RU2214918C1

RU2214918C1 - Extruder

Info

Publication number: RU2214918C1
Application number: RU2003100988/12A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Остриков; В.Н. Василенко; А.С. Попов
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: processing thermoplastic materials; industries requiring extrusion processes. SUBSTANCE: proposed extruder has housing with loading hole and helical passages of varying depth, immovable screw feeder and matrix. Housing is made for rotation and is mounted on supports. Transporting screw is located inside immovable screw feeder. Immovable screw feeder is provided with changeable spinneret and separating sleeve mounted in loading and mixing zones. Located between separating sleeve and immovable screw feeder is heating element. Matrix is made for performing reciprocating motion and is provided with profiled elastic gasket on its inner surface. Proposed extruder ensures proper stabilization of pressure in pre-matrix zone at change of technological parameters. EFFECT: reduction of labor consumption; extended field of application. 3 dwg

Description

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. The invention relates to the processing of thermoplastic materials and can be used in industries using extrusion.

Известен экструдер, содержащий корпус, выполненный с возможностью вращения и имеющий глубину нарезки канала, уменьшающуюся пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице, загрузочное отверстие, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса, и изготовленное совместно с неподвижным шнеком, на котором в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы [Пат. РФ 2179111, МПК⁷ В 29 С 47/38, 2001103218/12, Заявл. 05.02.2001, Опубл. 10.02.2002, Бюл. 4.].Known extruder containing a housing made with the possibility of rotation and having a depth of cut of the channel, decreasing in proportion to the width of the cut in the direction from the feed hole to the die, a feed hole located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the housing, and manufactured in conjunction with a fixed screw on which zones of mixing and homogenization performed two-way cutting of variable depth in the form of conical channels expanding towards the matrix [Pat. RF 2179111, IPC ⁷ В 29 С 47/38, 2001103218/12, Decl. 02/05/2001, Publ. 02/10/2002, Bull. 4.].

Недостатком известного устройства является невозможность производства экструдированных продуктов с начинкой, а также сложность стабилизации давления в предматричной зоне экструдера. A disadvantage of the known device is the inability to produce extruded products with a filling, as well as the difficulty of stabilizing the pressure in the prematrix zone of the extruder.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья, снижение трудозатрат на эксплуатацию экструдера, а также расширение ассортимента выпускаемой продукции на данном оборудовании. An object of the invention is to stabilize the pressure in the prematrix zone of the extruder by changing the process parameters during extrusion of various feedstock, reducing labor costs for operating the extruder, as well as expanding the range of products on this equipment.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем корпус с загрузочным отверстием и винтовым каналом переменной глубины, выполненный с возможностью вращения и установленный на опорах, неподвижный шнек и матрицу, новым является то, что внутри неподвижного шнека расположен транспортирующий шнек, причем неподвижный шнек снабжен сменной фильерой и разделительной гильзой, которая установлена в зонах загрузки и смешивания, между разделительной гильзой и неподвижным шнеком имеется нагревательный элемент, матрица выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения и имеет на своей внутренней поверхности профильную эластичную прокладку. The problem is achieved in that in an extruder containing a housing with a loading hole and a screw channel of variable depth, rotatable and mounted on supports, a fixed screw and a die, it is new that a transporting screw is located inside the fixed screw, and the fixed screw is equipped with a replaceable die and a separation sleeve, which is installed in the loading and mixing zones, between the separation sleeve and the fixed screw there is a heating element, the matrix is made with the possibility of reciprocating motion and has on its inner surface a profile elastic gasket.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого экструдера, на фиг.2 - экструзионная головка при минимально сжатых пружинах и минимальной площади поперечного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой, на фиг.3 - экструзионная головка при максимально сжатых пружинах и максимальной площади поперечного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой. Figure 1 shows a General view of the proposed extruder, figure 2 - extrusion head with minimally compressed springs and a minimum cross-sectional area of the annular channel for the exit of the extrudate with filling, figure 3 - extrusion head with maximum compressed springs and a maximum cross-sectional area annular channel for the exit of the extrudate with the filling.

