Выбор Дозирующего Шнека и Расчет Крутящего Момента

Как выбрать подходящий шнек для требуемой производительности при выборе дозирующего шнека?

 

Сердцем дозирующих машин и перегрузочных станций является шнек (промышленный шнековый конвейер), который физически перемещает тонны сырья из силоса в бункер или весовую платформу, приводя систему в действие. Независимо от того, насколько совершенна ваша система автоматизации на базе ПЛК Siemens или самая точная в мире система тензодатчиков, если геометрия шнека, обеспечивающего физическую передачу, несовместима с физико-химическими свойствами материала, предприятие никогда не сможет работать на своей проектной мощности без проблем.

 

Неправильный выбор шнека или шага может привести к измельчению и разрушению твердых материалов, таких как гранулы пластика, из-за застревания между шнеками, к перегреву (обжариванию) чувствительных продуктов, таких как кофе или мука, из-за высокого трения, к недостижению желаемой производительности или к выходу из строя трехфазных электроприводов (инверторов) в электрощитке из-за превышения допустимых токовых значений вследствие чрезмерного крутящего момента (сопротивления), вызванного застреванием. От крупных государственных зернохранилищ, таких как TMO, до чувствительных биохимических заводов, производящих микронизированные продукты, выбор шнека, полностью соответствующий стандартам механического обслуживания и ремонта и основанный на правильных математических расчетах, имеет важное значение в любой области.

 

Соотношение шага и диаметра винта, а также расчет его несущей способности.

 

 

Существует три неразделимых фундаментальных инженерных элемента, определяющих теоретическую производительность и механическую эффективность стального шнекового конвейера: диаметр наружного вала шнека (его ширина), шаг шнека (расстояние между двумя соседними стальными листами) и частота вращения (об/мин) приводного двигателя, к которому он подключен. Хотя диаметр и шаг шнека пропорционально увеличиваются для применений, требующих большой грузоподъемности и производительности, для микродозирования, где требуется точность цвета или добавления на уровне миллиграммов, предпочтительны микрошнеки с очень малым диаметром, малым шагом и двигателем, вращающимся с очень низкой скоростью.

 

Опасность превышения скорости

 

Распространенная ошибка при промышленной установке — это опасное чрезмерное увеличение скорости вращения двигателя (об/мин) с помощью инвертора в надежде получить высокую производительность от шнека малого диаметра с узким шагом. Это создает чрезмерное трение наряду с центробежной силой, быстро изнашивая подшипники двигателя и, если материал является пищевым или пластиковым, вызывая его нагрев, плавление и сгорание внутри шнекового конвейера, что в конечном итоге приводит к заклиниванию и засорению всей системы.

 

Промышленный шнековый (винтовой) тип	Особенности механической конструкции	Основные области применения и сырье в промышленности
Стандартные винтовые конвейеры с цельным валом	Металлические спиральные лопасти полностью и досконально приварены от конца до конца к толстому, цельному центральному стальному валу.	Сыпучие, нелипкие, сухие гранулированные и зернистые продукты (например, гранулированный пластик, зерно, песок, сушеные бобы).
Пружина / Спираль (гибкая / без вала) Бесцентровая спираль	В нем отсутствует центральный металлический вал; он выполнен в виде толстой пружины, обеспечивающей гибкое вращение за счет контакта с внешней трубкой.	Волокнистые отходы, представляющие опасность запутывания в валу шнека, очень влажная, чрезмерно липкая пастообразная пыль и изогнутые конвейерные линии.
Двухвинтовой (взаимозацепляющийся)	Две параллельные винтовые системы, вращающиеся в противоположных или одинаковых направлениях и полностью сцепляющиеся друг с другом, подобно шестерням.	Порошкообразные продукты, обладающие практически нулевой текучестью, при сжатии затвердевают, приобретая консистенцию, подобную бетону, и являются чрезвычайно стойкими и трудноудаляемыми, вызывая образование засоров и закупорку (например, диоксид титана).

 

Расчет крутящего момента и механической мощности для трехфазных асинхронных двигателей (требуемая мощность в кВт)

 

 

По мере увеличения насыпной плотности и коэффициента трения материала (например, при транспортировке цемента или тяжелого железного порошка вместо пыли в воздухе) крутящий момент трехфазного асинхронного двигателя, необходимый для вращения шнека внутри трубы, возрастает экспоненциально. В таких сложных условиях необходимо тщательно рассчитать передаточные числа редуктора, передающего мощность от двигателя к шнеку, чтобы максимизировать крутящий момент, а затем при проектировании промышленной панели управления двигателем (MCC) необходимо правильно настроить предельные значения тока драйверов двигателя (инверторов) и значения термореле для защиты двигателя.

 

В противном случае, сильный удар и волновое напряжение, создаваемые плотным материалом на винте, могут привести к перегоранию двигателя, а возникающая ударная волна может ударить по корпусу, вызывая физическое изгибание чувствительных датчиков нагрузки на весах и приводя к необратимому выходу из строя.

 

Выбор конструкции спального места для лодки: трубчатая или U-образная.

