雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器工作性能的分析探討

■張小靜 王順喜 李建平 歐陽勰

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083）

從1988年美國(guó)Wenger公司發(fā)明用于擠壓膨化機(jī)的雙軸槳葉調(diào)質(zhì)器以來，該類設(shè)備已在國(guó)際飼料、寵物食品、食品加工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前Wenger公司生產(chǎn)的DDC調(diào)質(zhì)器質(zhì)量仍處于國(guó)際領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)著名生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量也在提高，逐步接近國(guó)際先進(jìn)水平，但部分小型飼料機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的雙軸槳葉調(diào)質(zhì)器質(zhì)量較差，仍然有待進(jìn)一步提高。

1 雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器的基本工作原理

雙軸異徑差速槳葉式調(diào)質(zhì)器又稱DDC預(yù)調(diào)質(zhì)器,它是在單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器的基本結(jié)構(gòu)如圖1，它主要由機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、槳葉等部分組成。

其殼體由兩個(gè)不同半徑的大半圓焊接而成,殼體內(nèi)裝有兩根轉(zhuǎn)速不同的葉片攪拌軸,兩個(gè)攪拌轉(zhuǎn)子通常為水平平行排列，直徑一大一小（其剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示），以某調(diào)質(zhì)器結(jié)構(gòu)為例，兩個(gè)轉(zhuǎn)子上各安裝60個(gè)槳葉，殼體中部設(shè)有多個(gè)可單獨(dú)調(diào)節(jié)蒸汽量的蒸汽注入口和液體添加口。由于原料之間的不兼溶性、物料組分密度和粒度差異等增加了調(diào)質(zhì)器的工作難度，采用雙軸差速調(diào)質(zhì)器可以強(qiáng)化調(diào)質(zhì)過程，調(diào)質(zhì)器的雙軸轉(zhuǎn)速不等、旋向相反、大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通常為小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2，槳葉差速搓動(dòng)旋轉(zhuǎn)，調(diào)質(zhì)器內(nèi)的物料從兩攪動(dòng)軸中間被向上拋起并與蒸汽一起形成對(duì)流，剪切和交錯(cuò)混合，物料實(shí)際進(jìn)行了復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，既有繞單軸的螺旋運(yùn)動(dòng)，又有被槳葉拋向?qū)?cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域，參加另一軸的物料螺旋運(yùn)動(dòng)，物料在兩轉(zhuǎn)子之間穿插向前運(yùn)動(dòng)，形成立體的螺旋式“8”字形運(yùn)動(dòng)路線，與單軸調(diào)質(zhì)器相比，物料徑向運(yùn)動(dòng)路線大大延長(zhǎng)，實(shí)際調(diào)質(zhì)時(shí)間也得到相應(yīng)延長(zhǎng)，同時(shí)有些雙軸變頻調(diào)速可以使物料軸向運(yùn)動(dòng)速度有更寬的調(diào)節(jié)范圍。在一定的濕度、溫度和外界機(jī)械作用力條件下，經(jīng)過一定時(shí)間的雙軸差速揉搓調(diào)質(zhì)，其物料場(chǎng)、濕度場(chǎng)、溫度場(chǎng)基本均勻化，淀粉實(shí)現(xiàn)了糊化，調(diào)質(zhì)過程得以完成。

圖1 雙軸異徑差速調(diào)質(zhì)器剖面結(jié)構(gòu)

2 雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器性能特點(diǎn)

雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器優(yōu)點(diǎn)比較明顯，調(diào)質(zhì)時(shí)間長(zhǎng)(幾十秒至240 s)，平均時(shí)間為150～180 s；淀粉糊化度較高，有些可達(dá)40%～50%，高的可以大于50%；調(diào)質(zhì)過程中液體添加比例高，比普通槳葉式調(diào)質(zhì)器能更有效地提高調(diào)質(zhì)的均勻性；調(diào)質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)多種水產(chǎn)飼料的調(diào)質(zhì)，可以滿足特殊顆粒飼料高熟化率和高殺菌率的要求，能顯著提高制粒和擠壓膨化生產(chǎn)效率；自清潔能力強(qiáng)，兩轉(zhuǎn)軸槳葉之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以借助物料對(duì)流運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相互“洗刷”，它比等直徑雙軸槳葉式調(diào)質(zhì)器有更高的自清潔能力。目前雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器也存在一些共性問題，比如殘留量較高、成本較高、物料先進(jìn)先出性能有待完善等問題。

3 雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器部分要點(diǎn)分析

雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器工作性能受多種因素影響，如果要改善或提高雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器工作性能，部分要點(diǎn)值得重視：

3.1 調(diào)質(zhì)物料場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)均勻度有待進(jìn)一步提高，宏觀層面的三場(chǎng)大體均勻化經(jīng)常掩蓋了三場(chǎng)實(shí)際存在的局部不均勻化，比如調(diào)質(zhì)腔室底層物料組分的均勻度與上層物料組分的均勻度有差異等。

