Оборудование предприятий по переработке полимеров

Конструктивные элементы резиносмесителя

Роторы. К настоящему моменту разработано большое количество различных конфигураций роторов: овальные - двух и четырехлопастные, зацепляющиеся, трехгранные и др.

Овальные двухлопастные роторы показаны на рисунке 1.3a, б. На рисунке 1.Зб изображена конфигурация модифицированных двухлопастных роторов с Z-образным поперечным сечением лопастей фирмы «ТиссенКрупп Эластомертехник». Отличительная особенность - наличие осевых форсунок (перпендикулярных небольших лопастей), активизирующих приток материала с торце­вой стороны.

Фирмой «Вернер-Пфляйдерер» (сейчас «ТиссенКрупп Эластомертехник») разработаны овальные четырехлопастные роторы (см. рис.1.3 в). Такая конструкция позволяет увеличить ско­рость сдвига, что повышает производительность закрытых смесителей, снижаются удельные капи­тальные затраты на единицу смеси. Однако такая геометрия вызывает повышенный расход энер­гии в начале смесительного цикла и связанный с этим ускоренный рост температуры.

Резиносмесители с овальными роторами рекомендуется использовать для приготовления термически стойких резиновых смесей.

Достоинства смесителей с касающимися (овальными) роторами: малый объем роторов и вы­сокая степень загрузки.

Резиносмесители с 2-х и 4-х лопастными роторами выпускают фирмы «ТиссенКрупп Эласто­мертехник» (Германия), ОАО «Большевик» (Украина), фирма «Комерио Эрколе» i Италия), фирма

«Френсис Шоу» (Великобритания), «Pomini» (Италия) и др.

На рисунке 1.4 а, б показаны роторы с взаимозацепляющейся нарезкой (зацепляющиеся ро­торы). Они имеют форму цилиндров с винтовыми выступами и впадинами. Выступы одного рото­ра входят во впадины другого ротора с определенным зазором. Роторы этой конструкции имеют более развитую поверхность охлаждения, что позволяет перерабатывать термически чувствитель­ные смеси.

Достоинства смесителей с зацепляющимися роторами: больше площадь теплообмена, снижа­ется температура смеси, достигается лучший эффект смешения и более высокая производитель­ность по сравнению со смесителями с овальными роторами.

Некоторые фирмы, например «Pomini», выпускают смесители с переменным зазором между роторами. Сравнение резиносмесителей с постоянным и переменным зазором показывает преиму­щество последних по следующим показателям: улучшается качество смешения (снижается коли­чество агломератов с большими размерами частиц); изменение зазора позволяет динамично изме­нять объем смесительной камеры; сокращается цикл смешения в среднем на 12% при прочих рав­ных условиях. Использование смесителей с изменяемым расстоянием между роторами дает еще один дополнительный параметр регулирования качества смеси и производительности.

Роторы западными фирмами разрабатываются при помощи систем автоматизированного управления CAD и тестируются при помощи специальных программ с проведением оптимизации каждого квадратного сантиметра поверхности ротора. Обработка данных осуществляется с высо­кой точностью на станках с ЧПУ, которые программируются на базе данных автоматизированного проектирования - см. рис. 7.5.

Роторы резиносмесителей для съема тепла имеют системы охлаждения. На рисунке 1.6 пока­заны современные системы охлаждения.

Рис. 1.6 а - открытая схема охлаждения. Охлаждающая вода поступает во внутреннюю по­лость ротора по трубе и разбрызгивается форсунками с щелями. Вода с силой ударяется в верх­нюю часть внутренней поверхности ротора, а затем стекает через отверстие в сливной воронке. Данная система применяется в цельных роторах.

Рис. 1.6 б - кольцевое охлаждение, когда в теле ротора имеются кольцевые каналы, по кото­рым с определенной скоростью движется охлаждающая вода. Система используется для двусо­ставных роторов.

