RU2644878C2 - Screw extruder with automatic control path - Google Patents
Screw extruder with automatic control path Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644878C2 RU2644878C2 RU2016129886A RU2016129886A RU2644878C2 RU 2644878 C2 RU2644878 C2 RU 2644878C2 RU 2016129886 A RU2016129886 A RU 2016129886A RU 2016129886 A RU2016129886 A RU 2016129886A RU 2644878 C2 RU2644878 C2 RU 2644878C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- loading
- angle
- inclination
- distance
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
Abstract
Description
Изобретение относится к экструзионной технике и предназначено для производства пищевых и кормовых продуктов с применением экструзии.The invention relates to extrusion technology and is intended for the production of food and feed products using extrusion.
Известен экструдер шнековый [патент РФ №2548980, опубликованный в БИ №11 в 2015 г.], содержащий подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения.Known screw extruder [RF patent No. 2548980, published in BI No. 11 in 2015], comprising a bearing assembly, a loading funnel, a detachable screw chamber housing, a drive, a forming head, a screw with turns made in the loading and conveying zone with the possibility of axial displacement.
Недостатками такой конструкции экструдера являются большая энергоемкость процесса, недостаточная однородность и низкое качество готовых изделий, отсутствие оперативного контроля качества и системы автоматического управления процессами.The disadvantages of this design of the extruder are the large energy intensity of the process, insufficient uniformity and low quality of finished products, the lack of operational quality control and automatic process control systems.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости процесса, повышение однородности и качества готовых изделий, оперативный контроль качества, система автоматического управления процессами.The technical result of the invention is to reduce the energy intensity of the process, increasing the uniformity and quality of finished products, operational quality control, automatic process control system.
Поставленная задача достигается тем, что экструдер шнековый с автоматическим контуром управления, содержащий подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения, оснащен устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, датчиками для измерения температуры и исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, причем угол наклона витков шнека в зоне загрузки и транспортирования меняется в пределах от 18 до 40°. Изменение угла наклона витков шнека по отношению к осевой линии в зоне загрузки позволяет регулировать скорость подачи материала в зону плавления, в зависимости от вида перерабатываемого материала, что обеспечивает снижение удельных затрат энергии на процесс экструдирования (табл. 1).The task is achieved in that the screw extruder with an automatic control circuit, comprising a bearing assembly, a loading funnel, a detachable screw chamber housing, a drive, a forming head, a screw with turns made in the loading and conveying zone with the possibility of axial movement, is equipped with devices for measuring the torque the moment installed at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device, sensors for measuring temperature and an actuating element that regulates the angle of inclination of the coils by rotating the threaded shaft located in the body of the screw, and the angle of inclination of the turns of the screw in the loading and transportation zone varies from 18 to 40 °. Changing the angle of inclination of the screw turns relative to the center line in the loading zone allows you to adjust the feed rate of the material into the melting zone, depending on the type of material being processed, which reduces the specific energy costs of the extrusion process (table. 1).
Как видно из таблицы 1, для различных зерновых культур целесообразно использовать различный угол наклона витков шнека, а наиболее оптимальное изменение угла наклона витков находится в диапазоне от 18 до 40°, в связи с тем, что за пределами этого интервала резко возрастает энергоемкость процесса экструзии. Так, при угле наклона витков шнека 16° очень низкая скорость транспортирования перерабатываемого материала к формующей головке, а при угле наклона 40° скорость, наоборот, избыточная, в результате чего происходит образование пробки из перерабатываемого материала, шнеку труднее его транспортировать. Вследствие этого увеличивается мощность, затрачиваемая на валу, что приводит к повышению удельных затрат энергии процесса экструзии. Также следует учитывать скорость подачи зерновой смеси в зону загрузки, которая регулируется углом наклона витков шнека и расстоянием между ними и имеет важное значение, так как питание пресс-экструдера обеспечивает стабильную работу прессующей головки. При нестабильной подаче происходит пульсация давления, перегрев продукта и тем самым снижается производительность.As can be seen from table 1, for different crops it is advisable to use a different angle of inclination of the turns of the screw, and the most optimal change in the angle of inclination of the turns is in the range from 18 to 40 °, due to the fact that the energy intensity of the extrusion process sharply increases outside this interval. So, at an angle of inclination of the turns of the
Расположение устройств для измерения крутящих моментов на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства обусловлено тем, что за основу была принята конструкция стандартно работающего, выпускаемого серийно ОАО «Орстан» с 1995 по 2010 год пресс-экструдера для переработки растительного сырья ПЭШ - 60/4 с рабочей длиной шнека Нр.ш.=0,65 м, наружным диаметром винтовой линии Dd=0,059 м, диаметром вала шнека Ds=0,04 м и внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м.The location of the devices for measuring torque at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device is due to the fact that the basis was the design of a standard working press, manufactured serially by OJSC “Orstan” from 1995 to 2010 extruder for processing plant materials PESh - 60/4 with a working screw length N r. = 0.65 m, the outer diameter of the helix D d = 0.059 m, the diameter of the screw shaft D s = 0.04 m and the inner diameter of the screw chamber D 1k = 0.06 m.
К. Раувендааль выделил два состояния, в которых находится перерабатываемый материал в шнековой камере: сыпучее и вязкопластичное [К. Раувендааль «Экструзия полимеров», 2008 г.]. В начале движения в шнековой камере сыпучий материал проходит зону загрузки, к концу которой он заполняет весь объем межвинтового канала. В предварительных экспериментах было выявлено, что для экструдеров с внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м концом зоны загрузки следует считать расстояние от загрузочного устройства 0,08 м (табл. 2).K. Rauwendaal identified two states in which the processed material is located in the auger chamber: bulk and viscous-plastic [K. Rauwendaal "Extrusion of Polymers", 2008]. At the beginning of the movement in the screw chamber, the bulk material passes through the loading zone, to the end of which it fills the entire volume of the inter-screw channel. In preliminary experiments, it was found that for extruders with an internal diameter of the screw chamber D 1k = 0.06 m, the end of the loading zone should be considered the distance from the loading device 0.08 m (Table 2).
Как видно из таблицы 2, в большинстве случаев для различного зернового сырья и при различных углах наклона витков шнека полная загрузка шнека наблюдается при расстоянии от загрузочного устройства 0,08 м. Именно на этом расстоянии происходит заполнение всего объема межвинтового канала перерабатываемым материалом.As can be seen from table 2, in most cases, for different grain raw materials and at different angles of inclination of the screw turns, a full load of the screw is observed at a distance from the loading device of 0.08 m. It is at this distance that the entire volume of the inter-screw channel is filled with processed material.
Также в предварительных экспериментах было выявлено, что для снижения энергоемкости и повышения качества готового продукта преобразование сыпучего материала в вязкопластичный является целесообразным завершить в первой половине рабочей камеры экструдера, т.е. для рабочей длины шнека Нр.ш.=0,65 м данные преобразования целесообразно завершить на расстоянии 0,3 м от загрузочного устройства.Also, in preliminary experiments, it was found that in order to reduce the energy intensity and improve the quality of the finished product, the conversion of bulk material into a viscoplastic material is advisable to complete the extruder in the first half of the working chamber, i.e. for the working length of the screw N r.sh. = 0.65 m, it is advisable to complete the conversion data at a distance of 0.3 m from the loading device.
Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод, что устройства для измерения крутящих моментов, определяющие физико-механические параметры перерабатываемого материала, следует устанавливать в конце зоны загрузки, а также в месте перехода материала из сыпучего состояния в вязкопластичное и в конце шнековой камеры, т.е. для пресс-экструдера с внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м и рабочей длиной шнека Нр.ш.=0,65 м установить на расстоянии 0,08 м, 0,3 м и 0,6 м от загрузочного устройства, что обеспечит возможность оперативного контроля качества.Thus, from the foregoing, it can be concluded that devices for measuring torques that determine the physicomechanical parameters of the processed material should be installed at the end of the loading zone, as well as at the point of transition of the material from the granular state to the viscoplastic and at the end of the screw chamber, i.e. e. for a press extruder with an internal diameter of the screw chamber D 1k = 0.06 m and a working screw length N r. = 0.65 m set at a distance of 0.08 m, 0.3 m and 0.6 m from the loading device, which will provide the possibility of operational quality control.
Устройства для измерения крутящего момента, установленные на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, выполнены в виде цилиндрической вставки с двумя наклеенными с противоположных сторон тензодатчиками.Torque measuring devices installed at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device are made in the form of a cylindrical insert with two load cells glued from opposite sides.
Пресс-эктрудер снабжен устройством автоматического управления процессом экструдирования, содержащим подключенный к компьютеру цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства и датчиками для измерения температуры.The extruder press is equipped with a device for automatic control of the extrusion process, which contains a digital-to-analog converter connected to a computer and connected to an actuator that controls the angle of inclination of the screw turns by rotating the threaded shaft located in the screw body with torque measuring devices installed at a distance of 0, 08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device and sensors for measuring temperature.
На фиг. 1 изображена схема экструдера предлагаемой конструкции.In FIG. 1 shows a diagram of an extruder of the proposed design.
На фиг. 2 изображено устройство для измерения крутящего момента.In FIG. 2 shows a device for measuring torque.
Экструдер содержит подшипниковый узел 1, загрузочную воронку 2, разъемный корпус шнековой камеры 3, привод 4, формующую головку 5, шнек 6 с витками 7, резьбовой вал 8, расположенный в теле шнека, исполнительный элемент 9, втулки 10 с установленными пальцами 11, перемещающиеся по направляющим 12, выполненным в теле шнека 6, устройства для измерения крутящего момента, состоящие из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15, и датчики температуры 16. Датчики температуры 16 и измерительные устройства соединены через аналого-цифровой преобразователь 17 с компьютером 18, который в свою очередь соединен с цифроаналоговым преобразователем 19.The extruder comprises a
Предлагаемый экструдер работает следующим образом.The proposed extruder operates as follows.
Сыпучий материал поступает в загрузочную воронку 2, попадая в зону загрузки разъемного корпуса шнековой камеры 3. В зоне загрузки находится устройство, установленное на расстоянии 0,08 м от загрузочного устройства 2, состоящее из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14 и гибкого элемента 15, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о виде перерабатываемого материала с точки зрения его структурно-механических свойств. Далее материал под воздействием витков 7 установленного в подшипниковом узле 1 вращающегося шнека 6, вращение которого осуществляется приводом 4, проходит зону транспортирования и перемещается в зону сжатия. В зоне сжатия находится устройство, установленное на расстоянии 0,3 м от загрузочного устройства 2, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о степени расплавленности материала. После сжимания материал поступает в зону гомогенизации, где происходит превращение размягченных частиц в однородный расплав. Затем продукт попадает в зону формования и продавливается через формующую головку 5. В районе формующей головки находится устройство, установленное на расстоянии 0,6 м от загрузочного устройства 2, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о плотности продукта на выходе из экструдера и, как следствие, о качестве вырабатываемой продукции. Одновременно датчиками 16 измеряется температура перерабатываемого материала в экструдере.Bulk material enters the
Сигнал, получаемый от датчиков температуры 16 и устройств для измерения крутящего момента, состоящих из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15, регистрируется на аналого-цифровом преобразователе 17 и передается в компьютер 18, где преобразуется в численные значения измеряемой величины.The signal received from
При изменении плотности поступающего на переработку материала наблюдается отклонение от показаний устройств для измерения крутящего момента, состоящих из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15. Возникает необходимость в изменении скорости подачи материала в зону сжатия. Компьютер 18 передает данные на цифроаналоговый преобразователь 19. Цифроаналоговый преобразователь 19 дает команду исполнительному элементу 9. Исполнительный элемент 9 приводит во вращение резьбовой вал 8, расположенный в теле шнека 6. При вращении резьбового вала 8 втулки 10 с установленными в них пальцами 11 перемещаются вдоль оси шнека 6 по направляющим 12, выполненным в теле шнека 6, увлекая за собой витки шнека 7. В результате за счет изменения расстояния между витками 7 изменяется и угол наклона самих витков. При изменении угла наклона витков 7 изменяется соотношение тангенциальной (обеспечивающей вращение и перемешивание материала) и аксиальной (обеспечивающей продвижение материала вдоль оси шнека) составляющих силы воздействия шнека 6 на перерабатываемый материал.When the density of the material arriving for processing changes, a deviation from the readings of the torque measuring devices consisting of a
При изменении данного соотношения изменяется скорость перемещения материала в зоне загрузки и транспортирования и, как следствие скорость подачи его в зону сжатия. Таким образом появляется возможность регулирования скорости подачи материала в зону сжатия и, как следствие регулирование давления материала на выходе из зоны сжатия в зоне гомогенизации и формования, что обеспечивает снижение удельных затрат энергии и получение высококачественной продукции.With a change in this ratio, the speed of movement of the material in the loading and transportation zone and, as a consequence, the feed rate into the compression zone changes. Thus, it becomes possible to control the feed rate of the material into the compression zone and, as a result, to regulate the pressure of the material at the outlet of the compression zone in the homogenization and molding zone, which ensures a reduction in specific energy costs and high-quality products.
Таким образом, измерение температуры датчиками и крутящего момента устройствами, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, позволяет судить о качестве продукта с возможностью дальнейшего регулирования процессов.Thus, the measurement of temperature by sensors and torque by devices installed at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device allows us to judge the quality of the product with the possibility of further process control.
