ENG Kontinuálny závitovkový extrudér má vysoký stupeň flexibility a automatizácie. Použitie extrúzneho spracovania počas spracovania polyméru môže účinne znížiť náklady na spracovanie, zlepšiť efektivitu výroby a znížiť emisie odpadu.
Hoci existujúce extrudéry si dokážu poradiť so súčasným tavením a miešaním materiálov v závitovke, s narastajúcim stupňom industrializácie ich nízka výstupná účinnosť už nedokáže uspokojiť potreby budúceho priemyslu. Aby sa ďalej zlepšila účinnosť spracovania polymérov, je naliehavo potrebné navrhnúť veľké extrudéry.
Ak však priamo navrhujete zariadenia vo veľkom meradle, budete čeliť problémom, ako je plytvanie zdrojmi v dôsledku nedostatočných skúseností s návrhom. Preto je obzvlášť dôležitý teoretický výskum v oblasti závitovkového vytláčacieho zariadenia.
Teória zosilnenia podobnosti je bezrozmerná číselná skupina, ktorá predstavuje parametre súvisiace s určitým javom v systéme. Keď sú javy v dvoch systémoch podobné, existuje aj určitá podobnosť medzi príslušnými parametrami. Táto podobnosť môže tvoriť bezrozmernú skupinu čísel, to znamená, že kritériom podobnosti je konštantná hodnota. Vychádzajúc z teorému podobnosti, aplikovanie empirických záverov vyvodených v maloobjemových zariadeniach na veľkoobjemové výrobné zariadenia môže zabezpečiť, že bezrozmerné skupiny vyrábané v malom a veľkom meradle sú rovnaké, čím sa zachovajú bezrozmerné formy riešení pre rôzne rovnice konzistentné. Zmeniť. Pre návrh závitovkovej štruktúry veľkých dvojzávitovkových extrudérov možno použiť podobnú teóriu zosilnenia extrudérov. Táto teória môže začať z pohľadu geometrickej podobnosti a poskytnúť platformu pre návrh prostredníctvom štúdia parametrického modelovania. Prijatie tejto metódy návrhu môže zabrániť opakovanému modelovaniu, ušetriť čas na návrh, a tým zlepšiť efektivitu výroby a kvalitu výroby.
V posledných rokoch sa široko diskutuje o výskume štruktúry malých extrudérov, ale výskum veľkých extrudérov je stále v štádiu prieskumu. Prostredníctvom hĺbkového výskumu geometrických parametrov a zosilnenia indexu výkonu experimentálneho modelu môže poskytnúť teoretický základ pre vývoj veľkých závitovkových extrudérov, čím sa zlepší kvalita návrhu a miera úspešnosti. Tento článok má za cieľ predstaviť súčasnú prácu a pokrok v tejto oblasti od podobnej teórie amplifikácie použiteľnej na dvojzávitovkové extrudéry.
Dvojzávitovkový extrudér podobná teória amplifikácie
Dvojzávitovkové extrudéry majú lepší výkon pri miešaní ako jednozávitovkové extrudéry. Po vedeckom výskume podobných teórií zosilnenia jednozávitovkových extrudérov ho rozšírili na dvojzávitovkové extrudéry. Ako je znázornené na obrázku 2, za predpokladu udržania nezmeneného uhla skrutkovice (φ) sa dvojitá skrutka rozloží, aby sa získal vzťah priemeru medzi dvojitou skrutkou a jednoduchou skrutkou, ako je znázornené v rovnici (1). Ignorovaním vplyvu oblasti záberu (uhol záberu ψ je približne 0) sa ďalej ilustruje uskutočniteľnosť aproximácie dvojitej skrutky na jednu skrutku.
Obrázok 2 Podobná schéma dvojzávitovkového približne ekvivalentného jednozávitovkového prietokového kanála
Štúdie výkonu miešania a bezpečnosti dvojzávitovkových extrudérov sú dôležitými faktormi pre úspešný dizajn extrudéra. Je potrebné určiť amplifikačné kritériá pre kľúčové parametre a študovať zosilnené efekty na základe numerických výpočtov. V dvojzávitovkovom extrudéri má materiál čiastočne naplnenú časť a úplne vyplnenú časť. Podobné amplifikačné teórie použiteľné pre jednozávitovkové extrudéry sú použiteľné pre dvojzávitovkové extrudéry s plne naplnenými sekciami. Keď sa však zvýšil dopyt po extrudéroch s distribuovaným miešaním a dvojzávitovkových extrudéroch s odstránením prchavých látok, začali sa objavovať podobné teórie zväčšovania meradla pre nezasahujúce dvojzávitovkové extrudéry, ktoré čiastočne vypĺňali oblasť kanála. Pretože stupeň naplnenia dvojzávitovkového extrudéra je dôležitým ukazovateľom kapacity závitovkovej dopravy, možno kritérium zosilnenia dvojzávitoviek ďalej deliť podľa rôznych stupňov plnenia prietokových kanálov dvojzávitovkového extrudéra.
