董 飚 张贵阳 糜长雨 吴 晶

（江苏丰尚智能科技有限公司 国家饲料加工装备工程技术研究中心，江苏扬州225127）

随着水产养殖业的快速发展，利用传统的机械加工方法生产的硬颗粒饲料来饲喂水产动物，已经远远不能满足水产养殖业的需要。采用硬颗粒饲料来饲喂生产动物，不仅使大量营养物质未被消化即被排出体外，造成不必要的营养浪费外，同时由于硬颗粒饲料一般在水中的耐久性差，易造成大量营养物质外流，影响水体的质量。而挤压膨化加工的饲料不仅有利于提高水产动物对饲料的消化率和饲料的耐久性，同时对水产动物生存环境的影响也较少，因此近些年来挤压膨化加工技术得到了快速发展和应用。国外在20世纪60年代就已开始了膨化饲料加工的应用，80年代后挤压膨化水产饲料的工业化生产开始在全世界迅速发展。由于水产膨化饲料加工的优势及受现实需求的驱使，全球水产膨化饲料的加工得到了长足的改进和发展，饲料的产量也不断攀升，2019年全球饲料产量达到了11.27亿吨，其中水产饲料占比约为4%。根据水产饲料的沉浮性通常分为四大类：浮性饲料、半浮性饲料、慢沉性饲料和沉性饲料，通常都是用挤压膨化加工设备来生产这些水产饲料（或通过调整螺杆配置实现），其中容重是影响水产饲料沉浮性的关键性指标，两者之间的关系见表1[1-4]。

表1 水产饲料容重与沉浮性的关系（g/l）

目前在水产膨化机上生产沉性饲料时通常通过配套使用两种密度控制装置来提高膨化机的性能，其一是在靠近挤压腔的末端设置排气口，使挤压腔产生一定的泄压，称之为抽真空式密度控制；其二是在挤压排料后设置压力室，通入压缩空气建立起一定压力的正压，称之为加压式密度控制，这两种密度控制方法都能生产出合适容重的沉性料，且各有其优缺点[3，5-6]。本文总结了加压式密度控制仪在设计开发和应用推广过程中的一些关键要点，可供行业相关人员参考。

1 加压式密度控制仪的研制与应用

1.1 加压式密度控制仪的工作原理

加压式密度控制是指在挤压出模后密闭的切割室内通入一定量的压缩空气，建立起物料出模后所需要的正压力。因为随着压力的提高，水的汽化点提高，将会对物料在出模后的闪蒸膨化有所抑制，同时物料出模前后压力差的减小也会抑制其膨胀，从而利于增大颗粒的密实度，提高容重，满足沉性水产饲料的容重要求[3，5]。一般来说使用加压式密度控制仪与不采用任何密度控制设备相比较可以提高20%～30%的膨化机产能。加压式密度控制仪有如下一系列的优点，如结构简单、性能稳定、操作维护方便、适应性强、基本没有能源浪费、一套螺杆配置能够兼顾沉浮性物料的生产等，可充分发挥水产膨化机的性能，因此在膨化机的沉性物料生产中得到了广泛地应用。

1.2 加压式密度控制仪的构成

加压式密度控制仪主要包括六大部分，如图1所示。

图1 加压式密度控制仪的组成

①悬挂件：通过该部件将切割装置吊挂在膨化机的横梁上，并通过正反牙的螺纹连接可以调整切割装置的高度，且根据工作需要能使切割装置沿横梁来回移动。

②切割装置：包括壳体、电机、切刀组件、清理门、泄爆口、压力表、安全阀、进气口等件，出腔后的物料在壳体内一定正压的密闭环境下被切割成形。

③连接斗：通过连接斗和抱箍将切割装置的出料口和关风器的进料口连接在一起，便于实现两者工作时的快速连接和工作完成后的快速分离。

④关风器：通过关风器将压力室内切割成形后的物料排出，其主要作用是在输送物料的同时能够保证加压切割室的密封，密封性和不夹料是其关键性的要求。

⑤支撑架：用于安装关风器，在气缸的推动下可沿固定架上的立柱上下移动，使关风器的进料口和切割装置的出料口贴合或脱开，并可以绕立柱转动，使关风器转动到工作位置或退回到非工作位置。

⑥固定架：通过固定架实现和膨化机底座间的固定连接，为安装关风器的支撑架提供支承连接。

1.3 加压式密度控制仪的工作过程

工作时先将切割装置沿横梁移到位，此时切割装置的壳体套装在膨化机的出料装置上（两者间通过O形圈实现密封），并拉好把手实现固定，随后将关风器旋转到位，打开手动控制阀给气缸供气，在气缸的推动下关风器被抬起，直至其进料口和切割装置的出料口贴合，装上抱箍使两者可靠地结合在一起，调整好切刀，最后打开手动截止阀往切割装置内通压缩空气，启动切割电机和关风器的减速电机，并正常运行膨化机，此时就可以进行正常生产了。生产中要注意压力室内的压力和切刀的转速，并结合膨化机操作参数的调整，排出少部分机头料后直至生产出符合要求的膨化颗粒物料。