Экструдер содержит цилиндрический корпус 1, неподвижный шнек 2 со сменной фильерой 3, в котором располагаются транспортирующий шнек 4, нагревательные элементы (ТЭНы) 5 и разделительная гильза 6, экструзионную головку, включающую в себя опорное кольцо 12, матрицу 13, регулировочную гайку 14, пружины 15, профильную эластичную прокладку 16 и направляющие штифты 17. Наружная поверхность сменной фильеры 3 имеет двухсекционную конусообразную форму. Конус в первой секции (большего диаметра) фильеры 3 совместим с большим конусом матрицы 13, а конус во второй секции (меньшего диаметра) фильеры 3 совместим с меньшим конусом матрицы 13 (фиг.2 и фиг.3). The extruder comprises a cylindrical body 1, a fixed screw 2 with a replaceable die 3, in which the conveying screw 4, heating elements (heating elements) 5 and a separation sleeve 6, an extrusion head including a support ring 12, a matrix 13, an adjusting nut 14, springs are located 15, profile elastic gasket 16 and guide pins 17. The outer surface of the replaceable die 3 has a two-section conical shape. The cone in the first section (larger diameter) of the die 3 is compatible with the larger cone of the matrix 13, and the cone in the second section (smaller diameter) of the die 3 is compatible with the smaller cone of the matrix 13 (FIG. 2 and FIG. 3).

Корпус 1 установлен с помощью бандажей 9 на опорно-упорный 10 и опорный 11 ролики и приводится во вращательное движение приводом 8. Передача крутящего момента от привода 8 экструдера корпусу 1 осуществляется посредством венцовой шестерни 7. На внутренней поверхности корпуса 1 имеется винтовая нарезка с уменьшающимся шагом и диаметром витков по направлению от загрузочного отверстия к экструзионной головке, в результате чего осуществляется плавное повышение давления продукта. Использование корпуса 1 в качестве основного рабочего органа позволяет повысить суммарную поверхность контакта перерабатываемого продукта с движущими поверхностями экструдера, что приводит к повышению тепловыделения в экструдате и интенсификации механического воздействия, вызывающего значительные сдвиговые деформации в расплаве продукта. Более высокий крутящий момент вращающегося корпуса 1 экструдера обеспечивает возможность переработки высоковязких многокомпонентных смесей и по сравнению с установкой, сопоставимой габаритными размерами, в которой вращается шнек, а корпус неподвижен, позволяет добиться увеличения производительности предполагаемого экструдера. The housing 1 is mounted with the help of shafts 9 on the supporting thrust 10 and supporting 11 rollers and is driven by the drive 8. The torque is transmitted from the drive 8 of the extruder to the housing 1 by means of a ring gear 7. On the inner surface of the housing 1 there is a screw thread with a decreasing pitch and the diameter of the turns in the direction from the loading hole to the extrusion head, resulting in a smooth increase in product pressure. The use of the housing 1 as the main working body allows you to increase the total contact surface of the processed product with the moving surfaces of the extruder, which leads to increased heat generation in the extrudate and the intensification of mechanical stress, causing significant shear deformation in the product melt. The higher torque of the rotating body 1 of the extruder provides the possibility of processing highly viscous multicomponent mixtures and compared with the installation, comparable in overall dimensions, in which the screw rotates and the body is stationary, it allows to increase the productivity of the proposed extruder.

Внутри неподвижного шнека 2 экструдера находятся транспортирующий шнек 4 для подачи начинки, нагревательные элементы (ТЭНы) 5 и разделительная гильза 6. Транспортирующий шнек 4 используется для подачи высоковязкой начинки, если же осуществляется транспортирование менее вязких материалов, то вместо шнека можно использовать насос. Inside the fixed screw 2 of the extruder there are a transporting screw 4 for feeding the filling, heating elements (heating elements) 5 and a separating sleeve 6. The transporting screw 4 is used to supply the high-viscosity filling, if less viscous materials are transported, then a pump can be used instead of the screw.

Нагревательные элементы (ТЭНы) 5 во избежание контакта их с начинкой закрываются разделительной гильзой 6, которая препятствует контакту начинки с ТЭНами 5. Использование нагревательных элементов (ТЭНы) 5 внутри неподвижного шнека 2 позволяет избежать потерь тепла и, как следствие, снизить затраты энергии по сравнению с конструкциями, у которых нагревательные элементы находятся снаружи. Нагревательные элементы (ТЭНы) 5 устанавливаются только в зонах загрузки и смешивания, поскольку именно здесь необходим предварительный прогрев продукта и начинки, а в следующих зонах экструдер работает уже в автогенном режиме. In order to avoid contact with the filling, the heating elements (heating elements) 5 are closed by a separating sleeve 6, which prevents the filling from contacting the heating elements 5. Using heating elements (heating elements) 5 inside the fixed screw 2 avoids heat loss and, as a result, reduces energy costs compared with structures in which the heating elements are located outside. Heating elements (heating elements) 5 are installed only in the zones of loading and mixing, since it is here that preliminary heating of the product and filling is necessary, and in the following zones the extruder is already in autogenous mode.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (например, пульсации давления, которые могут возникнуть, наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры исходного сырья и т.д.) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления продукта. In case of violation of the stable operation mode of the extruder (for example, pressure pulsations that may occur, the presence of insufficient homogeneity of the composition of the mixture, a change in the operating mode or when changing the recipe of the feedstock, etc.), rapid surgical intervention is required to maintain a stable product pressure.

В этом случае в предлагаемом устройстве предусматривается "автоматическое" регулирование давления расплава экструдата в предматричной зоне экструдера за счет изменения площади проходного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой из экструзионной головки, которая включает в себя опорное кольцо 12, матрицу 13, регулировочную гайку 14, пружины 15, профильную эластичную прокладку 16 и штифты 17 для центровки пружин. In this case, the proposed device provides for "automatic" regulation of the pressure of the extrudate melt in the prematrix zone of the extruder by changing the area of the bore of the annular channel to exit the extrudate with the filling from the extrusion head, which includes a support ring 12, a matrix 13, an adjusting nut 14, springs 15, profile elastic gasket 16 and pins 17 for centering the springs.

Опорное кольцо 12 болтами 20 крепится к корпусу 1, герметично прижимая при этом край профильной эластичной прокладки 16. Внутренняя поверхность матрицы 13 имеет двухсекционную конусообразную форму. Конус в первой секции (большего диаметра) матрицы 13 совместим с большим конусом сменной фильеры 3, а конус во второй секции (меньшего диаметра) матрицы 13 совместим с меньшим конусом сменной фильеры 3. The support ring 12 is bolted 20 to the housing 1, while hermetically pressing the edge of the profile elastic gasket 16. The inner surface of the matrix 13 has a two-section conical shape. The cone in the first section (larger diameter) of the matrix 13 is compatible with the large cone of the replaceable die 3, and the cone in the second section (smaller diameter) of the matrix 13 is compatible with the smaller cone of the replaceable die 3.

Экструдер работает следующим образом. The extruder operates as follows.

Подлежащий переработке продукт направляют в загрузочное отверстие 19, где он захватывается винтовой нарезкой корпуса 1 и перемещается последовательно с помощью вращающегося корпуса 1, приводимого в движение от привода 8 через венцовую шестерню 7, через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и стабилизации давления. Одновременно через загрузочную воронку в неподвижный шнек 2 подается начинка, которая захватывается транспортирующим шнеком 4 и перемещается им к экструзионной головке. При этом включаются нагревательные элементы (ТЭНы) 5, увеличивая температуру начинки в зонах загрузки и смешивания. Увеличение температуры начинки снижает ее вязкость и она довольно легко перемещается транспортирующим шнеком 4. The product to be processed is sent to the loading hole 19, where it is captured by screw threading of the housing 1 and moves sequentially with the help of the rotating housing 1, driven from the drive 8 through the ring gear 7, through the loading, mixing, homogenization and pressure stabilization zones. At the same time, a filling is fed through the feed funnel into the fixed screw 2, which is captured by the conveying screw 4 and moves by it to the extrusion head. At the same time, heating elements (heating elements) 5 are turned on, increasing the temperature of the filling in the loading and mixing zones. An increase in the temperature of the filling reduces its viscosity and it is quite easily moved by the conveyor screw 4.

