Расчет сопротивления экструзионной головки

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Экструзионная головка – это съемный технологический инструмент, предназначенный для оформления экструдируемого расплава в погонажное изделие, конфигурация поперечного сечения которого определяется геометрией формующего канала (щели, фильеры).

Конструкции формующих головок характеризуются значительным разнообразием.

По направлению потока расплава головки могу быть прямоточными и угловыми. В последних происходит поворот расплава, и изделие выходит из головки под определенным углом к оси входного потока.

По конфигурации формующей щели различают головки плоскощелевые, кольцевые (трубные, рукавные), профильные.

По форме профиля – головки для изделий открытого типа (листы, плоские пленки, стержни, уголки, швеллера и др.), закрытого типа (рукава, трубы, шланги, трубчатые уплотнители), смешанного типа и специальные головки (сложные профили, армированные, комбинированные, гибридные изделия).

Рисунок 6 - Схема устройства экструзионной головки

По величине давления различают головки низкого (до 4 МПа), среднего (до 10 МПа) и высокого (более 10 МПа) давления.

При всем разнообразии конструкционного оформления в большинстве формующих головок можно выделить наличие общих элементов .

К ним относятся: корпус 1 с элементом присоединения к цилиндру экструдера (это может быть фланцевое, байонетное или резьбовое соединение); адаптер 2; фильтр-решетка 3;кольцевые зонные электронагреватели 7; регулировочное кольцо 5 (губка в плоскощелевых головках). В головках закрытого типа обязательно присутствует дорн 4 с дорнодержателем 6 и нередко система 5 для подачи воздуха внутрь изделия (труба, пленочный рукав, закрытый профиль).

Основной геометрической характеристикой формующей головки является ее общий коэффициент сопротивления К_г,определяемый как сумма коэффициентов сопротивления отдельных простых по геометрии участков k₁, k₂…k_i с помощью уравнения:

(12)

где k₁, k₂…k_i – частные коэффициенты сопротивления участков канала с простой геометрической формой, определяемые по формулам, приведенным в таблице

При расчете К_гголовку условно разбивают на участки, отличающиеся конфигурацией, и для каждого участка определяют частный коэффициент сопротивления. Применительно к прямоточной рукавной головке, изображенной на предыдущем рисунке этаоперация будет выглядеть следующим образом

Рисунок 7 - Схема разбиения на элементарные участки потока расплава в головке

Непрерывный поток разделяется на участки:

l_а − участок адаптера: конический круглый канал с большим диаметромна входе; l_ф − участок фильтра; l_р − участок решетки; l_1кк − конический кольцевой канал с большим диаметромна выходе; l_1цк − цилиндрический кольцевой канал; l_2кк − конический кольцевой канал с большим диаметромна входе; l_2цк − цилиндрический кольцевой формующий канал.

Обычно на пути течения расплава полимера на выходном конце шнека устанавливают фильтровальные элементы, чаще всего в виде пакета сеток из нержавеющей стали. Фильтрующие элементы устанавливаются непосредственно перед входом в головку и предназначаются для очистки расплава от различного рода твердых включений, неизбежно попадающих в материал на различных стадиях его производства и транспортировки, а также от не полностью проплавленных в канале червяка частиц материала, которые иногда появляются на выходе из этого канала при работе экструдера с максимальной производительностью на некоторых типах материалов (например, на высокомолекулярном полиэтилене высокой плотности). Обычно применяется набор сеток с различным числом отверстий на единицу площади (табл. 2), причем сетки с меньшим числом отверстий располагают дальше от конца шнека, чтобы избежать выдавливания их вместе с расплавом.

Таблица 4 - Характеристика фильтрующих сеток

Параметр		Тип сетки
Параметр	Крупная	Средняя	Мелкая
Диаметр проволоки, мм	0,37	0,16	0,052
Размер ячеек, мм	0,56	0,25	0,075
Число ячеек, шт/см²	144	576	6400
Поверхность в свету, %	34	37	34

На современных экструдерах устанавливают сито-сменные фильтровальные устройства с общей площадью фильтрующего комплекта 500…2000 см² и числом фильтровальных элементов n = 5…20.

Весь набор сеток поддерживается решеткой, устанавливаемой между цилиндром и головкой, служащей для спрямления потока расплава, выходящего с последнего витка шнека. Она представляет собой стальной диск толщиной примерно 1/5 диаметра цилиндра. В этом диске просверлены отверстия диаметром по 3…6 мм. На рис. 6 показаны решетки нескольких конструкций.

Рисунок 8 - Решетки и сетки различных типов

При производстве листов или пленок через плоскощелевую головку используется решетка с отверстиями в виде узких щелей (в центре рисунка), которые должны быть расположены параллельно плоскости щели головки. При расчете коэффициента сопротивления в головке сопротивления в решетке и фильтре также должны учитываться. Коэффициент сопротивления решетки, см³:

(13)

(14)

где z – число отверстий в решетке;

d_o – диаметр отверстий, см;

δ_р − толщина решетки, см.

Коэффициент сопротивления фильтра, см³

(15)

(16)

где n – число фильтровальных элементов;

F – площадь фильтровального элемента, см²;

δ_ф – толщина фильтрующих элементов, см;

Расчетные формулы и схемы для расчета коэффициента сопротивления и скорости сдвига простейших каналов приведены в таблице.

Таблица 5 - Расчетные формулы и схемы для расчета коэффициента сопротивления и скорости сдвига простейших каналов^*

Тип канала	Расчетная схема	Коэффициент сопротивления K, см³	Скорость сдвига • расплава, γ , с^-1	Номер формулы
Цилиндрический круглый		где d – диаметр канала	32Q/πd³	(1)
Конический круглый		где D, d – диаметры конуса на входе и выходе расплава		(2)
Кольцевой цилиндрический		где R_н, R_в – наружный и внутренний радиусы		(3)
Конический кольцевой		где R₁, R₂ – средние радиусы конуса на входе и выходе; m – коэффициент, определяемый по формуле:	гдеδ₁, δ₂ – толщина щели на входе и выходе	(4)
Прямоугольный щелевой		где b – ширина канала, h – толщина канала		(5)
Клиновидный щелевой		где h₁, h₂ – толщина щели на входе и выходе		(6)
Произвольное поперечное сечение		где F – площадь поперечного сечения; П – периметр поперечного сечения		(7)

^* L – длина канала; Q – производительность, см³/с; все размеры в см.

Зная скорость сдвига расплава и температуру переработки, эффективную вязкость можно определить по логарифмической зависимости эффективной вязкости от градиента скорости сдвига

Таблица 6 - Коэффициенты в уравнении зависимости эффективной вязкости расплава от скорости сдвига для различных полимеров

Полимер	Температура, ^оС	А	В
ПЭВП	150	0,556	4,028
	170	0,520	3,848
	190	0,503	3,732
	210	0,489	3,638
Полипропилен	190	0,751	4,591
	210	0,742	4,483
	230	0,736	4,415
	250	0,711	4,284
Полиамид	160	0,301	3,619
Полиамид	180	0,007	3,375
Полистирол	180	0,774	4,697
	200	0,709	4,455
	220	0,684	4,270
	240	0,672	4,167

Температуру расплава полимеров в различных участках экструдера можно найти по таблице

Таблица 7 - Режимы переработки полимеров экструзией

Материал	Изделие	Температура, ^оС						Давление (бар)
Материал	Изделие	Зона 1	Зона 2	Зона 3	Зона 4	Головка	Фильера	Давление (бар)
АБС	Трубы, листы, профили	175	195	205	205	200	210	150…200
АБС	Трубы, листы, профили	170	175	180	180	180	190	200…250
ПЭНП (ПЭВД)	Трубы, пустотелые корпуса	125	125	130	130	130	135	100…150
	Пленка, получаемая	125	135	135	145	145	145	100…170
	Экструзией с раздувом, Плоская пленка	155	165	180	195	195	200	150…250
	Изоляция проводов	160	210	230	240	230	235	250…350
	Мононити	160	200	220	240	230	240	250…350
ПЭВП (ПЭНД)	Трубы, пустотелые корпуса	140	160	165	165	165	170	100…170
	Листы	220	190	170	165	165	170	100…170
	Пленка, получаемая экструзией с раздувом	140	160	170	180	180	185	150…200
	Изоляция проводов	200	210	240	250	240	245	250…400
	Мононити	200	210	240	250	240	250	250…400
Полипропилен	Трубы	180	200	215	225	225	235	150…200
	Плоские пленки	190	220	245	265	265	265	200…300
	Мононити	200	230	250	270	270	270	300…400
ПВХ пластикат (порошок)	Гранулят	140	150	160	160	155	155	50…100
ПВХ пластикат (порошок)	Оплетенная проволока	210	185	175	155	180	190	150…250
ПВХ пластикат (гранулят)	Шланги, профили	180	170	160	150	160	160	60…120
ПВХ пластикат (гранулят)	Оплетенная проволока	200	189	170	150	180	190	150…250
ПВХ винипласт (порошок)	Гранулят	185	175	165	165	160	160	75…150
ПВХ винипласт (порошок)	Трубы, профили	190	180	170	165	170	180	100…200
ПВХ винипласт (гранулят)	Трубы, профили, плиты	155	165	175	190	180	185	100…200
Полиамид	Шланги	275	245	235	225	225	225	150…250
	Оплетенная проволока	260	270	280	290	290	300	250…300
	Нити, мононити	265	275	290	300	300	300	250…350
ПММА	Плиты	160	165	170	170	170	180	50…100
ПФ	Трубы, профили	170	190	205	200	200	200	50…100

Таблица 8 - Сводная таблица расчетов коэффициентов сопротивления головки и потерь давления

№ участка		Параметр		Вязкость, η, расчетное значение, Па·с	Потери давления, ∆P, расчетное значение, Па
№ участка		Расчетная формула	Расчетное значение	Вязкость, η, расчетное значение, Па·с	Потери давления, ∆P, расчетное значение, Па
1	Скорость сдвига, с^-1		145,5594		(Qη_i)/K_i
1	Коэффициент cопротивл., см³		0,08015	296,5287	82214,36
2	Скорость сдвига, с^-1		365,023		(Qη_i)/K_i
2	Коэффициент cопротивл., см³		0,019025	191,0781	223193,3
3	Скорость сдвига, с^-1	32Q/πd³	0,905703		(Qη_i)/K_i
3	Коэффициент cопротивл., см³		12,26793	3361,714	6089,429
4	Скорость сдвига, с^-1		10,81562		(Qη_i)/K_i
4	Коэффициент cопротивл., см³		0,03151	1027,362	724537,2
5	Скорость сдвига, с^-1	32Q/πd³	463,7199		(Qη_i)/K_i
5	Коэффициент cопротивл., см³		0,002995	170,4236	1264461
		Суммарный коэффициент сопротивления, см³		Суммарная потеря давления в экструзионной головке, Па

		96,85942		2300495

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1296; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!