胡志剛，劉金波，張永林，劉曉琴

(1.武漢輕工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430023； 2.安陸市天星糧油機(jī)械設(shè)備有限公司，湖北 安陸 432600)

應(yīng)用實(shí)踐

SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)研制

胡志剛1，劉金波2，張永林1，劉曉琴2

(1.武漢輕工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430023； 2.安陸市天星糧油機(jī)械設(shè)備有限公司，湖北 安陸 432600)

針對目前油脂生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)能力不足、干餅殘油率高、低溫壓榨困難及能耗高等問題，為滿足油脂生產(chǎn)企業(yè)對不同油料及加工工藝要求，通過把蒸炒缸與榨油機(jī)主體集成，對榨膛采用了雙螺桿兩階九節(jié)榨螺的復(fù)合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效地提高了榨螺壓縮比，改善了油料壓榨特性，通過企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)表明，所研制的SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)產(chǎn)量大、一次壓榨干餅殘油率低、同比節(jié)能40%以上。

雙螺桿；榨膛；榨油機(jī)；低溫壓榨

傳統(tǒng)的制油方法是通過高強(qiáng)度的靜壓或撞擊的方法壓榨制油。但近代出現(xiàn)的浸出制油法由于具有出油率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為大型油脂企業(yè)的首選工藝，壓榨油在食用油市場占的份額一直很少[1-3]?，F(xiàn)代食品安全問題越來越被國民重視，壓榨油由于其采用物理壓榨方式取油，沒有化學(xué)物質(zhì)殘留，開始重新受到市場的歡迎。

1900年，Anderson發(fā)明了連續(xù)式螺旋榨油機(jī)，隨后工程技術(shù)人員不斷改進(jìn)螺旋榨油機(jī)。1990年，Isobe開發(fā)了一種部分嚙合反向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿榨油機(jī)；2002年，美國Vincent公司在傳統(tǒng)的雙螺桿榨油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種反向旋轉(zhuǎn)的帶中斷螺棱的平行雙螺桿榨油機(jī)[4-7]。近年來，我國的榨油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙螺桿榨油機(jī)，與傳統(tǒng)的單螺桿榨油機(jī)相比，具有壓榨效率高、油和餅的質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在生產(chǎn)能力低、干餅殘油率高、低溫壓榨困難等不足[8]。為滿足油脂生產(chǎn)企業(yè)對不同工藝及油料的加工需求，本文介紹一種新型榨油機(jī)——SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)。1 SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計通過將蒸炒缸與榨油機(jī)主體有效集成，既可以實(shí)現(xiàn)普通油料的高溫壓榨，也可以為特殊油料和餅粕蛋白再利用而采用低溫壓榨。圖1為SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

注：1.電機(jī)；2.V型皮帶；3.減速器；4.扭矩分配器；5.蒸炒缸；6.喂料裝置；7.榨籠；8.榨軸；9.橫撐；

10.調(diào)餅機(jī)構(gòu)；11.集油螺桿；12.機(jī)架底座。

圖1 SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.1 蒸炒缸結(jié)構(gòu)

根據(jù)油料入榨溫度可分為低溫壓榨(入榨溫度25～65℃)和高溫壓榨(入榨溫度80～130℃)，較高的入榨溫度有利于油脂從油料中分離，提高出油率，但采用低溫壓榨可以改善油和餅的品質(zhì)，有利于餅粕蛋白的進(jìn)一步開發(fā)利用[9-10]。本設(shè)計使用蒸汽壓力為0.45 MPa，設(shè)計溫度為164.7℃，主要受壓原件材質(zhì)為Q235-F，腐蝕裕量為1 mm，蒸炒缸的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

注：1.皮帶輪；2.儲料控制門；3.進(jìn)氣管；4.攪拌刮刀；5.落料控制門；6.回氣管；7.傳動橫軸；8.蒸炒缸電機(jī)。

圖2 蒸炒缸結(jié)構(gòu)圖

1.2 榨膛結(jié)構(gòu)