В процессе движения перерабатываемый продукт нагревается, размягчается и перемешивается за счет взаимного воздействия на него вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. При прохождении образовавшегося расплава через зону стабилизации давления происходит выравнивание градиентов давления и температуры, что обеспечивает равномерное движение экструдата к экструзионной головке. После выхода продукта из формующего отверстия экструзионной головки, образованного конусными поверхностями матрицы 13 и фильеры 3, получаем трубчатую конфигурацию продукта, в которую транспортирующим шнеком 4 подается начинка. In the process of movement, the processed product is heated, softened and mixed due to the mutual influence of the rotating body 1 and the fixed screw 2 on it. When the formed melt passes through the pressure stabilization zone, the pressure and temperature gradients are aligned, which ensures uniform extrudate movement to the extrusion head. After the product leaves the forming hole of the extrusion head formed by the conical surfaces of the matrix 13 and die 3, we obtain a tubular configuration of the product into which the filling is conveyed by the conveyor screw 4.

Для получения высококачественного продукта в экструдере используется экструзионная головка, которая работает следующим образом. To obtain a high-quality product, an extrusion head is used in the extruder, which operates as follows.

При резком увеличении давления в предматричной зоне экструдера соответственно возрастает величина давления продукта на внутренние стенки матрицы 13. Как только величина давления продукта превысит жесткость пружин 15, происходит увеличение проходного сечения канала (величина кольцевого зазора δ максимальна), образованного конусными поверхностями сменной фильеры 3 и матрицы 13 (фиг. 3), что интенсифицирует отвод продукта из экструдера, а следовательно, обеспечивает снижение давления. With a sharp increase in pressure in the prematrix zone of the extruder, the pressure of the product on the inner walls of the matrix 13 accordingly increases. As soon as the pressure of the product exceeds the stiffness of the springs 15, the passage section of the channel (the annular gap δ is maximum) increases, formed by the conical surfaces of the replaceable die 3 and the matrix 13 (Fig. 3), which intensifies the withdrawal of the product from the extruder, and therefore provides a reduction in pressure.

Это продолжается до тех пор, пока давление продукта на матрицу 13 не сравняется с жесткостью пружин 15. Это приводит к уменьшению значения давления продукта в предматричной зоне экструдера, после чего под действием сил сжатия пружин матрица 13 возвращается в исходное положение (величина кольцевого зазора δ минимальна), соответствующее установившемуся режиму работы экструдера (фиг.2). This continues until the product pressure on the matrix 13 is equal to the stiffness of the springs 15. This leads to a decrease in the product pressure in the prematrix zone of the extruder, after which, under the action of compression forces of the springs, the matrix 13 returns to its original position (the annular gap δ is minimal ), corresponding to the steady state operation of the extruder (figure 2).

Профильная эластичная прокладка 16 обеспечивает герметичность в предматричной зоне и плавность хода матрицы 13. Profile elastic gasket 16 provides tightness in the pre-area and the smoothness of the matrix 13.

Пределы регулирования проходного сечения, рабочие характеристики пружин и их количество определяются производительностью экструдера, геометрическими размерами матрицы, а также реологическими свойствами перерабатываемого сырья. Значение давления при необходимости может устанавливаться регулировочной гайкой 14 без остановки работы экструдера на переналадку. The limits of regulation of the bore, the operating characteristics of the springs and their number are determined by the productivity of the extruder, the geometric dimensions of the matrix, as well as the rheological properties of the processed raw materials. The pressure value, if necessary, can be set with the adjusting nut 14 without stopping the operation of the extruder for changeover.

Таким образом, использование изобретения позволит
- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления при переработке различного сырья с нестабильными свойствами;
- расширить ассортимент выпускаемой продукции за счет возможности производства изделий с начинкой;
- повысить эксплуатационную надежность экструдера за счет стабилизации скачков давления при переработке различного сырья с нестабильными свойствами.Thus, the use of the invention will allow
- expand the scope due to the achieved universalization of the pressure stabilization mechanism during the processing of various raw materials with unstable properties;
- expand the range of products due to the possibility of manufacturing products with filling;
- to increase the operational reliability of the extruder by stabilizing pressure surges during the processing of various raw materials with unstable properties.

Claims

An extruder comprising a housing with a loading hole and a screw channel of variable depth, rotatably mounted on supports, a fixed screw and a die, characterized in that a transporting screw is located inside the fixed screw, the fixed screw having a replaceable die and a separation sleeve that is installed in the areas of loading and mixing, between the separation sleeve and the fixed screw there is a heating element, the matrix is made with the possibility of reciprocating motion zheniya and has on its inner surface a profile elastic gasket.