Тангенциальные смесители

Принципиальным узлом, определяющим тип резиносмесителя, его производительность, и технологические процессы цикла смешения, являются ротора резиносмесителя. Именно их конструктивное отличие и проводит грань между смесителями тангенциального типа, и смесителями мероторного действия. Поэтому представляется логичным при обзорном рассмотрении резиносмесителя того, или иного типа, начать это рассмотрение с конструктивных особенностей роторов. 

Ротора тангенциального смесителя.

Конструкция роторов достаточно долго вынуждала технологов искать компромисс между такими характеристиками, как вмешиваемость ингредиентов (диспергирование) и распределение смеси в цикле смешения. Эти два параметра находятся в конфликте в тангенциальном смесителе, что определяется самим принципом тангенциального смешения, при котором напряжение сдвига, являющееся необходимым условием диспергирования материалов, испытывает довольно малая часть ингредиентов, находящихся в камере. А именно, только та часть, которая находится у кромки лопасти ротора в момент достижения рабочего зазора со стенкой полукамеры. Но максимальная ширина лопасти на самых больших смесителях не превышает 3х – 4х сантиметров. Это вынуждало технологов искать компромисс, и  выбирать угол расположения лопастей обоих роторов, решая увеличивать ли дисперсию, снижая распределение материала, или наоборот, увеличить распределение за счет снижения дисперсии.

Вместе с тем, учитывая, что в классическом исполнении охлаждение роторов является тонельным в центре ротора, а напряжение сдвига возникает только на самой кромке лопасти, т.е. в максимально удаленной от канала охлаждения зоне, возможности по увеличению дисперсии были ограничены температурными показателями смеси, ввиду низкого коэффициента теплоотвода.

Тут же следует добавить, что отвод тепла также является показателем негативным, но уже с точки зрения экономики. Отводимое из смеси тепло является ни чем иным, как энергией, которая была введена в смесь. Формула расчета КПД подведенной энергии приводится ниже.

Все вышеперечисленное потребовало совершенствования конструкции роторов. Вначале изменение конструкции шло по пути увеличения количество лопастей с 2-х до 6-ти, что позволяло увеличивать дисперсию и распределение ингредиентов.

Следующим этапом развития стало изменение формы лопастей.

Однако теплоотвод долгое время оставался болезненной частью технологического цикла смешения, пока в резинотехнику не пришли смесители межроторного действия, о которых будет рассказано ниже. С появлением этих смесителей появилась и принципиально новая система охлаждения ротора, когда на смену сверлению в центре вала пришло серпантинное охлаждение всего ротора, включая петли каналов охлаждения в теле гребней роторов смесителей межроторного действия, а позже и в теле лопастей роторов тангециальных смесителей.

Следующим фактом, появлиявшим на улучшение характеристик роторов стало особо твердое покрытие их рабочих поверхностей. Такое покрытие обеспечило целый ряд улучшений. В первую очередь, конечно, это повышение срока эксплуатации ротора до момента его износа. Но не менее важным стал и тот факт, что это покрытие обеспечило возможность значительно приблизить к рабочей поверхности каналы серпантинного охлаждения. А это, в свою очередь, еще более увеличило теплоотвод через ротор.

 

Все эти конструктивные решения позволили открыть новую страницу истории тангенциальных смесителей, но ротора были не единственным узлом, подвергшимся модернизации.

Камера и опорная станина.

Стенки камеры современного тангенциального смесителя, так же, как и ротора, покрыты особо твердым металлом. Твердость покрытия стенок полукамер, роторов, рабочей поверхности разгрузочного люка, и рабочей поверхности плавающего груза варьирует  у первоклассных производителей данного оборудования от 30 до 80 единиц по Роквелу. Покрытие позволило сделать большее количество сверлений по окружности полукамеры, и как в случае с роторами, приблизить эти сверления к рабочей поверхности.

 

Плавающий груз и разгрузочный люк.

Эти узлы прошли тот же путь улучшения, что и стенки камеры, и все сказанное о камере вполне справедливо для этих узлов.

 

Однако, серьезными были изменения в системе управления ими. Классическая система управления воздухом имела свои преимущества, и свои недостатки. Основным недостатком являлось постоянно меняющееся давление в заводской магистрали сжатого воздуха. Как следствие менялось давление верхнего пресса, из-за чего варьировало давление в камере во время цикла смешения. А это, в свою очередь, неизбежно влекло за собой неоднородность смеси от выгрузки к выгрузке.

Новые смесители конструктивно устроены по другому. Система управления поршнем, и разгрузочным люком стала гидравлической. А сам смеситель был оснащен собственной гидростанцией.

С учетом всего вышесказанного, можно утверждать, что конструкторская мысль довела тангенциальный смеситель до идеального соответствия современным требованиям, насколько позволяет сам принцип этого типа смешения. Но существует объективное обстоятельство, определяющее ограниченность возможностей тангенциального смесителя при использовании такого наполнителя, как белая сажа (силика).

Проблема сводится к тому, что силика, являясь очень сильным абразивом и коррозионным агентом одновременно, оказывает сильнейшее изнашивающее воздействие на рабочие поверхности камеры, кромки лопастей роторов, и остальные рабочие поверхности. И если износ лопастей роторов более или менее компенсируем, то износ стенок камеры приводит сначала к увеличению объема камеры, и требует увеличение объема загрузки, но в последствии выводит смеситель из строя. Стенки полукамер подлежат качественному восстановлнию только у одного производителя резиносмесителей, и их износ означает необходимость замены смесителя. Это обстоятельство и оказалось наиболее уязвимой частью тангенциального смесителя, у которого напряжение сдвига возникает в точке возникновения рабочего зазора между кромкой лопасти и стенкой камеры. Именно в этом месте силика и оказала настолько сильное воздействие на камеру тангенциального смесителя, что производство высоко силиконаполненных компаундов (25% и выше) сократило срок службы тангенциального смесителя лучших мировых производителей до 5 лет.

И резиноделательные производства стали нуждаться в принципиально ином оборудовании для решения этой проблемы – смесителях межроторного действия.