Пресс для топливных брикетов: варианты изготовления установок для прессования опилок

Пресс для брикетов превращает отходы деревообработки и сельскохозяйственного производства в новый вид топлива – евродрова. Такое горючее имеет ряд преимуществ: высокую калорийность, низкую зольность, удобную для хранения форму. Упрощенный вариант установки можно изготовить своими руками.

Особенности производства топливных брикетов

Горючее изготавливают из следующих видов сырья:

• опилок, щепы, стружки, коры;
• жмыха, лузги подсолнечника, шелухи других семян, в т.ч. круп;
• торфа;
• угольной пыли.

Брикеты из древесных отходов наиболее распространены.

Физика процесса

Порцию измельченного сырья загружают в форму и сдавливают прессом с силой до 3000 кг/кв.см.

На выходе получают брусок с более высокой плотностью, чем у древесины: 1,08–1,40 г/куб.см против 0,75–0,85. Такое топливо горит дольше и не дает искр.

Применение клеящего вещества

Для сцепления мелкофракционных частиц между собой требуется связующее вещество. В промышленном производстве задействуют лигнин, содержащийся в самом сырье. Это синтезируемый растениями сложный биополимер. Под действием высокого давления и вызванного им нагрева связующее вещество выходит из клеток и пропитывает брикет.

Таким образом, топливо фабричного изготовления не содержит химических добавок и потому является экологически безопасным.

Большинство самодельных прессов не способно развивать давление, достаточное для разрушения растительных клеток и выжимки лигнина. Поэтому в домашнем производстве используют сторонние связующие:

1. Глиняный раствор. Добавляют в количестве 5–10% от общего веса смеси.
2. Гофрокартон и другую бумагу (содержит лигнин). Материал предварительно размачивают.
3. Обойный клей. Подойдет самый дешевый.

Долю клея и бумаги подбирают опытным путем – это зависит от влажности сырья и развиваемого прессом давления.

Чем выше концентрация лигнина в древесине, тем более низкое требуется усилие для его выжимки. Данные по наиболее распространенным породам приведены в таблице:

Если самодельный пресс развивает большое давление, для начала стоит попытаться сделать брикеты из опилок хвойной древесины. Не исключено, что стороннее связующее не понадобится.

Требования к используемому сырью

Правильно подготовленная исходная масса имеет следующие параметры:

1. Влажность – 4–10%. Избыточное количество воды ухудшает горение.
2. Фракция или толщина стружки – 2 мм. Крупную щепу предварительно измельчают в дробилках.
3. Отсутствие травы, песка, листьев, земли; содержание коры – не более 5% от массы смеси. Такие компоненты нарушают монолитную структуру бруска, делают его рассыпчатым.

На предприятиях влажность сырья доводят до нужной величины в сушилках с подогревом. В домашнем производстве его выдерживают на солнце и сквозняке.

При использовании стороннего связующего вещества опилки замачивают в нем, а сушке подвергают готовый продукт.

Общая информация о прессе для брикетирования

Оборудование выпускают в разнообразном исполнении. Развиваемое усилие варьируется в пределах от 500 до 3000 кгс/кв.см.

Примерная стоимость в рублях:

• мини-прессы – 70 000–100 000;
• модели бюджетного класса – 200 000;
• многофункциональные станки с большим ресурсом – от 300 000 до 1 000 000.

Самодельный агрегат можно изготовить в домашних условиях из подручных материалов.

Предназначение

Пресс сдавливает мелкофракционное сырье до его превращения в плотный брикет. Дорогие модели одновременно нагревают исходный материал до температуры в +150…300°С, что способствует выходу лигнина из растительных клеток.

Станки, предназначенные для непрерывного производства евродров, разрезают их на отдельные бруски.

Конструктивные особенности: основные элементы

Главные составляющие пресса:

1. Миксер. Перемешивает несколько видов сырья до состояния однородной смеси.
2. Матрица. Придает сырью нужную форму.
3. Пуансон. Оказывает давление на исходную массу.
4. Рабочий механизм с приводом. Преобразует электрическую энергию в усилие сжатия.
5. Станина. Основание, к которому крепят все компоненты.

Некоторые модели дополнительно оснащают нагревателем и ножом.

Принцип работы

Смесь поступает в матрицу, где подвергается давлению со стороны пуансона. Происходит уплотнение сырья с одновременной формовкой.

