О номере
Публикации
Партнеры
сентябрь 2020 (опубликовано: 29.09.2020)
Выпуск 3(45)
Главная > Содержание > Влияние элементов противовращения на закон изменения внутришнекового давления экструдеров
Пеленко В.В., Хлыновский А.М., Усманов И.И., Ся Ч. .
Исходя из физического и математического моделирования процесса перемещения материала вдоль поверхности винтового канала шнека в условиях стесненного сжатия, наличия сил тренияи влияния сил смятия со стороны элементов противоскольжения, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса экструдера, выведено уравнение закона изменения внутришнекового давления по длине винтовой линии. Полученное уравнение позволяет определитьдлину корпуса экструдера, обеспечивающую величину требуемого давления в зоне экструзии. С позиций оценки эффективности функционирования экструдеров и измельчителей законраспределения давления сырья вдоль шнекового канала является определяющим фактором, так какименно он определяет не только номинальную величину требуемого давления в зоне экструзии через отверстия решетки, но и суммарные затраты механической энергии по деформации материала, перемещению и нежелательному обратному перетоку продукта. Необходимость понимания степени влияния сил трения и сил смятия со стороны элементов противовращения на продольный профиль закона распределения давления обусловлена требованием минимизации обратного перетока материала при его нагнетании в зону экструзии, поскольку эффект «шлюзования» снижает производительность и повышает энергопотребление оборудования. В данной работе поставлена, сформулирована и решена задача определения закона распределения внутришнекового давления в зависимости от сил трения и сил механического сопротивления состороны специальных ребер противовращения, выполненных на внутренней поверхности корпуса экструдера. Задача корректного моделирования закона распределения давления по длине корпуса шнека в условиях действия на продукт сил со стороны буртиков противовращения определена в рассматриваемом случае как ключевая. В качестве математической модели процесса перемещения принято дифференциальное уравнение равновесия сил, действующих на элементарную пластину с сечением шнекового канала. Учтено положение о том, что в направлении подачи сырья вдоль криволинейной поверхности шнека отношение площади поверхности трения элементарной пластины к величине соответствующего периметра контакта является значением постоянным. На основе анализа значительного количества моделей измельчителей, экструдеров и волчков определены границы возможного изменения их конструктивных параметров. При этом показано, что могут быть существенно снижены габариты и материалоемкость шнекового оборудованияза счет уменьшения длины его корпуса. Осуществимость предложенного математического моделирования позволяет расширить возможности конструирования данного вида оборудования, и свидетельствует о преимуществе выполнения шнеков экструдеров, измельчителей, волчкови мясорубок в соответствии с полученными соотношениями. На основе выведенного аналитического выражения может быть оптимизирована длина корпуса волчка и другие его конструктивные параметры по критериям материалоемкости и энергоэффективности.
Читать статью полностью
Ключевые слова: математическое моделирование; изменение давления; дифференциальное уравнение; экспоненциальный закон; экструдер; трение; измельчение
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License
УДК 519.68:532.7:541.182.41
Влияние элементов противовращения на закон изменения внутришнекового давления экструдеров
Исходя из физического и математического моделирования процесса перемещения материала вдоль поверхности винтового канала шнека в условиях стесненного сжатия, наличия сил тренияи влияния сил смятия со стороны элементов противоскольжения, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса экструдера, выведено уравнение закона изменения внутришнекового давления по длине винтовой линии. Полученное уравнение позволяет определитьдлину корпуса экструдера, обеспечивающую величину требуемого давления в зоне экструзии. С позиций оценки эффективности функционирования экструдеров и измельчителей законраспределения давления сырья вдоль шнекового канала является определяющим фактором, так какименно он определяет не только номинальную величину требуемого давления в зоне экструзии через отверстия решетки, но и суммарные затраты механической энергии по деформации материала, перемещению и нежелательному обратному перетоку продукта. Необходимость понимания степени влияния сил трения и сил смятия со стороны элементов противовращения на продольный профиль закона распределения давления обусловлена требованием минимизации обратного перетока материала при его нагнетании в зону экструзии, поскольку эффект «шлюзования» снижает производительность и повышает энергопотребление оборудования. В данной работе поставлена, сформулирована и решена задача определения закона распределения внутришнекового давления в зависимости от сил трения и сил механического сопротивления состороны специальных ребер противовращения, выполненных на внутренней поверхности корпуса экструдера. Задача корректного моделирования закона распределения давления по длине корпуса шнека в условиях действия на продукт сил со стороны буртиков противовращения определена в рассматриваемом случае как ключевая. В качестве математической модели процесса перемещения принято дифференциальное уравнение равновесия сил, действующих на элементарную пластину с сечением шнекового канала. Учтено положение о том, что в направлении подачи сырья вдоль криволинейной поверхности шнека отношение площади поверхности трения элементарной пластины к величине соответствующего периметра контакта является значением постоянным. На основе анализа значительного количества моделей измельчителей, экструдеров и волчков определены границы возможного изменения их конструктивных параметров. При этом показано, что могут быть существенно снижены габариты и материалоемкость шнекового оборудованияза счет уменьшения длины его корпуса. Осуществимость предложенного математического моделирования позволяет расширить возможности конструирования данного вида оборудования, и свидетельствует о преимуществе выполнения шнеков экструдеров, измельчителей, волчкови мясорубок в соответствии с полученными соотношениями. На основе выведенного аналитического выражения может быть оптимизирована длина корпуса волчка и другие его конструктивные параметры по критериям материалоемкости и энергоэффективности.
Читать статью полностью
Ключевые слова: математическое моделирование; изменение давления; дифференциальное уравнение; экспоненциальный закон; экструдер; трение; измельчение
DOI 10.17586/2310-1164-2020-10-3-46-53
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License