连续式蒸汽爆破设备的制作方法

本实用新型涉及生物质原料预处理技术领域，特别是涉及一种连续式蒸汽爆破设备。

背景技术：

传统的生物质资源预处理方法包括机械法、物理法、化学法、生物法等。其中，基于物理-化学作用的蒸汽爆破技术具有成本低、效果好的优点。植物纤维蒸汽爆破设备主要分为间歇式和连续式两种，连续式蒸汽爆破设备相较于间歇式蒸汽爆破设备的技术，具有设备成本低、安全系数高、生产连续化、操作简单、可靠性高等优点。

传统的连续式蒸汽爆破设备，其螺杆在生产过程中经受较大的摩擦力造成磨损，尤其是处理禾本科植物秸秆时，由于秸秆混杂一定含量的土、石及其表面含有大量的蜡质层和二氧化硅类物质，在一定程度上加速螺杆的磨损，可导致蒸汽爆破处理效果变差甚至导致设备停工，磨损至一定程度需要更换螺杆，导致生产成本高。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种连续式蒸汽爆破设备，以解决传统的连续式蒸汽爆破设备螺杆经受磨损更换成本高的问题。

一种连续式蒸汽爆破设备，包括机筒、口模、环模、螺杆和驱动机构；所述机筒设有输送压缩内腔以及与所述输送压缩内腔连通的机筒进料口和机筒出料口，所述口模设有挤出通道以及与所述挤出通道连通的口模进料口和口模出料口，所述口模设置在所述机筒的出料端且所述口模进料口与所述机筒出料口连通，所述环模具有环模模孔，所述环模设置在所述口模的出料端且所述环模模孔与所述口模出料口连通，所述螺杆具有螺棱，所述螺杆贯穿于所述输送压缩内腔、所述挤出通道和所述环模模孔中，所述螺杆位于所述口模中的部分具有杆芯和杆套，所述杆套可拆卸式地套设在所述杆芯上，该部分的螺棱设在所述杆套的外表面，所述驱动机构与所述螺杆连接以驱动所述螺杆转动。

在其中一个实施例中，所述杆芯和所述杆套通过键进行周向定位。

在其中一个实施例中，所述键为平键或花键。

在其中一个实施例中，所述环模环绕所述环模模孔的孔壁设有朝向于所述螺杆的齿状结构。

在其中一个实施例中，所述齿状结构为多头螺旋齿，所述齿状结构的延伸方向与所述环模模孔的轴向的夹角为20°～35°。

在其中一个实施例中，所述螺杆从靠近所述机筒进料口的位置至靠近所述口模出料口的位置径向尺寸逐渐减小，且所述输送压缩内腔的内壁靠近所述螺杆的螺棱的外缘。

在其中一个实施例中，所述螺杆有多根，在所述输送压缩内腔中相邻的所述螺杆的螺棱相互交错且转动方向相反，各螺杆分别穿过一个所述挤出通道和一个所述环模模孔。

在其中一个实施例中，所述驱动机构通过传动机构与所述螺杆连接。

在其中一个实施例中，所述传动机构包括主轴、减速器、主齿轮和侧齿轮；所述主轴的一端与所述驱动机构的输出轴连接，所述主轴的另一端与所述减速器的输入轴连接，所述减速器的输出轴与所述主齿轮连接，所述主齿轮与所述侧齿轮传动连接，所述主齿轮与所述侧齿轮分别连接一根所述螺杆。

在其中一个实施例中，所述挤出通道的尺寸沿出料方向逐渐减小。

与现有方案相比，本实用新型具有以下有益效果：

实用新型人发现，螺杆位于所述口模中的部分在生产过程中磨损最为严重，该部位的螺杆磨损可导致蒸汽爆破处理效果变差甚至导致设备停工，磨损至一定程度需要更换螺杆。上述连续式蒸汽爆破设备通过将螺杆位于所述口模中的部分设计为可拆卸安装的分体结构，具体地，对该杆段采用杆套设套在杆芯的方式代替一体式的螺杆，至少具有以下优越性：第一，杆套作为承受摩擦力的部件，可以采用高质量的材料，提高耐磨性从而提高生产过程中的稳定性和螺杆寿命，而螺杆其他部位可以采用一般的材料，相比整根螺杆采用高质量的材料，可以大大降低材料成本；第二，可以通过更换具有不同螺距、落槽深度和螺棱厚度的杆套，调节整个螺杆的压缩比，采用高质量的杆套，可在杆套上设计更高的压缩比，从而提高整个螺杆的压缩比，可针对秸秆松密度极低(约50～150kg/m³)，实现短历程下快速压缩物料，强化蒸汽爆破效果；第三，当杆套损坏时，只需更换新的杆套，可简化更换步骤，无需将整个设备进行拆机，当螺杆其他部位损坏时，则无需更换该杆套，从而可降低成本。

