Винтовой канал

Определяются остальные геометрические параметры червяка (е, г, ф, Ь, L, 1, 2. i-s) по ранее приведенным рекомендациям. При t = D угол подъема винтовой линии ф = 17° 40, ширина винтового канала [c.340]

Здесь б — величина радиального зазора между цилиндром и червяком, м Ф , Фр — форм-факторы, учитывающие тормозящее влияние боковых стенок, зависящие от относительного размера сечения винтового канала ЫЬ. [c.345]

Скорость движения пробки вдоль винтового канала определяется из выражения [c.349]

На рис. 3.21 приведены результаты работы такого ВЗУ. Профиль каналов ВЗУ при л = 2 (кривые 1, 2 и 3) незначительно влияет на температурный перепад в холодном потоке во всем диапазоне изменения ц. Увеличение степени расширения до п =3 уже оказывает некоторое влияние на АТ , а более эффективно ВЗУ работает с профилем винтового канала в виде трапеции, формирующей струю, расширяющуюся в радиальном направлении (кривая 6, рис. 3.21). [c.125]

Для увеличения производительности возможна нетрудоемкая реконструкция существующих аппаратов путем установки специальной втулки, оснащенной дополнительными винтовыми кана- [c.221]

Конструкция червяка является наиболее важным фактором, влияющим на качество экструдируемого изделия. Поэтому ей уделяется очень большое внимание. Шаг винтового канала большинства червяков равен диаметру. Такие червяки называют червяками с диаметральным шагом. Угол подъема винтового канала у них составляет 17,6 Они имеют глубокую зону питания, назначение которой — захват и равномерная транспортировка легкого сыпучего твердого полимера, и мелкий винтовой канал на конце, обеспечивающий тщательное перемешивание и генерирование давления в расплаве. Этот последний участок уменьшает чувствительность процесса к изменениям технологических параметров и образует зону червяка с высокой стабильностью объемного расхода, демпфирующую и сглаживающую возникающие ранее флуктуации расхода. Обе эти зоны соединяются между собой промежуточной зоной с коническим сердечником. [c.15]

Полученная таким образом геометрическая конфигурация соответствует одночервячному экструдеру. Остается изготовить из твердой цилиндрической заготовки винтовой канал, как показано на рис. 10.11 и поместить этот винт в полый цилиндр. Вместо цилиндра можно вращать червяк, только в противоположном направлении. Проблемы входа и выхода теперь решаются просто. Первая может быть решена при помощи отверстия в цилиндрическом корпусе, в то время как вторая решается сама по себе — червяк берется требуемой длины и расплав просто прокачивается через головку. [c.320]

Кроме того, червячная конструкция имеет еще целый ряд допол -нительных преимуществ неподвижный корпус можно при необходимости нагревать или охлаждать червяк может быть полым, что позволяет осуществлять его подогрев или охлаждение подвод механической энергии достигается путем вращения вала червяка через редуктор от электродвигателя винтовой канал создает составляющую скорости, перпендикулярно гребню, что приводит к вращению потока и обеспечивает хорошее перемешивание расплава результирующий профиль скоростей позволяет получить узкий интервал распределения времен пребывания отдельных частиц в кана-ле,что делает червячный экструдер [c.320]

Вначале вкратце обсудим некоторые геометрические соотношения, свойственные червякам. Двумя основными геометрическими параметрами, характеризующими червяк экструдера, являются диаметр D, замеренный по наружному размеру гребня, и осевая длина L или отношение длины к диаметру L/D. Обычно это отношение находится в пределах 24—26, хотя иногда бывают червяки с отношением длины к диаметру выше — до 40 или ниже — до 8. Последние обычно встречаются либо в экструдерах для переработки резины, либо в ранних моделях экструдеров для переработки термопластов. Диаметры червяков обычно находятся в диапазоне от 2 до 75 см, но могут быть ниже и выше. Червяк не может быть плотно вставлен в цилиндр из-за трения. Поэтому между гребнем червяка и внутренней поверхностью цилиндра диаметром Оь существует небольшой радиальный зазор б/, равный около 0,2—0,5 мм. Расплав полимера непрерывно течет по этому зазору, играя роль смазки. Диаметр червяка по краю гребня составляет D . = Оь — 26 , Длина одного полного витка гребня, измеренная вдоль оси червяка, называется шагом L . Большинство червяков одночервячных экструдеров является однозаходными с = D . Схема такого червяка представлена на рис. 10.12. Радиальное расстояние между поверхностью цилиндра и основанием червяка называется глубиной канала Я. Основным конструктивным параметром червяков является продольный профиль глубины винтового канала, т. е. Н (г), где z — расстояние. [c.321]

