Как выбрать шнековый пресс для обезвоживания

Большинство шнековых прессов для обезвоживания, которые разочаровывают своих владельцев, были выбраны по неверной причине. Покупатель сравнивал цену за единицу, или копировал модель, установленную соседним заводом, или принимал цифру производительности из каталога, не проверив, на каком материале она измерена. Через полгода машина работает на половине ожидаемой производительности, кек влажнее обещанного, а сито забивается каждую смену. Ни одна из этих проблем не является дефектом изготовления. Это ошибки выбора, и их можно избежать.

В этом руководстве изложен метод из семи шагов для выбора шнекового пресса для обезвоживания, соответствующего вашему материалу и вашей задаче. Оно написано для инженеров предприятий, управляющих фермами и закупщиков проектов, которым нужен обоснованный ответ на простой вопрос: какая модель, с каким ситом и каким приводом будет через пять лет работать по спецификации? Если вы всё ещё на этапе сравнения поставщиков и коммерческих условий, это освещено в нашем руководстве покупателя шнекового пресса; эта статья посвящена инженерному выбору.

Почему выбор нужно начинать с материала

Шнековый пресс обезвоживает не только давлением. Он обезвоживает потому, что твёрдые частицы в подаче образуют на сите проницаемый кек, и этот кек становится фильтром. Затем шнек сжимает кек и выдавливает свободную жидкость через сито. Если материал не может образовать стабильный кек — потому что в нём нет волокна, потому что частицы слишком мелкие или потому что это гель — никакое дополнительное давление не даст сухого осадка. Машина просто будет выдавливать шлам и изнашивать себя.

Именно поэтому одна и та же модель может перерабатывать 12 м³/ч цитрусовой кожуры и лишь 2 м³/ч мелкого остатка с низким содержанием волокна. Разницу определяют три свойства материала:

• Содержание волокна и прочность скелета. Длинные переплетённые волокна образуют кек, который остаётся проницаемым под давлением. Остатки фруктов и овощей, волокно навоза, целлюлозная масса и конопля ведут себя хорошо. Мелкие минеральные частицы и растворённое органическое вещество ведут себя иначе.
• Сухое вещество в подаче (TS). Подача при 8–12% TS требует гораздо меньше времени пребывания, чем подача при 1–3% TS, потому что кек образуется быстрее и свободная вода отходит быстрее.
• Размер частиц, вязкость и липкость. Мелкий липкий материал забивает сито, повышает крутящий момент и снижает производительность. Он также требует другого размера ячеек сита и более длинной зоны дренажа.

Если эти три параметра верны, остальной выбор следует сам собой. Если они неверны, никакая спецификация не спасёт проект.

Шаг 1 — Запишите задачу в цифрах

Прежде чем связываться с поставщиком, превратите ваш процесс в три числа. На них строится любое достойное предложение, а поставщик, который их не спрашивает, просто угадывает.

Арифметика проста. Если фабрика производит 18 тонн влажного остатка в сутки при 12% TS и работает в две восьмичасовые смены, часовая подача влажного материала составляет 18 ÷ 16 = 1,125 т/ч, что при насыпной плотности около 1,0 равно примерно 1,1 м³/ч. Нагрузка по сухому веществу составляет 18 × 0,12 = 2,16 т СВ/сутки. Важны оба показателя: объёмный расход определяет размер шнека, а нагрузка по сухому веществу определяет привод и предсказывает выход кека.

Затем добавьте запас. Шнековый пресс следует выбирать на 70–80% его номинальной производительности на вашем материале, а не на 100%. Запас покрывает пиковую неделю, партию необычно влажного сырья и постепенную потерю открытой площади сита по мере износа и отложений. Выбор точно на номинальной цифре является одной из самых частых причин хронической недопроизводительности.

