RU2214917C1

RU2214917C1 - Screw extruder

Info

Publication number: RU2214917C1
Application number: RU2003100272/12A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Остриков; К.В. Платов
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2003-01-04
Filing date: 2003-01-04
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: processing food-stuff; food-processing and other industries. SUBSTANCE: proposed screw extruder includes cylindrical housing terminating in molding head, loading unit and screw feeder. Molding head is rotatable relative to housing. Inner taper surface of molding head is provided with passage of varying section. Depth of said passage increases towards reduction of cone diameter. Outer surface of molding head is provided with bush having groove engageable with ball of hold-down unit. Contacting end parts of housing and molding head are provided with labyrinth seal. Proposed extruder ensures stabilization of pressure in pre-matrix zone at change of technological parameters of process due to energy arising at fluctuations of pressure of product passing through matrix. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, применяющих экструзию. The invention relates to the processing of food raw materials and can be used in food and processing industries using extrusion.

Известен шнековый экструдер (Пат. 2147995, В 30 В 11/22, опубл. 27.04.2000 г. , Б. И. 12), в котором формующая головка выполнена с возможностью свободного перемещения относительно прессующего корпуса и снабжена устройством для измерения крутящего момента. A known screw extruder (Pat. 2147995, 30 V 11/22, publ. 04/27/2000, B.I. 12), in which the forming head is made with the possibility of free movement relative to the pressing housing and is equipped with a device for measuring torque.

Недостатком данного устройства является отсутствие воздействий на параметры процесса экструзии, поэтому величина давления в предматричной зоне экструдера может скачкообразно изменяться. Это приводит к нестабильности процесса экструзии и, в свою очередь, ведет к ухудшению качества получаемого продукта. The disadvantage of this device is the absence of effects on the parameters of the extrusion process, so the pressure in the prematrix zone of the extruder can change stepwise. This leads to instability of the extrusion process and, in turn, leads to a deterioration in the quality of the resulting product.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в матричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет энергии, появляющейся при пульсациях давления продукта, проходящего через матрицу. An object of the invention is to stabilize the pressure in the matrix zone of the extruder when changing the process parameters during extrusion of various feedstock due to the energy that appears when the pressure pulsations of the product passing through the matrix.

Поставленная задача достигается тем, что в шнековом экструдере, содержащем цилиндрический корпус, оканчивающийся формующей головкой, выполненной с возможностью вращения относительно корпуса, загрузочное устройство и шнек, новым является то, что на внутренней конической поверхности формующей головки выполнен канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса, а на наружной поверхности формующей головки установлена втулка с канавкой, с которой взаимодействует шарик прижимного устройства, при этом контактирующие торцевые части корпуса и формующей головки имеют лабиринтное уплотнение. The problem is achieved in that in a screw extruder containing a cylindrical body ending with a forming head rotatably relative to the body, a loading device and a screw, new is that a channel of variable cross section is made on the inner conical surface of the forming head, the depth of which increases in the direction of reducing the diameter of the cone, and on the outer surface of the forming head there is a sleeve with a groove with which the ball of the pressing device interacts and, at the same time contacting the end of the housing and forming head has a labyrinth seal.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (пульсации давления, которая может возникнуть, например, при наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры смеси и т.д.) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления, посредством отвода части энергии движения продукта за счет регулирования силы прижатия шарика прижимным устройством. In case of violation of the stable operating mode of the extruder (pressure pulsation, which may occur, for example, if there is insufficient homogeneity of the composition of the mixture, a change in the operating mode or when changing the recipe of the mixture, etc.), rapid surgical intervention is required to maintain a stable pressure by means of removal part of the energy of the movement of the product due to the regulation of the pressure of the ball by the pressing device.

Шнековый экструдер (см. чертеж) содержит цилиндрический корпус 1, оканчивающийся формующей головкой 10, выполненной с возможностью вращения относительно корпуса, загрузочное устройство 2 и шнек 3. Формующая головка 10 закреплена в гильзе 4 на подшипниках 6 и 9. Гильза 4 накручивается на корпус 1 по резьбе и фиксируется при помощи стопорного болта 12. На внутренней конической поверхности формующей головки 10 выполнен канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса. Поверхность канала имеет гораздо большую шероховатость, чем поверхность шнека. The screw extruder (see drawing) contains a cylindrical housing 1 ending with a forming head 10 rotatably relative to the housing, a loading device 2 and a screw 3. The forming head 10 is mounted in a sleeve 4 on bearings 6 and 9. The sleeve 4 is screwed onto the housing 1 is threaded and fixed with a locking bolt 12. On the inner conical surface of the forming head 10 a channel of variable cross section is made, the depth of which increases in the direction of decreasing the diameter of the cone. The surface of the channel has a much greater roughness than the surface of the screw.

Для регулирования скорости вращения формующей головки 10 на ее наружной поверхности закреплена втулка 8 с канавкой, имеющей в сечении форму полуокружности, с которой взаимодействует поджимаемый пружиной шарик прижимного устройства 7. Для подачи смазки в подшипники 6, 9 и прижимного устройства 7 в гильзе 4 установлена масленка 11. Во избежание попадания продукта из рабочей камеры в подшипники 6 и 9 контактирующие торцевые части корпуса 1 и формующей головки 10 имеют лабиринтное уплотнение и проточки для установки сальникового уплотнения 5. To regulate the rotation speed of the forming head 10, a sleeve 8 is fixed on its outer surface with a groove having a semicircular cross-section, with which the ball of the pressing device 7 interacts with a spring-pressed ball. To supply lubricant to bearings 6, 9 and pressing device 7, a grease nipple is installed in sleeve 4 11. In order to prevent product from entering the working chamber into bearings 6 and 9, the contacting end parts of the housing 1 and the forming head 10 have a labyrinth seal and grooves for installing the packing 5.

Глубина канала, выполненного по внутренней поверхности формующей головки 10, увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса для увеличения проходного сечения канала, которое приводит к уменьшению гидравлического сопротивления и стабилизации скорости течения расплава экструдата по длине канала, а следовательно, и давления экструдирования (см. чертеж). The depth of the channel, made on the inner surface of the forming head 10, increases in the direction of decreasing the diameter of the cone to increase the bore of the channel, which leads to a decrease in hydraulic resistance and stabilization of the flow velocity of the melt of the extrudate along the length of the channel, and hence the extrusion pressure (see drawing) .

Предлагаемый экструдер работает следующим образом. The proposed extruder operates as follows.

Исходный продукт загружается в экструдер через загрузочный патрубок 2. Включается привод, и шнек 3 начинает захватывать и перемещать продукт. Затем продукт последовательно перемещается через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и дозирования при помощи вращающегося шнека 3. По мере продвижения продукт перемешивается в зоне смешивания, нагревается и размягчается. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления. Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает желаемого значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта. The initial product is loaded into the extruder through the loading pipe 2. The drive is turned on, and the screw 3 begins to capture and move the product. Then the product is sequentially moved through the zones of loading, mixing, homogenization and dosing using a rotating screw 3. As you move the product is mixed in the mixing zone, heated and softened. Further, in the homogenization zone, the transformation of the softened granules into a homogeneous melt occurs due to an increase in pressure. The melt pressure of the product in the dosing zone reaches the desired value, the final melting of small inclusions occurs and a melt is formed, uniform in structure and temperature. This allows for normal operation of the extruder to have a predetermined, uniform in cross section temperature of the melt of the product.

Затем он попадает в матричную зону, где входит в выполненный по внутренней поверхности формующей головки 10 канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса, что создает условия для стабилизации скорости течения расплава экструдата по длине канала, а следовательно, и давления экструдирования при отсутствии его пульсаций. Затем экструдат выходит из экструдера через выходные отверстия цилиндрической формы в формующей головке 10. Сама же формующая головка 10 при этом равномерно вращается или находится в неподвижном состоянии. Подобным образом экструдер работает при давлении продукта в предматричной зоне, не превышающем заданного оптимального значения (см. чертеж). Это необходимо, так как величина давления однозначно определяет температуру обработки продукта, от которой в свою очередь зависит качество готового продукта. От величины давления зависят также однородность и пористость готового продукта. Then it enters the matrix zone, where it enters a channel of variable cross section made on the inner surface of the forming head 10, the depth of which increases in the direction of decreasing the diameter of the cone, which creates conditions for stabilizing the flow rate of the extrudate melt along the channel length, and hence the extrusion pressure the absence of its ripples. Then the extrudate leaves the extruder through the outlet holes of a cylindrical shape in the forming head 10. The very same forming head 10 at the same time rotates uniformly or is stationary. Similarly, the extruder operates at a product pressure in the prematrix zone not exceeding the specified optimum value (see drawing). This is necessary, since the pressure value uniquely determines the temperature of the product processing, on which the quality of the finished product, in turn, depends. The uniformity and porosity of the finished product also depend on the pressure value.

В случае повышения давления расплава продукта в предматричной зоне при попадании продукта в формующую головку 10 он, перемещаясь по каналу переменного сечения, начинает увеличивать частоту вращения формующей головки 10, на которую давит шарик прижимного устройства 7. Регулируя усилие прижима шарика, можно влиять на количество отводимой энергии. Таким образом производится гашение пульсаций давления. If the pressure of the melt of the product in the prematrix zone increases when the product enters the forming head 10, moving along a channel of variable cross section, it begins to increase the speed of the forming head 10, which is pressed by the ball of the pressing device 7. By adjusting the pressure of the ball, the amount of discharge energy. In this way, pressure pulsation is suppressed.

Пределы регулирования усилия прижатия шарика определяются жесткостью пружины, диаметром шарика, величиной рабочего хода пружины и болта прижимного устройства. The limits of regulation of the force of pressing the ball are determined by the stiffness of the spring, the diameter of the ball, the magnitude of the stroke of the spring and the bolt of the clamping device.

Таким образом, использование изобретения позволит:
- оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет поддержания оптимального давления вследствие регулирования частоты вращения формующей головки;
- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления.Thus, the use of the invention will allow:
- to optimize the extrusion process of various feedstock by maintaining optimal pressure due to the speed control of the forming head;
- expand the scope due to the achieved universalization of the pressure stabilization mechanism.

Применение предложенной конструкции формующей головки в экструдерах позволит повысить коэффициент наполнения шнеков в предматричной зоне и улучшить качество экструдатов за счет устранения пульсации давления в предматричной зоне. Application of the proposed design of the forming head in extruders will increase the filling factor of screws in the pre-matrix zone and improve the quality of the extrudates by eliminating pressure pulsation in the pre-matrix zone.

Claims

A screw extruder comprising a cylindrical body ending with a forming head rotatably relative to the body, a loading device and a screw, characterized in that a channel of variable cross section is made on the inner conical surface of the forming head, the depth of which increases in the direction of decreasing the diameter of the cone, and on the outer a sleeve with a groove is installed on the surface of the forming head, with which the ball of the pressing device interacts, while the contacting end parts the housing and the forming head have a labyrinth seal.