Следовательно, угол подъема винтового канала является функцией диаметра (радиального размера). У наружного края гребня угол меньше, чем у основания червяка. Червяк с диаметральным шагом и незначительным зазором между гребнем и цилиндром имеет угол подъема винтового канала у края гребня, равный 17,65° (tg 0 = 1/я). Ширина канала W — это расстояние, замеренное по перпендикуляру между гребнями [c.322]

Ясно, что поскольку 0 изменяется по радиусу, то же происходит и с W. И, наконец, длина винтового канала z связана с расстоянием /, замеренным вдоль оси червяка, выражением [c.322]

Из этого уравнения вытекает следуюш,ее. Для червяков, угол подъема винтового канала которых составляет от нуля до я/2, скорость u всегда будет иметь положительное значение. Другими словами, ни при каких обстоятельствах не возникает обратного потока в осевом направлении. В случае закрытого выхода (Qp + = 0) значение u становится равным нулю при любых Форма профиля скоростей идентична для всех значений Qp/Qd. Только максимальная скорость, которая всегда наблюдается в середине канала ( = 0,5), изменяется от нуля в случае закрытого выхода до величины [c.327]

По мере роста производительности замкнутые петли вытягиваются, и частицы жидкости движутся вдоль сглаженной винтовой траектории. Чем ближе режим работы к чистому вынужденному течению, тем более вытянутыми оказываются петли винтовой траектории. Таким образом, частицы полимера движутся по траектории, которая представляет собой сплющенную винтовую линию внутри винтового канала. [c.328]

Снизу сегмент ограничен поверхностью развертки сердечника червяка А, которая движется в направлении развертки винтового канала со скоростью Vs- [c.359]

Хорошее ламинарное смешение достигается лишь тогда, когда в смесителе расплав полимера подвергается большой суммарной деформации. При зтом удается существенно уменьшить композиционную неоднородность материала по сечению канала. Однако особенность профиля скоростей в экструдере заключается в том, что суммарная деформация, накопленная частицами жидкости, зависит от местоположения частиц. Следовательно, степень смешения по сечению канала неодинакова. А значит, и по сечению экструдата следует ожидать определенную композиционную неоднородность. Количественной мерой этой неоднородности могут быть функции распределения деформаций Р (у) и f (у) йу. Проанализируем эти функции для экструдера с постоянной глубиной винтового канала червяка, используя простую изотермическую модель, описанную в разд. 10.2 и 10.3. В гл. 12 рассмотрен процесс смешения в пласти-цирующем экструдере, в котором плавление полимера влияет на вид функций распределения. [c.406]

Выражения (11.10-1) и (11.10-3) позволяют проследить путь частицы жидкости внутри экструзионного канала (см. разд. 10.3). Проследим за частицей жидкости, находящейся в сечении с координатой I в верхней части канала ( > % см. рис. 11.22). Из (11.10.1) следует, что эта частица будет двигаться с постоянной скоростью в отрицательном направлении оси л . Достигнув толкающей стенки винтового канала червяка, она перевернется и начнет двигаться в положительном направлении оси д на некотором расстоянии от стенки цилиндра 1 - Совершив круговое движение в плоскости, перпендикулярной оси канала, и достигнув задней стенки винтового канала червяка, частица вернется на свою первоначальную траекторию с координатой . Между траекториями с координатами и установится соотношение, описывающее циркуляционное движение частицы [c.407]

Приведенный выше анализ не описывает сложный профиль скоростей, устанавливающийся вблизи стенок винтового канала в области, простирающейся на расстояние, примерно равное глубине канала. Строгое двумерное решение этой задачи можно получить с помощью стандартных численных методов (см., например, [40, 41 1). Эти решения также показывают, что в канале существует циркуляционное течение (хотя в нижних углах канала образуются небольшие застойные зоны с вихревым течением). [c.407]

