Kako prijeći s miniračunala na glavno računalo? Napredak istraživanja slične teorije pojačanja pužnih ekstrudera

Kontinuirani pužni ekstruder ima visok stupanj fleksibilnosti i automatizacije. Korištenje obrade ekstruzijom tijekom obrade polimera može učinkovito smanjiti troškove obrade, poboljšati učinkovitost proizvodnje i smanjiti emisije otpada.

Iako se postojeći ekstruderi mogu nositi s trenutnim topljenjem i miješanjem materijala u pužu, s povećanjem stupnja industrijalizacije, njihova niska izlazna učinkovitost više ne može zadovoljiti potrebe buduće industrije. Kako bi se dodatno poboljšala učinkovitost obrade polimera, dizajn velikih ekstrudera je hitan.

Međutim, ako izravno dizajnirate veliku opremu, suočit ćete se s problemima kao što je rasipanje resursa zbog nedovoljno iskustva u projektiranju. Stoga je prošireno teoretsko istraživanje opreme za pužnu ekstruziju postalo osobito važno.

Teorija pojačanja sličnosti je bezdimenzionalna grupa brojeva koja predstavlja parametre koji se odnose na određenu pojavu u sustavu. Kada su pojave u dva sustava slične, postoji i određena sličnost između relevantnih parametara. Ta sličnost može tvoriti bezdimenzionalnu grupu brojeva, odnosno kriterij sličnosti je konstantna vrijednost. Polazeći od teorema sličnosti, primjenom empirijskih zaključaka izvedenih u maloj opremi na veliku proizvodnu opremu može se osigurati da su bezdimenzionalne skupine proizvedene u maloj i velikoj opremi jednake, zadržavajući tako bezdimenzionalne oblike rješenja za različite jednadžbe dosljedne. Promijeniti. Za dizajn pužne strukture velikih ekstrudera s dva puža može se koristiti slična teorija pojačanja ekstrudera. Ova teorija može započeti iz perspektive geometrijske sličnosti i pružiti platformu za dizajn kroz proučavanje parametarskog modeliranja. Usvajanjem ove metode projektiranja može se izbjeći ponovljeno modeliranje, uštedjeti vrijeme projektiranja i time poboljšati učinkovitost proizvodnje i kvaliteta proizvodnje.

Posljednjih godina naširoko se raspravljalo o istraživanju strukture malih ekstrudera, no istraživanja velikih ekstrudera još su u fazi istraživanja. Kroz dubinsko istraživanje geometrijskih parametara i povećanja indeksa učinkovitosti eksperimentalnog modela, može pružiti teoretsku osnovu za razvoj pužnih ekstrudera velikih razmjera, čime se poboljšava kvaliteta dizajna i stopa uspješnosti. Ovaj članak ima za cilj predstaviti trenutni rad i napredak u ovom području od slične teorije pojačanja primjenjive na dvopužne ekstrudere.

Dvopužni ekstruder slična teorija pojačanja

Ekstruderi s dva puža imaju bolji učinak miješanja od ekstrudera s jednim pužom. Nakon znanstvenog istraživanja o sličnim teorijama pojačanja jednopužnih ekstrudera, proširili su ih na dvopužne ekstrudere. Kao što je prikazano na slici 2, pod pretpostavkom zadržavanja kuta spirale (φ) nepromijenjenim, dvostruki vijak se razvija kako bi se dobio odnos promjera između dvostrukog vijka i jednog vijka, kao što je prikazano u jednadžbi (1). Zanemarujući utjecaj područja zahvata (ψ kut zahvata je približno 0), dodatno je ilustrirana izvedivost aproksimacije dvostrukog vijka jednom vijku.

