Jak przenieść się z minikomputera na komputer mainframe? Postęp badań nad podobną teorią wzmacniania wytłaczarek ślimakowych

Wytłaczarka ślimakowa o działaniu ciągłym charakteryzuje się wysokim stopniem elastyczności i automatyzacji. Zastosowanie procesu wytłaczania podczas przetwarzania polimerów może skutecznie obniżyć koszty przetwarzania, poprawić efektywność produkcji i zmniejszyć emisję odpadów.

Choć istniejące wytłaczarki radzą sobie z obecnym topieniem i mieszaniem materiałów w ślimaku, to wraz z rosnącym stopniem uprzemysłowienia ich niska wydajność wyjściowa nie jest już w stanie sprostać potrzebom przyszłego przemysłu. Aby jeszcze bardziej poprawić wydajność przetwarzania polimerów, pilnie potrzebne jest zaprojektowanie wytłaczarek na dużą skalę.

Jeśli jednak bezpośrednio projektujesz sprzęt na dużą skalę, napotkasz problemy, takie jak marnowanie zasobów z powodu niewystarczającego doświadczenia w projektowaniu. Dlatego szczególnie ważne stały się badania teoretyczne w zakresie zwiększania skali urządzeń do wytłaczania ślimakowego.

Teoria wzmocnienia podobieństwa to bezwymiarowa grupa liczbowa reprezentująca parametry związane z pewnym zjawiskiem w systemie. Gdy zjawiska w dwóch układach są podobne, istnieje również pewne podobieństwo pomiędzy odpowiednimi parametrami. Podobieństwo to może tworzyć bezwymiarową grupę Liczb, co oznacza, że ​​kryterium podobieństwa jest wartością stałą. Wychodząc z twierdzenia o podobieństwie, zastosowanie wniosków empirycznych wyciągniętych w sprzęcie na małą skalę do sprzętu produkcyjnego na dużą skalę może zapewnić, że grupy bezwymiarowe wytwarzane na sprzęcie na małą i dużą skalę są równe, utrzymując w ten sposób bezwymiarowe formy rozwiązań dla różnych równania spójne. Zmiana. Do projektowania konstrukcji ślimakowej dużych wytłaczarek dwuślimakowych można zastosować podobną teorię wzmacniania wytłaczarek. Teorię tę można rozpocząć od perspektywy podobieństwa geometrycznego i zapewnić platformę do projektowania poprzez badanie modelowania parametrycznego. Przyjęcie tej metody projektowania pozwala uniknąć wielokrotnego modelowania, zaoszczędzić czas projektowania, a tym samym poprawić wydajność i jakość produkcji.

W ostatnich latach szeroko dyskutuje się o badaniach nad budową małych wytłaczarek, jednak badania nad dużymi wytłaczarkami są wciąż w fazie eksploracyjnej. Dzięki dogłębnym badaniom nad parametrami geometrycznymi i wzmocnieniem wskaźnika wydajności modelu eksperymentalnego, może on stanowić podstawę teoretyczną do opracowania wytłaczarek ślimakowych na dużą skalę, poprawiając w ten sposób jakość projektu i wskaźnik powodzenia. Celem artykułu jest przedstawienie aktualnych prac i postępu w tej dziedzinie z podobnej teorii amplifikacji mającej zastosowanie do wytłaczarek dwuślimakowych.

Wytłaczarka dwuślimakowa podobna teoria wzmocnienia

Wytłaczarki dwuślimakowe charakteryzują się lepszą wydajnością mieszania niż wytłaczarki jednoślimakowe. Po badaniach naukowych nad podobnymi teoriami wzmacniania wytłaczarek jednoślimakowych rozszerzono je na wytłaczarki dwuślimakowe. Jak pokazano na rysunku 2, przy założeniu utrzymywania kąta linii śrubowej (φ) na niezmienionym poziomie, śrubę bliźniaczą rozwija się w celu uzyskania zależności średnicy pomiędzy śrubą bliźniaczą a śrubą pojedynczą, jak pokazano w równaniu (1). Ignorując wpływ obszaru zazębienia (kąt zazębienia ψ wynosi w przybliżeniu 0), dalej zilustrowano wykonalność aproksymacji dwuślimakowej do pojedynczej śruby.