В случае червяка конечной длины принимаются упрощающие допущения, использованные при выводе уравнения (10.3-33). Кроме того, не учитывается, что концы выпрямленного винтового канала (рис. 12.2) срезаны под углом к его оси, а также игнорируются эффекты входа и выхода [ 1 ]. [c.420]

Для головки с большим сопротивлением уменьшение глубины винтового канала приводит к увеличению производительности (рабочая точка перемещается из положения А в Л ), в то время как для головки с малым сопротивлением это приводит к снижению производительности (рабочая точка смещается из положения С в положение С см. рис. 12.3). Анализ системы экструдер — головка основан на простой модели, тем не менее он применим для качественного описания любого сочетания экструдер—головка. [c.422]

Таким образом, нами из элементарных стадий составлена полная модель рассматриваемого процесса. Без особых затруднений такую модель можно распространить на любой червяк, состоящий из комбинации винтовых каналов постоянной глубины и участков с коническим сердечником, используя уравнение (12.1-3) отдельно для каждой секции и рассчитывая увеличение давления вдоль червяка по (12.1-1в). Для конусных участков с коническим сердечником можно использовать поправочный коэффициент из уравнения (10.4-9). Таким образом, выражения для вынужденного потока и потока под давлением увеличиваются соответственно на 2/(1 + о) и 2/ 0 (1 + 1о), где 0 = (Яо — глубина винтового канала [c.423]

С физической точки зрения наличие переменной скорости сдвига в поперечном сечении канала воздействует на неньютоновскую эффективную вязкость, зависящую от у. Таким образом, реологические свойства жидкости зависят от ее продольной координаты. Следовательно, отклонение от линейности становится функцией угла подъема винтовой линии только если величина угла подъема винтового канала приближается к нулю, то поведение жидкости в нем оказывается таким же, как и между параллельными пластинами. [c.424]

Заканчивая анализ поперечных срезов (рис. 12.8), рассмотрим другие детали физических процессов, протекающих в винтовом канале червяка. Относительное движение поверхности цилиндра, направленное поперек винтового канала, увлекает за собой расплав и перемещает его к заполненному расплавом участку канала,находящемуся у толкающей стенки, одновременно создавая поперечный градиент давления и циркуляционное течение. Это гидродинамическое давление несомненно способствует дроблению твердой пробки полимера, расположенной у передней стенки винтового канала. А так как расплавленный полимер непрерывно удаляется из пленки расплава за счет относительного движения цилиндра, то твердый слой должен начать двигаться по направлению к поверхности цилиндра. В то же время нерасплавленный полимер скользит по витку вследствие этого ширина пробки, движущейся по каналу, непрерывно уменьшается до тех пор, пока пробка, наконец, полностью не исчезнет. С другой стороны, в данном сечении винтового канала размеры пробки остаются во времени неизменными. Таким образом, налицо все элементы установившегося процесса плавления, сопровождающегося удалением расплава вследствие вынужденного течения (см. разд. 9.8). Более того, подобный механизм плавления может существовать только в тонкой пленке расплава у поверхности цилиндра. Учитывая также существенное различие между интенсивностью плавления без и с удалением образовавшегося расплава, мы приходим к выводу, что плавление на сердечнике червяка (даже при проникновении расплава под твердый слой) так же, как взаимодействие между слоями расплав- [c.430]

Скорость движения твердой пробки вдоль оси винтового канала червяка равна Ург/з1п 0. (Отметим, что эта скорость эквивалентна скорости и в разд. 8.13). Более удобно выразить расход О через угол Ф, образованный направлениями скоростей твердой пробки и поверхности цилиндра, поскольку этот угол входит в уравнение равновесия действующих сил и крутящих моментов [(ср. с уравнением (8.13-7)]. Соотношение между Ур/, Уь и углом Ф можно легко получить из рис. 12.10 [c.434]

Уравнение (12.2-3) можно использовать либо для расчета Ф из G, либо наоборот. Если кажущаяся плотность полимера меняется существенно, то расчеты следует выполнять для последовательно расположенных коротких участков винтового канала червяка. [c.435]