Фирма «ТиссенКрупп Эластомертехник» применяет бронирование роторов, то есть при их изготовлении на поверхность наплавляется твердый сплав с жесткостью более 50 единиц по шкале Роквелла. Благодаря этому каналы охлаждения могут располагаться вблизи от внешней поверхно­сти, что обеспечивает быстрый отвод теплоты.

С целью предотвращения потерь ингредиентов через неплотности между вращающимися ро­торами и неподвижной стенкой камеры применяют уплотнительные устройства. Известно несколько систем уплотнения роторов: фрикционное, сальниковое, лабиринтное и

Саморегулирующееся. Первые два типа уплотнительных устройств характеризуются быстрым из­носом элементов уплотнения.

На современных резиносмесителях чаще всего применяются последние типы уплотнений. На рисунке 1.7 а представлено саморегулирующееся уплотнение. Уплотняющими деталями здесь яв­ляются кольцо-втулка 7 и кольцо 5. Кольцо 7 посажено на втулку 3 и вращается вместе с ротором. Предварительное пожатие колец может осуществляться, например, с помощью пружин 4. Резино­вая смесь заполняет пространство между боковой стенкой 2 и подвижным кольцом 7, прижимая его к кольцу 5 с силой, пропорциональной давлению резиновой смеси в камере. Кольцо 5 является сменной деталью и по мере износа заменяется другим. Уплотнения должны быть расположены вне прохода роторов (см. рис. 1.7 б) через торцевую стенку, чтобы их можно было легко заменить. В область контакта трущихся частей подается смазка насосом высокого давления.

Достоинства саморегулирующегося типа уплотнения: степень уплотнения регулируется ав­томатически в зависимости от давления в смесительной камере, что позволяет избежать повышен­ного износа трущихся частей.

Верхний затвор. На процесс смешения в камере смесителя оказывает влияние форма верхне­го затвора, т. к. он создает давление на смесь, создавая благоприятные условия для втирания ин­гредиентов в каучук. Верхний затвор выполняется, как правило, клиновидной формы. Такая кон­фигурация обеспечивает лучшее перемешивание материала и его разделение между роторами. Од­нако при использовании клиновидного затвора возникает опасность скапливания под ним резино­вой смеси, неперемешанных ингредиентов. По этой причине многие фирмы, производящие рези­носмесители (например, фирма «ТиссенКрупп»), хромируют затвор частично или полностью.

Фирмой «Фаррел-Бирмингам» был разработан затвор плоской формы, что позволило несколько увеличить объем загрузки. Однако такая форма затвора ухудшает перемешивание мате­риала.

Верхний затвор имеет систему охлаждения - полости, куда подается охлаждающая вода.

Как правило, затвор подвергают бронированию для уменьшения износа.

Для перемещения затвора, т. е. замыкания и открывания горловины смесителя, он имеет при­вод. Привод верхнего затвора может быть различного типа.

- Пневматический привод - состоит из воздушного цилиндра, поршня со штоком, соединен­ного с затвором. При подаче сжатого воздуха в воздушный цилиндр происходит переме­щение затвора. Недостатки: высокое потребление сжатого воздуха; необходимость уста­новки громоздких ресиверов для обеспечения немедленных нужд производства; относи­тельно невысокая скорость подъема и опускания затвора (снижает производительность смесителя).

- Гидравлический привод - представляет собой цилиндр с поршнем, где в качестве рабочей среды используется жидкость. Достоинства: гарантируется стабильность и надежность воспроизводимого давления; обеспечивается большая масса прижима; меньшее потребле­ние энергии и создание меньшего шума.

- Пневмогидравлический привод - имеются два привода: гидравлический и пневматиче­ский. Основное перемещение происходит с помощью гидравлической системы. Пневмо­привод используется только для короткого перемещения груза близи смесительной каме­ры (для более плавного хода), что снижает износ опорных пластин затвора. Использова­ние сдвоенного привода дает возможность «плавать» затвору на смеси, предохраняя ма­шину во время пиковых нагрузок. Достоинства: снижается расход сжатого воздуха (в среднем в 5-7 раз); повышается производительность резиносмесителя.

