Экструдер устройство и принцип работы

Экструзия

Экструзия — метод формования в экструдере изделий или полуфабрикатов неограниченной длины продавливанием расплава полимера через формующую головку с каналами необходимого профиля. Для этого используют шнековые, или червячные, экструдеры.

Производство различных видов изделий методом экструзии осуществляется путем подготовки расплава в экструдере и придания экструдату той или иной формы посредством продавливания его через формующие головки соответствующей конструкции с последующими охлаждением, калиброванием и т. д.

Устройство экструдера

По устройству и принципу работы основного узла, продавливающего расплав в головку, экструдеры подразделяются на шнековые, бесшнековые и комбинированные.

Основным оборудованием для переработки пластмасс методом экструзии служат шнековые машины, называемые также червячными прессами.

В отдельных случаях переработки пластмасс применяются бесшнековые, или дисковые, экструдеры, в которых рабочим органом, продавливающим расплав в головку, является диск особой формы. Движущая сила, продавливающая расплав, создается в них за счет развития в расплаве нормальных напряжений, направленных перпендикулярно касательным (совпадающим с направлением вращения диска). Дисковые экструдеры применяются, когда необходимо получить улучшенное смешение компонентов смеси. Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров.

Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.

Шнековые экструдеры могут быть различных типов: одно- и двухшнековые; одно- и двухступенчатые; универсальные и специализированные; с осциллирующим (вдоль оси) и одновременно вращающимся шнеком; с зоной дегазации и без нее; с вращением шнеков в одну и в противоположные стороны, и т. п.

Наиболее простым является одношнековый экструдер без зоны дегазации (рис. 1). Основными элементами экструдера являются обогреваемый цилиндр, шнек (с охлаждением или без него), сетки, размещаемые на решетке, и формующая головка. В зависимости от природы полимера, технологических режимов переработки применяются шнеки различного профиля, в частности с различным характером изменения глубины h нарезки по длине шнека (рис. 2)..

Экструдер устройство и принцип работы

Рис. 1. Схема одношнекового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка с сетками; 7- формующая головка; /, //, ///- технологические зоны (пояснения в тексте).

Экструдер устройство и принцип работы

Рис. 2. Основные типы шнеков: а- шнек общего назначения с тремя (/, //, III) геометрическими зонами; б- шнек для переработки высококристаллических полимеров (в- шнек для экструзии ПВХ; D- наружный диаметр; L- длина (технологическая) шнека; h- глубина нарезки шнека

Процессы, происходящие при экструзии

Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах (см. рис. 2): питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки.
Деление шнека на зоны I-III осуществляется по технологическому признаку и указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека. Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природы перерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и других факторов начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека, захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой. Цилиндр также имеет определенные длины зон обогрева. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать. Для обеспечения успешного перемещения материала большое значение имеют условия продвижения твердого материала из загрузочного бункера и заполнение межвиткового пространства, находящегося под воронкой бункера.

Рассмотрим поведение материала последовательно на каждом этапе экструзии.

Загрузка сырья. Исходное сырье для экструзии, подаваемое в бункер, может быть в виде порошка, гранул, лент. Последний вид сырья характерен для переработки отходов промышленного производства пленок и осуществляется на специальных экструдерах, снабженных принудительными питателями-дозаторами, устанавливаемыми в бункерах. Равномерное дозирование материала из бункера обеспечивает хорошее качество экструдата.

Переработка полимера в виде гранул- наилучший вариант питания экструдера. Это объясняется тем, что гранулы полимера меньше склонны к "зависанию", образованию пробок в бункере, чем порошок.

Порошкообразный материал может слёживаться в процессе хранения и транспортировки, в том числе и при прохождении через бункер. Гранулированный материал в отличие от порошка имеет постоянную насыпную массу. Загрузка межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины шнека, равном (1 — 1,5)D. При переработке многокомпонентных материалов для загрузки их в бункер применяются индивидуальные дозаторы: шнековые (объемные), вибрационные, весовые и т. п. Если при применении порошкообразных материалов последние имеют непостоянную сыпучесть, то в бункерах образуются "своды", зависающие на стенках бункера. Питание шнека материалом прекращается. Для устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители. Сыпучесть материала зависит в большой степени от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть вначале подсушены.

Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть. Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается существенно повысить производительность машины (в 3-4 раза). При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости. Это является браком изделий.

Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте также влияет на полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которых происходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта.

Питание шнека зависит от формы частиц сырья и их плотности. Гранулы, полученные резкой заготовки на горячей решетке гранулятора, не имеют острых углов и ребер, что способствует их лучшей сыпучести. Гранулы, полученные холодной рубкой прутка-заготовки, имеют острые углы, плоское сечение среза, что способствует их сцеплению и; как следствие, худшей сыпучести. При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться и прекратится их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды (см. рис. 1, поз. 4).

Зона питания (I). Поступающие из бункера гранулы заполняют межвитковое пространство шнека зоны I и уплотняются. Уплотнение и сжатие гранул в зоне I происходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки h шнека. Продвижение гранул осуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннюю поверхность корпуса цилиндра и о поверхность шнека. Поскольку поверхность контакта полимера с поверхностью шнека больше, чем с поверхностью цилиндра, необходимо уменьшить коэффициент трения полимера о шнек, так как в противном случае материал перестанет двигаться вдоль оси шнека, а начнет вращаться вместе с ним. Это достигается повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) и понижением температуры шнека (охлаждением водой в зоне I). В зоне I вследствие большого внешнего и внутреннего трения выделяется тепло, которое также расходуется на нагрев материала. В эту же зону подается тепло от нагревателей, расположенных по периметру цилиндра. Иногда количество выделяющегося при внутреннем трении тепла может быть достаточным для плавления полимера, и тогда нагреватели отключают. Этот режим называется адиабатическим. В подавляющем большинстве случаев процессы по этому принципу не строятся. Если температура цилиндра такова, что начинается преждевременное плавление полимера у его стенки, то материал будет проскальзывать по этой поверхности, т. е. вращаться вместе со шнеком. Поступательное движение материала прекращается. При оптимальной температуре полимер спрессован, уплотнен и образует в межвитковом пространстве твердую пробку. Лучше всего, если такая скользящая пробка образуется и сохраняется на границе зон I и II. Свойства пробки во многом определяют производительность машины, стабильность транспортировки полимера, величину максимального давления и т. д.

С увеличением частоты вращения шнека производительность экструдера должна возрастать в соответствии с уравнением.

Q = arnN, (1)

где Q- производительность машины; r- плотность полимера; n- объем нарезки одного витка шнека; N- частота вращения шнека; a- коэффициент заполнения шнека (0,15-0,50).

Однако точность расчета Q по данному уравнению определяется правильным выбором величины а, которая зависит от формы и размеров частиц исходного полимера (гранулы, порошок) и способа заполнения им межвиткового пространства.

Читайте также:  Как построить забор из сетки рабицы

Зона пластикации и плавления (II). В начале зоны II происходит подплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепенно накапливается и воздействует на убывающую по ширине пробку (рис. 3). Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материала от зоны I к зоне III, то возникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенке цилиндра, где и происходит плавление полимера.

Экструдер устройство и принцип работы


Рис. 3. Схема плавления пробки материала в зоне II в межвитковом сечении шнека: 1- стенки цилиндра; 2-гребень шнека; 3- потоки расплава полимера; 4- спрессованный твердый полимер (пробка) в экструдере.

В зоне пластикации пробка плавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в тонком слое расплава (поз. 3 на рис. 3), где происходят интенсивные сдвиговые деформации,- материал пластицируется. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются.

Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования. Уменьшающаяся глубина нарезки шнека создает давление, которое необходимо для продавливания расплава через фильтрующие сетки, подачи его в головку, уплотнения и в итоге- для выхода сформованного изделия.

Основной подъем давления P расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II- плавящийся. Наличие этой пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия.

Зона дозирования (III). Продвижение гетерогенного материала (расплав, частички твердого полимера) продолжает сопровождаться выделением внутреннего тепла, которое является результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавлении остатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленной части. В межвитковом пространстве расплав имеет ряд потоков, основными из которых являются продольный и циркуляционный. Величина продольного (вдоль оси шнека) потока определяет производительность экструдера Q, а циркуляционного- качество гомогенности полимера или смешения компонентов. В свою очередь продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого, обратного и потока утечек.