1.4 加压式密度控制仪的关键控制点

结合本人在加压式密度控制仪在研制和应用过程中遇到的一些关键问题和事项，本文总结了一些关键性知识点，可供相关的人员参考。

①切割装置：该压力室内存在0.2 MPa左右的正压力，密封是关键的问题，包括清理门处的密封、切刀轴处的密封、以及壳体和出料腔套装连接处的密封。密封不严会引起一定量的蒸汽泄漏，并导致压力下降，及压缩空气耗气量的增加。进气口的结构及位置也是关键的因素，既要使得气流对物料有一定的吹散作用（防止直接对物料吹时引起的物料撞击变形，及避免小颗粒物料的结团），也要利于气流向四周快速扩散，可设置气流的导向口，如周向开槽的出气口、花洒式的出气口等结构形式。此外还要考虑操作时的方便性，如图1所示，本产品中使用了拉紧式把手、及顶丝式安装的固定方式，拆装操作时方便快捷。另外在生产应用中（设备在安装后首次使用前及以后使用的过程中）进行切刀调整时要注意：首先要调整切割电机的位置，保证电机上切刀轴和此处密封座间的同心，使得切刀轴在伸出和缩回的过程中不得有卡阻现象（如果不同心的话会导致切刀轴在来回伸缩的过程中破坏此处的密封，因为此处的密封一般使用的是唇形密封圈，同轴度要求是其密封性能好坏的最重要方面），随后再适时调整壳体端面的几个限位螺栓，直至切刀面（切刀口在旋转过程中所形成的平面）和出料模板的端面相平行，即切刀轴在旋转一周过程中切刀口始终能够和模板端面贴合。

②关风器：关风器的作用是输送切割成形后的物料，并起到密封的效果，保证切割室内的正压力，因此要重点关注密封性。此外正常工作状态下关风器腔体内的温度达100 ℃以上，转子运转过程中不能有卡阻，同时在冷态下的间隙也不能太大，否则刚开始时建压比较困难，因此选择密封材料时热膨胀系数要重点关注，其次硬度、耐磨性等要求也不容忽视。另外关风器在释放压力时会产生一定的噪音，我们做过测试，压力越大，释放时产生的噪音也越大（参见后面的检测数据），所以需要协调兼顾好压力（和密封性相关）和噪音间的矛盾关系。关风器的运转工作过程中不能产生夹料，否则会影响到成品率及产品品质。因为夹料的部位一般是发生在进料口处关风器旋转方向上的转子叶片板和壳体相遇的位置，故可采取增加挡料板或气流吹散的方法，使连续下落的物料不会到达此区域（即避开了此区域），从而可避免夹料的产生，经使用验证取得很好的效果。此外要尽量使物料在关风器中分布均匀，避免料层集中堆砌，降低关风器内物料的堆砌高度（如可将关风器的轴向沿切割装置的旋转切割方向布置）。

③安全措施：由于压力室内存在正压力，故需要考虑在意外情况下（如关风器堵转后不排料引起的压力增加）发生爆炸的危险性，因此需设置安全结构装置。比如我们在该设备上配备了安全阀和泄爆膜片，安全阀的开启压力为0.3 MPa，泄爆膜片的爆破压力为（0.342～0.378）MPa。当发生意外情况，切割室内产生过高的压力时，此时会从安全阀或泄爆膜片处释放压力，予以保证设备及操作人员的安全。此外还要在电气控制上设置安全保护开关，如只有将关风器转到工作位置时才能运转关风器的减速电机，关风器意外停转时要报警，且膨化机的进料口旁通要打到排料位置。

④调整机构：由于制造及装配上的误差，在设计时需设有调整机构，安装时或以后的使用过程中，通过现场调整关风器支撑架的位置，确保关风器的进料口和切割装置的出料口间同心，实现可靠的密封，及抱箍连接的快速安装。

1.5 加压式密度控制仪的应用测试

加压式密度控制仪配套膨化机使用，主要应用于沉性水产饲料的生产，如虾蟹料、石斑鱼料等等。图2所示为某客户处膨化机上安装的加压式密度控制仪。

图2 现场安装的加压式密度控制仪

使用加压式密度控制仪前后的容重测试对比数据如表2所示，图3为生产的膨化龙虾料。

表2 使用密度控制仪前后的容重检测对比数据

图3 膨化龙虾料

不同压力下的加压式密度控制仪出料口的噪声及物料容重的对比数据如表3所示。

表3 不同压力下的噪声和容重对比数据

2 结语

从目前加压式密度控制仪的现场使用和检测数据来看，通过加压式密度控制仪生产的沉性料达到了高产能、高容重、高熟化、低水分，外观色泽也得到了改善、耐水性得到了提升，满足了客户对饲料产品容重、色泽和产能的要求，而且由于该设备结构简单、性能稳定、适应性强、操作维护方便、没有能源浪费等一系列的优势，已经在水产膨化机上得到了越来越广泛的应用。