Для хорошей работы зоны питания давление должно возрастать вдоль этой зоны. Максимально возможная теоретическая производительность зоны питания может быть получена при = Р1. Анализ уравнений, описывающих зону питания, показывает, что существуют оптимальные угол подъема винтового канала червяка и глубина канала, при которых достигается или максимальная производительность зоны питания, или максимальное давление. Ранее мы отмечали, что Рх мало, следовательно, для создания высокого Р отношение Р2/Р1 должно быть очень велико. Увеличивая Р1 за счет принудительной подачи (т. е. установив питающий червяк в загрузочном бункере), пропорционально увеличиваем Р - Из уравнения (12.2-8) видно, что продольное распределение давлений в зоне питания червячных экструдеров имеет экспоненциальный характер так же, как и в мелких прямоугольных каналах (см. разд. 8.13). Если поддерживаются изотермические условия и коэффициенты трения остаются постоянными, то транспортировка твердого материала улучшается при увеличении отношения Д//, и скорости вращения червяка (Ф уменьшается для данного О). Однако точное измерение коэффициентов трения экспериментально затруднено (см. разд. 4.3). [c.438]

Угол подъема винтового канала по наружному диметру червяка 0ь Средний угол подъема винтового канала 9 [c.439]

Угол подъема винтового канала у сердечника червяка 0< [c.439]

Длина вдоль оси червяка I Средняя длина винтового канала червяка г, м [c.439]

Как отмечалось ранее, между сечением, в котором начинается формирование пленки расплава на поверхности цилиндра (в результате нагрева цилиндра либо за счет тепла, выделяющегося при совершении работы против сил трения), и сечением, в котором у толкающей стенки канала образуется слой расплава, расположена зона задержки. Зона задержки плавления начинается в точке на оси червяка, где Ть превышает (образование пленки расплава) и распространяется до точки, в которой слой расплава начинает скапливаться у толкающей стенки канала. Силы, вызывающие транспортировку материала в этой зоне, складываются из увлекающей силы, возникающей из-за вязкостных напряжений на поверхности цилиндра, создаваемых деформацией сдвига в пленке расплава, и обычного фрикционного торможения, создаваемого силами трения, действующими на поверхностях сердечника и стенках канала [14, 21]. Толщина пленки расплава увеличивается вдоль оси винтового канала и в конце зоны в несколько раз превышает величину зазора между гребнем червяка и цилиндром. В настоящее время не существует математической модели, пригодной для расчета длины зоны задержки. На рис. 12.14 графически представлена зависимость (основанная на ограниченном числе экспериментальных данных) длины зоны, выраженной числом витков червяка, от величины (связь которой со скоростью плавления будет обсуждаться ниже). Соотношение не учитывает механических свойств твердого слоя, которые, вероятно, также оказывают влияние на длину зоны задержки. [c.441]

Рис. 12.14. Зависимость длины зоны задержки в начале плавления, выраженной числом витков винтового канала, от безразмерного параметра 1/ф

Здесь Хц и — значения ширины пробки в сечениях винтового канала червяка, соответствующих высотам и Нх, Расположение этих сечений можно определить из (12.2-23). [c.444]

ОДИН виток, он обнаружит, что канал еще раз перекрыт цилиндрическим выступом. Он сообщит, что заключен между твердыми стальными стенами, и так как ему ничего не остается лучшего, то он попытается изобразить свое помещение в трех измерениях (рис. 10.39). Полученные таким образом сведения показывают, что при зацеплении двух зеркально-симметричных (встречного вращения) червяков непрерывный винтовой канал разбивается на ко-)Откие участки, длина которых меньше, чем одного полного витка. Что произойдет, если червяки начнут вращаться Наш наблюдатель, помещенный на пятачке , будет вращаться, и у него будет впечатление, что все вокруг движется и он постоянно ударяется о стены. Затем прикажем ему двигаться таким образом, чтобы стенки не приближались к нему, несмотря на то что они двигаются параллельно друг другу. Для него это будет довольно легко выполнить, потому что все, что он должен для этого делать — это двигаться с осевой скоростью [c.356]

Здесь W — ширина канала Н — глубина канала Уы — скорость поверхности цилиндра относительно червяка в направлении вдоль канала APf — приращение давления на длине AZr, замеренной вдоль развертки винтовой линии червяка. Коэффициенты FoTW = 4//(1 + 3/), Fprw = 4/(1 + 3/), где / — часть длины винтового канала, которая не перекрывается, так как приходится на отверстие между цилиндрами червяков [/ = а/(2п.)]. [c.365]