Экструдер устройство и принцип работы

расстояние между движущейся (шнек) и неподвижной (цилиндр) поверхностями

На рис. 4 показаны эпюры распределения скоростей прямого (а), обратного (б) и результирующего (в) потоков расплава в межвитковом пространстве шнека. Если бы не было сопротивлений потока (например, при отсутствии сеток и головки), то распределение скоростей V результирующего потока изобразилось бы рис. 4, а, у поверхности шнека V = max, у неподвижной поверхности цилиндра V = 0. Это имело бы место в случае отсутствия сопротивления течению расплава. При наличии сеток, оснастки, трения о поверхность цилиндра и шнека создается обратный поток, или противоток (рис. 4, б). Результирующий поток, изображенный на рис. 4, б, представляет собой сложение эпюр, приведенных на рис. 4, а и б. При отсутствии сопротивления расплава (сняты головка, сетки) давление P чуть больше атмосферного; при максимальном сопротивлении (заглушка вместо головки) P максимально, а величины прямого и обратного потоков равны. Часть материала перетекает в направлении противотока в зазор между гребнем шнека и поверхностью цилиндра. Таким образом, производительность Q экструдера с учетом распределения скоростей различных потоков составляет

Q = Qa — Qb — Qg (2)

где Qa, Qb, Qg- производительности экструдера от прямого потока, противотока и утечек расплава соответственно. В свою очередь, Qa, Qb, Qg зависят от параметров технологии и экструдера:

Q=aN — (b + g)P/h (3)

где N- частота вращения шнека; P-давление на выходе из шнека (в конце зоны III); h- средняя вязкость расплава; — постоянные коэффициенты, зависящие от геометрических параметров шнека.

a = p2D2h sin j cos j/2, b=pDh3sin2j/(12L); g= p2D2d3tg j (10Le),

здесь D- диаметр, L- длина, h- глубина нарезки; j- угол подъема винтовой линии шнека; d- зазор между гребнем и поверхностью цилиндра; е- ширина гребня шнека.

[JUSTIFY]Графическое изображение аналитической зависимости (3) представлено на рис. 5 прямыми 1 и 2. Из рисунка следует, что при отсутствии сопротивлений течению расплава (Р = 0) экструдер работает как винтовой насос с максимальной производительностью Q. Если на выходе из экструдера стоит заглушка, т. е. aN = (b + g)P/h то в нем развивается максимальное давление Р, а Q = 0.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис. 5. Зависимость производительности Q от давления Р расплава на выходе из экструдера: 1, 2- характеристики шнека: 3- характеристика головки; а и б — рабочие точки

Анализируя уравнение (3) и значения коэффициентов a, b, g можно проследить влияние геометрических параметров шнека и свойств расплава полимера на производительность Q и характер изменения Q от Р, т. е. угол наклона прямых 1 и 2 на рис. 5. Последнее имеет важное практическое значение. При небольшом колебании DP (см. рис. 5), которое может возникнуть при практической работе, последнее сказывается на величине колебания DQ1 или DQ2. Чем больше DQ, тем больше пульсация расплава, т. е. больше неравномерность во времени скорости и выхода расплава. Это сказывается в первую очередь на разнотолщинности получаемых изделий. Разнотолщинность тем больше, чем выше DQ. Из уравнения (3) легко показать, что при прочих равных, условиях у экструдеров с большим L/D колебания DQ, т.е. пульсация, меньше, чем у экструдеров с меньшим L/D. При равенстве D первый тип экструдера называется длинношнековым, второй- короткошнековым. Кроме того, увеличение L способствует получению расплава более гомогенного, так как время воздействия на него шнека больше, чем в короткошнековых экструдерах. Изделия, получаемые из гомогенного расплава, обладают лучшими свойствами. Короткошнековые экструдеры имеют L/D = 12-18, длинношнековые L/D > 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20- 25.

