RU2644878C2 - Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления - Google Patents
Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644878C2 RU2644878C2 RU2016129886A RU2016129886A RU2644878C2 RU 2644878 C2 RU2644878 C2 RU 2644878C2 RU 2016129886 A RU2016129886 A RU 2016129886A RU 2016129886 A RU2016129886 A RU 2016129886A RU 2644878 C2 RU2644878 C2 RU 2644878C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- loading
- angle
- inclination
- distance
- Prior art date
Links
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к экструзионной технике и предназначено для производства пищевых и кормовых продуктов с применением экструзии. Техническим результатом является снижение энергоемкости процесса, повышение однородности и качества готовых изделий. Технический результат достигается шнековым экструдером, содержащим подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения. При этом экструдер оснащен устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, датчиками для измерения температуры и исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека. Причем угол наклона витков шнека в зоне загрузки и транспортирования меняется в пределах от 18 до 40°. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к экструзионной технике и предназначено для производства пищевых и кормовых продуктов с применением экструзии.
Известен экструдер шнековый [патент РФ №2548980, опубликованный в БИ №11 в 2015 г.], содержащий подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения.
Недостатками такой конструкции экструдера являются большая энергоемкость процесса, недостаточная однородность и низкое качество готовых изделий, отсутствие оперативного контроля качества и системы автоматического управления процессами.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости процесса, повышение однородности и качества готовых изделий, оперативный контроль качества, система автоматического управления процессами.
Поставленная задача достигается тем, что экструдер шнековый с автоматическим контуром управления, содержащий подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения, оснащен устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, датчиками для измерения температуры и исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, причем угол наклона витков шнека в зоне загрузки и транспортирования меняется в пределах от 18 до 40°. Изменение угла наклона витков шнека по отношению к осевой линии в зоне загрузки позволяет регулировать скорость подачи материала в зону плавления, в зависимости от вида перерабатываемого материала, что обеспечивает снижение удельных затрат энергии на процесс экструдирования (табл. 1).
Как видно из таблицы 1, для различных зерновых культур целесообразно использовать различный угол наклона витков шнека, а наиболее оптимальное изменение угла наклона витков находится в диапазоне от 18 до 40°, в связи с тем, что за пределами этого интервала резко возрастает энергоемкость процесса экструзии. Так, при угле наклона витков шнека 16° очень низкая скорость транспортирования перерабатываемого материала к формующей головке, а при угле наклона 40° скорость, наоборот, избыточная, в результате чего происходит образование пробки из перерабатываемого материала, шнеку труднее его транспортировать. Вследствие этого увеличивается мощность, затрачиваемая на валу, что приводит к повышению удельных затрат энергии процесса экструзии. Также следует учитывать скорость подачи зерновой смеси в зону загрузки, которая регулируется углом наклона витков шнека и расстоянием между ними и имеет важное значение, так как питание пресс-экструдера обеспечивает стабильную работу прессующей головки. При нестабильной подаче происходит пульсация давления, перегрев продукта и тем самым снижается производительность.
Расположение устройств для измерения крутящих моментов на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства обусловлено тем, что за основу была принята конструкция стандартно работающего, выпускаемого серийно ОАО «Орстан» с 1995 по 2010 год пресс-экструдера для переработки растительного сырья ПЭШ - 60/4 с рабочей длиной шнека Нр.ш.=0,65 м, наружным диаметром винтовой линии Dd=0,059 м, диаметром вала шнека Ds=0,04 м и внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м.
К. Раувендааль выделил два состояния, в которых находится перерабатываемый материал в шнековой камере: сыпучее и вязкопластичное [К. Раувендааль «Экструзия полимеров», 2008 г.]. В начале движения в шнековой камере сыпучий материал проходит зону загрузки, к концу которой он заполняет весь объем межвинтового канала. В предварительных экспериментах было выявлено, что для экструдеров с внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м концом зоны загрузки следует считать расстояние от загрузочного устройства 0,08 м (табл. 2).
Как видно из таблицы 2, в большинстве случаев для различного зернового сырья и при различных углах наклона витков шнека полная загрузка шнека наблюдается при расстоянии от загрузочного устройства 0,08 м. Именно на этом расстоянии происходит заполнение всего объема межвинтового канала перерабатываемым материалом.
Также в предварительных экспериментах было выявлено, что для снижения энергоемкости и повышения качества готового продукта преобразование сыпучего материала в вязкопластичный является целесообразным завершить в первой половине рабочей камеры экструдера, т.е. для рабочей длины шнека Нр.ш.=0,65 м данные преобразования целесообразно завершить на расстоянии 0,3 м от загрузочного устройства.
Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод, что устройства для измерения крутящих моментов, определяющие физико-механические параметры перерабатываемого материала, следует устанавливать в конце зоны загрузки, а также в месте перехода материала из сыпучего состояния в вязкопластичное и в конце шнековой камеры, т.е. для пресс-экструдера с внутренним диаметром шнековой камеры D1к=0,06 м и рабочей длиной шнека Нр.ш.=0,65 м установить на расстоянии 0,08 м, 0,3 м и 0,6 м от загрузочного устройства, что обеспечит возможность оперативного контроля качества.
Устройства для измерения крутящего момента, установленные на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, выполнены в виде цилиндрической вставки с двумя наклеенными с противоположных сторон тензодатчиками.
Пресс-эктрудер снабжен устройством автоматического управления процессом экструдирования, содержащим подключенный к компьютеру цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства и датчиками для измерения температуры.
На фиг. 1 изображена схема экструдера предлагаемой конструкции.
На фиг. 2 изображено устройство для измерения крутящего момента.
Экструдер содержит подшипниковый узел 1, загрузочную воронку 2, разъемный корпус шнековой камеры 3, привод 4, формующую головку 5, шнек 6 с витками 7, резьбовой вал 8, расположенный в теле шнека, исполнительный элемент 9, втулки 10 с установленными пальцами 11, перемещающиеся по направляющим 12, выполненным в теле шнека 6, устройства для измерения крутящего момента, состоящие из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15, и датчики температуры 16. Датчики температуры 16 и измерительные устройства соединены через аналого-цифровой преобразователь 17 с компьютером 18, который в свою очередь соединен с цифроаналоговым преобразователем 19.
Предлагаемый экструдер работает следующим образом.
Сыпучий материал поступает в загрузочную воронку 2, попадая в зону загрузки разъемного корпуса шнековой камеры 3. В зоне загрузки находится устройство, установленное на расстоянии 0,08 м от загрузочного устройства 2, состоящее из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14 и гибкого элемента 15, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о виде перерабатываемого материала с точки зрения его структурно-механических свойств. Далее материал под воздействием витков 7 установленного в подшипниковом узле 1 вращающегося шнека 6, вращение которого осуществляется приводом 4, проходит зону транспортирования и перемещается в зону сжатия. В зоне сжатия находится устройство, установленное на расстоянии 0,3 м от загрузочного устройства 2, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о степени расплавленности материала. После сжимания материал поступает в зону гомогенизации, где происходит превращение размягченных частиц в однородный расплав. Затем продукт попадает в зону формования и продавливается через формующую головку 5. В районе формующей головки находится устройство, установленное на расстоянии 0,6 м от загрузочного устройства 2, предназначенное для измерения крутящего момента, по величине которого можно судить о плотности продукта на выходе из экструдера и, как следствие, о качестве вырабатываемой продукции. Одновременно датчиками 16 измеряется температура перерабатываемого материала в экструдере.
Сигнал, получаемый от датчиков температуры 16 и устройств для измерения крутящего момента, состоящих из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15, регистрируется на аналого-цифровом преобразователе 17 и передается в компьютер 18, где преобразуется в численные значения измеряемой величины.
При изменении плотности поступающего на переработку материала наблюдается отклонение от показаний устройств для измерения крутящего момента, состоящих из цилиндрической вставки 13, тензодатчиков 14, гибких элементов 15. Возникает необходимость в изменении скорости подачи материала в зону сжатия. Компьютер 18 передает данные на цифроаналоговый преобразователь 19. Цифроаналоговый преобразователь 19 дает команду исполнительному элементу 9. Исполнительный элемент 9 приводит во вращение резьбовой вал 8, расположенный в теле шнека 6. При вращении резьбового вала 8 втулки 10 с установленными в них пальцами 11 перемещаются вдоль оси шнека 6 по направляющим 12, выполненным в теле шнека 6, увлекая за собой витки шнека 7. В результате за счет изменения расстояния между витками 7 изменяется и угол наклона самих витков. При изменении угла наклона витков 7 изменяется соотношение тангенциальной (обеспечивающей вращение и перемешивание материала) и аксиальной (обеспечивающей продвижение материала вдоль оси шнека) составляющих силы воздействия шнека 6 на перерабатываемый материал.
При изменении данного соотношения изменяется скорость перемещения материала в зоне загрузки и транспортирования и, как следствие скорость подачи его в зону сжатия. Таким образом появляется возможность регулирования скорости подачи материала в зону сжатия и, как следствие регулирование давления материала на выходе из зоны сжатия в зоне гомогенизации и формования, что обеспечивает снижение удельных затрат энергии и получение высококачественной продукции.
Таким образом, измерение температуры датчиками и крутящего момента устройствами, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, позволяет судить о качестве продукта с возможностью дальнейшего регулирования процессов.
Применение тензометрических датчиков в устройствах для измерения крутящего момента, установленных на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства и датчиков температуры, а также вывод данных на компьютер позволяет оперативно судить о качестве продукта с возможностью дальнейшего регулирования процессов.