Уравнения (11.10-1) и (11.10-3) для большинства мелких каналов достаточно хорошо описывают профиль скоростей. Поэтому метод определения перепада давления поперек винтового канала, приведенный в разд. 10,3, основан на описанной одномерной аппроксимации течения в узком канале. Однако приведенные ниже методы расчета функций распределения времен пребывания и распределения деформаций обладают гораздо большей чувствительностью к истинной картине течения в областях, примыкаюш,их к стенкам канала. [c.408]

Рис. 12.2. В, (д в плане развертки винтового канала червяка [концы канала срезаны под углом к его оси отношение длины косых концов к длине развертки канала рав1 о я sin 6 os0/(i./D)].

Упоминавшееся ранее приближенное моделирование путем суммирования и корректирования выражений для вынужденного течения и потока под давлением [2с1], однако, позволяет нам иногда использовать его как приближенный метод оценки неизотермических эффектов. На практике в первую очередь представляет интерес определение влияния неизотермических условий на производительность и среднюю температуру экструдата. Во многих реальных процессах червяк является термонейтральным, т. е. он не нагревается и не охлаждается. В таких случаях, как было показано в работе [2е], температура червяка очень близка к температуре расплава. Следовательно, основное влияние на расход оказывает наличие существенной разности между температурами цилиндра и расплава. Как видно из уравнения (10.2-46), разность температур может оказывать сильное влияние на расход вынужденного течения. С другой стороны, увеличение средней температуры экструдата является следствием постепенного изменения температуры в направлении течения. Применим метод смазочной аппроксимации и, разделив червяк на малые элементы конечных размеров, проведем детальный расчет для каждого элемента. Предполагая, что средняя температура в пределах элемента постоянна, составим уравнение теплового баланса, учитывающее тепло, передаваемое от стенок цилиндра, и диссипативные тепловыделения. Такой метод расчета позволяет определить изменения температуры по длине червяка и значения параметров степенного закона течения из общей кривой течения [т] (7, Т) ] для каждой ступени расчета при локальных условиях течения, а также вести расчет для червяка с переменной глубиной винтового канала. Таким образом, данная модель может быть названа обобщенной кусочнопараметрической моделью , в которой внутри каждого элемента различные подсистемы представляют собой либо кусочно-параметрические модели, либо модели с распределенными параметрами. Далее следует принимать во внимание неизотермический характер течения неньютоновских жидкостей при исследовании процессов формования в головке экструдера. Этой проблеме посвящен разд. 13,1. [c.427]

В результате экспериментов установлено, что на большей части червяка экструдера сосуш,ествуют твердая и жидкая фазы, однако разделение их приводит к образованию слоя расплава у толкающего гребня червяка и твердой полимерной пробки у тянущего гребня. Ширина слоя расплава постепенно увеличивается в направлении вдоль винтового канала, в то время как ширина твердой пробки умень -шается. Твердая пробка, имеющая форму непрерывной винтовой ленты изменяющейся ширины и высоты, медленно движется по каналу (аналогично гайке по червяку), скользя по направлению к выходу и постепенно расплавляясь. Все поперечное сечение канала червяка от точки начала плавления до загрузочной воронки заполнено нерасплавленным полимером, который по мере приближения к загрузочному отверстию становится все более рыхлым. Уплотнение твердого полимера позволяет получать экструдат, не содержащий воздушных включений пустоты между частицами (гранулами) твердого полимера обеспечивают беспрепятственный проход воздушных пузырьков из глубины экструдера к загрузочной воронке. Причем частицы твердого полимера движутся по каналу червяка к головке, а воздушные пузырьки остаются неподвижными. Хотя описанное выше поведение расплава в экструдерах является достаточно общим как для аморфных, так и для кристаллических полимеров, малых и больших экструдеров и разнообразных условий работы, оказалось, что при переработке некоторых композиционных материалов на основе ПВХ слой расплава скапливается у передней стенки канала червяка [12]. Кроме того, в больших экструдерах отсутствует отдельный слой расплава на боковой поверхности канала червяка, чаще наблюдается увеличение толщины слоя расплава на поверхности цилиндра [131. Как отмечалось в разд. 9.10, диссипативное плавление — смешение возможно в червячных экструдерах в условиях, которые приводят к возникновению высокого давления в зоне питания. В данном разделе будет рассмотрен процесс плавления, протекающий по обычному механизму. Отметим, что на большей части длины экструдера [c.429]

