Расчет производительности зоны загрузки одношнекового экструдера

Основное предположение при анализе работы зоны загрузки заключается в том, что твердые частицы полимера, уплотняясь, образуют эластичную пробку, в которой отсутствуют деформации сдвига. На пробку действуют силы трения, которые возникают между поверхностями пробки, цилиндра и шнека. Разные исследователи предлагают свои формулы для расчета производительности зоны загрузки одношнекового экструдера.

Формула В. А. Силина для случая неравенства коэффициентов трения о поверхность шнека f_s и цилиндра^:

где G— массовая производительность зоны загрузки; D— наружный диаметр шнека (см. рис. 2.7); d — диаметр сердечника шнека; N — частота вращения шнека; t— шаг нарезки шнека по наружному диаметру; е— ширина гребня нарезки шнека вдоль его оси; р — насыпная масса полимера; у — коэффициент заполнения винтового канала в зоне загрузки; ар — угол подъема винтовой линии по наружному диаметру шнека; а^—угол подъема винтовой линии по диаметру сердечника шнека; (90 — р) — угол направления движения пробки материала относительно плоскости, перпендикулярной оси шнека и цилиндра (см. рис. 2.11); к —fjfs — отношение коэффициентов трения полимера о поверхности цилиндра и шнека.

Формула В. А. Силина для случая равенства коэффициентов трения f_s и ?

Формула В. С. Рахманова для расчета объемной производительности Q зоны загрузки одношнекового экструдера:

Формула Д. М. Мак-Келви для этой цели:

где И’и, А — ширина и высота винтового канала (см. рис. 2.13).

Формула К. Шнейдера для этой же цели:

Формула Г. Шенкеля для аналогичной цели:

В. Дарнелл и Е. Мол получили следующее выражение для расчета объемной производительности рассматриваемой зоны:

Несмотря на большое число формул, предложенных разными исследователями для расчета производительности зоны загрузки одношнековых экструдеров, тщательные экспериментальные исследования этого вопроса не проведены. В связи с этим нельзя быть уверенным в том, что выводы этих формул вполне корректны.

Достоверность некоторых из приведенных формул проверена В. С. Кимом с сотр. на экспериментальном одношнековом экструдере с прозрачным цилиндром (см. рис. 2.9).

Результаты экспериментов с гранулированным ударопрочным полистиролом при свободном выходе экструдата (без дросселирования) из зоны загрузки приведены на рис. 2.18.

Наилучшее совпадение с экспериментальными данными (кривая 5) дает формула В. А. Силина (кривая 3), наихудшее — формула В. С. Рахманова (кривая 4). Расчеты по формулам Г. Шенкеля (кривая 2) и Дарнелла—Мола (кривая 1) дают результаты, завышенные по сравнению с экспериментальными данными (кривая 5).

П. К. Кленк на основе анализа работы зоны загрузки с цилиндрами различной конструкции получил следующие уравнения для расчета ее объемной производительности:

для гладкого конического цилиндра.

где 8 — радиальный зазор между цилиндром и наружным диаметром шнека (см. рис. 2.7); остальные обозначения — см. пояснения к формулам (2.3) — (2.9); выражение (2.10) применимо только для коротких цилиндрических втулок с малой конусностью;

для цилиндров с прямоугольными пазами.

где /, B_t Я—соответственно число, ширина и глубина пазов во внутренней поверхности материального цилиндра в зоне загрузки;

Рис. 2.18. Теоретическая зависимость производительности зоны загрузки от частоты вращения шнека