Транспортировка материала в самоочищающихся экструдерах

Процесс транспортировки материала в экструдерах с самоочищающимися однонаправленно вращающимися шнеками анализируется с использованием модели плоской пластины, при этом используется развертка обоих шнеков в виде плоских пластин. Согласно рис. 2.78, длина канала, по которому происходит течение, каждого плоского участка шнека равна 5/зт ф, где 5 — шаг лопасти шнека, ф — угол подъема винтовой линии. Шнеки смещены в направлении, перпендикулярном оси канала, на расстояние х, которое часто принимается равным ширине лопасти. Очевидно, такая модель является сильным упрощением истинного процесса транспортировки материала, поскольку она не может точно описать движение материала между шнеками в зоне зацепления.

Развертка экструдера с самоочищающимися однонаправленно вращающимися шнеками

Рис. 2.78. Развертка экструдера с самоочищающимися однонаправленно вращающимися шнеками

В большинстве случаев экструдеры с самоочищающимися однонаправленно вращающимися шнеками загружены не полностью. Поэтому производительность экструдера определяется механизмом загрузки.

Неполная загрузка означает, что полностью заполняются только некоторые участки, в частности, конечный участок шнека, так как в нем должно создаваться давление, необходимое для продавливания материала через фильеру. Полностью заполняются также участки с нейтральными или обратными элементами шнека.

Длина полностью заполненного участка экструдера машины увеличивается с возрастанием давления в фильере. Причина, по которой длина полностью заполненного участка машины определяется требованием возникновения давления, заключается в том, что давление может возникнуть лишь тогда, когда канал шнека полностью заполнен материалом. Если канал шнека заполнен материалом лишь частично, давление в направлении течения не возникает. Отдельные участки шнека могут быть полностью заполнены, если рассматриваемый элемент шнека расположен вдоль шнека, например, элемент шнека с обратной нарезкой или смесильный элемент.

Частично заполненные шнеки. Согласно Вернеру [50], степень заполнения е определяется как отношение заполненной площади канала Лг к общей площади:

Общая площадь А в направлении, перпендикулярном каналу шнека, определяется как:

где Л! — площадь канала в плоскости, перпендикулярной осям шнека, определяемая уравнением (2.11); <р — угол наклона нарезки шнека.

Площадь Ае связана с длиной заполненного поперечного канала х. выражением

Типичная зависимость между степенью заполнения и приведенной длиной поперечного канала показана на рис. 2.79.

Зависимость степени заполнения г от безразмерной величины поперечного канала

Рис. 2.79. Зависимость степени заполнения г от безразмерной величины поперечного канала

Профили скоростей могут быть определены при следующих допущениях:

  • • жидкость является ньютоновской;
  • • течение устойчивое и полностью установившееся;
  • • течение изотермическое;
  • • скольжение у стенок отсутствует;
  • • объемные и инерционные силы непоперечного канала значительны;
  • • кривизна канала в направлении потока незначительна. Объемная производительность экструдера рассчитывается согласно уравнению

Согласно уравнению (2.22), объемная производительность экструдера прямо пропорциональна степени заполнения е и частоте вращения шнека N.

Полностью заполненные шнеки. Буй [51], проанализировав работу полностью заполненного экструдера с однонаправленно вращающимися шнеками, предложил рассматривать два режима течения (рис. 2.80). Режим течения I ограничен поверхностями шнека и цилиндра; режим течения II ограничен, главным образом, поверхностями двух шнеков в зоне зацепления. Течение в режиме I соответствует принципу работы неочищающихся шнеков (рис. 2.81).

Режимы течения в двухшнековом экструдере

Рис. 2.80. Режимы течения в двухшнековом экструдере

Развертка двух шнеков

Рис. 2.81. Развертка двух шнеков

Скорость вынужденного потока (течение с прилипанием к стенке) равна:

2. Двухшнековые экструдеры

а скорость обратного потока (под действием градиента давления) записывается в виде

Уравнения (2.23) и (2.24) могут быть использованы только тогда, когда угол наконечника мал. Предполагается, что режим II не вносит вклад в возникновение давления, и что материал движется со скоростью один шаг витка за один оборот. Если Аа площадь поперечного сечения потока в режиме II, то скорость потока через этот элемент равна:

В результате общая скорость течения тогда становится равной:

Если ширина канала IV больше по сравнению с его глубиной #шчх, фактор формы для течения с прилипанием может быть аппроксимирован формулой [51]

Подобным же образом фактор формы для обратного потока может быть аппроксимирован выражением:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >