ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРАКТОР ДЛЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к экстракционному оборудованию для волокнистых материалов и может быть использовано в текстильной промышленности при подготовке к прядению волокон растительного и животного происхождения и в пищевой промышленности при производстве пищевых волокон из плодоовощного сырья.

Известен шнековый экстрактор для волокнистых материалов, содержащий корпус, состоящий из одной горизонтальной секции и двух вертикальных секций различной высоты, в которых с возможностью вращения установлены приводные шнеки, загрузочный патрубок, расположенный в верхней части низкой вертикальной секции корпуса, разгрузочный патрубок, расположенный в верхней части высокой вертикальной секции корпуса, по меньшей мере один патрубок подачи экстрагента и патрубок отвода экстрагента, расположенный в верхней части низкой вертикальной секции корпуса ниже разгрузочного патрубка.

Недостатками этого экстрактора являются низкая надежность запитки, связанная с неравномерной плотностью загружаемого материала, приводящей к зависанию материала в канале шнека без контакта с корпусом при низкой плотности материала, а также механодеструкция материала, связанная со срезом материала навивкой шнека по поверхности сопряжения полостей загрузочного патрубка и корпуса при высокой плотности материала.

В предлагаемом шнековом экстракторе для волокнистых материалов, содержащем корпус, состоящий из одной горизонтальной и двух вертикальных секций различной высоты, в которых с возможностью вращения установлены приводные шнеки, загрузочный патрубок, разгрузочный патрубок, расположенный в верхней части высокой вертикальной секции корпуса, по меньшей мере один патрубок подачи экстрагента и патрубок отвода экстрагента, расположенный в верхней части низкой вертикальной секции корпуса ниже разгрузочного патрубка, согласно изобретению низкая вертикальная секция корпуса снабжена соосным ей коническим загрузочным бункером с цилиндрической горловиной, шнек низкой вертикальной секции корпуса выполнен с цилиндрической секцией, размещенной непосредственно в низкой вертикальной секции корпуса, и конической секцией, размещенный в загрузочном бункере, соединенной с цилиндрической секцией посредством втулки с винтовой нарезкой, совпадающей по профилю с формой навивки цилиндрической секции, и двух шлицевых соединений с различным числом шлицев, загрузочный патрубок соединен с верхней частью бункера в зоне расположения верхнего витка конической секции шнека при ее крайнем нижнем положении, а патрубок отвода экстрагента установлен ниже зоны соединения загрузочного бункера и низкой вертикальной секции корпуса.

Это позволяет регулировать степень уплотнения при запитке волокнистого материала, тем самым повысить надежность работы экстрактора и исключить возможность механодеструкции волокна при загрузке в экстрактор.

В предпочтительном варианте для увеличения сцепления обрабатываемого материала со стенкой корпуса и повышения надежности запитки в зоне перехода конической части бункера в цилиндрическую горловину по внутренней поверхности нарезаны продольные пазы переменной глубины.

Продольные пазы могут быть выполнены с постоянной по длине площадью поперечного сечения на цилиндрической горловине бункера, когда глубина каждого паза выбрана уменьшающейся до нулевого значения в направлении низкой вертикальной секции корпуса, а ширина каждого паза увеличивающейся до соединения его со смежными пазами, при этом возможно выполнение каждого паза с линейно убывающей глубиной или с линейно увеличивающейся шириной с нелинейным противоположным изменением другого параметра для обеспечения постоянства площади поперечного сечения паза на цилиндрической горловине.

Такой вариант исключает возможность переуплотнения волокнистого материала в пазах и его среза цилиндрической секцией шнека низкой вертикальной секции корпуса и аналогично исключает образование в материале зон низкой плотности, чем повышает надежность запитки и работы экстрактора при низкой и средней плотности обрабатываемого материала.

Также возможно выполнение пазов на внутренней поверхности загрузочного бункера с увеличивающейся площадью поперечного сечения каждого паза по направлению к низкой вертикальной секции корпуса до соединения смежных пазов, при этом возможно выполнение пазов с линейным изменением одного из параметров: глубины или ширины, при нелинейном изменении другого параметра, когда их геометрия описывается следующими системами:
(2) где S текущее значение площади поперечного сечения, паза, м²;
l текущее значение расстояния от плоскости перехода конической части бункера в цилиндрическую горловину, м;
b текущее значение ширины паза, м;
h текущее значение глубины паза, м;
L длина нарезки пазов от плоскости перехода конической части бункера в цилиндрическую горловину до плоскости соединения смежных пазов, м; или с линейным изменением глубины и ширины каждого паза, когда их геометрия описывается следующей системой:
(3) при тех же значениях переменных.

Это позволяет достичь аналогичного результата при средних и высоких значениях плотности обрабатываемого материала.

Также возможно выполнение пазов на внутренней поверхности загрузочного бункера с постоянной шириной и установка в пазах средств их механической очистки, выполненных в виде двух приводных шарнирно соединенных рычагов с возвратной пружиной, или в виде упругой пластины, перемещаемой нажимным рычагом.

Это позволяет достичь аналогичного результата при обработке волокнистого материала с высокой адгезией, например при отмывке пищевых волокон из сахарной свеклы.

Для полного исключения возможности среза волокнистого материала конической секцией шнека низкой вертикальной секции корпуса целесообразно ее усечение на расстоянии 0,5-0,85 максимальной глубины продольного паза от линии перехода конической части загрузочного бункера в цилиндрическую горловину при крайнем нижнем положении конической секции.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение витков конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса с углом α наклона к продольной оси шнека в вертикальной секущей плоскости, удовлетворяющим условию
90^о β ≅ α < 90^о (4) где β- угол наклона образующей конической стенки бункера к продольной оси шнека, град.

Это снижает трение при запитке и энергоемкость экстрактора.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса в виде упругого элемента с постоянной по всей длине и сечению жесткостью, закрепленного желательно шарнирно верхним витком на резьбовой втулке с возможностью равномерного сжатия в аксиальном направлении, когда возможно снабжение экстрактора гильзой, установленной в резьбовой втулке с возможностью осевого перемещения и фиксации крайнего нижнего положения, при этом нижний конец упругого элемента закреплен на гильзе желательно шарнирно, а также желательно снабжение экстрактора дополнительным упругим элементом, установленным между резьбовой втулкой и нижним концом упругого элемента с возможностью регулировки степени предварительного сжатия.

Это позволяет автоматически регулировать производительность запитки и плотность материала в зависимости от производительности загрузки и колебаний плотности загружаемого материала, чем сократить механодеструкцию волокнистого материала и повысить надежность запитки.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрено снабжение экстрактора средством для механической очистки конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса, выполненным в виде закрепленных на стенке конической части бункера направляющих с установленной в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения кареткой и размещенного в каретке параллельно нижней поверхности витков конической секции жесткого стержня, установленного с возможностью аксиального перемещения через выполненный в стенке бункера паз и фиксации его положения относительно каретки.

Это позволяет повысить надежность и производительность запитки экстрактора за счет увеличения сцепления волокнистого материала со стенкой бункера в зоне его уплотнения и исключения возможности налипания материала на шнек при его высокой адгезии или при смачивании экстрагентом в случае его аварийного проскока выше патрубка отвода.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрено снабжение экстрактора установленным в верхней части загрузочного бункера упругим стержнем, смонтированным с возможностью регулировки перемещения по вертикали и скольжения по верхней поверхности верхнего витка конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса, желательно с возможностью регулировки осевого перемещения и/или с возможностью регулировки угла наклона относительно стенки бункера и/или с закреплением второго конца упругого стержня на торце бункера с возможностью регулировки окружного перемещения относительно оси низкой вертикальной секции корпуса, желательно с возможностью регулировки угла наклона.

Это обеспечивает повышение производительности и надежности запитки экстрактора за счет увеличения сцепления обрабатываемого материала со стенкой корпуса в зоне минимального уплотнения материала.

На фиг.1 изображен предлагаемый экстрактор, общи вид; на фиг.2 узел запитки, разрез; на фиг. 3 то же, схема; на фиг.4 паз с линейно изменяющейся глубиной, разрез; на фиг.5 то же, в плане; на фиг.6 то же, с линейно изменяющейся шириной, разрез; на фиг.7 то же, в плане; на фиг.8 то же, с линейно изменяющимися шириной и глубиной, разрез; на фиг. 9 то же, в плане; на фиг. 10 узел запитки со средствами механической очистки пазов в виде двух рычагов, разрез; на фиг.11 то же, со средствами механической очистки пазов в виде упругой пластины с нажимным рычагом, разрез; на фиг.12 то же, с витком конической секции, перпендикулярным оси шнека, силовая схема; на фиг.13 то же, с витком конической секции, перпендикулярным стенке бункера, силовая схема; на фиг.14 то же, с упругой конической секцией, разрез; на фиг.15 разрез А-А на фиг.14; на фиг.16 разрез Б-Б на фиг.14; на фиг.17 узел крепления конической и цилиндрической секций шнека низкой вертикальной секции корпуса, разрез; на фиг.18 средство механической очистки конической секции в крайнем верхнем рабочем положении, разрез; на фиг.19 то же, в крайнем нижнем положении, разрез; на фиг.20 то же, в промежуточном нерабочем положении, разрез; на фиг. 21 вид В на фиг.18; на фиг.21 узел запитки с упругим стержнем, разрез; на фиг.23 разрез Г-Г на фиг.22.

Шнековый экстрактор для волокнистых материалов содержит корпус, состоящий из последовательно соединенных низкой вертикальной секции 1 с соосным ей коническим загрузочным бункером 2 с цилиндрической горловиной, горизонтальной секции 4 и высокой вертикальной секции 5, загрузочный патрубок 6, соединенный с бункером 2, разгрузочный патрубок 7, расположенный в верхней части высокой вертикальной секции 5, один патрубок 8 подачи экстрагента и патрубок 9 отвода экстрагента, установленный в низкой вертикальной секции 1 ниже разгрузочного патрубка 7 и горловины 3 загрузочного бункера 2. В низкой вертикальной секции 1 смонтирован приводной шнек, состоящий из цилиндрической секции 10, расположенной непосредственно в ней, и конической секции 11, расположенной в бункере 2 и соединенной с цилиндрической секцией 10 посредством втулки 12 с винтовой нарезкой 13, совпадающей по профилю с профилем навивки 14 цилиндрической секции 10 и двух шлицевых соединений 15 и 16 с различным числом шлицев. В горизонтальной секции 4 и в высокой вертикальной секции 5 расположены приводные шнеки 17 и 18 соответственно.

В зоне перехода конической части 2 бункера в цилиндрическую горловину 3 по внутренней поверхности нарезаны продольные пазы 19 переменной глубины. При выполнении пазов 19 с постоянной шириной В в них монтируют средства механической очистки, содержащие соединенный с приводом 20 нажимной рычаг 21, перемещение которого ограничено упором 22, и соединенный с ним шарнирно ведомый рычаг 23, связанный с аналогичным упором 22 возвратной пружиной 24, или упругую пластину 25, подвижно установленную в пазу 26 в стенке бункера 2.

Секция 11 может быть выполнена усеченной на 0,5-0,85 максимальной глубины Н_п паза 19 от линии перехода конической части 2 бункера ив цилиндрическую горловину 3 при крайнем нижнем положении конической секции 11, а ее витки выполнены наклонными согласно условию (4).

Коническая секция 11 может быть выполнена в виде упругого элемента 27 с постоянной по всей длине и сечению жесткостью, закрепленного посредством шарнира 28 на резьбовой втулке 12 верхним витком и посредством шарнира 29 нижним витком на гильзе 30, смонтированной с возможностью осевого перемещения во втулке 12 и фиксации крайнего нижнего положения гайкой 31. Между втулкой 12 и гильзой 30 установлен упругий элемент 32 с возможностью регулировки степени предварительного сжатия перемещением гайки 33 через сухари 34, взаимодействующие через окна 35 с опорным кольцом 36. Гильза 30 соединена со втулкой 12 посредством шлицевого соединения 37.

Параллельно нижней поверхности витка конической секции 11 установлен жесткий стержень 38, установленный с возможностью осевого перемещения в каретке 39 через паз 40 в стенке конической части 2 бункера. Каретка 39 смонтирована с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих 41, закрепленных на бункере 2. Для осевого перемещения стержня 38 на бункере 2 закреплен кронштейн 42 с направляющим пазом 43, в котором стержень 38 стопорится в рабочем положении головкой 44. На стержне 38 между неподвижной шайбой 45 и подвижной шайбой 46, взаимодействующей с кронштейном 42, установлен упругий элемент 47 сжатия. Каретка 39 закреплена на кронштейне 42 посредством упругого элемента 48 растяжения. На каретке 39 установлен пружинный фиксатор 49 для стопорения стержня 38 в нерабочем положении.

В верхней части бункера 2 установлен упругий стержень 50, закрепленный консольно в его боковой стенке посредством винтовой нарезки 51 в шаровом шарнире 52, снабженном стопорным винтом 53, и установленным в каретке 54, перемещение по вертикали которой фиксируется двумя винтами 55. На нарезке 51 установлена стопорная гайка 56.

Возможно крепление второго конца упругого стержня 50 в шаровом шарнире 57, установленном в поворотном диске 58, соосном бункеру 2. Шаровой шарнир 57 смонтирован в диске 58 с возможностью стопорения винтом 59, а диск 58 стопорится в торцовой части бункера 2 с помощью винта 60.

Экстрактор работает следующим образом.

Обрабатываемый волокнистый материал с помощью пневмотранспортера (не показан) подают через загрузочный патрубок 6 в верхнюю часть конического загрузочного бункера 2 в зону расположения верхнего витка конической секции 11 шнека низкой вертикальной секции 1 корпуса, которым материал захватывается, и, уплотняясь транспортируется, ниже по бункеру 2. Условия захвата материала, степень уплотнения и производительность зоны запитки в основном определяется зазором между конической секцией 11 и стенкой конической части 2 бункера, который регулируется перемещением втулки 12 посредством винтовой нарезки 13 по навивке 14 цилиндрической секции 10 шнека низкой вертикальной секции 1 корпуса. Фиксация этого перемещения осуществляется шлицевыми соединениями 15 и 16, разное количество шлицев в которых позволяет фиксировать дискретное перемещение конической секции 11 с точностью до части полного оборота вокруг оси, равной произведению общих и необщих кратных количества шлицев в соединениях 15 и 16. В зоне наименьшего уплотнения волокнистого материала над верхней поверхностью верхнего витка конической секции 11 шнека проворот материала совместно со шнеком исключен расположением упругого стержня 50, скользящего по верхней поверхности верхнего витка конической секции 11, подтормаживающего материал с наиболее низкой насыпной плотностью. В этой зоне условия зацепления материала со стенкой бункера 2 регулируются вертикальным перемещением 50 в каретке 50, фиксируемым винтами 55. Это перемещение является основным, так как позволяет исключить попадание стержня 50 под верхний виток конической секции 11 при регулировании производительности ее осевым перемещением. Также возможна регулировка зацепления материала осевым перемещением стержня 50 по нарезке 51, фиксируемым гайкой 56, и/или изменением угла наклона стержня 50 поворотом в шарнире 52, фиксируемым винтом 53.

Для уменьшения абразивного износа верхнего витка конической секции 11 шнека и снижения динамического усталостного износа самого стержня 50 его второй конец целесообразно крепить в торцовой поверхности бункера 2 с регулировкой окружного перемещения в диске 58, фиксируемого винтом 60 и угла наклона поворотом в шарнире 57, фиксируемым винтом 59, которые аналогично описанным выше приемам определяют условия зацепления материала со стенкой бункера 2.

Зафиксированный с помощью элементов 51-60 стержень 50 при вращении конической секции 11 свободным концом (фиг.2) или средней частью (фиг.22) скользит по верхней поверхности верхнего витка конической секции 11 шнека, деформируясь и отклоняясь к стенке бункера 2 при набегании верхней кромки верхнего витка конической секции 11 шнека, разгибаясь и отклоняясь к оси плавно (фиг.22) или рывком с ударом (фиг.2) при сбегании с последнего, чем обеспечивается гарантированное перемещение материала под верхний виток конической секции 11 шнека, стабилизируя запитку в области бункера 2 с минимальной плотностью обрабатываемого материала и отсутствием его уплотнения.

Под верхним витком конической секции 11 введенный в бункер 2 через паз 40 упругим элементом 47 жесткий стержень 38 обеспечивает подтормаживание обрабатываемого материала и очистку рабочей поверхности навивки конической секции 11 шнека от налипшего на нее материала по всей зоне 1 (фиг.3) уплотнения с незначительным трением о стенку бункера 2 из-за низкого коэффициента заполнения винтового канала конической секции 11 шнека. Жесткий стержень 38, введенный в крайнем верхнем положении каретки 39 (фиг.18) под верхний виток конической секции 11 шнека, скользя по нижней поверхности навивки секции 11, перемещается ею совместно с кареткой 39 по направляющим 41 до крайнего нижнего положения (фиг. 19) с одновременным растяжением упругого элемента 48. В этом положении фиксатор 49 стопорит стержень 38 в каретке 39, нижний виток навивки конической секции 11 сбегает со стержня 38, освобождая его. В результате упругий элемент 48, сжимаясь в исходное положение, перемещает каретку 39 со стержнем 38 по направляющим 41 также в исходное положение. В процессе этого перемещения (фиг.20) за счет стопорения фиксатором 49 стержня 38 в каретке 39 неподвижная шайба 45 сжимает упругий элемент 47 при проходе стержня 38 через подвижную шайбу 46 и направляющий паз 43 в кронштейне 42. При достижении крайнего верхнего положения при взаимодействии с кронштейном 42 отжимается фиксатор 49, упругий элемент 47 вводит стержень 38 через каретку 39 и паз 40 на глубину, фиксируемую головкой 44 в направляющем пазу 43 кронштейна 42. Далее цикл работы средства механической очистки конической секции 11 повторяется, обеспечивая стабильную запитку в зоне уплотнения материала, независимо от его адгезии к шнеку и малой плотности и низкого коэффициента заполнения канала шнека 11, а также в случае смачивания материала при аварийном проскоке экстрагента выше патрубка 9 его отвода. Таким образом материал поступает в зону 2 (фиг.3), где его плотность становится достаточной для создания трения, необходимого для транспортирования шнеком при условии нарезки пазов 19, увеличивающих сцепление с бункером 2.

При работе зоны запитки экстрактора, кроме условия работоспособности винтовых конвейеров, которое заключается в превышении силы трения материала о стенку корпуса над трением материала о навивку и вал шнека, особенно при обработке волокнистых материалов, обладающих значительной упругостью и низким коэффициентом заполнения канала шнека, следует учитывать низкий коэффициент внутреннего трения в материале, поскольку при условии, если трение в материале ниже разности сил трения о шнек и о корпус, происходит налипание материала на шнек и нарушение запитки. Описанные выше узлы экстрактора позволяют исключить налипание материала на шнек в этой части зоны запитки, но в соответствии со схемами распределения сил (фиг.12 и 13) витки конической секции 11 воздействуют на материал с силой Р, перпендикулярной виткам. При этом возникает сила реакции R_б, перпендикулярная стенке бункера 2, пропорциональная Р ·cos ( α + β) и сила трения F_б, направленная по поверхности бункера 2 и равная
F_б μ R_б (5) где μ коэффициент трения.

Необходимая сила воздействия витков конической секции 11 на материал пропорциональна силе D, равной
D P- (6) которая вызывает движение и уплотнение материала в зоне запитки. Очевидно, что чем меньше угол между направлением силы Р и стенкой бункера 2, тем меньше усилие, необходимое для запитки экстрактора, т.е.

i= min (7) и сопротивление движению материала оказывает только боковое трение о стенку бункера 2, что и определяет минимальные энергозатраты запитки экстрактора. Однако, в случае соблюдения условия
α 90^o β (8) происходит максимальное уплотнение волокнистого материала, препятствующее прохождению через него экстрагента и уменьшающее поверхность контакта фаз, поэтому целесообразно выбирать угол наклона витка конической секции 11 минимальным при соблюдении условия двойного неравенства (4) и условия уплотнения материала, когда внутреннее трение в материале больше разности сил трения о корпус и шнек. Таким образом материал уплотняется до состояния, не требующего введения в него подтормаживающих элементов типа стержней 38 и 50 и поступает в зону 2 (фиг.3), где на конической части бункера 2 нарезаны продольные пазы 19.

Движение материала в зоне расположения пазов 19 (зона 2 и 3 на фиг.3) происходит вдоль пазов 19, при этом в материале развивается давление и он дополнительно уплотняется до достижения плотности и соответствующих значений сил трения, необходимых для транспортировки по корпусу. В этой зоне для исключения переуплотнения материала из-за склонности волокнистых материалов к комкованию и неравномерной производительности загрузочных устройств на коническом участке 2 бункера выше плотности перехода в цилиндрическую горловину 3 коническая секция 11 шнека усечена на 0,5-0,85 максимальной глубины Н_п паза 19. Материал не срезается конической секцией 11 шнека, так как на расстоянии 0,5 Н_пвыше плоскости перехода конической части 2 бункера в цилиндрическую горловину 3 из условия отсутствия там витков конической секции 11 шнека при минимальном усечении конической секции 11, а продавливается вниз и к центру.

В зоне нарезки пазов 19 выше плоскости усечения конической секции 11 шнека материал не имеет возможности проворачиваться вместе со шнеком, проскальзывая относительно стенки конической части 2 бункера, п не срезается витками конической секции 11 шнека из-за отсутствия достаточного уплотнения, способного вызвать остановку материала в пазах 19. Это обеспечивает постоянную подпитку материалом зоны ниже плоскости усечения конической секции 11 и отсутствие там мертвых зон. Максимальная глубина Н_п паза 19 выбирается несколько меньшей максимального линейного размера мелкой фракции обрабатываемого материала исходя из условия отсутствия мертвых зон в пазах 19, поэтому при усечении конической секции, чем на 0,5 Н_п сохраняется вероятность среза отдельных волокон материала при крайнем нижнем положении конической секции 11. Для регулирования производительности зоны запитки и степени уплотнения волокнистого материала перемещением конической секции 11 необходимо, как показала практика применения шнековых экстракторов, иметь диапазон вертикального перемещения (0,4-0,55)Н_п, но не более 0,5Н_п от плоскости начала нарезки пазов 19 из соблюдения условия работоспособности винтового конвейера. Длина нарезки пазов 19 на цилиндрической горловине 3 в соответствии с результатами экспериментальных исследований должна быть равна диаметру цилиндрической секции 10 шнека, откуда угол наклона паза 19 на цилиндрической горловине 3 бункера будет равен
γ arcsin (9) где а расстояние от плоскости соединения смежных пазов 19 до плоскости их выхода на нулевую глубину, м.

Угол наклона ε равен дополнительному углу к углу β наклона конической стенки бункера 2 к вертикальной оси, а высота Н нарезки пазов 19 на конической части 2 бункера из геометрии паза 19 вычисляется в соответствии с теоремой синусов по формуле
H (10)
Подставив (9) в (10) и преобразовав, при соблюдении условия работоспособности винтового конвейера и условия регулирования производительности зоны запитки экстрактора для максимального перемещения конической секции 11 шнека, получаем, что максимальная высота ее усечения не должна превышать 0,85Н_п.

Саморегулирование уплотнения материала в нижней части зона запитки (зона 2 на фиг.3) при выполнении конической секции 11 шнека упругой осуществляется следующим образом.

При повышении давления вследствие увеличения степени уплотнения обрабатываемого материала в нижней части конической части 2 бункера упругий элемент 27 сжимается под действием указанного давления, тем самым увеличивая зазор между витками конической секции 11 и стенкой конической части 2 бункера, тем самым снижает производительность зоны запитки ниже производительности цилиндрической секции 10. По мере падения давления в материале в зоне запитки, вызванного работой цилиндрической секции 10, уносящей материал из данной зоны, коническая секция 11 повышает свою производительность при разжатии упругого элемента 27 и уменьшении зазора между ее витками и стенкой конической части 2 бункера до уравнивания производительностей секций 10 и 11, что обеспечивает минимальные колебания плотности обрабатываемого материала и стабилизирует производительность запитки и условия экстрагирования материала по его объему.

Грубая регулировка производительности при выполнении упругой конической секции 11 осуществляется так же, как и при ее выполнении жесткой, при помощи элементов 12-16. Более точное регулирование производительности осуществляется изменением первоначального положения упругого элемента 27 путем поворота гайки 31 во втулке 12 при ее фиксированном положении, которым фиксируется крайнее нижнее положение гильзы 30 и первоначальная форма и степень сжатия упругого элемента 27. Этим обеспечивается достижение определенного зазора между витками конической секции 11 и стенкой конической части 2 бункера без изменения положения верхнего витка, обеспечивающего оптимальные условия захвата материала. Эта регулировка позволяет выбирать зазор из непрерывного ряда, чем и обеспечивается ее повышенная точность.

Регулировка степени уплотнения материала осуществляется путем регулирования жесткости упругого элемента 27 следующим образом.

Перемещением гайки 33 и сухарей 34 относительно резьбовой втулки 12 достигается любое из непрерывного ряда значение первоначального сжатия дополнительного упругого элемента 32, установленного между сухарями 34, пропущенными через окна 35 и соединенными через гайку 33 со втулкой 12, и гильзой 30, соединенной шарниром 29 с нижним концом упругого элемента 27. Таким образом регулируют усилие сжатия упругого элемента 27, обеспечивающего определенное уплотнение материала на выходе из конической части 2 бункера. Это является важным при переходе с обработки одного материала на другой, у которого прочность, упругость волокна, насыпная плотность и фрикционные характеристики иные, чем у предыдущего. Наличие шарниров 28 и 29 обеспечивает проворот крайних витков упругого элемента 27 относительно втулки 12 и гильзы 30, чем уменьшает усталостный износ упругого элемента 27 и мест его крепления, а также исключает локальное искажение формы винтового канала конической секции 11. Гильза 30 установлена во втулке 12 в шлицевом соединении 37 для исключения возможности намотки упругого элемента 27 на гильзу 30 или установки враспор при окружной деформации. На выходе из канала конической секции 11 шнека материал поступает в цилиндрическую горловину 3 бункера (зона 3 на фиг.3) с пазами 19 уменьшающейся глубины.

Наиболее простая конфигурация пазов 19 при постоянной ширине В из-за уменьшения площади их поперечного сечения может приводить к переуплотнению материала в пазах 19 и его срезу витками навивки 14 цилиндрической секции 10 шнека. Для исключения этого явления в пазах 19 устанавливают средства из механической очистки, работающее следующим образом. Привод 20 перемещает рычаг 21 до взаимодействия с упором 22. Нажимной рычаг 21 перемещает связанный с ним второй рычаг 23 или выгибает упругую пластину 25, выходящую из паза 26, которые перекрывают паз 19, осуществляя периодическое выталкивание материала из пазов 19, обеспечивая их очистку. Возврат рычажной системы в исходное положение осуществляется пружиной 2, а пластина 25 отходит в исходное положение в паз 26 под действием собственной упругости. Такое выполнение пазов не требует особой точности в изготовлении, но несколько усложняет конструкцию эстрактора за счет введения дополнительных подвижных элементов, и применимо в основном только при обработке высокоадгезионных волокон, налипания которых в пазах избежать невозможно, даже при минимальном давлении и низком уплотнении в процессе обработки.

Для исключения необходимости установки подвижных элементов в пазах при переработке низкоадгезионных волокнистых материалов они могут иметь специальную конфигурацию: увеличивающуюся или постоянную площадь поперечного сечения на цилиндрической горловине 3 бункера. Наиболее простым является выполнение пазов 19 с увеличивающейся площадью поперечного сечения при линейном изменении глубины и ширины, когда их геометрия описывается системой (3), однако это выполнение пазов (фиг.8 и 9) обеспечивает создание максимальной степени разрежения на выходе из них и максимальную величину разности плотности в материале, что позволяет использовать такие пазы 19 только при обработке высокоупругих волокон, способных выравнивать плотность при релаксации.

