩端面之間采用動密封結構,以防物料或水分進入芯軸。在上述結構中,低壓螺旋體的螺距大于高壓螺旋體的螺距。

圖4　高壓螺旋體的立體結構示意圖

2.2料塞頂緊裝置設計

雙級螺旋壓榨脫水機的料塞頂緊裝置由頂緊彈簧、彈簧壓桿和彈簧套筒組成,其結構示意圖如圖5示。彈簧套筒固定在出料箱側壁上,彈簧套筒一端設有彈簧座,另一端安裝有用于頂壓頂緊彈簧的壓緊螺母,彈簧壓桿的一端固定在料塞上,另一端穿過彈簧座進入彈簧套筒內并穿出壓緊螺母。料塞在頂緊裝置的驅動下可沿高壓螺旋體后部的圓柱形筒體前后直線移動。當高壓料倉內的物料達到一定干度,物料壓力大于料塞頂緊裝置壓力時,物料頂開料塞,流出料箱。調整料塞頂緊裝置的壓力可以控制物料處理的干度,當物料處理的干度要求發生變化時,調整彈簧壓桿的壓力可以很方便地控制物料處理的干度,增強壓榨脫水的效果。該裝置使用方便,易于操作。

圖5　料塞頂緊裝置結構示意圖

2.3節能控制分析

雙級螺旋壓榨脫水機的控制裝置包含PLC控制器、電動機、壓力傳感器、A/D轉換器等，控制系統示意圖如圖6所示。

圖6　控制系統示意圖

雙級螺旋軸含有兩個獨立旋轉的低、高壓螺旋體,兩個獨立旋轉的螺旋體分別由兩臺電動機驅動。低壓螺旋體開機運行,含水物料從進料箱進入低壓料倉,在低壓料倉內壓榨后進入高壓螺旋倉,使高壓螺旋體進料充足、均勻、提高物料的填充系數,克服物料在高壓螺旋體的螺旋槽內向后滑移現象,使高壓螺旋體的實際工作壓縮比與設計壓縮比一致。

高壓螺旋體初始狀態不工作,安裝在網籠上的壓力傳感器檢測低壓料倉內物料壓力送給PLC控制電路,當壓力超過設定值時,PLC控制電路給高壓螺旋體驅動電機發出變頻信號,驅動電機帶動高壓螺旋體以一定速度轉動,根據檢測壓力值可以靈活調整變頻控制信號控制高壓螺旋體驅動電機轉速。壓力增加,高壓螺旋體加速運行；壓力降低,高壓螺旋體減速運行；當壓力低于設定值時,高壓螺旋體停止運行。當低壓料倉達到一定壓力時高壓螺旋體開始工作,由于高壓螺旋體和低壓螺旋體在旋轉運行時消耗動力不同,因此雙級螺旋壓榨脫水機的總動力比普通螺旋壓榨脫水機能節省電力消耗15%～20%。這樣可以節省能耗,降低生產成本。

另外兩個獨立旋轉的螺旋體可以分別以不同的轉速進行旋轉,從而獲取不同的壓縮比,使被擠壓的含水物料很快達到工藝要求的干度,增強壓榨脫水效果,提高壓榨脫水效率。這樣可以克服普通螺旋壓榨脫水機只能用于一種物料壓榨脫水的缺點,如更換被擠壓物料,設備只需做參數的調整就可以改變高、低壓螺旋體的轉速,滿足不同物料的壓榨需求。從而提高生產效率,降低設備成本。

單螺旋壓榨脫水機在制漿造紙、化工、食品、飲料加工行業應用很廣。但是針對不同的物料還需要根據不同的結構設計才可適用于化學漿、化機漿、廢紙漿等制漿過程的黑液( 或廢液) 提取和濃縮、煙草行業煙梗漿、煙末漿的濃縮,以及污水處理廠的污泥脫水處理工段。這樣勢必會增加設備成本、造成人力、物力的浪費。本設計的新型雙級螺旋壓榨脫水機可以很簡便地解決這一問題,不需重復設計,只需要針對不同的物料適當地調整就可滿足需求。表1為新型雙級螺旋壓榨脫水機與普通單螺旋壓榨脫水機的工作性能參數對比。

表1　雙級螺旋與普通單螺旋壓榨脫水機工作性能參數對比

4　結　語

新型雙級螺旋壓榨脫水機具有設備運行費用低,動力消耗小; 操作環境好、噪音小；自動操作,勞動強度小；操作彈性大,通過調整轉速等參數即可獲取不同的壓縮比得到不同干度的物料；設備連續運行，可靠性和穩定性高; 設備整體運輸,安裝方便。

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(責任編輯：董鳳霞)

Design of A New Double-stage Screws Press Dewatering Machine

WANG Hui1,*ZHENG Xiao-xi1WEI Xing2

(1.ZhengzhouTechnicalCollege,Zhengzhou,He’nanProvince, 450121； 2.ChinesePeople’sLiberationArmySecondArtilleryForceStationedinZhengzhouRepresentativeOffice，Zhengzhou,He’nanProvince, 450004)

A design of a new double-stage screws press dewatering machine was introduced．The design has been applied for national patent. There is a double-stage screws axis within the new screws press dewatering machine. The screws axis has a high pressure screws and a low pressure screws which are driven separately. By adjusting screws rotating speed the double-stage screws press dewatering machine can obtained different compression ratios, which will enhance dewatering effect and improve dewatering efficiency. This new double-stage screws press dewatering machine can be applied to different materials dewatering, with easy operation, high efficiency, energy saving and lower cost advantages.

double screws axis； double screws press dewatering machine； energy saving； efficient

王徽女士，講師，高級技師；主要從事機電設備儀器設計與開發、電子信息技術教學教研工作。

2016- 01-16(修改稿)

TS73 TH6

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.05.011

(*E-mail:mwanghui@163.com)

本課題得到2015年度河南省高等學校重點科研項目(項目編號：15B535003)資助。