用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机

摘要

本发明公开了一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，包括：机架、螺旋主轴、驱动装置、筛筒、密封罩、进料口和出料口，其中，螺旋主轴包括：位于进料口下方的用于提高汽爆物料的进料速度的进料直轴段；与进料直轴段末端连接的用于快速压缩汽爆物料的压缩段；与压缩段末端连接的用于使汽爆物料体积被压缩至最小并形成连续料塞的出料直轴段，其一部分位于所述出料口的上方；其中，进料直轴段、压缩段、出料直轴段上的螺旋叶片的螺距逐渐减小。本发明的螺旋挤压机，结构简单，可满足植物秸秆综合利用生产生物质燃料技术领域的汽爆物料脱水要求，适应于波动量大的进料方式，挤出汽爆物料干度达到40‑65％，且运行稳定，不堵塞、动力消耗低。

权利要求

1.一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，包括：机架；

安装在机架上且相对机架转动的螺旋主轴；

驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；

位于机架上且罩设在螺旋主轴外的筛筒；

安装在机架上且罩设在筛筒外的密封罩；

设置在机架两端的进料口和出料口；

其特征在于，所述螺旋主轴包括：

位于所述进料口下方的用于提高汽爆物料的进料速度的直径不变的进料直轴段，其上设置螺距逐渐减小的1-1.5个螺旋叶片；

与直径不变的进料直轴段末端连接的用于快速压缩汽爆物料的变径的压缩段，其上螺旋叶片的螺距逐渐减小；

与压缩段末端连接的直径不变的出料直轴段，其上设置0.25-0.7个螺旋叶片，其一部分位于所述出料口的上方；

其中，0.25-0.7个螺旋叶片为螺旋主轴上的最末螺旋叶片，位于所述出料直轴段与所述压缩段的连接处，用于将挤进至最末螺旋叶片的所述汽爆物料的体积压缩至最小；

其中，所述出料直轴段的位于0.25-0.7个螺旋叶片的后部分为用于使体积压缩至最小的所述汽爆物料形成连续料塞的无螺旋叶片的光轴段；

其中，所述螺旋叶片的螺旋面的母线为螺旋形的曲母线。

2.根据权利要求1所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述压缩段具有锥形轴，其末端的直径大于其前端的直径。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述出料直轴段还包括：与所述压缩段末端连接的螺旋段；

其中，所述光轴段与螺旋段末端连接；

其中，所述螺旋段具有所述螺旋主轴上的最末螺旋叶片。

4.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，还包括：设置在所述出料直轴段的光轴段上的用于将挤出的所述汽爆物料中的成硬块物料破碎的出料破碎棒。

5.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述进料直轴段具有直径不变的直轴，其直径小于所述出料直轴段的直径。

6.根据权利要求3所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述光轴段的轴向长度为所述螺旋叶片直径的0.4-1.6倍，以便降低高强度挤压区的长度。

7.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述筛筒的直径与所述出料直轴段的直径之差小于500mm，以便提高出料干度。

8.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述螺旋主轴的出料端处的螺旋叶片与进料端处的螺旋叶片的体积压缩比范围为1：1.7－3.15。

9.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述螺旋主轴上靠近出料口处的至少3个螺旋叶片、3个螺旋叶片所在处的螺旋主轴以及所述筛筒的内筛板表面喷涂耐磨材料，以便使布氏硬度大于HB400。

说明书

用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机

技术领域

[0001] 本发明涉及植物秸秆综合利用生产生物质燃料的技术领域，具体涉及一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机。

背景技术

[0002] 螺旋挤压机是一种机械挤压脱水装置，物料通过变螺距的螺旋叶片和变径的螺旋轴，逐步压缩物料体系体积，将其中的具有流动性的介质通过筛网排出体系，实现固液分离，以提高物料干度。