01Podobná teória zosilnenia úplného naplnenia prietokového kanála
Prietokový kanál je úplne plný, čo znamená, že materiál je úplne naplnený v prietokovom kanáli bez akýchkoľvek medzier. Výskumníci zistili, že dĺžka úplne naplnenej časti extrudéra má významný vplyv na čas zotrvania a spotrebu energie taveniny extrudovaného materiálu v extrudéri. Keď je prietokový kanál úplne naplnený, vlastnosti materiálu sú stabilnejšie, ako keď skrutka nie je úplne naplnená. Iba vtedy, keď je závitovka úplne naplnená, môže byť zaručená konzistencia, kvalita a výstup extrudovaných výrobkov. Preto súčasné diskusie vedcov o podobnej teórii dvojzávitovkových extrudérov v podstate predpokladajú, že prietokový kanál je úplne naplnený.
Li Ao urobil komplexné porovnanie podobných amplifikačných metód na úplné vyplnenie prietokového kanála a navrhol použiť metódu amplifikácie na jednozávitovkovom extrudéri na dvojzávitovkový extrudér, čím položil teoretický základ pre transformáciu veľkých strojov s dvoma závitovkami. . Berzin a kol. verí, že koeficient prestupu tepla v plne naplnenom extrudéri je veľmi kritický. Keď sa pomer povrchu k objemu znižuje s priemerom, rýchlosť prenosu tepla extrudéra sa tiež zníži. Preto je skrutka v procese simulačného výpočtu často definovaná ako adiabatická. s použitím teploty taveniny ako jedného z hodnotiacich kritérií. Pretože proces extrúzie je obmedzený prenosom tepla, nie je ľahké dosiahnuť požadovanú teplotu taveniny v sekcii dodávania taveniny. Preto môžu byť potrebné ďalšie experimenty a modelovanie pri použití zosilnenia prenosu tepla. Matic' vykonal experimentálne porovnanie prenosu tepla s podobnou amplifikáciou a energeticky podobnou amplifikačnou metódou a zistil, že teplota taveniny v čiastočne vyplnenej oblasti bola nižšia a doba zotrvania pred a po amplifikácii v plne vyplnenej oblasti bola podobná, čo naznačuje, že tieto dve amplifikačné metódy sú vhodnejšie pre úplne naplnené toky. V tuneli je v tomto čase výkon miešania vo vnútri extrudéra lepší. Ako je znázornené na obrázku 3, skúmala sa doba zotrvania a distribúcia teploty taveniny pri rôznych procesoch a zistilo sa, že doba zotrvania a teplota taveniny v úplne naplnenom prietokovom kanáli mali rovnaký trend zmeny a zosilnená teplota taveniny a doba zotrvania. sa rozšíril, čo naznačuje, že Kvalita produktu vyrobeného po amplifikácii je podobná ako v prípade referenčného modelu, ktorý rieši problém rozkladu amplifikovaného produktu. Nakatani veril, že adiabatický index a nenewtonovský index určujú podmienky extrudéra a vlastnosti polyméru. Navrhol tepelnú bilanciu podobnú amplifikácii pomocou indexu výstupnej amplifikácie ako hlavnej premennej a overil uskutočniteľnosť tejto metódy prostredníctvom konzistentných teplôt taveniny.
Obrázok 3 Porovnanie medzi teplotou taveniny a miestnym časom zotrvania pred a po zväčšení mierky extrudéra
Dvojzávitovkový extrudér má dobrú miešaciu funkciu a po amplifikácii by sa mala venovať pozornosť miešaciemu účinku materiálov v dvojzávitovkovom extrudéri. Qu Wenbin použil metódu zosilnenia podobnosti miešania na zväčšenie konštrukcie závitovkových prvkov v miešacej časti extrudéra. Analyzoval miešací výkon rôznych závitovkových konfigurácií v úplne naplnenom prietokovom kanáli a dokázal, že zosilnenie závitovkového extrudéra je založené na geometrickej podobnosti závitovkovej štruktúry. Sexuálne správanie. Chen navrhol, že kvalita extrudátu je určená parametrami, ako sú geometrické parametre, špecifická energia, distribúcia času zotrvania, teplota a tlak, a tieto parametre určujú distribúciu miešania počas procesu extrúzie. Juan vyvinul a otestoval realizovateľnosť podobných pravidiel zosilnenia geometrického pomeru pomocou dvojzávitovkových extrudérov rôznych priemerov. Zistil, že základné parametre procesu, rýchlosť toku materiálu a rýchlosť skrutky majú veľmi malý vplyv na vlastnosti materiálu, zatiaľ čo konfigurácia skrutky má väčší vplyv. Vyššie uvedený výskum ukazuje, že na základe určenia konfigurácie závitovky môže zosilnenie geometrickej podobnosti produkovať výstup a spĺňať požiadavky konštantného miešania, ale má rôzne zmeny teploty. Preto komplexná aplikácia viacerých podobných amplifikačných metód môže lepšie vyriešiť problém.
Predpokladom pre komplexné použitie viacerých podobných amplifikačných metód je určenie geometrickej podobnosti konfigurácie skrutky a kombinácie valca. Potom sa na základe účelu zosilnenia výkonu v priemysle s dvoma závitovkami vykoná podobné zosilnenie objemu a nakoniec sa spätne vypočíta rýchlosť závitovky malého stroja, aby sa určil veľký stroj. Rýchlosť skrutky, simulácia prietokového poľa sa používa na posúdenie bezpečnosti výkonu zosilnenia a miešania. Dong Zhonghua odvodil teóriu amplifikácie, ktorá kombinuje viaceré metódy amplifikácie vyvažovaním zmiešavacích a teplotných polí medzi materiálmi, konkrétne komplexnú tepelnú rovnováhu a miešanie podobného zosilnenia, a aplikoval ju v mixéroch série ZSK. Yue Jinfeng a kol. použil podobnú metódu zosilnenia geometriu⁃objem⁃šmykovú rýchlosť na uskutočnenie výskumu zosilnenia na sekcii merania zmiešaných výfukových plynov hlavného rámu a preskúmal bezpečnosť a výkon zmiešavania zosilneného modelu. Okrem toho, na základe podobného rozšírenia paralelných dvojzávitovkových extrudérov, boli v tomto ohľade študované a diskutované aj kužeľové dvojzávitovkové extrudéry. Langhorst vykonal rôzne simulácie a podobné zosilnenie každej funkčnej časti špeciálnej konštrukcie kužeľového protibežného dvojzávitovkového extrudéra. Yin Qingzhen zhrnul relevantné parametre do formy bezrozmerných konštánt a navrhol a zväčšil funkčné časti každej časti kužeľového dvojzávitovkového extrudéra, čím vytvoril podmienky pre stabilnú prevádzku zväčšeného extrudéra. Chen Simeng použil metódu mikroprvkov na diskretizáciu kužeľového dvojzávitovkového extrudéra pre energetické materiály, vytvoril zodpovedajúce teórie zosilnenia pre rôzne funkčné úseky a urobil korekcie. Súhrnne možno konštatovať, že konvenčná podobná amplifikačná metóda môže zosilniť špecifické parametre nezávislých funkčných sekcií, ale stále existujú nedostatky v celkovej amplifikácii závitovkového extrudéra. Optimalizovaná podobná metóda zosilnenia môže byť použitá na kombinovanie charakteristík rôznych funkčných úsekov. Skutočná produkcia. Zároveň je dôležitou overovacou metódou použiť ortogonálny experimentálny dizajn na komplexné vyváženie a vyhodnotenie rôznych parametrov počas procesu korekcie na overenie uskutočniteľnosti podobnej amplifikácie a optimalizáciu úrovne parametrov modelu amplifikácie.
02 Teória zosilnenia podobnosti plnenia kanála čiastočného prietoku
Pri skutočnom spracovaní závitovkovým extrudérom môže materiál vyplniť iba časť prietokového kanála, ale nemôže úplne vyplniť celý prietokový kanál. Zložitosť procesu plnenia kanála s čiastočným prietokom je oveľa väčšia ako pri jednofázovom toku, keď je prietokový kanál úplne naplnený. Keď je prietokový kanál čiastočne naplnený, rýchlosť prúdenia a šmykové napätie taveniny materiálu sa zvýši, čím sa proces vytláčania skomplikuje.
