RU2696607C2 - Способ мониторинга и регулирования двухшнекового экстудера и двухшнековый экстудер - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к способу мониторинга и регулирования экструдера и двухшнековому экструдеру. Способ регулирования двухшнекового экструдера (1), содержащего два взаимно сцепленных шнека (20) для транспортирования подлежащего выдавливанию материала, включает в себя этапы, на которых при обработке экструдером подлежащего выдавливанию материала: непрерывно измеряют вязкость материала в потоке внутри экструдера и регулируют экструдер на основании соответствующих измеренных показаний вязкости. Для регулирования экструдера эффективным способом с высоким КПД на основании измеренных показаний вязкости изменяют расход материала, заполняющего экструдер вдоль взаимно сцепленных шнеков, посредством регулирования проходного сечения для материала в месте ниже по потоку относительно этих шнеков. Двухшнековый экструдер содержит корпус с размещенными в нем двумя взаимно сцепленными шнеками с возможностью вращения для продвижения в нем подлежащего выдавливанию материала, измерительное устройство для измерения вязкости материала в потоке внутри экструдера и выпускное средство с проточным каналом для выходящего материала, при этом имеются регулировочные средства для регулирования проходного сечения проточного канала, изменяя уровень заполнения корпуса материалом. Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в обеспечении более эффективного мониторинга и регулирования экструдера для получения готового выдавленного материала контролируемого качества. 2 н. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к двухшнековому экструдеру и к способу мониторинга и регулирования такой машины.

В изобретении описан двухшнековый экструдер, содержащий: корпус, обычно терморегулируемый, внутри которого расположены два взаимно сцепленных шнека, вращающихся вокруг собственных осей для транспортирования подлежащего выдавливанию материала из части корпуса выше по потоку к концу корпуса ниже по потоку, затем этот материал продвигают через выпускное устройство, обычно содержащее формующий канал для выдавливания материала. В таком экструдере материал подвергают как механической трансформации при воздействии давлением и усилием сдвига посредством шнеков, так и термической трансформации, посредством регулирования температуры вдоль корпуса.

Регулирование такого экструдера является сложным процессом, так как качество выдавливаемого продукта зависит не только от мастерства регулирования термомеханических параметров экструдера, которые также включают в себя скорость вращения шнеков, геометрию шнеков, температуру, прикладываемую к корпусу, и расход сырьевого материала, подаваемого в экструдер, но также и от качества сырья, вводимого в экструдер. Фактически качество каждого из компонентов этого сырья может меняться, в частности, из-за их физико-химической изменчивости (содержание влаги, содержание жира, размер частиц и т.д.), их происхождения или даже условий их хранения, так, что на качество выдавленного материала оказывают влияние эти факторы даже при постоянных настройках экструдера.

Для решения этих проблем используют известную методику, заключающуюся в регулярном отборе образцов выдавленного продукта и последующем их анализе, т.е. эмпирическую методику. Понятно, что этот подход не обеспечивает возможность регулирования экструдера в режиме реального времени.

Известно также регулирование экструдера, на основании так называемого свойства специфической механической энергии (СМЭ). СМЭ соответствует энергии, подаваемой двигателем, которым приводят шнеки экструдера, приходящейся на единицу массы выдавливаемого материала. Таким образом, СМЭ отражает уровень механической трансформации подлежащего выдавливанию материала. Известный уровень техники показывает, что посредством постоянного измерения СМЭ можно регулировать действие экструдера посредством регулирования, в рабочей части шнеков, проходного сечения для подвергаемого выдавливанию материала: идея заключается в создании «цикла», другими словами - в подстройке изменений проходного сечения для подлежащего выдавливанию материала, посредством измерения СМЭ. Однако это решение обеспечивает только частичное решение проблемы, описанной выше. Фактически, СМЭ только частично обеспечивает общее представление о качестве продукта, выпускаемого из экструдера. В частности, время пребывания материала в экструдере не принимается в расчет использовании показателя СМЭ, несмотря на то, что оно непосредственно влияет на качество выдавленного готового продукта.

В документе US 2004/0020272 предложено проводить, во время выдавливания полимера с использованием двухшнекового экструдера, реологические измерения обрабатываемого на экструдере материала, причем эти измерения производят оперативно, т.е. в потоке материала внутри экструдера. Для этого датчики давления и температуры располагают в экструдере, в частности, около выпускного канала этой машины, а также в пространстве, отделяющем концы шнеков ниже по потоку и канал. Кроме того, использовали различные измерения для вычисления вязкости материала в экструдере. В частности, эти измерения производили в режиме реального времени для мониторинга качества выдавленного полимера и для регулирования экструдера; однако в документе US 2004/0020272 не пояснено, как осуществлять эти регулировки.

В документе DE 44 33 593 описан подход, подобный указанному в документе US 2004/2020272, при этом экструдер содержит между концом шнека и выпускным каналом, вискозиметр, содержащий несколько датчиков давления, следующих один за другим в направлении потока обрабатываемого материала. Совместно доставляемая посредством этих датчиков давления информация, представляет собой вязкость материала, проходящего между концом шнека и выпускным каналом. Эту информацию используют, в режиме реального времени для регулирования рабочей температуры и СМЭ экструдера.

Задача изобретения заключается в создании более эффективного и более полного решения проблемы мониторинга и регулирования экструдера для получения готового выдавленного материала контролируемого качества.

Таким образом, изобретение относится к способу мониторинга и регулирования экструдера, содержащего два взаимно сцепленных шнека для транспортирования подлежащего выдавливанию материала, включающему в себя этапы, на которых при обработке экструдером подлежащего выдавливанию материала:

- непрерывно измеряют вязкость материала в потоке внутри экструдера, и

- регулируют экструдер на основании соответствующих измеренных показаний вязкости материала,

характеризующемуся тем, что на основании измеренных показаний вязкости материала регулируют экструдер, изменяя его уровень заполнения материалом вдоль взаимно сцепленных шнеков, посредством регулирования проходного сечения для материала в месте ниже по потоку относительно этих шнеков.

Одна из основных идей изобретения заключается в использовании измерения вязкости материала в экструдере, так как вязкость является важным показателем реологических изменений подвергаемого выдавливанию материала. Это измерение выполняют оперативно, т.е., в потоке материала внутри экструдера: фактически, для обеспечения регулирования в режиме реального времени, изменение вязкости следует оценивать постоянно для подлежащего выдавливанию материала. Кроме того, вязкость является результирующей усилия сдвига, давления, времени пребывания в аппарате, температуры и других воздействий, прикладываемых к выдавливаемому материалу. Фактически, вязкость соответствует сопротивлению продвижению материала под влиянием по меньшей мере одного из факторов: напряжения, например, вызываемого усилием сдвига; давления, силы тяжести и т.д.; при увеличении вязкости, объем проходящей текучей среды уменьшается. Таким образом, в изобретении предложено осуществлять постоянное измерение вязкости подлежащего выдавливанию материала, и использования этих постоянных измерений для регулирования в режиме реального времени проходного сечения для материала, выходящего из экструдера, т.е. для материала, находящегося в этой машине ниже по потоку от ее шнеков: посредством воздействия на это проходное сечение экструдера, тогда как все другие параметры являются одинаковыми, оператор изменяет уровень заполнения машины подлежащего выдавливанию материалом соответственно, в частности, ее уровень заполнения вдоль взаимно сцепленных шнеков, продвигающих материал внутри машины для соответствующего изменения вязкости подлежащего выдавливанию материала. Понятно, что, например, посредством уменьшения проходного сечения, расположенного ниже по потоку от взаимно сцепленных шнеков, оператор увеличивает количество материала, находящегося выше по потоку от ограничителя, т.е. около шнеков; эти соответствует тому, что оператор увеличивает уровень заполнения экструдера вдоль этих шнеков; и под воздействием этих шнеков материал может быть лучше перемешен, в результате чего уменьшается его вязкость. Таким образом, благодаря тому, что имеется представление о предварительной вязкости продукта, получаемого на выпуске экструдера, оператор может, при отклонении измеренной величины вязкости от требуемой, вернуться к этой требуемой величине вязкости посредством регулирования проходного сечения и компенсировать, посредством соответствующего исполнительного механизма регулирования экструдера, воздействие на вышеуказанные неравномерности сырья. Затем оператор поддерживает качество выдавленного материала по существу на постоянном уровне, касательно плотности, характерных размеров, степени готовности, текстуры и т.д. В целом, благодаря точному регулированию вязкости материала во время выдавливания, оператор обладает полной картиной, касающейся качества готового выдавленного продукта. Преимущественно, оператор может отрегулировать проходное сечение, находящееся ниже по потоку от шнеков, оперативно подстраивая измерения для компенсации износа экструдера, в частности, изменения скорости перемешивания, происходящего в результате этого износа.

В целом, применение способа регулирования согласно изобретению обеспечивает возможность:

- поддержания стабильного качества выдавленного готового продукта;

- исключить потери выдавленного материала, так как оперативное измерение вязкости обеспечивает возможность получения мгновенной информации об изменениях подлежащего выдавливанию материала;

- мгновенно наблюдать за колебаниями условий выдавливания, в частности, за изменениями сырья, за любыми происшествиями в процессе выдавливания и за потенциальными техническими проблемами, возникающими в экструдере;

- использовать экструдер в течение более продолжительного периода времени, так как вместо замены изношенных частей можно увеличить время пребывания материала в аппарате таким образом, чтобы он подвергался усилию сдвига, равному усилию сдвига новой машиной, при этом шнеки и корпус способны продолжить использование, несмотря на их естественный износ из-за трения; и

- проводить испытания и совершенствовать регулируемым и повторяемым образом, новые характеристики выдавливаемых продуктов.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения способа, экструдер дополнительно содержит:

- корпус, внутри которого взаимно сцепленные шнеки вращаются для продвижения материала; и

- выпускное устройство, расположенное у конца корпуса ниже по потоку и содержащее проточный канал, в котором выходящий из корпуса материал перемещается под действием взаимно сцепленных шнеков.

В этом случае, для регулирования работы экструдера, изменяют уровень заполнения корпуса материалом, посредством регулирования проходного сечения проточного канала.

На практике измеряют вязкость выходящего из корпуса материала в проточном канале выпускного устройства.

Согласно предпочтительной дополнительной конструкции, на основании измеренных показаний вязкости материала регулируют экструдер посредством дополнительного изменения по меньшей мере одного из его параметров:

- скорость вращения шнеков;

- температура, сообщаемая корпусу, в котором вращаются шнеки;

- состав твердого и/или жидкого компонента (компонентов), вводимого в экструдер;

- расход твердого и/или жидкого компонента (компонентов), вводимого в экструдер; и

- дегазация материала в экструдере.

Таким образом, один или несколько исполнительных механизмов регулирования экструдера, отличных от исполнительного механизма, посредством которого изменяют проходное сечение для материала в экструдере, находящегося ниже по потоку от шнеков, может быть использовано в сочетании с исполнительным механизмом для регулирования этого проходного сечения, также посредством оперативного измерения вязкости. В результате этого, мониторинг и регулирование экструдера могут быть усовершенствованы.

На практике происхождение выдавливаемого материала не имеет особого значения: изобретение относится к выдавливанию материалов, пригодных к применению в сельском хозяйстве и в пищевой промышленности, и в других областях, не связанных с сельским хозяйством и пищевой промышленностью, например, в производстве пластиков, химических, фармацевтических и подобных материалов. В результате способ согласно изобретению особенно преимущественно применим, если подлежащий выдавливанию материал является неньютоновским, в частности, пищевым продуктом, как это указано в п. 5. Текучая среда рассматривается здесь как неньютоновская жидкость, если ее вязкость зависит от скорости сдвига. Понятно, что для такого неньютоновского материала, не существует линейных законов относительно его вязкости, однако изобретение позволяет эффективно регулировать двухшнековый экструдер посредством воздействия на его уровень заполнения так, чтобы можно было сдвигать материал по всей длине шнеков или, в целом, материал можно было подвергнуть напряжению, воздействуя на вязкость всего материала, за исключением его краевых незначительных частей.

Изобретение также относится к экструдеру, содержащему:

- корпус, внутри которого размещены два взаимно сцепленных шнека, выполненных с возможностью вращения для продвижения в корпусе подлежащего выдавливанию материала;

- измерительное устройство для измерения вязкости материала в потоке внутри экструдера; и

- выпускное устройство, расположенное у конца корпуса ниже по потоку и содержащее проточный канал, в котором выходящий из корпуса материал перемещается под действием взаимно сцепленных шнеков;

характеризующемуся тем, что экструдер дополнительно содержит регулировочные средства, приспособленные для регулирования проходного сечения проточного канала, изменяя уровень заполнения корпуса материалом.

Согласно дополнительным, предпочтительным отличительным признакам экструдера согласно изобретению:

- регулировочные средства содержат заслонку, подвижно установленную в проточном канале для его регулируемого перекрытия;

- заслонка содержит клапан для регулируемого перекрытия проточного канала, при этом клапан установлен поперек проточного канала с возможностью поворота вокруг оси, по существу перпендикулярной направлению потока материала в проточном канале;

- измерительные устройства установлены выше по потоку относительно заслонки;

- регулировочные средства содержат блок управления, подстраивающийся на основании подаваемого от измерительного устройства сигнала;

- регулировочные средства содержат элемент ручного управления;

- измерительные устройства содержат датчик измерения вязкости, установленный в проточном канале выпускного устройства для измерения вязкости проходящего в нем материала;

- канал образован в предназначенном для этого модульном кожухе выпускного устройства, причем кожух неподвижно удерживает датчик измерения вязкости и удерживает по меньшей мере часть регулировочных средств;

- выпускное устройство у своего конца выше по потоку дополнительно содержит плиту для соединения с концом корпуса ниже по потоку, причем эта плита установлена выше по потоку относительно модульного кожуха;

- выпускное устройство у своего конца ниже по потоку дополнительно содержит головку для формования материала, выходящего из выпускного устройства, при этом головка установлена ниже по потоку относительно модульного кожуха.

Конечно, изобретение можно применять без ограничений к различным двухшнековым экструдерам, независимо от того, вращают ли оба шнека последнего в одном направлении или в противоположных направлениях.

Изобретение станет более понятным из последующего описания, представленного в качестве примера со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 схематично показан экструдер согласно изобретению, вид в продольном разрезе;

на фиг. 2 - часть машины, представленной на фиг. 1, вид в увеличенном масштабе;

на фиг. 3 и 4 - разрезы по линиям III-III и IV-IV на фиг. 2;

на фиг. 5 - альтернативный вариант выполнения указанной выше части экструдера -согласно изобретению, часть продольного разреза фиг. 2;

на фиг. 6 - часть экструдера, вид в перспективе.

На фиг. 1 схематично показан экструдер 1, обычно называемый «двухшнековым экструдером».

Этот экструдер 1 содержит продолговатый корпус 10, проходящий вдоль и сцентрированный относительно геометрической оси X-X. Внутри корпуса 10 проходят два шнека 20 параллельно оси X-X, при этом они расположены в комплементарном продольном канале корпуса, сцентрированном относительно оси X-X. Эти два шнека 20 проходят с каждой стороны оси X-X и взаимно сцеплены; при этом вышеуказанный канал корпуса 10 имеет двухлопастной поперечный профиль. Каждый шнек 20 вращается вокруг себя и вокруг своей центральной оси, посредством привода, не показанного на фиг. 1, механически сцепленного с находящимся выше по потоку концом шнека, т.е. с тем концом, который находится справа на фиг. 1 и выходит наружу из корпуса 10.

Резьбовой профиль шнеков 20 экструдера 1 выполнен так, что они могут продвигать подлежащий выдавливанию материал вдоль оси X-X, от находящейся выше по потоку части корпуса 10, в которую вводят компонент(ы) этого материала через вышеупомянутый канал корпуса, к находящемуся ниже по потоку концу корпуса 10. Понятия «находящейся выше по потоку» и «находящийся ниже по потоку» ориентированы в направлении продвижения материала внутри корпуса под действием шнеков 20, причем это направление продвижения проходит справа налево на фиг. 1 и 2. Кроме того, шнеки 20 в дополнение к транспортированию подлежащего выдавливанию материала, выполнены с возможностью прикладывания усилия сдвига и давления к этому материалу для его механической трансформации. Эта особенность экструдера 1, хорошо известная и далее не будет описана подробно.

Корпус 10 содержит несколько следующих один за другим вдоль оси X-X модульных элементов (в этом случае их пять), соответственно обозначенных позициями от 11 до 15, от находящегося выше по потоку элемента до находящегося ниже по потоку элемента. В каждом из элементов 11 - 15 внутри образована соответствующая часть центрального продольного канала корпуса 10. Эти части канала являются продолжением друг друга вдоль оси X-X, в собранном состоянии элементов 11 - 15, подобно тому, как показано на фиг. 1. Фактически, как показано на фиг. 1, элементы 11 - 15 собирают парами, посредством запорных колец 16.

В примере варианта выполнения, показанном на фиг. 1, самый дальний выше по потоку элемент 11 позволяет ввести во внутрь части его центрального канала один или несколько по меньшей мере частично твердых компонентов подлежащего выдавливанию материала. Для этого элемент 11 имеет (посредством известного способа, и поэтому он не описан здесь подробно) сквозное отверстие 11A, поперечное к оси X-X и открытое к части центрального канала этого элемента 11 в наружном направлении, в которое вставлена загрузочная воронка 31, подающая вышеупомянутый по меньшей мере частично твердый компонент(ы). Аналогично, в примере, показанном здесь, элемент 12 приспособлен для введения снаружи одного или нескольких жидких компонентов вовнутрь соответствующей части центрального канала. Фактически, (известным способом и не описанным здесь подробно) элемент 12 имеет одно или несколько сквозных отверстий, поперечных к оси X-X и соединяющих вышеупомянутую часть канала с одним или несколькими инжекционными насосами 32 для подачи указанного одного или нескольких жидких компонентов (а). Понятно, что один или несколько элементов 11 - 15 корпуса 10 позволяют ввести внутрь центрального продольного канала корпуса 10 один или несколько компонентов материала, подлежащего выдавливанию посредством экструдера 1.

Экструдер 1 также содержит выпускное устройство 40, расположенное в конце корпуса 10 ниже по потоку. Материал, выходящий из корпуса 10, выдавливается под действием шнеков 20 так, чтобы он проходил через выпускное устройство 40, из которого выдавленный материал выходит наружу из машины. В примере варианта выполнения, показанном на чертежах, выпускное устройство 40 содержит три отдельных модульных части, а именно:

- выше по потоку у конца этого устройства 40, расположена передняя плита 41, соединенная с концом корпуса 10 ниже по потоку;

- ниже по потоку у конца устройства 40 установлена головка 42 для формования материала, выходящего из устройства 40; и

- модуль 43 расположенный между плитой 41 и головкой 42 и соединяющий их.

Плита 41 надежно прикреплена, например, посредством запорного кольца 50 к находящемуся ниже по потоку концу элемента 15, расположенного дальше всех ниже по потоку, корпуса 10. Внутри этой плиты 41 образован сцентрированный с осью X-X сквозной канал, проходящий в продолжении этой оси и части центрального канала элемента 15, внутри которого расположен ниже по потоку свободный конец каждого шнека 20. По центральному каналу этой плиты 41 транспортируют материал, выпускаемый из корпуса 10 и выталкиваемый шнеками 20 в направлении ниже по потоку. В показанном на фиг. 1 не ограничивающем примере, центральный канал плиты 41 преимущественно сходится в направлении ниже по потоку, в частности, для максимального заполнения конца этого канала ниже по потоку материалом, выходящим из корпуса 10.

Модуль 43, более подробно описанный далее, содержит основной кожух 43.1, размещенный в направлении по оси X-X между торцом плиты 41, находящимся ниже по потоку, и торцом головки 42, находящейся выше по потоку, при этом они скреплены посредством соответствующих колец 44 и 45, а внутри модуля 43 образован канал 43A для прохода материала от торца плиты 41, находящегося ниже по потоку, к торцу головки 42, находящемуся выше по потоку. Этот проточный канал 43A проходит сквозь кожух 43.1 в его осевом направлении, соединяя его противоположные в осевом направлении концы, и является по существу сцентрированным относительно оси X-X, при этом канал 43A в осевом направлении продолжает центральный канал плиты 41 и центральный продольный канал корпуса 10, как это показано на фиг. 1.

Головка 42 для формования материала, выдавливаемого экструдером 1, выполнена посредством известного способа; этот материал выдавливают под воздействием шнеков 20 для его прохождения в направлении ниже по потоку через выпускные отверстия 42.1, образованные внутри головки 42. Вариант выполнения головки 42 не ограничивает объем изобретения: в частности, количество, конструкция и в целом характеристики выпускных отверстий 42.1 не важны. Аналогично, в рассматриваемом здесь примерном не ограничивающем варианте выполнения, головка 42 на конце выше по потоку снабжена диффузором 42.2, распределяющим материал, поступающий в головку по выпускным отверстиям 42.1; расходящийся в направлении ниже по потоку внутренний объем диффузора 42.2, соединен выше по потоку с концом проточного канала 43A ниже по потоку модуля 43 и соединен ниже по потоку с концами выпускных отверстий 42.1, находящимися выше по потоку.

Как отчетливо показано на фиг. 2 - 4, на которых изображен только модуль 43, содержащий датчик измерения вязкости 43.2, по меньшей мере частично установленный в проточном канале 43A для непрерывного измерения вязкости материала, проходящего в этом канале 43A; другими словами для оперативного измерения вязкости материала внутри экструдера 1. Датчик 43.2 может быть интегрированным датчиком. Этот датчик 43.2 по существу относится к известным техническим средствам и доступен для приобретения. Этот датчик 43.2 выполнен с возможностью непрерывного генерирования в режиме реального времени сигнала, обозначенного схематично стрелкой S1 на фиг. 1 и определяющего вязкость материала, который проходит по каналу 43A от зоны взаимодействия между проходящим материалом и частью датчика 43.2, установленного в канале 43A и находящегося в контакте с этим материалом. На практике, вышеуказанный сигнал S1 передается наружу модуля 43 посредством использования любых пригодных средств, например, проводного соединения, если этот сигнал является электрическим.

На практике интегрирование датчика 43.2 и его установка в проточном канале 43A удовлетворяет требованиям гигиены, ограничениям относительно потока и измерений для подлежащего выдавливанию материала, о котором идет речь. В примере варианта выполнения, показанном на чертежах, датчик 43 надежно установлен на основании 43.3, которое надежно и герметично прикреплено в предназначенном для этого комплементарном гнезде 43B, ограниченном кожухом 43 поперек оси X-X. Вышеуказанное проводное соединение (не показано на чертежах), выполнено для соединения наружной части модуля 43 с этим основанием 43.3.

Модуль 43 также содержит клапан 43.4 для изменяемого перекрытия проточного канала 43A, в который установлен этот клапан с возможностью поворота вокруг геометрической оси Z-Z, перпендикулярной к оси X-X и, таким образом, перпендикулярной к направлению потока материала в канале 43A. Посредством поворота клапана 43.4 вокруг оси Z-Z обеспечивается изменение проходного сечения проточного канала 43A, другими словами - проходного сечения для прохода материала, подлежащего выдавливанию в экструдере 1. На чертежах клапан 43.4 занимает промежуточное поворотное положение между, с одной стороны, крайним положением (не показано), обеспечивая максимальное перекрытие и минимально открытый проем, в котором плоскость клапана проходит в целом около или близко к перпендикулярному положению относительно оси X-X, и, с другой стороны, крайним положением (не показано), обеспечивая минимальное перекрытие и максимально открытый проход, в котором плоскость клапана проходит, в целом, параллельно или почти параллельно геометрической плоскости, включающей оси X-X и Z-Z. Таким образом, посредством поворота между двумя упомянутыми выше крайними положениями можно изменять проходное сечение проточного канала 43A от минимума до максимума, при этом изменение проходного сечения является настраиваемым посредством поворота клапана 43.4 вокруг оси Z-Z. Понятно, что посредством изменения проходного сечения проточного канала 43A, оператор может изменять уровень заполнения экструдера 1 соответственно, выше по потоку от клапана 43.4 и, в частности, изменять скорость сдвига, прикладываемого к материалу посредством шнеков 20, и вязкости этого материала. На практике, по соображениям безопасности, предпочтительно, чтобы даже в крайнем максимальном положении перекрытия клапан 43.3 не блокировал бы полностью проточный канал 43A для исключения любого превышения давления в экструдере 1.

Перекрывающий клапан 43.4 занимает поворотное положение по команде от внешнего модуля 43. В примере варианта выполнения, показанном на чертежах, клапан 43.4 прикреплен к стержню 43.5, по существу сцентрированному с осью Z-Z и приводимому во вращение вокруг этой оси Z-Z, при этом один продольный конец стержня 43.5 выступает наружу из модуля 43, т.е., вверх на чертежах. Этот стержень 43.5 установлен с возможностью поворота в комплементарной опоре 43.6, в свою очередь, установленной жестко и герметично в предназначенном для этого комплементарном гнезде 43C, ограниченном кожухом 43.1 модуля 43. Для точного регулирования углового положения стержня 43.5 при его повороте вокруг оси Z-Z и поворотного положения клапана 43.4, этот стержень 43.5 преимущественно имеет наружную резьбу, ввернутую в комплементарный штуцер, ограниченный опорой 43.6. Кроме того, для повышения стабильности клапана 43.4, его прикрепляют со стороны, противоположной стержню 43.5, к штифту 43.7 вдоль оси Z-Z, сцентрированному с осью Z-Z и установленному с возможностью поворота вокруг его оси в комплементарной опоре 43.8, которая закреплена жестко и герметично в предназначенном для этого комплементарном гнезде 43D, ограниченном кожухом 43.1 модуля 43.

Конечно, вариант выполнения клапана 43.4 и связанных с ним частей 43.5 - 43.8, не ограничивает объем изобретения: в целом модуль 43 снабжен заслонкой для проточного канала 43A, изменение герметизирующего действия которой, осуществляемого благодаря её подвижности в проточном канале, можно регулировать, в частности, с наружной стороны этого модуля.

Кроме того, следует отметить, что в варианте выполнения, показанном на чертежах, перекрывающий клапан 43.4 или, в целом, регулируемая заслонка проточного канала 43A преимущественно расположена ниже по потоку от датчика измерения вязкости 43.2. Несмотря на это, в качестве альтернативы датчик измерения вязкости (не показан) может быть расположен ниже по потоку от перекрывающего клапана 43.4, или, в целом, регулируемой заслонки проточного канала 43A, при этом показанная на чертежах конструкция является предпочтительной, поскольку измеренная посредством датчика 43.2 вязкость является более точным показателем того материала, который был непосредственно подвергнут усилию сдвига шнеков 20, а не того материала, который также получен с использованием перекрывающего клапана 43.4 или заслонки. Во всех случаях модуль 43 преимущественно вставлен очень плотно между плитами 41 корпуса 10 и каналом 42.

Как схематично показано на фиг. 1, модуль 43 дополнительно содержит привод 60, которым приводят во вращение стержень 43.5 вокруг оси Z-Z. На практике этот привод 60 содержит, например, исполнительный механизм стержня 43.5; этот исполнительный механизм может быть (не обязательно) механическим, гидравлическим или электрическим. Во всех случаях, приводом 60 управляют посредством блока управления 62, способного направлять специально предназначенный управляющий сигнал, обозначенный стрелкой S2 на фиг. 1. Этот блок управления 62 принимает сигнал S1 от датчика измерения вязкости 43.2, и он выполнен с возможностью обработки этого сигнала S1 для формирования управляющего сигнала S2, направляемого от него к приводу 60. В целом понятно, что по измерениям, выполняемым непрерывно датчиком 43.2, блок 62 формирует команды после обработки сигнала S1 для установки положения поворота клапана 43.4 и проходного сечения проточного канала 43A. Другими словами, блок управления 62 подстраивает проходное сечение проточного канала 43A на основании измерений, выполняемых посредством датчика 43.2. Таким образом, создается «цикл» между измерением вязкости материала, проходящего внутри экструдера 1, и проходным сечением для прохода этого материала в экструдере, в частности - в проточном канале 43A.

Способ регулирования экструдера 1, описанного выше со ссылками на фиг. 1 - 4, заключается в следующем. При обработке материала, подлежащего выдавливанию посредством экструдера 1, компонент(ы) этого материала помещают внутрь корпуса 10 посредством его элементов 11 и 12, причем вязкость этого подлежащего выдавливанию материала непрерывно измеряют в потоке материала внутри экструдера 1, в частности, в потоке материала внутри модуля 43, используя датчик 43.2. Основываясь на результатах этого измерения вязкости подлежащего выдавливанию материала, экструдер 1 регулируют так, чтобы осуществлять мониторинг уровня заполнения корпуса 10 материалом, посредством регулирования проходного сечения для материала в экструдере, в частности, посредством регулирования проходного сечения проточного канала 43A, подверженному изменению этого проходного сечения посредством клапана 43.4. Для этого поворот клапана 43.4 производят по команде от блока 62 посредством привода 60 и стержня 43.5. Затем посредством датчика 43.2 измеряют в режиме реального времени, изменения вязкости, вызванных изменениями, накладываемыми посредством клапана 43.4, на проходное сечение проточного канала 43A, обеспечивая регулирование в режиме «цикла» между этим клапаном 43.4 и этим датчиком 43.2. На практике вычисления, производимые блоком управления 62, для осуществления этого регулирования не ограничивают объем изобретения. Для обеспечения эффективности и легкости подстройки, блок управления 62 выполнен с возможностью поддержания вязкости, измеряемой датчиком 43.2, по существу на постоянном уровне; значение вязкости, которую оператор желает поддерживать неизменной, предварительно вводят в этот блок, например, имея представление об «идеальной» величине вязкости для материала, выдавливаемого экструдером 1.

Вместо того, чтобы осуществлять регулирование в режиме «цикла» подобно процессу с использованием экструдера 1, представленного на фиг. 1 - 4, можно осуществлять один альтернативный способ регулирования этого экструдера, производя вручную регулирование проходного сечения для материала в экструдере. Для этого используют соответствующий экструдер, отличающийся от экструдера 1, показанного на фиг. 1 - 4, тем, что из него удаляют согласовывающий блок управления 62 и заменяют моторизованный привод 60 элементом 60' ручного управления для регулирования углового положения стержня 43.5 вокруг оси Z-Z, и, таким образом, поворота клапана 43.4, как показано на фиг. 5 и 6. Согласно этой альтернативе, оператор получает информацию, соответствующую сигналу S1, получаемую датчиком измерения вязкости 43.2, например, посредством дисплея, и на основании этой информации, оператор приводит в действие стержень 43.5 рукой, используя элемент 60'. Для облегчения регулировки углового положения стержня 43.5, конец этого стержня, выходящий наружу из кожуха 43.1, преимущественно снабжают индикатором положения 61', связанным с градуированной шкалой с указателем 61’, расположенной на наружной поверхности кожуха 43.1 или на опоре 43.6.

Принимая вышесказанное во внимание, возможен один вариант выполнения способа регулирования экструдера, подобного машине 1, заключающийся в использовании одного или нескольких параметров действия этого экструдера, в дополнение к тем, которые относятся к проходному сечению проточного канала 43A. Действительно, измерение, в режиме реального времени, вязкости подлежащего выдавливанию материала в потоке внутри экструдера, обеспечивает результаты измерения вязкости, на основании которых этот экструдер можно регулировать, выполняя регулировку проходного сечения для подлежащего выдавливанию материала, находящегося ниже по потоку от шнеков 20; и регулировку одного или нескольких дополнительных параметров этого экструдера, причем этот или эти дополнительные параметры выбраны из числа:

- скорость вращения шнеков 20;

- состав подлежащего выдавливанию материала, в частности, его происхождение и соотношение компонентов этого материала;

- расход материала на входе в экструдер, в частности, расход каждого из компонентов этого материала;

- температура, сообщаемая корпусу 10, при условии, что температура является регулируемой посредством обеспечения условий, согласно которым по меньшей мере один или даже каждый из элементов 11 - 15 корпуса является терморегулируемым; и

- интенсивность дегазации подлежащего выдавливанию материала при условии, что корпус 10 снабжен специальными средствами для дегазации, для обеспечения возможности удаления газов, например, пара, из подлежащего выдавливанию материала.

Кроме того, описанный до этого способ в качестве альтернативы включает в себя оперативное измерение вязкости не в выпускном устройстве 40, а в одном из элементов 11 - 15 корпуса 10, в частности, в самом дальнем ниже по потоку элементе 15. Другими словами, непрерывно измеряемая вязкость больше не является вязкостью материала, выпускаемого из корпуса, а является вязкостью материала в корпусе, в частности, на участке этого корпуса, находящегося ниже по потоку. Конечно, в этом случае экструдер (не показано на чертежах) снабжен соответственно, например, датчиком вязкости, подобным датчику 43.2, который установлен в канале корпуса, в частности, в зоне шнеков 20, в которой нарезка шнека или шнеков локально уменьшена или даже удалена для получения по существу гладкой поверхности. Понятно, что экструдер, в целом, согласно изобретению, содержит средства для измерения вязкости, т.е. средства для обеспечения возможности измерения вязкости этого материала в потоке материала, протекающего в его корпусе или в его выпускном устройстве, или даже в обоих местах, например, для надежности измерения или по причине приспосабливаемости экструдера.

Кроме того, возможны различные конструкции описанных выше экструдеров, а также дополнительные варианты выполнения способа регулирования. Например:

- модуль 43 может быть выполнен в виде терморегулируемого объекта для введения в его кожух 43.1 специально предназначенных нагревательных/охлаждающих систем;

- в частности, для обеспечения контроля или надежности, модуль 43 может быть снабжен датчиками для измерения давления, в частности, с каждой стороны перекрывающего клапана 43.4, и/или датчиками для измерения температуры подлежащего выдавливанию материала, циркулирующего в проточном канале 43A; и/или

- вместо объединения плиты 41, головки 42 и модуля 43, выпускное устройство 40 может не содержать формующего канала; аналогичным образом, выпускное устройство 40 может не содержать переднюю плиту, выполненную отдельно от кожуха 43.1, объекта для соответствующего расположения конца выше по потоку этого кожуха.

Claims (29)

1. Способ мониторинга и регулирования экструдера (1), содержащего два взаимно сцепленных шнека (20) для транспортирования подлежащего выдавливанию материала, включающий в себя этапы, на которых при обработке экструдером подлежащего выдавливанию материала:

непрерывно измеряют вязкость материала в потоке внутри экструдера, и

регулируют экструдер (1) на основании соответствующих измеренных показаний вязкости материала, отличающийся тем, что на основании измеренных показаний вязкости материала регулируют экструдер (1), изменяя его уровень заполнения материалом вдоль взаимно сцепленных шнеков (20), посредством изменения проходного сечения для материала в месте ниже по потоку относительно этих шнеков.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экструдер (1) дополнительно содержит:

корпус (10), внутри которого взаимно сцепленные шнеки (20) вращаются для продвижения материала, и

выпускное устройство (40), расположенное у конца корпуса ниже по потоку и содержащее проточный канал (43A), в котором выходящий из корпуса (10) материал перемещается под действием взаимно сцепленных шнеков,

при этом для регулирования экструдера (1) изменяют уровень заполнения корпуса (10) материалом посредством изменения проходного сечения проточного канала (43A).

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в проточном канале (43A) выпускного устройства (40) измеряют вязкость выходящего из корпуса (10) материала.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что на основании измеренных показаний вязкости материала регулируют экструдер (1) посредством дополнительного изменения по меньшей мере одного из его параметров:

скорость вращения шнеков (20),

температура, сообщаемая корпусу (10), в котором вращаются шнеки (20),

состав твердого и/или жидкого компонента или компонентов, вводимого в экструдер,

расход твердого и/или жидкого компонента или компонентов, вводимого в экструдер, и

дегазация материала в экструдере.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что обрабатываемый в экструдере (1) материал является неньютоновским.

6. Экструдер (1), содержащий:

корпус (10), внутри которого размещены два взаимно сцепленных шнека (20), выполненных с возможностью вращения для продвижения в корпусе подлежащего выдавливанию материала,

измерительное устройство (43.2) для измерения вязкости материала в потоке внутри экструдера, и

выпускное устройство (40), расположенное у конца корпуса ниже по потоку и содержащее проточный канал (43A), в котором выходящий из корпуса (10) материал перемещается под действием взаимно сцепленных шнеков,

отличающийся тем, что экструдер (1) дополнительно содержит регулировочные средства (43.4, 43.5, 60, 62; 43.4, 43.5, 60'), приспособленные для регулирования проходного сечения проточного канала (43A), изменяя уровень заполнения корпуса (10) материалом.

7. Экструдер по п. 6, отличающийся тем, что регулировочные средства содержат заслонку (43.4), подвижно установленную в проточном канале (43A) для его регулируемого перекрытия.

8. Экструдер по п. 7, отличающийся тем, что заслонка содержит клапан (43.4) для регулируемого перекрытия проточного канала (43A), при этом клапан установлен поперек проточного канала с возможностью поворота вокруг оси (Z-Z), по существу перпендикулярной направлению потока материала в проточном канале.

9. Экструдер по любому из пп. 7 или 8, отличающийся тем, что измерительные устройства (43.2) установлены выше по потоку относительно заслонки (43.4).

10. Экструдер по любому из пп. 6-9, отличающийся тем, что регулировочные средства содержат блок управления (62), подстраивающийся на основании подаваемого от измерительного устройства (43.2) сигнала (S1).

11. Экструдер по любому из пп. 6-9, отличающийся тем, что регулировочные средства содержат элемент (60') ручного управления.

12. Экструдер по любому из пп. 6-11, отличающийся тем, что измерительные устройства содержат датчик (43.2) измерения вязкости, установленный в проточном канале (43A) выпускного устройства (40) для измерения вязкости проходящего в нем материала.

13. Экструдер по п. 12, отличающийся тем, что проточный канал (43A) образован в предназначенном для этого модульном кожухе (43.1) выпускного устройства (40), причем кожух неподвижно удерживает датчик (43.2) измерения вязкости и удерживает по меньшей мере часть регулировочных средств (43.4, 43.5, 60, 62; 43.4, 43.5, 60').

14. Экструдер по п. 13, отличающийся тем, что выпускное устройство (40) у своего конца выше по потоку дополнительно содержит плиту (41) для соединения с концом корпуса (10) ниже по потоку, причем эта плита установлена выше по потоку относительно модульного кожуха (43.1).

15. Экструдер по любому из пп. 13 или 14, отличающийся тем, что выпускное устройство (40) у своего конца ниже по потоку дополнительно содержит головку (42) для формования материала, выходящего из выпускного устройства, при этом головка установлена ниже по потоку относительно модульного кожуха (43.1).

Images