[0003] 各种物料的组织结构形态和物理特性具有本质的区别，在螺旋挤压脱水过程中，表现的脱水能力及脱水机理也完全不同。

[0004] 通过化学品高温处理的造纸浆料，组成体系的固体物部分，宏观结构已经破坏(维持物料结构强度的木质素溶出或破坏，植物的宏观结构已经坍塌)，纤维吸水发生润涨，挤压后塑性较好，挤压后的塑性外形不易反弹，体积回弹量小，体积回弹后对挤出液的返吸量小，比较容易挤压脱水；目前大部分螺旋挤压机是针对这类物料设计的。

[0005] 汽爆喷放过程中，由于植物结构内部的水分瞬间汽化膨胀，在蒸汽动力撕裂下，植物结构强度已经被破坏；汽爆后的物料经水洗涤或化学品溶液处理后，其中半纤维素部分、水溶性物质，包括一些小分子量木质素，已经分离溶出；基本是丝状物状态，结构多孔疏松；又由于其中纤维素结晶部分水分不能进入，物料这些区域的微观组织结构在汽爆后变化较小，使大部分微细纤维没有吸水润涨，所以，汽爆后的物料吸水性强，主要是游离水，但脱水阻力小，在脱水过程中丝状物料易缠绕，极易造成局部过脱水、形成局部过干硬料块，进一步将挤压机堵塞，无法运行；棉纤维浆(结晶纤维素含量高)、无化学品或少化学品高温蒸煮的纸浆也具有类似的特性。

[0006] 现有技术中，植物秸秆汽爆物料使用造纸行业传统设计的螺旋挤压机进行脱水，经常无法正常运行，要么出料干结堵塞挤浆机，要么出料浓度太低，无法超过20％的干度。

[0007] 因此，在植物秸秆综合利用生产生物质燃料的技术领域，急需一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，既能适应波动量大的进料方式，挤出汽爆物料干度又能达到40-65％，且运行稳定，不堵塞、动力消耗低。而截止目前，这一领域尚没有适用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机。

发明内容

[0008] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，其结构简单，可满足植物秸秆综合利用生产生物质燃料技术领域的汽爆物料脱水要求，适应于波动量大的进料方式，挤出汽爆物料干度达到40-65％，且运行稳定，不堵塞、动力消耗低。

[0009] 为实现本发明的上述目的，本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机包括：机架；安装在机架上且相对机架转动的螺旋主轴；驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；位于机架上且罩设在螺旋主轴外的筛筒；安装在机架上且罩设在筛筒外的密封罩；设置在机架两端的进料口和出料口；其中，所述螺旋主轴包括：位于所述进料口下方的用于提高汽爆物料的进料速度的进料直轴段；与进料直轴段末端连接的用于快速压缩汽爆物料的压缩段；与压缩段末端连接的用于使汽爆物料体积被压缩至最小并形成连续料塞的出料直轴段，其一部分位于所述出料口的上方；其中，所述进料直轴段、压缩段、出料直轴段上的螺旋叶片的螺距逐渐减小。

[0010] 优选的，所述压缩段具有锥形轴，其末端的直径大于其前端的直径。

[0011] 优选的，所述出料直轴段具有直径不变的直轴，包括：与所述压缩段末端连接的螺旋段；与螺旋段末端连接的用于使所述汽爆物料形成连续料塞的光轴段；其中，所述螺旋段具有所述螺旋主轴上的最末螺旋叶片。