Привод верхнего затвора последнего типа используется, например, на резиносмесителях фирмы «Комерио Эрколе» (Италия).

Разгрузочные устройства. Тип разгрузочного устройства оказывает влияние на производи­тельность резиносмесителя. Затворы разгрузочного отверстия резиносмесителей бывают двух основных типов: скользящие и откидные.

Затвор скользящего типа в разрезе показан на рисунке 1.2. Собственно затвор 13 укреплен в корпусе воздушного цилиндра 14. Корпус затвора имеет боковые выемки, которыми он может скользить в направляющих станины 1. При подаче сжатого воздуха в цилиндр он перемещается вместе с затвором, открывая или закрывая разгрузочное отверстие резиносмесителя.

Затвор откидного типа изображен на рисунке 1.8. Затвор 7 смонтирован на опоре 3. В свою очередь эта опора насажена на горизонтальный вал, соединенный с гидроприводом 4. При подаче рабочей жидкости в ту или иную полость гидропривода происходит поворот горизонтального вала, т. е. закрывание или открывание смесителя. Во время работы затвор 7 роликами 2 опирается на запорную плиту 1, которая не дает открыться ему во время больших нагрузок. Запорная плита имеет собственный гидропривод.

Достоинства: время открывания затвора откидного типа в несколько раз меньше, чем у скользящего типа.

Верхняя часть разгрузочной крышки бронируется в местах соприкосновения со смесью.

Нижний затвор имеет каналы для охлаждения подобно верхнему затвору.

Смесительная камера. Состоит из двух полуцилиндров и двух боковин, соединенных различ­ными способами: болтами, сваркой, либо бывает литой. Предпочтительна сборная конструкция смесительной камеры. Например, фирма «ТиссенКрупп» использует принцип модульной сборки - рисунок 1.9. Модульная конструкция обеспечивает быстрый доступ к роторам, легко производить монтаж и техническое обслуживание резиносмесителя. Внутри рабочая поверхность смесительной камеры наплавляется твердым сплавом (бронируется). Камера подвергается охлаждению (см. рис.1.2).

Привод резиносмесителей. Современные приводы должны обеспечивать возможность управ­ления в ходе рабочего цикла как скоростью вращения роторов, так и передаточным отношением. Это позволяет легко оптимизировать производственные циклы применительно к разным типам смесей. Привод резиносмесителей может осуществляться по различным схемам. Ниже приведены типы приводов, предлагаемые фирмой «Комерио Эрколе»:

- с одним электродвигателем переменной скорости, с шестеренным редуктором и неизмен-

Ным соотношением зацепления. Достоинства: простота и меньшая стоимость оборудова­ния. Недостатки: неизменное значение зацепления;

- с двумя электродвигателями переменной скорости, с двумя независимыми шестеренными редукторами и регулируемым соотношением зацепления. Достоинства: невысокие эксплуа­тационные затраты, поскольку потребление энергии прямо пропорционально работе, затра­ченной на смешение. Недостатки: увеличенные габариты оборудования; невысокая гиб­кость в поглощении пиков мощности, если установка работает на пределе мощности;

- с двумя независимыми гидромоторами с регулируемой скоростью, посаженными непосред­ственно на валы роторов, и возможностью регулировки соотношения зацепления. Досто­инства: компактная компоновка оборудования; большая гибкость в поглощении пиковых нагрузок; небольшой уровень шума при работе; простота монтажа в случае модернизаций существующих линий. Недостатки: высокая стоимость; высокие эксплуатационные расхо­ды, т. к. насосы гидростанции всегда работают на полную мощность (в том числе и при хо­лостом ходе); высокий уровень шума насосной станции.

В общем, аналогичные схемы приводов предлагаются и другими фирмами.

На рисунке 1.10 показана кинематическая схема привода роторов, предлагаемая ОАО «Большевик». Вращательное движение роторам 6 от электродвигателя передается через упругую муфту 2, блок редуктор 3 и шарнирные муфты 4. Применение универсальных шарнирных муфт позволяет передавать на роторы только необходимый для их привода крутящий момент.