ПРЕСС-ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАГРЕТОГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемое техническое решение относится к аппаратам смешения и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности при проведении гидромеханических, массообменных и реакционных процессов, особенно с высоковязкими жидкостями.
Известен ленточный шнековый смеситель непрерывного действия, включающий цилиндрический корпус, привод, загрузочное отверстие, смещенное в сторону привода, узел выгрузки, находящийся на противоположном конце корпуса, и ленточный шнековый рабочий орган [Х. Герман. Шнековые машины в технологии. - Л.: Химия, 1975. С. 71-72].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится обратное перемешивание в кольцевой зоне, образующейся вдоль внутренней стенки корпуса, что приводит к неравномерности времени пребывания частиц перемешиваемой среды или реакционной массы в смесителе и снижению производительности.
Известен реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный на оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы. Реактор снабжен узлом принудительного радиально-осевого смешения, выполненным в виде набора пластин, жестко закрепленных на валах, установленных в средней части высоты гребней шнека параллельно приводному валу и имеющих возможность вращения посредством зубчатых колес, расположенных на одном из их концов, находящихся в зацеплении с шестерней, неподвижно закрепленной на стенке корпуса осесимметрично с приводным валом [Патент РФ №2314865, B01J 19/18, 2008].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится значительный разброс по времени пребывания части реакционной массы из-за однонаправленного обратного потока реакционной массы у стенки корпуса, что снижает производительность.
Известен пресс-экструдер, содержащий корпус основного привода с загрузочным бункером и питателем, составной шнек и цилиндрический корпус шнека, состоящий из разъемных частей. В месте соединения частей выполнены кольцевые проточки для жесткого закрепления в них кольца с внутренними пазами, направленными под углом к оси кольца. Кольцо имеет регулируемую толщину и выполнено в виде нескольких колец и шайб, общая толщина которых равна ширине кольцевой проточки [Описание изобретения к патенту РФ №2266821, В29С 47/38, В30В 11/24, А23Р 1/12, 2004].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, приводящая к увеличению времени сборки и разборки пресс-экструдера при ремонте и подготовке к работе, что снижает рабочее время и производительность.
Известен пресс-экструдер, содержащий цилиндр с загрузочным отверстием, размещенный в цилиндре составной шнек с лопастями и выходной матрицей с фильерой. На внутренней поверхности цилиндра жестко закреплена по меньшей мере одна матрица с фильерами, причем указанная матрица и шнек расположены с зазором между ними [Описание изобретения к патенту РФ №2353522, В30В 9/14, 2009].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность разборки и сборки составного шнека, что приводит к повышенным затратам времени при ремонте и обслуживания в работе и уменьшает рабочее время и производительность.
1
1
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является пресс-экструдер, содержащий корпус с приводом, загрузочным бункером и питателем, шнек, расположенный в цилиндрическом корпусе, выполненном разъемным из частей, в месте соединения которых выполнена кольцевая проточка, кольцо, установленное в упомянутой кольцевой проточке, и экструзионную головку, при этом кольцо жестко закреплено на валу шнека посредством ребер с возможностью вращения вместе с валом и с образованием между валом и кольцом кольцевого зазора, рассеченного ребрами, причем внутренний диаметр кольца d, диаметр кольцевой проточки D цилиндрического корпуса, внутренний кольца d и наружный диаметр витков шнека D выбраны из следующих соотношений:
; ,
[Патент на полезную модель РФ №152128, В30В 11/24; В29С 47/38; В29В 7/42; А23Р 1/12, 2014].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность разборки и сборки шнека, состоящего из разъемных частей, что приводит к повышенным затратам времени при ремонте и подготовке пресс-экструдера к работе, а значит, снижению рабочего времени и производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции пресс-экструдера является увеличение производительности.
1
1
Поставленной технический результат достигается тем, что в пресс-экструдере для переработки нагретого материала, содержащем цилиндрический корпус с приводом, загрузочным бункером, питателем и экструзионной головкой, шнек, расположенный в цилиндрическом корпусе, выполненном с кольцевой проточкой, и кольцо, жестко закрепленное посредством ребер на валу шнека напротив кольцевой проточки цилиндрического корпуса с возможностью вращения вместе с валом шнека и с образованием между кольцом и упомянутым валом кольцевого зазора, рассеченного ребрами, причем внутренний диаметр кольца d и наружный диаметр витков шнека D выбраны из соотношения:
1
причем кольцо выполнено из материала с памятью формы с наружным диаметром d=D и жестко закреплено на валу шнека напротив кольцевой проточки корпуса с возможностью увеличения наружного диаметра при нагреве перерабатываемым материалом и образования с кольцевой проточкой кольцевого лабиринтного уплотнения, препятствующего обратному потоку перерабатываемого материала.
Установка кольца напротив кольцевой проточки позволяет при увеличении размеров наружного диаметра кольца d свободно размещаться ему в этой кольцевой проточке и вращаться в ней без трения и заклинивания боковых и торцовой поверхностей с образованием кольцевого лабиринтного (ступенчатого) гидрозатвора, предотвращающего обратный поток перерабатываемой среды, а значит, увеличивать производительность пресс-экструдера.
1
Выполнение наружного диаметра кольца d равным наружному диаметру витков шнека D позволяет быстро и свободно устанавливать шнек вместе с кольцом внутри цилиндрического корпуса, что уменьшает затраты времени на ремонт, сборку и разборку пресс-экструдера и увеличивает его производительность.
1
0
Выполнение кольца из материала, обладающего памятью формы, позволяет в холодном состоянии при обычной температуре обеспечивать наружный диаметр кольца d, равный наружному диаметру витков шнека D, а в рабочем состоянии при рабочих повышенных температурах увеличивать этот диаметр d за счет эффекта памяти до диаметра d, перекрывающего кольцевой канал между цилиндрическим корпусом и гребнями шнека с образованием в кольцевом зазоре гидрозатвора, предотвращающего обратный поток перерабатываемой горячей среды, что приводит к увеличению производительности.
0
1
При остановке работы пресс-экструдера и его охлаждении до обычной температуры кольцо, выполненное из материала, обладающего памятью формы, охлаждается и его наружный диаметр d уменьшается до диаметра d, равного диаметру гребней шнека D. Это позволяет быстро и легко демонтировать шнек с кольцом из цилиндрического корпуса, а после их ремонта также быстро осуществлять их сборку и подготовку к работе, что способствует увеличению рабочего времени и производительности.
На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции пресс-экструдера, на фиг. 2 - увеличенный фрагмент А этого разреза в зоне установки кольца напротив кольцевой выточки, при повышенной рабочей температуре.
1
1
1
Пресс-экструдер для переработки нагретого материала состоит из цилиндрического корпуса 1, привода 2, загрузочного бункера 3, питателя 4, экструзионной головки 5 и шнека 6, расположенного в цилиндрическом корпусе 1. В цилиндрическом корпусе 1 выполнена кольцевая проточка 7, а на валу 8 шнека 6 жестко закреплено кольцо 9 посредством ребер 10 с возможностью вращения вместе с валом 8 и с образованием между валом 8 и кольцом 9 кольцевого зазора, рассеченного ребрами 10, причем внутренний диаметр d кольца 9 и наружный диаметр D витков шнека 6 выбраны из соотношения (1), а наружный диаметр d кольца 9 при обычной температуре равен наружному диаметру D витков шнека 6. Кольцо 9 установлено напротив кольцевой проточки 7 и выполнено из материала, обладающего памятью формы, например, нитинола или других материалов [Физические эффекты в машиностроени: Справочник / В.А. Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др. Под общей редакцией В.А. Лукьянца. – М.: Машиностроение, 1993, с. 149-152].
Сборка пресс-экструдера для переработки нагретого материала осуществляется следующим образом.
