一种可提高压榨机效能的压榨机设备改造技术

张健 周文兴 尹志琨

摘要：三辊式压榨机主要由机架、榨辊、油压裝置、侧盖和底梳等部件组成。3个压榨辊分别为顶辊、前辊和后辊，顶辊与前、后辊成三角形装嵌。正品字型压榨机顶部夹角设计一般均大于78.00°，普遍存在夹角偏大、底梳较宽、榨机组负荷重、能耗高、产能偏低、稳定性和安全性差及压榨效能不高等问题。文章以广西凤糖六塘制糖有限责任公司TSG810×1670型三辊式压榨机为调查对象，分析其改造前出现电机负荷重致使能耗增加、设备发生明显振动存在安全隐患和锅炉燃烧效率低导致收回指标偏低等问题及原因，针对存在问题，通过挖掘三辊式压榨机设备潜力，结合蔗料弹性大的原理，对前后轴承座进行加工改造，扩大中心高，缩小顶部夹角到76.00°左右，加大榨辊辊径，优化装嵌参数，获得可提高三辊式压榨机效能的改造技术。该技术可提高榨机对榨量波动的适应性和稳定性，压榨产能提高21.77%、压榨抽出率提高0.11%、设备安全率提高0.51%，能实现压榨机效能整体提升，技术改造具有可行性，可供制糖从业者挖掘压榨机潜力时参考应用。

关键词：三辊式压榨机；压榨辊；顶部夹角；中心高；压榨效能

中图分类号：TS243.1                      文献标志码：A 文章编号：2095-820X（2024）01-0027-05

0 引言

传统的压榨理论多数停留在通过蔗料高形变获得高出汁率，通常忽视蔗料有弹性形变的客观实际，直接导致榨机高油压、高能耗和低产能运行［1-3］。实践证明，由于蔗汁排出不完全而被蔗料重新吸收（重吸）［2］，蔗料通过榨机的最小间隙后体积会迅速膨胀。此外，底梳通道设计不合理，蔗渣在底梳通道输送过程中不能靠自身的膨胀力前进，会在通道上打滚，极大增加摩擦力，造成大量功率消耗和影响蔗料入辘，对压榨机设备造成损害，通道越长损害越严重［4-6］。目前，多数糖厂的榨机为正品字型三辊式压榨机［1］，主要由机架、榨辊、油压装置、侧盖和底梳等部件组成，3个压榨辊分别为顶辊、前辊和后辊，顶辊与前、后辊成三角形装嵌。正品字型榨机顶部夹角一般设计为78.00°～84.00°，夹角偏大，底梳长，普遍存在榨机运行负荷高、能耗高、产能弹性小、压榨抽出率低、设备运行安全率低及压榨效能不高等实际问题。但广西凤糖六塘制糖有限责任公司总结其糖厂的实践经验认为，通过低投入可使传统的甘蔗压榨机实现技术升级，明显提升设备的运行效能和稳定性。基于压榨车间作为甘蔗糖厂第一生产单元其生产的均衡稳定性难以实现糖厂“高糖高榨”要求，以及压榨机构造及装嵌参数优化可提升压榨机对榨量波动的适应性和稳定性［1-2］，文章对提高压榨抽出率和设备运行安全率、降低蔗渣水分及电耗等方面进行探索，并主要介绍压榨机顶部夹角和中心高改造技术，比较改造前后压榨机的压榨量及节能降耗效果，旨在为压榨机挖潜和升级改造提供参考依据。

1 改造前榨机存在问题及原因分析

1.1 存在问题

以广西凤糖六塘制糖有限责任公司TSG810×1670型压榨机为例，其配置为一列5座压榨机（1#～5#），出厂设计能力为日榨4000.0 t原料蔗，每座压榨机配备动力500 kW直流电机驱动，最高额定电流1200 A，榨辊装机参数见表1。

原安装1#压榨机顶角为79.00°，2#～5#压榨机顶角为78.00°，中心高均为650.0 mm，其他装配条件如工作开口比、辊面齿纹、下送辊、面辊中心高差、油压压力、高位槽减速系统和三大间隙（油压头间隙、轴瓦间隙和顶辊侧隙）均符合规范要求，安装因素榨辊轴颈圆度锥度和榨辊安装平衡性不变，甘蔗预处理条件不变。当生产需要榨蔗量提高到4300.0 t/d时，压榨机极易出现下列问题：①1#～5#压榨机电机负荷特别重，工作电流在900～1100 A波动，增加的电耗与提高的榨蔗量不成正比，能耗明显增加；②设备发生明显振动，每年检修期对机架进行探伤均发现机架存在大小不等的裂纹，需对机架进行不同程度修复，否则设备运行将存在安全隐患；③平均日榨量为4300.0 t时，榨季抽出率平均为96.0%左右；设备产能弹性小，压榨机入辘不顺畅，蔗层厚薄不均匀，造成收回指标偏低且不稳定，蔗渣水分偏高影响锅炉燃烧效率。

