一種可提高壓榨機(jī)效能的壓榨機(jī)設(shè)備改造技術(shù)

張健 周文興 尹志琨

摘要：三輥式壓榨機(jī)主要由機(jī)架、榨輥、油壓裝置、側(cè)蓋和底梳等部件組成。3個(gè)壓榨輥分別為頂輥、前輥和后輥，頂輥與前、后輥成三角形裝嵌。正品字型壓榨機(jī)頂部夾角設(shè)計(jì)一般均大于78.00°，普遍存在夾角偏大、底梳較寬、榨機(jī)組負(fù)荷重、能耗高、產(chǎn)能偏低、穩(wěn)定性和安全性差及壓榨效能不高等問(wèn)題。文章以廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司TSG810×1670型三輥式壓榨機(jī)為調(diào)查對(duì)象，分析其改造前出現(xiàn)電機(jī)負(fù)荷重致使能耗增加、設(shè)備發(fā)生明顯振動(dòng)存在安全隱患和鍋爐燃燒效率低導(dǎo)致收回指標(biāo)偏低等問(wèn)題及原因，針對(duì)存在問(wèn)題，通過(guò)挖掘三輥式壓榨機(jī)設(shè)備潛力，結(jié)合蔗料彈性大的原理，對(duì)前后軸承座進(jìn)行加工改造，擴(kuò)大中心高，縮小頂部夾角到76.00°左右，加大榨輥輥徑，優(yōu)化裝嵌參數(shù)，獲得可提高三輥式壓榨機(jī)效能的改造技術(shù)。該技術(shù)可提高榨機(jī)對(duì)榨量波動(dòng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，壓榨產(chǎn)能提高21.77%、壓榨抽出率提高0.11%、設(shè)備安全率提高0.51%，能實(shí)現(xiàn)壓榨機(jī)效能整體提升，技術(shù)改造具有可行性，可供制糖從業(yè)者挖掘壓榨機(jī)潛力時(shí)參考應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三輥式壓榨機(jī)；壓榨輥；頂部夾角；中心高；壓榨效能

中圖分類號(hào)：TS243.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-820X（2024）01-0027-05

0 引言

傳統(tǒng)的壓榨理論多數(shù)停留在通過(guò)蔗料高形變獲得高出汁率，通常忽視蔗料有彈性形變的客觀實(shí)際，直接導(dǎo)致榨機(jī)高油壓、高能耗和低產(chǎn)能運(yùn)行［1-3］。實(shí)踐證明，由于蔗汁排出不完全而被蔗料重新吸收（重吸）［2］，蔗料通過(guò)榨機(jī)的最小間隙后體積會(huì)迅速膨脹。此外，底梳通道設(shè)計(jì)不合理，蔗渣在底梳通道輸送過(guò)程中不能靠自身的膨脹力前進(jìn)，會(huì)在通道上打滾，極大增加摩擦力，造成大量功率消耗和影響蔗料入轆，對(duì)壓榨機(jī)設(shè)備造成損害，通道越長(zhǎng)損害越嚴(yán)重［4-6］。目前，多數(shù)糖廠的榨機(jī)為正品字型三輥式壓榨機(jī)［1］，主要由機(jī)架、榨輥、油壓裝置、側(cè)蓋和底梳等部件組成，3個(gè)壓榨輥分別為頂輥、前輥和后輥，頂輥與前、后輥成三角形裝嵌。正品字型榨機(jī)頂部夾角一般設(shè)計(jì)為78.00°～84.00°，夾角偏大，底梳長(zhǎng)，普遍存在榨機(jī)運(yùn)行負(fù)荷高、能耗高、產(chǎn)能彈性小、壓榨抽出率低、設(shè)備運(yùn)行安全率低及壓榨效能不高等實(shí)際問(wèn)題。但廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司總結(jié)其糖廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，通過(guò)低投入可使傳統(tǒng)的甘蔗壓榨機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)，明顯提升設(shè)備的運(yùn)行效能和穩(wěn)定性?；趬赫ボ囬g作為甘蔗糖廠第一生產(chǎn)單元其生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定性難以實(shí)現(xiàn)糖廠“高糖高榨”要求，以及壓榨機(jī)構(gòu)造及裝嵌參數(shù)優(yōu)化可提升壓榨機(jī)對(duì)榨量波動(dòng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性［1-2］，文章對(duì)提高壓榨抽出率和設(shè)備運(yùn)行安全率、降低蔗渣水分及電耗等方面進(jìn)行探索，并主要介紹壓榨機(jī)頂部夾角和中心高改造技術(shù)，比較改造前后壓榨機(jī)的壓榨量及節(jié)能降耗效果，旨在為壓榨機(jī)挖潛和升級(jí)改造提供參考依據(jù)。

