Типы двухшнековых экструдеров
Экструдер с двумя винтами является важным оборудованием, используемым в различных отраслях промышленности для смешивания, компаундирования и экструзии материалов, таких как пластик, пищевые продукты и фармацевтические вещества. Многофункциональность двухвинтового экструдера делает его незаменимым куском оборудования в современном производстве. Однако, не все экструдеры одинаковы; они бывают разных типов, каждый из которых подходит для определенных потребностей.
В этой статье мы рассмотрим различные типы двухшнековых экструдеров и их уникальные возможности.
Классификация по конфигурации шнеков
На основе конфигурации шнеков, двухшнековые экструдеры можно разделить на параллельные двухшнековые экструдеры и конические двухшнековые экструдеры. В параллельном двухшнековом экструдере шнеки параллельны друг другу на всём протяжении. В коническом двухшнековом экструдере шнеки сужаются, и диаметр постепенно уменьшается от загрузочной стороны к стороне формующей головки.
Параллельный двухшнековый экструдер
Параллельные двухшнековые экструдеры имеют шнеки с одинаковым диаметром на всём протяжении. Они обычно используются для переработки полиолефинов (таких как ПЭ и ПП), нейлона, ПК, полiéстера и других материалов.
Преимущества
Гибкость соотношения L/D остается преимуществом параллельных винтовых экструдеров с двойным винтом. Его можно регулировать для увеличения или уменьшения соотношения L/D в зависимости от изменений условий формования, чтобы соответствовать требованиям технологии переработки пластмасс. Эта гибкость расширяет область применения параллельных винтовых экструдеров с двойным винтом, что сложно достичь с помощью конических винтовых экструдеров с двойным винтом.
Недостатки:
Из-за малого центробежного расстояния между двумя винтами и ограниченного пространства, радиальные и тяговые подшипники, поддерживающие два выходных вала и связанные с ними приводные шестерни, сталкиваются с серьезными проблемами в коробке передач параллельного винтового экструдера с двойным винтом.
Несмотря на усилия конструкторов, по-прежнему сложно решить реальные проблемы ограниченной несущей способности, малого модуля и диаметра шестерен, а также уменьшенного диаметра хвостовой части двух винтов, что приводит к明显的 недостатку крутящего момента. Ограниченный выходной крутящий момент и значительно сниженная несущая способность являются заметным недостатком параллельных двухвинтовых экструдеров.
Конический двухвинтовой экструдер
У конических двухвинтовых экструдеров больший диаметр винта на стороне загрузки и меньший диаметр на стороне формующей головки. Эти экструдеры主要用于 обработки ПВХ, и их уникальный дизайн оптимизирован для специфических требований материалов.
Преимущества
Два конических винта расположены горизонтально с осями под углом при вставке в ствол. Поскольку расстояние между валами постепенно увеличивается от более узкого конца к более широкому, коробка передач может обеспечить большее центровое расстояние между двумя выходными валами. Такая компоновка предоставляет достаточное пространство для установки зубчатых колес, валов, радиальных и тяговых подшипников, что повышает эффективность передачи.
Этот гибкий дизайн позволяет установить более крупные радиальные и тяговые подшипники с валами, рассчитанными на передачу высокого крутящего момента. В результате конические двухвинтовые экструдеры обладают значительными характеристиками, такими как высокий рабочий крутящий момент и грузоподъемность, которые отличают их от параллельных двухвинтовых экструдеров.
Недостатки
Недостатком конических двухшнековых экструдеров является их ограниченная адаптивность, так как шнеки имеют разные диаметры вдоль своей длины, что может затруднять достижение равномерной обработки материала. Кроме того, их конструкционная сложность и потенциально более высокие затраты на строительство являются факторами, которые необходимо учитывать.
Сходства между двумя типами
У обоих есть механизмы принудительной подачи пластика, хорошие способности к смешиванию и пластичности, а также способности к отжиму влаги. Их адаптивность к материалам и процессам формования пластмассовых изделий по сути одинакова.
Различия между двумя типами
● Диаметр: У параллельных двухшнеков диаметр одинаковый, тогда как у конических двухшнеков диаметры различаются на малом и большом конце.
● Расстояние между осями: Расстояние между осями параллельных двухшнеков остается неизменным, тогда как ось конических двухшнеков образует угол, что приводит к различным размерам расстояния между осями вдоль оси.
● Соотношение L/D: Соотношение L/D (L/D) у параллельного двухвинтового экструдера является соотношением эффективной длины винта к его наружному диаметру, тогда как соотношение L/D у конического двухвинтового экструдера является соотношением эффективной длины винта к среднему значению диаметров его большего и меньшего концов.
Можно видеть, что основное различие между параллельным двухвинтовым экструдером и коническим двухвинтовым экструдером заключается в геометрии винтовой камеры, что приводит к различным конструктивным и функциональным особенностям. Хотя эти два типа экструдеров имеют свои характеристики, у каждого из них есть свои преимущества.
Классификация по направлению вращения двухвинтовых экструдеров
Двухвинтовые экструдеры делятся на сопутствующие (co-rotating) и противоположно вращающиеся (counter-rotating) типы в зависимости от направления вращения винтов.
Сопутствующий двухвинтовый экструдер
Соосные двухвинтовые экструдеры имеют два винта, вращающиеся в одном направлении. Эти машины эффективны для смешивания и формирования материалов. Благодаря способности обрабатывать широкий диапазон вязкостей и составов, соосные экструдеры идеально подходят для обработки полимерных смесей, мастербатчей и реакционного экструзионного применения. Они обладают отличными самоочищающими и транспортирующими характеристиками, что обеспечивает равномерное распределение добавок по всему материалу.