Применение обработки данных о качестве продукта, получаемых от устройств для измерения крутящего момента, установленных на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, а также от датчиков, измеряющих температуру, и передача сигналов на исполнительные механизмы рабочих элементов экструдера позволяет автоматически регулировать качество конечного продукта.
Claims (3)
1. Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления, содержащий подшипниковый узел, загрузочную воронку, разъемный корпус шнековой камеры, привод, формующую головку, шнек с витками, выполненными в зоне загрузки и транспортирования с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что он снабжен устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, датчиками для измерения температуры и исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, причем угол наклона витков шнека в зоне загрузки и транспортирования меняется в пределах от 18 до 40°.
2. Экструдер шнековый по п. 1, отличающийся тем, что каждое из устройств для измерения крутящего момента, установленных на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, выполнено в виде цилиндрической вставки с двумя наклеенными с противоположных сторон тензодатчиками.
3. Экструдер шнековый по п. 2, отличающийся тем, что он снабжен устройством автоматического управления процессом экструдирования, содержащим подключенный к компьютеру цифроаналоговый преобразователь, соединенный с исполнительным элементом, регулирующим угол наклона витков шнека посредством вращения резьбового вала, расположенного в теле шнека, устройствами для измерения крутящего момента, установленными на расстоянии 0,08 м, 0,3 м, и 0,6 м от загрузочного устройства, и датчиками для измерения температуры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129886A RU2644878C2 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129886A RU2644878C2 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016129886A RU2016129886A (ru) | 2018-01-25 |
| RU2644878C2 true RU2644878C2 (ru) | 2018-02-14 |
Family
ID=61024165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016129886A RU2644878C2 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2644878C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773513C1 (ru) * | 2021-09-27 | 2022-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Шнековый экструдер |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996040483A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Trim-Masters International Limited | Feed device and method for extruders |
| US5714187A (en) * | 1993-06-02 | 1998-02-03 | Buhler Ag | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products |
| RU2262438C2 (ru) * | 1999-06-15 | 2005-10-20 | Жан-Пьер ИБАР | Способ и устройство для регулирования вязкости пластиков |
| RU2548980C1 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Экструдер шнековый |
-
2016
- 2016-07-20 RU RU2016129886A patent/RU2644878C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5714187A (en) * | 1993-06-02 | 1998-02-03 | Buhler Ag | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products |
| WO1996040483A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Trim-Masters International Limited | Feed device and method for extruders |
| RU2262438C2 (ru) * | 1999-06-15 | 2005-10-20 | Жан-Пьер ИБАР | Способ и устройство для регулирования вязкости пластиков |
| RU2548980C1 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Экструдер шнековый |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773513C1 (ru) * | 2021-09-27 | 2022-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Шнековый экструдер |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016129886A (ru) | 2018-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5714187A (en) | Screw extruder and process for controlling the quality of feedstuff products | |
| SU1227107A3 (ru) | Способ регулировани процесса экструзии в экструдере со шнековым рабочим органом | |
| CN201890587U (zh) | 一种螺旋定量加料装置 | |
| FR2490995A1 (fr) | Dispositif de transformation, du type extrudeuse, pour obtenir des produits intermediares, tels que bandes, granules, a partir de melanges pulverulents de caoutchouc | |
| KR20120040157A (ko) | 유중 펠렛제조기의 커터 허브 위치조절 시스템 | |
| US11084200B2 (en) | Silicone extrusion plant, method for silicone extrusion and silicone extrudate produced herewith | |
| CN107530663A (zh) | 用于制造颗粒的装置 | |
| RU2644878C2 (ru) | Экструдер шнековый с автоматическим контуром управления | |
| CN102248659A (zh) | 平行双螺杆挤出机挤出恒压控制系统 | |
| CN202609540U (zh) | 定量给料系统 | |
| CN103894136B (zh) | 热塑性聚氨酯一步法反应装置 | |
| CN206897349U (zh) | 肥料造粒装置及基于该装置的生物质颗粒肥料生产线 | |
| JP2616635B2 (ja) | 乾式の圧縮造粒方法およびその装置 | |
| US12410373B1 (en) | Biomass fuel processing pellet mills and control methods thereof | |
| KR101290236B1 (ko) | 식품용 압출장치 | |
| RU2548980C1 (ru) | Экструдер шнековый | |
| CN202438295U (zh) | 自动控制对撞造粒机 | |
| RU163193U1 (ru) | Шнековый пресс-гранулятор для гранулирования кормов | |
| RU195133U1 (ru) | Шнековый экструдер | |
| CN214294365U (zh) | 一种螺杆挤出机连续喂料装置 | |
| JP7333245B2 (ja) | 溶融樹脂の流動性指標制御方法および装置 | |
| RU2715394C1 (ru) | Экструдер | |
| CN201895920U (zh) | 带搅拌螺旋给料器 | |
| CN105173572A (zh) | 可以防堵塞的物料输送机 | |
| RU2812262C2 (ru) | Ротационный пресс для прессования прессуемого пищевого материала |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180721 |