По принципу действия станки делятся на 2 вида:

1. Прерывистые. В ходе производства многократно повторяют цикл: загрузка сырья – сжатие – выемка готового продукта из формы.
2. Непрерывного действия (экструдеры). Подсыпка сырья и выдавливание продукта происходят постоянно, одновременно последний разрезают на бруски.

Видовое разнообразие

Существует несколько типов прессов:

• гидравлические;
• шнековые;
• ударно-механические;
• грануляторы.

Отличия состоят в способе создания давления и характеристиках брикетов.

Гидравлический

Станки этого типа имеют следующие характеристики:

1. Способ производства – прерывистый.
2. Рабочий механизм – гидравлический: усилие создается путем нагнетания масла в полость гидроцилиндра.
3. Удельное давление – 500–1500 кг/кв.см.

Сырье загружают порциями в пресс-форму (стакан). После сжатия извлекают готовый брикет.

У гидравлических прессов 2 достоинства:

• низкая стоимость;
• брикеты имеют форму кирпича (RUF), что облегчает транспортировку и хранение.

Недостатки:

• малая производительность;
• относительно низкое давление – плотность брусков не превышает 0,75–0,8 кг/куб.см.

Шнековый

Характеристики прессов:

1. Способ изготовления – непрерывный.
2. Рабочий орган – вращающийся шнек (как в кухонной мясорубке).
3. Удельное давление – до 3000 кг/кв.см.

Пресс работает по принципу экструзии: шнек продавливает смесь сквозь постепенно сужающееся отверстие – фильеру. Благодаря конической форме канала сила сжатия со стороны его стенок в несколько раз превышает давление, развиваемое винтом. Похожий эффект наблюдают при вбивании клина в щель, что приводит к раскалыванию древесного ствола.

Преимущества установки:

1. Высокая плотность брикетов – 1,08–1,40 кг/куб.см. Такое топливо долго горит и дает много тепла.
2. Высокая производительность. Благодаря непрерывной работе экструдера за единицу времени удается получить больше брикетов, чем на гидравлической установке.
3. Полено имеет формат Pini&Kay – с 6-угольным сечением и сквозным отверстием посредине. Канал обеспечивает поступление воздуха к внутренним слоям и, как следствие, максимально полное сгорание и минимальную зольность.

Недостаток шнекового пресса – высокая стоимость.

Ударно-механический

Характеристики оборудования:

1. Способ производства – непрерывный.
2. Рабочий орган – вращающийся коленчатый вал с закрепленным на нем шатуном (кривошипно-шатунный механизм).
3. Удельное давление – до 2500 кг/кв.см.

Есть еще одна разновидность экструдера, когда сырье продавливает через фильеру поршень, двигающийся возвратно-поступательно.

По стоимости и производительности ударно-механические прессы занимают среднее положение между гидравлическими и шнековыми моделями. То же можно сказать о плотности бруска: она составляет 1–1,15 кг/куб.см. Он имеет сечение круглой формы (тип Nestro) со сквозным отверстием.

Недостаток оборудования – ускоренный износ подшипника из-за ударного воздействия.

Несмотря на это, такие прессы получили широкое распространение благодаря оптимальному сочетанию цены установки и качества продукта.

Пресс-гранулятор

Это универсальный экструдер для изготовления мелкофракционного прессованного продукта. Если сырьем выступает измельченное зерно – на выходе получают комбикорм; если опилки, торф, шелуха семян и пр. – топливные гранулы (пеллеты). Преимущество малокалиберных брикетов состоит в возможности автоматической подачи их в камеру сгорания котла шнековым или поршневым питателем. Теплогенератор должен быть оборудован специальной пеллетной горелкой.

Критерии выбора пресса: на что обратить внимание

Выбирая станок, учитывайте следующее:

1. Мощность электродвигателя. Она ограничена пропускной способностью автоматического выключателя на вводе в дом и сечением кабелей. Наиболее энергоемкими являются шнековые агрегаты.
2. Расстояние до сервисной службы поставщика. Чем ближе она расположена, тем быстрее выполнят ремонт и тем меньше будет убытков от простоя оборудования.
3. Консультирование по телефону. Полезная услуга от поставщика или дилера позволяет избежать ошибок и сэкономить деньги.
4. Объем доступного сырья и емкость рынка. Затраты на покупку машины с избыточной производительностью будут неоправданно большими, а вместе с ними и стоимость ремонта. Эти факторы увеличат срок окупаемости оборудования и приведут к снижению прибыли от производства.