1.2 原因分析

压榨机容易出现电机负荷重致使能耗增加［3］、设备发生明显振动存在安全隐患［7］和锅炉燃烧效率低导致收回指标偏低［8］等问题，究其原因分别为：一是顶部夹角较大（超过78.40°），底梳水平长度偏大，底梳通道设计不合理，造成蔗料不能依靠自身膨胀力前进而在底梳通道上打滚，极大增加摩擦力，致使电机负荷增加；二是甘蔗渣压缩过程中由于底梳设计、装嵌不合理，压榨辊受力后飘移挤压机架，造成蔗料入辘困难，加上蔗料通道偏长，导致产生底梳和机架明显振动的安全隐患；三是忽视蔗渣属弹性物料的客观特性，在高油压高耗能模式下蔗渣通过底梳最小间隙后迅速膨胀，引起蔗汁排除不完全产生重吸现象，导致末座压榨机出口蔗渣的糖分和水分含量偏高，糖分收回率偏低，输送到锅炉做燃料时，其热值和锅炉燃烧效率降低。在压榨作业过程中，入口的任务是持蔗入辘，并对蔗料实行初次压缩以榨出大部分蔗汁，出口的任务是进一步提高压缩度尽可能榨干蔗渣，2个开口的作用相辅相成；底梳设计和安装不恰当，会影响榨辊受力，降低压榨效能，增加不必要的功率消耗，底梳磨损快，蔗料通过困难，梳桥、底梳固定螺栓和机架等部件容易发生事故。

2 设备改造思路及成效

2.1 改造前各座压榨机装嵌放样情况

以5#压榨机的放样图（图1）作说明（其他4座压榨机的原理与5#压榨机相同，不再展示其放样图），其顶部夹角为79.89°，顶辊中心高650.00 mm，底梳水平长402.00 mm（表2）。

2.2 改造前榨辊受力情况

从图1可看出，改造前5#压榨机安装顶角为79.89°；从图2可看出，在中心高受力方面，油压力F作用于顶辊，顶辊通过蔗层施加压力于前后辊和底梳，受到3个方向的反作用力，分别是前辊反作用力D、后辊反作用力G和底梳反作用力E；E与中垂线重合（应10°）的合力为Fn，n是Fn在水平方向的分力（顶辊的横向推力），该分力使得前辊飘前挤压机架，阻碍顶辊升起，影响榨机入辘、糖分收回、产能发挥及能耗［1、9］。

2.3 改造思路

底梳是运送蔗渣的桥梁，也兼顾清除前辊齿底和排汁沟内的蔗渣。蔗渣具有弹性，其通过底梳的过程会逐步膨胀和移动前进，因此，底梳形状会影响蔗渣通过的顺畅程度，底梳越长蔗料通过的路径就越长，难度也越大，改造思路就是缩小顶辊夹角和缩短底梳长度［10］。

以2021—2023年广西凤糖六塘制糖有限责任公司TSG810×1670 5#压榨机为例，其中心高改造后的受力情况见图3。从图3可看出，压榨机的工作开口比为1.9，符合国内糖厂一般取值1.8～2.2的要求，在开口比不变的条件下，通过电脑放样缩小a角度则顶辊横向推力变小，顶辊对机架挤压减小，顶辊起升力增大，使得顶辊起升灵活自如。同时，侧压力减小，引起摩擦力减小，压榨机负荷明显减轻，解决了电流升高问题，达到节能降耗目的；底梳长度缩短，蔗料通过顺畅，入辘好，排汁顺畅，油压自由调节，抽出率和处理能力随之提高［11］，可解决糖分回收和产能问题。

2.3.1 扩大中心高，加大辊径，缩小顶部夹角

通过底梳放样发现，在中心高670.00 mm不变的情况下，顶角从80.00°缩小至76.00°，在前后夹角差不变的情况下，中心点连线AB的长度为860.00 mm+20.00 mm+29.00 mm=909.00 mm，比未缩小前增加20.00 mm，意味着在合理的顶角范围内，可加大辊径。参考程琮［4］的研究结果，辊径加大有利于榨量和抽出率提高，同时可降低设备的维修费用及延长榨辊的使用周期，且不会影响压榨机功率增加。按每处理1.0万t甘蔗约磨损榨辊0.40 mm计，以1个榨季处理50.0万t甘蔗测算，榨辊直径约减少20.00 mm，理论与实际相符，同时可提高抽出率［12］，且榨辊可重复利用。

2.3.2 改造底瓦座，提高压榨机中心高

把压榨机的前辊和后辊轴瓦底部厚度降低，减小压榨机顶角至合理范围，中心高度从650.00 mm增加至670.00 mm，将压榨机安装顶角变小安装（图4），经过放样和计算，发现在前后辊直推杆高度与两辊中心连线偏差允许范围内，压榨机前辊和后辊轴瓦底部厚度最多可降低20.00 mm，超过此厚度则存在整个轴瓦浮起顶翻榨辊的危险，因此，统一按降低20.00 mm处理，并按此数据重新校核顶角，最终安装数据见表3。

