RU2227782C1

RU2227782C1 - Screw-type extruder

Info

Publication number: RU2227782C1
Application number: RU2003107515/12A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Остриков; О.В. Абрамов; К.В. Платов
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-04-27

Abstract

FIELD: processing edible materials; food-processing industry. SUBSTANCE: proposed extruder has housing with loading funnel, matrix and hollow screw feeder with external thread. Inner cylindrical surface of screw feeder is provided with helical thread of the same direction as that of external thread. Thread pitch and/or depth of helical passage decrease towards escape of product. End section of inner cylindrical surface of hollow screw feeder is smooth. Mounted inside screw feeder is rotatable hollow shaft on whose end section cylindrical end-piece is rigidly secured; this end-piece has helical thread opposite to threads of hollow screw feeder. EFFECT: extended field of application; stabilization of pressure of two flows of product in pre-matrix zone of extruder. 3 dwg

Description

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, применяющих экструзию.The invention relates to the processing of food raw materials and can be used in food and processing industries using extrusion.

Наиболее близким по технической сущности является шнековый экструдер (Пат. № 2118258, МКИ⁶ В 29 С 47/64, В 29 С 47/38, опубл. 27.08.1998, БИ № 24), который содержит корпус, загрузочную воронку, экструзионную головку и многозонный полый шнек с наружной нарезкой. В витках шнека установлены штифты, которые выполнены с возможностью радиального перемещения от вала, расположенного внутри полого шнека.The closest in technical essence is a screw extruder (Pat. No. 2118258, MKI ⁶ V 29 C 47/64, 29 C 47/38, publ. 08.28.1998, BI No. 24), which contains a housing, a loading funnel, an extrusion head and multi-zone hollow auger with external threading. Pins are installed in the turns of the screw, which are made with the possibility of radial movement from the shaft located inside the hollow screw.

Недостатком известного устройства является невозможность производить экструдированные продукты с начинкой и комбинированные многослойные продукты, а также сложность стабилизации давления потока продукта в предматричной зоне экструдера.A disadvantage of the known device is the inability to produce extruded products with filling and combined multilayer products, as well as the difficulty of stabilizing the pressure of the product stream in the prematrix zone of the extruder.

Технической задачей изобретения является расширение ассортимента выпускаемой продукции за счет возможности выпуска комбинированных многослойных продуктов в ходе одновременного экструдирования двух различных исходных смесей, а также стабилизация давления двух потоков продукта в предматричной зоне экструдера.An object of the invention is to expand the range of products due to the possibility of producing combined multilayer products during the simultaneous extrusion of two different initial mixtures, as well as the stabilization of the pressure of two product streams in the prematrix zone of the extruder.

Поставленная задача достигается тем, что в шнековом экструдере, содержащем корпус с загрузочной воронкой, матрицу и полый шнек с наружной нарезкой, новым является то, что на внутренней цилиндрической поверхности шнека выполнена винтовая нарезка того же направления, что и наружная, шаг нарезки и (или) глубина винтового канала уменьшаются в направлении выхода продукта, причем концевая часть внутренней цилиндрической поверхности полого шнека выполнена гладкой, внутри шнека установлен полый вал, имеющий возможность вращения, на концевой части вала жестко закреплен цилиндроконический наконечник, имеющий наружную винтовую нарезку, при этом она выполнена в сторону, противоположную нарезкам полого шнека.The problem is achieved in that in a screw extruder containing a housing with a loading funnel, a die and a hollow screw with an external thread, it is new that on the inner cylindrical surface of the screw a screw thread is made in the same direction as the external thread, the cutting step and (or ) the depth of the screw channel decreases in the direction of the product outlet, and the end part of the inner cylindrical surface of the hollow screw is made smooth, a hollow shaft is installed inside the screw, which can be rotated, on the end part ti shaft rigidly fixed cylindric tip having an outer screw thread, while it is formed in the direction opposite the hollow screw slicing.

Шнековый экструдер такого типа позволяет одновременно обрабатывать две исходные смеси с различными реологическими свойствами и получать двухслойные продукты.This type of screw extruder makes it possible to simultaneously process two initial mixtures with different rheological properties and to obtain two-layer products.

На фиг.1 изображен разрез рабочей камеры предлагаемого экструдера, на фиг.2 - поперечный разрез в месте загрузочной горловины второй исходной смеси, на фиг.3 - продольный разрез матричной зоны экструдера.Figure 1 shows a section of the working chamber of the proposed extruder, figure 2 is a transverse section in place of the loading neck of the second source mixture, figure 3 is a longitudinal section of the matrix zone of the extruder.

Шнековый экструдер (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, полый шнек 2 и матрицу 4. На внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2 выполнена винтовая нарезка. Концевая часть внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2 выполнена гладкой без нарезки. Шаг нарезки и (или) глубина внутреннего винтового канала шнека 2 уменьшаются в направлении выхода продукта.The screw extruder (Fig. 1) contains a cylindrical body 1, a hollow screw 2 and a die 4. A screw thread is made on the inner cylindrical surface of the hollow screw 2. The end part of the inner cylindrical surface of the hollow screw 2 is made smooth without cutting. The cutting step and (or) the depth of the internal screw channel of the screw 2 are reduced in the direction of product output.