3.2 雙轉(zhuǎn)子工作流量要兼顧，在調(diào)質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程中兩邊物料相向混合流量應(yīng)近似相等，即在同等時(shí)間內(nèi)，大轉(zhuǎn)子的工作流量（考慮轉(zhuǎn)速與其掃過的面積的乘積等因素）應(yīng)與小轉(zhuǎn)子的工作流量（考慮轉(zhuǎn)速與其掃過的面積的乘積等因素）近似相等，若兩邊物料流量不對(duì)等，容易發(fā)生混合調(diào)質(zhì)質(zhì)量局部不均勻，引起堵塞等現(xiàn)象。

3.3 不同機(jī)械作用力對(duì)調(diào)質(zhì)效果的影響不同，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)物料在混合調(diào)質(zhì)過程中，推擠力、摩擦力、拋灑力、剪切力、沖擊力，碰撞力等外力對(duì)調(diào)質(zhì)效果的影響權(quán)重各不相同，不同的機(jī)械力應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

3.4 調(diào)質(zhì)器結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)仍需要深入優(yōu)化，調(diào)質(zhì)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)如葉片結(jié)構(gòu)、形狀、數(shù)量，布置形式、腔室結(jié)構(gòu)、配置參數(shù)，各軸轉(zhuǎn)速搭配與物料的適配性調(diào)整等方面仍有較大的優(yōu)化完善空間。

4 未來雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器有待深入研究的幾個(gè)方向探討

由于雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器中的混合物料的空間運(yùn)動(dòng)和淀粉微觀糊化過程復(fù)雜,飼料調(diào)質(zhì)的基礎(chǔ)理論比較缺乏，調(diào)質(zhì)器的微觀詳細(xì)調(diào)質(zhì)機(jī)理和淀粉多種動(dòng)態(tài)糊化內(nèi)在規(guī)律還不甚清楚，國(guó)內(nèi)外對(duì)雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器的深層基礎(chǔ)理論研究并不多見，指導(dǎo)設(shè)計(jì)的理論比較貧乏，它的許多結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)仍帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性和參照性,雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器還需要進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用試驗(yàn)研究。

4.1 調(diào)質(zhì)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)在調(diào)質(zhì)全程的變化規(guī)律研究。調(diào)質(zhì)過程中，混合物料各點(diǎn)的溫度、濕度并非均勻一致，調(diào)質(zhì)器同一橫斷面不同點(diǎn)的溫度、濕度也不同，軸向不同位置點(diǎn)的溫度、濕度亦有差異，同一物料從進(jìn)料口到出料口經(jīng)過不同位置其溫度、濕度都在變化，調(diào)質(zhì)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究比較缺乏。

4.2 調(diào)質(zhì)物料場(chǎng)在調(diào)質(zhì)全程的變化規(guī)律研究。由于調(diào)質(zhì)飼料組分的種類很多，各組分的物化性質(zhì)各不相同，調(diào)質(zhì)對(duì)其影響程度也有較大差異，調(diào)質(zhì)過程中其各種組分的動(dòng)態(tài)空間分布規(guī)律等不甚清楚，但它對(duì)調(diào)質(zhì)效果有影響是眾所周知的。

4.3 調(diào)質(zhì)外力場(chǎng)在調(diào)質(zhì)全程的變化規(guī)律研究。外力場(chǎng)對(duì)調(diào)質(zhì)過程和調(diào)質(zhì)結(jié)果有重要的影響，調(diào)質(zhì)腔室內(nèi)橫向、縱向空間外力場(chǎng)的分布規(guī)律、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，比如外力場(chǎng)中常見的一種力——壓力，在低壓、常壓、高壓三種狀態(tài)下飼料調(diào)質(zhì)呈現(xiàn)的多種不同調(diào)質(zhì)規(guī)律等的研究是有必要的。

4.4 在調(diào)質(zhì)全程的淀粉糊化度與內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究。在調(diào)質(zhì)過程中，單顆粒物化性質(zhì)變化與淀粉糊化的微觀變化，多顆粒之間的相互擴(kuò)滲、流變參混，質(zhì)點(diǎn)系形態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)變化與淀粉糊化關(guān)系，微觀調(diào)質(zhì)多種規(guī)律等對(duì)物料調(diào)質(zhì)效果的影響是重大的。

4.5 調(diào)質(zhì)時(shí)間、濕度、溫度和外力綜合作用對(duì)調(diào)質(zhì)效果的影響規(guī)律研究。淀粉糊化是調(diào)質(zhì)時(shí)間、濕度、溫度和外力等多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，它們之間的獨(dú)立和協(xié)同調(diào)質(zhì)作用規(guī)律比較復(fù)雜，但調(diào)質(zhì)理論和生產(chǎn)實(shí)際迫切需要在這方面能出現(xiàn)有價(jià)值的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用性或指導(dǎo)性的研究結(jié)果。

4.6 改善或提高雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器性能方面的研究。雙軸異徑差速槳葉調(diào)質(zhì)器的性能提高可以是多方面的，也可以是單方面持續(xù)不斷的，比如減少物料殘留量新技術(shù)（不粘壁技術(shù)等），調(diào)質(zhì)物料的先進(jìn)先出，縮小物料內(nèi)部不同步新技術(shù)等，這些理論研究和實(shí)用新技術(shù)的開發(fā)具有較大的實(shí)用價(jià)值。

（參考文獻(xiàn)若干篇，刊略，需者可函索）