Теория и практика экструзии полимеров

РАС 11РЕДЕЛ ЕН И Е С КОРОСТЕ Й ПОТОКА И ДАВЛЕНИЯ В ВАЛКОВЫХ ЗАЗОРАХ ЗАЦЕПЛЕНИЯ ШНЕКОВ

На производительность двухшнековых экструдеров и процесс смешения большое влияние оказывают процессы, протекающие в валковых (радиальных) зазорах между сердечниками шнеков и на­ружными поверхностями винтовой нарезки (в так называемых «валковых зазорах»). В работах 124, 39| авторы, по аналогии с не­симметричным вальцеванием, рассматривают одномерную задачу течения ньютоновской жидкости в межвалковом зазоре. При этом за координаты захвата материала и его выхода из межвалкового зазора принимаются координаты точек пересечения двух окруж-
no, mi, представляющих нормальное сечение внутренней полости • in мшдра двухшнекового экструдера.

Ни дуальное наблюдение за течением жидкости в винтовых ка­па их модельного двухшнекового экструдера f30, 40| показало па шчие интенсивной циркуляции в радиальных зацеплениях

обусловленной существованием в них составляющих vVR

пир шкальной) и т'дв (горизонтальной) скорости потока. Для ана - м1 i. i производительности и процесса смешения весьма важно зна­ние характера распределения указанных составляющих скорости шпика.

Экспериментальное исследование профилей указанных со - . I. шляющих скоростей потока в радиальных зазорах зацепления шнеков проводилось (34, 411 на модельной установке, анало - I к и I юй примененной при исследовании распределения скорое - Iей потока в самом винтовом канале. Единственное отличие

1.1 к иочалось в замене хвостовиков с исследуемыми каналами п м. рис. 3.12) на два вращающихся в прозрачном корпусе 6 вал­ов.? и 5 разных диаметров (имитация несимметричного валь­цевания) (рис. 3.21). Привод установки (позиции 7, 8 и 9) по - mo шл менять как частоту, так и направление вращения валков.

На рис. 3.22 представле­ны результаты эксперимсн-

1.1 и. ных исследований про­филя скоростей и »Y„ при вс I речном, а на рис. 3.23 — мри одностороннем враще­нии шнеков, полученные при частоте вращения стака­на /Vc = 0,133 с-1. Экспери­менты при других значениях частоты вращения показали и юнтичную картину рас­пределения профиля скоро - , Iей циркуляционного но­тка жидкости в поперечном течении винтового канала.

II» приведенных эпюр ско­ростей видно, что как при встречном, так и при одно - i юроннем вращении шне­ков (валков) сильно разви­то течение в направлении

оси у (скорость г,,,) имеет место в конце С-образной секции винтового канала инеков. В самих валковых
является только вдоль оси х, проходящей через середину валково­го зазора.

Компонента у„, скорости потока, наоборот, наиболее сильно проявляется в самих валковых зазорах, а в С-образной секции те­чение в направлении оси х имеет место только в области, прилега­ющей непосредственно к поверхности выступов (к валкам боль­шего диаметра). В области, прилегающей к поверхности сердеч­ника (к валкам меньшего диаметра) с координатой х = ±<7/2 значения vm = 0. При этом если при встречном вращении шнеков (см. рис. 3.22) скорости vm направлены в одну и ту же сторону, то при одностороннем вращении (см. рис. 3.23) удв направлены в противоположные стороны.

Компонента удв скорости потока в основном и оказывает влияние на утечки жидкости из С-образных секций через меж - валковый зазор. В обоих случаях вращения шнеков профили скоростей потока удв и v>w формируются под действием двух факторов — относительных движений поверхностей валков, обусловливающих появление вынужденного потока, и градиен­тов давления как в межвалковом зазоре, так и в самом винтовом канале. При этом как у1И. так удивляются функциями коорди-

Гис. 3.24. Экспериментальное распределение давления р в межвалковом зазоре при не Iречном (л) и одностороннем (tf) крашенин шнеков; j - 0,133 с-1

И41Т л и у, т. е. у„ = ул(х, .у), Уущ = v>9(x, у) (направление оси х в межвалковом зазоре совпадает с направлением оси z в винтовом канале). Эпюры скоростей vn и v>1t в межвалковых зазорах хорошо согласуются с картиной распределения давления (рис. 3.24), полу­ченной но методике, аналогичной замеру давления в винтовых ка­налах.

Экспериментально найденные эпюры давлений и профили скоростей потока в винтовом канале С-образной секции и в меж­валковых зазорах зацепления шнеков намного облегчают анализ пшжения жидкости в двухшнсковых экструдерах и процессов смешения в них перерабатываемого материала.