Перевести страницу

Статьи

Подписаться на RSS

Популярные теги Все теги

Анализ шнека и выявление микротрещин

На нашу производственную площадку поступила шнековая пара с локальными трещинами по телу шнека. Ниже можно более подробно ознакомится с требованиями заказчика и перечнем выполняемых работ.
 

Выполнена дефектовка шнековой пары экструдера Mikrosan MCV 110/22D 

 Требования при выполнении ремонта :

1. Провести дефектовку, анализ методов устранения дефектов.   

2. Заварить все имеющиеся трещины на шнеках, обеспечив отсутствие при ремонте и при дальнейшей эксплуатации образование микотрещин.     

3. Устранить  разгарную сетку на наконечниках и в зоне выдавливания шнеков.

4. Восстановить геометрию и защитный слой  наконечников и витков шнеков.

5. Обеспечить плавные переходы от зоны выдавливания шнеков к наконечникам.

6. Восстановление защитного слоя путем наплавки высокопрочной  стали.

7. После устранения трещин необходимо провести  опрессовку шнеков давлением не менее 14 бар. 

8. После проведенного ремонта наполнить полости темперирования шнеков дистиллированной водой в объеме 50% от общего объема. Обеспечить герметичность, установив  резьбовые заглушки шнеков. 


По итогу осмотра шнековой пары выявлены следующие повреждения:

1. Обнаружены трещины на витках шнека(около 10), а так же на теле шнека(6 трещин) в межвитковой части.

2. Коррозия на витках шнека 

3. Твердость внутреннего диаметра гильзы составляет 68-72 HRC(сделано 6 промеров)

4. Твердость витков шнеков 68-72 HRC (сделано 6 промеров)
5. Твердость тела шнеков 68-72 HRC (сделано 6 промеров) 


 

Результаты дефектовки шнековой пары Microsan 110/22d.

Трещины, образовавшиеся на теле шнеков, возникли вследствие неправильной технологии при изготовлении шнеков. Твердость хромированной поверхности превысило 62 ед, что и привело к деформации поверхности. 


История развития экструдера

Одношнековый экструдер как «экструзионное устройство» был разработан во второй половине XIX века и получил широкое распространение в промышленно­сти. Его используют в трех основных отраслях:

      гончарной (керамические соединения):

    экструзия, формование;

      резиновой промышленности (натуральный каучук, резина):

    пластификация, экструзия;

    производство профилей;

      пищевой промышленности (маслосодержащие фрукты, семена масличных

культур):

    экстракция биологических масел;

    сепарация материала с использованием перфорированных шнеков;

    переработка мяса с помощью мясорубки.

Подача продукта в одношнековый экструдер кажется, на первый взгляд, не­сколько необычной. В то время как каждая молекула металла остается в одной и той же плоскости поперечного сечения, материал, тем не менее, транспортируется в осевом направлении. Ниже приведена попытка объяснения: шнек вращается без изменения положения, при этом продукт не вращается, а скользит в осевом направ­лении, другими словами, он перемещается в осевом направлении. Однако такой так называемый «теоретический» транспорт не существует на практике, поскольку продукт не является твердым телом, а представляет собой высоковязкую жидкость с реологическими свойствами.

Адгезионные и фрикционные характеристики полимерного материала опреде­ляют интенсивность течения. Для ньютоновских жидкостей — это половина вели­чины теоретической транспортирующей способности (при постоянном давлении) и даже менее при противодавлении (экструзии), вплоть до нуля. В последнем случае продукт вращается вместе с валом и выход прекращается.

Этот недостаток одношнековых машин, особенно отсутствие очистки вала и большая зависимость транспорта от реологических свойств, заставил изобрета­телей искать решения этих проблем. Поэтому как вариант решения проблемы -  экструдер с сонаправленным враще­нием шнеков был изначально предложен как самоочищающийся механизм. Шесть патентов в течение 70-летнего периода (1869—1939) показывают, что двухшнековый экструдер оставался в значительной степени на переднем крае инженерной мысли. 

В начале 1940-х годов систематические исследования двухшнековых экструзионных систем начались на заводе IG в Вольфене, Саксония-Анхальт. Они включали комбинированный физический, математический, инженерный и механический анализ, выполненный WMeskatAGebergRErdmenger и их сотрудниками. Коман­де была поручена разработка надежного «механического устройства» для химиче­ских процессов с высоковязкими продуктами.

Работа была продолжена фирмой Bayer AG в Леверкузене ориентированными на газработку технологии группами в составе новой структуры «прикладной физики».