1
Так как наружный диаметр d кольца 9 при обычной температуре равен наружному диаметру D витков шнека 6, то шнек 6 вместе с кольцом 9 устанавливают внутри цилиндрического корпуса 1 и соединяют с приводом 2. На другом конце на цилиндрическом корпусе 1 с помощью крепежных деталей устанавливают экструзионную головку 5.
Пресс-экструдер для переработки нагретого материала работает следующим образом.
Нагретый перерабатываемый материал подают через загрузочный бункер 3 питателем 4 на вход цилиндрического корпуса 1. Включают привод 2, который вращает вал 8 со шнеком 6, гребни которого перемещают перерабатываемый материал в экструзионную головку 5.
0
0
Нагретый перерабатываемый материал нагревает кольцо 9, а так как оно выполнено из материала, обладающего памятью формы, то его наружный диаметр возрастает до d>d. Кольцо 9 установлено напротив кольцевой проточки 7, поэтому нагретое кольцо 9 с увеличенным диаметром d свободно без трения устанавливается внутри кольцевой проточки 7, образуя кольцевое лабиринтное уплотнение, препятствующее образованию обратного потока перерабатываемого материала в кольцевой проточки 7 между гребнями шнека 6 и цилиндрическим корпусом 1 (фиг. 2). Это способствует увеличению расхода перерабатываемого материала через экструзионную головку 5 и увеличению производительности.
o
При остановке работы пресс-экструдера прекращают подачу перерабатываемого материала питателем 4 через загрузочный бункер 3. Работающий привод 2 выдавливает вращающимся шнеком 6 оставшийся в цилиндрическом корпусе 1 перерабатываемый материал в экструзионную головку 5. Цилиндрический корпус 1 с валом 8, шнеком 6 и кольцом 9 остывают до обычной температуры, а так как кольцо 9 выполнено из материала, обладающего памятью формы, то его наружный диаметр d уменьшается до первоначального диаметра d. Затем снимают экструзионную головку 5, отсоединяют вал 8 от привода 2 и вынимают шнек 6 с валом 8 и кольцом 9 из цилиндрического корпуса 1.
ц
1
ц
Пример. Диаметр цилиндрического корпуса 5 пресс-экструдера D=100 мм; кольцевой канал между гребнями шнека, в котором двигается обратный поток перерабатываемого материала δ=1 мм. Тогда диаметр гребней шнека 7 составляет D=D-2⋅δ=98 мм.
0
Выбираем в качестве материала кольца 10 сплав Mn-Cu (90% Mn), имеющего диапазон температур, в котором происходит изменение формы t=(100÷270)°С. Рабочая температура перерабатываемого материала расплава полимера составляет 160°С, то есть соответствует диапазону изменения температур, в котором происходит изменение диаметра кольца 10 с d до d.
Обратимая деформация материалов, обладающих памятью формы, согласно вышеприведенному справочнику достигает 30%.
0
Полагаем, в нашем случае это изменение составляет 10%. Тогда при нагревании от 100 до 160°С наружный диаметр d=98 мм увеличивается до d=108 мм, то есть горячее кольцо 9 будет находиться внутри кольцевой проточки 7, образуя кольцевое лабиринтное уплотнение (фиг. 2), которое перекрывает кольцевой канал толщиной δ=1 мм между внутренней стенкой цилиндрического корпуса 1 и гребнями шнека 6, увеличивая производительность перерабатываемого материала, направляемого в экструзионную головку 5.
0
При остановке работы пресс-экструдера и остывании кольца 9 ниже 100°С за счет обратимой деформации оно уменьшает свой диаметр d=108 мм до первоначального размера d=98 мм.
1
Таким образом, установка кольца 9 напротив кольцевой проточки 7 с наружным диаметром d кольца 9, равного наружному диаметру витков шнека D, и выполнение кольца 9 из материала, обладающего памятью формы, позволяет увеличить производительность пресс-экструдера за счет предотвращения обратного потока перерабатываемой среды в кольцевом канале между гребнями шнека 8 и цилиндрическим корпусом 1 и уменьшения времени ремонта, сборки и разборки пресс-экструдера предлагаемой конструкции.