Течение расплава через сетки и формующую оснастку. Расплав вращающимся шнеком продавливается через решетку, к которой прижаты металлические сетки. Сетки фильтруют, гомогенизируют и создают сопротивление движению расплава, на них теряется часть давления. Проходя через систему фильтрующих сеток, порции полимерного расплава с большей вязкостью задерживаются на сетках. Этого времени должно хватить для того, чтобы порция расплава достигла нужной температуры. Сверхвысокомолекулярные фракции полимера и различные примеси задерживаются сетками и через некоторое время они вместе с сеткой удаляются из цилиндра экструдера.

После прохождения сеток гомогенизированный расплав под остаточным давлением (Р = 5,0 — 35 МПа) продавливается в формующую оснастку и, приобретая определенный профиль, выходит практически под очень небольшим избыточным давлением из фильерной части головки. Кривая 3 на рис. 5 показывает зависимость Q от Р. Количество расплава Qгол, выходящего через головку, можно представить следующим соотношением:

Qгол=К DP/h, (4)

где DP = P — Рвыx- перепад давления в головке (здесь P- давление на входе в головку- конец зоны III, Рвыx- давление на выходе из головки); h- вязкость расплава в головке; К- постоянная, характеризующая сопротивление течению расплава в каналах и формующей части головки.

Если в головке имеется только один цилиндрический канал, например для изготовления прутка, то К = pRн4/(8lф), а уравнение (4) преобразуется в известное уравнение Пуазейля. Для головки с плоской формующей щелью

К = p(Rн + Rв)(Rн — Rв)3/(12lф),

где Rн- наружный радиус щели; Rв- внутренний радиус щели; w- ширина щели; dщ- толщина щели; lф- длина плоской формующей части щели;

Таким образом, из трех основных форм сечений головок можно рассчитать К головки, состоящей из их сочетаний.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис. 6. Схема листовальной головки: D- ширина (диаметр) подводящего канала от экструдера; w·- ширина формующей щели; l0, l1- длины пути расплава; lф —длина плоской формующей части щели; dщ- толщина формующей щели

Работа экструдера в сочетании с головкой. Поскольку экструдер работает вместе с головкой, то и производительность его находится путем совместного решения уравнений (3) и (4) или графически (рис. 5) как точка пересечения прямых 1 или 2 с прямой 3. Точки а и б пересечения называются рабочими точками.

Упрощенный аналитический расчет Q машины с одним шнеком, уменьшающейся глубиной нарезки канала шнека, с учетом сеток и головки можно производить по формуле

Q = aKN/(a + b + g), (5)

где Q- производительность, см3/мин; a + b + g- постоянные прямого и обратного потоков и потока утечек, см3; К- постоянная головки, сеток, решетки, см3. Для различных головок К различна и рассчитывается по соответствующим формулам общего вида:

K=1/S(1/Ki), (6)

Читайте также:  Как считать двухтарифный счетчик электроэнергии

где Кi — коэффициент сопротивления каждого из элементов головки, сеток и решетки.

Реальные зависимости Q — P (см. рис. 5) не являются прямолинейными. Зоны экструдера, формующей оснастки имеют различный внешний обогрев, кроме того, в зависимости от интенсивности вращения шнека в расплаве выделяется разное количество тепла. Поэтому такие важнейшие характеристики, как вязкость и плотность расплава зависят от температуры и не являются строго постоянными Эти и другие факторы ведут к отклонению зависимостей (3) и (4) от прямолинейности.

Основные параметры процесса экструзии. К технологическим параметрам относятся температура переработки полимера, давление расплава, температура зон головки и температурные режимы охлаждения сформованного экструдата.

Основными технологическими характеристиками экструдера являются L, D, L/D, скорость вращения шнека N, геометрический профиль шнека степень изменения объема канала шнека.

Основной характеристикой формующей оснастки (вместе с фильтрующими сетками) является коэффициент сопротивления течению расплава K. Перепад давления на фильтрующих сетках служит показателем засорения, т. е. увеличения сопротивления сеток и, следовательно, сигналом к их замене.

Показателем работы экструдера является его эффективность- отношение производительности к потребляемой мощности.

Источник: Журнал Полимер-Деньги

экструдер пищевой продукт сырьё

Экструдер — машина для формования пластичных материалов, путем придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий инструмент (экструзионную головку).

