張健 周文興 尹志琨

摘要：三輥式壓榨機主要由機架、榨輥、油壓裝置、側蓋和底梳等部件組成。3個壓榨輥分別為頂輥、前輥和后輥，頂輥與前、后輥成三角形裝嵌。正品字型壓榨機頂部夾角設計一般均大于78.00°，普遍存在夾角偏大、底梳較寬、榨機組負荷重、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題。文章以廣西鳳糖六塘制糖有限責任公司TSG810×1670型三輥式壓榨機為調(diào)查對象，分析其改造前出現(xiàn)電機負荷重致使能耗增加、設備發(fā)生明顯振動存在安全隱患和鍋爐燃燒效率低導致收回指標偏低等問題及原因，針對存在問題，通過挖掘三輥式壓榨機設備潛力，結合蔗料彈性大的原理，對前后軸承座進行加工改造，擴大中心高，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效能的改造技術。該技術可提高榨機對榨量波動的適應性和穩(wěn)定性，壓榨產(chǎn)能提高21.77%、壓榨抽出率提高0.11%、設備安全率提高0.51%，能實現(xiàn)壓榨機效能整體提升，技術改造具有可行性，可供制糖從業(yè)者挖掘壓榨機潛力時參考應用。

關鍵詞：三輥式壓榨機；壓榨輥；頂部夾角；中心高；壓榨效能

中圖分類號：TS243.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：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際，直接導致榨機高油壓、高能耗和低產(chǎn)能運行［1-3］。實踐證明，由于蔗汁排出不完全而被蔗料重新吸收（重吸）［2］，蔗料通過榨機的最小間隙后體積會迅速膨脹。此外，底梳通道設計不合理，蔗渣在底梳通道輸送過程中不能靠自身的膨脹力前進，會在通道上打滾，極大增加摩擦力，造成大量功率消耗和影響蔗料入轆，對壓榨機設備造成損害，通道越長損害越嚴重［4-6］。目前，多數(shù)糖廠的榨機為正品字型三輥式壓榨機［1］，主要由機架、榨輥、油壓裝置、側蓋和底梳等部件組成，3個壓榨輥分別為頂輥、前輥和后輥，頂輥與前、后輥成三角形裝嵌。正品字型榨機頂部夾角一般設計為78.00°～84.00°，夾角偏大，底梳長，普遍存在榨機運行負荷高、能耗高、產(chǎn)能彈性小、壓榨抽出率低、設備運行安全率低及壓榨效能不高等實際問題。但廣西鳳糖六塘制糖有限責任公司總結其糖廠的實踐經(jīng)驗認為，通過低投入可使傳統(tǒng)的甘蔗壓榨機實現(xiàn)技術升級，明顯提升設備的運行效能和穩(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)定性難以實現(xiàn)糖廠“高糖高榨”要求，以及壓榨機構造及裝嵌參數(shù)優(yōu)化可提升壓榨機對榨量波動的適應性和穩(wěn)定性［1-2］，文章對提高壓榨抽出率和設備運行安全率、降低蔗渣水分及電耗等方面進行探索，并主要介紹壓榨機頂部夾角和中心高改造技術，比較改造前后壓榨機的壓榨量及節(jié)能降耗效果，旨在為壓榨機挖潛和升級改造提供參考依據(jù)。

1 改造前榨機存在問題及原因分析

1.1 存在問題

以廣西鳳糖六塘制糖有限責任公司TSG810×1670型壓榨機為例，其配置為一列5座壓榨機（1#～5#），出廠設計能力為日榨4000.0 t原料蔗，每座壓榨機配備動力500 kW直流電機驅動，最高額定電流1200 A，榨輥裝機參數(shù)見表1。

原安裝1#壓榨機頂角為79.00°，2#～5#壓榨機頂角為78.00°，中心高均為650.0 mm，其他裝配條件如工作開口比、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，甘蔗預處理條件不變。當生產(chǎn)需要榨蔗量提高到4300.0 t/d時，壓榨機極易出現(xiàn)下列問題：①1#～5#壓榨機電機負荷特別重，工作電流在900～1100 A波動，增加的電耗與提高的榨蔗量不成正比，能耗明顯增加；②設備發(fā)生明顯振動，每年檢修期對機架進行探傷均發(fā)現(xiàn)機架存在大小不等的裂紋，需對機架進行不同程度修復，否則設備運行將存在安全隱患；③平均日榨量為4300.0 t時，榨季抽出率平均為96.0%左右；設備產(chǎn)能彈性小，壓榨機入轆不順暢，蔗層厚薄不均勻，造成收回指標偏低且不穩(wěn)定，蔗渣水分偏高影響鍋爐燃燒效率。

