王　徽　鄭曉茜　魏　興

(1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州，450121；2.二炮駐鄭州地區(qū)代表室,河南鄭州，450004)

?

·壓榨脫水機(jī)·

一種新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)設(shè)計(jì)

王徽1鄭曉茜1魏興2

(1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州，450121；2.二炮駐鄭州地區(qū)代表室,河南鄭州，450004)

介紹了一種新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)的設(shè)計(jì),該新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)內(nèi)有一個(gè)雙級(jí)螺旋軸,螺旋軸上有高、低壓兩個(gè)螺旋體,兩個(gè)螺旋體分別驅(qū)動(dòng)。調(diào)節(jié)螺旋體轉(zhuǎn)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(jī)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(jié)省能耗、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。

雙級(jí)螺旋軸；雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)；節(jié)能；高效

壓榨脫水處理設(shè)備是制漿造紙、化工、食品、飲料加工等行業(yè)加工工藝過(guò)程中的重要設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外壓榨脫水設(shè)備主要有：普通螺旋壓榨脫水機(jī)、帶式壓濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)、錐盤壓榨脫水機(jī)、同向或異向雙螺旋壓榨脫水機(jī)等。

不同的壓榨脫水設(shè)備各有其特點(diǎn)，板框式壓濾機(jī)所壓榨的物料干度能達(dá)到40%左右,但設(shè)備體積龐大,間歇性運(yùn)行,一個(gè)工作循環(huán)需要1.5～2.0 h,工作效率低。帶式壓濾機(jī)能連續(xù)運(yùn)行,但是受濾帶抗拉強(qiáng)度和S形壓輥剛度的限制,濾網(wǎng)的張緊力不能過(guò)大,所壓榨的物料干度只能達(dá)到20%左右,不能滿足多種物料的要求。且?guī)綁簽V機(jī)和板框式壓濾機(jī)外殼均為敞開式,物料會(huì)污染車間環(huán)境。

相比之下，普通螺旋壓榨脫水機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,通過(guò)一個(gè)在濾框內(nèi)旋轉(zhuǎn)的輸送擠壓式變徑變距螺旋,使物料在輸送的過(guò)程中體積逐漸減小,機(jī)內(nèi)壓強(qiáng)逐漸增大,迫使液體從濾板流出,物料濃度逐步提高,同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)出料端料塞氣動(dòng)背壓裝置的壓力,形成一個(gè)緊密的物料塞調(diào)節(jié)和穩(wěn)定出料濃度。但是普通螺旋壓榨脫水機(jī)對(duì)被擠壓物料依賴性強(qiáng),螺旋體的壓縮比根據(jù)特定被擠壓物料及含水率而定。一臺(tái)設(shè)備只能用于一種物料的壓榨脫水,若更換擠壓物料,設(shè)備則需要作重大技術(shù)改進(jìn)。本文介紹了一種新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī),該壓榨脫水機(jī)具有操作使用方便、工作效率高的特點(diǎn)，可適用于多種物料壓榨脫水。

1　設(shè)備組成和工作原理

1.1設(shè)備組成

D65雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)主要由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、壓力傳感器、料塞及其頂緊裝置、網(wǎng)籠、雙級(jí)螺旋軸和機(jī)架組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

D65雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī),包含機(jī)架和安裝在機(jī)架上的網(wǎng)籠、低壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置和高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置,網(wǎng)籠的兩端分別設(shè)有與其內(nèi)腔連通的進(jìn)料箱和出料箱,雙級(jí)螺旋軸套裝在網(wǎng)籠內(nèi),雙級(jí)螺旋軸的低壓螺旋體和高壓螺旋體分別與網(wǎng)籠形成具有容納空間的低壓料倉(cāng)和高壓料倉(cāng)；低壓螺旋體的低壓套筒前端伸出進(jìn)料箱,低壓套筒前端與低壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出軸傳動(dòng)連接；高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出軸與芯軸的一端傳動(dòng)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(cè)套裝有用以封堵網(wǎng)籠的料塞,料塞靠近出料箱的一側(cè)設(shè)有料塞頂緊裝置。D65雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)結(jié)構(gòu)主要尺寸：外形尺寸6500 mm×1200 mm×1350 mm；整機(jī)質(zhì)量13500 kg；高壓螺旋體直徑650 mm長(zhǎng)3200 mm,壓縮比1∶3.5；低壓螺旋體直徑650 mm長(zhǎng)1500 mm,壓縮比1∶1.5。

