加壓式密度控制儀在擠壓膨化加工中的應用

董 飚，張貴陽，糜長雨，吳 晶

（1.江蘇豐尚智能科技有限公司，江蘇 揚州 225127；2.國家飼料加工裝備工程技術研究中心，江蘇 揚州 225127）

隨著水產養殖業的快速發展，利用傳統的機械加工方法生產的硬顆粒飼料來飼喂水產動物，已經遠遠不能滿足水產養殖業的需要。采用硬顆粒飼料來飼喂生產動物，不僅使大量營養物質未被消化即被排出體外，造成不必要的營養浪費外，同時由于硬顆粒飼料一般在水中的耐久性差，易造成大量營養物質外流，影響水體的質量。而膨化飼料不僅提高水產動物對飼料的消化率和飼料的耐久性，同時也較少對動物生存環境的影響。擠壓膨化加工技術的應用已經有100 多年的歷史了，早在19 世紀70 年代英國的橡膠工業就首次應用了擠壓機，國外在20 世紀60 年代就已開始了膨化飼料的生產，20 世紀80 年代擠壓膨化水產飼料的工業化生產開始在全世界迅速普及。受現實需求的驅使，全球水產飼料的加工得到了長足的改進和發展，飼料的產量也不斷攀升，2019 年全球飼料產量達到了11.27億t，其中水產飼料約占4%。水產飼料可分為4類：浮性飼料、半浮性飼料、慢沉性飼料和沉性飼料。使用擠壓方法生產水產飼料的主要優點是用同樣的設備既可生產沉性飼料又可生產浮性飼料。容重是影響水產飼料沉浮性的關鍵性指標，兩者之間的關系見表1[1-4]。

表1 水產飼料容重與沉浮性的關系g·L-1

目前在水產膨化機上生產沉性飼料時通常配套使用在擠壓腔設置排氣口和在擠壓排料后設置壓力室這兩種密度控制的方法，前者稱之為抽真空式密度控制，后者稱之為加壓式密度控制[3,5-6]。本文著重討論加壓式密度控制儀在設計開發和應用中的一些關鍵要點。

1 加壓式密度控制儀的研制與應用

1.1 加壓式密度控制儀的工作原理

加壓式密度控制是指往出模后密閉的切割室內通壓縮空氣，建立起物料出模后所需要的正向壓力。因為隨壓力的提高，水的汽化點提高，這將會降低出模后物料的閃蒸膨化，同時物料出模前后壓差的減小也會抑制物料的膨脹，從而利于增大顆粒的密實度，滿足沉性料的容重要求[3,5]。一般來說，使用加壓式密度控制儀可以提高20%～30%的膨化機產能（和不采用任何密度控制設備相比較）。加壓式密度控制儀有一系列的優點，如結構簡單、性能穩定、操作維護方便、適應性強、沒有能源浪費、一套螺桿配置能夠兼顧沉浮性物料的生產等等，因此在膨化機的沉性物料生產中得到了廣泛應用。

1.2 加壓式密度控制儀的構成和操作過程

加壓式密度控制儀主要包括6部分，見圖1。

圖1 加壓式密度控制儀的組成對比數據

切割裝置：包括殼體、電機、切刀組件、清理門、泄爆口等件，物料在殼體內正壓的環境下被切割成形。關風器：通過關風器將壓力室內切割成形后的物料排出，其作用是輸送物料的同時能夠保證加壓切割室的密封。連接斗：通過連接斗將切割裝置的出料口和關風器的進料口連接在一起，并使用抱箍連接，便于工作時兩者的快速連接和工作完成后兩者的快速分離。支撐架：用于安裝關風器，在氣缸的帶動下可沿固定架上的立柱上下移動，并可繞立柱轉動，使關風器轉動到工作位置或非工作位置。固定架：一般和膨化機的底座固定連接，為安裝關風器的支撐架提供支承連接。懸掛件：通過該件將切割裝置吊掛在橫梁上，并能使切割裝置沿橫梁前后來回移動。