1.2 原因分析

壓榨機容易出現(xiàn)電機負荷重致使能耗增加［3］、設備發(fā)生明顯振動存在安全隱患［7］和鍋爐燃燒效率低導致收回指標偏低［8］等問題，究其原因分別為：一是頂部夾角較大（超過78.40°），底梳水平長度偏大，底梳通道設計不合理，造成蔗料不能依靠自身膨脹力前進而在底梳通道上打滾，極大增加摩擦力，致使電機負荷增加；二是甘蔗渣壓縮過程中由于底梳設計、裝嵌不合理，壓榨輥受力后飄移擠壓機架，造成蔗料入轆困難，加上蔗料通道偏長，導致產(chǎn)生底梳和機架明顯振動的安全隱患；三是忽視蔗渣屬彈性物料的客觀特性，在高油壓高耗能模式下蔗渣通過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，導致末座壓榨機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，其熱值和鍋爐燃燒效率降低。在壓榨作業(yè)過程中，入口的任務是持蔗入轆，并對蔗料實行初次壓縮以榨出大部分蔗汁，出口的任務是進一步提高壓縮度盡可能榨干蔗渣，2個開口的作用相輔相成；底梳設計和安裝不恰當，會影響榨輥受力，降低壓榨效能，增加不必要的功率消耗，底梳磨損快，蔗料通過困難，梳橋、底梳固定螺栓和機架等部件容易發(fā)生事故。

2 設備改造思路及成效

2.1 改造前各座壓榨機裝嵌放樣情況

以5#壓榨機的放樣圖（圖1）作說明（其他4座壓榨機的原理與5#壓榨機相同，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，頂輥通過蔗層施加壓力于前后輥和底梳，受到3個方向的反作用力，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架，阻礙頂輥升起，影響榨機入轆、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，其通過底梳的過程會逐步膨脹和移動前進，因此，底梳形狀會影響蔗渣通過的順暢程度，底梳越長蔗料通過的路徑就越長，難度也越大，改造思路就是縮小頂輥夾角和縮短底梳長度［10］。

以2021—2023年廣西鳳糖六塘制糖有限責任公司TSG810×1670 5#壓榨機為例，其中心高改造后的受力情況見圖3。從圖3可看出，壓榨機的工作開口比為1.9，符合國內(nèi)糖廠一般取值1.8～2.2的要求，在開口比不變的條件下，通過電腦放樣縮小a角度則頂輥橫向推力變小，頂輥對機架擠壓減小，頂輥起升力增大，使得頂輥起升靈活自如。同時，側壓力減小，引起摩擦力減小，壓榨機負荷明顯減輕，解決了電流升高問題，達到節(jié)能降耗目的；底梳長度縮短，蔗料通過順暢，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)能問題。

2.3.1 擴大中心高，加大輥徑，縮小頂部夾角

通過底梳放樣發(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，中心點連線AB的長度為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］的研究結果，輥徑加大有利于榨量和抽出率提高，同時可降低設備的維修費用及延長榨輥的使用周期，且不會影響壓榨機功率增加。按每處理1.0萬t甘蔗約磨損榨輥0.40 mm計，以1個榨季處理50.0萬t甘蔗測算，榨輥直徑約減少20.00 mm，理論與實際相符，同時可提高抽出率［12］，且榨輥可重復利用。

2.3.2 改造底瓦座，提高壓榨機中心高

把壓榨機的前輥和后輥軸瓦底部厚度降低，減小壓榨機頂角至合理范圍，中心高度從650.00 mm增加至670.00 mm，將壓榨機安裝頂角變小安裝（圖4），經(jīng)過放樣和計算，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)，壓榨機前輥和后輥軸瓦底部厚度最多可降低20.00 mm，超過此厚度則存在整個軸瓦浮起頂翻榨輥的危險，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)見表3。

