В данной работе основным рассматриваемым оборудованием является экструдер.
Основным узлом экструдера, независимо от его функционального назначения, является червяк-шнек, при вращении которого загружаемый в цилиндр материал в виде порошка, гранул, расплавленной или размягчённой массы подвергается перемешиванию, уплотнению, размягчению и гомогенизации, причём степень завершения этих процессов зависит от конструкции шнека, его длины и числа оборотов, а также температурного режима и свойств пластмассы.
Шаг винтовой линии червяка t рекомендуется принимать равным диаметру червяка и постоянным по длине червяка:
t = (0,8 ÷ 1,2)D, (3.6)
где D – наружный диаметр червяка, см.
Для ПЭ шаг рекомендуется принимать равным 1D:
t = 1*60 = 60 мм
Ширину гребня витка червяка рекомендуется принимать
е = (0,06 ÷ 0,1) D, (3.7)
Меньшие значения для больших диаметров червяка (125, 160, 200 мм), большие для малых диаметров (32, 45, 60 и 90 мм).
е = 0,1 *60 = 6 мм
Радиальный зазор δ между внутренней поверхностью корпуса и наружной витка червяка ( за счет уменьшения диаметра червяка) рекомендуется принимать
δ = (0,002 ÷ 0,003) D, (3.8)
Меньшие значения для больших машин.
δ = 0,0025 * 60 = 0,15 мм
Определение глубины винтового канала червяка производится по эмпирической формуле:
h1 = (0,12 ÷0,16) D, (3.9)
где h1 – глубина винтового канала под загрузочной воронкой;
h2 = 0,5*[D — √D2 — 4h0/i * (D – h0)], (3.10)
где h2 – глубина винтового канала на конце червяка;
h0 – высота винтового канала под загрузочной воронкой, см;
i – число заходов.
h1 = 0,15 * 60 = 9 мм
h2 = 0,5*[60 — √602 – 43,6/1 * (60 – 3,6)] = 3,6 мм
3.2.1. Расчет производительности червяка.
Произведём расчёт производительности экструдера при данных приведенных в таблице 3.1.
Таблица 3.1
Параметры экструдера
|
Сырьё |
ПЭВД |
|
Плотность при 20°С, г/см³ |
0,92 |
|
Диапазон параметров технологического режима (шнек с водяным охлаждением; цилиндр с электрообогревом): |
|
|
Число оборотов n, об/мин. |
15-60 |
|
Давление перед головкой, Н/см² |
0-2000 |
|
Температура расплава в витках шнека Тв, К |
450 |
|
Температура расплава в зазоре между витками и цилиндром Тз, К |
470 |
|
Размеры шнека в мм: |
|
|
наружный диаметр D |
60 |
|
шаг t |
60 |
|
длина общая L (L=20D) |
1200 |
|
длина третьей зоны LIII |
300 |
|
глубина средняя в I зоне hI |
9 |
|
глубина средняя в III зоне hIII |
3,6 |
|
толщина витка е |
6 |
|
зазор шнека в цилиндре δ |
0,15 |
Угол наклона винтовой линий:
φ = arctg/2пRср = arctg t/п(2R1-h) (3.11)
φ = arctg 60/3,14(60-9) = arctg 0,375
φ = 20º54′
sinφ = 0,351 ; cosφ = 0,936
Для определения производительности предварительно подсчитываем значение коэффициентов, входящих в формулу (3.2):
Q = λ∙K n/K+β+γ (3.12)
λ = П∙D∙h(t-e)∙cos²φ/120 (3.13)
D – диаметр червяка;
K — общее сопротивление червяка;
t – шаг винтовой линии;
e – ширина гребня;
h – глубина винтового канала.
λ = 3,14∙6,0∙0,9(6,0-0,6)∙(0,936)²/120 = 0,668 см³
β = h³∙ (t-e)∙sinφ∙cosφ/12∙ℓo (3.14)
ℓo – длина червяка.
β = 0,9³∙(6,0-0,6)∙(0,936∙0,351)/12∙120 = 0,9∙10־³см³
γ = п²∙D²∙δ³∙tg²φ∙sinφ ÷ 10 (3.15)
δ – зазор между гребнями винтовой нарезки червяка и гильзой, мм;
γ = 3,14²∙6,0²∙0,015³∙0,375∙0,351/10∙0,6∙120 = 2,2∙ 10-7 см³
Определяем производительность по формуле:
Q = 0,668∙0,105∙60/0,105 +0,9∙10ˉ³+ 2,2∙10ˉ7 = 40,1 см³∕сек
Или при удельном весе ПЭ γо = 0,74 кг/дм³
Q = 40,1∙0,74∙3,6 = 106,8 кг/час.
Производительность экструдера по расчету будет равна 106,8 кг/час.
Эта производительность экструдера вначале с глубиной нарезки червяка 6мм.