方召杰 王浩青 陳東生

上海電力大學(xué)數(shù)理學(xué)院，中國·上海 200090

1 引言

日常生活中，廚余垃圾都會(huì)混著湯湯水水，含水率很高。據(jù)大量數(shù)據(jù)顯示，新產(chǎn)生的廚余垃圾含水率達(dá)70%左右[1]。但廚余垃圾中往往會(huì)存在不同大小的固體顆粒物，就如骨頭等[2]。固體顆粒的存在常常會(huì)加大固液分離的難度，不僅會(huì)使分離機(jī)在工作時(shí)易于卡死，而且對(duì)固液分離機(jī)轉(zhuǎn)速孔眼大小等參數(shù)而言也是一個(gè)較難解決的技術(shù)問題，較難把控處理的固液分離的質(zhì)量[3]。因此，可以先對(duì)廚余垃圾進(jìn)行粉碎預(yù)處理[4]，將廚余垃圾總體的顆粒大小變成可處理的范圍之內(nèi)，再進(jìn)行固液分離。

由于運(yùn)輸?shù)睦щy[5]，那么能否將脫水這一工序提到運(yùn)輸之前來完成，這樣能很好的降低運(yùn)輸和貯存的難度，減少了土地資源的浪費(fèi)[6]，并且能簡化后期廚余垃圾制作肥料的工序[7]。

本文將榨汁機(jī)原理和圓筒條式固液分離機(jī)[8-10]相結(jié)合，研究出一種新型離心式廚余垃圾專用固液分離機(jī)以提高固液分離的效率。

2 新型離心式固液分離機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型離心式廚余垃圾專用固液分離機(jī)主要由主架1、主架4、主架6、電動(dòng)機(jī)8、傳動(dòng)軸7、濾網(wǎng)滾筒3、螺旋桿5和輸送管2 組成，其原理如圖1 所示。

圖1 裝置設(shè)計(jì)圖

濾網(wǎng)滾筒橫臥在主架內(nèi)，傳動(dòng)軸固定于濾網(wǎng)滾筒一端，另一端連接電動(dòng)機(jī)。螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置在網(wǎng)桶內(nèi)，螺旋桿一端露出滾濾網(wǎng)筒，并固定在主架上，另一端與延伸到網(wǎng)通內(nèi)的傳動(dòng)軸滑動(dòng)連接，螺旋外壁與網(wǎng)桶內(nèi)壁貼近，濾網(wǎng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)是固定不轉(zhuǎn)的。分離機(jī)工作時(shí)，廚余垃圾通過輸送管，送入網(wǎng)桶里端，網(wǎng)桶旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心作用使廚余垃圾內(nèi)70%左右的水脫離，脫了水的廚余垃圾在網(wǎng)筒旋轉(zhuǎn)的作用下，利用螺旋結(jié)構(gòu)作用把脫水后代廚余垃圾自動(dòng)傳送到筒外。

3 裝置部件設(shè)計(jì)及制作方法

3.1 制作濾網(wǎng)滾筒

選擇外徑為11cm 的塑料管，在管壁上鉆2mm 的孔若干排，制成網(wǎng)桶，網(wǎng)桶一端連接直徑10.5cm 的圓形木板，圓盤中心鉆9mm 的孔。

3.2 制作傳動(dòng)軸

傳動(dòng)軸由外徑9mm 內(nèi)徑為6mm 的不銹鋼管制作，傳動(dòng)軸一端插入圓形木板，并與其固接，再把圓形木板與濾網(wǎng)滾筒的一端固定，其示意圖如圖2 所示。

圖2 濾網(wǎng)滾筒和傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖

3.3 制作螺桿

螺桿利用3d 打印技術(shù)，首先對(duì)螺桿3d 建模，總長度為30cm，中間有一長直管道（外直徑1cm，內(nèi)直徑5cm），在長直管道四周設(shè)有螺旋狀結(jié)構(gòu)（外直徑10cm），共10 匝，并在長直管道一端設(shè)有一安放軸承的圓柱形空腔。模型如圖3 所示。

圖3 螺桿結(jié)構(gòu)圖

3.4 制作主桿架

主桿架由四部分組成：三個(gè)支架和底座。三個(gè)支架用于支撐傳動(dòng)軸、支撐網(wǎng)桶和螺桿一端，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。支撐傳動(dòng)軸的支架由20mm 厚木板制作，并鉆有20mm 直徑的孔，并安裝上軸承，傳動(dòng)軸穿過軸承。支撐網(wǎng)桶的支架由塑料板制作，中間鉆有直徑11.5cm 的大圓孔。支撐螺桿一端的支架由木板制作，中間鉆有直徑1cm 的圓孔。

圖4 主支架結(jié)構(gòu)圖

3.5 裝配固液分離機(jī)

安裝支架、濾網(wǎng)滾筒、螺桿、傳動(dòng)軸等部件，其實(shí)物裝置正視和俯視如圖5 所示。

圖5 制作完成后的實(shí)物圖

4 裝置創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過實(shí)際檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)本裝置和市面上已有的固液分離機(jī)最大的區(qū)別就在于：螺桿結(jié)構(gòu)固定于支架上，而滾筒旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)廚余垃圾一起運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)分離機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因廚余垃圾具有一定的黏性，會(huì)附著于滾筒內(nèi)壁，隨著滾筒一同做圓周運(yùn)動(dòng)，二者可看作是處于相對(duì)靜止的狀態(tài)。靜止的螺桿和滾筒具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，且螺桿和滾筒之間存在極小間隙，靜止的螺桿能對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中的廚余垃圾產(chǎn)生力的作用效果，使得廚余垃圾在邊受離心作用脫水的同時(shí)邊向出料口運(yùn)動(dòng)，令進(jìn)料—脫水—出料等過程連續(xù)進(jìn)行。不間斷的運(yùn)作，減少了各個(gè)環(huán)節(jié)中的時(shí)間損耗，提高整個(gè)過程中的工作效率，這是已有分離機(jī)技術(shù)所達(dá)不到的優(yōu)勢(shì)，從而使得分離機(jī)更能夠滿足大型的餐飲企業(yè)的大批量的廚余垃圾處理需求[11-13]。

和現(xiàn)有的主流固液分離就相比，本項(xiàng)目只有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒，簡化了電機(jī)組和齒輪組的使用，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了能源的轉(zhuǎn)換效益，降低了成本。降低了因齒輪和電機(jī)損耗而產(chǎn)生的維修可能性。

5 未來展望

①可將該技術(shù)運(yùn)用于畜禽糞的固液分離，以方便運(yùn)輸和貯存，減少水泡糞池的對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)居民生活質(zhì)量的破壞。

②運(yùn)用于工業(yè)粒狀介質(zhì)的過濾，提高粒狀介質(zhì)的過濾效率。

③運(yùn)用于泥水的固液分離，對(duì)泥漿的充分凈化，有效控制泥漿的性能指標(biāo)，減少施工過程中卡鉆事故。