加壓式密度控制儀在擠壓膨化加工中的應(yīng)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(shù)研究中心，江蘇 揚州 225127）

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，利用傳統(tǒng)的機械加工方法生產(chǎn)的硬顆粒飼料來飼喂水產(chǎn)動物，已經(jīng)遠遠不能滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的需要。采用硬顆粒飼料來飼喂生產(chǎn)動物，不僅使大量營養(yǎng)物質(zhì)未被消化即被排出體外，造成不必要的營養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)外流，影響水體的質(zhì)量。而膨化飼料不僅提高水產(chǎn)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(huán)境的影響。擠壓膨化加工技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有100 多年的歷史了，早在19 世紀70 年代英國的橡膠工業(yè)就首次應(yīng)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(chǎn)，20 世紀80 年代擠壓膨化水產(chǎn)飼料的工業(yè)化生產(chǎn)開始在全世界迅速普及。受現(xiàn)實需求的驅(qū)使，全球水產(chǎn)飼料的加工得到了長足的改進和發(fā)展，飼料的產(chǎn)量也不斷攀升，2019 年全球飼料產(chǎn)量達到了11.27億t，其中水產(chǎn)飼料約占4%。水產(chǎn)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(chǎn)水產(chǎn)飼料的主要優(yōu)點是用同樣的設(shè)備既可生產(chǎn)沉性飼料又可生產(chǎn)浮性飼料。容重是影響水產(chǎn)飼料沉浮性的關(guān)鍵性指標，兩者之間的關(guān)系見表1[1-4]。

表1 水產(chǎn)飼料容重與沉浮性的關(guān)系g·L-1

目前在水產(chǎn)膨化機上生產(chǎn)沉性飼料時通常配套使用在擠壓腔設(shè)置排氣口和在擠壓排料后設(shè)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(shè)計開發(fā)和應(yīng)用中的一些關(guān)鍵要點。

1 加壓式密度控制儀的研制與應(yīng)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(nèi)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(chǎn)能（和不采用任何密度控制設(shè)備相比較）。加壓式密度控制儀有一系列的優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作維護方便、適應(yīng)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(chǎn)等等，因此在膨化機的沉性物料生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 加壓式密度控制儀的構(gòu)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(shù)據(jù)

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(nèi)正壓的環(huán)境下被切割成形。關(guān)風器：通過關(guān)風器將壓力室內(nèi)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(guān)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(guān)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(zhuǎn)動，使關(guān)風器轉(zhuǎn)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(guān)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(xiàn)密封），并拉好把手實現(xiàn)固定，隨后將關(guān)風器旋轉(zhuǎn)到位，打開手動控制閥給氣缸供氣，在氣缸的推動下關(guān)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(jié)合在一起，最后打開手動截止閥往壓力室內(nèi)通壓縮空氣，啟動切割電機和關(guān)風器的減速電機，就可以進行正常生產(chǎn)了[6-7]。生產(chǎn)中要注意壓力室內(nèi)的壓力和切刀的轉(zhuǎn)速，結(jié)合膨化機操作參數(shù)的調(diào)整，排出少部分機頭料后直至生產(chǎn)出符合要求的膨化顆粒物料。

2.3 設(shè)計及操作加壓式密度控制儀時的關(guān)鍵點

2.3.1 切割裝置

該壓力室內(nèi)存在約0.2 MPa 的正壓力，密封是關(guān)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(dǎo)致壓力下降。進氣口的結(jié)構(gòu)及位置也是關(guān)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(chǎn)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(chǎn)應(yīng)用中對刀調(diào)整時要注意：調(diào)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(xiàn)象，再調(diào)整殼體端面的限位螺栓，使得切刀面（切刀口在旋轉(zhuǎn)過程中所形成的平面）和出料模板的端面相平行。

2.3.2 關(guān)風器

關(guān)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(nèi)的正壓，因此要重點關(guān)注密封性。此外正常工作狀態(tài)下關(guān)風器腔體內(nèi)的溫度較高，轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程中不能有卡阻密封條的熱膨脹性要關(guān)注，同時在冷態(tài)下的間隙也，不能太大，否則剛開始建壓時比較困難。另外關(guān)風器在釋放壓力時會產(chǎn)生一定的噪音，我們做過測試，壓力越大，釋放時產(chǎn)生的噪音也越大，所以需要協(xié)調(diào)兼顧好壓力和噪音的關(guān)系。最后關(guān)風器的運轉(zhuǎn)過程中不能產(chǎn)生夾料的問題，因為夾料的部位一般是發(fā)生在進料口處關(guān)風器旋轉(zhuǎn)方向上的轉(zhuǎn)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(qū)域，從而可避免產(chǎn)生夾料的問題。此外要盡量使物料在關(guān)風器中分布均勻，避免料層的集中堆砌，可提高關(guān)風器內(nèi)物料的充滿度。

2.3.3 安全措施

由于壓力室內(nèi)存在正壓，故需要考慮在意外情況下發(fā)生爆炸的危險性，因此需設(shè)置安全結(jié)構(gòu)裝置，比如我們在該設(shè)備上設(shè)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(fā)生意外情況（如關(guān)風器堵轉(zhuǎn)后不排料）在切割室內(nèi)產(chǎn)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(shè)備及操作人員的安全。此外還要在電氣控制上設(shè)置安全保護開關(guān)，只有待關(guān)風器位于工作位置時才能運轉(zhuǎn)關(guān)風器的電機。

2.3.4 調(diào)整余量

由于制造及裝配上的誤差，在設(shè)計時需預(yù)留一定的調(diào)節(jié)余量，安裝時通過調(diào)整關(guān)風器的位置，確保關(guān)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(yīng)用測試

加壓式密度控制儀配套膨化機使用，主要應(yīng)用于沉性水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)，如蝦蟹料、石斑魚料等。現(xiàn)場測試的使用加壓式密度控制儀前后的容重對比數(shù)據(jù)見表2?，F(xiàn)場測試的不同壓力下的加壓式密度控制儀出口的噪聲數(shù)據(jù)及容重數(shù)據(jù)見表3。

表2 使用密度控制儀前后的容重檢測對比數(shù)據(jù)

表3 不同壓力下的噪聲和容重

3 小 結(jié)

從目前加壓式密度控制儀的使用情況和檢測數(shù)據(jù)來看，通過加壓式密度控制儀生產(chǎn)的沉性料達到了高產(chǎn)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(chǎn)品容重、色澤和產(chǎn)能的要求，而且由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強、操作維護方便、沒有能源浪費等一系列的優(yōu)勢，已經(jīng)在水產(chǎn)膨化機上得到了越來越廣泛地應(yīng)用。