Замечание о разнице между объёмом и массой

Поставщики указывают производительность в м³/ч, потому что так рассчитываются вход и шнек. Покупатели часто мыслят тоннами. Пересчёт зависит от насыпной плотности, которая для влажных органических остатков обычно составляет от 0,85 до 1,1 т/м³, а для разбавленных суспензий ближе к 1,0. Всегда уточняйте, в каких единицах составлено предложение, и при каком проценте TS измерена заявленная производительность. Производительность, указанная при 10% TS, соответствует другой задаче машины, чем указанная при 2% TS.

Шаг 2 — Испытайте материал, прежде чем брать обязательства

Шнековый пресс является механическим устройством, поэтому его можно испытать. Запросите пробный прогон на вашем собственном материале, на машине того размера, который вы собираетесь купить, с тем ситом, которое собираетесь использовать. Прогон на другом материале или на лабораторной установке с другой геометрией мало что даёт.

Отбирайте пробы в течение полного производственного цикла, а не одну разовую. Консистенция навоза меняется с рационом кормления и подстилкой; фруктово-овощные остатки меняются с календарём урожая; целлюлозная масса меняется с составом сырья. Три пробы, взятые в разные дни, выявят разброс, который одна проба скрывает.

Осторожно относитесь к данным центрифуги. Лабораторная центрифуга может показать сухость кека, которую шнековый пресс на том же материале никогда не достигнет, потому что центрифуга создаёт усилие, которое шнек не может воспроизвести непрерывно. Считайте результаты центрифуги верхней границей и вместо этого запросите испытание на шнековом прессе.

Шаг 3 — Подберите сито и сжатие под материал

Основную работу в шнековом прессе выполняют две механические переменные: размер ячеек сита и профиль сжатия по длине шнека. Они уравновешивают друг друга, и правильное сочетание полностью зависит от того, что вы прессуете.

Меньший размер ячеек даёт более чистую жидкость и более сухой кек, поскольку через него проходит меньше мелких частиц. Он также уменьшает открытую площадь, повышает противодавление и снижает производительность. Больший размер ячеек даёт обратное: больше пропускная способность, более влажный кек, более грязный фильтрат. Для волокнистого сельскохозяйственного материала обычен размер 0,75–1,0 мм. Для мелких остатков пищевой переработки типичен 0,5 мм. Для разбавленных потоков с мелкими частицами, где цель состоит в сокращении объёма, а не в продаваемом твёрдом продукте, обычно лучше работает 0,3–0,5 мм с более длинной зоной дренажа.

Сжатие регулируется геометрией шнека и устройством противодавления на разгрузке — обычно подпружиненным конусом или пневматическим дросселем. Большее противодавление означает более сухой кек и более высокий крутящий момент. При переменном материале за регулируемый дроссель стоит заплатить, потому что он позволяет оператору реагировать на влажную партию, не меняя сито.

Шаг 4 — Подбирайте привод под худший час, а не под средний

Мощность двигателя шнекового пресса нужна не для того, чтобы поднимать материал. Она нужна, чтобы преодолевать трение кека, сжимаемого о сито, и это трение резко растёт, когда подача становится влажнее, мельче или волокнистее, чем ожидалось. Привод, рассчитанный на средний крутящий момент, сработает по защите в первое холодное утро, при первом забитом сите или на первой партии длинной соломенной подстилки.

Задавайте двигатель с запасом не менее 25–30% сверх расчётного рабочего крутящего момента, устанавливайте преобразователь частоты, чтобы скорость шнека можно было настроить под материал, и настаивайте на механическом или электронном ограничителе момента, защищающем шнек и редуктор от посторонних предметов. Преобразователь частоты окупается дважды: он позволяет замедлить шнек на влажной партии вместо забивания сита и снижает пусковой ток на площадках со слабой сетью.

Таблица служит отправной точкой, а не ответом. CTYZ-300 с номиналом 5–10 м³/ч на овощных обрезках может давать лишь 4 м³/ч на мелкой морковной пульпе, а CTYZ-200 с номиналом 2–5 м³/ч способен превысить 5 м³/ч на разбавленной молочной промывной воде. Всегда сверяйте модель с результатом испытания на вашем материале.