2.3.3 縮小壓榨機頂角，縮短底梳長度

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，不影響整座壓榨機的合理安裝。

2.3.4 優(yōu)化榨輥配置

增大3#、4#和5#壓榨機面輥和后輥的直徑為885.00 mm、前輥的直徑為875.00 mm后，第一年可先購買3#、4#和5#壓榨機榨輥，榨季結束后根據(jù)榨輥的磨損情況，有選擇地安排光齒使用［13］。榨輥經(jīng)過車床加工，3#和4#壓榨機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頂角在合理范圍，適用于1#和2#壓榨機，5#壓榨機備用。各榨輥尺寸數(shù)據(jù)見表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)。通過提高日榨蔗量實現(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任公司TSG810×1670 5#壓榨機的經(jīng)濟效益分析如下。

2.4.1 提高日榨蔗量

壓榨機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%，設備安全率提高0.51%，實現(xiàn)彈性生產(chǎn)和高糖高榨，縮短榨季榨蔗生產(chǎn)時間，有利于農(nóng)民耕作農(nóng)時安排及為企業(yè)增加效益300.00萬元以上。

2.4.2 提高安全率

經(jīng)統(tǒng)計，減小壓榨機頂角，減小橫向推力，提高作用于頂輥的垂直工作力，可確保機組安全運行、無振動，機架不再產(chǎn)生新的裂紋，修復費用減少，工人勞動強度和人工成本降低（齒輪床連續(xù)3年無需解體檢修），可節(jié)約費用開支約15.00萬元。

2.4.3 降低噸蔗電耗

在有效提高榨蔗量的同時減輕電機負荷，節(jié)能明顯，從而節(jié)約電費。通過縮小壓榨機頂角，頂輥橫向推力和側面摩擦力將轉至工作于頂輥的作用力，使壓榨機電機的驅動力得到有效利用［3，14-15］。壓榨機電流平均降至500～600 A，以550 A計，折算一個榨季節(jié)約電量為235.00 kW/h［（950-550）×400×0.85×1.73/1000］，折算一個榨季節(jié)約電費355.32萬元［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源于蔗渣，5#壓榨機壓榨的蔗渣水分含量對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，根據(jù)蔗渣熱值可計算出廣西鳳糖六塘制糖有限責任公司每年可增加蔗渣打包量約1600.0 t，按照450.00元/t計算，可提高效益72.00萬元（1600.0 t×450.00元/t）。

2.4.5 延長榨輥壽命

榨輥改造后可重復利用。后輥輥徑較大，當后輥磨損變小后，可用作1#和2#座壓榨機的榨輥使用，節(jié)約換新輥殼的費用，6條直徑885榨輥按2年后經(jīng)車床加工成直徑860榨輥、報廢后再新鑄回6條直徑885榨輥計，相當于每年節(jié)約3條榨輥的鑄造費用8.40萬元（3條×2.80萬元/條）。

2.4.6 改造費用

降低前后輥軸承座高度的加工費：5座壓榨機×4個軸承座/壓榨機×0.15萬元=3.00萬元。

綜上所述，三輥式壓榨機通過技術改造，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益747.72萬元（300.00萬元+15.00萬元+355.32萬元+72.00萬元+8.40萬元+3.00萬元），取得提高設備運行安全、彈性生產(chǎn)、減輕工人勞動強度、節(jié)能降耗、提高設備效能及創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益的效果。

3 結語

加快推進蔗糖產(chǎn)業(yè)轉型升級和廣西糖業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，把糖業(yè)這一特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)做強做大，保障國家糖業(yè)安全，促進蔗農(nóng)增收致富，需各糖企深挖潛力，共繪藍圖。對三輥式壓榨機頂部夾角和中心高進行改造，投入少、見效快，可解決目前部分糖廠壓榨過程中存在的壓榨機速度快、電流高、負荷重、過榨不順和榨量彈性小等問題，提高壓榨機效能、提高壓榨量和節(jié)能降耗，降低壓榨設備維護成本和工人勞動強度，實現(xiàn)壓榨機組高安全生產(chǎn)率和高抽出率的“雙高”目的，經(jīng)濟效益和社會效益良好?？梢?，三輥式壓榨機改造技術具有可行性，可供制糖從業(yè)者挖掘壓榨機潛力時參考應用。

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（責任編輯 思利華）