[0012] 优选的，所述最末螺旋叶片位于所述出料直轴段与所述压缩段的连接处，用于将挤进至最末螺旋叶片的所述汽爆物料的体积压缩至最小。

[0013] 进一步的，还包括：设置在所述出料直轴段的光轴段上的用于将挤出的所述汽爆物料中的成硬块物料破碎的出料破碎棒。

[0014] 优选的，所述进料直轴段具有直径不变的直轴，其直径小于所述出料直轴段的直径。

[0015] 优选的，所述进料直轴段设置1-1.5个螺旋叶片，以便提高汽爆物料的进料速度。

[0016] 优选的，所述光轴段的轴向长度为所述螺旋叶片直径的0.4-1.6倍，以便降低高强度挤压区的长度。

[0017] 优选的，所述筛筒的直径与所述出料直轴段的直径之差小于500mm，以便提高出料干度。

[0018] 优选的，所述螺旋主轴的出料端处的螺旋叶片与进料端处的螺旋叶片的体积压缩比范围为1：1.7－3.15。

[0019] 优选的，所述螺旋主轴上靠近出料口处的至少3个螺旋叶片、3个螺旋叶片所在处的螺旋主轴以及所述筛筒的内筛板表面喷涂耐磨材料，以便使布氏硬度大于HB400。

[0020] 与现有技术相比，本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机具有如下优点：

[0021] 1、本发明的螺旋挤压机用于对汽爆物料挤压脱水，由于汽爆物料脱水阻力小，脱水速率快，故本发明的螺旋挤压机取消了传统挤压机的预脱水部分，减少螺旋叶片数量，缩短螺旋挤压机的长度，降低物料与机体之间的摩擦面积，减小摩擦力，加大单位时间内的体积压缩量，降低动力消耗，适应汽爆物料快速脱水的特性，达到出料干度要求；

[0022] 2、本发明的螺旋挤压机，减少了高强度挤压区的长度，降低了物料高强度挤压时与机体之间的摩擦力，确保物料快速脱水，并降低动力消耗；

[0023] 3、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴变径至最大处设置一段不变径的直轴，使得汽爆物料压缩体积至最小、挤压强度最高，摩擦力最大，且物料进入无螺旋叶片的光轴段后，由于无叶片推动，使得物料在光轴段连续形成料塞区，在被后续挤入物料推出之前，可以确保物料继续脱水至要求干度，从而使挤出的汽爆物料的干度可达到40-65％，且运行稳定，不堵塞，动力消耗低；

[0024] 4、本发明的螺旋挤压机，合理设计光轴段的轴向长度和主轴与圆筒形筛筒的直径之比，以便连续形成强度适当的料塞区，即能降低摩擦面积，又可稳定达到出料干度要求；

[0025] 5、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴出料端与进料端的体积压缩比是1：1.7－3.15，从而适应于进料不同干度的变化范围。

[0026] 下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

[0027] 图1是本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机的主视图；

[0028] 图2是图1所示螺旋挤压机的俯视图；

[0029] 图3是图1所示螺旋挤压机的右视图；

[0030] 图4是本发明的螺旋主轴的结构示意图；

[0031] 图5是本发明的筛框、内筛板、外筛板构成圆筒形筛筒的装配示意图；

[0032] 图6是本发明的筛框展开后的示意图；

[0033] 图7是本发明的内筛板展开后的结构示意图；

[0034] 图8是图7所示I部分放大图；

[0035] 图9是本发明的外筛板展开后的结构示意图。

具体实施方式

[0036] 本发明提供一种用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，以满足植物秸秆综合利用生产生物质燃料技术领域的汽爆物料脱水要求，适应波动量大的进料方式，并使挤出汽爆物料干度达到40-65％，且运行稳定，不堵塞，动力消耗低。

[0037] 为了达到上述目的，如图1-图3所示，本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机包括：机架1；安装在机架1上且相对机架1转动的螺旋主轴；驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；位于机架1上且罩设在螺旋主轴外的筛筒16；安装在机架1上且罩设在筛筒16外的密封罩9；设置在机架1两端的进料口2和出料口3；其中，螺旋主轴包括：位于进料口2下方的用于提高汽爆物料的进料速度的进料直轴段18；与进料直轴段18末端连接的用于快速压缩汽爆物料的压缩段4；与压缩段4末端连接的用于使汽爆物料体积被压缩至最小并形成连续料塞的出料直轴段14，其一部分位于出料口3的上方；其中，进料直轴段18、压缩段4、出料直轴段14上的螺旋叶片13的螺距逐渐减小。