Экструдеры делятся по типу рабочего органа на: дисковые, поршневые, валковые, одношнековые, винтовые, многошнековые, шестеренчатые, комбинированные.

По частоте вращения шнека: нормальные, быстроходные.

По конструктивному исполнению: стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением шнека, с вертикальным расположением шнека.

По физическим признакам: с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы.

Поршневые и валковые экструдеры оказывают щадящее воздействие на перерабатываемый продукт, их используют для формования продукта с нежной консистенцией.

Валковые экструдеры применяют в машинах без матриц, шестеренчатые — для формования однородных и гомогенных материалов в машинах с матрицами.

Для реализации процесса экструзии применяется шнековый экструдер, основным рабочим органом которого является шнек специальной конструкции вращающийся в цилиндрическом корпусе. На выходе из корпуса установлена формообразующая матрица.

Характерными особенностями конструкции рабочей части экструдера есть то, что камеры и шнеки смонтированы в соответствии с поставленными технологическими задачами. Отличают загрузочную камеру, в которую вводится сырье и различные добавки, закрытые камеры с отверстиями для измерения температуры и давления, а также для ввода жидких добавок и отбора проб. На шнеки могут устанавливаться различные элементы, что дает возможность создавать дополнительное сопротивление перемещению продукта и перемешивать его в процессе перемещения.

На рис.1 представлена схема одношнекового экструдера. Перерабатываемый материал подается в загрузочную воронку 5 и при вращении шнека 4 внутри цилиндрического корпуса 3 захватывается им, проталкивается по шнековому каналу вперед и нагнетается в предматричную камеру 2. Она заканчивается матрицей 1, через отверстия которой выдавливается продукт.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.1. Схема шнекового экструдера

Загрузочная воронка 5 должна обеспечить запас материала и гарантировать непрерывную его подачу в шнек в необходимом количестве. Даже кратковременное прекращение подачи приводит к падению давления в предматричной камере и колебанию сечения выпресованного жгута. В связи с этим иногда при формировании материалов со значительной вязкостью в воронке устанавливают питающее устройство (конический шнек, вал с лопатками), который создает подпор и проталкивает материал к шнеку для лучшего заполнения винтового канала.

Шнек является важным рабочим органом экструдера, производительность и устойчивость работы зависят от конструкции и размеров. Основной определяющей характеристикой шнека является его диаметр D. Диаметр выбирается в зависимости от вида и свойств перерабатываемого продукта, типа получаемого жгута (изделия) и от требуемой производительности экструдера.

Другой важной характеристикой шнека является отношение его длины L к диаметру D. Для экструдеров используемых в пищевых производствах это отношение находится в пределах 6…13. Остальные размеры шнека выбираются по следующим рекомендациям: шаг винтовой нарезки, t=(0,7…1,2)D; диаметр вала шнека d=(0,44…0,57)D, при этом должно быть выполнено условие

Экструдер устройство и принцип работы

где ш — угол трения продукта по шнеку.

Угол наклона винтовой линии ц определяется из соотношения:

Экструдер устройство и принцип работы

Значение угла ц зависит от коэффициента трения продукта по шнеку и рекомендуется принять величину угла 17…22°. Если угол ц выходит за рекомендуемые границы, то требуется коррекция t.

Для перемещения материала вдоль корпуса необходимо, чтобы трение материала по внутренней поверхности корпуса было больше трения его по шнеку. В противном случае материал будет вращаться вместе со шнеком, не продвигаясь в осевом направлении. Для создания различных коэффициентов трения материала о шнек и о внутреннюю поверхность корпуса применяют разную чистоту обработки поверхности и во многих случаях поддерживают различными температурами корпуса и шнека.

Для обеспечения возможности регулирования температуры или поддерживания ее постоянной во время процесса корпус делают с электрическим обогревом или с рубашкой, в которую пропускается жидкость — теплоноситель. Конструкция корпуса с рубашкой позволяет осуществлять не только нагревание, но при необходимости охлаждение готового продукта.

