Модернизация экструдера измельчителя

Технологические расчеты

На основе гидродинамического подхода к анализу взаимодействия рабочих органов с перерабатываемым материалом в дозирующей зоне экструдера принято рассматривать три составляющие потока движения расплава:

- поток расплава, движущийся по межвитковому пространству в направлении от зоны загрузки к зоне дозирования вдоль оси шнека, возникающий вследствие вращения шнека относительно цилиндра;

- поток расплава, движущийся в зазоре между наружной поверхностью витков шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра в направлении от зоны дозирования.

Подобное разделение на три потока в канале шнека следует считать условным, так как противотока практически не существует, а имеет место некоторое ограничение прямого потока, возникающее в результате сопротивления головки.

Рисунок 6 – Исходные данные геометрии шнека

Объемная производительность ( м3ч ) шнековой машины равна:

Q= αKK+δ+γn

где K – коэффициент геометрической формы головки, равный 0,25;

n – частота вращения шнека, с-1 . В нашем случае частота вращения шнека может варьироваться от 1860 с-1 до 110 с-1 .

α – постоянная прямого потока для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, м3 ;

β – постоянная обратного потока для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, м3 ;

γ – постоянная потока утечек для шнека с переменной глубиной нарезки в зоне дозирования, м3

Постоянная α прямого потока равна:

α= π3(t- i3e) J6 J6+ t2 J8

где t – шаг нарезки шнека, м; равен 0,12м;

e – ширина гребня нарезки, м; равен 0,006м;

i – число заходов шнека; равно 1.

Постоянная β обратного потока равна:

β= πD δ3 t212 l0( J7+ t2 J8)

где l0 – длина зоны дозирования, м, равна 0,9м.

Постоянная γ потока утечек равна:

γ= πD δ3 t210e l0 π2 D2+ t2

где δ – величина радиального зазора между гребнем нарезки и внутренней поверхностью материального цилиндра, м; равна 0,005м.

Величина J6, J7 и J8 представляют собой коэффициенты, характеризующие конструкцию шнека с переменной глубиной винтового канала и определяют по следующим соотношениям:

J6=1- 6,9D2( hн- h2)lg hн h2+ D22 hн h2

где hн – глубина винтового канала шнека в начале зоны дозирования, м; и равен:
hн= h1- h1- h2l∙ l0=0,0385- 0,031-0,03851∙0,9=0,03175 м

h1 и h2 - соответственно глубина винтового канала в зоне загрузки и на конце шнека, м; h1= 0,0385м; h2=0,031м .

J6=1- 6.9∙0.152 0.03175-0,031lg 0,031750,031+ 0,1522∙0,03175∙0,031=5,27

J7= π2 hн h2 D( hн +h2) hн h2-1

Поставив имеющиеся значения, получим:

J7= π20,03175∙0,031 0,15∙(0,03175+0,031)0,03175∙0,031-1=95796

J8= 2,3( hн -h2)∙ D2∙ log h2∙ D+ d2 h2∙ D+ dн+ 2∙ hн∙ h2+ hн+ h2∙D2∙ D2∙ hн2∙ h22

где dн – диаметр сердечника шнека в начале зоны дозирования, м, равен dн= d1- d1- d2l∙ l0=0,073- 0,073-0,08810,9=0,08565 м

d1 – диаметр сердечника шнека под загрузочной воронкой, м;, равен 0,073м;

d2 – диаметр сердечника на конце шнека, м;, равно 0,073м;

J8= 2,3 0,03175-0,031∙0,15∙∙ log 0,03175∙ 0,15+0,0880,031∙ 0,15+0,08565+ 2∙0,0375∙0,0385+ 0,03175+0,0385∙0,152∙ 0,152∙ 0,031752∙ 0,03852

J8=272998

Определяем коэффициенты потоков:

α= 3,143∙ 0,12- 1∙0,006∙5,275,27+ 0,122∙272998=0,00048

β= 3,14∙0,15∙ 0,0053∙ 0,12212∙0,9∙ 95796+ 0,122∙272998=3,99∙ 10-8

γ= 3,14∙0,15∙ 0,0053∙ 0,12210∙0,006∙0,9∙ 3,142∙ 0,152+ 0,122=3,2∙ 10-8

Рассчитываем производительность экструдера при двух (крайних) режимах работы: самый быстрый n=1860 c-1 и наиболее медленный n=110 c-1 .

Qmin= 3,2∙ 10-8∙0,250,25+3,9∙ 10-8+0,00048∙110=0,05 м3/ч

Qmax= 3,2∙ 10-8∙0,250,25+3,9∙ 10-8+0,00048∙1860=0,89 м3/ч

При условии, что плотность текстурата составляет 1125 кг м3 , получаем следующий интервал производительности экструдера в кг/ч:

Qmin=59 кг/ч

Qmax=1002 кг/ч

J= π2∙ D2- 4∙ t2 π2+ d2+D3- dн+D33∙ d2- dн+ 2,3∙ π2∙ D5 t2+ π2∙ D2∙ hн- h2∙ log hн h2

J= 3,142∙ 0,152-4∙ 0,122 3,142+ 0,088+0,153- 0,0865+0,1533∙ 0,088-0,0865+ 2,3∙ 3,142∙ 0,155 0,122+ 3,142∙ 0,152∙ 0,0865-0,088∙∙ log 0,08650,0385∙0,088=0,17

N1= π3∙ 0,12-0,006∙9∙0,17∙ 186020,12+ 0,0004∙1860∙2000

N1=1958,4 Вт

N2= π3∙ D3∙e∙ l0∙τ∙ n2δ∙t

N2= 3,143∙ 0,153∙0,006∙0,9∙0,00001∙ 186020,006∙0,12=32,5 Вт

Общая мощность перегрузок принимаем расчетную мощность больше на 25%, т. е. равной 3274,6Вт.

Выбираем для привода шнека трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения серии АМУ160МА8 мощностью 4кВт и частотой вращений 750 об/мин.