Совместная работа функциональных зон

Напорно-расходовые (рабочие) характеристики всех рассмотренных зон одинаковы по виду (см. рис. 72). Чем больший напор Р создается зоной, тем меньше ее производительность Q. Напор Р определяется зависимостью

где Р_В – давление на выходе из зоны,

Р_ВХ – давление на входе в зону.

Рис. 72.

Под транспортирующей способностью каждой зоны Q₀ будем понимать производительность ее при перепаде давления вдоль зоны Р, равном нулю. Такая производитель­ность, в частности, имеет место, если на выходе из канала зоны нет препятствий свободному движению материала, а давление на входе в зону равно нулю.

Материал должен переходить из зоны в зону сплошным по­током без образования разрывов и пустот. Это соблюдается, если транспортирующая способность каждой предыдущей зоны несколько больше фактической производительности после­дующей зоны Q_i+1:

где i – порядкoвый номер зоны от загрузочного окна.

Предположим, например, что вышеприведенное условие не соблюдено и производительность зоны дозирования при давлении на выходе из нее, создаваемом головкой, больше транспортирующей спо­собности зоны пластикации. Это значит, что зона дозирования будет стремиться отобрать из предыдущей зоны (зоны пласти­кации) такое количество материала, которое та не в состоянии поставить. Вследствие этого будут периодически возникать раз­рывы потока в месте стыковки зон, производительность зоны дозирования станет пульсирующей. Если же условие соблюдено, то зона пластикации способна подавать даже несколь­ко большее количество материала, чем фактически принимает от нее зона дозирования, поэтому, как видно из напорно-расходовой характеристики, зоной пластикации разви­вается напор Р, давление в месте стыковки зон больше нуля и разры­вы потока исключены.

Точно такие же рассуждения можно провести и по отношению к зонам пластикации и питания. Однако в этом случае добавляет­ся еще одно условие удовлетворительности взаимодействия зон: напор Р, создаваемый зоной питания, должен быть достаточ­ным для уплотнения материала и отжима из него воздуха Для большинства материалов давление на выходе из зоны питания, равное 3–5 МПа, достаточно для их уплотнения.

При соблюдении соотношения для обеспечивается условие неразрывности потока и равенство производительности всех зон. Давление по всей длине канала монотонно возрастает, причем полное давление на выходе из канала (т. е на входе в головку) р_г есть сумма перепадов давления p_i, создаваемых каждой из зон:

Это выражение устанавливающее взаимосвязь между дав­лением на выходе из канала червяка р_г и производительностью экструдера Q, называют его рабочей характеристикой. Конкрет­ный вид ее определен, если известны напорно-расходовые ха­рактеристики каждой из зон. По виду рабочая характеристика зкструдера также подобна показанной на рис. 72.

Рабочая характеристика помимо свойств материала существенно зависит от длины и глубины канала. Чем больше длина канала, тем больше движущая сила по сравнению с силой со­противления движению от давления в головке и тем, следовательно, большие давления может создать червяк при той же производительности см. рис. 73, а (1 – короткий червяк, 2 – длинный червяк). Чем меньше глубина канала (т. е. площадь поперечного сечения его), тем меньше производительность при незначительных дав­лениях р_г.

Рис. 73

Однако с ростом р_г сила сопротивления движению, равная произведению площади сечения канала на р_г, в мелких каналах возрастает менее интенсивно, чем в глубоких. По этой причине жесткость рабочей характеристики мелких червяков больше, чем глубоких, т. е. производительность Q снижается с ростом р_г менее интенсивно, как видно из рис. 73, б (3 – с мелким каналом; 4 – червяк с глубоким каналом). При возрастании частоты вращения червяка рабочая характеристика экструдера смещается в сторону больших производительностей рис. 73, в.

На рис. 73, в область оптимальных режимов работы экстру­дера показана на рабочей характеристике сдвоенной линией. При малых давлениях на выходе из канала червяка (участок рабочей характеристики слева от оптимальной области) мате­риал уплотняется недостаточно, и в выходящем из экструдера расплаве могут появляться воздушные включения. При боль­ших давлениях (участок справа от оптимальной области) рабо­чая характеристика становится нежесткой: даже незначитель­ные случайные колебания давления вызывают существенные колебания производительности, что снижает стабильность размеров поперечного сечения экструдируемого изделия. Произво­дительность на этом участке намного меньше возможной для данной машины. Наконец, из-за уменьшения производительно­сти время пребывания материала в канале возрастает, что мо­жет приводить к его перегреву. Минимальные значения произ­водительности в пределах оптимальной области составляют ча­ще всего 0,4–0,6 от транспортирующей способности.