Шаг 5 — Выберите исполнение для реальных условий

Стандартные машины из нержавеющей стали 304 подходят для большинства пищевых, сельскохозяйственных и коммунальных задач. Спецификация меняется, когда жидкая фаза агрессивна:

• Высокое содержание хлоридов (>500 мг/л) или прибрежные площадки: переведите смачиваемые детали на SS316L и укажите крепёж из нержавеющей стали и герметичный корпус подшипников.
• Биогазовый дижестат или органический остаток, богатый сульфидами: SS316L плюс эпоксидное или резиновое покрытие рамы и процедура промывки, при которой твёрдые частицы не остаются на сите на ночь.
• Абразивный материал (песок, гравий, ракушки, грунт): наплавленные или сменные износостойкие накладки на витке шнека и более толстое сито. Песок в навозе КРС является самой частой причиной преждевременного износа шнека.
• Горячая или кислая переработка фруктов: подтвердите совместимость эластомеров и уплотнений с фактическими pH и температурой, а не с общим заявлением о пригодности для пищевых продуктов.

Спросите, сколько стоят быстроизнашиваемые детали и как долго они служат в вашем применении. Машина, которая на 15% дешевле при покупке, но требует новое сито каждые четыре месяца, не дешевле.

Шаг 6 — Проверьте стыковку с производством до подписания

Шнековый пресс является одним компонентом линии, и большинство проблем при пусконаладке связаны со стыковкой, а не с машиной.

• Способ подачи. Винтовой или шнековый насос даёт ровную, регулируемую подачу. Самотёк из поднятой ямы проще, но труднее регулируется. Избегайте подачи центробежным насосом на волокнистом материале: он сбивает материал в жгуты и забивается.
• Буферный объём. Обеспечьте не менее 20–30 минут запаса перед машиной, чтобы она работала с постоянной скоростью, пока производство подаёт материал партиями.
• Разгрузка. Проверьте высоту выхода кека относительно прицепа, конвейера или площадки, которые собираетесь использовать. Машина, разгружающаяся на 1,2 м в прицеп высотой 1,0 м, означает ежедневную работу лопатой.
• Вода на промывку. Для промывки сита нужно давление, а не объём: 2–4 бар на распылительной штанге эффективнее, чем шланг низкого давления. Предусмотрите дренаж и подключение воды в пределах досягаемости от машины.
• Доступ для обслуживания. Шнек должен выниматься в направлении, указанном производителем. Оставьте это пространство свободным на этапе компоновки; позже его создать нельзя.
• Запах и вентиляция. Закрытые установки требуют вытяжной вентиляции. Обезвоживание концентрирует запах в кеке, и закрытое помещение без воздухообмена становится непригодным.

Шаг 7 — Сравнивайте совокупную стоимость владения, а не цену покупки

Цена покупки обычно составляет 35–50% пятилетней стоимости владения шнековым прессом. Остальное составляют электроэнергия, вода на промывку, флокулянт (где применяется), быстроизнашиваемые детали, труд и простои. Стройте сравнение по этим статьям, используя свои тарифы на электроэнергию и труд.

Обычно решающими оказываются две статьи. На волокнистом материале экономия флокулянта у шнекового пресса по сравнению с ленточным прессом или центрифугой может окупить разницу в капитальных затратах за два года. На абразивном материале статья быстроизнашиваемых деталей очень быстро отделяет дешёвую машину от подходящей.

Пять ошибок выбора, которые встречаются чаще всего

• Выбор по средней производительности. Тогда машина отказывает в пиковую неделю, именно тогда, когда производство не может себе этого позволить.
• Указание сухости кека одним числом. Сухость кека представляет собой диапазон, который меняется с TS подачи, содержанием волокна и скоростью шнека. Просите диапазон и условия, при которых он измерен.
• Игнорирование сита как быстроизнашиваемой детали. Заложите на него бюджет с первого дня и проверьте, что сито можно заменить менее чем за час.
• Недооценка песка и абразива. В навозе КРС и пищевых отходах абразив изнашивает виток шнека задолго до того, как двигатель подходит к своему пределу.
• Покупка машины, которую площадка не может обслуживать. Если бригада обслуживания не может добраться до сита или вынуть шнек, машину будут эксплуатировать до отказа.

