В чем разница между коническими и параллельными винтами?

Основное различие между коническими и параллельными двухшнековыми стволами заключается в их геометрии: параллельный двухшнековый ствол сохраняет одинаковый диаметр шнека и одинаковое межосевое расстояние между двумя винтами по всей длине, тогда как конический двухшнековый ствол имеет конические винты, с большим диаметром на подающем конце и меньшим диаметром на выпускном конце, а также межосевое расстояние, которое меняется вдоль оси. Эта геометрическая разница приводит к различным эксплуатационным характеристикам по крутящему моменту, скорости шнека, соотношению длины к диаметру и пригодности для различных применений обработки пластмасс. В этой статье эти различия подробно рассматриваются на основе опубликованных сравнений двухшнекового экструзионного оборудования, используемого в промышленности по переработке пластмасс.

Основные геометрические различия

A параллельный двухвинтовой ствол содержит два винта одинакового диаметра, оси которых остаются параллельными и на фиксированном межцентровом расстоянии по всей длине ствола. Для сравнения, в коническом двухшнековом цилиндре находятся два винта, оси которых пересекаются под небольшим углом, что означает, что межосевое расстояние между винтами постепенно меняется от подающего конца к разгрузочному концу, а сам диаметр шнека сужается от большего размера на подающем конце к меньшему размеру возле разгрузочного конца.

На рисунке выше показано общее геометрическое различие между двумя типами винтов. Параллельный двухвинтовой ствол представлен двумя прямоугольными секциями одинаковой ширины, проходящими по всей длине ствола, что отражает постоянный диаметр и постоянное межосевое расстояние, присущие этой конструкции. Конический двухшнековый ствол представлен двумя коническими секциями, которые сужаются слева направо, отражая уменьшение диаметра, происходящее от подающего конца к выпускному концу. Эта сужающаяся геометрия в конической конструкции также является причиной того, что межосевое расстояние между двумя осями винтов постепенно меняется по длине ствола, тогда как в параллельной конструкции межосевое расстояние остается постоянным. Понимание этого основного геометрического различия является отправной точкой для оценки того, как каждый тип ствола ведет себя в различных условиях обработки.

Соотношение длины к диаметру и скорость шнека

Отношение длины к диаметру, обычно называемое L/D, рассчитывается по-разному для каждого типа винта. Для параллельного двухвинтового ствола L/D относится к отношению эффективной длины винта к внешнему диаметру винта, которое остается постоянным вдоль ствола. Для конического двухшнекового ствола L/D относится к отношению эффективной длины винта к среднему значению диаметров большого и малого концов, поскольку диаметр не является постоянным. Согласно опубликованным отраслевым сравнениям, параллельные двухшнековые экструдеры обычно имеют гибкое соотношение L/D, которое обычно находится в диапазоне примерно от 24 до 68 , который можно регулировать в соответствии с требованиями обработки, в то время как конические двухшнековые экструдеры имеют более фиксированную геометрию, определяемую углом конусности, обычно попадающим в сравнительно более узкий диапазон.

На приведенной выше диаграмме сравниваются типичные диапазоны отношения длины к диаметру, указанные для параллельных и конических двухшнековых экструдеров в опубликованных сравнениях экструзионного оборудования. Параллельные двухшнековые экструдеры демонстрируют значительно более широкий диапазон, обычно называемый от 24 до 68, что отражает гибкость конструкции, которая позволяет производителям регулировать длину цилиндра в соответствии с конкретными требованиями к рецептуре или экструзии. Для сравнения: конические двухшнековые экструдеры обычно работают в более узком и более низком диапазоне, поскольку их коническая геометрия накладывает более жесткие ограничения на достижимое соотношение. Эту гибкость в отношении L/D часто называют одним из практических преимуществ конструкции параллельных двухшнековых шнеков, поскольку она позволяет переработчикам выбирать конфигурацию, подходящую для времени пребывания и интенсивности смешивания, необходимых для конкретного материала. Более длительное соотношение L/D обычно обеспечивает дополнительное время и площадь поверхности для плавления, смешивания и удаления летучих веществ, что особенно актуально для процессов компаундирования, включающих наполнители, добавки или термочувствительные составы.

Скорость шнека также существенно различается в двух конструкциях. В опубликованных сравнениях обычно упоминаются двухшнековые экструдеры с параллельным вращением, работающие со скоростью примерно от 400 до 900 об/мин для многих промышленных применений, тогда как конические двухшнековые экструдеры, вращающиеся в противоположных направлениях, обычно работают на значительно более низких скоростях, часто называемых диапазоном примерно от 30 до 150 об/мин.

