Генерация давления и ввод энергии в расплав

Ульрих Лейзенфельдер (Ulrich Liesenfelder)

Рабочие условия транспортных шнековых элементов

В предыдущих главах показано, что шнеки экструдеров состоят из последовательно расположенных зон, выполняющих конкретные технологические задачи. Самой распространенной технологической задачей является сочетание транспорта материала и подъем давления. На головке экструдера требуется создание повышенного давления, особенно там, где обычно присоединяется экструзионная или гранулирующая фильера; однако большая часть перемешивающих и смесительных зон также создают гидравлическое сопротивление, требующее подъема давления расплава.

Транспортный шнековый элемент (рис. 7.1) обеспечивает осевое перемещение вязкой жидкости в результате своего вращения. Если вязкость настолько высока, что расплав не течет под действием собственной силы тяжести, подача не будет зависеть от вязкости. Конечная степень заполнения экструдера пропорциональна производительности по материалу и обратно пропорциональна скорости вращения шнеков. Отношение производительности к скорости вращения («производительность за оборот») определяет степень заполнения машины, и поэтому является важным технологическим показателем.

Трехзаходный нагнетающий элемент (слева) и смесительные кулачки

Рис. 7.1. Трехзаходный нагнетающий элемент (слева) и смесительные кулачки

(справа)

Если величина производительности за оборот такова, что используемый элемент шнека заполняется полностью, то достигается «собственная производительность» шнекового элемента. Если элемент работает с производительностью больше, чем собственная производительность, то на этом элементе происходит перепад давления. Это рабочее состояние называют «переполнением».

Смесительные блоки, как правило, компонуются из нескольких кулачков подряд, которые располагаются под углом друг к другу. Это в целом обеспечивает транспортирующую способность блока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте линию, соединяющую все вершины сегментов шнека, определяющие переменный шаг. Это неприменимо к компоновке, в которой каждый второй смесительный кулачок имеет одинаковую рабочую зону, т. е. угол его смешения составляет а = 360°/2^. В этом случае подача отсутствует. Смесительные блоки такой конфигурации описываются как «нейтральные» (не транспортирующие). Они всегда заполнены полностью и создают перепад давления.

Однако элементы шнека и смесительные блоки могут быть сконструированы и таким образом, что перемещают материал в направлении, противоположном основному потоку материала. Они известны как «обратные элементы». Они также всегда заполняются полностью и создают перепад давления. Транспортирующие элементы шнека, если они полностью заполнены, могут активно генерировать давление. Если присутствует непрерывная газовая фаза, то, естественно, никакого осевого градиента давления не возникает. Это означает, что противодавление всегда создается расположенным далее по потоку препятствием для течения в транспортном шнековом элементе. Транспортный элемент заполняется до тех пор, пока не будет достигнуто давление, необходимое для преодоления препятствия.

На примере, показанном на рис. 7.2, описаны различные режимы работы. Здесь мы имеем нагнетающий шнек с большим шагом /, за ним следует прямой смесительный блок 2 и обратный смесительный блок 3, затем нагнетающий шнек с малым шагом 4, который служит для подъема давления перед фильерой 5. Это стандартная конфигурация шнековой машины, предназначенной для смешения с последующей экструзией.

Фильера 5 и обратный смесительный блок 3 являются препятствиями для потока, которые создают перепад давления. На участках шнека перед ними должно генерироваться давление, необходимое для преодоления препятствия. Обратный смесительный блок 3 гарантирует, что, по крайней мере, часть смесительной зоны будет полностью заполнена, и это улучшит смесительный эффект.

Рабочие условия в экструдере при подъеме давления

Рис. 7.2. Рабочие условия в экструдере при подъеме давления

На рис. 7.2 над рассматриваемым дизайном шнекового набора показаны диаграммы изменения давления для трех различных значений производительности при постоянной скорости вращения. При небольшой производительности (вариант Q в зонах 2 и 4 создается давление, необходимое для преодоления препятствий 3 и 5. Каждая из зон 2 и 4 состоит из частично заполненных и полностью заполненных элементов, поскольку противодавление от препятствия далее по потоку меньше, чем в рассматриваемой технологической зоне. Если экструдер работает при той же скорости вращения, что и в варианте С, но с существенно более высокой производительностью, то возможен вариант В. Длина зоны 4 уже недостаточна для создания давления перед фильерой.

Противодавление на фильере воздействует на предыдущие зоны. То же относится к транспортирующему смесительному блоку 2. Часть давления перед фильерой теперь должна расходоваться в нагнетающей части шнека 7. Однако обе зоны 2 и 4 все еще являются транспортирующими, т. е. они помогают создавать давление. Если производительность снова существенно повысится (случай Л), зона 2 будет переполняться. Теперь производительность выше, чем собственная производительность смесительного блока. Зона 2 должна подавать материала больше за один оборот по сравнению с максимально возможной производительностью при безнапорном транспортировании. Зона переполняется за счет предыдущей зоны 7, имеющей более высокую мощность нагнетания. Зона 2, имеющая в рассмотренных выше случаях существенно большую транспортирующую способность, способствует в этом случае дополнительному падению давления.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >