ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ

Техническое решение относится к устройствам для грануляции пластичных, пастообразных и высоковязких структурированных веществ и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горноперерабатывающей, фармакологической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах переработки твердообразных отходов.
Известна конструкция промышленного гранулятора ФШ 020К01, состоящего из корпуса, загрузочной камеры, составного шнека с протирочной головкой, двухроторного нагнетателя, фильерной решетки, зажима фильерной решетки, пневмоцилиндров и узла привода (А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. Т.2.-Калуг: Издательство Н. Бочкаревой, 2002, с.283).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокая вязкость перерабатываемых материалов, которые не позволяют выдавливать гранулы через отверстия фильерной решетки с большой скоростью, что снижает производительность гранулятора.
Известна конструкция гранулятора, включающая шнековый формователь с выпускными отверстиями и торцевой фильерной решеткой и вращающийся диск, установленный перед фильерной решеткой с зазором относительно нее и перпендикулярно оси шнека, при этом периферийная часть диска, расположенная напротив фильерной решетки, выполнена из высокоэластичного материала с прорезями, причем прорези выполнены под углом к радиусу направления, противоположном направлению вращения диска (Авт. св. СССР №1258466, B01J 2/20, 1986).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокая эффективная вязкость пластичных, пастообразных и структурированных материалов, предназначенных для гранулирования, которая не позволяет выдавливать перерабатываемый материал в выпускные отверстия с большой скоростью, что снижает производительность по гранулам.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и выбранному за прототип является экструдер для получения гранул содержащий цилиндрический корпус, расположенные в корпусе червяк и прерыватель, укрепленный на выходном конце червяка, формующую головку с шайбой, укрепленную на торце корпуса и имеющую аксиальные выпускные отверстия, смещенные относительно червяка, и привод вращения червяка, при этом прерыватель выполнен в виде диска овальной формы, а формующая головка имеет поперечное сечение внутренней поверхности в форме эллипса и снабжена эластичным диском, в котором выполнены выпускные отверстия, причем диаметр окружности, проходящей через оси выпускных отверстий, не превышает максимального размера овального диска. Кроме того, отношение максимального размера овального диска к минимальному диаметру эллипса составляет 0,8-0,95, а сам экструдер снабжен пружиной установленной между червяком и приводом вращения (Авт. св. СССР №1586766, B01J 2/20, 1990).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится малая амплитуда колебаний при вращении червяка и прерывателя из-за их большой массы и сопротивления перерабатываемого материала в корпусе, что не позволяет снизить в достаточной мере эффективную вязкость перерабатываемой среды, приводит к малой скорости ее подачи в выпускные отверстия при формовании гранул, а значит приводит к невысокой производительности по гранулам. Кроме того, быстрый износ выпускных отверстий в эластичном диске и консольная установка червяка и прерывателя без опоры на выходном конце приводит к трению гребней червяка о внутреннюю рабочую поверхность корпуса, их механическому износу, требующему периодической остановки работы экструдера, а значит снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции экструдера является повышение производительности за счет увеличения амплитуды колебаний прерывателя и уменьшения эффективной вязкости перерабатываемой среды, а также увеличение времени непрерывной работы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в экструдере для получения гранул, содержащем цилиндрический корпус, расположенные в корпусе червяк и прерыватель овальной формы, формующую головку с выпускными отверстиями, имеющей поперечное сечение внутренней поверхности в форме эллипса, привод вращения червяка и пружину, отличающийся тем, что выпускные отверстия расположены симметрично на малой оси эллипса формующей головки, прерыватель закреплен посредством пружины на конце червяка и снабжен валиком, установленным в подшипнике, расположенном в съемной крышке, при этом размер большой оси овала прерывателя равен внутреннему размеру малой оси эллипса формующей головки.
Симметричное расположение выпускных отверстий на малой оси эллипса, образованного поперечным сечением формующей головки, позволяет сохранять динамическое равновесие при выдавливании перерабатываемого материала через эти отверстия, уменьшая динамические нагрузки при колебаниях давления внутри формующей головки, а значит, увеличивает срок службы и способствует повышению производительности за счет длительной работы без остановок на ремонт.
Выполнение размера большой оси овала прерывателя равным внутреннему размеру малой оси эллипса формующей головки, позволяет периодически при вращении прерывателя перекрывать выпускные отверстия без применения специально установленного диска из эластичного материала, который быстро изнашивается с потерей эластичных свойств и калибра выпускных отверстий. Поэтому в экструдере с заявленными размерами осей овала прерывателя и эллипса формующей головки срок службы экструдера возрастает, что приводит к росту производительности.
Рост производительности также обеспечивает установка цилиндрической пружины между концом червяка и прерывателя, так как малая инерция прерывателя и гидроклин образующийся при вращении червяка в зазоре между прерывателем овальной формы и формующей головкой, имеющей поперечное сечение внутренней поверхности в форме эллипса, позволяют перевести работу формующей головки, выпускающей перерабатываемый материал через выпускные отверстия и калибрующей гранулы, в колебательный режим с большой амплитудой, что способствует уменьшению эффективной вязкости перерабатываемой среды, повышению ее текучести и скорости течения перерабатываемого материала в выпускных отверстиях, а значит и росту производительности. Снабжение прерывателя валиком, установленным в подшипнике, расположенным в съемной крышке предотвращает смещение червяка относительно оси экструдера, приводящее к трению гребней червяка о внутреннюю поверхность корпуса и их износу, что уменьшает срок службы, увеличивает время ремонта, а значит приводит к снижению производительности.
Таким образом, симметрическое расположение выпускных отверстий на малой оси эллипса формующей головки, равенство внутреннего размера этой оси размеру большой оси овала прерывателя, установка цилиндрической пружины между концом червяка и прерывателем, а также выполнение на свободном конце прерывателя валика, закрепленного в подшипнике, который установлен в съемной крышке, позволяет увеличить время непрерывной работы без остановок на ремонт и замену изношенных гребней шнека, внутренней рабочей поверхности цилиндрического корпуса и выпускных отверстий и позволяет увеличить производительность экструдера для получения гранул. Кроме того, периодические изменения скорости вращения формующей головки с большой амплитудой колебаний приводит к снижению эффективной вязкости перерабатываемой среды, что увеличивает скорость ее течения через выпускные отверстия, а значит значительному росту производительности.
На фиг.1 показан продольный разрез экструдера; на фиг.2 - поперечное сечение А-А фиг.1.
Экструдер для получения гранул содержит цилиндрический корпус 1, расположенные в корпусе червяк 2 и прерыватель овальной формы 3, укрепленный на конце червяка 2 и имеющий овальную форму, формующую головку 4, укрепленную на торце корпуса 1 и имеющую поперечное сечение в форме эллипса, выпускные отверстия 5 расположенные симметрично на малой оси эллипса формующей головки 4, при этом размер большой оси овала прерывателя 3 равен внутреннему размеру малой оси эллипса формующей головки 4. Экструдер снабжен приводом вращения червяка 6, вал которого соединен с червяком 2 посредством муфты 7, а прерыватель 3 закреплен на конце червяка 2 посредствам пружины 8. Торец корпуса 1 закрыт съемной крышкой 9, в которой установлен подшипник 10, при этом прерыватель 3 снабжен валиком 11, установленным в этом подшипнике.
Экструдер работает следующим образом. Перерабатываемый материал подается червяком 2 к выпускным отверстиям 5 формующей головки 4, имеющей поперечное сечение внутренней поверхности в форме эллипса. Прерыватель 3 получает вращение от привода вращения червяка 6 через муфту 7, червяк 2 и цилиндрическую пружину 8. Так как прерыватель 3 имеет овальную форму, то он образует канал переменного сечения, то запирающего выпускные отверстия 5 как показано на фиг.2, так как размер малой оси эллипса формующей головки равен размеру большой оси овала прерывателя 3, то открывающего их. Когда выпускные отверстия 5 открыты, перерабатываемый материал проходит сквозь них наружу, когда закрыты - подача перерабатываемого материала прекращается, и образующиеся гранулы отделяются от выпускных отверстий 5. При вращении прерывателя закрепленного посредством цилиндрической пружины 8 на торце червяка 2, из-за образующегося гидроклина между овальной поверхностью прерывателя 3 и поперечным сечением в форме эллипса формующей головки прерыватель то замедляет свое движение с накоплением упругой энергии в цилиндрической пружине, то ускоряет это движение. Периодическое колебательное вращение с большой амплитудой колебаний прерывателя 3 приводит к снижению эффективной вязкости и колебаниям давления, которое не только увеличивает скорость движения перерабатываемого материала, а значит и производительность, но и уплотняет перерабатываемый материал, находящийся в отверстиях 5, с получением на выходе гранул с гладкой поверхностью и однородных по форме и размерам. Кроме того, дополнительная опора червяка 2 и прерывателя 3, образованная валиком 11 с подшипником 10, не позволяет гребням червяка 2 соприкасаться при вращении с рабочей внутренней поверхностью корпуса 1, что увеличивает срок службы экструдера, а значит его производительность.
Таким образом, симметричное расположение выпускных отверстии на малой оси эллипса формующей головки с выполнением условия равенства размера большой оси овала прерывателя внутреннему размеру малой оси эллипса формующей головки, закрепление прерывателя посредством пружины на конце червяка и снабжение его валиком, установленным в подшипнике, расположенном в съемной крышке позволяет получать гранулы с высокой производительностью за счет увеличения срока службы без остановки на ремонт и замену износившихся рабочей внутренней поверхности корпуса, гребней шнека и выпускных отверстий. Кроме того, колебание скорости вращения формующей головки с большой скоростью и амплитудой уменьшает эффективную вязкость перерабатываемого материала, увеличивают скорость его течения через выпускные отверстия, что также способствует возрастанию производительности.