Что отправить поставщику для точного предложения

Поставщик, получивший перечисленное ниже, за день предложит обоснованную модель. Поставщик, получивший только “шнековый пресс для навоза”, что-то предложит, но это будет догадка.

• Тип материала и исходный процесс, с фотографией материала
• TS, VS, pH и насыпная плотность подачи с указанием использованного метода испытаний
• Суточный тоннаж и часы работы машины в сутки
• Тоннаж пиковой недели и разброс, который вы наблюдаете в течение года
• Целевая сухость кека или способ утилизации, который задаёт требование
• Доступное электроснабжение, напряжение и число фаз
• Компоновка площадки: точка подачи, точка разгрузки, дренаж и вода на промывку
• Любые ограничения по площади пола, высоте потолка или шуму

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать нужную мне производительность шнекового пресса?

Разделите суточный влажный тоннаж на часы, которые машина фактически будет работать, затем добавьте запас 25–30%. Проверьте результат и по нагрузке сухого вещества, потому что машина может быть ограничена по объёму на разбавленной подаче или по крутящему моменту на концентрированной. Меньший из двух пределов и есть ваша реальная производительность.

Может ли один шнековый пресс работать с несколькими разными материалами?

Да, с ограничениями. Материалы со схожей структурой волокна и схожим TS подачи могут работать на одной машине, а преобразователь частоты плюс регулируемый дроссель на разгрузке значительно расширяют диапазон. Смешивание волокнистого сельскохозяйственного остатка с мелким минеральным остатком на одной машине обычно означает компромисс по обеим задачам.

Какой сухости кека реально ожидать?

На волокнистом органическом материале типично 28–40% TS. На мелком органическом остатке с низким содержанием волокна реально 20–28% TS, а более высокие значения обычно требуют флокулянта, более длинной зоны прессования или другой технологии. Любое заявление выше этих диапазонов считайте обусловленным результатами испытания.

Нужно ли добавлять полимер?

На навозе, остатках фруктов и овощей, пивной дробине и целлюлозной массе обычно нет. На мелком материале с низким содержанием волокна и высокой коллоидной фракцией может потребоваться низкая доза полимера, чтобы образовать флокулы, которые удержит сито. Если поставщик предлагает полимер для волокнистого материала, спросите почему.

Сколько обслуживания требует шнековый пресс?

Регулярная работа коротка: визуальный осмотр и промывка сита каждую смену, еженедельный осмотр сита и дросселя на разгрузке, а также периодическая смазка подшипников. Значимые операции планируются: замена сита и осмотр износа шнека, с интервалами, зависящими от абразивности.

Сколько времени занимает испытание?

Правильно проведённое испытание на вашем материале обычно требует 50–200 кг представительной пробы и нескольких часов на машине нужного размера. Попросите, чтобы в протоколе испытания были зафиксированы TS подачи, производительность, TS кека, качество фильтрата и ток двигателя, потому что именно по этим пяти числам вы будете предъявлять требования поставщику.

Заключение

Выбор шнекового пресса для обезвоживания представляет собой последовательность, а не сравнение. Измерьте задачу, испытайте материал, подберите сито и сжатие, рассчитайте привод с запасом, задайте исполнение под реальную жидкость, проверьте стыковку и посчитайте стоимость за весь срок службы. Сделайте это, и номер модели станет почти очевидным.

Верно и обратное. Когда шнековый пресс работает хуже ожидаемого, причина обычно прослеживается к пропущенному шагу, а решение обычно заключается в сите, настройке дросселя или условии подачи, а не в новой машине. Если у вас уже есть данные испытаний, пришлите их нам, и мы скажем, какая модель CTYZ подходит и какой сухости кека ожидать на вашем материале.