А) Шнековые нагнетатели

Шнековые нагнетатели (прессы), являющиеся машинами непрерывного действия, получили широкое распространение в пищевой промышленности.

На работу пресса оказывают влияние и работа загрузочной зоны, которая предназначена для непрерывной подачи массы от питающей воронки к шнеку. Так как пищевые массы обладают значительной вязкостью, то питающие устройства пресса (валки, конический шнек) должно создавать в массе давления, обеспечивающее хорошее заполнение канала нарезки шнека, а следовательно, и высокую производительность.

Давление в предматричной зоне и производительность пресса зависят от совокупности ряда факторов: реологических свойств перерабатываемого материала, характеристики шнеков, работы загрузочной части машины, сопротивления предматричной зоны и матрицы, параметров технологического процесса.

Создаваемое давление действует в двух взаимно противоположных направлениях: в сторону формующей матрицы и реактивно в сторону загрузки.

В основу расчета шнековых нагнетателей положены следующие допущения: обрабатываемый продукт принимается несжимаемым, полностью заполняет межвитковое пространство и движется в нем сплошным потоком; режим течения ламинарный; ускорением продукта и силами инерции пренебрегаем; теплообмен продукта с окружающей средой отсутствует.

Геометрическая схема для случая простого сдвига представляет собой следующее: (циркуляционными эффектами пренебрегаем)

Уравнение, связывающее производительность шнека V_с (м³/с) с его геометрическими параметрами, скоростью вращения, противодавлением и реологическими свойствами формуемой массы имеет следующий вид:

V_c= ,

Где V_с- производительность шнека, м³/с;

D- внешний диаметр шнека, м;

d- диаметр вала шнека, м;

b- глубина нарезки шнека, м;

а- ширина нарезки, м;

n- частота вращения шнеков, с^-1;

φ- угол подъема нарезки, град.;

l- длина шнека вдоль оси, м;

ΔР- перепад давления по длине шнека, Па;

F_d- коэффициент формы нарезки шнека для вынужденного порока;

С_р- коэффициент формы для потока под давлением;

Φ- поправочный коэффициент, учитывающий неньютоновское движение массы.

Перепад давления ΔР по длине шнека определяется так:

ΔР=Р₂-Р₁,

Где Р₂-давление в предматричной зоне, Па;

Р₁-давление в загрузочной зоне, Па.

В зависимости от соотношения в/а, которое изменяется в интервале 0,1-0,8 из таблиц определяются значения коэффициентов F_d= 0,92-0,59; С_р=0,91-0,51 и φ=0,707-0,647.

Эффективная вязкость рассчитывается для данной массы по формуле:

µ_эф=µ_пл+τ_о/γ_эф,

где γ_эф= , скорость сдвига,с^-1

µ_пл- пластическая вязкость, Па с;

τ_о- предельное напряжение сдвига Па;

µ_эф= τ/γ- отношение напряженности к скорости сдвига.

Формула для определения производительности, полученная на основе математической модели процесса течения материала по шнековому каналу, приведена в соответствии с экспериментальными данными посредством эмпирического поправочного коэффициента φ, введением эффективной вязкости µ_эф и может быть использована для инженерных расчетов.

Аналогично существуют методики для расчета производительности шестеренных и валковых нагнетателей.