Течение полимерной жидкости в специальных шнеках с продольной циркуляцией

Е.В. Славнов, С.И. Уржунцева,  В.И. Янков  (Пермь)

Шнековые машины являются наиболее распространенным видом оборудования, предназначенным для проведения процессов смешения расплавов полимеров с различными добавками (красителями, пигментами, наполнителями и т. д.). Интенсивное перемешивание расплавов в шнековых смесителях достигается за счет того, что в них, кроме активного течения вдоль канала шнека, существует циркуляционное течение в направлении поперек канала. Основным недостатком шнековых смесителей является отсутствие продольных циркуляций расплава, т.е. течений от выхода аппарата к входу, что не позволяет осуществить непрерывное выравнивание колебаний вводимых в расплав добавок, вызванных неточностью работы дозирующих систем во времени. Этот недостаток можно устранить, используя двухзаходные шнековые смесители с каналами разной глубины и ширины. Действительно, в шнековом смесителе такой конструкции при определенных условиях можно организовать продольную циркуляцию расплава. Напорно - расходные характеристики (НРХ) для глубокого и мелкого каналов для ньютоновской жидкости при отсутствии радиальных зазоров между гребнями шнека и корпусом линейны и имеют различный наклон. Мелкий канал смесителя развивает более высокое давление, чем глубокий канал, но расход его меньше. При создании на выходе из смесителя перепада давления больше, чем может развить глубокий канал, но меньше, чем может развить мелкий, жидкость в глубоком канале потечет от выхода аппарата ко входу, т.е. расход расплава будет через этот канал отрицательным. В мелком же канале расход остается положительным. Наличие радиального зазора на гребне шнека, разделяющем мелкий и глубокий каналы, резко интенсифицирует процесс смешения за счет перетекания расплава из одного канала в другой, что совместно с продольной циркуляцией улучшает качество смеси.

Показана возможность организации продольной циркуляции вдоль каналов шнековых машин; определены режимы их работы при наличии и отсутствии продольной циркуляции; установлена область геометрических размеров шнеков, когда продольную циркуляцию организовать невозможно; исследовано влияние утечек на НРХ аппарата и потребляемую им мощность. Показано, что при течении в винтовых каналах разной глубины и ширины при наличии радиального зазора на одном из гребней шнека градиенты давления по обоим каналам одинаковы, и организуется движение, осуществляющее интенсивный обмен между каналами и дающее в каждом сечении в направлении поперек каналов нулевой расход жидкости.