Теплообмен при переработке материала на червячных машинах

Рисунок 70.

Рисунок 69.

При соотношении прямотока и противотока равного 1/3 (можно судить по расстоянию от воронки) эпюра скоростей соответствует оптимальной работе червячной машины. Скорость движения и объемная производительность вынужденного потока определяется следующими величинами: глубиной и шириной канала, диаметром червяка и скоростью его вращения.

При выводе расчетной формулы производительности червячной машины исходят из геометрии винтовой поверхности червяка. При этом определяют объем между виткам червяка V, который соответствует теоретической производительности за один оборот:

, (5.1)

где: - объем между двумя соседними витками винтовой поверхности червяка на длине одного шага винтовой линии; - объем тела витка по этой же длине.

Рассмотрим простейший случай: винтовая поверхность описана на цилиндре.

В этом случае:

 

; (5.2)

, (5.3)

где: - высота винтового канала червяка; - шаг винтовой линии; - радиус сердечника; - угол наклона винтовой линии; - толщина витка.

В случае переменного шага винта или изменения (глубины канала) формулы для и получается более сложными. Масса материла уплотняется и в данном случае говорят о повышении коэффициента заполнения объема между витками .

На основании проведенного геометрического анализа можно вывести общую формулу для часовой производительности червячной машины:

, (5.4)

где - объем винтового канала червяка; - число оборотов червяка; - число оборотов червяка; - объемный вес смеси; - коэффициент заполнения.

Длина винтовой части червяка не влияет на производительность. Она влияет на создание необходимой поверхности теплообмена.

Зная производительность машины можно определить скорость выдавливания:

(5.5)

где - площадь отверстия головки, обычно

Для расчета осевого усилия, возникающего в винтовом канале, можно рекомендовать формулу:

(5.6)

где - механическая мощность, передаваемая червяком, - число оборотов; - средний радиус витка; - угол подъема винтовой линии; - угол трения резиновой смеси.

Зная осевое усилие можно определить удельное давление, развиваемое червяком:

(5.7)

где - площадь поперечного сечения канала; - наружный радиус канала; - внутренний радиус канала.

Число оборотов червяка можно определить из условия равенства центробежной силы и силы тяжести :

(5.8)

рабочее число оборотов ,

или

Энергия, которая подводится к червяку, затрачивается на преодоление следующих сопротивлений:

а) усилия выдавливания:

(5.9)

б) силы трения материала о червяк:

(5.10)

в) силы трения материала о цилиндр машины:

(5.11)

г) силы трения в подшипниках привода:

где - давление смеси при выдавливании; - площадь отверстий; - угол трения; - диаметр рабочей части цилиндра; - рабочей части цилиндра; - коэффициент трения материала о цилиндр; - угол в вершине конуса сердечника шнека; - шаг нарезки; - число заходов червяка; - скорость выдавливания.

- скорость движения винтового движения.

(5.12)

Зная величины можно определить мощность привода:

или (5.13)

Тепловой баланс червячной машины можно представить в следующем виде:

где: - количество резиновой смеси поступающей в машину; с_м - теплоемкость резиновой смеси; - начальная и конечная температура резиновой смеси; - количество тепла, выделяющегося при потребление мощности N; - количество тепла, подводимого к головке и корпусу машины при обогреве паром; - количество воды, необходимое для охлаждения; - начальная и конечная температура охлаждающей воды; - количество тепла, отводимое в зоне загрузки; - потери тепла корпусом и головкой в окружающую среду.

Составляющие этого баланса можно определить следующим образом:

, (5.14)

, (5.15)

где: - поверхность корпуса и головки; - коэффициент теплообмена; температуры корпуса; - температура окружающей среды;

, (5.16)

где: - начальная и конечная температура материала при загрузке.

Если необходимо нагревать головку, тогда:

, (5.17)

где: - температура материала перед входом в головку.

Зная количество тепла, (уравнение теплового баланса), которое необходимо отвести от червячной машины, можно на основе уравнения теплопередачи , определить необходимую поверхность теплообмена.

Коэффициент теплопередачи определить по уравнению:

(5.18)

где: - наружный диаметр корпуса, соприкасаемый с теплоносителем; - внутренний диаметр корпуса (рубашки), соприкасаемый с материалом; - коэффициент теплопроводности стенки рубашки; - коэффициент теплоотдачи со стороны материала; - коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя; и определяются по известным методам.

В результате расчета этого расчета проверяется тепловой режим работы машины.

 

 

Вопросы для повторения

1. Назначение и классификация червячных машин.

2. Обозначение червячных машин.

3. Устройство, принцип действия, червячной машины.

4. Особенности конструкции корпуса и червяка червячной машины.

5. Устройство и принцип работы камерной головки.

6. Устройство и принцип работы протекторной головки.

7. Теоретические основы переработки материала на червячных машинах.

8. Расчет производительности червячной машины.

9. Теплообмен при переработке материала на червячной машине.

 

 

Червячные машины

1. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.А. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1965. 363с.

2. Самойлов А.В. Тепловые расчеты червячных и валковых машин. М.: Машиностроение, 1978. 152с.

3. Сергеев С.А. Теплоснабжение и терморегулирование и червячных и валковых машин по переработки пластмасс: Обзор. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1969. 70с. (ХИ-2. Оборудование для переработки пластмасс и резины).

4. Силин В.А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах. М.: Машиностроение, 1972. 150с.

5. Червячные прессы, агрегаты и линии на их базе как технологическое оборудование для интенсификации процессов переработки полимерных материалов: Сб. науч. тр. Тамбов: ВНИИРТмаш, 1985. 108с.