Екструдер: що це таке, навіщо він призначений

Моделей екструдерів, тобто машин, призначених для переробки полімерів у розплав, безліч. Вони різняться за характеристиками та видом сировини, що переробляється. Серед маси варіантів їх використання найбільш популярне отримання за допомогою поліетиленових або поліпропіленових плівок, з яких виробляють гнучку упаковку. На отримані матеріали можна наносити друк та зварювати пакети. А також своє застосування вони знайшли у харчовій промисловості для виготовлення макаронних виробів.

Загальна інформація

Екструдер – це машина , яка перетворює сировину у вигляді дрібних частинок на розплав певної форми. Як такі частинки можуть використовуватися гранули, порошок, різноманітні пасти або брухт.

Процес полягає в проходженні сировини через спеціальний інструмент (екструзійну головку, фільєрну пластину). Форму готового продукту задає пристрій для калібрування з певним перетином. Вона залежатиме від виду отвору у формувальному пристрої. Якщо це щілина, на виході вийде листовий матеріал, якщо кільце, виріб матиме форму труби.

Процес, що відбувається з використанням цього обладнання, називається екструзією. Залежно від конструкції машини її ділять кілька видів:

• холодне синє формування, у якому матеріал виявляється лише механічне вплив;
• тепла екструзія, що полягає в механічних перетвореннях, що супроводжуються тепловою обробкою;
• гаряче формування – швидкісний процес, що передбачає використання високих температур і тиску.

Області застосування

Технологія виготовлення виробів шляхом застосування екструзії знайшла своє застосування в областях, що описуються далі.

• Хімічна промисловість. Ця область передбачає виготовлення полімерних виробів (гумових, пластмасових і так далі), а також одержання феритів. При цьому хімічний склад сировини залишається незмінним, екструдер призначений в першу чергу для отримання необхідної форми кінцевого виробу. Тому установки такого обладнання відносно прості.
• Харчова промисловість. При виробництві продуктів харчування також можна використовувати екструзія. Зазвичай, вона є складнішим процесом, ніж у попередньому прикладі. Налаштування обладнання передбачають тонку зміну показників температури, швидкості, тиску, що призводить до змін характеристик і властивостей початкової сировини, наприклад, денатурації білка, розщеплення вуглеводів або желатинізації крохмалю.

Класифікація обладнання

Світло побачило перший екструдер ще в XIX столітті, а вже до XX було створено безліч модифікацій цього обладнання . Сучасні екструдери мають кілька класифікацій. За типом транспортуючого пристрою вони поділяються на такі види:

• одношнекові;
• двошнекові;
• багатошнекові;
• дискові;
• поршневі;
• комбіновані.

За розташуванням шнеків:

За частотою обертання:

У напрямку обертання:

Принцип роботи

Спеціальний завантажувач поміщає сировину у бункер машини. Ця робота може виконуватися також вручну. При цьому гранули засипаються у завантажувальну лійку. З бункера вони проштовхуються в зону шнека, а звідти – у циліндр пластифікації . На шляху просування сировина перемішується для однорідності майбутнього розплаву, а також знаходиться під впливом високих температур і тиском елементів екструдера. На виході шляхом плавлення виходить в’язка прозора маса, збільшена обсягом рахунок розтягування.

Якщо екструдер дисковий, то як транспортуючий пристрій використовують два диски, один з яких знаходиться в нерухомому стані, а інший обертається безперервно. Сировина, що потрапляє в отвір статичного диска, перемішується та гомогенізується. Обладнання, оснащене таким пристроєм, чудово підійде виготовлення однорідних сумішей.

Поршневий екструдер характеризується низькою продуктивністю, тому його застосування обмежене переважно виготовленням труб. Принцип роботи полягає у видавлюванні матеріалу поршнем, що надає готовому виробу необхідної форми.

Для всіх цих цілей буває недостатньо одного екструдера. Щоб налагодити масове виробництво та отримати якісний продукт, доводиться використовувати додаткові машини чи пристрої. Всі разом вони утворюватимуть екструзійну лінію.

Таким чином, можна отримати не тільки розплав, але й одразу перетворити його в готовий виріб, наприклад, пакувальну плівку, пластикові труби або полівінілхлоридний профіль.

Пристрій екструдера

Пристрій такого обладнання найзручніше пояснити на прикладі найпростішого з типів цієї машини – одношнекового екструдера, також званого одночерв’яним або одногвинтовим. Він оснащений одним шнеком, і машина має одну зварену раму, в яку вбудований вертикальний редуктор із завзятим підшипником.

Через спеціальну муфту до редуктора приєднується електричний двигун. Таким чином, він знаходиться під вузлом пластифікації . Нагрів відбувається за допомогою електричної шафи, яка автоматично регулює температуру. Корозійна стійкість забезпечується шляхом насичення елементів екструдера парами азоту. Завдяки цьому вони не виходять із ладу і є досить довговічними.

Крім перерахованих вище, до рами приєднані прилади, що дозволяють здійснювати контроль за ходом виробництва. Вони керуються пультом оператора. Завдяки компактним розмірам пристрою шнек можна вставляти прямо у вихідний вал редуктора.

Процес дегазації

Важливим етапом виробництва є дегазація. Сировина, що переробляється екструдером, не завжди є ідеальною, вона містить домішки, зайву вологу та повітря. Щоб якість матеріалу не знижувалась через недосконалість гранул, в машині здійснюється процес дегазації. Він полягає у випарюванні води , залишкового розчинника та мономерів із сировини під впливом високих температур або штучно створеного вакууму. Здійснюється процес або шнеком, якщо в устаткуванні передбачено лише один гвинт, або спеціальною камерою, якщо розглядається екструдер.

Роль шнека

Шнек має кілька функцій, залежно від яких циліндр можна умовно поділити на кілька важливих зон:

• в зоні живлення вихідна сировина ущільнюється за рахунок влучення в шнекову область, але все ще залишається твердою;
• в зоні пластифікації гранули плавляться, змішуються і спресовуються під тиском, щоб далі просуватися гвинтом;
• в зоні дозування матеріал, що складається з суміші гранул, що плавляться з твердими, перемішується до однорідності і надходить до формуючого інструменту.

Всі процеси відбуваються при нагріванні, температура якого може відрізнятися від зони до зони. Якість одержуваного матеріалу залежатиме від умов та повноти проходження сировиною перерахованих етапів.

Переваги одношнекового та двошнекового екструдерів

Головна характеристика машини – кількість та вид шнеків. Найпоширенішим типом є одношнековий екструдер. Він простий у обслуговуванні в порівнянні з іншими видами цієї машини. Для його роботи необхідний лише один оператор, оскільки всі важливі керівні органи локалізовані в одному місці. Але якщо машина входить до складу великої екструзійної лінії, може знадобитися підсобний робітник. Кінцева кількість операторів та робітників визначається технологією та цілями виробництва.

Ще одним важливим достоїнством одношнекового екструдера є легкість транспортування. Його можна перевезти з одного виробництва на інше або перевстановити у новому місці.

Але іноді такий екструдер не дозволяє отримати необхідну якість плавлення готового продукту, і у виробництві застосовують двошнекову машину. Вона дозволяє краще транспортувати сировину, що підходить для гігроскопічних гранул. Найчастіше обладнання з двома гвинтами має функцію самоочищення, що також зручно для експлуатації.

Задачи оператора

Сучасні машини оснащені всіма датчиками регулювання оптимальних умов отримання якісної плівки. Однак завдання оператора полягає в тому, щоб правильно налаштувати всі параметри та підтримувати їх протягом усього процесу. Конкретні умови роботи залежить від виду вироблених матеріалів, але є кілька критеріїв, є найважливішими. Вони і будуть описані далі.

Контроль температури

Оператор повинен контролювати процес перетворення гранул на готовий розплав. Для цього зокрема здійснюється спостереження за роботою теплової автоматики. Система повинна забезпечувати підтримку необхідної температури як у кожній із робочих зон екструдера, так і в його елементах, найважливішими з яких є головка та фільєри. На кожну ділянку припадає свій прилад, що дозволяє більш тонко налаштувати роботу машини та отримати найбільш якісний за однорідністю, формою та іншими характеристиками матеріал. Але для найкращого результату необхідний досвід та відповідальність оператора, який зможе відстежити показання приладів та налаштувати їх.

Регулювання обертання шнека

Шнек є важливим елементом роботи екструдера. Особливо важливу роль він відіграє при вході машини до складу екструзійної лінії, призначеної для випуску труб або гнучкої упаковки. Бар’єрні шнеки збільшують продуктивність і дозволяють досягти високої якості кінцевого продукту. Їхня дія полягає у відділенні вихідної сировини від готового розплаву.

Це здійснюється шляхом поділу шнека на дві області за допомогою вбудованого додаткового витка. На початку лінії проходження гранул більше відділення відводиться під них, ближче до кінця канал, що містить розплавлений полімер , збільшується в об’ємі, в той час як під недорасплавленний матеріал відводиться менше місця. Таким чином, ці дві фракції не перетинаються одна з одною, а лише плавно перетікають одна в одну.

Залежно від технології виробництва шнеки можуть мати різний діаметр та частоту обертання. Оператор контролює останній параметр завдяки роботі частотних перетворювачів. Чим вища частота обертання, тим більша продуктивність екструдера. Однак цей параметр потрібно акуратно регулювати, щоб не знизити якість продукту, що випускається. У досконалих приладах перетворювачі дозволяють швидко переходити від низьких швидкостей до високих і навпаки без проміжних етапів.

Зміна діаметра та форми

Однорідний розплав, що є основою майбутнього продукту, проходить через особливі отвори. Вони надають йому потрібної форми, наприклад, кільця. Оператор повинен встановити значення необхідного діаметра цього кільця, завдяки чому розплав набуде форми труби заданих розмірів. Ця форма може змінюватись під впливом стисненого повітря. Так, можна роздмухати розплав ще більше, а можна направити його в зазор між валками елеватора, що призведе до сплющування матеріалу та його осідання на дні машини у вигляді рукава.

Отриманий матеріал можна розрізати з одного або обох боків за допомогою фальцувальників. Із застосуванням спеціальних ножів можна розрізати отриманий виріб після проходження ним сушіння на невеликі відрізки.

Переваги

Екструдер має високий рівень продуктивності у поєднанні з невеликими експлуатаційними витратами. Для повноцінного функціонування такого обладнання не потрібна велика кількість обслуговуючого персоналу та глибокі знання хімічних процесів. Його легко встановити та запустити в роботу. При коректному використанні машина не потребує регулярного ремонту. Можливість регулювання різних параметрів екструдера дозволяє отримувати якісні матеріали різної товщини та ширини, необхідної виробнику.

Хто і на підставі чого має складати Інструкцію з безпечної експлуатації обладнання

У Державному нормативному акті про охорону праці «Правила охорони праці для об’єктів роздрібної торгівлі», 1999 р., ДНАОП 7.1.00-1.01-96 в розділі 11. Вимоги охорони праці до торгово-технологічного обладнання, в загальних вимогах у п. 11.1.2 мовиться:
«На кожному об’єкті мають бути інструкції щодо безпечної експлуатації обладнання, розроблені і затверджені власником (керівником) і узгодженні з профспілковим комітетом».
Отже, прошу пояснити, на підставі якого документа складається ця інструкція, якого має бути формату і хто на підприємстві зобов’язаний її складати: інженер з експлуатації обладнання, технолог виконання робіт на цьому обладнанні чи інженер з охорони праці?

У системі конструкторської документації під інструкцією розуміють текстовий конструкторський документ, який містить вказівки і правила щодо виготовляння виробу (складання, регулювання, контролювання, приймання тощо; ДСТУ 3321:2003 «Система конструкторської документації. Терміни та визначення основних понять»).

Інструкція з експлуатації відноситься до експлуатаційної документації та не належить до нормативних документів з охорони праці.

Як правило, за організацію експлуатаційної документації відповідає технічний керівник підприємства (наприклад, головний інженер). До розроблення інструкцій з експлуатації мають залучатися фахівці підприємства, які беруть участь в організації експлуатації засобів виробництва:
• головний технолог,
• головний енергетик,
• головний механік,
• головний метролог тощо.

До розроблення інструкцій з експлуатації може залучатися й керівник служби охорони праці.

Через те що експлуатація будь-якого технічного виробу передбачає чотири оперативних стани (робота, резерв, ремонт, консервація), інструкція з експлуатації повинна містити відповідні правила поводження з виробом, що направлені на підтримання його працездатності.

Існують Типові інструкції з експлуатації, як-от:
• СОУ 31.4-21677681-21:2010 «Стаціонарні свинцево-кислотні акумуляторні батареї. Типова інструкція з експлуатації»;
• СОУ-Н ЕЕ 20.502:2007 «Повітряні лінії елект ропередавання напругою 35 кВ і вище. Інструкція з експлуатації»;
• ГКД 34.20.504-94 «Теплові мережі. Інструкція з експлуатації».

Зразок інструкції

Інструкція з безпечної експлуатації обладнання

Об’єкти енергогосподарства

Інструкція з експлуатації — документ, у якому викладено відомості, необхідні для правильної експлуатації (використання, транспортування, зберігання і технічного обслуговування) виробу (установки) та підтримання його (її) в постійній готовності до дії (розділ 3 Правил технічної експлуатації теплових установок і мереж, затверджених наказом Міністерства палива та енергетики України від 14 лютого 2007 р. № 71; далі— Правила № 71).
Вимоги до структури Інструкцій з експлуатації визначають нормативні документи. Наприклад, відповідно до підп. 5.5.5 Правил № 71 для об’єктів енергогосподарства «в експлуатаційних (виробничих) інструкціях має бути наведено»:
— стислий технічний опис устатковання;
— режимні карти межі безпечного стану, нормального та післяаварійного режимів роботи;
— послідовність операцій щодо підготовки до пуску, порядок пуску і зупину устатковання;
— порядок експлуатації устатковання під час нормальної роботи і в разі порушень у роботі;
— порядок допуску до огляду, ремонту і випробування;
— заходи з охорони праці, вибухо- та пожежобезпеки.
За особливих умов можуть розроблятися додаткові інструкції з технічного обслуговування, а також прав, обов’язків, взаємовідносин персоналу.
Інструкції складаються відповідно до вимог цих Правил на основі заводських інструкцій і проектних рішень, НД, досвіду експлуатації і результатів випробувань устатковання, а також з урахуванням місцевих умов».

Машини

Відповідно до пунктів 54–56 Додатка 1 «Загальні основні вимоги щодо безпеки та охорони здоров’я, які повинні бути виконані під час розроблення та вироблення машин» до Технічного регламенту безпеки машин, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 30 січня 2013 р. № 62, маємо такі вимоги до інструкції з експлуатації машини:
1. До кожної машини повинні надаватись інструкції, викладені українською мовою. Інструкції, що супроводжують машини, мають бути оригіналами інструкцій або перекладами оригіналівінструкцій. При цьому переклад повинен супроводжуватися оригіналом інструкції. Як виняток, інструкції з технічного обслуговування, призначені для спеціалізованого персоналу, залученого виробником або його уповноваженим представником, можуть складатися тільки однією з мов, зрозумілою для спеціалізованого персоналу.
2. Інструкції, що супроводжують машини, повинні розроблятися відповідно до таких принципів:
— інструкції з експлуатації мають бути розроблені українською мовою. Слова «оригінал інструкції» повинні зазначатися тільки в мовній версії, яка завірена виробником або його уповноваженим представником;
— якщо не існує оригіналу інструкції, складеної українською мовою, її переклад українською мовою має надати виробник або його уповноважений представник, або постачальник машини в Україну. Переклад інструкції має бути з написом «Переклад інструкції з оригіналу»;
— зміст інструкції повинен охоплювати не лише призначене застосування машини, а й враховувати будь-яке обґрунтовано передбачуване застосування машин не за призначенням;
— якщо передбачено, що машина може використовуватися непрофесійними операторами, формулювання і викладення інструкції з експлуатації має враховувати рівень загальної освіти і практичного досвіду, який можна обґрунтовано припускати стосовно таких користувачів.

3. Інструкція, що супроводжує машину, повинна містити за потреби принаймні таку інформацію:
— повне найменування і місцезнаходження виробника або його уповноваженого представника;
— позначення серії або типу машини таке ж саме, як і нанесене відповідно до п. 53 цих вимог на самій машині, крім серійного номера;
— декларацію про відповідність або документ, в якому викладено її зміст, із зазначенням характеристик машини; наявність серійного номера машини і підпису в цій декларації необов’язкова;
— загальний опис машини;
— креслення, схеми, описи і пояснення, необхідні для експлуатації, обслуговування та ремонту машини і для перевіряння правильності її функціонування;
— опис робочого (робочих) місця (місць) оператора;
— опис застосування машини за призначенням;
— попередження щодо неприпустимих видів використання машини, що, як свідчить досвід, можуть мати місце;
— правила складання, встановлення та приєднання, в тому числі креслення, схеми та засоби приєднання і опис шасі або устаткування, на яких машина повинна монтуватися;
— вказівки щодо встановлення та складання для зменшення шуму або вібрації;
— порядок введення в експлуатацію та порядок експлуатації машини і, якщо це необхідно, настанову щодо навчання операторів;
— опис залишкових ризиків, які існують, незважаючи на заходи щодо забезпечення безпеки, передбачені під час проектування, а також захисні та додаткові запобіжні заходи;
— опис заходів безпеки, які повинні бути вжиті користувачем, у тому числі необхідність застосування засобів індивідуального захисту;
— основні характеристики інструментів, які можуть бути встановлені на машині;
— умови, за яких машина зберігає стійкість під час експлуатації, транспортування, збирання, демонтування в разі виведення з експлуатації, під час випробувань та передбачуваних відмов;
— правила убезпечення операцій транспортування, маніпулювання та зберігання, які повинні враховувати масу машини та її частин, що зазвичай транспортуються окремо;
— опис дій, які слід виконувати у разі настання нещасних випадків або аварії;
— опис дій, які треба застосувати для безпечного розблокування машини в разі, коли спрацював блокувальний пристрій;
— опис операцій регулювання та технічного обслуговування, які слід виконувати користувачеві, та заходи профілактичного технічного обслуговування, котрих необхідно дотримуватися;
— правила безпечного регулювання і обслуговування, зокрема запобіжні заходи, яких слід вживати під час виконання цих операцій;
— специфікації запасних частин, які застосовуються, якщо вони мають вплив на здоров’я та безпеку операторів;
— у разі коли машина може бути джерелом неіонізуючого випромінювання, яке може завдати шкоди людям, зокрема з імплантованими активними або неактивними медичними приладами, інформацію про випромінювання, яке діє на оператора та інших людей у зоні впливу…»

Переконайтеся, що ви передплатили журнал і вся необхідна інформація є під рукою!