生物質壓縮成型過程從受力分析的角度看,一般分為三個階段:預處理→預壓成型→
顆粒機壓制成型。這里所指的各受力階段是指原料進入成型顆粒機不同位置的受力情況,不包括原料粉碎和輸送。原料所受的外力主要有軸向壓力、徑向力、剪切力、原料與模具間的軸向摩擦力等。
原料在預處理階段主要受軸向壓力或剪切力的作用,對
環模和平模成型顆粒機來說,這段受力發生在物料進入預處理倉及進入成型腔前所承受的力,主要有滾輪施加的正壓力、軸向剪切力,即物料流動的摩擦力;對棒狀成型顆粒機來說,原料在預處理階段主要受軸向正壓力,因為在這一階段中物料原形要被破壞,顆粒變小,顆粒間發生不規則移位及摩擦升溫,并排出松散物料中的部分水分,有效減小物料間的空隙,同時物料也發生局部彈性變形,形成可以進入成型腔的顆粒團(餅)。對于棒狀成型顆粒機,在該階段依靠較小的軸向壓力的增大就能獲得較大的體積變形增量,從而保證預壓和成型段有較大的物料喂入量,
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機壓制的
生物質成型顆粒燃料如下所示:

預壓階段是對喂人后的物料進行壓縮。此時物料溫度逐步升至軟化點,承受的力主要是軸向壓力和直徑收縮造成的徑向反作用力。此時物料顆粒發生較大位移,壓力使物料顆粒間空隙進一步縮小,水分汽化蒸發排出,物料顆粒發生嚴重彈性變形,物料內部細小顆粒重新排序并相互填補,淀粉、糖類析出物開始發生黏接作用,成型燃料具有了雛形。
物料在持續施加的壓力下由預壓階段進入具有成型角的成型段。這一段溫度升到160℃以上,物料中的木質素產生熔融現象,產生黏性,同時因成型腔內的一段內徑收縮,此時物料承受較大的正壓力和與成型模具間的摩擦力,細小顆粒之間產生分子吸引力或靜電引力,這樣生物質原料基本形成了有一定形狀和密度的成型燃料,接著就被送進了保型段。
保型階段的內徑比成型段出口直徑略有增大(直徑增大的程度與成型腔長度和質量要求有關),長度一般是成型段的2倍。這一段作用是消除成型燃料的內應力,保證其松弛密度,保持燃料外部形狀。顯然,應力松弛時間越長,松弛(保型)距離越長,內應力消除就越充分,成型后的燃料穩定性能也越好。
由以上分析可見,燃料在成型過程中的受力情況對燃料的成型起著決定性的作用,本節將對物料在螺桿擠壓成型顆粒機、柱塞成型顆粒機、平模成型顆粒機和環模成型顆粒機成型過程中的受力情況進行分析。
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