Шнековый пластикатор для переработки термореактивных материалов

 

Изобретение относится к шнековым пластикаторам для переработки термореактивных материалов и может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения - повышение производительности пластикатора. Для этого в вертикальном материальном цилиндре и загрузочном бункере расположен шнек. Бункер имеет цилиндрическую и коническую части. Концентрично шнеку в бункере расположена лопасть в виде цилиндра с криволинейной нижней кромкой. Лопасть может быть выполнена с профилем в виде одного витка или спирали Архимеда или логарифмической, или параболической спирали. Профиль спиралей и высота определяются по уравнениям в полярных координатах. При работе лопасть вращается противоположно шнеку. Максимальный угол давления лопасти на материал меньше, а уплотнение материала происходит на большей длине дуги. Это повышает производительность на 10-12%, в том числе при переработке коротковолокнистого наполнителя, материалов с малым и большим насыпным весом. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Сааэ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСЪЬДИН (19) (ll),(«.-Ь у д « и яа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЙМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4457239/23-05 (22) 07.,06.88 (46) 15, 07,90. Бюл, ¹ 26 (72) В.H.Бахтюкав, Т.Jl;.Ñàìîõèíà, О,И,Квасенков, H.IÎ,Áàêèí, И. Р. Алек андрович, В. А, Татаркин, А.И,Нестерчук и А-В.В.Сабаляускас (53) 678.057 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 673306,, кл. В 01 F 7/24, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1052394, кл. В 29 В 11/08, 1982. (54) ШНЕКОВЫЙ ПЛАСТИКАТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРИОРЕАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к шнековым пластикаторам для переработки термореактивных материалов и может быть использовано в химической промышленности, Цель изобретения — повышение производительности пластикатора. Для этого в вертикальном маИзобретение относится к оборудованию для переработки пластмасс и может быть использовано для пластикации и дозирования термореактивных материлав при их прессовании в изделия °

Цель изобретения — повышение производительности пластикатора.

На фиг. 1 представлен пластикатор, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1 (система коо«рдинат для вычисления конфигурации лопасти); на фиг. 3, 4, 5 — лопасти предлагаемого устройства в полярных координатах; на фиг. 6, 7, 8 — схема рас1

lgl) 5 В 29 С 45/46, В 2о В 11/08 териальном цилпнлре п загрузо1ном бункере расположен шнек . Бункер;. IIет пплпндрпческую и конпчес1«ую;:Ic." ти. КоIIöãIIòðè»IIo шнеку в бункере

pacïo:1ожена лопасть в вппе. цплпи».: . с кри13огтинейнай нижней кромкой.

Лопасть мажет быть выполнена с нрофилем в виде одного витка или cirIpaли

Архимеда пли логарифмической, ил1: параболической спира.ти. Профиль спп11»лей и высота бпределяются по уравнениям т3 полярных коардпнзтах. Прн работе лопасть вращается противоположно шнеку.,1аксимальный1 у:ол дав.1ения лопасти -a материал меньше> а уплотнение материлла происходи-; нз большей длине дуги, Это повышает производительность на 10-12ь, в том числе при переработке коротковолокнистага напол1штеля материалов с малым п большим насыпным весам.

3 з.п. Ь-ль1, 8 ил.

I чета угла давления лопасти на материал для предлагаемо о уcòройства в линейных овтогональ11ьж координатах

Шнековый"-. пл»стпкагор . †.л- череработки термореактпвных материалов (фпг. 1, Z) со;1ери1т вертикально расположенньп1 материальный цили13др 1, загрузочный бункер 2, шнек 3, связан-. ный с приводом 4 вращения 11 расположенный1 в материал1.ном пилин11ре 1„ лопасть 5 смонтированную в бункере 2 с возможностью вращения от привода 4 и соединенную с после; ним посредст13ом

" б ать!««oI" ec 6 1- 7 Врлще«31 Р -1 >Il.",.-.— ти 5 осуществ. 7яетc"". .в 11ро I пвоI!алож

1578003 4

3, p - угол„в пределах от 0 до 2Я; рад., и уравнением (1).

Такое исполнение пластикатора

5 является оптимальным для переработки термореактивных материалов с коротковолнистым наполнителем, так как лопасть в виде витка спирали Архимеда обладает постоянным по длине углом давления на материал и стен пенью уплотнения,. что способствует минимальной механической деструкции коротковолокнистого наполнителя и не приводит к вращению материала совместно с лопастью.

В другом варианте изобретения лопасть 5 выполнена в виде одного витка логарифмической спирали (фиг, 4, 7). В этом случае ее конфигурация описываeтся уравнением

5 ном направлении относительно шнека

Лопасть 5 выполнена в виде одного по лного витка спирали, концентричной шнеку 3, загрузочный бункер 2 имеет цилиндрическую и коническую части, а лопасть 5 выполнена в виде цилиндра с криволинейной нижней кромкой, образованной пересечением криволинеи ного цилиндра и конуса. Профиль спирали лопасти 5 для данной конструкци пластикатора с учатом ограничений единых для каждой лопасти, опред ляют по уравнениям в полярных коорц .натах

У= 1 (), p(0) = r, (2Г) = К, где Р— расстояние от полюса, распо ложенного на оси шнека 3, 20 до лопасти 5, м; . r — радиус гребней шнека, м;

R — внутренний радиус цилиндрической части бункера, м, а высота лопасти 5 определена из уравнения

h = Нц + (R -у )ctgpç (1) где h — высота лопасти, м;

Н вЂ” высота цилиндрической части

Ц бункера, .м;

30 — угол наклона образующей ко.— нической части бункера к оси шнека, рад.