Способы создания устройства

Изготовить в домашних условиях экструдер невозможно. Все самодельные станки прессуют брикеты в форме (стакане) прерывистым способом.

Главная задача конструктора – обеспечить удельное давление хотя бы в 150 кг/кв.см. Эту величину определяют 2 фактора:

• создаваемое прессом усилие (прямая зависимость);
• площадь поперечного сечения формы (обратная).

Подбирая соотношение этих параметров, достигают нужных характеристик.

Например, станок давит на порцию сырья с силой 1350 кгс. Если брусок имеет сечение 5х5 см, удельное давление составит:

P = 1350 / (5 х 5) = 54 кгс/кв.см

При столь низких показателях брикет будет крошиться. При уменьшении размеров его сечения до 3х3 см, конструктор увеличит удельное давление до:

P1 = 1350 / (3 х 3) = 150 кгс/кв.см

Существует несколько способов добиться большого усилия.

Использование мускульной силы и рычага

Это наиболее простой вариант пресса, все его элементы могут быть изготовлены в домашних условиях.

В качестве рычага используют прочную трубу, например усиленную водопроводную диаметром 40–50 мм со стенкой толщиной 4–4,5 (мм). Один ее конец снабжают осью и фиксируют в кронштейне так, чтобы другую сторону можно было поднимать и опускать.

На небольшом расстоянии от точки вращения крепят шток с пуансоном.

Сила сжатия будет равна Q = P * (L / L1), где:

• P – вес оператора, воздействующий на свободный конец рычага;
• L – длина трубы;
• L1 – расстояние от точки вращения до места соединения штока с пуансоном.

Пример:

• оператор весит 90 кг;
• длина рычага – 3 м;
• расстояние от точки вращения трубы до пуансона – 0,3 м.

При таких условиях сила сжатия составит:

Q = 90 * (3 / 0,3) = 900 кгс

Нужно учесть, что такая же сила воздействует на кронштейн в точке вращения рычага, поэтому тот должен быть прочным.

Для достижения давления в 150 кгс/кв.см площадь сечения бруска должна быть равна:

S = 900 / 150 = 6 кв.см

Рычажную установку проектируют так, чтобы производить брикетирование в 1 прием. Иначе придется тратить время на подсыпку сырья, что приведет к снижению производительности.

Глубина погружения пуансона зависит от объема порции. Ее вычисляют по формуле A = H * (1 — (p1 / p2)), где:

• H – высота стакана;
• p1 и p2 – плотность сырья и брикета соответственно.

Чем больше A, тем дальше нужно отнести шток от точки вращения. Но это приводит к уменьшению силы сжатия.

Подбор параметров производят так:

1. Вычисляют площадь поперечного сечения трубы, из которой будет сделан стакан.
2. Рассчитывают требуемое усилие и исходя из этого определяют расстояние штока до точки вращения.
3. Изготавливают пробный брикет.
4. Если за 1 подход не удалось обеспечить нужную степень сжатия, отрезают часть стакана, чтобы уменьшить его длину.

Если высокая производительность не нужна, делают брикет в несколько приемов, догружая сырье.

Чтобы увеличить силу давления на рычаг, можно привлечь помощника.

Применение гидравлического домкрата

Бытовой гидравлический домкрат развивает усилие в 30–40 тс. Если оснастить им пресс, доступная площадь формы составит:

S = 30000 / 150 = 200 кв.см

Такой станок можно оснастить несколькими формами. Тогда раму для пуансонов делают из прочного проката, например двутавра или толстостенной профилированной трубы.

Недостаток пресса на базе гидравлического домкрата состоит в большой продолжительности цикла. Зато у него выше производительность, а брикеты больше похожи на изготовленные промышленным способом.

Винтовой механизм прессования

Еще одно приспособление для усиления мускульной силы – винт. Величину создаваемого им давления вычисляют на основании «золотого правила механики».

L1 / L2 = Q2 / Q1, где:

• L1 – путь, пройденный точкой приложения мускульной силы;
• L2 – перемещение пуансона, закрепленного на винте или рычаге;
• Q1 – мускульная сила;
• Q2 – развиваемое прессом давление.

