KONSTRUKCJA, BUDOWA I EKSPLOATACJA UKŁADÓW UPLASTYCZNIAJĄCYCH WYTŁACZAREK JEDNOŚLIMAKOWYCH Mgr inż. Szymon Zięba Politechnika Warszawska
Rys. 1. Schemat wytłaczarki jednoślimakowej.
Podział wytłaczarek
Rys. 2. Oznaczenia elementów geometrycznych ślimaka.
h D h Z L D L P L Z Rys. 3. Strefy ślimaka klasycznego trójstrefowego.
czynna powierzchnia boczna zwoju Rys. 4. Schematyczne przedstawienie przebiegu procesu uplastyczniania w wytłaczarce klasycznej.
P [bar] 300 150 0 Rys. 5. Rozkład ciśnienia tworzywa w wytłaczarce klasycznej.
P [bar] 130 0 Rys. 6. Rozkład ciśnienia tworzywa w wytłaczarce klasycznej o dużej głębokości kanału ślimaka w strefie dozowania.
m [kg/h] m [kg/h] n s min -1 p [bar] T m [ C] LDPE Ślimak Ø90/25D Rys. 7. Charakterystyki wytłaczarki klasycznej dotyczące wydajności i temperatury tworzywa. n s min -1
Wydajność, m [kg/h] Długość strefy zasilania, [D] Rys. 8. Charakterystyki wytłaczarki klasycznej zależności wydajności od długości strefy zasilania.
a) b) c) Rys. 9. Schematy konstrukcyjne ślimaków wytłaczarek klasycznych: a) ślimak trójstrefowy, b) ślimak z przyśpieszonym sprężaniem, c) ślimak z odgazowaniem.
Wydajność, m [kg/h] [min -1 ] Prędkość obrotowa ślimaka, n s Rys. 10. Zależność wydajności wytłaczania od prędkości obrotowej dla różnych wytłaczanych termoplastów.
d a c b Rys. 11. Schematy cylindra ze strefą zasilania rowkowaną i chłodzoną. Wykonanie: ze szczeliną stwarzającą izolacje cieplną, z bezpośrednim chłodzeniem: a - rowek wzdłużny, b - tuleja uszczelniająca, c - chłodzenie, d - szczelina izolująca.
Rys. 12. Rowkowana tuleja w strefie zasilania: 1-cylinder, 2-tuleja, 3-izolacja termiczna, 4-otwór zasypowy.
Rys. 13. Powstawanie blokad w stanie stałym w rowkowanej strefie zasilania.
Rys. 14. Cylinder rowkowany.
m [kg/h] m [kg/h] n s min -1 p [bar] T m [ C] LDPE Ślimak Ø90/25D n s min -1 Rys. 15. Charakterystyki wytłaczarki ze strefą rowkowaną dotyczące wydajności i temperatury tworzywa.
Wydajność, m [kg/h] [min -1 ] Prędkość obrotowa ślimaka, n s Rys. 16. Zależność wydajności od prędkości obrotowej ślimaka podczas wytłaczania polietylenu i polipropylenu.
Rys. 17. Przykłady rozwiązań elementów ścinających.
Rys. 18. Ślimak z elementami ścinającymi i mieszającymi.
Rys. 19. Elementy ślimaków: a) ślimak z żebrem ścinającym, b) część ścinająca typu Troester, c) część ścinająca typu Union Carbide.
Rys. 20. Elementy mieszające ślimaków.
Rys. 21. Element mieszający z otworami osiowymi w pierścieniach zaporowych (rozwiązanie firmy Windmoller&Holscher).
Rys. 22. Mieszalnik statyczny Kenics a: 1-podłączenie termopary, 2-wymienne elementy mieszające z pierścieniem ustalającym, 3-grzejniki elektryczne.
Rys. 23. Element mieszający z wrębami w pierścieniach (rozwiązanie firmy Reifenhauser).
Rys. 24. Element mieszający LTM (rozwiązanie firmy Barmag).
Rys. 25. Schemat mieszarki statycznej i efektywność jej mieszania (rozwiązanie firmy Sulzer).
Rys. 26. Mieszarka statyczna w stanie zamontowanym (rozwiązanie firmy Sulzer).
Rys. 27. Tarcza otworowa dla doboru oporności głowicy.