1.2工作原理

雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)采用一個(gè)雙級(jí)螺旋軸,雙級(jí)螺旋軸的低壓螺旋體由低壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),被擠壓物料在進(jìn)料箱中由低壓螺旋體推動(dòng)進(jìn)入封閉的網(wǎng)籠,經(jīng)網(wǎng)籠脫水后,以一定的壓力進(jìn)入低壓料倉(cāng),在低壓料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)一步脫水,當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓力后,安裝在網(wǎng)籠上用于檢測(cè)低壓料倉(cāng)內(nèi)物料壓力的壓力傳感器發(fā)出信號(hào),經(jīng)控制電路轉(zhuǎn)化與高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置連接,高壓螺旋體在高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下開始旋轉(zhuǎn)。在高壓螺旋體的作用下物料體積再次逐漸被壓縮,形成強(qiáng)大擠壓力,使物料中的水分透過(guò)網(wǎng)籠排出。脫水后物料繼續(xù)前進(jìn),進(jìn)入高壓料倉(cāng),在高壓料倉(cāng)內(nèi),物料達(dá)到設(shè)定的干度后,物料頂開料塞,從出料箱排出。調(diào)整料塞的彈簧,控制物料的出料干度。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1雙級(jí)螺旋軸設(shè)計(jì)

雙級(jí)螺旋壓榨機(jī)中核心部件為雙級(jí)螺旋軸,該部件的設(shè)計(jì)是雙級(jí)螺旋壓榨機(jī)的關(guān)鍵所在。雙級(jí)螺旋軸包括芯軸、低壓螺旋體和高壓螺旋體，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。低壓螺旋體可轉(zhuǎn)動(dòng)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(jí)螺旋軸的立體結(jié)構(gòu)示意圖

低壓螺旋體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,低壓螺旋體通過(guò)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(jié)構(gòu),低壓套筒兩端內(nèi)表面與芯軸之間分別設(shè)有軸承,軸承外側(cè)的低壓套筒內(nèi)表面開設(shè)用于安裝油封的凹槽。

圖3　低壓螺旋的立體結(jié)構(gòu)示意圖

高壓螺旋體結(jié)構(gòu)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(dòng)密封結(jié)構(gòu),以防物料或水分進(jìn)入芯軸。在上述結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖

2.2料塞頂緊裝置設(shè)計(jì)

雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)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(jié)構(gòu)示意圖如圖5示。彈簧套筒固定在出料箱側(cè)壁上,彈簧套筒一端設(shè)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(guò)彈簧座進(jìn)入彈簧套筒內(nèi)并穿出壓緊螺母。料塞在頂緊裝置的驅(qū)動(dòng)下可沿高壓螺旋體后部的圓柱形筒體前后直線移動(dòng)。當(dāng)高壓料倉(cāng)內(nèi)的物料達(dá)到一定干度,物料壓力大于料塞頂緊裝置壓力時(shí),物料頂開料塞,流出料箱。調(diào)整料塞頂緊裝置的壓力可以控制物料處理的干度,當(dāng)物料處理的干度要求發(fā)生變化時(shí),調(diào)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(qiáng)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(jié)構(gòu)示意圖

2.3節(jié)能控制分析

雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)的控制裝置包含PLC控制器、電動(dòng)機(jī)、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等，控制系統(tǒng)示意圖如圖6所示。

圖6　控制系統(tǒng)示意圖

雙級(jí)螺旋軸含有兩個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的低、高壓螺旋體,兩個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的螺旋體分別由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低壓螺旋體開機(jī)運(yùn)行,含水物料從進(jìn)料箱進(jìn)入低壓料倉(cāng),在低壓料倉(cāng)內(nèi)壓榨后進(jìn)入高壓螺旋倉(cāng),使高壓螺旋體進(jìn)料充足、均勻、提高物料的填充系數(shù),克服物料在高壓螺旋體的螺旋槽內(nèi)向后滑移現(xiàn)象,使高壓螺旋體的實(shí)際工作壓縮比與設(shè)計(jì)壓縮比一致。

高壓螺旋體初始狀態(tài)不工作,安裝在網(wǎng)籠上的壓力傳感器檢測(cè)低壓料倉(cāng)內(nèi)物料壓力送給PLC控制電路,當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí),PLC控制電路給高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出變頻信號(hào),驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)高壓螺旋體以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng),根據(jù)檢測(cè)壓力值可以靈活調(diào)整變頻控制信號(hào)控制高壓螺旋體驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速。壓力增加,高壓螺旋體加速運(yùn)行；壓力降低,高壓螺旋體減速運(yùn)行；當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí),高壓螺旋體停止運(yùn)行。當(dāng)?shù)蛪毫蟼}(cāng)達(dá)到一定壓力時(shí)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(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)消耗動(dòng)力不同,因此雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)的總動(dòng)力比普通螺旋壓榨脫水機(jī)能節(jié)省電力消耗15%～20%。這樣可以節(jié)省能耗,降低生產(chǎn)成本。