Slika 2. Sličan dijagram dvopužnog protočnog kanala približno ekvivalentnog jednopužnog kanala

Studije učinkovitosti miješanja i sigurnosti dvopužnih ekstrudera važni su čimbenici za uspješan dizajn ekstrudera. Potrebno je odrediti kriterije pojačanja za ključne parametre i proučavati pojačane učinke na temelju numeričkih proračuna. U ekstruderu s dva puža, materijal ima djelomično ispunjenu sekciju i potpuno ispunjenu sekciju. Slične teorije pojačanja primjenjive na jednopužne ekstrudere primjenjive su i na dvopužne ekstrudere s potpuno ispunjenim dijelovima. Međutim, kako se povećavala potražnja za ekstruderima s distribuiranim miješanjem i dvopužnim ekstruderima za devolatilizaciju, počele su se pojavljivati ​​slične teorije o povećanju za dvopužne ekstrudere bez mreže koji su djelomično ispunjavali područje kanala. Budući da je stupanj punjenja dvopužnog ekstrudera važan pokazatelj kapaciteta pužnog transporta, kriterij pojačanja dvopužnog ekstrudera može se dodatno podijeliti prema različitim stupnjevima punjenja kanala protoka dvopužnog ekstrudera.

01Slična teorija pojačanja potpunog punjenja kanala protoka

Protočni kanal je potpuno pun znači da je materijal potpuno ispunjen u protočnom kanalu bez ikakvih praznina. Istraživači su otkrili da duljina potpuno ispunjenog dijela ekstrudera ima značajan utjecaj na vrijeme zadržavanja i potrošnju energije taline ekstrudiranog materijala u ekstruderu. Kada je kanal protoka potpuno ispunjen, svojstva materijala su stabilnija nego kada vijak nije potpuno ispunjen. Samo kada je puž potpuno napunjen, mogu se zajamčiti konzistencija, kvaliteta i učinak ekstrudiranih proizvoda. Stoga, trenutne rasprave znanstvenika o sličnoj teoriji ekstrudera s dva puža u osnovi pretpostavljaju da je kanal protoka potpuno ispunjen.

Li Ao napravio je sveobuhvatnu usporedbu sličnih metoda pojačanja za potpuno punjenje kanala protoka i predložio primjenu metode pojačanja na ekstruderu s jednim pužom na ekstruder s dva puža, postavljajući teoretsku osnovu za transformaciju velikih strojeva s dva puža . Berzin i sur. vjeruju da je koeficijent prijenosa topline u potpuno napunjenom ekstruderu vrlo kritičan. Kako se omjer površine i volumena smanjuje s promjerom, brzina prijenosa topline ekstrudera također će se smanjiti. Stoga se vijak često definira kao adijabatski u procesu proračuna simulacije. stanje, koristeći temperaturu taline kao jedan od kriterija ocjenjivanja. Budući da je proces ekstruzije ograničen prijenosom topline, potrebnu temperaturu taline u dijelu za isporuku taline nije lako postići. Stoga mogu biti potrebni dodatni eksperimenti i modeliranje kada se koristi pojačanje prijenosa topline. Matić je proveo eksperimentalnu usporedbu metoda sličnog pojačanja prijenosa topline i energetski sličnih metoda pojačanja i otkrio da je temperatura taline u djelomično ispunjenom području niža, a vrijeme zadržavanja prije i nakon pojačanja u potpuno ispunjenom području slično, što ukazuje da su ova dva metode pojačanja prikladnije su za potpuno ispunjene tokove. U tunelu, učinak miješanja unutar ekstrudera je u ovom trenutku bolji. Kao što je prikazano na slici 3, istraženo je vrijeme zadržavanja i raspodjela temperature taline pod različitim procesima, te je otkriveno da vrijeme zadržavanja i temperatura taline u potpuno ispunjenom kanalu protoka imaju isti trend promjene, a pojačana temperatura taline i vrijeme zadržavanja postao širi, što pokazuje da je kvaliteta produkta proizvedenog nakon amplifikacije slična onoj referentnog modela, što rješava problem razgradnje amplificiranog produkta. Nakatani je vjerovao da adijabatski indeks i ne-Newtonov indeks određuju uvjete ekstrudera i svojstva polimera. Predložio je termičku ravnotežu slično pojačanje koristeći izlazni indeks pojačanja kao glavnu varijablu i potvrdio izvedivost ove metode kroz dosljedne temperature taljenja.