Преимущества соосных двухвинтовых экструдеров:
● Улучшенное смешивание: переплетающиеся винты и настраиваемые элементы винтов позволяют точно контролировать интенсивность и качество смешивания, превышая возможности одновинтовых экструдеров.
● Гибкость обработки: дозированный подача позволяет независимо контролировать производительность, обеспечивая выполнение нескольких обрабатывающих функций на одной машине.
● Контролируемые параметры обработки: Узкое распределение времени пребывания и точный контроль температуры улучшают профили сдвиг-время-температура для обеспечения постоянного качества продукции.
● Эффективное производство: Объемная подача позволяет обрабатывать широкий спектр материалов с минимальным простоем.
● ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ: Высокая гибкость и продуктивность для широкого спектра конечных продуктов с постоянным качеством, а износ винтов может быть компенсирован путем регулировки скорости вращения винта.
На основе взаимодействия винтов при их вращении, коаксиальные двухвинтовые экструдеры могут быть дополнительно классифицированы как зацепляющиеся коаксиальные двухвинтовые экструдеры и незацепляющиеся коаксиальные двухвинтовые экструдеры.
Зацепляющийся коаксиальный двухвинтовой экструдер
В винтовом экструдере с синхронным вращением зацепляющихся винтов винты блокируются или зацепляются друг с другом при вращении, что повышает эффективность обработки и транспортировки материала. Такая конструкция улучшает способность экструдера к дисперсному смешиванию, что способствует полному распределению добавок и наполнителей в полимерной матрице.
Периодические экструдеры обычно используются в процессах компаундирования, где критически важен точный контроль над распределением размеров частиц и однородностью смеси. Они предлагают отличную масштабируемость и гибкость, позволяя производителям настраивать процесс экструзии под конкретные требования продукта.
Незацепляющиеся синхронно вращающиеся двухвинтовые экструдеры
С другой стороны, винты нераскрещивающегося коаксиального двухвинтового экструдера не переплетаются и не взаимодействуют при вращении. Вместо этого они вращаются в тесной близости друг к другу без взаимодействия, что позволяет обрабатывать материал другим способом, часто используемым для хрупких материалов или чувствительных к сдвиговым нагрузкам применений, таких как обработка термочувствительных полимеров, биоматериалов и продуктов питания. Невзаимодействующие экструдеры обеспечивают мягкую обработку при сохранении эффективных возможностей смешивания и компаундирования.
Двухвинтовые экструдеры с противоположным вращением
В отличие от ко-вращающихся экструдеров, у экструдеров с противоположно вращающимися валами шнеки вращаются в противоположных направлениях. Такая конфигурация создает значительный эффект перемешивания и деформации материала, что приводит к тщательному смешиванию и диспергированию. Экструдеры с противоположным вращением показывают отличные результаты в приложениях, требующих интенсивной деформации, таких как десолвантизация, реактивная экструзия и смешивание материалов с высоким содержанием наполнителей. Они обеспечивают точный контроль времени пребывания и скорости деформации, что делает их подходящими для сложных условий обработки.
Включение экструдеров с обратно вращающимися шнеками
В зацепленном обратно-вращающемся двухвинтовом экструдере два винта симметрично расположены, но вращаются в противоположных направлениях. Такая конфигурация предотвращает движение материала по форме «∞», так как спиральный путь одного винта блокируется другим. Вместо этого при транспортировке твердых частиц материал перемещается вперед в почти закрытой полости формы «C». Однако между наружным диаметром одного винта и корневым диаметром другого поддерживается зазор для прохождения материала.
Пока материал проходит через радиальный зазор между двумя винтами, он подвергается интенсивному срезанию, смешиванию и уплотнению, что приводит к эффективной пластификации. Кроме того, коэффициент сжатия можно реализовать путем постепенного уменьшения шага винта, что делает его подходящим для обработки широкого спектра продуктов.
Двухвинтовой экструдер с незацепленными винтами, вращающимися навстречу друг другу
Менее распространённый, чем шнековый экструдер с зацеплением, двухвальный экструдер с незацепляющимися противовращающимися валами работает иначе, чем одновинтовой экструдер, но имеет сходства, так как полагается на трение и вязкое сопротивление для транспортировки материала. Помимо движения к головке, материал может демонстрировать различные потоковые паттерны из-за большого радиального зазора между двумя валами, что может привести к значительной утечке.
Кроме того, относительные положения лопастей винтов могут вызывать давление материала на стороне толкателя одного вала выше, чем сопротивление на другой стороне другого вала, что приводит к перемещению материала от высокодавольной стороны толкателя к стороне сопротивления другого вала. Вращение препятствует движению материала в точке A, что приводит к различным потоковым паттернам, делающим его подходящим для приложений смешивания, дегазации и девулканизации.
Заключение
Каждый тип двухшестерённого экструдера предлагает уникальные преимущества и возможности для удовлетворения различных технологических потребностей широкого спектра отраслей. Понимание различий между этими типами экструдеров критически важно для выбора наиболее подходящего оборудования для конкретного приложения.
Будь то достижение оптимальной эффективности смешивания, сохранение целостности продукта или повышение гибкости обработки, правильный выбор двухшестерённого экструдера может оказать значительное влияние на качество продукта, производительность и общий успех производства.