Общее устройство и работа одночервячного экструдера

Любой экструдер включает в себя следующие узлы: загрузочный бункер, рабочие органы – червяк и цилиндр, привод червяка, узел упорного подшипника. Кинематическая схема одночервячного экструдера представлена на рис. 67. От электродвигателя 1 крутящий момент через редуктор 3 передаётся на червяк 4, который находится в цилиндре 4. Упорный подшипник 5 воспринимает возникающие при работе экструдера силовые нагрузки.

Рис. 67

 

Принципиальная схема одночервячного экструдера для переработки термопластов представлена на рис. 68

Основным органом одночервячного экструдера (рис. 68) является обогреваемый материальный цилиндр 1, внутри которого вращается червяк 2. Загрузка перерабатываемого материала производится с помощью загрузочного устройства 3, конструктивное оформление которого определяется состоянием и формой частиц перерабатываемого материала. Формующий инструмент 4 устанавливается на выходе из материального цилиндра 1, обогреваемого при помощи нагревателей 5. Привод червяка, закрепленного в опорном узле 6, осуществляется от электродвигателя 7 через редуктор 8 и муфту 9.

Рис. 68

 

В процессе переработки исходный материал из загрузочного устройства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении в винтовом канале червяка, образованным внутренней поверхностью материального цилиндра и нарезкой червяка. При движении материал уплотнятся, расплавляется, происходит удаление воздуха и гомогенизация расплава, развивается давление, под действием которого подготовленный расплав продавливается через формующий инструмент. Соответственно в одночервячном экструдере в направлении движения материала могут быть выделены зоны: питания (загрузки), плавления (пластикации), дозирования (выдавливания) длиной соответственно (см. рис. 68). В ряде случаев для экструдеров специального назначения могут быть выделены зоны дегазирования, смешения, диспергирования и т.д.

В зоне загрузки происходит прием перерабатываемого материала и его перемещение в направлении зоны плавления и уплотнения. Для повышения производительности зона загрузки выполняется с большим объемом винтового канала червяка, а также используются устройства для принудительной запитки экструдера.

В зоне плавления происходит расплавление полимера, его уплотнение и удаление воздушных включений. Для эффективного проведения указанных процессов, канал червяка в зоне плавления выполняется с постепенно уменьшающимся объемом, канала , т.е. .

В зоне дозирования происходит гомогенизация расплава и развивается давление, под действием которого расплав продавливается через формующий инструмент.

Червяки, диаметр D которых может быть от 20 до 500 мм и более, характеризуется геометрией (профилем) поперечного сечения канала, длиной нарезки, шагом t, степенью сжатия i и числом заходов нарезки.

 

Классификация экструдеров

 

Машиностроительными предприятиями выпускаются различные модели экструдеров. Классификация экструдеров наиболее часто производится по характеру рабочего органа, в качестве которого могут быть червяк (шнек), диск, поршень или их комбинация.

Необходимо отметить, что основным конструктивно-технологическим показателем экструдеров является диаметр червяка, который определяет производительность, потребляемую мощность и др. Рекомендуемый ряд диаметров червяков (D) следующий: 20, 25, 32, 45, 63, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм.

Длину червяка принято характеризовать отношением L/D, где L – длина винтовой нарезки червяка. Необходимая длина определяется длительностью протекания того процесса, который определяет сущность данного вида обработки. Для машин по переработке пластмасс рекомендуемые значения L/D следующие: 15, 20, 25, 30, 35.

По числу червяков в цилиндре экструзионные машины делятся на

- одночервячные

- многочервячные (в основном – двухчервячные) машины используют при переработке порошкообразных материалов, а также композиций на их основе. Эффективно применение таких машин в процессах смешения и дегазации.

По числу комплектов «цилиндр-червяк» машины делятся на

- одностадийные

- двухстадийные

Двухстадийные машины применяются, когда одновременное осуществление нескольких процессов с обеспечением оптимальных условий для каждого из них в одном цилиндре оказывается затруднительным при сохранении высокой производительности машины.