1 改造前榨機(jī)存在問(wèn)題及原因分析

1.1 存在問(wèn)題

以廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司TSG810×1670型壓榨機(jī)為例，其配置為一列5座壓榨機(jī)（1#～5#），出廠設(shè)計(jì)能力為日榨4000.0 t原料蔗，每座壓榨機(jī)配備動(dòng)力500 kW直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高額定電流1200 A，榨輥裝機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

原安裝1#壓榨機(jī)頂角為79.00°，2#～5#壓榨機(jī)頂角為78.00°，中心高均為650.0 mm，其他裝配條件如工作開(kāi)口比、輥面齒紋、下送輥、面輥中心高差、油壓壓力、高位槽減速系統(tǒng)和三大間隙（油壓頭間隙、軸瓦間隙和頂輥側(cè)隙）均符合規(guī)范要求，安裝因素榨輥軸頸圓度錐度和榨輥安裝平衡性不變，甘蔗預(yù)處理?xiàng)l件不變。當(dāng)生產(chǎn)需要榨蔗量提高到4300.0 t/d時(shí)，壓榨機(jī)極易出現(xiàn)下列問(wèn)題：①1#～5#壓榨機(jī)電機(jī)負(fù)荷特別重，工作電流在900～1100 A波動(dòng)，增加的電耗與提高的榨蔗量不成正比，能耗明顯增加；②設(shè)備發(fā)生明顯振動(dòng)，每年檢修期對(duì)機(jī)架進(jìn)行探傷均發(fā)現(xiàn)機(jī)架存在大小不等的裂紋，需對(duì)機(jī)架進(jìn)行不同程度修復(fù)，否則設(shè)備運(yùn)行將存在安全隱患；③平均日榨量為4300.0 t時(shí)，榨季抽出率平均為96.0%左右；設(shè)備產(chǎn)能彈性小，壓榨機(jī)入轆不順暢，蔗層厚薄不均勻，造成收回指標(biāo)偏低且不穩(wěn)定，蔗渣水分偏高影響鍋爐燃燒效率。

1.2 原因分析

壓榨機(jī)容易出現(xiàn)電機(jī)負(fù)荷重致使能耗增加［3］、設(shè)備發(fā)生明顯振動(dòng)存在安全隱患［7］和鍋爐燃燒效率低導(dǎo)致收回指標(biāo)偏低［8］等問(wèn)題，究其原因分別為：一是頂部夾角較大（超過(guò)78.40°），底梳水平長(zhǎng)度偏大，底梳通道設(shè)計(jì)不合理，造成蔗料不能依靠自身膨脹力前進(jìn)而在底梳通道上打滾，極大增加摩擦力，致使電機(jī)負(fù)荷增加；二是甘蔗渣壓縮過(guò)程中由于底梳設(shè)計(jì)、裝嵌不合理，壓榨輥受力后飄移擠壓機(jī)架，造成蔗料入轆困難，加上蔗料通道偏長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)生底梳和機(jī)架明顯振動(dòng)的安全隱患；三是忽視蔗渣屬?gòu)椥晕锪系目陀^特性，在高油壓高耗能模式下蔗渣通過(guò)底梳最小間隙后迅速膨脹，引起蔗汁排除不完全產(chǎn)生重吸現(xiàn)象，導(dǎo)致末座壓榨機(jī)出口蔗渣的糖分和水分含量偏高，糖分收回率偏低，輸送到鍋爐做燃料時(shí)，其熱值和鍋爐燃燒效率降低。在壓榨作業(yè)過(guò)程中，入口的任務(wù)是持蔗入轆，并對(duì)蔗料實(shí)行初次壓縮以榨出大部分蔗汁，出口的任務(wù)是進(jìn)一步提高壓縮度盡可能榨干蔗渣，2個(gè)開(kāi)口的作用相輔相成；底梳設(shè)計(jì)和安裝不恰當(dāng)，會(huì)影響榨輥受力，降低壓榨效能，增加不必要的功率消耗，底梳磨損快，蔗料通過(guò)困難，梳橋、底梳固定螺栓和機(jī)架等部件容易發(fā)生事故。

