CC BY
65
К обоснованию совершенствования конструкции экструдера
Н.В. Гаврилов, ст. преподаватель,
А.К. Курманов, к.т.н., Костанайский ГУ
По эффективности затрат энергии на переработку кормов необходимо отметить процесс эк-струдирования. Данный процесс получил предпочтение из-за условий, при которых сырье (корм) подвергается комбинированному воздействию факторов обработки. Экструзионные методы получают широкое распространение во всех отраслях потому, что наряду с влаготермической обработкой сырья (корма) обеспечивается эффективное механическое воздействие на его компоненты.
Это дает возможность не только провести разваривание сырья, но и деструктировать крахмал и другие полимерные компоненты исходного материала, в частности, у грубых кормов (соломы) происходит разрушение структуры целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина [1].
Преимущества экструзионной обработки, по сравнению с традиционными методами, позволяют интенсифицировать производственный процесс, повысить степень использования сырья, получить готовые к применению кормовые продукты большего ассортимента, создать для них компоненты, обладающие высокой загущающей, водо- и жироудерживающей способностью, значительно снизить удельные затраты (труда и средств), расширить ассортимент кормовых и пищевых продуктов, обеспечить высокую усвояемость кормов, практически исключить их микробиологическую обсемененность, уменьшить загрязнение окружающей среды, создать комфортные условия труда [2].
Конструктивные особенности экструдеров позволяют в широких пределах комбинировать интенсивность и продолжительность обработки сырья, что создает условия для целенаправленного изменения структуры и свойств готовой продукции - экструдатов.
Конструкции экструдеров: по количеству рабочих органов, изготавливаются одно-, двух- и четырнадцатишнековые. По совмещению рабочих органов экспериментальное производство создает планетарно-шнековые экструдеры.
Одношнековые экструдеры различаются между собой по конструкции шнека, с уменьшаю -щимся шагом нарезки, с обратной внутренней нарезкой корпуса, с коническим валом, с коническим корпусом, с убывающим шагом нарезки и коническим корпусом.
Двухшнековые экструдеры различаются по степени очистки шнеков: несамоочищающиеся -
вращающиеся в одном направлении; вращающиеся в противоположном направлении; самоочищающиеся - с нарезкой в одном направлении, с коническим шнеком и корпусом.
Частично самоочищающиеся - вращающие -ся в одном направлении; вращающиеся в противоположном направлении;
Из аналитического обзора [1] экструзионной техники, предпочтение отдается экструдерам со шнековым рабочим органом. К шнековой машине, работающей в изотермических условиях сложного сдвига, приемлема формула определения расхода [3]:
2 = Я к Яшах Ц У0Н8г, (1)
где як - меняющийся расход от 0 до 1;
Ятах - максимальный расход материала; ц - коэффициент проскальзывания материала;
¥О - окружная скорость винта;
И - расстояние между шнеком 2 и корпусом 1; 5 - расстояние между витками шнека; г - число заходов витков шнека.
Анализ формулы (1) позволяет сделать вывод о линейной зависимости расхода (2) и коэффициента проскальзывания (ц); используя это, можно повысить расход, повышая ц.
Рис. 1 - Схема экструдера
Одним из вариантов решения может быть создание угла защемления материала между торцом винта шнека и корпусом. Для этого необходимо изготовить торец винта скошенным в направлении подачи материала под углом а (рис. 1). При этом а должен быть меньше угла трения между сталью и материалом в динамических условиях.
По исследованиям Широва Ю.П. [4], коэффициент трения смоченной соломы о сталь при нагрузке 2,5-5 т и температуре 135-180°С равен 0,17, т.е. а<9,6°.
Угол защемления позволяет повысить коэффициент проскальзывания, выполняя роль затвора, уменьшает утечки материала между торцом винта и стенкой корпуса.
Материал в зоне фильер 3 экструдера подчиняется реологическим законам [5], поэтому при
высоком давлении подчиняется законам ньютоновской жидкости. Для повышения расхода в 1,32 раза достаточно сделать длину фильеры в 3-4 раза больше, чем общий диаметр фильер, преобразовав его во внешний насадок [6].
Литература
1. Жушман А.И. и др. Новое в технике и технологии производства пищевых продуктов: Аналитический обзор. - М., 1991. -С.1,2,5.
2. Богатырев В.П. Осева Термопластическая экструзия, научные основы, технология, оборудование. - М., 1994. - С.33.
3. И.Э. Груздев и др. Теория шнековых устройств. - Л., 1978. -С.63.
4. Широв Ю.П. Разработка и обоснование технологического процесса экструдирования ощелоченной соломы. Автореферат диссертации кандидата технических наук. - Челябинск, 1991. -С.18.
5. Карташов Л.П. Уточнение математической модели экструдирования кормов в одношнековых прессующих механизмах // Техника в сельском хозяйстве. - 1996. - №2. - С. 19.
6. Карасев Б.В. Гидравлика. Основы сельскохозяйственного водоснабжения и канализации. - Минск, 1983. - С.65.
