雙螺桿擠出機加料裝置的設計.doc

-1-1雙螺桿擠出機設計概述1.1雙螺桿擠出機概述隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，對高分子材料成型和混合工藝提出了越來越多和越來越高的要求，單螺桿擠出機在某些方面就不能滿足這些要求。例如：用單螺桿擠出機進行填充改性和加玻璃纖維增強改性等，混合分散效果就不理想。另外，單螺桿擠出機尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應聚合物加工中混合工藝的要求，特別是硬聚氯乙烯粉料的加工，雙螺桿擠出機自20世紀30年代后期在意大利開發(fā)出來以后，經(jīng)過半個多世紀的不斷改進和完善，得到了很大的發(fā)展。在國外，目前雙螺桿擠出機已廣泛應用于聚合物加工領域，已占全部擠出機總數(shù)的40。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機加工成型的。作為連續(xù)混合機，雙螺桿擠出機已廣泛用來進行聚合物共混、填充和增強改性，也有用來進行反應擠出。近20年來，高分子材料共混和反應擠出技術(shù)的發(fā)展進一步促進了雙螺桿擠出機數(shù)量和類型的增加。1.1.1雙螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)與分類雙螺桿擠出機由傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個部分組成，各部件的作用與單螺桿擠出機相似。與單螺桿擠出機區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機中有兩根平行的螺桿置于同一的料筒中。雙螺桿擠出機有許多種不同的形式，主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機復雜得多，這是因為雙螺桿擠出機的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向，嚙合程度等問題。目前，雙螺桿有許多種類型，其主要可以分為：.從螺桿軸線是否平行可分為平行式和錐形式雙螺桿；前者兩根螺桿的軸線互相平行，后者兩螺桿的軸線相交成一角度。平行雙螺桿擠出機相比較于錐形雙螺桿擠出機的優(yōu)點是：平行雙螺桿擠出機具有壓延長度較大，壓延有強烈的塑化與均化能力的效果，而且螺桿平均直徑小，轉(zhuǎn)速較低，因此，平均剪切速率也較低，壓延頻率高，有效停留時間并不低于錐形螺桿。.從兩根螺桿的相對位置又可以分為嚙合型和非嚙合型，嚙合型又可以分為部分嚙合型和全嚙合型。非嚙合型的一根螺桿的螺棱不伸到另一根螺桿的螺槽中去，而非嚙合型則是兩根螺桿的軸線分開的距離小于兩根螺桿外半徑之和，即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中去。根據(jù)嚙合程度（即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中的深淺程度），嚙合型又可以分為部分嚙合和全嚙合型。.從螺桿旋轉(zhuǎn)方向的不同，可以分為同向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)。顧名思義，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的兩根螺桿的-2-旋轉(zhuǎn)方向相同，異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機的兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向相反。它可以是向內(nèi)旋轉(zhuǎn)或向外旋轉(zhuǎn)。1.1.2雙螺桿擠出機的工作原理雙螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)盡管與單螺桿擠出機很相似，但工作原理差異卻很大。在雙螺桿擠出機中，物料由加料裝置（一般為定量加料）加入，經(jīng)螺桿作用到達機頭口模。在這一過程中，物料的運動情況因螺桿的嚙合方式、旋轉(zhuǎn)方向不同而不同。、非嚙合型雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在非嚙合雙螺桿擠出系統(tǒng)中，除了向機頭方向的運動形式外，還有多種流動方式。由于兩螺桿不嚙合，它們之間的徑向間隙很大，存在較大的漏流。主要流動方式：由于兩螺桿的螺棱的相對位置是錯開的，即一根螺桿的推力面的物料壓力大于另一螺桿拖帶面的物料壓力，從而產(chǎn)生了流動。物料從壓力較高的螺桿推力面向另一螺桿拖帶面的流動，同時隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，在兩螺桿的間隙處物料不斷受到攪動并被不斷帶走、更新（不論兩螺桿的轉(zhuǎn)向如何），特別是在異向旋轉(zhuǎn)過程中，物料在處受到阻礙，產(chǎn)生了流動。多種物料的流動形式（包括由于在兩根螺桿的相互作用下產(chǎn)生的各種流動）都增加了對物料的混煉和剪切。但這種雙螺桿沒有自清潔作用，一般僅用于混料，不適合PVC型材的生產(chǎn)。、嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出系統(tǒng)的全螺紋段的流動情況。由于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合位置的速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿要把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿轉(zhuǎn)到另一個螺桿，呈形前進，這種速度的改變以及嚙合區(qū)較大的相對速度，非常有利于物料混合和均化，由于嚙合區(qū)間隙很小，嚙合處螺紋和螺槽的速度相反，剪切速度高，有很好自潔作用，即能刮去粘附在螺桿上的任何積料，從而使物料的停留時間很短。這種擠出機主要用于混煉物料和造粒。但由于物料在嚙合區(qū)間所受剪切力很大，所以也不適應PVC型材的生產(chǎn)。、嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)中物料的運動情況。在嚙合型異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出中，兩根螺桿是對稱的，由于回轉(zhuǎn)方向不同，一根螺桿上物料螺旋前進的道路被另一根螺桿的螺棱堵，不能形成“”字型運動。在固體輸送部分，物料是以近似的密閉“”形小室的形態(tài)向前輸送。但為了使物料混合設計中將一根螺桿的外徑與另一根螺桿的根徑之間留有一定的間隙量，以便使物料能夠通過。-3-物料通過兩螺桿之間的徑向間隙時，受到強烈的剪切、攪拌和壓延作用，因此，物料的塑化比較好，多用于加工制品。由于兩螺桿的徑向間隙比較小，因此，有一定的自潔性能，但自潔性比同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿要差。1.2擠出機整體方案設計近年來，雙螺桿擠出機得到了迅速的發(fā)展，但由于雙螺桿擠出機的復雜性和種類的多樣性，以及雙螺桿理論的不成熟，所以至今還沒看到有關(guān)雙螺桿擠出機參數(shù)設計和結(jié)構(gòu)設計的比較系統(tǒng)的文獻，因此對雙螺桿擠出機的設計更多地只能停留在經(jīng)驗設計的水平上。當然，經(jīng)驗設計是必須服從擠出工程的基本規(guī)律的，所以由此所進行的有關(guān)雙螺桿擠出機的設計是具有一定的科學性與理論性的。雙螺桿擠出機的應用，都是以機組的的形式出現(xiàn)。擠出機組包括主機（即通常說的擠出機）、機頭和輔機。因而就雙螺桿擠出機的總體設計而言，它可以包括主機（螺桿擠出機）、機頭和輔機的設計，也可以單指主機的設計。因此雙螺桿擠出機的設計應當包括雙螺桿擠出機類型的確定，整體方案的確定，主要技術(shù)參數(shù)的確定，擠壓系統(tǒng)的設計，傳動系統(tǒng)的設計，加料系統(tǒng)的設計，加熱冷卻系統(tǒng)的設計，控制系統(tǒng)的設計等。1.2.1開式設計和閉式設計的選擇所謂開式設計，一般指雙螺桿擠出機的擠壓系統(tǒng)、冷卻加熱系統(tǒng)都裸露在外面，這種設計的優(yōu)點是各部分出現(xiàn)故障時，檢查、維修及拆裝比較方便，也一目了然。嚙合同向雙螺桿擠出機大多采用這種設計。所謂閉式設計，其擠壓、冷卻加熱系統(tǒng)的外面都有罩子，其余各部分有時也封閉起來，本設計中采用開式設計。1.2.2一階機和二階機的選擇所謂一階機，是指主機只有一個擠壓系統(tǒng)，包括一套螺桿、機筒和傳動箱；而二階機是指主機有兩個擠壓系統(tǒng)，包括兩套螺桿、機筒和傳動箱，柔性串起來組成主機。就目前見到、用于成型制品的雙螺桿擠出機組的主機多是一階的，如嚙合平行異向雙螺桿擠出機和錐形雙螺桿擠出機。用于配混料造粒的嚙合同向雙螺桿擠出機有的情況下設計成二階的，其第一階用來塑化、混合物料，第二階用來建壓、擠出造粒。本設計中以采用一階式為宜。1.2.3整體式和積木式的選擇一般嚙合異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機（也有例外）和錐形雙螺桿擠出機都是整體式，即其各大組成部分（螺桿、機筒、減速箱）在使用中不再拆開并進行重新組合安裝。國外流行的嚙合同向雙螺桿擠出機絕大多數(shù)都設計成積木式的，即其-4-機筒、螺桿有若干組件組成，可根據(jù)使用需要進行重新組合安裝。也有的廠家生產(chǎn)的雙螺桿擠出機，除了其機筒、螺桿是組合式外，其扭距分配器和齒輪箱做成積木式，通過更換扭距分配器可以將雙螺桿擠出機改變成異向旋轉(zhuǎn)或同向旋轉(zhuǎn)；去掉扭距分配器，其齒輪箱還可以與單螺桿擠壓系統(tǒng)相接，組成單螺桿擠出機。本設計中采用整體式設計。1.2.4封閉式機筒與剖分式機筒的選擇雙螺桿擠出機的機筒有的是整體式的，有的是由若干段組成，但機筒均不能打開分成兩段，它們是封閉的。因此，要想了解擠出過程中物料沿螺桿的輸送、混合、反應情況，只有停轉(zhuǎn)將機筒通過水驟冷，然后把螺桿抽出來才能看清楚。這樣很不方便，有時為了會破壞過程反應的原貌。為了克服上述缺點，人們把雙螺桿擠出機的機筒做成剖分式，停車冷卻后靠液壓系統(tǒng)或手動機械打開，觀察取樣，進