Slika 3. Usporedba između temperature taline i lokalnog vremena zadržavanja prije i nakon povećanja ekstrudera

Ekstruder s dva puža ima dobru funkciju miješanja, a na učinak miješanja materijala u ekstruderu s dva puža treba obratiti pozornost nakon pojačanja. Qu Wenbin upotrijebio je metodu pojačanja sličnosti miješanja kako bi povećao dizajn pužnih elemenata u odjeljku za miješanje ekstrudera. Analizirao je učinak miješanja različitih konfiguracija puža u potpuno ispunjenom kanalu protoka i dokazao da se pojačanje pužnog ekstrudera temelji na geometrijskoj sličnosti strukture puža. Seksualno ponašanje. Chen je predložio da se kvaliteta ekstrudata određuje parametrima kao što su geometrijski parametri, specifična energija, raspodjela vremena zadržavanja, temperatura i tlak, a ti parametri određuju raspodjelu miješanja tijekom procesa ekstruzije. Juan je razvio i testirao izvedivost sličnih pravila pojačanja geometrijskog omjera koristeći dvopužne ekstrudere različitih promjera. Otkrio je da osnovni procesni parametri, brzina protoka materijala i brzina puža imaju vrlo mali utjecaj na svojstva materijala, dok konfiguracija puža ima veći utjecaj. Gore navedeno istraživanje pokazuje da na temelju određivanja konfiguracije puža, pojačanje geometrijske sličnosti može proizvesti izlaz i zadovoljiti zahtjeve stalnog miješanja, ali ima različite temperaturne promjene. Stoga sveobuhvatna primjena više sličnih metoda pojačanja može bolje riješiti problem.

Pretpostavka za sveobuhvatnu upotrebu višestrukih sličnih metoda pojačanja je određivanje geometrijske sličnosti konfiguracije vijka i kombinacije cijevi. Zatim se, na temelju svrhe pojačanja izlaza u industriji s dvostrukim vijkom, izvodi slično pojačanje volumena i na kraju se brzina puža malog stroja izračunava obrnuto kako bi se odredio veliki stroj. Brzina vijka, simulacija polja protoka koristi se za procjenu sigurnosti pojačanja i performansi miješanja. Dong Zhonghua je izveo teoriju pojačanja koja kombinira višestruke metode pojačanja balansiranjem miješanja i temperaturnih polja između materijala, naime sveobuhvatnu toplinsku ravnotežu i miješanje sličnog pojačanja, i primijenio ju je u mikserima serije ZSK. Yue Jinfeng i sur. upotrijebio metodu pojačanja slične geometriji⁃volumenno⁃brzini smicanja za provođenje istraživanja pojačanja na dijelu glavnog računala za mjerenje miješanih ispušnih plinova i istražio sigurnost i performanse miješanja pojačanog modela. Osim toga, temeljeno na sličnom povećanju paralelnih dvopužnih ekstrudera, konusni dvopužni ekstruderi također su proučavani i raspravljani u tom pogledu. Langhorst je proveo različite simulacije i slično pojačanje svakog funkcionalnog dijela posebne strukture konusnog dvopužnog ekstrudera koji rotira suprotno. Yin Qingzhen je sažeo relevantne parametre u obliku bezdimenzionalnih konstanti, te dizajnirao i povećao funkcionalne dijelove svakog dijela konusnog dvopužnog ekstrudera, osiguravajući uvjete za stabilan rad proširenog ekstrudera. Chen Simeng upotrijebio je metodu mikroelemenata za diskretizaciju konusnog dvopužnog ekstrudera za energetske materijale, uspostavio odgovarajuće teorije pojačanja za različite funkcionalne dijelove i izvršio ispravke. Ukratko, konvencionalna slična metoda pojačanja može pojačati specifične parametre neovisnih funkcionalnih dijelova, ali još uvijek postoje nedostaci u ukupnom pojačanju pužnog ekstrudera. Optimizirana metoda sličnog pojačanja može se primijeniti za kombiniranje karakteristika različitih funkcionalnih dijelova. Stvarna proizvodnja. U isto vrijeme, važna je metoda provjere koristiti ortogonalni eksperimentalni dizajn za sveobuhvatno balansiranje i procjenu različitih parametara tijekom procesa korekcije kako bi se potvrdila izvedivost sličnog pojačanja i optimizirala razina parametara modela pojačanja.

