Конструкция одношнекового экструдера

Одношнековый экструдер (рисунок 1) состоит из червяка 1, вра­щающегося внутри цилиндрического корпуса 2, на котором установлен бункер 11. Внутри корпуса, как правило, запрессо­вывается гильза 3 с азотированной, закаленной и термообработанной поверхностью. Обогрев корпуса осуществляется нагрева­телями 4, сгруппированными в несколько (как правило, три или четыре) тепловых зон. На конце корпуса устанавливается голов­ка с профилирующим инструментом 5, соединяющаяся с кор­пусом экструдера посредством адаптера 6. Между червяком и адаптером располагается решетка с пакетом фильтрующих се­ток 7. Корпус устанавливается на станине 8. Осевое усилие вос­принимается блоком упорных подшипников 10. Привод червяка осуществляется от регулируемого электродвигателя через шес­теренчатый редуктор 9.

                         Рисунок 1- Одношнековый экструдер

Бункер изготавливается из листовой стали или алюминиевых сплавов со смотровым окном для конт­роля за уровнем находящегося в бункере материала. Для пе­реработки материалов, склонных к сводообразованию (зависа­нию), в бункере устанавливают перемешивающее устройство. Бункера экструдеров, предназначенных для переработки мате­риалов с низкой сыпучестью (порошки, отходы производства пленок и нитей), оборудуют устройствами для предварительно­го уплотнения материала. Для переработки гидрофильных полимеров применяют бункера с вакуумированием с целью уда­ления влаги и летучих. В не­которых случаях используют бункера, в которых материал подогревается горячим возду­хом (рисунок 2).

1 - распределительные сопла; 2 - корпус бункера; 3 - магнитный затвор; 4 - патру­бок для отвода воздуха; 5 - загрузочный люк; 6 - промежуточная емкость; 7 - за­слонка, регулирующая подачу горячего воздуха; 8 -калорифер с регулятором тем­пературы подогрева воздуха; 9 - вентиля­тор; 10 - загрузочная воронка экструдера.

      Рисунок 2- Бункер с предварительным подогревом гранул

Шнеки. В современных экструдерах применяются шнеки с относительной длиной L/ D= 15/35. Диаметр шнеков регламентируется ГОСТ 14773—80 и может составлять 20; 32; 45; 63; 90; 125; 160; 200; 250; 320; 450; 630 мм. Наиболее распространены так называемые зонированные шнеки (рисунок 3), на которых можно выделить зону питания,зону плав­ления  и зону дозирования.

Экструзионный материал может поступать на переработку в виде гранул или порошка. Гранулы загружаются в бункер и че­рез загрузочное отверстие поступают к шнеку. Продвигаясь вдоль шнека, гранулы расплавляются, расплав продавливает­ся через решетку и пакет фильтр- ующих сеток. Затем расплав проходит через конический диффузор (адаптер) в головку, в ко­торой установлен профилирующий инструмент.      

Шнек — это основной рабочий орган экструдера. Он заби­рает непластицированный материал от загрузочного отверстия, пластицирует его и равномерно подает в виде гомогенного рас­плава к головке. Продвигаясь по каналу шнека, материал разогревается как за счет тепла, выделяющегося вследствие вязкого трения, так и тепла, подводимого от расположенных на корпусе нагревателей. В результате уплотнения из материа­ла удаляется захваченный вместе с гранулами (или порошком)

воздух, и удельный объем пробки гранул уменьшается. Для ком­пенсации уменьшения удельного объема гранулята канал шнека выполняется с уменьшающимся объемом витка. Поэтому глубина винтового канала шнека на выходе всегда меньше, чем на входе.

По характеру процессов, протекающих на каждом участке червяка, его обычно можно разделить по длине на три основ­ные зоны:

· зона питания(или зона загрузки) — участок, на котором перерабатываемый материал находится в твердом состоянии;

· зона сжатия(или зона плавления) — участок, на котором почти полностью происходит плавление материала;

· зона дозирования— участок, на котором материал находит­ся в расплавленном вязкотекучем состоянии.

Шнек, представленный на рисунке 3, имеет явно выражен­ную зону плавления. В зоне питания глубина канала макси­мальна. В зоне плавления она постепенно уменьшается до зна­чения, соответствующего зоне дозирования. По мере приближе­ния к головке площадь поперечного сечения канала шнека сокращается. Это достигается в результате уменьшения глуби­ны канала шнека, вследствие снижения шага нарезки или за счет того и другого одновременно.

Рисунок 3- Пластицирующий шнек

Корпус. Корпус одношнекового экструдера изготавливает из поковок, выполненных из стали 45. Крепление корпуса к блоку подшипников осуществляют фланцевым соединением. Для переработки порошко- образных полимеров на уча­стке зоны питания устанавливают втулку с рифленой внутренней поверхностью. Обогрев корпуса осуществляется нагревателями сопротивле­ния. Иногда для этой цели применяют индукционные нагревате­ли, паровой или масляный обогрев.

Привод экструдера. Способы регулирования частоты враще­ния червяка зависят от необходимого диапазона регулирова­ния. Чаще всего в качестве привода применяют электродвига­тели постоянного тока с тиристорным управлением и коллектор­ные двигатели переменного тока. Некоторое распространение получил гидропривод и асинхронные двигатели в сочетании с механическими шестеренчатыми редукторами. Выбранный привод должен надежно обеспечивать необходи­мый для работы экструдера вращающий момент во всем рабо­чем диапазоне частот вращения червяка.

Головка экструдера — это профилирующий инструмент, придаю­щий необходимую форму выдавливаемой струе полимера. От степени совершенства конструкции головки в значительной ме­ре зависит точность поперечных размеров экструдируемого из­делия и качество его поверхности. В соответствии с этим назна­чением конструкция головки должна удовлетворять следующим требованиям:

1) она должна способствовать формированию по­перечного сечения потока, соответствующего форме сечения экструдируемого изделия;

2) геометрические размеры профили­рующей щели и углы выхода должны обеспечивать возможность работы с максимальными значениями производительности, при которых еще не наблюдается «эластической турбулентности»;

3) конфигурация каналов должна исключать образование в них зон застоя;

4) головка должна обладать достаточным сопротив­лением, чтобы на выходе из шнека создавалось противодавле­ние, обеспечивающее качественное смешение и гомогенизацию полимера;

5) конструкция профилирующих органов должна быть достаточно жесткой, чтобы при любых рабочих давлениях сечение проточной части оставалось неизменным;

6) конструк­ция головки должна обеспечивать возможность регулирования распределения объемного расхода по периметру струи для устранения влияния неточностей расчета и изготовления на про­филь экструдируемого изделия. [1]