Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Холодилин А.Н., инженер Панов Е.И.

Оренбургский государственный университет, Россия

К определению основных параметров шнекового пресса

Процесс прессования вязких сред, в шнековых прессах, зависит от такого числа геометрических, кинематических параметров и физических величин, что, практически невозможно составить математическую модель, полностью описывающую процесс. Поэтому, все существующие модели [2,5,6,7,8] составлены с какими либо допущениями, и, не учитывают те или иные факторы влияющие на процесс.

В ряде работ [2,3,4,8], исследовано влияние различных факторов на процесс прессования в шнековых прессах и проведен анализ полученных результатов. Однако проведенные исследования не позволяют установить взаимосвязь и оценить комплексное влияние этих факторов на основные параметры процесса.

В качестве основных параметров, характеризующих эффективность работы шнекового пресса, принимаем:

- Q, кг/с – производительность шнекового пресса;

- N, Вт – потребляемая мощность;

- Р, Па – давление создаваемое в прессе.

Для определения взаимосвязи между геометрическими, кинематическими параметрами пресса и физико-механическими свойствами продукта, влияющими на процесс, воспользуемся методом анализа размерностей [1].

Рассмотрим факторы влияющие на эффективность работы шнекового пресса. Это в первую очередь:

- его геометрические параметры – длина, шаг винтовой линии, угол подъема витка шнека, его толщина, глубина винтового канала, зазор между корпусом и шнеком;

- площадь живого сечения матрицы;

- кинематические параметры – частота вращения шнека;

- физико-механические свойства продукта – вязкость и плотность.

Рисунок 1 - Геометрические параметры шнекового пресса

Так как геометрические параметры шнека, а именно – диаметр, шаг, угол подъема витка, его толщина и глубина винтового канала, могут быть переменными по его длине, воспользуемся понятием – длина винтовой линии, которую свяжем с глубиной винтового канала, что в свою очередь, позволит говорить об объеме продукта транспортируемого шнеком.

В соответствии с рисунком 1, введем следующие обозначения:

- D, м – наружный диаметр шнека;

- H, м – ширина винтового канала;

- h, м – глубина винтового канала;

- L, м - длина винтовой линии;

- δ, м – толщина кольцевого зазора между корпусом и шнеком;

- F, м² – площадь живого сечения матрицы;

- n, с^-1 – частота вращения шнека;

- µ, Па с – вязкость продукта;

- ρ, кг/м³ – плотность продукта.

Произведение

,

где: m, кг - масса продукта перемещаемого шнеком.

Связь между основными параметрами и величинами существенными для рассматриваемого процесса, представим в виде функциональных зависимостей:

_,

_,

.

Представим функциональные зависимости в виде степенных многочленов,

_,

_,

,

где: R, W, V – постоянные множители.

Проведя анализ размерностей этих величин,

,

,

,

получим:

,

,

.

Прировняв показатели степени, при одинаковых основных единицах измерения и проведя преобразования, приведем уравнения к следующему виду

,

_,

.

После преобразования этих выражений, составим критериальные уравнения

_,

_,

_.

Определив, на основании экспериментальных данных, постоянные множители R,W,V и показатели степени, найдем значения определяемых критериев подобия и рассчитаем значения основных параметров процесса. Тогда, взаимосвязь между основными параметрами, может быть представлена в следующем виде

,

где Y,U – постоянные множители.

Литература:

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. 752 с.

2. Ким В.С. Теория и практика экструзии полимеров. М.: Химия, Колос, 2005. 568 с.

3. Мачихин Ю.А., Берман Г.К., Клаповский Ю.В. Формование пищевых масс. М.: Колос, 1992. 272 с.

4. Полищук В.Ю., Коротков В.Г., Зубкова Т.М. Проектирование экструдеров для отраслей АПК. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 203 с.

5. Силин В.А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах. М.: Машиностроение, 1979. 150 с.

6. Тадмор Э., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. Пер. с англ. М.: Химия, 1984. 628 с.

7. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977. 452 с.

8. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. Л.: Госхимиздат, 1962. 467 с.