附图说明

图1为一实施例的连续式蒸汽爆破设备的结构示意图；

图2为图1所示的连续式蒸汽爆破设备的环模的结构示意图；

图3为图1所示的连续式蒸汽爆破设备的局部剖面图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1～3所示，本实用新型一实施例的连续式蒸汽爆破设备100，包括机筒110、口模120、环模130、螺杆140和驱动机构150。

机筒110设有输送压缩内腔以及与输送压缩内腔连通的机筒进料口和机筒出料口。口模120设有挤出通道和与挤出通道连通的口模进料口和口模出料口。口模120设置在机筒110的出料端且口模进料口与机筒出料口连通。环模130设置在口模120的出料端且环模130的模孔与口模出料口连通。环模130具有环模模孔132，环模130设置在口模120的出料端且环模模孔132与口模出料口连通。螺杆140具有螺棱，螺杆140贯穿于输送压缩内腔、挤出通道和环模模孔132中。螺杆140位于所述口模120中的部分具有杆芯142和杆套144，所述杆套144可拆卸式地套设在所述杆芯142上，该部分的螺棱设在杆套144的外表面。驱动机构150与螺杆140连接以驱动螺杆140转动。

在其中一个示例中，杆芯142和杆套144通过键进行周向定位。具体地，可以采用但不限于平键、花键等。本示例通过键连接传递扭矩和进行周向定位，安装时相位容易调正使螺棱连续，而且磨损后容易更换。在其中一个示例中，通过圆螺母对杆套144进行轴向定位。

在其中一个示例中，环模130环绕环模模孔132的孔壁设有朝向螺杆140的齿状结构134。

本实例的连续式蒸汽爆破设备100，通过螺杆140高速旋转，输送并逐渐压实秸秆碎料，该过程中由于秸秆碎料之间、秸秆碎料和螺杆、秸秆碎料和机筒110之间的摩擦，秸秆碎料温度升高，当秸秆碎料到达口模出料口和环模模孔132形成泄压出料口时，处于高温高压状态，由于秸秆碎料本身含有一定量水分，当秸秆碎料从出料口中连续泄出时，秸秆碎料内部高温高压的水分瞬时释出，产生巨大的爆破力，从而破坏植物纤维的束状组织结构，实现植物纤维细胞的离解；与此同时，随着螺杆140高速旋转，环模模孔132的孔壁上的齿状结构134对秸秆具有较大的揉搓作用，秸秆外表皮蜡质层和二氧化硅类物质进一步脱落，顽抗结构被进一步打开，长径比进一步增大，材料均质化程度提高，降低后续加工处理成本，提高资源利用效率。

进一步，在其中一个示例中，环模130上的齿状结构134为沿环模模孔132的孔壁延伸的条状凸起，且齿状结构134环绕环模模孔132的孔壁紧密排布，条状的齿状结构134可以与模孔的轴向平行设置，也可以倾斜于环模模孔132的轴向设置。较优地，齿状结构为多头螺旋齿，齿状结构134的延伸方向与环模模孔132的轴向的夹角为20°～35°。在其中一个示例中，齿状结构134的延伸方向与螺杆140的螺棱的延伸方向垂直，可起到协助输送物料的作用，使物料在周向运动和轴向运动中泄压释放，避免物料堵塞口模出料口和环模模孔132形成的泄压口。在另一个示例中，齿状结构134的延伸方向与螺杆140的螺棱的延伸方向相同，可对物料起到阻隔作用，增大出料的压力，增强摩擦揉搓作用。

在其中一个示例中，螺杆140从靠近机筒进料口的位置至靠近口模出料口的位置径向尺寸逐渐减小，且输送压缩内腔的内壁靠近螺杆140的螺棱的外缘，使得物料能够随着螺杆140的转动被输送和压缩。