Rys. 28. Tuleja spiętrzająca dla doboru oporności głowicy.
Rys. 29. Schemat zwężania przekroju poprzecznego otworu w głowicy.
Rys. 30. Łącznik z urządzeniem dławiącym i pomiarem ciśnienia: 1-czujnik ciśnienia, 2-połączenie z dyszą, 3-połączenie z wytłaczarką.
Wysokie ciśnienie przeciwdziałające (wysokie opory przepływu przez głowicę) Niskie ciśnienie przeciwdziałające Rys. 31. Schemat wytłaczarki z odgazowaniem i przebieg ciśnienia wzdłuż układu uplastyczniającego.
Rys. 32. Schemat wytłaczarki z odgazowaniem i przebieg ciśnienia wzdłuż układu uplastyczniającego.
Rys. 33. Schematyczne przedstawienie wytłaczarki kaskadowej.
Rys. 34. Schematyczne przedstawienie wytłaczarki walcowej planetarnej.
PARAMETRY PROCESU WYTŁACZANIA PARAMETRY ZWIĄZANE Z PROCESEM: TEMPERATURA: Temperatura cylindra i głowicy, Temperatura stopu, Temperatura kalibratora i medium chłodzącego, Szybkość chłodzenia w poszczególnych strefach. CIŚNIENIA: Ciśnienie przed głowicą, Ciśnienie kalibrowania (podciśnienie). PRĘDKOŚCI: Prędkość obrotowa ślimaka, Prędkość liniowa odciągu. PARAMETRY ZWIĄZANE Z WYROBEM: Kształt i wielkość wytłaczanego profilu, Barwa, Połysk (mat).
NIESTABILNOŚĆ PROCESU: Problemy związane z przepływem i pobieraniem surowca z leja zasypowego, Problemy z transportem przez ślimak tworzywa w stanie stałym, Niedostateczna zdolność do przetopienia surowca, Źle ukształtowany profil temperatury na długości cylindra i głowicy, Wahania temperatury ślimaka, Wahania temperatury cylindra, Wahania urządzenia odbierającego, Nierównomierna prędkość obrotowa ślimaka, Zużycie ślimaka i cylindra, Zła homogenizacja, Zbyt niskie ciśnienie na głowicy, Niewłaściwa zdolność do wygenerowania odpowiedniego ciśnienia przed głowicą, Pulsacje ciśnienia.
Rys. 35. Przekrój jednoślimakowego układu uplastyczniającego; składowe prędkości obwodowej V o, przepływy, elementy geometryczne.
Rys. 36. Fragment ślimaka w strefie dozowania a), rozwinięcie jednego zwoju b).
Q=QW±QC±QS
Rys. 37. Rozkład ciśnienia w wytłaczarce. 1. Wzrost w strefie dozowania powoduje, że gradient ciśnienia jest dodatni δp/δz>0, co za tym idzie składowa przepływu ciśnieniowego jest przeciwstawna składowej ciśnienia wleczonego. Taki stan charakteryzuje się najlepszym stopniem wymieszania tworzywa oraz najmniejszym wydatkiem. 2. Stałe ciśnienie w strefie dozowania powoduje, że gradient ciśnienia jest równy 0, δp/δz=0. Taki stan charakteryzuje się średnim stopniem wymieszania tworzywa oraz średnim wydatkiem. 3. Spadek ciśnienia w strefie dozowania powoduje, że gradient ciśnienia jest ujemny δp/δz<0, co za tym idzie składowa przepływu ciśnieniowego jest zgodna ze składową ciśnienia wleczonego. Taki stan charakteryzuje się najgorszym stopniem wymieszania tworzywa oraz najwyższym wydatkiem.
Rys. 38. Rozkład ciśnień wzdłuż układu uplastyczniającego konwencjonalnego.
Rys. 39. Rozkład ciśnienia wzdłuż układu niekonwencjonalnego (pompa ciała stałego).
a) b) Rys. 40. Rozkład ciśnienia wzdłuż układu uplastyczniającego: a) konwencjonalnego, b) niekonwencjonalnego (pompa ciała stałego).
Rys. 41. Współczynnik objętościowej sprawności transportu w zależności od prędkości obrotowej: 1-wzdłużnie rowkowana strefa zasilania, 2-gładka strefa zasilania.
Dziękuję za uwagę.