2 設(shè)備改造思路及成效

2.1 改造前各座壓榨機(jī)裝嵌放樣情況

以5#壓榨機(jī)的放樣圖（圖1）作說(shuō)明（其他4座壓榨機(jī)的原理與5#壓榨機(jī)相同，不再展示其放樣圖），其頂部夾角為79.89°，頂輥中心高650.00 mm，底梳水平長(zhǎng)402.00 mm（表2）。

2.2 改造前榨輥受力情況

從圖1可看出，改造前5#壓榨機(jī)安裝頂角為79.89°；從圖2可看出，在中心高受力方面，油壓力F作用于頂輥，頂輥通過(guò)蔗層施加壓力于前后輥和底梳，受到3個(gè)方向的反作用力，分別是前輥反作用力D、后輥反作用力G和底梳反作用力E；E與中垂線重合（應(yīng)10°）的合力為Fn，n是Fn在水平方向的分力（頂輥的橫向推力），該分力使得前輥飄前擠壓機(jī)架，阻礙頂輥升起，影響榨機(jī)入轆、糖分收回、產(chǎn)能發(fā)揮及能耗［1、9］。

2.3 改造思路

底梳是運(yùn)送蔗渣的橋梁，也兼顧清除前輥齒底和排汁溝內(nèi)的蔗渣。蔗渣具有彈性，其通過(guò)底梳的過(guò)程會(huì)逐步膨脹和移動(dòng)前進(jìn)，因此，底梳形狀會(huì)影響蔗渣通過(guò)的順暢程度，底梳越長(zhǎng)蔗料通過(guò)的路徑就越長(zhǎng)，難度也越大，改造思路就是縮小頂輥夾角和縮短底梳長(zhǎng)度［10］。

以2021—2023年廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司TSG810×1670 5#壓榨機(jī)為例，其中心高改造后的受力情況見(jiàn)圖3。從圖3可看出，壓榨機(jī)的工作開(kāi)口比為1.9，符合國(guó)內(nèi)糖廠一般取值1.8～2.2的要求，在開(kāi)口比不變的條件下，通過(guò)電腦放樣縮小a角度則頂輥橫向推力變小，頂輥對(duì)機(jī)架擠壓減小，頂輥起升力增大，使得頂輥起升靈活自如。同時(shí)，側(cè)壓力減小，引起摩擦力減小，壓榨機(jī)負(fù)荷明顯減輕，解決了電流升高問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能降耗目的；底梳長(zhǎng)度縮短，蔗料通過(guò)順暢，入轆好，排汁順暢，油壓自由調(diào)節(jié)，抽出率和處理能力隨之提高［11］，可解決糖分回收和產(chǎn)能問(wèn)題。