При вращении шнек захватывает поступающий из загрузочной воронки продукт и проталкивает его вперед, увеличивая при этом гидростатическое давление в материале от загрузочной зоны к переднему краю шнековой камеры. Нагнетательный материал оказывается заключенным между движущимися поверхностями (основание и боковые стенки шнекового канала) и неподвижной внутренней поверхности корпуса. Таким образом, вследствие относительного движения корпуса и шнека возникает вынужденный (прямой) ток, который определяет нагнетание материала к формующей головке. С другой стороны, вследствие повышенного давления в формующей головке возникает и противоток, который можно рассматривать как течение материала в обратном направлении — от прессующий головки к зоне загрузки.

На практике, однако, в канале шнека никогда не возникает противоток, а давление в головке оказывает своеобразное ограничение прямому потоку, которое рассматривается теоретически как противоток, а производительность шнекового нагнетателя — как суммарный расход двух потоков.

Производительность экструдера можно определить графически, анализируя расходно-напорную характеристику (РНХ) нагнетателя и формующей головки. РНХ нагнетателя — это зависимость создаваемого им расхода материала Q от противодавления Дp на выходе, отражающее сопротивление матрицы перемещению перерабатываемой массы. РНХ формующего органа (матрицы) является зависимость расхода Q через отверстия матрицы от давления в предматричной камере. РНХ шнекового нагнетателя в координатах производительность — давление представляет собой прямую отрицательного наклона, так как при отсутствии противодавления в канале имеется только вынужденный поток и производительность нагнетателя максимальна (точка пересечения прямой с ординатой). С увеличением противодавления появляется и постепенно возрастает противоток, следовательно, производительность должна уменьшаться (до 0 при закрытом выходе).

Кривая РНХ формующей головки проходят через начало координат, ибо при нулевом давлении в головке течение через матрицу отсутствует. С ростом давления производительность увеличивается.

Анализ РНХ шнекового нагнетателя и формующей головки позволяет определить производительность экструдера и развиваемого при этом давления на входе в матрицу для конкретного сочетания шнек-матрица.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.2. Расходно-напорные характеристики:

1- РНХ нагнетателя, 2 — РНХ формующей головки.

Графически это решение представляется точкой пересечения графиков рабочих характеристик шнекового нагнетателя и формующей головки. Точка пересечения А является рабочей точкой экструдера. Её координаты определяют производительность экструдера и создание им давления.

Математическое описание работы экструдера может быть получено решением системы уравнений, состоящей из уравнений неразрывности, движения, энергии и уравнений реологического состояния экструдируемого материала.

Графический метод совмещенных кривых (рис.3) очень удобен для анализа работы экструдера, так как из многообразия возможных режимов выпрессовывания можно выбрать наилучшие характеристики и режим работы экструдера.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.3. Графический метод совмещенных кривых

Прямые 1 и 2 (рис.3) представляют собой РНХ шнековых нагнетателей, различающихся только глубиной шнекового канала (1- глубокий канал, 2 — неглубокий канал). Головки представлены прямыми 3 (головка меньшего сопротивления) и 4 (головка большего сопротивления). При установке в экструдер головки меньшего сопротивления нагнетатель с глубоким каналом обеспечит более высокую производительность, чем нагнетатель с меньшим каналом (его рабочая точка выше рабочей точки А мелкого шнека).

Если установлена головка большего сопротивления, то лучшие результаты даст нагнетатель с мелким каналом шнека (рабочая точка С), так как одновременно обеспечит большую производительность и создаст более высокое давление, чем нагнетатель с глубоким каналом шнека (с рабочей точкой D). Таким же образом можно рассмотреть влияние изменения длины шнека и частоты вращения, температуры материала в головке и в нагнетателе и других параметров на производительность экструдера и создаваемое им давление.

Читайте также:  Разные типы кузнечных наковален сравнение и анализ

Экструдеры могут работать как самостоятельные машины, а также входят в состав комплексных машин, включающих целый ряд операций.

Шнековый макаронный пресс ЛПЛ -2М. Пресс (рис.4) осуществляет непрерывное дозирование основных компонентов — воды и муки. Из этих компонентов на нем замешивается тесто, которое затем подпрессовывается. Вышедшие из формующих отверстий влажные жгуты обдуваются горячим воздухом для подсушки. Далее все на той же машине осуществляется резка жгутов.