榨膛是雙螺桿榨油機(jī)的核心部件，主要由榨籠和在榨籠內(nèi)旋轉(zhuǎn)的兩根螺旋軸組成，根據(jù)油料在榨膛中的壓榨過程，榨膛可分為進(jìn)料段、主壓榨段和出餅段[11]。SYZX340型冷熱兩用雙螺桿榨油機(jī)榨膛主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本設(shè)計采用了雙螺桿兩階九節(jié)榨螺的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，兩根螺桿布置在沿縱向大小孔徑不等的榨籠腔室內(nèi)，一根左旋，另一根右旋，呈水平平行布置，在喂料段螺旋部分嚙合而在主壓榨段和成餅段上不嚙合，相向旋轉(zhuǎn)。雙螺旋的布置形式主要有兩螺桿水平布置和豎直布置，雙螺桿豎直布置時因?yàn)橹亓Φ脑?，兩螺桿的受力不是很均勻，水平布置時，在制造和安裝時都比較方便，受力也會比較均勻，故本設(shè)計采用的是雙螺桿水平布置的方式。

注：1.榨軸；2.推進(jìn)螺；3.1#榨螺；4.2#榨螺；5.1#錐圈；6.3#榨螺；7.2#錐圈；8.4#榨螺；9.3#錐圈；10.榨籠；11.5#榨螺；12.4#錐圈；13.6#榨螺；14.5#錐圈；15.7#榨螺；16.6#錐圈；17.8#榨螺；18.7#錐圈；19.9#榨螺。

圖3 榨膛結(jié)構(gòu)圖

2 主要參數(shù)設(shè)計與計算

2.1 理論壓縮比計算

綜合考慮幾種主要植物油料的冷、熱榨特性，為了提高出油率，降低干餅殘油率，設(shè)計為兩階九節(jié)榨螺，各節(jié)榨螺螺距依次減小，通過7次壓縮7次膨脹。榨油過程中油脂從油料中滲出的多少和速度與榨膛內(nèi)的壓力大小密不可分，而榨膛內(nèi)的壓力大小又跟每節(jié)榨螺的壓縮比有關(guān)[12]。榨螺的理論壓縮比εm定義為：

(1)

式中：V1為進(jìn)料端榨螺的空余體積，mm3；Vn為某一榨螺的空余體積，mm3。

榨螺在一個嚙合螺距長度上的C形腔室的空余體積可用Janssen精確公式求出：

(2)

式中：D為榨籠內(nèi)徑，mm；Dm為榨螺底徑，mm；B為螺紋剖面平面寬度，mm；L為榨螺長度，mm；Dcp為榨螺平均直徑，mm；S為螺距，mm。

而榨膛內(nèi)某一節(jié)榨螺的理論壓縮比εm與實(shí)際壓縮比εn的關(guān)系為:

(3)

式中：λ為相對壓縮比比值。

由于植物油料都有彈性，所以實(shí)際設(shè)計的榨螺軸理論壓縮比應(yīng)高出實(shí)際壓縮比很多，用于補(bǔ)償榨料相對于榨螺和錐圈的滑移及轉(zhuǎn)動，延長壓榨時間，但壓縮比過大，將造成滑膛和回料。本設(shè)計各榨螺的理論壓縮比及實(shí)際壓縮比如表1所示。

表1 各榨螺空余體積與壓縮比

2.2 榨螺受力計算

油料壓榨過程中，作用在各節(jié)榨螺上的單位壓力P，可用下式計算[13]：

(4)

式中：W為油料的水分；εn為壓縮比；K為與油料的水分和溫度有關(guān)的系數(shù)。

根據(jù)作用在各榨螺的單位壓力以及所設(shè)計的榨螺結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，還可以對各節(jié)榨螺所受到的軸向力和徑向力進(jìn)行計算，結(jié)果如表2所示。

表2 各榨螺受力計算

3 生產(chǎn)試驗(yàn)與結(jié)果分析

該機(jī)型在完成設(shè)計計算階段后，進(jìn)行了樣機(jī)試制，經(jīng)檢測調(diào)試成功后，在湖北某油脂工業(yè)有限公司進(jìn)行了試驗(yàn)測試。