Внутри полого шнека 2 установлен полый вал 3, имеющий возможность вращения. На концевой части полого вала 3, находящегося в предматричной в зоне концевой части внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, при помощи шлицов, шпильки 15 и гайки 14 жестко закреплен цилиндроконический наконечник 16, имеющий наружную винтовую нарезку. Шаг и (или) глубина нарезок полого шнека 2 и цилиндроконического наконечника 16 выбираются таким образом, чтобы обеспечить одинаковое давление в предматричной зоне экструдера, где обе исходные смеси начинают совместное течение, а также исходя из требуемой производительности по обеим исходным смесям, так как увеличение производительности по первой исходной смеси будет приводить к увеличению ее доли в площади поперечного сечения готового продукта на выходе из экструдера и наоборот. Направление наружной и внутренней нарезок полого шнека 2 должно быть одинаковым, а направление нарезки цилиндроконического наконечника 16 выполняется в противоположную сторону. Поэтому в процессе работы экструдера направления вращения полого шнека 2 и вала 3 противоположны.Inside the hollow auger 2, a hollow shaft 3 is installed, which can be rotated. On the end part of the hollow shaft 3, located in the prematrix in the zone of the end part of the inner cylindrical surface of the hollow screw 2, a cylindrical conical tip 16 having an external screw thread is rigidly fixed by means of splines, studs 15 and nut 14. The step and (or) the depth of the cuts of the hollow screw 2 and the cylindrical conical tip 16 are selected so as to ensure the same pressure in the prematrix zone of the extruder, where both feed mixtures begin to flow together, and also based on the required performance for both feed mixtures, since an increase in productivity according to the first initial mixture will lead to an increase in its share in the cross-sectional area of the finished product at the exit of the extruder and vice versa. The direction of the external and internal cutting of the hollow screw 2 should be the same, and the cutting direction of the cylinder-conical tip 16 is performed in the opposite direction. Therefore, during the operation of the extruder, the directions of rotation of the hollow screw 2 and the shaft 3 are opposite.

Через загрузочную горловину 5, размещенную на корпусе 1, подается первая исходная смесь. Матрица 4 накручивается на корпус 1 по резьбе.Through the loading neck 5, placed on the housing 1, serves the first source mixture. The matrix 4 is screwed onto the housing 1 by thread.

Шнек 2 установлен в корпусе 1 на подшипниках 6, 7 и 8. Вращающий момент на шнек 2 передается через зубчатое колесо 9.The screw 2 is installed in the housing 1 on bearings 6, 7 and 8. The torque on the screw 2 is transmitted through the gear 9.

Полый вал 3 установлен на подшипниках 10 и 11. Вращающий момент на вал 3 передается через шкив ременной передачи 12.The hollow shaft 3 is mounted on bearings 10 and 11. The torque on the shaft 3 is transmitted through the belt pulley 12.

Через загрузочную горловину 13 подается вторая исходная смесь. Для улучшения загрузки под горловиной 13 полый вал 3 имеет конусность в направлении движения продукта.Through the loading neck 13 serves the second source mixture. To improve loading under the neck 13, the hollow shaft 3 has a taper in the direction of product movement.

Внутри полого вала 3 установлена шпилька 15 для жесткого крепления цилиндроконического наконечника 16 на валу 3.Inside the hollow shaft 3, a pin 15 is installed for rigidly fastening the cylinder-conical tip 16 on the shaft 3.

Предлагаемый экструдер работает следующим образом:The proposed extruder operates as follows:

Включается привод, первая и вторая исходные смеси загружаются в экструдер через загрузочные горловины 5 и 13, затем последовательно перемещаются через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и дозирования. Полый шнек 2 захватывает и перемещает первую исходную смесь наружной винтовой нарезкой, а вторую исходную смесь - внутренней винтовой нарезкой. По мере продвижения продукт перемешивается в зоне смешивания, нагревается и размягчается. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления.The drive is turned on, the first and second initial mixtures are loaded into the extruder through the loading necks 5 and 13, and then sequentially moved through the loading, mixing, homogenizing and dosing zones. The hollow screw 2 captures and moves the first feed mixture with an external screw thread, and the second feed mixture with an internal screw thread. As you move, the product is mixed in the mixing zone, heated and softened. Further, in the homogenization zone, the transformation of the softened granules into a homogeneous melt occurs due to an increase in pressure.

Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает заданного значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. При одновременном экструдировании двух исходных смесей с различными реологическими свойствами давление расплавов первой и второй исходных смесей в предматричной зоне может быть различно. Для выравнивания давления расплавов первой и второй исходных смесей в предматричной зоне на концевой части вала 3 жестко закреплен цилиндроконический наконечник 16, имеющий наружную винтовую нарезку. Изменяя частоту вращения вала 3 через шкив ременной передачи 12, можно в заданных пределах регулировать давление и производительность продукта, получаемого из второй исходной смеси. Так при увеличении частоты вращения вала 3 цилиндроконический наконечник 16 вращается быстрее, что приводит к увеличению давления и производительности, соответственно уменьшение частоты вращения вала 3 приводит к их снижению. Максимальная частота вращения вала 3 определяется условием неразрывности движения второй смеси в зоне ее перехода из винтовой нарезки, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, в винтовую нарезку цилиндроконического наконечника 16. Минимальная же частота вращения вала 3 выбирается таким образом, чтобы избежать остановки движения смеси и закупорки проходного канала нарезки.The melt pressure of the product in the dosing zone reaches a predetermined value, the final melting of small inclusions occurs and a melt is formed, uniform in structure and temperature. During the simultaneous extrusion of two initial mixtures with different rheological properties, the pressure of the melts of the first and second initial mixtures in the prematrix zone can be different. To equalize the pressure of the melts of the first and second source mixtures in the prematrix zone on the end of the shaft 3, a cylinder-conical tip 16 is fixedly fixed, having an external screw thread. By changing the frequency of rotation of the shaft 3 through the belt drive pulley 12, it is possible to control the pressure and productivity of the product obtained from the second feed mixture within specified limits. So with an increase in the frequency of rotation of the shaft 3, the cylinder-conical tip 16 rotates faster, which leads to an increase in pressure and productivity, respectively, a decrease in the frequency of rotation of the shaft 3 leads to their decrease. The maximum rotational speed of the shaft 3 is determined by the condition of continuity of the movement of the second mixture in the zone of its transition from the screw thread made on the inner cylindrical surface of the hollow screw 2 to the screw thread of the cylinder conical tip 16. The minimum rotational speed of the shaft 3 is chosen so as to avoid stopping the movement of the mixture and blockage of the cut through passage.

Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь одинаковое давление расплава первой и второй исходных смесей. Равенство давлений обеспечивает плавное параллельное течение расплавов в предматричной зоне. Затем комбинированный экструдат выходит из экструдера через выходное отверстие цилиндрической формы в матрице 4.This allows for normal operation of the extruder to have the same melt pressure of the first and second feed mixtures. Equal pressure provides a smooth parallel flow of melts in the prematrix zone. Then, the combined extrudate leaves the extruder through an outlet of cylindrical shape in the matrix 4.

В случае использования двух исходных смесей с различными реологическими свойствами для перехода в расплав обоих смесей может требоваться подвод различного количества тепла к этим смесям. Для нагрева первой смеси, движущейся по наружным виткам полого шнека 2, могут использоваться ТЭНы (не показаны), а для нагрева второй смеси, движущейся по винтовой нарезке, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, используется вращение вала 3, так как в результате трения продукта о поверхность вала 3 при его вращении выделяется необходимое количество теплоты.In the case of using two initial mixtures with different rheological properties, a mixture of different amounts of heat to these mixtures may be required to transfer both mixtures to the melt. Heating elements (not shown) can be used to heat the first mixture moving along the outer turns of the hollow screw 2, and rotation of the shaft 3 is used to heat the second mixture moving along a screw thread made on the inner cylindrical surface of the hollow screw 2, since as a result the friction of the product on the surface of the shaft 3 during its rotation, the necessary amount of heat is released.

Варьируя частоту вращения вала 3, можно в заданных пределах регулировать давление второй смеси, а также подводить к ней различное количество теплоты.By varying the rotational speed of the shaft 3, it is possible to control the pressure of the second mixture within the specified limits, as well as supply a different amount of heat to it.

Таким образом, использование изобретения позволит расширить ассортимент комбинированных многослойных продуктов, получаемых за счет одновременной экструзии двух исходных смесей с различными реологическими свойствами; оптимизировать процесс экструдирования различных исходных смесей за счет подвода требуемого количества теплоты вследствие варьирования частоты и направления вращения вала; стабилизировать давление двух потоков продукта в предматричной зоне экструдера за счет регулирования давления второй исходной смеси путем изменения частоты и направления вращения вала.Thus, the use of the invention will expand the range of combined multilayer products obtained by simultaneous extrusion of two initial mixtures with different rheological properties; to optimize the process of extrusion of various initial mixtures by supplying the required amount of heat due to varying the frequency and direction of rotation of the shaft; to stabilize the pressure of two product streams in the prematrix zone of the extruder by adjusting the pressure of the second feed mixture by changing the frequency and direction of rotation of the shaft.

Claims

A screw extruder comprising a housing with a loading funnel, a die and a hollow screw with an external thread, characterized in that on the inner cylindrical surface of the screw a screw thread is made in the same direction as the external thread, the cutting step and / or the depth of the screw channel are reduced in the direction of the product exit moreover, the end part of the inner cylindrical surface of the hollow screw is made smooth, a hollow shaft is installed inside the screw, which can be rotated, cylindrical is rigidly fixed on the end part of the shaft a tip having an external screw thread, while it is made in the direction opposite to the threads of the hollow screw.