Мука дозируется шнековым устройством, совершающим прерывистое вращение, частота которого вместе с геометрией шнека определяет расход муки. Вода дозируется путем поддерживания определенного уровня воды в емкости, из которой она забирается вращающимся барабанным устройством. В корытообразной емкости помещен вал с лопатками, плоскости которых развернуты таким образом, что составляют как бы отдельные участки шнека на валу. Это обеспечивает не только перемешивание, но и транспортирование полуфабриката от того места месильного корыта, где установлены дозаторы муки и воды к противоположному краю, где в дне имеется выпускное отверстие.

Тесто из месильного устройства поступает в шнековый канал, по которому перемещается к прессующей головке. По мере движения в прессующем корпусе тесто проходит вакуумирующие устройство.

Прессующая головка представляет собой куполообразную емкость, в нижней части которой расположена матрица.

Сырые жгуты отформованного полуфабриката обдуваются теплым воздухом, что способствует образованию на поверхности полуфабриката корочки, предохраняющей изделия от склеивания при дальнейшей их обработки. Отрезное устройство отделяет от непрерывно выпрессовываемых жгутов изделия определенной длины, которые для окончательной обработки направляются в сушильные камеры.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.4. Схема шнекового макаронного процесса ЛПЛ -2М: 1-привод; 2- два прессующих корпуса; 3-вакуумный тестомеситель; 5-дозирующее устройство; 6-тестомесители; 7-тубус; 8-прямоугольные матрицы

Расчет валкового экструдера. Это экструдер представляет собой пару валков вращающихся навстречу один другому и извлекающие массу через зазор между ними в предматричную зону.

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.5. Расчетная схема валкового экструдера

Выделим на расстоянии z (рис.5) от плоскости осей волков x-y двумя параллельными плоскостями элемент межвалкового объема длиной dz, высотой H и шириной W. Выделенный объем можно рассматривать как прямоугольный канал с двумя подвижными и двумя неподвижными станками, которыми соответственно являются поверхности волков и торцовые плоскости ограничивающие межвалковый объем.

Рассмотрим изотермическое ламинарное и стационарное течение неснижаемой ньютоновской жидкости в этом канале

Экструдер устройство и принцип работы

где м — вязкость; V — скорость частиц жидкости. Граничные условия: Vz(x,0)=Vz; Vz(x, H)=. Vz, где Vz — проекция скорости точек поверхности валка на ось z. Решение этой задачи относительно Vz можно получить обычным методом разделения переменных.

Объемную производительность определяют при вычислении двойного интеграла.

Экструдер устройство и принцип работы

Конечный результат получают в виде

Экструдер устройство и принцип работы

где F1?1-0,5z2/WR, F2?1-0,578z2/WR.

Полученное выражение используют для построения РНХ нагнетателя (рис.6).

Экструдер устройство и принцип работы

Рис.6. Расчётная РНХ нагнетателя

Различные модели экструдеров отличаются конструктивным исполнением элементов, входящих в рабочую часть, количеством рабочих камер, наличием дополнительных систем расширяющих технологические возможности экструдеров, конструкцией питателей, приводов и т. д. Цилиндрическая форма рабочей части является наиболее технологичной в изготовлении, и следовательно, имеет более низкую себестоимость.

Существует различная компоновка привода для (одно и двухшнековых) экструзионных машин. В одних используется осевой принцип, т. е. привод и экструзионная камера со шнеками располагаются в линию на общей плоскости опорной рамы, в других двигатель с редуктором или без него располагается в нижней части станины. В этом случае нагрузка от двигателя передается на валы с помощью ременной или цепной передачи. Такое расположение привода обеспечивает более устойчивую конструкцию, но она не всегда возможна.

Несмотря на существенные различия в конструкциях, шнековые экструдеры могут быть классифицированы по общим для этих машин принципиальным признакам — термическим характеристикам со следующими типами: автогенные, политропные и изотермические.

Автогенные экструдеры — это машины, в которых тепло, необходимое для термической обработки растительного сырья, генерируется непосредственно в камере экструдера только за счет диссипации механической энергии. Специальные конструкции узлов рабочих органов (шнеки, камера, фильеры) создают сопротивление движению перемещаемого материала, что обеспечивает повышение температуры процесса до 120 -200 °С. Такой принцип разогрева используется, как правило, в одношнековых экструдерах.