2.3.1 擴(kuò)大中心高，加大輥徑，縮小頂部夾角

通過(guò)底梳放樣發(fā)現(xiàn)，在中心高670.00 mm不變的情況下，頂角從80.00°縮小至76.00°，在前后夾角差不變的情況下，中心點(diǎn)連線AB的長(zhǎng)度為860.00 mm+20.00 mm+29.00 mm=909.00 mm，比未縮小前增加20.00 mm，意味著在合理的頂角范圍內(nèi)，可加大輥徑。參考程琮［4］的研究結(jié)果，輥徑加大有利于榨量和抽出率提高，同時(shí)可降低設(shè)備的維修費(fèi)用及延長(zhǎng)榨輥的使用周期，且不會(huì)影響壓榨機(jī)功率增加。按每處理1.0萬(wàn)t甘蔗約磨損榨輥0.40 mm計(jì)，以1個(gè)榨季處理50.0萬(wàn)t甘蔗測(cè)算，榨輥直徑約減少20.00 mm，理論與實(shí)際相符，同時(shí)可提高抽出率［12］，且榨輥可重復(fù)利用。

2.3.2 改造底瓦座，提高壓榨機(jī)中心高

把壓榨機(jī)的前輥和后輥軸瓦底部厚度降低，減小壓榨機(jī)頂角至合理范圍，中心高度從650.00 mm增加至670.00 mm，將壓榨機(jī)安裝頂角變小安裝（圖4），經(jīng)過(guò)放樣和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在前后輥直推桿高度與兩輥中心連線偏差允許范圍內(nèi)，壓榨機(jī)前輥和后輥軸瓦底部厚度最多可降低20.00 mm，超過(guò)此厚度則存在整個(gè)軸瓦浮起頂翻榨輥的危險(xiǎn)，因此，統(tǒng)一按降低20.00 mm處理，并按此數(shù)據(jù)重新校核頂角，最終安裝數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

2.3.3 縮小壓榨機(jī)頂角，縮短底梳長(zhǎng)度

縮小頂部夾角到76.00°左右后，底梳在梳尾、梳尖和弧度不變的情況下重新放樣，底梳除水平長(zhǎng)度變短約30.0 mm外，其余裝配數(shù)據(jù)未發(fā)生變化，不影響整座壓榨機(jī)的合理安裝。

2.3.4 優(yōu)化榨輥配置

增大3#、4#和5#壓榨機(jī)面輥和后輥的直徑為885.00 mm、前輥的直徑為875.00 mm后，第一年可先購(gòu)買3#、4#和5#壓榨機(jī)榨輥，榨季結(jié)束后根據(jù)榨輥的磨損情況，有選擇地安排光齒使用［13］。榨輥經(jīng)過(guò)車床加工，3#和4#壓榨機(jī)光齒后前輥的直徑為860.00 mm，后輥的直徑為870.00 mm，面輥的直徑為875.00 mm，這樣的輥徑能保障壓榨機(jī)頂角在合理范圍，適用于1#和2#壓榨機(jī)，5#壓榨機(jī)備用。各榨輥尺寸數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

2.4 改造成效

甘蔗制糖企業(yè)壓榨部分的效益主要從壓榨效率（日榨蔗量、壓榨能耗、生產(chǎn)安全率、糖分回收和蔗渣水分等）方面體現(xiàn)。通過(guò)提高日榨蔗量實(shí)現(xiàn)榨季內(nèi)高糖高榨彈性生產(chǎn)模式，降低耗電安全率，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，降低壓榨末座蔗渣水分，從而提高鍋爐燃燒效率。經(jīng)縮小頂角、提高中心高及軸承座改造后，廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司TSG810×1670 5#壓榨機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益分析如下。

2.4.1 提高日榨蔗量

壓榨機(jī)列的處理能力和效能均得到提升，每日壓榨甘蔗能力提高21.77%（表6），壓榨抽出率提高0.11%，設(shè)備安全率提高0.51%，實(shí)現(xiàn)彈性生產(chǎn)和高糖高榨，縮短榨季榨蔗生產(chǎn)時(shí)間，有利于農(nóng)民耕作農(nóng)時(shí)安排及為企業(yè)增加效益300.00萬(wàn)元以上。

