ПРЕСС-ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАГРЕТОГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемое техническое решение относится к конструкции червячных машин (экструдеров) и может найти применение в химической, нефтехимической, строительной, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности.
Известны конструкции одночервячных экструдеров состоящих из червяка, вращающегося внутри цилиндрического корпуса, нагревателя, установленного снаружи цилиндрического корпуса и с головки с профилирующим инструментом, закрепленной на конце червяка (Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. Теория и методы расчетов. - М.: Химия, 1972, с. 199).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится малое время пребывания перерабатываемой композиции между витками червяка из-за недостаточной циркуляции этой композиции в межвитковых зазорах червяка. Это приводит к необходимости уменьшения скорости вращения червяка и снижает производительность.
Известны конструкции двухчервячных смесителей для смешения высоковязких полимерных композиций, представляющие собой машину со спаренными взимозацепляющимися и вращающимися в одном направлении червяка со смесительными лопастями. Технологический блок смесителя состоит из трех секций - загрузки, смесителя и пластификатора с дросселирующими элементами и нагнетания (дозирования). Загрузочные червяки с большим межвитковым объемом и глубокой нарезкой захватывают перерабатываемый материал и транспортируют его в камеру смешения, В которой он пластифицируется и перемешивается под давлением двумя взаимозацепляющимися смесительными лопастями (Машины и аппараты химических производств нефтепереработки, под общей редакции А.С. Тимонина. - Калуга: Издательство Ноосфера, 2017, с. 846).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится малое время пребывания композиции в зоне смешения из-за отсутствия циркуляции этих композиций в зоне смешения. Это вызывает необходимость уменьшать скорость вращения смесительных лопастей и снижает производительность.
1
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является пресс-экструдер для переработки нагретого материала, содержащий 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 Di выбрано из соотношения:
1
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 образование с кольцевой проточкой кольцевого лабиринтного уплотнения, препятствующего обратному потоку перерабатываемого материала (Описание полезной модели к патенту РФ №171784, В30В 11/24, В29С 47/38, В29В 7/42, 2017 г).
Недостатком известной конструкции пресс-экструдера для переработки нагретого материала является малое время циркуляции этого материала в межвитковых зазорах, что приводит к недостаточному качеству смешения и выравнивания температуры по объему материала. Нивелирование этого недостатка за счет уменьшения скорости вращения шнека приводит к увеличению времени циркуляции, но снижает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности.
1
1
Поставленный технический результат достигается тем, что в пресс-экструдере для переработки нагретого материала, содержащий 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
а 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, причем в близи вала на каждом витке шнека выполнено сквозное отверстие, при этом диаметр этого отверстия и высота гребня шнека выбраны из соотношения:
0
где d - диаметр отверстия, м;
h - высота гребня шнека, м;
а сами отверстия в смежных гребнях смещены относительно друг друга на 180°.
Выполнение сквозного отверстия в нижней части каждого витка шнека позволяет за счет противодавления создавать обратный поток нагретого материала в межвитковом зазоре, что увеличивает время пребывания и качество смешения без уменьшения скорости вращения шнека, а значит способствует росту производительности.
Уменьшение нижнего предела соотношения  в выражение (1) не позволяет создавать обратный поток с достаточным переходом в нем нагретого материала, что снижает время перемешивания этого материала в межвитковым зазоре и приводит к снижению производительности.
Увеличение верхнего предела соотношению  в выражении (1) приводит к слишком большому обратному потоку нагретого материала в межвитковом зазоре, что тормозит осевое движение этого материала вдоль вала шнека к экструзионной головке и снижает производительность. Разворот отверстий в смежных гребнях шнека 180 препятствует образованию единого обратного потока нагретого материала через отверстие в гребнях, то есть выполняет ту же роль что и кольцо, закрепленное на валу напротив кольцевой проточки цилиндрического корпуса и выполненное из материала, обладающего эффектом памяти, что также способствует росту производительности.
На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции пресс-экструдера, фиг. 2 изображен увеличенный вид кольцевой проточки кольца, фиг. 3 изображен увеличенный виток шнека с выполненным сквозным отверстием.
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 посредство ребер 10 с возможностью вращения вместе с валом 8 и с образованием между валом 8 и кольцом 9 кольцевого зазора, рассеченного ребрами 10. Само кольцо 9 установлено напротив кольцевой проточки 7 и выполнено из материала, обладающего эффектом памяти.
В нижней части каждого витка шнека 8 выполнено сквозное отверстие 11, так, что диаметр этого отверстия и высота гребня шнека 8 подчиняются соотношению (1), а сами отверстия в смежных гребнях шнека 8 смещен относительно друг друга на 180°.
Так как в нижней части каждого витка шнека 8 выполнено сквозное отверстие 11, а сами эти отверстия в смежных гребнях шнека развернуты относительно друг друга на 180°, то под действием противодавления, возникающего в потоке нагретого материала, часть его через отверстие 11 движется назад, образуя обратный поток (или рецикл). Этот поток ударяется о сплошную поверхность смежного витка (отверстие в нем развернуто на 90°, то есть оси отверстий 11 в смежных витках не совмещаются) поворачивает к вершине гребня шнека, образуя циркуляционный контур, способствующий перемешиванию и выравниванию температуры в нагреваемой среде в каждом межвитковом зазоре. Это предупреждает образование застойных зон, особенно вблизи вала 8, где окружная скорость вращения наименьшая, предупреждает термическую деструкцию, увеличивает скорость обработки материала в межвитковом зазоре, что способствует росту производительности.
Таким образом, выполнение сквозного отверстия 11 в нижней части каждого витка шнека 8 и разворот этих отверстий 11 в смежных витках относительно друг друга на 180°. Создает дополнительное перемешивание нагретого материала в межвитковом зазоре шнека 8 с увеличением времени пребывания этого материала выравниванием температуры и концентрации его компонентов по объему предупреждает образование застойных зон особенно вблизи поверхности вала 8, а также термической деструкции материала и образования отложений на валу и гребня шнека 8, что позволяет увеличить производительность пресс-экструдера предлагаемой конструкции.