В политропных экструдерах процесс термической обработки материала осуществляется как за счет внутреннего разогрева массы, так и с помощью внешних источников тепла. Большинство экструдеров для варочной экструзии, являются политропными. Внутренний разогрев осуществляется за счет конструкции шнеков. Существует три метода внешнего нагрева экструдера: электрический, жидкостной и паровой.

Изотермические экструдеры ограничиваются спецификой их применения: они предназначены для формования макаронных изделий и хлебного теста. В них тепло контролируется за счет охлаждения внешним теплообменником.

В комбикормовой промышленности, в основном, нашли применение одношнековые экструдеры с цилиндрической формой шнека с постоянным шагом. В пищевой промышленности, при производстве продуктов быстрого приготовления, снеков и т. п. в основном используются двухшнековые экструдеры.

Существует такое устройство, как экструдер, который предназначен для работы с полимерами. Он имеет различный уровень производительности. Если вам необходимо приобрести станок, в нашем интернет-магазине представлен широкий ассортимент по доступным ценам. Вы получаете гарантию на один год эксплуатации, кроме этого, специалист предварительно проведет инструктаж по работе с таким устройством. Рассмотрим детально принцип работы экструдера полимеров.

Устройство экструдер и принцип работы

Экструдер – это аппарат, необходимый для того, чтобы смешивать полимеры и превращать их в однородную смесь при помощи продавливания. После этого конечное изделие обретает определенную форму. Обычно это происходит для того, чтобы получить:

  • различные виды труб;
  • панели из пластмассы;
  • пленки;
  • кабеля и провода.

Данное устройство может применять в своей работе различные виды полимеров, даже полиэтилен, поливинилхлорид и т.д. Сейчас принцип работы экструдера применяется даже к биопластику. Этот аппарат можно применять для того, чтобы производить технологический процесс. В результате можно получить детали при помощи метода продавливания сплава через специальный инструмент, придающий форму. Во время процедуры на сырье воздействует большое количество факторов:

  • повышенные температуры;
  • нагрузки механического характера.

Принцип работы выдувного экструдера

Экструдеры используются для того, чтобы создавать детали из полимеров, которые обладают сложной формой. Другие способы производства применять в таких случаях не выгодно. Существует специальный агрегат – экструдер выдувной. Его используют для того, чтобы создавать полимерные пленки. Принцип работы такой же, как и в обычном экструдере, только в данном случае формирующий узел создан в виде узкой щели. После выдавливания через нее получается планка однослойная необходимой ширины и плотности. Есть модели, в которых установлены круглые щели большого размера, за счет этого при продавливании получается пленка в виде рукава. При желании можно подобрать мини-устройство, которое создает рукав по ширине не более чем 3 см. Маленькие аппараты можно устанавливать даже в обычных помещениях.

Стоимость изделий, представленных на нашем сайте, гораздо ниже рыночных цен. Мы работаем в данной сфере уже более 10 лет и самостоятельно производим высококачественное оборудование. Соответственно, кроме доступной стоимости, вы получите и уникальную технику, способную справиться с любыми объемами работы.

Экструдер устройство и принцип работы

Получить мелкие и средние фракции и использовать их для производства готовой продукции поможет роторная дробилка. Компания «ПОЛИМЕХ» предлагает многообразие выбора специализированного оборудования по ценам ниже рыночных. Кроме этого мы готовы рассмотреть предложения по изготовлению роторных дробилок по индивидуальным параметрам. Сотрудничество с нами гарантирует приобретение качественного надежного оборудования с высокой производительностью. Особенности роторной дробилки Если вам […]

Экструдер устройство и принцип работы

Компания «ПОЛИМЕХ» предназначена, чтобы дать вторую жизнь пластмассе. Мы имеем возможность продать и изготовить грануляторы разных моделей по ценам, ниже рыночных. Желаете купить гранулятор, соответствующий индивидуальным требованиям и параметрам, предлагаем сотрудничество с нами. Что необходимо знать при заказе гранулятора? Несмотря на простоту эксплуатации гранулятора полимеров, конструкция оборудования требует привлечения труда профессионалов. Линия укомплектована специальными устройствами, […]