Rysunek 2 Podobny schemat dwuślimakowego w przybliżeniu równoważnego kanału przepływowego jednoślimakowego

Badania wydajności mieszania i bezpieczeństwa wytłaczarek dwuślimakowych są ważnymi czynnikami wpływającymi na pomyślny projekt wytłaczarki. Konieczne jest określenie kryteriów wzmocnienia dla kluczowych parametrów i zbadanie wzmocnionych efektów w oparciu o obliczenia numeryczne. W wytłaczarce dwuślimakowej materiał ma część częściowo wypełnioną i część całkowicie wypełnioną. Podobne teorie wzmacniania mające zastosowanie do wytłaczarek jednoślimakowych można zastosować do wytłaczarek dwuślimakowych z całkowicie wypełnionymi sekcjami. Jednakże wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wytłaczarki z rozproszonym mieszaniem i wytłaczarki dwuślimakowe z odgazowaniem, zaczęły pojawiać się podobne teorie zwiększania skali w przypadku wytłaczarek dwuślimakowych bez siatki, które częściowo wypełniały obszar kanału. Ponieważ stopień napełnienia wytłaczarki dwuślimakowej jest ważnym wskaźnikiem wydajności przenoszenia ślimaka, kryterium wzmocnienia dwuślimakowego można dalej podzielić w zależności od różnych stopni napełnienia kanałów przepływowych wytłaczarki dwuślimakowej.

01Podobna teoria amplifikacji całkowitego wypełnienia kanału przepływowego

Kanał przepływowy jest całkowicie pełny, co oznacza, że ​​materiał jest całkowicie wypełniony w kanale przepływowym, bez żadnych szczelin. Naukowcy odkryli, że długość całkowicie wypełnionej sekcji wytłaczarki ma istotny wpływ na czas przebywania i pobór mocy stopionego materiału w wytłaczarce. Gdy kanał przepływowy jest całkowicie wypełniony, właściwości materiału są bardziej stabilne niż w przypadku, gdy ślimak nie jest całkowicie wypełniony. Tylko wtedy, gdy ślimak jest całkowicie wypełniony, można zagwarantować konsystencję, jakość i wydajność wytłaczanych produktów. Dlatego obecne dyskusje naukowców na temat podobnej teorii wytłaczarek dwuślimakowych zasadniczo zakładają, że kanał przepływowy jest całkowicie wypełniony.

Li Ao dokonał kompleksowego porównania podobnych metod amplifikacji w celu całkowitego wypełnienia kanału przepływowego i zaproponował zastosowanie metody amplifikacji na wytłaczarce jednoślimakowej do wytłaczarki dwuślimakowej, kładąc teoretyczne podstawy do transformacji dużych maszyn dwuślimakowych . Berzin i in. uważają, że współczynnik przenikania ciepła w całkowicie wypełnionej wytłaczarce jest bardzo krytyczny. Ponieważ stosunek powierzchni do objętości zmniejsza się wraz ze średnicą, szybkość wymiany ciepła w wytłaczarce również będzie się zmniejszać. Dlatego w procesie obliczeń symulacyjnych śruba jest często definiowana jako adiabatyczna. stanie, stosując temperaturę topnienia jako jedno z kryteriów oceny. Ponieważ proces wytłaczania jest ograniczony przez wymianę ciepła, wymagana temperatura stopu w sekcji dostarczania stopu nie jest łatwa do osiągnięcia. Dlatego w przypadku stosowania wzmocnienia wymiany ciepła mogą być wymagane dodatkowe eksperymenty i modelowanie. Matic przeprowadził eksperymentalne porównanie podobnych metod wzmacniania wymiany ciepła i podobnych metod wzmacniania energii i stwierdził, że temperatura stopu w obszarze częściowo wypełnionym była niższa, a czas przebywania przed i po wzmocnieniu w obszarze całkowicie wypełnionym był podobny, co wskazuje, że te dwa metody amplifikacji są bardziej odpowiednie dla całkowicie wypełnionych przepływów. W tunelu wydajność mieszania wewnątrz wytłaczarki jest w tym momencie lepsza. Jak pokazano na rysunku 3, zbadano czas przebywania i rozkład temperatury stopu w różnych procesach i stwierdzono, że czas przebywania i temperatura stopu w całkowicie wypełnionym kanale przepływowym mają tę samą tendencję zmian, a wzmocniona temperatura stopu i czas przebywania stała się szersza, co wskazuje, że jakość produktu powstałego po amplifikacji jest podobna do modelu referencyjnego, co rozwiązuje problem rozkładu amplifikowanego produktu. Nakatani uważał, że indeks adiabatyczny i indeks nienewtonowski determinują warunki wytłaczarki i właściwości polimeru. Zaproponował podobne wzmocnienie bilansu cieplnego, wykorzystując jako główną zmienną wskaźnik wzmocnienia wyjściowego i zweryfikował wykonalność tej metody na podstawie stałych temperatur stopu.

Rysunek 3 Porównanie temperatury stopu i lokalnego czasu przebywania przed i po zwiększeniu skali wytłaczarki

Wytłaczarka dwuślimakowa ma dobrą funkcję mieszania, a po wzmocnieniu należy zwrócić uwagę na efekt mieszania materiałów w wytłaczarce dwuślimakowej. Qu Wenbin zastosował metodę wzmacniania podobieństwa mieszania, aby powiększyć konstrukcję elementów ślimakowych w sekcji mieszania wytłaczarki. Przeanalizował wydajność mieszania różnych konfiguracji ślimaków w całkowicie wypełnionym kanale przepływowym i udowodnił, że wzmocnienie wytłaczarki ślimakowej opiera się na geometrycznym podobieństwie konstrukcji ślimaka. Zachowanie seksualne. Chen zaproponował, że jakość ekstrudatu zależy od parametrów takich jak parametry geometryczne, energia właściwa, rozkład czasu przebywania, temperatura i ciśnienie, a parametry te determinują rozkład mieszania podczas procesu wytłaczania. Juan opracował i przetestował wykonalność podobnych zasad wzmacniania współczynnika geometrycznego przy użyciu wytłaczarek dwuślimakowych o różnych średnicach. Odkrył, że podstawowe parametry procesu, natężenie przepływu materiału i prędkość ślimaka mają bardzo mały wpływ na właściwości materiału, podczas gdy konfiguracja ślimaka ma większy wpływ. Powyższe badania pokazują, że na podstawie określenia konfiguracji ślimaka, wzmocnienie podobieństwa geometrycznego może wytworzyć sygnał wyjściowy i spełnić wymagania ciągłego mieszania, ale ma różne zmiany temperatury. Dlatego kompleksowe zastosowanie wielu podobnych metod wzmacniania może lepiej rozwiązać problem.

Założeniem kompleksowego wykorzystania wielu podobnych metod wzmacniania jest określenie geometrycznego podobieństwa konfiguracji śrubowej i kombinacji beczki. Następnie, w oparciu o cel wzmocnienia mocy wyjściowej w przemyśle dwuślimakowym, przeprowadza się podobne wzmocnienie głośności i na koniec oblicza się odwrotnie prędkość ślimaka małej maszyny, aby określić dużą maszynę. Prędkość ślimaka i symulacja pola przepływu służą do oceny bezpieczeństwa wzmocnienia i wydajności miksowania. Dong Zhonghua wyprowadził teorię wzmocnienia, która łączy wiele metod wzmacniania poprzez równoważenie pól mieszania i temperatury pomiędzy materiałami, a mianowicie kompleksową równowagę termiczną i podobne wzmocnienie, i zastosował ją w mikserach serii ZSK. Yue Jinfeng i in. wykorzystał podobną metodę wzmacniania geometrii/objętości/szybkości ścinania do przeprowadzenia badań nad wzmocnieniem w sekcji pomiaru mieszanych spalin w komputerze głównym oraz zbadał bezpieczeństwo i wydajność mieszania wzmocnionego modelu. Ponadto, w oparciu o podobne powiększenie równoległych wytłaczarek dwuślimakowych, zbadano i omówiono pod tym kątem również stożkowe wytłaczarki dwuślimakowe. Langhorst przeprowadził różne symulacje i podobne wzmocnienie każdej sekcji funkcjonalnej specjalnej konstrukcji stożkowej wytłaczarki dwuślimakowej przeciwbieżnej. Yin Qingzhen podsumował odpowiednie parametry w postaci bezwymiarowych stałych oraz zaprojektował i powiększył sekcje funkcjonalne każdej części stożkowej wytłaczarki dwuślimakowej, zapewniając warunki dla stabilnej pracy powiększonej wytłaczarki. Chen Simeng zastosował metodę mikroelementów do dyskretyzacji stożkowej wytłaczarki dwuślimakowej do materiałów energetycznych, ustalił odpowiednie teorie wzmocnienia dla różnych sekcji funkcjonalnych i wprowadził poprawki. Podsumowując, konwencjonalna podobna metoda amplifikacji może wzmocnić określone parametry niezależnych sekcji funkcjonalnych, ale nadal występują niedociągnięcia w ogólnym wzmocnieniu wytłaczarki ślimakowej. Zoptymalizowaną metodę podobnego wzmacniania można zastosować w celu połączenia cech różnych sekcji funkcjonalnych. Rzeczywista produkcja. Jednocześnie ważną metodą weryfikacji jest wykorzystanie ortogonalnego projektu eksperymentu do kompleksowego zrównoważenia i oceny różnych parametrów podczas procesu korekcji, aby zweryfikować wykonalność podobnego wzmocnienia i zoptymalizować poziom parametrów modelu wzmocnienia.

02 Teoria wzmocnienia podobieństwa częściowego wypełnienia kanałów przepływu

W rzeczywistym procesie wytłaczania ślimakowego materiał może wypełnić tylko część kanału przepływowego, ale nie może całkowicie wypełnić całego kanału przepływowego. Złożoność procesu częściowego napełniania kanału przepływu jest znacznie większa niż w przypadku przepływu jednofazowego, gdy kanał przepływu jest całkowicie wypełniony. Gdy kanał przepływowy zostanie częściowo wypełniony, natężenie przepływu i naprężenie ścinające stopionego materiału wzrosną, co uczyni proces wytłaczania bardziej skomplikowanym.

Opierając się na charakterystyce częściowego wypełnienia sekcji dostarczania stopu współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej, MEIJER omówił głębokość kanału, podobne wzmocnienie przepływu laminarnego i podobne wzmocnienie wymiany ciepła w przypadku częściowego wypełnienia lub zmian lepkości podczas procesu wytłaczania (warunki nieizotermiczne, nienewtonowskie) następuje poważny wyciek. Ganzeveld wskazał, że natężenie przepływu wyciekowego jest powiązane ze stopniem wypełnienia komory w strefie zasilania. W przypadku częściowego wypełnienia, wraz ze spadkiem liczby całkowicie wypełnionych komór, wpływa to na natężenie przepływu wyciekowego i zmniejsza się wskaźnik wzmocnienia produkcji. Fukuda i in. przeprowadził badania przepływu oporowego na proporcjonalnie powiększonych elementach przenośnikowych i blokach ugniatających i zaproponował podobne wzmocnienie procentowego przepływu oporowego w celu wzmocnienia natężenia przepływu poprzez utrzymanie stałego procentowego przepływu oporowego określonego elementu.

Ponieważ zaproponowano wiele podobnych metod zwiększania skali całkowitego napełniania wytłaczarek ślimakowych, wielu badaczy zaczęło badać, czy metody te można zastosować w częściowo wypełnionych kanałach przepływowych. Bigio i in. uważają, że jeśli stopień częściowego napełnienia i szybkość mieszania wytłaczarki dwuślimakowej pozostaną stałe, wówczas podobne metody zwiększania skali mające zastosowanie do całkowitego wypełnienia będą równie skuteczne w przypadku częściowo wypełnionych kanałów. W podobnym powiększeniu zaproponowanym przy założeniu całkowitego wypełnienia, geometria ślimaka ma znaczący wpływ na mieszanie i przepływ powstający w wytłaczarce dwuślimakowej. Suszarka i in. zaproponował teorię wzmocnienia podobieństwa objętości, gdy śruba jest w większości wypełniona. Wzmocnienie podobieństwa objętości uwzględnia jedynie wolną objętość na całej długości śruby i utrzymuje tę samą pełnię. Używając objętościowego natężenia przepływu jako pojedynczej zmiennej, wskaźnik parametrów wzmocnienia jest taki sam, jak przy całkowitym napełnieniu. Metoda amplifikacji mieszanego podobieństwa jest podobna. Haser udowodnił, że amplifikację procesu wytłaczania różnych geometrii można osiągnąć w oparciu o wzmocnienie podobieństwa objętościowego, a trendy parametrów amplifikacji są spójne. Można stwierdzić, że stosowane metody wzmacniania przy częściowym wypełnieniu kanałów przepływowych wytłaczarek dwuślimakowych opierają się głównie na całkowitym wypełnieniu kanałów przepływowych. Tabela 2 przedstawia podobne metody amplifikacji powszechnie stosowane w wytłaczarkach dwuślimakowych.

Tabela 2 Charakterystyka powszechnie stosowanych podobnych metod wzmacniania dla śrub bliźniaczych

aplikacja

Na podstawie teoretycznej wielu badaczy zastosowało teorię wzmocnienia podobieństwa w rzeczywistej produkcji. Wstępne badania wykorzystano do porównania różnych podobnych metod amplifikacji. Chung przeprowadził weryfikacje eksperymentalne na tym samym typie wytłaczarki jednoślimakowej pod kątem uniwersalnego wzmocnienia podobieństwa, podobnego wzmocnienia poprzez transfer ciepła i wzmocnienia podobieństwa geometrycznego i stwierdził, że po podobieństwie geometrycznym uzyskano powiększony model. Wang Jianping zastosował metodę „średnicy zastępczej” do analizy trzech podobnych metod amplifikacji sekcji transportu stopu we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej z zazębieniem i wykorzystał dane techniczne dużych ślimaków dwuślimakowych, aby uzyskać wyniki bardziej spójne z rzeczywista sytuacja.

Rysunek 4(a)~(c) przedstawia porównanie mocy wyjściowej, mocy i prędkości z danymi eksperymentalnymi przy różnych metodach wzmacniania. Stwierdzono, że trend danych podobnej metody amplifikacji Maddocka jest bliższy danym eksperymentalnym. W oparciu o wiele istniejących metod zespół Nastaj opracował nowy komputerowy system optymalizacji wytłaczania w celu optymalizacji procesu w oparciu o globalny model wytłaczania ślimakowego w celu maksymalizacji wydajności wytłaczania i minimalizacji jednostkowego zużycia energii. , Rysunek 4(d) przedstawia krzywą danych dotyczących materiału i procesu uzyskanych poprzez symulację całej sekcji wytłaczarki. Stopień napełnienia jest niski w sekcji transportu ciał stałych i osiąga stan całkowitego napełnienia po zniknięciu złoża ciała stałego. W tym czasie występują wyraźne wahania ciśnienia i temperatury. Biorąc za przykład polichlorek winylu, Menge zweryfikował podobne wzmocnienie przy stałej temperaturze topnienia i stałej szybkości ścinania w wytłaczarce dwuślimakowej przeciwbieżnej. Richter uzyskał rozkład wielkości cząstek na różnych poziomach wypełnienia za pomocą podobnej metody amplifikacji. Wykorzystanie śledzenia cząstek do weryfikacji bezpiecznego mieszania w kanale przepływowym jest obecnie skuteczną i intuicyjną metodą.