Пример:

• длина рукояти в хвостовике винта – 80 см (2 плеча по 40 см);
• приложенное оператором усилие – Q1=40 кгс;
• шаг резьбы винта – 3 мм.

За 1 оборот точка приложения мускульной силы, т.е. конец рукояти, пройдет путь:

L1 = 2 * П * 40 = 2 * 3,14 * 40 = 251,2 см

Пуансон опустится на L2 = 3 мм = 0,3 см. Сила воздействия с его стороны на сырье равна:

P2 = (L1 * P1) / L2 = (251,2 * 40) / 0,3 = 33493 кгс

Фактическое усилие будет меньше, т.к. часть энергии оператор израсходует на преодоление трения в паре винт-гайка. Средний КПД подобных приспособлений составляет 25–30%. Значит, рассмотренный в данном примере пресс давит на порцию сырья с силой 33493,3 * 0,25 = 8373,3 кгс.

Преимущества винтовых прессов:

• наибольшая сила среди ручных устройств;
• компактность;
• простая конструкция.

Недостатки:

• цикл имеет большую продолжительность;
• изготовление винта и гайки придется заказывать токарю.

Оператор должен контролировать прилагаемое усилие, иначе можно сорвать резьбу.

Рекомендуется увеличивать давление понемногу и, как только будет получен приемлемый результат, поставить на винте метку, обозначающую крайнее положение.

Инструкция по изготовлению пресса

Для создания самодельного станка потребуются инструменты:

• сварочный аппарат;
• болгарка с отрезными дисками по металлу;
• дрель;
• рулетка;
• карандаш или маркер.

Порядок действий зависит от того, какой привод будет использоваться.

Ручной

Начинают с изготовления станины. Эта часть воспринимает все усилия, возникающие в элементах конструкции, поэтому она должна быть прочной. Станина представляет собой раму из толстого уголка или профилированной трубы с усилением в местах, подверженных наибольшему давлению.

На следующем этапе делают пресс-форму. Для этого от круглой или квадратной трубы с толстыми стенками отрезают фрагмент нужной длины. В нижней части стакана делают несколько тонких отверстий для выхода воздуха и влаги.

Нужно продумать способ извлечения готового брикета из формы.

Есть 3 варианта:

1. Стакан оснащают подвижным дном с пружиной под ним. Та выталкивает брикет после снятия нагрузки. Недостаток решения в том, что пружина быстро изнашивается, теряя упругость.
2. Делают съемное дно. Его демонтируют в конце цикла, затем выталкивают готовый брикет прессом.
3. Применяют разборный стакан из 2 половин. Перед прессованием на него надевают 2 кольца из арматуры.

Форму помещают в емкость или обваривают по периметру бортиком, чтобы вылившаяся из нее в процессе прессования вода не растекалась.

Пуансон вырезают из стального листа толщиной не менее 3 мм.

В завершение к станине приваривают кронштейн, предварительно вставив в него ось рычага, или 4 стойки с гайкой для винтового механизма.

С электромотором

К модели на базе гидравлического домкрата с насосом и двигателем предъявляют более высокие требования в части прочности. Действуйте в таком порядке:

1. Сделайте сварную станину из швеллеров.
2. По углам приварите стойки длиной по 1,5 м.
3. Между ними закрепите барабан для смешивания опилок и связующего вещества, снятый со старой стиральной машины или изготовленный из трубы большого диаметра.
4. Ниже установите стальной оцинкованный лоток для подачи смеси в форму.
5. Прикрепите к стойкам гидродомкрат.
6. Сделайте и затем установите на свои места стакан и пуансон, как в ручном варианте.

Пресс готов к эксплуатации.

Полезные советы и общие рекомендации

Создатели самодельных станков для брикетирования советуют поступать так:

1. Начинать конструирование с подробного чертежа с указанием размеров. Это позволит избежать ошибок и точно определить количество необходимых материалов.
2. Поручить расчет деталей на прочность инженеру-механику или строителю, хорошо разбирающемуся в сопротивлении материалов.
3. Периодически проверять изделие на предмет искривлений и перекосов и при обнаружении устранять их. Иначе пострадает качество брикетов.
4. Готовые бруски просушивать на солнце или в проветриваемом помещении. Это обеспечит высокую теплотворную способность горючего.

Используя в качестве связующего глину, проследите, чтобы в ней не было почвы. Иначе брикеты будут крошиться.