在其中一个示例中，螺杆140从靠近机筒进料口的位置至靠近口模出料口的位置包括依次设置的第一杆段、第二杆段和第三杆段；第一杆段沿出料方向螺距逐渐减小，螺槽深度保持不变；第二杆段沿出料方向螺槽深度逐渐变浅，螺距保持不变；第三杆段的螺距逐渐减小、螺槽深度逐渐变浅。本示例中螺杆140设计采用连续渐变的压缩比，使压力的建立平缓稳定，有效解决设备的闷车问题。

在其中一个示例中，采用多根螺杆140，相邻的螺杆140的螺棱相互交错且转动方向相反，各螺杆140分别穿过一个挤出通道和一个环模模孔132。在一个具体的实施例中，采用三根螺杆140，三个螺杆140位于同一平面上，水平排列设置。本示例采用三个螺杆140输送物料，正移位输送能力强，使得连续式蒸汽爆破设备100具有强混合能力和高效输送能力，且被加工的物料不易滞留，出口不易堵塞，能实现自清洁，一般不需专门进行清理。在本示例中，机筒进料口设在机筒110靠近驱动机构150的一端位于中间螺杆140的上方。

在其中一个示例中，挤出通道的尺寸沿出料方向逐渐减小，可使得物料被进一步压缩密实。

在其中一个示例中，驱动机构150通过传动机构与螺杆140连接。进一步，在其中一个示例中，传动机构包括主轴162、减速器164、主齿轮(图未示)和侧齿轮(图未示)；主轴162的一端与驱动机构150的输出轴152连接，具体可以通过联轴器170进行连接；主轴162的另一端与减速器164的输入轴连接，减速器164的输出轴与主齿轮连接，主齿轮与侧齿轮传动连接，主齿轮与侧齿轮分别连接一根螺杆140。在一个具体的示例中，采用三根螺杆140，相应地设置一个主齿轮和分别位于主齿轮两侧的两个侧齿轮，主齿轮与中间的螺杆140连接，两个侧齿轮分别与另外两根螺杆140连接。

进一步，在其中一个示例中，螺杆140靠近所述环模130的一端由第一轴承180支撑，螺杆140靠近传动机构的一端由第二轴承(图未示)支撑，主轴162由第三轴承(图未示)支撑，能够使相邻螺杆140作异向转动时压延力较大的情况下，螺杆140不与输送压缩内腔的内壁接触，减少机筒110与螺杆140的磨损。

以下通过对麦秸原料的蒸汽爆破处理的实例对本实用新型作进一步说明。

麦秸经破捆、粉碎过筛，调湿静置12h后，分别采用本实用新型的连续式蒸汽爆破设备以及设置无齿状结构环模的连续式蒸汽爆破设备进行蒸汽爆破处理。收集蒸汽爆破处理后物料，进行苯醇抽提、长径比统计以及表面Si原子百分比测试表征，结果如下：

其中，苯醇抽提物含量可近似代替麦秸中蜡质、脂质含量，纤维长径比表明纤维形态，Si原子质量百分比显示出麦秸外表面二氧化硅类物质的相对含量。数据分析可得，本实用新型的连续式蒸汽爆破处理设备，针对秸秆资源的特点优化了设备结构，蒸汽爆破处理效果显著提升，尤其是在脱除表皮蜡质层、二氧化硅类物质及改善纤维形态方面，具有显著的技术效果。

上述连续式蒸汽爆破设备，通过将螺杆140位于所述口模120中的杆段设计为可拆卸安装的分体结构，具体地，对该杆段采用杆套144设套在杆芯142的方式代替一体式的螺杆140，至少具有以下优越性：第一，杆套144作为承受摩擦力的部件，可以采用高质量的材料，提高耐磨性从而提高生产过程中的稳定性和螺杆140寿命，而螺杆140其他部位可以采用一般的材料，相比整根螺杆140采用高质量的材料，可以大大降低材料成本；第二，可以通过更换具有不同螺距、落槽深度和螺棱厚度的杆套144，调节整个螺杆140的压缩比，采用高质量的杆套144，可在杆套144上设计更高的压缩比，从而提高整个螺杆140的压缩比，可针对秸秆松密度极低(约50～150kg/m³)，实现短历程下快速压缩物料，强化蒸汽爆破效果；第三，当杆套144损坏时，只需更换新的杆套144，可简化更换步骤，无需将整个设备进行拆机，当螺杆140其他部位损坏时，则无需更换该杆套144，从而可降低成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。