Эта команда, работающая в химической промышленности, в первую очередь решала проблемы технологии систем с высокой вязкостью, особенно для развива­ющихся химических процессов фирмы Bayer AG.Механический аспект разрабаты­вался в соответствии с требованиями с той или иной степенью глубины.

Устройство экструдера

Основным рабочим узлом экструдера является материальный цилиндр (6) и вращающийся шнек (5). Привод шнека осуществляется отэлектродвигателя (1) постоянного или переменного тока с регулируемой скоростью вращения. Между электродвигателем и шнеком устанавливается блок (2) для снижения скорости вращения шнека в допустимых пределах и обеспечения на валу шнека необходимого значения крутящего момента. Понижение скорости вращения шнека может осуществляться с помощью ременной передачи и редуктора с косозубой передачей. Шнек опирается на упорный подшипник (J), воспринимающий осевую составляющую сил, возникающих от развиваемого при работе давления. Эта сила может достигать нескольких тонн в зависимости от размера шнека и давления на входе в головку. По величине осевой силы (если на экструдере установлен соответствующий датчик) можно судить о давлении перед входом в головку.

Основное условие продвижения материала по каналу шнека — максимальное трение о поверхность цилиндра и минимальное по поверхности шнека. Если материал будет прилипать к поверхности шнека, то выход его из экструдера прекратится [5].



Чаще всего цилиндр имеет гладкую внутреннюю поверхность, но известны и другие конструкции, например, с мелкими пазами или с винтовой нарезкой, отличной от нарезки шнека. Основное их назначение увеличить трение о поверхность цилиндра и снизить максимальные пики давления.

Разрушение шнека

Шнек может разрушиться вследствие многократного изгиба, к которому приводит его плохое центрирование с цилиндром. Наиболее часто разрушение происходит в зоне загрузки шнека, где площадь поперечного сечения с точки зрения прочности минимальна и где возникает самый высокий локальный крутящий момент. Например, во время запуска экструдера нагреватели цилиндра должны быть включены, и машина должна выдерживаться при рабочей температуре в течение нескольких часов в зависимости от ее размера. Этот период теплового прогрева позволит расплавить полимерный материал в цилиндре до вязкости, близкой к наблюдаемой во время процесса. Когда шнек начнет вращаться, нагрузка на двигатель и крутящий момент на шнеке будут близки к нормальным значениям. Однако если экструдер не прогреть достаточно долго, то вязкость материала при «холодном пуске» двигателя может быть еще очень высокой. Если двигатель достаточно большой, или материал, из которого изготовлен шнек, не согласован с характеристиками передачи, то крутящий момент в зоне загрузки шнека может вызвать такое напряжение на скручивание, которое превысит допускаемое напряжение, что станет причиной разрушения шнека. Когда конструкционный материал шнека соответствует характеристикам передачи привода, при превышении допустимой нагрузки на двигатель контроллер машины выключит двигатель. Во многих случаях шнек сможет выдержать несколько таких холодных пусков, прежде чем разрушиться.

Выбор конструкционного материала шнека достаточно критичен для обеспечения необходимой прочности при неблагоприятных обстоятельствах типа холодного пуска экструдера. Кроме того, материал имеет приемлемую стоимость. Выбор материала шнека зависит от размера и мощности двигателя, максимальной скорости вращения шнека при номинальной скорости вращения двигателя, глубины канала в зоне загрузки.

Дизайн шнека

  При моделировании дизайна шнеков существуют определенные ограничения. Идеальным вариантом моделирования был бы точный прогноз конфигурации шнека (в том числе, всех материалов и размерных характеристик) для заданного процесса, а также возможность рассчитать ожидаемые условия переработки, используя параметры процесса. Но эти соотношения являются очень сложными, и такой вид комплексной модели не существует.

  Идеальным вариантом для модели, позволяющей представить чисто математическую конструкцию шнека,был бы прямой путь направо, см на рис.

  Однако на практике, как правило, требуется проведение испытаний. Моделирование не в состоянии имитировать весь процесс, но это полезная одготовка для производстенных испытаний. Оно может служить для определения некоторых деталей или зон шнека, с тем чтобы избежать худшего результата.

  Во многих случаях невозможно точно предсказать, как именно будет вести себя конечный продукт в конкретной шнековой машине для конкретной производственной операции или операции модификации. 

  Перед тем как начать изготовление экструдера или скомпоновать его на промышленном уровне, обычно проводят испытания в меньшем масштабе. Моделирование может помочь этому процессу. Уменьшение масштаба используется в начале  для того, чтобы решить, на каком уровне должны проводиться "миниатюрные" испытания.