3.1 原料及檢測方法

本次測試原料采用4種含水量和不同入榨溫度的油菜籽，分別進(jìn)行低溫壓榨和高溫壓榨，測試時間為1 h，主機(jī)轉(zhuǎn)速均為58 r/min。測試時，當(dāng)主機(jī)電流穩(wěn)定在262～277 A范圍內(nèi)，榨籠的中前段開始排油，測定油料的流量，計算處理量。從榨油機(jī)出餅口取出餅樣，進(jìn)行化驗(yàn)檢測出干餅殘油率。

3.2 壓榨效果與分析

測試條件及效果見表3。由表3可看出，一次壓榨后，低溫壓榨干餅殘油率在17%以內(nèi)，高溫壓榨干餅殘油率在14%左右。經(jīng)測試計算，總的功耗在低溫壓榨時為160 kW，高溫壓榨時為185 kW，與目前國內(nèi)大部分榨油機(jī)相比，單位能耗顯著降低，同比節(jié)能40%以上[14-15]。

表3 油料壓榨測試項(xiàng)目參數(shù)及效果

3.3 存在問題

在油脂企業(yè)實(shí)際使用過程中，由于大型雙螺桿榨油機(jī)處理量及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的要求，榨籠的尺寸較大、較重，造成榨油機(jī)的清理及維修拆卸相對困難。進(jìn)一步的研究應(yīng)考慮如何采用新型材料和智能控制系統(tǒng)，對榨油機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和能耗優(yōu)化。

4 結(jié) 論

(1)布局合理，節(jié)省空間。采用蒸炒缸與榨油機(jī)主體集成設(shè)計，節(jié)省了設(shè)備占用空間，有效提高了車間廠房的空間利用率。

(2)安裝制造方便，改善壓榨特性。榨膛采用了雙螺桿兩階九節(jié)榨螺的復(fù)合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩根螺桿水平平行布置，受力均勻，有利于設(shè)備的制造和安裝，在每節(jié)榨螺間布置增壓錐圈，有效提高壓縮比，改善油料壓榨特性，提高出油率。

(3)一次壓榨干餅殘油率低。菜籽油冷、熱一次壓榨試驗(yàn)，低溫壓榨干餅殘油率在17%以內(nèi)，高溫壓榨干餅殘油率在14%左右，如經(jīng)多次壓榨或油餅浸出，殘油率可降低到5%以內(nèi)。

(4)處理量大，能耗低。低溫壓榨處理量為100 t/d，單位能耗在0.04 kW·h/kg以內(nèi)，高溫壓榨處理量為250 t/d，單位能耗在0.02 kW·h/kg以內(nèi)，同比節(jié)能40%以上。

(5)目前，我國的冷榨機(jī)處于研發(fā)和使用高潮期，同時也存在很多問題，尚需要不斷技術(shù)革新，特別是新型材料的應(yīng)用研發(fā)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面。

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Development of SYZX340 type cold-and hot-pressing twin-screw press

HU Zhigang1,LIU Jinbo2,ZHANG Yonglin1,LIU Xiaoqin2

(1. Department of Mechanical Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China;2. Anlu Tianxing Food and Oil Processing Machinery Equipment Co., Ltd., Anlu 432600, Hubei, China)

Aiming at present problems, such as insufficient production capacity, high residual oil rate of dry cake, difficult low temperature pressing and high energy consumption in oil producing enterprises, the steaming-and frying-cylinder and the main oil press were assembled and the composite structure of twin-screw, two-step and nine-section pressing screw was applied in the design of the pressing chamber to meet the requirements of different oilseeds and processing technologies for oil producing enterprises, so that the compression ratio of pressing screw was virtually increased and the oilseed squeezing properties were improved. According to the actual production test, the developed SYZX340 type cold-and hot-pressing twin-screw press had the advantages of large production, lower residual oil rate of dry cake after the first pressing and energy saving above 40%.

twin-screw; pressing chamber; press; cold pressing

2016-05-19；

2016-10-24

湖北省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(T201310)

胡志剛(1974)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工裝備(E-mail)whhzg@qq.com。

TS223;TQ643

A

1003-7969(2017)01-0149-04