 

Внешняя система корпуса, в которой заключен вращающийся шнек и который работает, а также транспортирует материал, может представлять собой закрытую стальную трубчатую конструкцию или горизонтальный желоб U-образной формы с верхней крышкой. В постоянно меняющихся линиях покраски пластмасс или на предприятиях пищевой промышленности, где распространены аллергены, очистка трубчатых шнековых конвейеров крайне затруднительна, поэтому гораздо практичнее широкие открытые U-образные конструкции с откидными крышками, обеспечивающими легкий доступ и очистку сжатым воздухом и водой.

 

Характеристики текучести сырья	Рекомендуемая конструкция винтов и тип крепежных элементов.	Рекомендуемая максимальная скорость вращения винта (об/мин)
Очень хорошо (например, пластиковые гранулы, сухая пшеница, кварцевый песок)	Стандартная цельная (с валом) спираль, установленная по центру.	Высокая скорость передачи данных чрезвычайно удобна и безопасна (макс. 150 об/мин).
Очень слабые и труднорастворимые (например, сахарная пудра, гашеная известь, мука).	Бесцентровая стальная пружина, винтовая или двухвинтовая	Для предотвращения остановки двигателя и засорения пылью требуется низкая частота вращения с низким крутящим моментом (макс. 30-50 об/мин).
Жидкие/полужидкие вязкие пасты	Металлический шестеренчатый насос или насос с винтовой лопастью, изготовленный по индивидуальному заказу.	Регулирование скорости с помощью ПЛК, основанное исключительно на мгновенных измерениях вязкости материала.

 

Часто задаваемые вопросы

 

Как в машиностроении рассчитывается производительность дозирующего шнека (кг/час) по формуле?

Теоретически производительность шнека рассчитывается точно по формуле: Производительность шнека = (Площадь рабочей поверхности шнека) × (Шаг шнека) × (Обороты двигателя в минуту - об/мин) × (Плотность материала), при этом коэффициент, представляющий процент материала, который может заполнить шнек (коэффициент заполнения), также учитывается при расчете допуска.

 

В каких конкретных технических сценариях необходим винт без вала/пружинного типа?

В очистных сооружениях для сточных вод используются толстостенные гибкие стальные пружинные винты, часто без центрального опорного вала, которые физически предотвращают наматывание очень липких материалов, таких как влажный осадок, или длинных волокнистых материалов, таких как текстильные отходы, на вал средней толщины и последующее полное засорение трубы.

 

Каким должен быть зазор (допуск) в миллиметрах между наружным корпусом (стальной трубой) винтового шнека и вращающейся пластиной шнека?

Если транспортируемый материал представляет собой крупные гранулы или зерна, зазор должен быть либо значительно уже диаметра наибольшей гранулы (чтобы предотвратить ее попадание внутрь), либо значительно шире (чтобы обеспечить свободное вращение без заклинивания). В противном случае материал застрянет и измельчится, что приведет к блокировке двигателя. Если это мелкий, летучий порошок, зазор должен быть сведен к минимуму, до нескольких миллиметров, чтобы предотвратить трение и гарантировать, что материал не будет высыпаться обратно.

 

Всегда ли работа двигателя на высоких оборотах для быстрого увеличения производительности повреждает структуру материала?

Да, это существенный риск. Особенно в пищевой промышленности, где обжариваются деликатные кофейные зерна, или в химической промышленности, где используются микрокапсулированные специальные пластиковые гранулы, излишне высокие обороты могут создавать серьезную центробежную силу, вызывая столкновение материала со стенкой и его растрескивание (крошение) или, из-за повышенного механического трения, перегрев и плавление, что приводит к прилипанию материала.

 

Как удалить и очистить остатки старой или окрашенной краски внутри длинной трубы во время чистки?

В современном, передовом дозирующем оборудовании (например, в конфигурациях Easy-Clean) задний двигатель и блок редуктора оттягиваются назад по специальным направляющим, что позволяет полностью извлечь длинный винт из корпуса за считанные секунды. Это освещает внутреннюю часть корпуса, облегчая его тщательную очистку сжатым воздухом или водой под высоким давлением (CIP).

 

Действительно ли это абсолютно необходимо, или в дозирующих машинах следует отдавать предпочтение дорогим винтовым конвейерам из нержавеющей стали?

Если производственная линия работает с пищевыми продуктами, представляющими опасность для здоровья человека, фармацевтическими препаратами или агрессивными химическими кислотами, вызывающими коррозию, то, безусловно, да. Однако для тяжелых промышленных применений, таких как уголь, бурый уголь или строительный цемент, использование закаленной стандартной углеродистой стали ST37 или ST52 гораздо более надежно и экономично, поскольку она устойчива к изгибу и разрушению.

 

Для быстрого устранения неполадок с тензодатчиками, которые могут возникать в шнековых конвейерах и весовых механизмах, вы можете обратиться к нашему руководству по устранению неполадок «Неисправности тензодатчиков и способы их устранения в дозирующих устройствах» .

 

Для заказа индивидуальных систем дозирования порошковых материалов для вашего предприятия и получения всей необходимой технической информации, пожалуйста, ознакомьтесь с нашим продуктом «Системы дозирования» .