Применение тензометрических датчиков в устройствах для измерения крутящего момента, установленных на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства и датчиков температуры, а также вывод данных на компьютер позволяет оперативно судить о качестве продукта с возможностью дальнейшего регулирования процессов.The use of strain gauges in torque measuring devices installed at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from the loading device and temperature sensors, as well as data output to a computer, allows you to quickly judge the quality of the product with the possibility of further process regulation.
Применение обработки данных о качестве продукта, получаемых от устройств для измерения крутящего момента, установленных на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, а также от датчиков, измеряющих температуру, и передача сигналов на исполнительные механизмы рабочих элементов экструдера позволяет автоматически регулировать качество конечного продукта.The use of processing data on product quality obtained from torque measuring devices installed at a distance of 0.08 m, 0.3 m, and 0.6 m from a loading device, as well as from sensors measuring temperature, and transmitting signals to executive mechanisms of the working elements of the extruder allows you to automatically adjust the quality of the final product.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129886A RU2644878C2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Screw extruder with automatic control path |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129886A RU2644878C2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Screw extruder with automatic control path |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016129886A RU2016129886A (en) | 2018-01-25 |
RU2644878C2 true RU2644878C2 (en) | 2018-02-14 |
Family
ID=61024165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016129886A RU2644878C2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Screw extruder with automatic control path |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2644878C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773513C1 (en) * | 2021-09-27 | 2022-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Screw extruder |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996040483A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Trim-Masters International Limited | Feed device and method for extruders |
US5714187A (en) * | 1993-06-02 | 1998-02-03 | Buhler Ag | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products |
RU2262438C2 (en) * | 1999-06-15 | 2005-10-20 | Жан-Пьер ИБАР | Method and a device for regulation of plastic materials viscosity |
RU2548980C1 (en) * | 2013-10-31 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Worm extruder |
-
2016
- 2016-07-20 RU RU2016129886A patent/RU2644878C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5714187A (en) * | 1993-06-02 | 1998-02-03 | Buhler Ag | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products |
WO1996040483A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Trim-Masters International Limited | Feed device and method for extruders |
RU2262438C2 (en) * | 1999-06-15 | 2005-10-20 | Жан-Пьер ИБАР | Method and a device for regulation of plastic materials viscosity |
RU2548980C1 (en) * | 2013-10-31 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Worm extruder |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773513C1 (en) * | 2021-09-27 | 2022-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Screw extruder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016129886A (en) | 2018-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5714187A (en) | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products | |
SU1227107A3 (en) | Method of adjusting extrusion process in extruder with screw working member | |
CN201890587U (en) | Spiral quantitative feeding device | |
FR2490995A1 (en) | EXTRUDER-TYPE TRANSFORMATION DEVICE FOR PRODUCING INTERMEDIATE PRODUCTS, SUCH AS BANDS, PELLETS, FROM PULVERULENT RUBBER MIXTURES | |
US11084200B2 (en) | Silicone extrusion plant, method for silicone extrusion and silicone extrudate produced herewith | |
KR20120040157A (en) | System for controlling cutter hub position in underfluid pelletizer | |
RU2644878C2 (en) | Screw extruder with automatic control path | |
CN102248659A (en) | Extrusion constant-pressure control system for parallel double-screw extruding machine | |
CN206897349U (en) | Granulation of fertilizer device and the biological particles fertilizer production line based on the device | |
CN107530663A (en) | For manufacturing the device of particle | |
EP3204737B1 (en) | Weighing and feeding system | |
RU2548980C1 (en) | Worm extruder | |
CN206276347U (en) | Baking-free ceramicite rolling pelletizer | |
CN208048000U (en) | A kind of feeding stuff cuber | |
RU163193U1 (en) | SCREW PRESS GRANULATOR FOR FEED GRANULATION | |
KR101290236B1 (en) | Food extruder | |
RU195133U1 (en) | SCREW EXTRUDER | |
RU2704289C1 (en) | Extruder | |
CN214294365U (en) | Continuous feeding device of screw extruder | |
CN105173572A (en) | Anti-blocking material conveyer | |
EP3966024A1 (en) | Rotary press for compressing a pressing food material | |
KR102203868B1 (en) | Extruding molding machine | |
RU2812262C2 (en) | Rotary press for pressing pressed food material | |
CN205337538U (en) | Novel granulated feed machine | |
CN102068345A (en) | Special twin screw unload device and unload method for adult diapers and adult incontinence trousers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180721 |