На приведенной выше диаграмме показаны различные диапазоны скоростей шнеков, обычно сообщаемые для каждого типа экструдера. Гораздо более высокий диапазон рабочих скоростей, присущий параллельным двухшнековым экструдерам, обеспечивает более высокую производительность и более интенсивное перемешивание, поскольку повышенная скорость вращения обеспечивает более частый обмен материала между двумя шнеками. Более низкий диапазон скоростей, связанный с коническими двухшнековыми экструдерами, отражает более щадящий подход к обработке, который часто связан с уменьшенным сдвиговым нагревом и обычно считается более подходящим для термочувствительных материалов, таких как составы жесткого ПВХ. Эти различия в скорости также связаны с характеристиками крутящего момента, поскольку в конических конструкциях обычно размещаются более крупные компоненты подшипников и шестерен вблизи подающего конца, что обеспечивает более высокий крутящий момент на более низких скоростях. Таким образом, выбор между параллельной конфигурацией с более высокой скоростью и конической конфигурацией с более низкой скоростью тесно связан с конкретным обрабатываемым материалом и продуктом.

Смешение поведения и материального потока

Параллельные двухшнековые экструдеры обычно имеют систему совместного вращения, в которой оба шнека вращаются в одном и том же направлении. Эту конфигурацию обычно описывают как создание пересекающейся схемы потока, при которой материал непрерывно обменивается между двумя шнековыми каналами, обеспечивая интенсивное перемешивание, подходящее для применения в процессах компаундирования. Для сравнения: конические двухшнековые экструдеры обычно имеют конструкцию, вращающуюся в противоположных направлениях, в которой два шнека вращаются в противоположных направлениях, образуя закрытые камероподобные секции между лопастями, которые имеют тенденцию производить более мягкое и контролируемое перемешивание.

Эти различные схемы потока влияют на то, каким материалам подходит каждая конструкция. Интенсивное смешивание, связанное с двухшнековыми экструдерами с параллельным вращением в одном направлении, обычно хорошо подходит для задач компаундирования, включающих наполнители, красители или усиливающие добавки, где приоритетом является тщательное диспергирование. Более мягкое перемешивание, связанное с коническими двухшнековыми экструдерами, вращающимися в противоположных направлениях, часто связано с обработкой термочувствительных или высоковязких материалов, таких как жесткий ПВХ, где в противном случае чрезмерный сдвиговый нагрев может повлиять на стабильность материала.

Крутящий момент, грузоподъемность и конструктивные соображения

Крутящий момент и несущая способность представляют собой еще одно существенное различие между двумя конструкциями. Поскольку межосевое расстояние между двумя шнеками в параллельном двухшнековом экструдере фиксировано и относительно мало, пространство, доступное в трансмиссионном редукторе для радиальных подшипников, упорных подшипников и связанных с ними шестерен, сравнительно ограничено, что обычно приводит к более низкому выходному крутящему моменту по сравнению с конической конструкцией аналогичного масштаба. Конические двухшнековые экструдеры с большим диаметром на подающем конце обычно обеспечивают больше места для более крупных подшипников и компонентов зубчатых передач, что обычно связано с более высоким выходным крутящим моментом и улучшенной устойчивостью к нагрузкам.

Несмотря на этот общий недостаток крутящего момента, гибкость L/D конструкции с параллельными двумя шнеками часто упоминается как компенсирующее преимущество, поскольку производители могут регулировать длину шнека в соответствии с различными условиями формования и требованиями обработки, не ограничиваясь фиксированной геометрией конуса.

Общие применения для каждого типа винтов

Как параллельные, так и конические двухшнековые цилиндры имеют общий механизм транспортировки, который проталкивает материал вперед через цилиндр, а также в целом сопоставимые возможности смешивания, пластификации и обезвоживания, и оба широко применяются при производстве пластиковых труб, листов, профилей, пленки и кабельной оболочки. В пределах этого общего функционального диапазона некоторые приложения имеют тенденцию отдавать предпочтение одной геометрии перед другой в зависимости от конкретных требований к материалу и продукту.

• Параллельные двухшнековые цилиндры обычно выбираются для смешивания высоковязких и трудно смешиваемых материалов, таких как ПВХ, АБС и конструкционные пластики, где интенсивное перемешивание обеспечивает однородность свойств материала.
• Параллельные двухшнековые цилиндры часто используются при производстве пластиковых труб, листов, профилей, пленок, кабельных оболочек и деталей, отлитых под давлением, где модульная конструкция цилиндра и шнека обеспечивает гибкую настройку процесса.
• Конические двухшнековые цилиндры часто используются в процессах экструзии ПВХ, которые выигрывают от более мягких условий обработки и более высокого крутящего момента при более низких скоростях шнека.
• Конические двухшнековые цилиндры также используются в тех случаях, когда естественно увеличивающийся профиль давления вдоль канала сужающегося шнека способствует улучшению рецептуры определенных рецептур.

