Производительность экструзионной установки

Экструзия – процесс непрерывный, состоящий из ряда последовательных операций. Каждая операция, как известно из теории непрерывных процессов, может стать «узким» местом, которое может в целом определять производительность всей установки. Поэтому, при разработке процесса экструзии, необходимо, базируясь на закономерностях процесса на каждом участке, выбирать такие параметры процесса, которые были бы оптимальными для всех участков при равной производительности.

Поскольку при определении мощности установки за основу берется мощность экструдера, то пользуются следующей эмпирической формулой:

где – мощность, кг/ч;

– коэффициент заполнения шнека материалом;

– число оборотов червяка, об/мин;

– объем одного витка нарезки шнека в зоне загрузки;

– насыпной вес загружаемого материала.

Производительность одного и того же экструдера для различных материалов неодинакова.

Связь производительности с геометрией червяка и переменными параметрами режима экструзии. Влияние характеристик червяка и головки на производительность экструдера.

Х арактеристика червяка показывает зависимость между давлением перед головкой и производительностью при различных частотах вращения червяка. С увеличением числа оборотов при P=const производительность увеличивается.

Прямая линия, проходящая через начало координат, представляет собой характеристику головки (рис. 4.11).Рис. 4.11. Рабочая точка

Точка пересечения характеристики головки и характеристики экструдера является рабочей точкой для данных головки и червяка. Поиск рабочей точки является основной задачей исследования работы экструдера.

На практике стремятся к повышению производительности, которая м. б. достигнута след. способами: 1) увеличением скорости вращения червяка; 2) увеличением глубины канала нарезки; 3) увеличением угла наклона нарезки; 4) уменьшением радиального зазора между цилиндром и червяком.

П роизводительность изменяется в зависимости от конкретных условий работы машины, вида материалов, диаметра червяка и конструкции экструзионной головки.

Производительность зависит от геометрии червяка и в первую очередь от глубины нарезки межвиткового канала (рис. 4.12).1 – h, 2 – 2h

Увеличение глубины канала шнека в гомогенизирующей зоне приводит к повышению прямого потока. При открытом цилиндре велика производительность, при закрытом цилиндре, когда имеет место высокое давление, повышается противоток и производительность резко уменьшается.

Р ассмотрим, как меняется производительность в зависимости от давления и геометрии червяка (рис. 4.13).

1 – формующая головка с низким сопротивлением, 2 – головка с высоким

сопротивлением, 3 – шнек с мелкой нарезкой, 4 – шнек с глубокой нарезкой

Установлено: при небольшом сопротивлении головки лучшую производительность обеспечивает шнек с глубокой нарезкой, при большом сопротивлении головки – шнек с мелкой нарезкой.

З ависимость производительности от длины дозирующей зоны червяка. Известно, что с увеличением длины дозирующей зоны снижается величина обратных потоков и по каналу шнека, и в зазоре между шнеком и цилиндром (рис. 4.14).

1 – шнек с длинной дозирующей зоной,

2 – шнек с короткой дозирующей зоной

Путем соответствующего удлинения выходной зоны шнека можно компенсировать в известных пределах уменьшение производительности экструдера, если при среднем противодавлении, т.е. при использовании формующего инструмента со средним сопротивлением, вместо шнека с глубокой нарезкой применять шнек с мелкой нарезкой.

Р ассмотрим, как зависит производительность от геометрии канала и длины зоны дозирования с учетом давления (рис. 4.15). 1 – шнек с глубокой нарезкой и короткой зоной выдавливания, 2 – шнек с мелкой нарезкой и короткой зоной выдавливания, 3 – шнек с глубокой нарезкой и длинной зоной выдавливания При выс. сопротивлении мундштука или давлении лучшую производительность обеспечивает шнек с мелкой нарезкой и длинной зоной выдавливания.

П редставляет интерес зависимость производительности от температурного режима (рис. 4.16).Величина производит-сти практически не измен-ся при одновременном изменении темп-ры расплава в канале червяка и головке, но при увеличении температуры материала от 190 ºС до 240 ºС давление экструзии уменьшается почти на 35%, т.е. сокращаются энергозатраты на 1/3.

Р асход через головку. Кривая 2 на рис.1 показывает завис-ть производительности Q от давления Р. Кол-во расплава Qгол, выходящего ч/з головку, м. представить след. соотношением: Qгол=К ∆P/µ, (4) , где ∆P = P - Рвыx- перепад давления в головке (P- давление на входе в головку- конец зоны III, Рвыx- давление на выходе из головки); µ- вязкость расплава в головке; К- постоянная, характ-щая сопротивление течению расплава в каналах и формующей части головки.

Рабочая область экструзии.

Рабочими характеристикам экструдера и головки служат графики в координатах давление – производительность. Для экструдера такой график выражает зависимость между давлением, которое образуется на конце шнека, и производительностью зоны дозирования шнека при заданных его размерах и свойствах расплава.

Для построения рабочей области экструзии необходимо построить следующие зависимости:

-характеристика червяка (учитывает обороты червяка)

-производительность от температурного режима

-линии гомогенности

- границы экономической эффективности применения экструзионной машины при данной производительности.

В итоге получается след. обобщённая характерестическая диаграммаРис. 4.17.

Тmin и Tmax – линии минимальных и максимальных температур, Г – граница гомогенности, Э – линия экономической целесообразности

При изменении параметров экструзии рабочая точка может быть сдвинута таким образом, что при и новом режиме получается наилучший результат по производительности, качеству и другим показателям.

Процесс экструзии находится в постоянном динамическом равновесии: изменение одного параметра процесса влечет за собой изменение других. Следовательно, для конкретных изделий при проведении процесса от персонала требуется большое искусство, чтобы выявить резервы и создать наиболее производительный процесс при высоком качестве изделий.