[0038] 具体的，本发明的螺旋挤压机包括机架1，带有螺旋叶片13的螺旋主轴的两端分别通过轴承室8转动安装在机架1上，轴承室8内有滚动轴承和推力轴承，轴承室8固定在机架1的支撑体上，螺旋主轴的一端是动力输入端，与驱动装置连接，如通过联轴器与减速机、皮带传动系统、电机连接，由于螺旋挤压机出口端的挤压强度远高于进口端，使得整个设备的主要动力负荷在出口端，因此，本发明将驱动装置安装在螺旋挤压机的出料口一端。

[0039] 其中，本发明的螺旋主轴外罩有圆筒形的筛筒16，如图5所示，筛筒16是内筛板5、外筛板6焊接在带有加强筋板的两个半圆形筛框7上(筛框展开图如图6所示)，两个半圆形筛框7通过螺栓紧固在一起组成；如图7、图8所示，内筛板5的板厚3-5mm，筛孔Φ3-5mm，如图9所示，外筛板6的板厚12-18mm，筛孔Φ20-30mm，筛筒16的两端用螺栓固定在机架1支撑板上。筛筒16外罩设有密封罩9，与安装在机架1上且位于密封罩9底部的接水盘11用螺栓紧固密封，接水盘11中间是排水口12，密封罩9的作用是密封筛筒排出的液体，使之进入接水盘排出。从图1看到进料口2中部的虚线部分，是在进料口2下部、螺旋主轴底部设置的半圆形筛框，进料口2是由与底部接水盘连接的位于螺旋主轴两侧的一对密封直板围成，物料从一对密封直板的上部开口处进入。出料口3处也由位于螺旋主轴两侧的一对密封直板围成，采用上下直通的结构，在下面的开口处出料，上面的开口用作观察取样口，以便于对出料情况进行随时观察。由于排水口12位于进料口2和出料口3之间，便于将物料脱水处理后形成的液体(如水)排出。

[0040] 其中，如图4所示，本发明的螺旋主轴包括进料直轴段18、压缩段4和出料直轴段14，进料直轴段18和出料直轴段14均具有直径不变的直轴，压缩段4的两端分别与进料直轴段18和出料直轴段14连接，其中，进料直轴段18的直径小于出料直轴段14的直径，即，压缩段4具有锥形轴，锥形轴末端的直径大于其前端的直径。

[0041] 其中，本发明的出料直轴段14包括：与压缩段4末端连接的带有螺旋叶片的螺旋段；与螺旋段末端连接的用于使汽爆物料形成连续料塞的光轴段15；其中，螺旋段具有螺旋主轴上的最末一个螺旋叶片13，且最末螺旋叶片13位于出料直轴段14与压缩段4的连接处，以便汽爆物料行进至最末螺旋叶片13时体积被压缩至最小。

[0042] 综上，本发明的螺旋主轴4，其进料端(与进料口位置相对应的一端)轴径小、出料端(与出料口位置相对应的一端)轴径大，螺旋叶片的螺距17从进料端向出料端方向逐步减小，进料端有一段是不变径的直轴段18(即进料直轴段)，在进料直轴段18上设置1-1.5个螺旋叶片13，以适应于波动量大的进料方式，且提高汽爆物料的进料速度，螺旋主轴的出料端也有一段是不变径的直轴段14(即出料直轴段)，在出料直轴段的不变径直轴(即螺旋段)上设置0.25-0.7个螺旋叶片13，出料直轴段14的后部分直轴上没有螺旋叶片13，即，出料直轴段的后部分为光轴段15，以便形成物料的料塞形成区，提高出料端的挤压强度，利于提高出料干度。