Выполнение лопасти 5 в виде пол,ного витка спирали позволяет повыЗг сить производительность работы плас тикатора за счет. уменьшения угла давления лопасти 5 на материал и увеличения пространства взаимодействия лопасти 5 с материалом в бункере 2

10 путем увеличения угла захвата материа,па в плоскости, перпендикулярной оси шнека 3.

В предпочтительном варианте изобретения лопасть 5 может быть выпол45 иена в виде одного полного витка спирали Архимеда (фиг, 3, б). Конфигурация лопасти в этом случае описывается следующим уравнeíèåì в попярных координатах; 50

2 7( где R — - внутренний радиус цилиндрической части загрузочного бункера;

r — - радйус гребней витков шнека;

1†. расс.тояние от полюса, расположенного на оси шнека;

1nR — 1nr

Р=rехр (-- — q) ()

2п и уравнением (1).

Такое исполнение пластикатора является оптимальным для термореактивных материалов с длинноволокнистым наполнителем, обладающих.-малым насыпным весом и ниэкои насыпной плотностью. Из всех возможных спиральных лопастей лопасть в ниде витка логарифмической спирали обладает наименьшим максимальным углом давления на материал, что способствует снижению проскальзывания материала относительно стенки бункера и максимальной степени уплотнения на участке у стенки бункера, что является важным для достижения необходимой для пластикации длинноволокнистого материала плотности, Кроме того, лопасть 5 может бь*ь выполнена в виде одного полного витка параболической спирали (фиг,5, 8), конфигурация которой описывается уравнением

r г. г

g+ (4)

2Т и уравнением (1) .

Такое исполнение пластикатора является оптимальным для переработки пресс-порошков и гранулятов с небольшой возможной степенью уплотнения и относительно высокими насыпным весом и плотностью. Лопасть 5,. выполненная в виде витка параболической спирали, имеет в два раза меньший тангенс угла давления, чем у пластикатора-прототипа, и наимень5 157 шую степень сжатия материала, что является необходимым для избежания проскальзывания пресс-порошка относительно стенки бункера 2 и работы пластикатора с высокой производительностью, Для приема подготовленного материала предназначен узел 8 дазирования.

Пластикатор работает следующим образом.

Материал с помощью какого-.либо загрузочного устройства (не показано) подается в бункер 2, где захватывается лопастью 5, уплотняется.и поджимается к шнеку 3, Шнек 3 транспортирует материал по материальному. цилиндру 1, где он разогревается и пластицируется, а затем поступает в узел 8 дазиравания9 где происходит формование доз определенной мйссы9 формы и температуры.

Повышение производительности пластикатара объясняется следующим образом. Уплотнение материала спиральной лопастью 5 в отличие ат полуцилиндрическай осуществляется на два раза большей длине дуги, что не вызывает резкой разницы плотности материала па сечению, перпен. вЂ,икулярнаму оси шнека 3.Кроме того, максимальный угол давления лопасти 5 на материал в предлагаемом устройстве меньше, чем в устройстве-прототипе. Этот угол находится как угол между направлением мгновенного перемещения лопасти 5 и касательной, проведенной к этой тачке лопасти в плоскости, перпендикулярной аси шнека (фиг, 3-8).

Для устройства-прототипа максимальный угол. давления находится при исследовании на максимум уравнения:

Е

sin у = — — s in ; pe (0. >I j, (5)

1 где у — угол давления;

Š— эксцентриситет лопасти относительно аси шнека;

К, — радиус лопасти, выведенного из теоремы синусов для треугольника, образованного воображаемыми линиями радиус-вектора р, линии, соединяющей центр вращения с цейтром полуокружности,и радиусом полуокружности в плоскости сечения, перпендикулярной оси шнека, Очевидно, чта максимальное значение угла будет соответствовать углу Т(/2, а угол давления в этом

8003 случае будет равен:

Б — arcsin

R, (ь)

5 или, приняв, что палуцилиндрическая лопасть 5 наход9™ся одним концом вплотную к шнеку 3, а другим — к стенке бункера 2, R- r = arcsin (7)

R+ r

Для спиральной лопасти, выполненной в виде полного витка спирали

Архимеда, логарифмической или параболической спирали максимальное значение угла давления лопасти на материал можно найти исследуя производную Йр/с(уравнений, описывающих зависимость у Pg).