2.3.3 缩小压榨机顶角，缩短底梳长度

缩小顶部夹角到76.00°左右后，底梳在梳尾、梳尖和弧度不变的情况下重新放样，底梳除水平长度变短约30.0 mm外，其余装配数据未发生变化，不影响整座压榨机的合理安装。

2.3.4 优化榨辊配置

增大3#、4#和5#压榨机面辊和后辊的直径为885.00 mm、前辊的直径为875.00 mm后，第一年可先购买3#、4#和5#压榨机榨辊，榨季结束后根据榨辊的磨损情况，有选择地安排光齿使用［13］。榨辊经过车床加工，3#和4#压榨机光齿后前辊的直径为860.00 mm，后辊的直径为870.00 mm，面辊的直径为875.00 mm，这样的辊径能保障压榨机顶角在合理范围，适用于1#和2#压榨机，5#压榨机备用。各榨辊尺寸数据见表5。

2.4 改造成效

甘蔗制糖企业压榨部分的效益主要从压榨效率（日榨蔗量、壓榨能耗、生产安全率、糖分回收和蔗渣水分等）方面体现。通过提高日榨蔗量实现榨季内高糖高榨弹性生产模式，降低耗电安全率，可实现节能降耗，降低压榨末座蔗渣水分，从而提高锅炉燃烧效率。经缩小顶角、提高中心高及轴承座改造后，广西凤糖六塘制糖有限责任公司TSG810×1670 5#压榨机的经济效益分析如下。

2.4.1 提高日榨蔗量

压榨机列的处理能力和效能均得到提升，每日压榨甘蔗能力提高21.77%（表6），压榨抽出率提高0.11%，设备安全率提高0.51%，实现弹性生产和高糖高榨，缩短榨季榨蔗生产时间，有利于农民耕作农时安排及为企业增加效益300.00万元以上。

2.4.2 提高安全率

经统计，减小压榨机顶角，减小横向推力，提高作用于顶辊的垂直工作力，可确保机组安全运行、无振动，机架不再产生新的裂纹，修复费用减少，工人劳动强度和人工成本降低（齿轮床连续3年无需解体检修），可节约费用开支约15.00万元。

2.4.3 降低吨蔗电耗

在有效提高榨蔗量的同时减轻电机负荷，节能明显，从而节约电费。通过缩小压榨机顶角，顶辊横向推力和侧面摩擦力将转至工作于顶辊的作用力，使压榨机电机的驱动力得到有效利用［3，14-15］。压榨机电流平均降至500～600 A，以550 A计，折算一个榨季节约电量为235.00 kW/h［（950-550）×400×0.85×1.73/1000］，折算一个榨季节约电费355.32万元［5座×235 kW/h×1.05元/（kW/h）×24×120 d］。

2.4.4 降低蔗渣水分含量

糖厂锅炉燃烧用的燃料来源于蔗渣，5#压榨机压榨的蔗渣水分含量对锅炉燃烧效率影响非常大。以技改后有效降低蔗渣水分0.5%计，根据蔗渣热值可计算出广西凤糖六塘制糖有限责任公司每年可增加蔗渣打包量约1600.0 t，按照450.00元/t计算，可提高效益72.00万元（1600.0 t×450.00元/t）。

2.4.5 延长榨辊寿命

榨辊改造后可重复利用。后辊辊径较大，当后辊磨损变小后，可用作1#和2#座压榨机的榨辊使用，节约换新辊壳的费用，6条直径885榨辊按2年后经车床加工成直径860榨辊、报废后再新铸回6条直径885榨辊计，相当于每年节约3条榨辊的铸造费用8.40万元（3条×2.80万元/条）。

2.4.6 改造费用

降低前后辊轴承座高度的加工费：5座压榨机×4个轴承座/压榨机×0.15万元=3.00万元。

综上所述，三辊式压榨机通过技术改造，可实现经济效益747.72万元（300.00万元+15.00万元+355.32万元+72.00万元+8.40万元+3.00万元），取得提高设备运行安全、弹性生产、减轻工人劳动强度、节能降耗、提高设备效能及创造经济效益和社会效益的效果。

3 结语

加快推进蔗糖产业转型升级和广西糖业高质量发展，把糖业这一特色优势产业做强做大，保障国家糖业安全，促进蔗农增收致富，需各糖企深挖潜力，共绘蓝图。对三辊式压榨机顶部夹角和中心高进行改造，投入少、见效快，可解决目前部分糖厂压榨过程中存在的压榨机速度快、电流高、负荷重、过榨不顺和榨量弹性小等问题，提高压榨机效能、提高压榨量和节能降耗，降低压榨设备维护成本和工人劳动强度，实现压榨机组高安全生产率和高抽出率的“双高”目的，经济效益和社会效益良好。可见，三辊式压榨机改造技术具有可行性，可供制糖从业者挖掘压榨机潜力时参考应用。

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（责任编辑 思利华）