2018年1月宜嫁娶的日子:压榨机动力的计算与分析

2008-02-28 15:57:16　阅读: 39 来源: 作者:
压榨机的驱动装置是压榨机组的重要组成部分，驱动装置配备适当是充分发挥压榨机组效能的必需条件。不论是新设计的机组，或是原有机组的改造，如何适当配套驱动装置都需要很慎重地研究决定。
在这方面，首先要正确地计算压榨机的功率，同时要深入地了解它和各种因素的关系，以及降低压榨耗用动力的措施。在设备实际运行时，应当经常测定和计算压榨动力装置的功率，了解设备的实际负荷，并分析它的负荷是否正常。如果不正常，就要分析原因，采取措施解决。
1、压榨机功率的计算
根据国内外的大量实测数据和深入的理论分析，压榨机的实际使用动力可按如下公式计算：
n = kpv
式中，n －－ 使用动力
p －－ 顶辊油压
v －－ 辊子线速
k －－ 动力系数
此式可以用于不同单位制的计算,只是式中的k值相应变化。按现行的法定计量单位，功率的单位为kw，压力的单位为mn(即106牛，1mn=102吨力)，线速单位为m/min，相应的k值在3.8～5.6范围内。如用以前的公制单位，功率的单位为hp(公制指示马力＝0.7355kw)，油压的单位为吨力，线速的单位相同，则上式的k值相应地变为0.048～0.075。
根据在广东顺德、南海、东莞、中山、白蕉、江门、梅山等多个糖厂的数十组实测数据，上式中的k值是相当稳定的，但与下列因素有关：
1、前座压榨机k值较高，后座机较低，第一座机的k值约比末座机高10%～20%。
2、k值随蔗层厚度(纤维负载率)增加而稍为增大，近似地与它的开方成正比例。当甘蔗预破碎较细时, 同样蔗量下的蔗层较薄, k值也较低。
3、k值与原动机和传动装置的型式和效率等有关；用高效传动装置者，k值较低。
4、k值与压榨机的轴承损耗情况有关，如轴承发热，k值就较高；正常使用滚动轴承的压榨机的k值较低。
5、k值与压榨机附带的中间输送机或喂料器(入辘器)有关，采用下送式喂料器时k值较高。
6、k值与压榨机油压升降情况有关，油压不升起时k值偏低(此时油压未充分起作用)，油压升高但不灵活时k值会较高。
7、k值与压榨机装嵌、前后辊开口比及底梳的安装情况有关，安装不良时k值较高。
澳大利亚等国外的研究资料也反映了同样的数据和规律。德国名厂bma公司设计的压榨机，虽然有多种不同的规格大小，但从所配功率算出的k值，滑动轴承压榨机都是4.9～5.0，滚动轴承压榨机都是4.1～4.3。
因此，对于正在运行的压榨机，实测出它的k值，将它与正常情况相比，可以看出它的负荷是否正常，以及进一步分析它是否存在某些问题。现在不少糖厂的压榨机的实际负荷偏重，如超出20％或更大。这不但增大了耗用动力，还增加了设备的损耗和发生故障的可能性，应及时找出问题的原因, 采取有效措施解决。
应当说明，上述的计算式看似经验公式，其实用现代的力学理论也可以推导出来(推导过程很复杂，此处不列出)。并要注意,上述计算的功率是一种常规的平均值。实际压榨机的负荷是波动较大的，在配备动力设备时必须留有适当的安全余量。
2、压榨机实用动力
压榨机实际使用的动力与很多因素有关。下面对三个重点问题进行详细的分析讨论：
1、 压榨机的压力：