Na základe charakteristík čiastočného plnenia v sekcii dodávania taveniny súbežne rotujúceho dvojzávitovkového extrudéra MEIJER diskutoval o hĺbke kanála, podobnom zosilnení laminárneho prúdenia a podobnom zosilnení prenosu tepla v prípade čiastočného plnenia alebo zmien viskozity počas procesu extrúzie (neizotermické, nenewtonské podmienky) dochádza k vážnemu úniku toku. Ganzeveld poukázal na to, že prietoková rýchlosť úniku súvisí so stupňom naplnenia komory v privádzacej zóne. V prípade čiastočného plnenia, keď sa počet úplne naplnených komôr znižuje, je ovplyvnená prietoková rýchlosť úniku a index zosilnenia výroby sa zníži. Fukuda a kol. vykonal testy odporového prietoku na proporcionálne zväčšených dopravných prvkoch a hnetacích blokoch a navrhol podobné zosilnenie percentuálneho odporu prietoku na zosilnenie prietoku udržiavaním konštantného percentuálneho odporového prietoku špecifikovaného prvku.
Pretože boli navrhnuté rôzne podobné metódy zväčšenia mierky na úplné plnenie závitovkových extrudérov, mnohí výskumníci začali študovať, či sú tieto metódy použiteľné v čiastočne naplnených prietokových kanáloch. Bigio a spol. domnievame sa, že ak stupeň čiastočného plnenia a rýchlosť miešania dvojzávitovkového extrudéra zostanú konštantné, potom podobné metódy zväčšenia mierky použiteľné na úplné plnenie budú rovnako účinné pre čiastočne naplnené kanály. V podobnom zväčšení navrhnutom za predpokladu úplného plnenia má geometria závitovky významný vplyv na miešanie a prietok vyvíjaný v dvojzávitovkovom extrudéri. Dryer a kol. navrhol teóriu amplifikácie objemovej podobnosti, keď je skrutka väčšinou naplnená. Zosilnenie objemovej podobnosti zohľadňuje iba voľný objem celej dĺžky skrutky a zachováva rovnakú plnosť. Pri použití objemového prietoku ako jedinej premennej je index parametra amplifikácie rovnaký ako pri úplnom naplnení. Metóda amplifikácie zmiešanej podobnosti je podobná. Haser dokázal, že amplifikáciu procesu extrúzie rôznych geometrií možno dosiahnuť na základe zosilnenia objemovej podobnosti a trendy parametrov amplifikácie sú konzistentné. Možno konštatovať, že použiteľné amplifikačné metódy na čiastočné plnenie prietokových kanálov dvojzávitovkových extrudérov sú väčšinou odvodené od úplného naplnenia prietokových kanálov. Tabuľka 2 ukazuje podobné amplifikačné metódy bežne používané pre dvojzávitovkové extrudéry.
Tabuľka 2 Charakteristika bežne používaných podobných amplifikačných metód pre dvojité skrutky
aplikácie
Na teoretickom základe veľký počet výskumníkov aplikoval teóriu zosilnenia podobnosti v skutočnej výrobe. Počiatočný výskum bol použitý na porovnanie rôznych podobných amplifikačných metód. Chung vykonal experimentálne overenia na rovnakom type jednozávitovkového extrudéra pre univerzálne zosilnenie podobnosti, podobnú amplifikáciu prenosu tepla a amplifikáciu geometrickej podobnosti a zistil, že po geometrickej podobnosti má výstup zväčšený model. Wang Jianping použil metódu „ekvivalentného priemeru“ na analýzu troch podobných metód amplifikácie sekcie dopravy taveniny v zasúvacom súbežne rotujúcom dvojzávitovkovom extrudéri a použil technické údaje veľkých dvojzávitoviek na získanie výsledkov, ktoré sú konzistentnejšie s skutočný stav.
Obrázok 4(a)~(c) znázorňuje porovnanie výstupu, výkonu a rýchlosti s experimentálnymi údajmi pri rôznych metódach zosilnenia. Zistilo sa, že trend údajov Maddockovej podobnej amplifikačnej metódy je bližšie k experimentálnym údajom. Na základe mnohých existujúcich metód tím Nastaj vyvinul nový počítačový optimalizačný systém pre extrúziu na optimalizáciu procesu založeného na globálnom modeli extrúzie skrutiek s cieľom maximalizovať výstup extrúzie a minimalizovať špecifickú spotrebu energie. 4(d) je krivka údajov o materiáli a procese získaná simuláciou celej sekcie extrudéra. Stupeň naplnenia je v sekcii dopravy pevných látok nízky a po zmiznutí pevného lôžka dosiahne stav úplne naplnený. V tomto čase dochádza k zjavným výkyvom tlaku a teploty. Ak vezmeme ako príklad polyvinylchlorid, Menge overil podobnú amplifikáciu pri konštantnej teplote taveniny a konštantnej šmykovej rýchlosti v protibežnom dvojzávitovkovom extrudéri. Richter získal distribúciu veľkosti častíc pri rôznych úrovniach plnenia pomocou podobnej amplifikačnej metódy. Použitie sledovania častíc na overenie bezpečného miešania v prietokovom kanáli je v súčasnosti efektívna a intuitívna metóda.