[0043] 进一步的，本发明在出料直轴段14的出料口外40-150mm处，设有出料破碎棒10，用于将经高强度挤压所挤出的成硬块的物料破碎，使破碎后的物料从出料口掉落，以便出料口不会被硬块状的物料所堵塞。

[0044] 其中，设计时，本发明的螺旋主轴出料端料塞形成区(即光轴段15)的轴向长度为螺旋叶片13直径的0.4-1.6倍，筛筒16的内部直径(即，内筛板围成的圆筒的内径)与出料直轴段14的直径之差小于500mm，螺旋主轴上一共设置4-6个螺旋叶片，出料端与进料端的螺旋体积压缩比是1：1.7－3.15。本发明通过减少螺旋主轴上的螺旋叶片的数量，缩短螺旋主轴的长度，进而缩短螺旋挤压机的整体长度，可降低物料与螺旋挤压机的各部分之间的摩擦面积，从而减小摩擦力，加大单位时间内的体积压缩量，降低驱动装置的动力消耗，适应汽爆物料快速脱水的特性，可达到出料干度要求，使得出料干度可达到40-65％，远高于现有技术挤压机的出料干度。

[0045] 其中，螺旋主轴上靠近出料口处的最后3个螺旋叶片13、3个螺旋叶片所在区域到出料端的螺旋主轴、以及筛筒16的内筛板5表面分别喷涂耐磨材料，以使布氏硬度大于HB400，优选的，上述各部分的表面电弧喷涂3Cr13耐磨材料，以便螺旋主轴、螺旋叶片和筛板等主要部件使用寿命加长。

[0046] 本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机，主要应用于生物质燃料生产领域的物料预处理，对汽爆后的物料经水洗涤或化学品溶液处理后进行挤压脱水，经本发明的螺旋挤压机脱水后，挤出汽爆物料干度达到40-65％，物料被挤压搓揉撕裂，酶解发酵抑制物大量去除，有利于后续工艺处理，且运行稳定，不堵塞、动力消耗低；此外，本发明的螺旋挤压机也可用于无化学品或少化学品高温蒸煮的纸浆、棉纤维浆料等的挤压脱水，出料干度远高于目前所用的各种挤压机，且不会干结堵塞，运行稳定，效果显著。

[0047] 综上所述，与现有技术相比，本发明的用于汽爆植物秸秆物料脱水的螺旋挤压机具有如下优点：

[0048] 1、本发明的螺旋挤压机用于对汽爆物料挤压脱水，由于汽爆物料脱水阻力小，脱水速率快，故本发明的螺旋挤压机取消了传统挤压机的预脱水部分，减少螺旋叶片数量，缩短螺旋挤压机的长度，降低物料与机体之间的摩擦面积，减小摩擦力，加大单位时间内的体积压缩量，降低动力消耗，适应汽爆物料快速脱水的特性，达到出料干度要求；

[0049] 2、本发明的螺旋挤压机，减少了高强度挤压区的长度，降低了物料高强度挤压时与机体之间的摩擦力，确保物料快速脱水，并降低动力消耗；

[0050] 3、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴变径至最大处设置一段不变径的直轴，使得汽爆物料压缩体积至最小、挤压强度最高，摩擦力最大，且物料进入无螺旋叶片的光轴段后，由于无叶片推动，使得物料在光轴段连续形成料塞区，在被后续挤入物料推出之前，可以确保物料继续脱水至要求干度，从而使挤出的汽爆物料的干度可达到40-65％，且运行稳定，不堵塞，动力消耗低；

[0051] 4、本发明的螺旋挤压机，合理设计光轴段的轴向长度和主轴与圆筒形筛筒的直径之比，以便连续形成强度适当的料塞区，即能降低摩擦面积，又可稳定达到出料干度要求；

[0052] 5、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴出料端与进料端的体积压缩比是1：1.7－3.15，从而适应于进料不同干度的变化范围。

[0053] 尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。