压榨机实际使用的动力与压榨机所用的压力成正比例。压榨机常使用很高的压力，希望将甘蔗中的蔗汁最大限度地压出来。特别在早期，压榨机常使用安全限度内的最高压力。以后由于发现了先将甘蔗破碎得较细碎，可以在较低的压力下达到相当高的抽出率，在提高破碎度的情况下压榨机所用压力有所降低。近年更发现了过高的压力可能是无效的(出现“虚功油压”)，甚至可能因压力过高导致重吸作用大幅度增强，蔗渣水分反而升高(出现“负功油压”)；而且使用高压有多种缺点，故降低了使用压力。
为对比不同大小的压榨机所用的压力，可以用压榨机顶辊的总压力对该辊的截面积的比例计算，称为“压力系数”，以符号pav代表，单位为mpa(前用单位为 t力/m2，1mpa=102 t力/m2)。以f代表顶辊总压力(106n)，d和l分别代表顶辊的直径(中径)和长度(m)，则
pav = f / dl
压榨机顶辊的总压力是两端油压缸所受压力的总和。以p1和p2代表两端油压缸内的油压力(mpa)，a1和a2代表两端油压缸的有效面积(m2)，则
f = (p1×a1)+(p2×a2)
代入上式得：
pav = [(p1×a1)+(p2×a2)]/dl
如果两端油压缸的压力p相同，以符号 m 代表两油压缸总面积对辊子截面积的比例：
m = (a1+a2)/dl
m 值对一定的压榨机为常数，则
pav = m×p
国内糖厂的压榨机，早期倾向于使用较高的压力,压力系数常达到2.3～2.5mpa(230～250 t力/m2，国外甚至达到2.8mpa)。以后通过加强甘蔗破碎大大提高了甘蔗的压缩性，以及改善了排汁，所用的压力就不需要那么高。80年代后期，不少糖厂压榨机的压力系数降低到1.8～2.2mpa，90年代部分糖厂降低到1.6mpa，抽出率亦达到要求。压榨机使用较低压力明显减轻了它的负荷和动力消耗，很有利于安全运转，并可以提高压榨量。
2、压榨机的线速：
压榨机所用动力与其线速度成正比例。因此，在提高压榨机线速时，不论压榨量增加多少，所用动力都要正比例地增加。我国糖厂所用的压榨机线速，早期是比较低的，例如不到10m/min。以后为了提高压榨量，线速普遍增大，多数用到15m/min左右，个别厂甚至达到20m/min。
提高压榨机的线速可以增大压榨量，但是线速高时的蔗层比较薄，故压榨量增加的比例小于速度升高的比例。例如，线速升高50%时压榨量增大只约20%～25%，这样，相对于每压榨1吨甘蔗所用的动力就增大约20%～25%。
有些糖业界人员习惯用一种衡量压榨耗用动力的比例数，即每小时每榨1吨甘蔗(或纤维)使用多少动力。这个数字是多变的。最直接的影响因素是甘蔗的预破碎和压榨机线速，破碎较细时此值较低，压榨机线速快时此值较高。
在上世纪70年代，国内糖厂曾吹起一阵“加快线速”的风。广东不少糖厂通过更换压榨机的传动齿轮组，较大幅度地提高压榨机的线速。结果在同样的压榨量下，原动机的负荷也大幅度增加，以至要相应地降低所用压榨机压力。这是由于当时未注意到，压榨机耗用动力对压榨量的比例也是随线速增大而升高的。生产实践还暴露出高线速的多种缺点：设备磨损快，振动和噪音增大，排汁不良，重吸系数升高。以后就不再强调使用很高的线速。
国际上对甘蔗压榨技术研究最深入的澳大利亚，所用压榨机线速是不高的，很少达到15m/min。他们通过将甘蔗高度破碎、采用高位槽和两辊式压力喂蔗机来强化入蔗，实际压榨量很高，比我国用高线速的压榨机还要高出不少。应当说，这是甘蔗压榨技术的正确发展方向。
3、甘蔗的预破碎
甘蔗的预破碎对压榨机的各个方面――压榨量、抽出率和耗用动力都有极大的影响。显然，甘蔗预破碎越细碎(这当然是指破碎成为纤维状而非粉状)，压榨所需动力就越小。它通过两方面产生影响。