工作時先將切割裝置沿橫梁移到位，此時殼體套裝在膨化機的出料裝置上（通過O 形圈實現密封），并拉好把手實現固定，隨后將關風器旋轉到位，打開手動控制閥給氣缸供氣，在氣缸的推動下關風器被抬起，直至其進料口和切割裝置的出料口貼合，裝上抱箍使兩者結合在一起，最后打開手動截止閥往壓力室內通壓縮空氣，啟動切割電機和關風器的減速電機，就可以進行正常生產了[6-7]。生產中要注意壓力室內的壓力和切刀的轉速，結合膨化機操作參數的調整，排出少部分機頭料后直至生產出符合要求的膨化顆粒物料。

2.3 設計及操作加壓式密度控制儀時的關鍵點

2.3.1 切割裝置

該壓力室內存在約0.2 MPa 的正壓力，密封是關鍵的問題，包括清理門處的密封、切刀軸處的密封、以及殼體和出料腔套裝連接處的密封，密封不嚴會引起蒸汽泄漏，并導致壓力下降。進氣口的結構及位置也是關鍵的因素，既要使得氣流對物料有一定的吹散作用，也要利于氣流向四周快速擴散。此外還要考慮操作時的方便性，如圖1所示，產品使用了拉緊把手及壓塊的安裝固定方式，拆裝操作時方便快捷。另外在生產應用中對刀調整時要注意：調整電機的位置，要保證切刀軸和此處密封座的同心，使得切刀軸在伸出和縮回的過程中無卡滯現象，再調整殼體端面的限位螺栓，使得切刀面（切刀口在旋轉過程中所形成的平面）和出料模板的端面相平行。

2.3.2 關風器

關風器的作用是輸送切割成形后的物料，并起到密封的效果，保證切割室內的正壓，因此要重點關注密封性。此外正常工作狀態下關風器腔體內的溫度較高，轉子運轉過程中不能有卡阻密封條的熱膨脹性要關注，同時在冷態下的間隙也，不能太大，否則剛開始建壓時比較困難。另外關風器在釋放壓力時會產生一定的噪音，我們做過測試，壓力越大，釋放時產生的噪音也越大，所以需要協調兼顧好壓力和噪音的關系。最后關風器的運轉過程中不能產生夾料的問題，因為夾料的部位一般是發生在進料口處關風器旋轉方向上的轉子葉片和殼體相遇的位置，故可采取增加擋料板或吹氣的方法，避免物料下落到此區域，從而可避免產生夾料的問題。此外要盡量使物料在關風器中分布均勻，避免料層的集中堆砌，可提高關風器內物料的充滿度。

2.3.3 安全措施

由于壓力室內存在正壓，故需要考慮在意外情況下發生爆炸的危險性，因此需設置安全結構裝置，比如我們在該設備上設置了安全閥和泄爆膜片，安全閥的開啟壓力為0.3 MPa，泄爆膜片的爆破壓力為（0.36±5%）MPa。當發生意外情況（如關風器堵轉后不排料）在切割室內產生過高的壓力時，此時會從安全閥或泄爆膜片處釋放壓力，予以保證設備及操作人員的安全。此外還要在電氣控制上設置安全保護開關，只有待關風器位于工作位置時才能運轉關風器的電機。

2.3.4 調整余量

由于制造及裝配上的誤差，在設計時需預留一定的調節余量，安裝時通過調整關風器的位置，確保關風器的進料口和切割裝置的出料口同心。

2.4 加壓式密度控制儀的應用測試

加壓式密度控制儀配套膨化機使用，主要應用于沉性水產飼料的生產，如蝦蟹料、石斑魚料等。現場測試的使用加壓式密度控制儀前后的容重對比數據見表2。現場測試的不同壓力下的加壓式密度控制儀出口的噪聲數據及容重數據見表3。

表2 使用密度控制儀前后的容重檢測對比數據

表3 不同壓力下的噪聲和容重

3 小 結

從目前加壓式密度控制儀的使用情況和檢測數據來看，通過加壓式密度控制儀生產的沉性料達到了高產能、高容重、高熟化、低水分，外觀色澤得到了改善、耐水性得到了提升，滿足了客戶對飼料產品容重、色澤和產能的要求，而且由于該設備結構簡單、性能穩定、適應性強、操作維護方便、沒有能源浪費等一系列的優勢，已經在水產膨化機上得到了越來越廣泛地應用。