20 Для лопасти, выпалненяай в виде витка спирали Архимеда, описываемой чравнениями (1) и (2):

ЙР Р-r — — — cpnst. (8)

dg 27

Из уравнения (8} видна, чта угол давления лопасти9 выполненной в виде витка спирали Архимеда, является nsстаянным и вычисляется па формуле (1О) Максимальное значение производной, вычисленной по уравнению (10)

45 в интервале значений u oò 0 до 2п

9 попадает на конец указанного интервала. Следовательно, максимальный угол давления лопасти на материал будет создаваться на конце лапаcти у стенки бункера, а ега значение будет равно:

Rlnr у= arctg(— — — — — — ), 2 я

Для лопасти, выполненной в виде витка параболической спирали, описываемой уравнениями (4) и (1), производная будет равна

R — r у= — are t 8- — —— (9)

2 у!

Для лопасти, выполненной в виде витка логарифмической спирали, опи35 сываемай уравнениями (3) и (1), производная будет равна

dg r 1п r lnR — lnr — — — ехр (— — — — — (f), d g 2Т! 217

1578003

dg R -r

3 . 2r, (12)

Очевидно, что ее максимальное зна, чение будет соответствовать значению

Ч = 0 и угол давления лопасти 5 на материал в этой точке будет равен р2 .2

10 у = arctp — — —- (13)

2яr

Получив выражения для максимального угла давления в виде арктангенса для трех вариантов выполнения лопасти, приведем к тому же виду урав- 15 нение (7). Получим:

R - r у= arctg — --- —.— — --. (14)

2 R r

Зная, что большему значению угла соответствует большее значение тангенса угла в пределах до К/2, сравним выражения, входящие в уравнения.(9), (11), (13) и (14) под знак арктангенса. 25

Зная, что на практике при изготовлении шнековых пластикаторов значение отношения r/R приблизительно составляет 1/5, получим для аргументов арктангенсов уравнений (9), (11), (13) и (14) соответственно следующие выражения:

0,6362г

0,2560r

3,8191г

5,3667г

Выражение для уравнения (14) является максимальным, а значит, наименее выгодным, с точки зрения КПД и производительности является выполнение лопасти как у пластикаторапрототипа, Как показали экспериментальные исследования, использование лопасти в виде спирали Архимеда наиболее эффективно для материалов с корот. коволокнистым наполнителемтипа ДСВ и асбомасс. Она позволяет получить стабильную запитку с высокой производительностью при минимальной

50 механической деструкции наполнителя.

Использование лопасти в виде логарифмической спирали наиболее эффективно при запитке длинноволокнистых материалов AI"-4В с малым на55 сыпным весом.

Лопасть в виде витка параболической спирали оказапась наиболее эффективной и производительной при переработке пресс-порошков типа

020-210-75 с высоким насыпным весом и малой чувствительностью к переуплотнению.

По данным опытной. проверки, выполнение предлагаемого пластикатора позволяет повысить его производительность на 10-127„ повысить качество готовых иэделий 3а счет улучшения их механических свойств путем снижения механодеструкции наполнителя при шнековой пластикации.

Формула изобретения

1. Шнековый пластикатор для переработки термореактивных материалов, содержащий вертикально расположенный материальный цилиндр, загрузочный бункер с цилиндрической и конической частями, шнек с винтовой нарезкой, связанный с приводом вращения, и размещенную в загрузочном бункере с возможностью противоположного шнеку вращения лопасть в виде цилиндра с криволинейной нижней кромкой, образованной пересечением криволинейного цилиндра и конуса, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности пластикатора, лопасть выполнена с профилем в виде одного витка концентричной шнеку спирали, конфигурацию и высоту которой определяют по уравнениям в полярных координатах р = y(v), g(0) = r, (2n) = R, = Н ц+ (R — p)ctpp, где g — расстояние от полюса, расположенного на оси шнека, до лопасти, м; у — угол, в пределах от 0 до

2н, рад;

r — радиус гребней шнека, м;

R — внутренний радиус бункера, м;

h — высота лопасти, м;

Н вЂ” высота цилиндрической часЦ ти бункера, м;

1 — угол наклона образующей конической части бункера к оси шнека, рад.

2. Пластикагор по п, 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения механодеструкции коротковолокнистого наполнителя, лопасть выполнена с профилем в ниде спирали

9 1578003 1О

АРхимеда, опРеделЯемым по УРавнению: 1n R 1nr

2а

У где р, r, R, с имеют указанные значения. где р, R, r, y имеют указанные значе- 5 ния .

° . ч ° Шнековый пластикатор по п, t

3. Пластикатор по и. 1, о т л нотличающийся тем, что, с ч а ю шийся тем, что, с целью целью увеличения уплотнения в зоне увеличения у отнения в зоне эапитки запитки пресс-порошков и материалов материалов с малым насыпным весом и длинноволокнистым наполнителем и выполнена с п о иена с профилем в виде нараболнуменьшения механодеструкции длинноческой спи али пирали, определяемым по уравволокнистого наполнителя, лопасть нению:

КЯ- Г1

2 выполнена с профилем в виде логариф- 2у + < мической спирали, определяемым по где р,, r, iP имеют укаэанные значе- . уравнению: !

1578003

1578003

Составитель Л. Кольцова

Редактор И,Бандура Техред M.ÄèäûK Корректор Н.Ревская

Заказ 1882 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 10!