В загрузочной воронке мы начинаем медленное и в некоторой степени неустойчивое движение вниз, которое сопровождается многократно повторяющимися столкновениями с соседними гранулами и кратковременными зависаниями в своде. Это продолжается до тех пор, пока мы не достигнем зоны сужения — горловины питающего отверстия. Здесь винтовой гребень подхватывает гранулы и толкает их вперед. Он мгновенно догоняет нашу гранулу, и она начинает вращаться (при этом изменяется ее система координат). Теперь мы регистрируем свое движение относительно червяка, и поэтому кажется, что цилиндр вращается в противоположном направлении. Мы находимся в мелком канале, ограниченном гребнями червяка, его сердечником и поверхностью цилиндра, и начинаем медленное движение по каналу, сохраняя свое местоположение относительно ограничивающих канал стенок. По мере передвижения соседние гранулы нажимают на нашу гранулу со все возрастающим усилием, причем пространство между гранулами постепенно уменьшается. Большинство гранул испытывает такое же воздействие, за исключением тех, которые контактируют с цилиндром и червяком. Движущаяся поверхность цилиндра оказывает интенсивное тормозящее воздействие, в то время как трение о поверхность червяка приводит к возникновению силы трения, направленной вдоль винтового канала. Из разд. 8.13 известно, что это торможение о поверхность цилиндра является движущей силой, вызывающей перемещение частиц твердого полимера в канале червяка. Оба эти фрикционных процесса приводят к выделению тепла, возрастанию температуры полимера, и в особенности слоя, расположенного у поверхности цилиндра. В каком-то сечении температура слоя может превысить температуру плавления или размягчения полимера, и фрикционное торможение переходит в вязкое трение, т. е. твердый полимер перемещается по каналу червяка за счет напряжений сдвига, генерируемых в пленке расплава. Однако в более общем случае еще до начала сколько-нибудь значительного фрикционного разогрева экстремальные условия достигаются на тех участках, где цилиндр разогрет до температуры, превышающей температуру плавления, что ускоряет появление пленки расплава. Это означает окончание той части процесса транспортировки гранул, которая происходит в зоне питания, когда в экструдере присутствует только твердый нерасплавленный материал. К этому моменту наша гранула оказывается до некоторой степени деформированной соседними гранулами, с которыми она тесно контактирует, образуя вместе с ними достаточно прочный, хотя и деформируемый твердый блок, движущийся подобно пробке по каналу червяка. Тонкая пленка, отделяющая слой нерасплавлениого полимера от цилиндра, подвергается интенсивной деформации сдвига. Разогрев твердой пробки происходит как за счет тепла, генерируе- [c.431]

Возможно, наиболее серьезным допущением в модели Дарнелла и Мола является предположение об изотропности распределения напряжений. Возвращаясь к разд. 8.9, можно предположить, что распределение напряжений в канале червяка достаточно сложное. Шнейдер впервые попытался учесть неизотропность распределения давлений [17. Предполагая существование некоторого определенного соотношения между сжимающими напряжениями во взаимно перпендикулярных направлениях и принимая во внимание геометрию твердой пробки, он получил более реальное распределение напряжений, при котором давление, воздействующее со стороны нерасплавленного полимера на гребни, сердечник червяка и поверхность цилиндра, имело различные значения и было меньше, чем давление вдоль оси винтового канала. Отношение между первым и последним составляло примерно 0,3—0,4. [c.436]

Механизм плавления в червячных экструдерах впервые был сформулирован Тадмором [22], исходя из описанных ранее визуальных наблюдений. Модель основана на использовании допущения о том, что расплав является ньютоновской жидкостью, а глубина канала мала. Предполагается также, что поперечные сечения винтового канала и твердой пробки имеют прямоугольную форму (см. рис. 12.8). Обозначим ширину твердого слоя X. Одной из основных моделей является расчет профиля твердого слоя X (г). Результаты такого расчета легко проверить экспериментально. Произведение [c.441]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология