Проектирование червячного экструдера. Выбор основных геометрических параметров машины в зависимости от перерабатываемого материала и вида изделия в соответствии с требуемой производительностью процесса, страница 4

Для второго участка зоны питания  получаем параметры .

Давление в конце первого участка:

 .

Для второго участка зоны питания:

.

В итоге приращение давления в зоне загрузки  .

Расчетная величина давления перед экструзионной головкой в случае изотермической переработки в зоне дозирования состоит

.

при адиабатическом режиме переработки:

.

1.2.4 Расчет полезной мощности привода червяка

Для рассматриваемого режима экструзии мощность, рассеиваемая в зоне дозирования, составит:

для адиабатического процесса составит:

Мощность, затрачиваемую в зоне плавления на деформацию и продвижение полимера, определим с помощью выражений:

;

;

.

- не учитывая нелинейность продольного изменения ширины пробки гранул.

Скорость относительного движения стенки корпуса и пробки гранул  , начальная толщина пленки расплава вблизи стенки цилиндра , мощность, затрачиваемая в зоне плавления,  .

Механическую мощность, затрачиваемую в зоне питания, следует определить для двух участков с разными температурными условиями. Для участка длиной 9,6 см с температурой нагрева стенки корпуса Т=95ºС мощность, расходуемую на транспортировку материала, определим по формуле:

Мощностью, рассеиваемой на втором участке зоны питания, можно пренебречь.

В целом для всех зон полезная мощность составит при изотермическом режиме дозирующей зоны:

При адиабатическом режиме дозирующей зоны:

.

1.2.5 Тепловой расчет

Задача теплового расчета состоит  в определении необходимой мощности нагревателей Q_н материального цилиндра червячного пресса, работающего в расчетном режиме и сопоставлении ее с табличной мощностью обогревателей выбранной серийной машины.

Расчет ведут по уравнению теплового баланса:

Решая относительно Q_Н, получим:

,где - тепловая мощность, расходуемая на нагрев полимерного материала.

- массовая производительность экструдера.

- теплоемкость полимера.

- температура  материала в зоне загрузки.

- температура материала в конце зоны дозирования.

- тепловая мощность, расходуемая на потери через боковые поверхности корпуса червячной машины.

Площадь наружной поверхности корпуса в зоне материального цилиндра:

-температура наружной поверхности корпуса.

- температура окружающей среды.

 - коэффициент теплоотдачи

тепловая мощность, расходуемая на охлаждение зоны загрузки материального цилиндра.

- теплоемкость воды.

-перепад температуры воды на входе и выходе из зоны охлаждения.

- количество протекающей воды.

f – площадь сечения подводящих трубок.

 - скорость течения воды.

 - плотность воды.

,

Q_Н – тепловая мощность, выделяемая при потреблении механической мощности привода червяка N.

В итоге получим:

2. Проверочный механический расчет

2.1 Проверка червяка на прочность

Червяк представляет собой консольный стержень, к которому приложено осевое усилие P, равномерно распределенная нагрузка от собственного веса червяка q и крутящий момент M_кр. Т.о., червяк находится в сложнонапряженном состоянии и рассчитывается по третьей теории прочности:

Напряжение сжатия возникает от действия осевого усилия P:

Осевое усилие P определим по формуле:

 

Площадь, на которую действует сила Р:

- средний диаметр червяка.

Напряжение изгиба  вызвано действием распределенной нагрузки q:

q – погонная нагрузка от веса червяка (Н/м).

W – осевой момент сопротивления сечения червяка:

Напряжение кручения  вызвано действием крутящего момента и определяется по уравнению:

Полярный момент сопротивления:

Крутящий момент на червяке определим по формуле:

- угловая скорость вращения червяка.

Величину допускаемого напряжения при изгибе определяем исходя из величины разрушающего напряжения материала червяка:

,где n- коэффициент запаса прочности,.

Выбираем материал червяка: сталь Ст3 ().