另外兩個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的螺旋體可以分別以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而獲取不同的壓縮比,使被擠壓的含水物料很快達(dá)到工藝要求的干度,增強(qiáng)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(jī)只能用于一種物料壓榨脫水的缺點(diǎn),如更換被擠壓物料,設(shè)備只需做參數(shù)的調(diào)整就可以改變高、低壓螺旋體的轉(zhuǎn)速,滿足不同物料的壓榨需求。從而提高生產(chǎn)效率,降低設(shè)備成本。

單螺旋壓榨脫水機(jī)在制漿造紙、化工、食品、飲料加工行業(yè)應(yīng)用很廣。但是針對(duì)不同的物料還需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才可適用于化學(xué)漿、化機(jī)漿、廢紙漿等制漿過(guò)程的黑液( 或廢液) 提取和濃縮、煙草行業(yè)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(shì)必會(huì)增加設(shè)備成本、造成人力、物力的浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)的新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)可以很簡(jiǎn)便地解決這一問(wèn)題,不需重復(fù)設(shè)計(jì),只需要針對(duì)不同的物料適當(dāng)?shù)卣{(diào)整就可滿足需求。表1為新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)與普通單螺旋壓榨脫水機(jī)的工作性能參數(shù)對(duì)比。

表1　雙級(jí)螺旋與普通單螺旋壓榨脫水機(jī)工作性能參數(shù)對(duì)比

4　結(jié)　語(yǔ)

新型雙級(jí)螺旋壓榨脫水機(jī)具有設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低,動(dòng)力消耗小; 操作環(huán)境好、噪音??；自動(dòng)操作,勞動(dòng)強(qiáng)度??；操作彈性大,通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速等參數(shù)即可獲取不同的壓縮比得到不同干度的物料；設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，可靠性和穩(wěn)定性高; 設(shè)備整體運(yùn)輸,安裝方便。

[1]WANG Yue-jie, YU Xiu-yun, LI Wei-qin. The Application of Single Screw Dewatering Machine[J]. China Pulp & Paper, 2013, 32(6)： 51.

王月潔, 于秀云, 李衛(wèi)芹. 單螺旋壓榨脫水機(jī)的應(yīng)用[J]. 中國(guó)造紙, 2013, 32(6)： 51.

[2]LIU Chang-En, YUE Jin-Quan. New Double Spiral Roller Grinded-paste Machine and Its Application[J]. China Pulp & Paper, 2000, 19(6)： 21.

劉長(zhǎng)恩, 岳金權(quán). 雙螺旋輥式新型磨漿機(jī)及其應(yīng)用[J]. 中國(guó)造紙, 2000, 19(6)： 21.

[3]ZHAO Chuan-Shan, LI Rong-Gang, WU Chao-Jun, et al. Researchonsomeproblemsofstructuraldesignforscrew press.[J]. Journal of Shangdong Institute of Light Industry, 2010, 24(4): 1.

趙傳山, 李榮剛, 吳朝軍, 等. 對(duì)螺旋壓榨脫水機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討[J]. 山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 24(4): 1.

[4]YANG Ming-Zhen,YANG De-Wu,NIE Xin, et al. Theorelical Study on the Change Diameter Screw Compression in Theory. [J] Journal of Filtration & Separation, 2004, 14(3):12.

楊明珍, 楊德武, 聶鑫, 等. 變徑螺旋壓榨理論研究[J]. 過(guò)濾與分離, 2004, 14(3): 12.

[5]GAO Ze-Yu, ZHU Xiang-Dong, YIN Xin-Zheng. Discussion on Screw Press Dewaterer Running in Sewage Treatment Plant[J]. Water & Wastewater Engineering, 2013, 39(3): 90.

高澤宇, 朱向東, 尹新正. 螺旋壓榨脫水機(jī)在污水處理廠的運(yùn)行探討[J]. 給水排水, 2013, 39(3): 90.

[6]LI Lin-Ming, FANG Shan-Ru, ZHANG Jian-Ming, et al. V-press Dewatering Equipment for Extracting Black Liquor[J]. China Pulp & Paper, 2004, 23(7)： 66.

(責(zé)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(jí)技師；主要從事機(jī)電設(shè)備儀器設(shè)計(jì)與開發(fā)、電子信息技術(shù)教學(xué)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(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：15B535003)資助。