Файл: Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие.pdf

Ф — угол подъема винтовой линии паза шнека; Ѳ— угол между вектором скорости движения гранул и

направлением винтового канала шнека; ѵш— скорость движения канала шнека.

Гранулы двигаются при FB > Fs, а это возможно, если трение гранул о поверхность гильзы (цилиндра) больше, чем о поверх­ ность шнека (червяка). Для удержания гранул от кругового пере­ мещения в гильзе предусматривают продольные пазы. По разме­ рам пазы должны быть соизмеримы с гранулами полимера.

Исследование формулы (205) показывает, что при Ѳ = 0 дви­ жение гранул практически прекращается. Кроме того, при малом угле подъема винтовой линии создаются лучшие условия для транс­ портирования гранул.

Зона сжатия шнека представляет собой участок, на котором объем межвиткового пространства уменьшается за счет уменьше­ ния глубины нарезки. Сжатие расплава необходимо для увели­ чения теплопередачи.

Нагрев и плавление гранул происходят в первых двух зонах шнека. Соприкасаясь с нагретой поверхностью гильзы, гранулы плавятся, и расплав поступает в третью зону экструдера — зону выдавливания. Здесь происходят транспортирование, перемеши­ вание, равномерный нагрев и последующее выдавливание расплава в сборник (чашу). Из сборника расплав поступает в расплавопровод и распределяется к рабочим местам, снабженным дозирующими насосами, которые подают его к фильерам. Роль напорного на­ соса выполняет шнек. Одна плавильная головка обеспечивает рас­ плавом до восьми рабочих мест.

Многочисленные исследования показали, что при выработке капронового волокна целесообразнее применять однозаходные шнеки с короткой зоной сжатия, постоянным углом подъема вин­ товой линии и постоянным зазором между шнеком и гильзой.

Объемная производительность экструдера (см. рис. 157) в см3/с в зоне выдавливания с учетом обратного потока и потока утечки

224

[д, — динамическая вязкость расплава полимера; б — радиальный зазор между гильзой и шнеком

сучетом высоты зуба нарезки;

е= sicos ф — толщина, зуба нарезки вдоль оси шнека (s —

толщина зуба нарезки по нормали).

Анализ формулы (206) показывает, что производительность экструдера зависит от геометрических характеристик шнека (D, h, L, ф, б), технологических параметров (со, р г и р 2) и вязкости расплава. Чем больше зазор б, противодавление р 2 и короче зона выдавливания, тем меньше подача. Производительность макси­ мальна при ф = 0,436ч-0,785 рад. С увеличением h производи­ тельность растет в 3 раза меньше, чем при увеличении со [16]. В меньшей степени влияет на производительность экструдера длина L зоны выдавливания; но величина L существенно влияет на неравномерность подачи при изменении противодавления, а также на перепад температур расплава.

Общая длина рабочей части шнека колеблется в больших пре­ делах: от 15D до 30D. С увеличением L возрастают трудности изготовления шнеков.

Зазор б зависит от длины и диаметра шнека. Для шнеков ма­

к колебаниям противодавления, особенно, при большой глубине нарезки и малой длине зоны выдавливания. В связи с этим глубина нарезки шнека в зоне выдавливания не должна превышать 2,5 мм. При увеличении глубины нарезки не только увеличивается коле­ бание производительности, но и снижается качество расплава из-за большого перепада температуры.

Для получения полиамидного волокна рекомендуется приме­ нять шнек со следующими размерами [16]: общая длина L =

—20D; длина зоны выдавливания LB= 10D; зоны сжатия Lc =

=2D; зоны транспортирования LT = 8D; глубина нарезки в зоне

транспортирования hT = 5 мм, в зоне выдавливания hB = 1,5ч- ч-2,0 мм; угол подъема винтовой линии паза ф = 0,38 рад; шаг винтовой линии паза t = 56 мм. Диаметр D шнека можно брать в пределах 30—50 мм в зависимости от величины передаваемого крутящего момента.

При получении полиолефиновых волокон для плавления гра­ нул применяют и необогреваемые экструдеры с соотношением L : D = 8ч-12. Применение экструдеров с указанными соотноше­ ниями L и D дает возможность установить стабильный темпе­ ратурный режим. Окружная скорость шнека в таких экструдерах в 5 раз и более превышает окружную скорость шнека в обогревае­ мых экструдерах. Время пребывания полимера в зоне высоких

температур уменьшается до 5— 10 с (в других плавильных устрой­ ствах 900 с). Производительность достигает 15— 16 г/с, т. е. один экструдер может обеспечить расплавом до четырех рабочих мест.

§ 5. ДОЗИРУЮЩИЕ НАСОСЫ

Дозирующий насос служит для равномерной подачи раствора или расплава полимера из общего трубопровода к отдельной фильере формовочной машины.

На формовочных машинах в основном применяют зубчатые насосы. В зубчатых насосах раствор или расплав полимера, по­ ступающий из общего трубопровода в камеру всасывания, запол­ няет впадины между зубьями двух сцепляющихся и вращающихся колес. На некоторой длине рабочей линии зацепления в камере нагнетания происходит вытеснение (выдавливание) раствора или расплава из впадин зубьями колес.

Зубчатые насосы выполняют с внешним и внутренним зацепле­ нием.

По назначению насосы делят на следующие группы: дозирующие — подают раствор или расплав полимера к филье­

рам; напорные — подают раствор или расплав полимера к дозиру­

ющим насосам, обеспечивая необходимый подпор в их камере вса­ сывания;

спаренные напорно-дозирующие насосы — два насоса с одним приводным главным валом — первый насос создает необходимый напор в камере всасывания дозирующего насоса, а второй подает раствор или расплав полимера к фильерам.

В настоящее время на формовочных машинах химических волокон для дозирования растворов и расплавов применяют исключительно зубчатые насосы с внешним зацеплением.

Поршневые насосы из-за сложности и высокой стоимости не получили широкого распространения и в последние годы не выпускаются нашей промышленностью.

Основной характеристикой дозирующих насосов является подача за один оборот или единицу времени. Подача насоса за обо­ рот — это объем раствора или расплава, поданный насосом за один оборот главного вала (ведущего зубчатого колеса) в см3/об; м3/об. Подача насоса в единицу времени — это объем раствора или расплава поданный насосом за единицу времени. Обычно определяют секундную подачу в см3/с, м3/с.

К конструкции дозирующего насоса предъявляют следующие основные требования:

постоянная подача насосом раствора или расплава полимера во времени;

постоянная подача насоса при изменении давлений во всасы­ вающей и нагнетающей камерах;

226

отсутствие утечек раствора; малые габаритные размеры и небольшая масса насоса;

износостойкость деталей насоса и устойчивость к воздействию растворов, расплавов и высоких температур;

технологичность конструкции насоса, надежность в работе, удобство обслуживания, возможность регулирования подачи в определенных пределах.

Зубчатые насосы с внешним зацеплением

На рис. 158 и 159 приведены конструкции зубчатых насосов

свнешним зацеплением и боковым зазором для подачи растворов

ирасплавов полимеров. Зацепление без бокового зазора в дози­ рующих насосах обычно не применяют, так как в таком зацепле-

Принцип работы насоса заключается в следующем. Раствор или расплав полимера поступает по специальному каналу в кор­ пусе насоса в камеру всасывания В (рис. 160), заполняя впадины между зубьями колес. Вращающиеся колеса насоса переносят раствор из камеры всасывания В в камеру нагнетания Я, откуда подают раствор к фильере.

Корпус 8 насоса (см. рис. 158) служит для крепления на нем основных деталей и соединения с насосной стойкой. Ведущее