Оборудование предприятий по переработке полимеров

Расчет технологических параметров экструдера

Расчет производительности и противодавления головки. В основу расчета производитель­ности экструзионных машин положена гидродинамическая теория экструзии.

Объемную производительность можно определить по формуле:

Q=Qd ~Qp>

Где Q - объемная производительность червячной машины, м3 /с;

Qd - производительность прямого потока, м3 /с;

Qp - объемная производительность обратного потока (обычно Qp составляет 5-6% от Qd ), м3/с.

А) Производительность для случая, когда размеры червяка по длине остаются неизменными:

Где N - частота вращения червяка, об/сек;

А, в - геометрические характеристики червяка с постоянной геометрией:

•

Cos2ф Ы

. [ м3]

2

Cos ф • sin фЫ3

•.[м3 ]

2^

Где D - наружный диаметр червяка, м; t - шаг нарезки червяка;

I - число заходов нарезки червяка; е - толщина гребня нарезки в осевом направлении, м; ф - угол подъема нарезки, 20° - 30°;

Ф =агсщ (пБ)

W, h - ширина и глубина нарезки, м;

П • Б • sin ф w = — е

Г

Ь - длина нарезной части червяка, м;

Рг - суммарное сопротивление головки, Н/м2; цэф - эффективная вязкость резиновой смеси, Н-с/м2;

Fd, Fp - форм-факторы прямого и обратного потока.

Б) Производительность для машин, оснащенных червяком с переменным шагом (шаг умень­шается в сторону зоны головки.)

В

Q = а• *•¥л--т ■ ¥р Р

Эф

П3 • Б • (Б-Ы )2-Ы З

At = (tн - tк) /(т -) - приращение шага на длине червяка;

2 • L

Т = -

Где ^, ^ - начальный и конечный шаг нарезки червяка, м;

Гн=п-г>^ ф

J1, J2, Jз - коэффициенты, характеризующие конструкцию червяка с переменным шагом. Дан­ные коэффициенты можно найти по следующим формулам:

^ 1 = ( 1н-1к)+2,3’^’^~’[м]

^ V

J 2=4+22.2,3* ^ Ї

2-е ік-е 2-е і к

І ~— е г 1

Jз = (Ін-ік)• (ін-ік + 2 - Лі + 6 •е)+4,6 •е - (Лі +2 •е)• 1^-7------------ ,[м2]

Ік-Є

В) Производительность для машин, оснащенных червяком с переменной глубиной нарезки (глубина нарезки уменьшается в сторону зоны головки):

В 2

Q=а-N ^ ■ Fp •Рг,

Г эф

Коэффициенты а2, Р2 рассчитываются по следующим формулам:

SHAPE \* MERGEFORMAT

П • (і — е • і) • J

П-і-( і— е-і) 12-^-( J 5 + і 2-J 6

Коэффициенты J4, J5, J6 рассчитываются по следующим формулам: J4 = 1— 6;9'Р .-^Р

2-І Ин— Ик) Ик 2-Ьн-Ик

М

1

М

Где D - наружный диаметр червяка, м;

Dl - диаметр сердечника червяка в зоне воронки, dl =D - 2^, м; d2 - диаметр сердечника на конце червяка у головки, d2 =D - 2^, м. Давление в головке Рг можно рассчитать по следующей формуле:

Qd - У эф

Р= ^ , [ Па ]

Г К

Где Qd производительность прямого потока, м/с;

К - коэффициент геометрической формы канала, м3;

Ц'эф - эффективная вязкость переработанного материала в головке, Н-с/м2

• п— 1

1 •’

Уэф =k - 7

Где к, п - реологические константы резиновой смеси;

] - пристенная скорость сдвига, с. Для круглого цилиндрического канала:

1ц =

П-*

Где ё, 1 - диаметр и длина канала головки, м. Для конического кольцевого канала (камерная головка):

К (К1-62 - Л2 - - М2 , 3, К--=п—б/т—'[ м]

. = 84Л п+2) 1кк п •( К, + К)•(6, +6.12

1 + — п п

2+1 - п 21+п •F п

Где F и П - площадь и периметр сечения соответственно, м2 и м; 1-длина канала головки, м. Значения форм - факторов Fd, Fp зависят от соотношения h/w. Если h/w<, то Fd и Fp рассчитываются по следующим формулам:

Fd = “h •(h-51+ 1

D 8 w w

F = — (0,13—-0,71 1+1

P w w /

Расчет мощности привода. Мощность привода червячной машины рассчитывается по следующей формуле:

Z = р 3D3'NЭФ'ь + OP + p2 D2'N2-mW*'L [Вт]

H cos2 j § - tgj

Где ц'эф - эффективная вязкость резиновой смеси в винтовой нарезке червяка, Н-с/м2; р"эф - эффективная вязкость резиновой смеси в зазоре между цилиндром и червяком, Н-с/м2;

5 - зазор между вершиной гребня нарезки червяка и стенкой цилиндра, (0,002-0,005 )-D, м;

Dв, D - диаметр сердечникаи наружный диаметр червяка, м.

' _______ к_____

^эФ~ I D N!-«

/ n-De-N

h )

" =_____ к_____

ИТ

Недостаток формулы заключается в том, что она рассчитана для машин, имеющих червяк с постоянными геометрическими характеристиками и однозаходной нарезкой.

3.7.

Иллюстрации

Рис. 3.3. Технологическая часть экструдера со штифтовым цилиндром

Рис. 3.7. Внешний вид машины чипа «Штифтконверт» фирмы «Берсторфф»

Рис. 3.8. Внешний вид экструдера с вакуум

Рис. 3.11. Червяк с переменной глубиной нарезки

Рис. 3.12. Червяк с переменным шагом нарезки

Рис 3.13. Схема системы охлаждения червяка: 1 - хвостовик червяка; 2 - трубка; 3 - приводной вал;

4 - крышка 5 - уплотнительная манжета; 6 - вертикальная трубка

Рис. 3.16. Внешний вид головок и экструдеров: а - экструдер GE 150 W x 6D со стрейнирующей головкой; б - приспособление для замены сит стрейнирующей головки; в - экструзионная установ­ка с валковой головкой для производства герметизирующего слоя каркаса покрышки; г - выход профиля из одновалковой экструзионной головки; д - экструзионная установка с щелевой голов­кой; е - гранулирующая головка; ж - головка обкладки кабеля резиновой смесью; з - экструзион­ный агрегат с головкой Multiplex

Рис. 3.20. Поперечное сечение экструдата по выходе из головки экструдера; а - после обычного экструдера с гладким цилиндром; б - после штифтового экструдера

Das QSM-Mischungsprofil;

Stromteilung durch die Stifle im Querstrom-Mischzylinder.

Рис. 3.22. Окончательная степень гомогенности резиновой смеси после обычного (1) и штифтово­го (2)экструдеров

Рис. 3.23. Экструзионная линия фирмы «Берсторфф» для выпуска протекторов; 1 - триплексный экструзионный агрегат; 2 - участок усадки с приемным рольгангом; 3 - участок нанесения обозна­чений; 4 - весы для измерения погонного веса с транспортирующим устройством; 5 - охлаждаю­щая машина; 6 - резательная машина; 7 - роликовый конвейер; 8 - весы для измерения штучного веса; 9 - приемное устройство