02 Teorija pojačanja sličnosti punjenja kanala djelomičnog protoka

U stvarnoj obradi pužnim ekstruderom, materijal može ispuniti samo dio kanala protoka, ali ne može u potpunosti ispuniti cijeli kanal protoka. Složenost procesa punjenja kanala djelomičnog protoka daleko je veća od jednofaznog protoka kada je kanal protoka u potpunosti ispunjen. Kada je kanal protoka djelomično ispunjen, brzina protoka i smično naprezanje taline materijala će se povećati, čineći proces ekstruzije kompliciranijim.

Na temelju karakteristika djelomičnog punjenja u dijelu za isporuku taline ko-rotirajućeg dvopužnog ekstrudera, MEIJER je raspravljao o dubini kanala, sličnom pojačanju laminarnog protoka i sličnom pojačanju prijenosa topline, u slučaju djelomičnog punjenja ili promjena u viskoznosti tijekom procesa ekstruzije (ne-izotermni, ne-Newtonovi uvjeti), postoji ozbiljno curenje protoka. Ganzeveld je istaknuo da je brzina protoka istjecanja povezana sa stupnjem punjenja komore u zoni punjenja. U slučaju djelomičnog punjenja, kako se broj potpuno ispunjenih komora smanjuje, to utječe na brzinu protoka curenja, a indeks povećanja proizvodnje će se smanjiti. Fukuda i sur. proveo je testove protoka otpora na proporcionalno povećanim transportnim elementima i blokovima za gnječenje i predložio slično pojačanje postotka protoka otpora kako bi se povećala brzina protoka održavanjem postotka protoka otpora navedenog elementa konstantnim.

Budući da je predložen niz sličnih metoda povećanja za potpuno punjenje pužnih ekstrudera, mnogi su istraživači počeli proučavati jesu li ove metode primjenjive u djelomično ispunjenim kanalima protoka. Bigio i sur. vjeruju da ako stupanj djelomičnog punjenja i brzina miješanja dvopužnog ekstrudera ostanu konstantni, tada će slične metode povećanja primjenjive na potpuno punjenje biti jednako učinkovite za djelomično ispunjene kanale. U sličnom proširenju predloženom pod premisom potpunog punjenja, geometrija puža ima značajan utjecaj na miješanje i protok koji se razvija unutar ekstrudera s dva puža. Dryer i sur. predložio je teoriju pojačanja sličnosti volumena kada je vijak uglavnom ispunjen. Pojačanje sličnosti volumena uzima u obzir samo slobodni volumen cijele duljine vijka i održava istu puninu. Korištenjem volumenskog protoka kao jedne varijable, indeks parametra pojačanja je isti kao kod potpunog punjenja. Metoda pojačanja mješovite sličnosti je slična. Haser je dokazao da se pojačanje procesa ekstruzije različitih geometrija može postići na temelju pojačanja sličnosti volumena, a trendovi parametara pojačanja su dosljedni. Može se zaključiti da primjenjive metode pojačanja za djelomično punjenje kanala protoka dvopužnih ekstrudera uglavnom proizlaze iz potpunog punjenja kanala protoka. Tablica 2 prikazuje slične metode pojačanja koje se obično koriste za dvopužne ekstrudere.

Tablica 2. Karakteristike uobičajenih sličnih metoda pojačanja za dvostruke vijke

primjena

Na teoretskoj osnovi, velik broj istraživača primijenio je teoriju pojačanja sličnosti u stvarnoj proizvodnji. Početno istraživanje korišteno je za usporedbu različitih sličnih metoda pojačanja. Chung je proveo eksperimentalne provjere na istom tipu jednopužnog ekstrudera za univerzalno pojačanje sličnosti, slično pojačanje prijenosa topline i geometrijsko pojačanje sličnosti, te je otkrio da nakon geometrijske sličnosti uvećani model ima izlaz. Wang Jianping primijenio je metodu "ekvivalentnog promjera" za analizu tri slične metode pojačanja sekcije za prijenos taline u dvopužnom ekstruderu s korotirajućim mrežama i upotrijebio tehničke podatke velikih dvopužnih vijaka kako bi dobio rezultate koji su dosljedniji s stvarno stanje.