По режиму работы различают машины, работающие в режимах

- непрерывном (стационарном)

- периодическом (циклическом)

В циклическом режиме работают пластикаторы - дозаторы прессов, литьевых и экструзионно - выдувных машин; на этих машинах реализуются циклические методы формования изделий. Все прочие машины (за редким исключением) работают в непрерывном режиме.

В зависимости от скорости вращения червяка экструдеры делятся на:

- нормальные (скорость до 150 об/мин);

- высокие (скорость от 150 об/мин)

В зависимости от конструкции цилиндра и рабочего органа различают экструдеры с вакуумным отсосом и без отсоса.

По способу поддержания и регулирования температуры в цилиндре различают машины с паровым, масляным обогревом (переработка эластомеров); с электрическим обогревом (омическим или индукционным); а также с водяным и воздушным охлаждением. При переработке термопластов чаще всего используется электрообогрев, охлаждение водяное и воздушное.

По типу привода могут быть выделены машины – с электродвигателями постоянного тока, оснащенные различными схемами регулирования и стабилизацией частоты вращения; с электродвигателями переменного тока с частотными преобразователями.

Технологические линии на базе экструдеров могут разделятся на следующие: агрегаты для гранулирования; агрегаты для производства профильных изделий; агрегаты для производства пленок; агрегаты для производства выдувных изделий; линии для производства листов и лент; агрегаты для производства труб; линии для нанесения изоляции на кабели и провода.

Конструктивные признаки включают в себя следующие показатели:

компоновка узлов машины, наиболее часто встречающаяся вариант представлен на рис. 68. Основное требование к компоновке – это удобство обслуживания при эксплуатации. Машинист экструдера во время работы чаще всего имеет дело с бункером – это периодическая загрузка материала, проверка непрерывности подачи материала в цилиндр. Удобно эти работы выполнять, если бункер расположен на высоте до 1,8 м. Обслуживание формующей головки, её монтаж/демонтаж, контроль качества поверхности экструдата, смена фильтрующих сеток также постоянная задача оператора. Выполнять эти работы удобно, если головка расположена на высоте до 1,2 м;

удобство демонтажа узлов при ремонте, т.е. важен легкий доступ к основным узлам экструдера.

По способу поддержания и регулирования температуры в цилиндре различают машины с паровым, масляным обогревом (переработка эластомеров); с электрическим обогревом (омическим или индукционным); а также с водяным и воздушным охлаждением. При переработке термопластов чаще всего используется электрообогрев, охлаждение водяное и воздушное.

По типу привода могут быть выделены машины –с электродвигателями постоянного тока, оснащенные различными схемами регулирования и стабилизацией частоты вращения; с электродвигателями переменного тока с частотными преобразователями.

Основные параметры пластицирующих одночервячных экструдеров, регламентированные ГОСТ 14773–83 приведены в следующей таблице.

 

Тип экструдера	Диаметр червяка, мм	Отношение длины червяка к диаметру	Максимальная частота вращения червяка, об/мин	Мощность привода червяка, кВт	Мощность нагревателя, кВт	Производительность по ПЭ, кг/ч	Масса пресса, т
ЧП 45 20							1.26
ЧП 45 25							1.36
ЧП 63 20							1.65
ЧП 63 25							2.19
ЧП 63 30							2.26
ЧП 90 20							2.98
ЧП 90 25							3.6
ЧП 90 30							3.65
ЧП 125 25							5.0
ЧП 160 20							8.75
ЧП 200 20							13.89
ЧП 2-90 12							2.90
ЧП 2-90 15							3.05
ЧП 2-125 12							5.08

 

Примечание. ЧП 2-90 12, ЧП 2-90 15, ЧП 2-125 12 – двухчервячные, остальные экструдеры, указанные в таблице – одночервячные.