Особенности конструкции, обеспечивающие стабильную производительность

Независимо от геометрии шнека, некоторые конструктивные особенности способствуют стабильной работе современных систем с двухшнековым стволом. Канал потока, спроектированный в соответствии с принципами гидродинамики, может уменьшить задержку материала и количество мертвых углов внутри ствола, что помогает повысить эффективность производства при одновременном снижении энергопотребления. Модульная конструкция ствола и шнека, секции которой можно быстро разобрать и заменить, упрощает техническое обслуживание и позволяет переконфигурировать оборудование для различных производственных требований без полной замены ствола.

Контроль температуры в различных секциях ствола является еще одним важным моментом при проектировании как параллельных, так и конических систем. Точный контроль температуры ствола на каждом этапе обработки способствует последовательной пластификации материала, что, в свою очередь, способствует более стабильному качеству продукции. Эти конструктивные особенности, применяемые в цилиндрический двухшнековый экструдер с параллельным шнеком , а ПВХ цилиндр экструдера или другие конфигурации, как правило, направлены на улучшение как согласованности продукта, так и общей надежности оборудования.

Выбор между параллельными и коническими двухшнековыми стволами

Выбор между параллельным и коническим двухшнековым цилиндром обычно зависит от конкретного обрабатываемого материала, требуемой производительности и интенсивности смешивания, необходимой для конкретного применения. Переработчики, работающие с материалами, требующими интенсивного смешивания с высоким усилием сдвига и гибкой конфигурации L/D, часто считают, что параллельный двухшнековый экструдер лучше подходит для их процесса. Переработчики, отдающие предпочтение более высокому крутящему моменту, более мягким условиям обработки и стабильной производительности при более низких скоростях шнека, могут счесть коническую двухшнековую конфигурацию более подходящей для их конкретной рецептуры.

На практике многие операции по переработке пластмасс перед окончательным выбором оборудования оценивают оба типа экструдеров с учетом их конкретных целевых показателей производительности, энергопотребления и требований совместимости материалов, поскольку ни одна из геометрий не является универсально предпочтительной для всех применений.

Производственный фон

Компания Zhoushan Microwave Screw Machinery Co., Ltd. является производителем шнековых цилиндров и заводом по производству шнековых экструдеров в Китае. Основанная в 1990 году, компания занимается производством и исследованием оборудования для производства пластмасс, используя технологии винтовых машин, разработанные на международном уровне, наряду с собственными производственными процессами. Компания располагает производственными мощностями более чем 10 000 квадратных метров , поддержанный более чем 60 сотрудников .

Ассортимент продукции компании включает планетарные шнеки, планетарные цилиндры и планетарные экструдеры серии WB-WE, конические двухшнековые, двухцилиндровые и двухшнековые экструдеры для пластика серии SJS, одношнековые, одноцилиндровые и одношнековые экструдеры для пластика серии SJ, шнековые цилиндры из ЭПЭ, а также различные линии по производству труб, листов и профилей. Этот ассортимент позволяет компании поставлять как параллельные, так и конические конфигурации двухшнековых цилиндров, а также соответствующие компоненты экструдеров для предприятий по переработке пластмасс, включая производство труб, листов, профилей, пленки, кабельной оболочки и деталей, полученных литьем под давлением.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем основная разница между коническими и параллельными двухшнековыми стволами?

A1: Параллельный двухшнековый цилиндр имеет постоянный диаметр винта и фиксированное межосевое расстояние по всей длине, тогда как конический двухшнековый цилиндр имеет сужающийся диаметр и межосевое расстояние, которое меняется вдоль оси.

В2: Какой тип винта обеспечивает более высокий выходной крутящий момент?

A2: Конические двухшнековые конструкции обычно обеспечивают более высокий крутящий момент и грузоподъемность, поскольку их больший диаметр на подающем конце оставляет больше места для подшипников и компонентов шестерни.

В3: Какой тип шнека лучше подходит для смешивания материалов с высокой вязкостью?

A3: Цилиндры параллельных двухшнековых экструдеров, работающие в конфигурации совместного вращения, обычно используются для смешивания высоковязких и трудно смешиваемых материалов, таких как ПВХ, АБС и конструкционные пластмассы.

Вопрос 4: Поддерживает ли параллельный двухвинтовой ствол гибкое соотношение L/D?

О4: Да, параллельные двухвинтовые стволы обычно поддерживают более широкий и более регулируемый диапазон соотношения L/D, обычно примерно от 24 до 68, по сравнению с более фиксированной геометрией конических конструкций.

Вопрос 5: Поставляет ли компания Zhoushan Microwave Screw Machinery Co., Ltd. как параллельные, так и конические двухшнековые цилиндры?

A5: Ассортимент продукции компании включает как параллельные двухшнековые экструдеры, так и конические двухшнековые экструдеры серии SJS, а также соответствующее одношнековое и планетарное экструзионное оборудование.