首先，预破碎较细的甘蔗容易被压缩到较高的密度，在相同的压榨条件下蔗层厚度较小，因而动力计算式中的k值较低。更重要的是, 甘蔗预破碎较细时，压榨同量的甘蔗可以用较低的线速；以及要达到相同的抽出率可以用较低的压力。这样，压榨机所需的动力就正比例地减少。可以说，提高甘蔗预破碎度是降低压榨机负荷的最有效的措施。现在不少糖厂的压榨机和驱动机构的负荷相当重，改善甘蔗预破碎可以显著地改善这种状况。
提高甘蔗预破碎度要消耗相当多的动力，但由于可以减少随后几座压榨机的需用动力，压榨机组总用动力可显著减少，或每单位甘蔗总用动力减少。国内外的许多实践数据都证明了这点。
3、压榨机与传动机构的扭矩
压榨机与传动机构的扭矩是很重要的参数，它更直接地影响到设备的运转和安全，并是多项设计计算的基础。
压榨机与传动机构的扭矩可用上述的公式来计算。任一转动轴的扭矩m(kn.m)等于它所传递的功率n(kw)除以轴的转速n(弧度/s)。因为1弧度/s =9.55r/min，再将有关转换因素代入，得：
m = 9.55×kπpd = 30kpd  (kn.m )
由此可知，压榨机的扭矩与油压和辊径成正比，而与线速或转速无关。一定的压榨机在一定的油压下，扭矩只随k值而变，如前述，前座压榨机k值较高，故扭矩较大；蔗层较厚时k值较高，扭矩亦较大。其他各项因素对k值的影响，以同样的比例影响到设备的扭矩。
关于蔗层厚度的影响，可以用一个比例系数计算。以h 代表后辊的工作开口，它对辊径d的比例以符号r(=h/d)代表。则r值不同时的k的理论值如下：
r 0.010  0.015 0.020 0.025 0.030
k 4.2 4.8 5.4 5.9 6.3
例如，φ1×2m的压榨机，若p=4mn(408吨力)，按首座机k＝6.3，末座机k=5.4计算，则它们的理论扭矩顺次为：
首座 m = 30×4×6.3×1 = 756 kn.m
末座 m = 30×4×5.4×1 = 648 kn.m
广东梅山糖厂曾测定各座压榨机(尺寸同上)的扭矩，结果如下表, 它们和计算值很接近。
压榨机座号 1   2 3  4
扭矩 kn.m 742 676 588 625
应当注意，这些计算和测定值都是一定时间内的平均数。近年的许多实测资料说明，压榨机轴的实际扭矩是频繁地周期性波动的，即使在运行较平稳的情况下也是如此。较大幅度的脉动每分钟3～5次，其中还有较小的脉动。波动幅度一般为±15%～20%，但有时幅度较大。因此，在具体的设计工作中，原动机的公称扭矩宜增大10～15%，而传动机构(减速箱)的公称扭矩宜增大20%～35%。如上例, 压榨机前的减速箱的公称扭矩要900～1000kn.m(90～100吨.米)。
压榨机由转速较高的原动机驱动，中间经过几级齿轮组减速。各级传动轴的扭矩与该轴的转速成反比，并由前向后减去摩擦损失，可分别进行计算。
压榨机的原动机必需有足够的功率，还必需有足够的扭矩，才能够正常运行。国内一些糖厂在这方面有深刻的经验教训。在70年代有些糖厂为压榨机配备原动机时，只注意功率，对传动机构的速比考虑不周，定得过小(由于受到当时“加快线速”风气的影响)，虽然原动机的功率足够，但扭矩不足，只能降低油压运行。现在仍然有一些糖厂压榨机组的传动速比偏小，导致原动机负荷过重、只能薄层压榨、或要降低油压工作。按照上述方法核算，适当调整齿轮组增大速比，可以改善和解决问题。