. Для екструдерів використовуваних в харчових виробництвах це відношення знаходиться в межах 6 ... 13. Решта розміри шнека вибираються за наступними рекомендаціями: крок гвинтової нарізки, t=(0,7 ... 1,2) D; діаметр валу шнека d=(0,44 ... 0,57) D, при цьому повинна бути виконана умова
де?- Кут тертя продукту по шнеку.
Кут нахилу гвинтової лінії? визначається зі співвідношення:
Значення кута? залежить від коефіцієнта тертя продукту по шнеку і рекомендується прийняти величину кута 17 ... 22 °. Якщо кут? виходить за рекомендовані межі, то потрібна корекція t.
Для переміщення матеріалу вздовж корпусу необхідно, щоб тертя матеріалу по внутрішній поверхні корпусу було більше тертя його по шнеку. Інакше матеріал буде обертатися разом зі шнеком, що не просуваючись в осьовому напрямку. Для створення різних коефіцієнтів тертя матеріалу про шнек і про внутрішню поверхню корпусу застосовують різну чистоту обробки поверхні і в багатьох випадках підтримують різними температурами корпусу і шнека.
Для забезпечення можливості регулювання температури або підтримування її постійної під час процесу корпус роблять з електричним обігрівом або з сорочкою, в яку пропускається рідина - теплоносій. Конструкція корпусу з сорочкою дозволяє здійснювати не тільки нагрівання, але при необхідності охолодження готового продукту.
При обертанні шнек захоплює надходить з завантажувальної воронки продукт і проштовхує його вперед, збільшуючи при цьому гідростатичний тиск у матеріалі від завантажувальної зони до переднього краю шнекової камери. Нагнітальний матеріал виявляється ув'язненим між рухомими поверхнями (підстава і бічні стінки шнекового каналу) і нерухомою внутрішньої поверхні корпусу. Таким чином, внаслідок відносного руху корпусу і шнека виникає вимушений (прямий) струм, який визначає нагнітання матеріалу до формуючої голівці. З іншого боку, внаслідок підвищеного тиску в формуючої голівці виникає і протитечія, який можна розглядати як протягом матеріалу у зворотному напрямку - від пресуючий головки до зони завантаження.
На практиці, однак, в каналі шнека ніколи не виникає протитечія, а тиск в голівці надає своєрідне обмеження прямому потоку, яке розглядається теоретично як протитечія, а продуктивність шнекового нагнітача - як сумарна витрата двох потоків.
Продуктивність екструдера можна визначити графічно, аналізуючи витратно-напірну характеристику (РНХ) нагнітача і формуючої головки. РНХ нагнітача - це залежність створюваного ним витрати матеріалу Q від протитиску? p на виході, що відбиває опір матриці переміщенню переробляється маси. РНХ формующего органу (матриці) є залежність витрати Q через отвори матриці від тиску в предматрічной камері. РНХ шнекового нагнітача в координатах продуктивність - тиск являє собою пряму негативного нахилу, оскільки за відсутності протитиску в каналі є тільки вимушений потік і продуктивність нагнітача максимальна (точка перетину прямої з ординатою). Зі збільшенням протитиску з'являється і поступово зростає протитечія, отже, продуктивність повинна зменшуватися (до 0 при закритому виході).
Крива РНХ формуючої головки проходять через початок координат, бо при нульовому тиску в голівці протягом через матрицю відсутня. З ростом тиску продуктивність збільшується.
Аналіз РНХ шнекового нагнітача і формуючої головки дозволяє визначити продуктивність екструдера і развиваемого при цьому тиску на вході в матрицю для конкретного поєднання шнек-матриця.
Рис.2. Витратно-напірні характеристики:
- РНХ нагнітача, 2 - РНХ формуючої головки.
Графічно це рішення представляється точкою перетину графіків робочих характеристик шнекового нагнітача і формуючої головки. Точка перетину А є робочою точкою екструдера. Її координати визначають продуктивність екструдера і створення ним тиску.
Математичний опис роботи екструдера може бути отримано рішенням системи рівнянь, що складається з рівнянь нерозривності, руху, енергії і рівнянь реологического стану екструдіруемого матеріалу.
Графічний метод суміщених кривих (рис.3) дуже зручний для аналізу роботи екструдера, так як з різноманіття можливих режимів випрессовиванія можна вибрати найкращі характеристики і режим роботи екструдера.
Рис.3. Графічний метод суміщених кривих
Прямі 1 і 2 (рис.3) являють собою РНХ шнекових нагнітачів, що розрізняються тільки глибиною шнекового каналу (1 глибокий канал, 2 - неглибокий канал). Головки представлені прямими 3 (головка меншого опору) і 4 (головка більшого опору). При установці в екструдер головки меншого опору нагнітач ...