W oparciu o podobne zwiększanie skali wytłaczarek ślimakowych, stopniowo pojawiały się zastosowania związane ze zwiększaniem skali podobnego sprzętu konstrukcyjnego. Urządzenia takie jak wytłaczarki śrubowe z tarczami mielącymi, mieszalniki wewnętrzne, rafinatory dwuślimakowe i mieszalniki ciągłe z dwoma wirnikami również zaczęły konstruować podobne zastosowania w powiększeniu skali. metoda. He Xiaoling skonstruował model wytłaczarki śrubowej talerzowej w oparciu o wzmocnienie podobieństwa mieszania, jednocześnie optymalizując parametry za pomocą eksperymentów ortogonalnych i symulacji numerycznych. Chen Kejuan i in. wykorzystał kryteria podobieństwa podobieństwa geometrycznego i stałego maksymalnego naprężenia ścinającego w technologii obróbki ślimakowej do zaprojektowania modelu mieszalnika wewnętrznego. Hu Dongkui porównał funkcje i budowę wytłaczarek dwuślimakowych i rafinerów dwuślimakowych i odkrył, że rafinery dwuślimakowe i wytłaczarki dwuślimakowe są ogólnie najbardziej podobne i można je zweryfikować eksperymentalnie, co pozwala lepiej zrozumieć działanie wytłaczarki śrubowe. Konstrukcja maszyny ma ogromne znaczenie. Gong Shuyun wykorzystał równoważność energii jako kryterium pomiaru efektu mieszania i zaproponował proces oraz model teoretyczny podobnego projektu wzmocnienia sekcji mieszania dwuwirnikowego mieszalnika ciągłego. Pomysł badawczy podobnej metody amplifikacji zyskuje coraz większe zainteresowanie w branży.

Rysunek 4 Analiza porównawcza podobnej teorii wzmocnienia w rzeczywistej produkcji

Wniosek

Podobna konstrukcja i zastosowanie wytłaczarek ślimakowych w powiększonej skali może pomóc zoptymalizować strukturę ślimaka, prędkość i inne parametry wytłaczarki oraz poprawić jej wydajność. Jednakże podsumowując podobne kryteria zwiększania skali w przypadku wytłaczarek ślimakowych w kraju i za granicą w ostatnich latach można stwierdzić, że niezależnie od zastosowanej metody, eksperymenty zwiększania skali opierają się na zapewnieniu bezpieczeństwa i mieszania wytłaczarki ślimakowej.

Jednakże wytłaczarki ślimakowe wiążą się z problemami, takimi jak zużycie energii, wycieki, wydajność mieszania i bezpieczeństwo. Istniejące podobne metody wzmacniania nie mogą zmaksymalizować ich zalet. Dlatego bardzo ważna jest optymalizacja standardów podobieństwa i współczynników wzmocnienia. Przyszłe badania powinny dalej badać potencjał zastosowania teorii wzmacniania podobieństwa w optymalizacji struktury wytłaczarki i parametrów procesu oraz opracować odpowiednie praktyczne narzędzia i metody, aby zapewnić pełniejsze rozwiązania w zakresie dokładniejszego formowania, projektowania i stosowania dużych wytłaczarek. wsparcie teoretyczne.