Несколько меньшую разность плотности создают пазы 19 с увеличивающейся площадью поперечного сечения и линейным изменением глубины или ширины, когда их геометрия описывается системами (I) или (2), но это требует большей точности изготовления и более сложной инструментальной базы. Оптимальным с точки зрения сохранения постоянной плотности материала для обеспечения его равномерной экстракции является выполнение пазов 19 с постоянной площадью поперечного сечения, но их профиль рассчитывается наиболее сложно и требует максимальной точности изготовления при наиболее сложной инструментальной базе, даже при выполнении линейного изменения одного из параметров: глубины или ширины как показано на (фиг.4-7). В любом из этих вариантов минимальную ширину паза 19 В выбирают равной среднему размеру частиц обрабатываемого материала, а оптимальные количества пазов выбирают максимально возможным, исходя из условия
а ≅ L (11) при произвольном выборе остальных параметров с условием выполнения систем (I) и (3).

На выходе из пазов 19 и при поступлении по винтовому каналу конической секции 11 в цилиндрическую горловину 3 бункера материал захватывается витками навивки 14 цилиндрической секции 10 шнека и транспортируется по низкой вертикальной секции 1, в которой при поступлении ниже патрубка 9 он попадает в экстрагент, подаваемый из патрубка 8 по высокой вертикальной 5 и горизонтальной секциям корпуса, в котором материал экстрагируется в противотоке, последовательно перемещаясь шнеками 10, 17 и 18 через низкую вертикальную 1, горизонтальную 4 и высокую вертикальную 5 секции корпуса, где в последней, поднимаясь выше патрубка 8 подачи экстрагента, материал отжимается от экстрагента и выводится из корпуса по патрубку 7, а экстрагент с экстрактивными веществами удаляется из корпуса по патрубку 9 в верхней части низкой вертикальной секции корпуса.

Таким образом предлагаемый экстрактор обладает надежной запиткой и минимальной механодеструкцией волокнистого материала в этой зоне.

Использование: в текстильной промышленности при подготовке к прядению волокон растительного и животного происхождения и в пищевой промышленности при производстве пищевых продуктов из плодоовощного сырья. Сущность изобретения: экстрактор содержит трехсекционный корпус, смонтированные в секциях корпуса приводные шнеки, патрубки подачи и отвода сырья и экстрагента, конический загрузочный бункер, установленный на низкой вертикальной секции корпуса с размещенной в нем конической секцией шнека, соединенной с цилиндрической посредством втулки с винтовой канавкой, совпадающей по профилю с профилем винтовой навивки цилиндрической секции шнека, и двух шлицевых соединений с различным числом шлицев. Экстрактор обладает высокой надежностью запитки и минимальной механодеструкцией волокна в зонах загрузки и запитки. 22 з. п. ф-лы, 23 ил.

1. ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРАКТОР ДЛЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий корпус, состоящий из одной горизонтальной и двух вертикальных секций различной высоты, в которых с возможностью вращения установлены приводные шнеки, загрузочный патрубок, разгрузочный патрубок, расположенный в верхней части высокой вертикальной секции корпуса, по меньшей мере один патрубок подачи экстрагента и патрубок отвода экстрагента, расположенный в верхней части низкой вертикальной секции корпуса ниже разгрузочного патрубка, отличающийся тем, что низкая вертикальная секция корпуса снабжена соосным с ней коническим загрузочным бункером с цилиндрической горловиной, шнек низкой вертикальной секции корпуса выполнен с цилиндрической секцией, размещенной непосредственно в низкой вертикальной секции корпуса, и конической секцией, размещенной в загрузочном бункере, соединенной с цилиндрической секцией посредством втулки с винтовой нарезкой, совпадающей по профилю с профилем навивки цилиндрической секции, и двух шлицевых соединений с различным числом шлицев, загрузочный патрубок соединен с верхней частью бункера в зоне расположения верхнего витка конической секции шнека при ее крайнем нижнем положении, а патрубок отвода экстрагента установлен ниже зоны соединения загрузочного бункера и низкой вертикальной секции корпуса. 2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что в зоне перехода конической части загрузочного бункера в цилиндрическую горловину по внутренней поверхности нарезаны продольные пазы переменной глубины. 3. Экстрактор по п.2, отличающийся тем, что продольные пазы на цилиндрической горловине бункера выполнены с постоянной по длине паза площадью поперечного сечения, глубина каждого паза выбрана уменьшающейся до нулевого значения в направлении низкой вертикальной секции корпуса, а ширина каждого паза - увеличивающейся до соединения его со смежными пазами. 4. Экстрактор по п.3, отличающийся тем, что ширина каждого паза выбрана нелинейно увеличивающейся, а глубина - линейно убывающей для обеспечения постоянства площади поперечного сечения паза на цилиндрической горловине. 5. Экстрактор по п.3, отличающийся тем, что глубина каждого паза выбрана нелинейно уменьшающейся, а ширина - линейно увеличивающейся для обеспечения постоянства площади поперечного сечения паза на цилиндрической горловине. 6. Экстрактор по п.2, отличающийся тем, что продольные пазы на внутренней поверхности загрузочного бункера выполнены с увеличивающейся площадью поперечного сечения каждого паза по направлению к низкой вертикальной секции корпуса до соединения смежных пазов. 7. Экстрактор по п.6, отличающийся тем, что пазы выполнены с линейным изменением одного из параметров - глубины или ширины - при нелинейном изменении другого параметра, при этом их геометрия описывается следующими системами:


где S - текущее значение площади поперечного сечения паза, м²;
l - текущее значение расстояния от плоскости перехода конической части бункера в цилиндрическую горловину, м;
b - текущее значение ширины паза, м;
h - текущее значение глубины паза, м;
L - длина нарезки от плоскости перехода конической части бункера в цилиндрическую горловину до плоскости соединения смежных пазов, м. 8. Экстрактор по п.6, отличающийся тем, что пазы выполнены с линейным изменением глубины и ширины каждого паза, при этом их геометрия описывается следующей системой:

9. Экстрактор по п.2, отличающийся тем, что пазы выполнены с постоянной по длине шириной, а в пазах установлены средства их механической очистки. 10. Экстрактор по п. 9, отличающийся тем, что средства механической очистки пазов выполнены в виде двух приводных шарнирно соединенных рычагов с возвратной пружиной. 11. Экстрактор по п. 9, отличающийся тем, что средства механической очистки пазов выполнены в виде упругой пластины, перемещаемой нажимным рычагом. 12. Экстрактор по п.2, отличающийся тем, что коническая секция шнека низкой вертикальной секции корпуса усечена на расстоянии 0,5 - 0,85 максимальной глубины продольного паза от плоскости перехода конической части загрузочного бункера в цилиндрическую горловину при крайнем нижнем положении конической секции. 13. Экстрактор по пп.1 - 12, отличающийся тем,что витки конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса выполнены с углом наклона α к продольной оси шнека в вертикальной секущей плоскости, удовлетворяющим условию
90^°-β≅α< 90^°,
где β - угол наклона образующей конической стенки бункера к продольной оси шнека, град. 14. Экстрактор по пп. 1 - 13, отличающийся тем, что коническая секция шнека низкой вертикальной секции корпуса выполнена в виде упругого элемента с постоянной по всей длине и сечению жесткостью, закрепленного верхним витком на резьбовой втулке с возможностью равномерного сжатия в аксиальном направлении. 15. Экстрактор по п.14, отличающийся тем, что он снабжен гильзой, установленной в резьбовой втулке с возможностью осевого перемещения и фиксации крайнего нижнего положения, при этом нижний конец упругого элемента закреплен на гильзе. 16. Экстрактор по п.15, отличающийся тем, что крепление упругого элемента на резьбовой втулке и/или на гильзе выполнено шарнирным. 17. Экстрактор по пп.14 - 16, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным упругим элементом, установленным между резьбовой втулкой и нижним концом упругого элемента с возможностью регулировки степени предварительного сжатия. 18. Экстрактор по пп.1 - 17, отличающийся тем, что он снабжен средством для механической очистки конической секции шнека вертикальной секции корпуса, выполненным в виде закрепленных на стенке конической части бункера направляющих с установленной в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения кареткой и размещенного в каретке параллельно нижней поверхности конической секции жесткого стержня, установленного с возможностью аксиального перемещения через выполненный в стенке бункера паз и фиксации его положения относительно каретки. 19. Экстрактор по пп.1 - 18, отличающийся тем, что он снабжен установленным в верхней части загрузочного бункера упругим стержнем, смонтированным с возможностью регулировки перемещения по вертикали и скольжения по верхней поверхности верхнего витка конической секции шнека низкой вертикальной секции корпуса. 20. Экстрактор по п.19, отличающийся тем, что упругий стержень установлен с возможностью регулировки осевого перемещения. 21. Экстрактор по пп.19, 20, отличающийся тем, что упругий стержень установлен с возможностью регулировки угла наклона относительно стенки бункера. 22. Экстрактор по пп.19 - 21, отличающийся тем, что второй конец упругого стержня закреплен на торце бункера с возможностью регулировки окружного перемещения относительно оси низкой вертикальной секции корпуса. 23. Экстрактор по п. 22, отличающийся тем, что второй конец упругого стержня закреплен с возможностью регулировки угла наклона.