2.4.2 提高安全率

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，減小壓榨機(jī)頂角，減小橫向推力，提高作用于頂輥的垂直工作力，可確保機(jī)組安全運(yùn)行、無(wú)振動(dòng)，機(jī)架不再產(chǎn)生新的裂紋，修復(fù)費(fèi)用減少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度和人工成本降低（齒輪床連續(xù)3年無(wú)需解體檢修），可節(jié)約費(fèi)用開(kāi)支約15.00萬(wàn)元。

2.4.3 降低噸蔗電耗

在有效提高榨蔗量的同時(shí)減輕電機(jī)負(fù)荷，節(jié)能明顯，從而節(jié)約電費(fèi)。通過(guò)縮小壓榨機(jī)頂角，頂輥橫向推力和側(cè)面摩擦力將轉(zhuǎn)至工作于頂輥的作用力，使壓榨機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力得到有效利用［3，14-15］。壓榨機(jī)電流平均降至500～600 A，以550 A計(jì)，折算一個(gè)榨季節(jié)約電量為235.00 kW/h［（950-550）×400×0.85×1.73/1000］，折算一個(gè)榨季節(jié)約電費(fèi)355.32萬(wàn)元［5座×235 kW/h×1.05元/（kW/h）×24×120 d］。

2.4.4 降低蔗渣水分含量

糖廠鍋爐燃燒用的燃料來(lái)源于蔗渣，5#壓榨機(jī)壓榨的蔗渣水分含量對(duì)鍋爐燃燒效率影響非常大。以技改后有效降低蔗渣水分0.5%計(jì)，根據(jù)蔗渣熱值可計(jì)算出廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司每年可增加蔗渣打包量約1600.0 t，按照450.00元/t計(jì)算，可提高效益72.00萬(wàn)元（1600.0 t×450.00元/t）。

2.4.5 延長(zhǎng)榨輥壽命

榨輥改造后可重復(fù)利用。后輥輥徑較大，當(dāng)后輥磨損變小后，可用作1#和2#座壓榨機(jī)的榨輥使用，節(jié)約換新輥殼的費(fèi)用，6條直徑885榨輥按2年后經(jīng)車床加工成直徑860榨輥、報(bào)廢后再新鑄回6條直徑885榨輥計(jì)，相當(dāng)于每年節(jié)約3條榨輥的鑄造費(fèi)用8.40萬(wàn)元（3條×2.80萬(wàn)元/條）。

2.4.6 改造費(fèi)用

降低前后輥軸承座高度的加工費(fèi)：5座壓榨機(jī)×4個(gè)軸承座/壓榨機(jī)×0.15萬(wàn)元=3.00萬(wàn)元。

綜上所述，三輥式壓榨機(jī)通過(guò)技術(shù)改造，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益747.72萬(wàn)元（300.00萬(wàn)元+15.00萬(wàn)元+355.32萬(wàn)元+72.00萬(wàn)元+8.40萬(wàn)元+3.00萬(wàn)元），取得提高設(shè)備運(yùn)行安全、彈性生產(chǎn)、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)能降耗、提高設(shè)備效能及創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

加快推進(jìn)蔗糖產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和廣西糖業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，把糖業(yè)這一特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)做大，保障國(guó)家糖業(yè)安全，促進(jìn)蔗農(nóng)增收致富，需各糖企深挖潛力，共繪藍(lán)圖。對(duì)三輥式壓榨機(jī)頂部夾角和中心高進(jìn)行改造，投入少、見(jiàn)效快，可解決目前部分糖廠壓榨過(guò)程中存在的壓榨機(jī)速度快、電流高、負(fù)荷重、過(guò)榨不順和榨量彈性小等問(wèn)題，提高壓榨機(jī)效能、提高壓榨量和節(jié)能降耗，降低壓榨設(shè)備維護(hù)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)壓榨機(jī)組高安全生產(chǎn)率和高抽出率的“雙高”目的，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好?？梢?jiàn)，三輥式壓榨機(jī)改造技術(shù)具有可行性，可供制糖從業(yè)者挖掘壓榨機(jī)潛力時(shí)參考應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯 思利華）