Slika 4(a)~(c) prikazuje usporedbu izlaza, snage i brzine s eksperimentalnim podacima pod različitim metodama pojačanja. Utvrđeno je da je trend podataka Maddockove slične metode pojačanja bliži eksperimentalnim podacima. Na temelju mnogih postojećih metoda, tim Nastaj razvio je novi računalni sustav za optimizaciju ekstruzije kako bi optimizirao proces temeljen na globalnom modelu ekstruzije s vijcima kako bi se maksimizirao učinak ekstruzije i smanjila specifična potrošnja energije. , Slika 4(d) je krivulja podataka o materijalu i procesu dobivena simulacijom cijele sekcije ekstrudera. Stupanj punjenja je nizak u sekciji prijenosa čvrste tvari i dostiže potpuno ispunjeno stanje nakon što čvrsti sloj nestane. U to vrijeme dolazi do očitih fluktuacija tlaka i temperature. Uzimajući polivinil klorid kao primjer, Menge je potvrdio slično pojačanje pri konstantnoj temperaturi taljenja i konstantnoj brzini smicanja u suprotno rotirajućem dvopužnom ekstruderu. Richter je dobio raspodjelu veličine čestica na različitim razinama punjenja sličnom metodom pojačanja. Korištenje praćenja čestica za provjeru sigurnog miješanja u kanalu protoka trenutno je učinkovita i intuitivna metoda.

Na temelju sličnog povećanja broja pužnih ekstrudera, postupno su se pojavile primjene slične konstrukcijske opreme u većem opsegu. Oprema poput pužnih ekstrudera s diskom za mljevenje, unutarnjih mješalica, rafinera s dva puža i kontinuiranih mješalica s dva rotora također je počela konstruirati slične aplikacije za povećanje. metoda. He Xiaoling konstruirao je model pužnog ekstrudera s diskom na temelju pojačanja sličnosti miješanja, te je u isto vrijeme optimizirao parametre uz pomoć ortogonalnih eksperimenata i numeričkih simulacija. Chen Kejuan i dr. upotrijebio kriterije sličnosti geometrijske sličnosti i konstantnog maksimalnog posmičnog naprezanja u tehnologiji obrade vijka za projektiranje modela unutarnje miješalice. Hu Dongkui usporedio je funkcije i strukture dvopužnih ekstrudera i dvopužnih rafinera i otkrio da su dvopužni rafineri i dvopužni ekstruderi općenito najsličniji i mogu se potvrditi eksperimentima, čime se bolje razumije dvopužni ekstruder. pužni ekstruderi. Dizajn stroja je od velike važnosti. Gong Shuyun je koristio energetsku ekvivalenciju kao kriterij za mjerenje učinka miješanja i predložio proces i teorijski model sličnog dizajna pojačanja dijela za miješanje kontinuirane miješalice s dva rotora. Istraživačka ideja slične metode pojačanja dobiva sve više pozornosti u industriji.

Slika 4. Usporedna analiza slične teorije pojačanja u stvarnoj proizvodnji

Zaključak

Sličan dizajn i primjena pužnih ekstrudera može pomoći u optimizaciji strukture puža, brzine i drugih parametara ekstrudera i poboljšati performanse ekstrudera. Međutim, sumirajući slične kriterije povećanja za pužne ekstrudere u zemlji i inozemstvu posljednjih godina, može se ustanoviti da bez obzira na to koja se metoda koristi, eksperimenti povećanja se temelje na osiguravanju sigurnosti i miješanja pužnog ekstrudiranja.

Međutim, pužni ekstruderi uključuju probleme kao što su potrošnja energije, curenje, učinak miješanja i sigurnost. Postojeće slične metode pojačanja ne mogu maksimalno iskoristiti svoje prednosti. Stoga je optimizacija standarda sličnosti i faktora pojačanja vrlo važna. Buduća bi istraživanja trebala dodatno istražiti potencijal primjene teorije pojačanja sličnosti u optimizaciji strukture ekstrudera i procesnih parametara, te razviti odgovarajuće praktične alate i metode za pružanje potpunijih rješenja za točnije oblikovanje, dizajn i primjenu velikih ekstrudera. teorijska potpora.