Obrázok 4(a)~(c) znázorňuje porovnanie výstupu, výkonu a rýchlosti s experimentálnymi údajmi pri rôznych metódach zosilnenia. Zistilo sa, že trend údajov Maddockovej podobnej amplifikačnej metódy je bližšie k experimentálnym údajom. Na základe mnohých existujúcich metód tím Nastaj vyvinul nový počítačový optimalizačný systém pre extrúziu na optimalizáciu procesu založeného na globálnom modeli extrúzie skrutiek s cieľom maximalizovať výstup extrúzie a minimalizovať špecifickú spotrebu energie. 4(d) je krivka údajov o materiáli a procese získaná simuláciou celej sekcie extrudéra. Stupeň naplnenia je v sekcii dopravy pevných látok nízky a po zmiznutí pevného lôžka dosiahne stav úplne naplnený. V tomto čase dochádza k zjavným výkyvom tlaku a teploty. Ak vezmeme ako príklad polyvinylchlorid, Menge overil podobnú amplifikáciu pri konštantnej teplote taveniny a konštantnej šmykovej rýchlosti v protibežnom dvojzávitovkovom extrudéri. Richter získal distribúciu veľkosti častíc pri rôznych úrovniach plnenia pomocou podobnej amplifikačnej metódy. Použitie sledovania častíc na overenie bezpečného miešania v prietokovom kanáli je v súčasnosti efektívna a intuitívna metóda.
Na základe podobného zväčšenia meradla závitovkových extrudérov sa postupne objavili zväčšené aplikácie podobných konštrukčných zariadení. Zariadenia, ako sú závitovkové extrudéry s mlecím kotúčom, vnútorné mixéry, zjemňovače s dvoma závitovkami a dvojrotorové kontinuálne mixéry, tiež začali vytvárať podobné aplikácie na zväčšenie mierky. metóda. Xiaoling skonštruoval model kotúčového závitovkového extrudéra založený na amplifikácii podobnosti miešania a zároveň optimalizoval parametre pomocou ortogonálnych experimentov a numerických simulácií. Chen Kejuan a kol. použili kritériá podobnosti geometrickej podobnosti a konštantného maximálneho šmykového napätia v technológii spracovania závitoviek na návrh modelu vnútorného miešača. Hu Dongkui porovnal funkcie a štruktúry dvojzávitovkových extrudérov a dvojzávitovkových rafinátorov a zistil, že dvojzávitovkové rafinéry a dvojzávitovkové extrudéry sú celkovo najpodobnejšie a možno ich overiť pomocou experimentov, čím sa lepšie porozumie dvojzávitovkám. závitovkové extrudéry. Dizajn stroja má veľký význam. Gong Shuyun použil energetickú ekvivalenciu ako kritérium na meranie miešacieho efektu a navrhol proces a teoretický model podobného návrhu zosilnenia miešacej časti dvojrotorového kontinuálneho mixéra. Výskumná myšlienka podobnej metódy amplifikácie si v priemysle získava čoraz väčšiu pozornosť.
Obrázok 4 Porovnávacia analýza podobnej teórie amplifikácie v skutočnej produkcii
Záver
Podobný zväčšený dizajn a aplikácia závitovkových extrudérov môže pomôcť optimalizovať štruktúru závitovky, rýchlosť a ďalšie parametre extrudéra a zlepšiť výkon extrudéra. Avšak zhrnutím podobných kritérií pre zväčšenie meradla pre závitovkové extrudéry doma a v zahraničí v posledných rokoch možno zistiť, že bez ohľadu na to, aký spôsob sa použije, pokusy v meradle sú založené na zaistení bezpečnosti a miešania závitovkového vytláčania.
Avšak závitovkové extrudéry zahŕňajú problémy, ako je spotreba energie, únik, výkon miešania a bezpečnosť. Existujúce podobné amplifikačné metódy nemôžu maximalizovať svoje výhody. Preto je veľmi dôležitá optimalizácia štandardov podobnosti a faktorov zosilnenia. Budúci výskum by mal ďalej preskúmať aplikačný potenciál teórie amplifikácie podobnosti pri optimalizácii štruktúry extrudéra a parametrov procesu a vyvinúť zodpovedajúce praktické nástroje a metódy na poskytovanie kompletnejších riešení pre presnejšie tvarovanie, dizajn a aplikáciu veľkých extrudérov. teoretická podpora.
