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1、双螺杆挤出机的原理与应用摘 要 : , 单螺杆挤出机历史较长 有关的应用基础研究相当充分和成熟 相形之下 双螺杆挤出机只有约 60 年的历史 公开发表的关于双。 螺杆挤出的文献资料远少于单螺杆 双螺杆挤出可按多种特征分类 因此种类繁多。 它们的结构和工作特性相当复杂且差异较大 纵观迄今为止公开出现的有关双螺杆挤出的文以现它呈现献可种众说纷纭， 在介绍平行双螺杆机构的分类、工作原理的基础上 , 着重阐述了平行双螺杆机构在双螺杆泵、双螺杆压缩机、双螺杆膨化机、双螺杆挤出机和双螺杆磨浆机等方面的应用 , 并且比较了它们之间的差异、特点和工作条件。本文的工作对于平行双螺杆机构的研究、设计和应用具有积极
2、作用。关 键 词 : 双螺杆机构 ; 平行 ; 双转子 ; 发展 ; 应用1 双螺杆的简介双螺杆 (旋 )机械最初产生于食品和塑料加工 , 近几十年来 , 其应用的范围不断扩大 , 已扩展到橡胶、涂料、石油化纤、建材、纸浆、食品、饲料加工以及流体机械等领域。双螺杆机械的核心是双螺杆机构。 由于双螺杆机构具有比单螺杆机构输送、 混合能力强、 自洁性能好、效率高 , 比三螺杆及以上的多螺杆机构结构简单的明显优势 , 所以得到广泛应用。双螺杆机构按其螺杆轴线的位置可以分为平行和非平行两类。 由于平行双螺杆机制造、 安装方便、 成本较低 , 所以应用十分广泛。本文主要讨论平行双螺杆机构的主要特点及其应
3、用。2 平行双螺杆机构平行双螺杆系统的结构形式根据应用领域和运转特性而各不相同。 按转向分为异向旋转和同向旋转 , 按啮合形式分为啮合型和非啮合型 , 啮合型中又分为完全啮合式和部分啮合式。 一根螺杆的螺棱象楔子一样伸入到另一根螺杆的螺槽中 , 物料基本上不能由该螺槽继续进入到邻近的螺槽中去 , 而只能被迫地由一根螺杆的螺槽流到另一根螺杆的螺槽中去。 由于螺杆继续转动而反复强迫物料转向 , 结果使物料受到较好的剪切混合作用 , 这种结构具有很好的自洁能力。在几何上 , 在啮合区螺槽在横向是封闭的 , 也可以是开放的 , 但纵向不能封闭 , 否则会发生干涉。即必须将螺槽宽度设计得大于螺棱宽度 ,
4、 路被另一根螺杆堵死。物料在螺纹推动下 , 通过各部分间隙而做圆周运动 , 同时也做轴向运动。物料通过螺杆之间的径向隙时犹如物料通过辊的辊隙 , 受到强烈的剪切搅拌作用。 由于双螺杆机构独特的结构和工作原理 , 具有挤压输送、混合或切割、反应、挤出成型等多种功能。可以做成密闭式的具有料封作用 , 还可以向有压力的地方送料 , 便于在任何位置上加料或者卸料 ; 又因可以将其壳体和旋转轴做成水冷结构 , 故亦可用于高温场合下的物料输送等。 各种机构在性能和应用范围上存在一同向旋转的双螺杆 , 螺棱和螺槽的速度方向相反 ,相对速度比反向旋转的大 , 因而对啮合区物料的剪切速度、剪切力也大 , 混练效
5、果比反向旋转的双螺杆好。同向双螺杆挤压机在螺旋啮合处没有形成压力 , 没有高剪切区 , 螺杆和筒体的磨损较低 , 适合于高速运转。 而异向双螺杆在啮合处的顶部形成较高的压力 , 产生较大的剪切率 , 随着螺杆转速提高 , 螺杆和筒体磨损加大 , 适合于低速运转。此外 , 同向双螺杆设备由于自身机理的原因 , 自洁性好 , 能避免堵塞问题和喂料问题 ,而异向双螺杆设备只有一定程度的自洁性。 就螺纹头数而言 , 同向旋转双螺杆在单头时正位移输送能力最大 , 可以避免物料因来不及向前输送而堆积在加料口 ,影响正常加料。 双头正向螺纹元件的螺槽截面积小一些 , 剪切作用柔和 , 用于需要良好混合和输送
6、的场合 ,目前用得最多。 三头正向螺纹元件的螺槽横截面积最小 , 其剪切作用较强 , 但输送能力低 , 多用于需要高剪切的场合 。以保证纵向开放。3 平行双螺杆机构的应用对于圆柱螺旋齿轮、异向旋转的双螺杆和双转子 ,我们可以看出无论在啮合过程、工作原理 , 或其加工制造方面都无不具有极大的相似性。 我们不仿把圆柱螺旋齿轮看作是异向旋转双螺杆的初级 , 而异向旋转的双转子则是异向旋转双螺杆的更高一级形式 , 它们都是主动件驱动从动件旋转。至于同向旋转的双螺杆 , 两个螺杆都需要动力驱动 , 其啮合原理与齿轮啮合原理有所不同。 由于物料的机械性能差别较大 , 双螺杆机械的结构和操作参数也不相同 ,
7、 现将平行双螺杆机械的应用简述如下。双螺杆泵图 1 为典型的双螺杆泵。 双螺杆泵的工作原理是依靠一对同步转动螺杆的相互啮合 , 使其啮合腔室的容积周期性变化来输送流体 , 把介质从吸入腔沿螺杆的轴线推移到排出腔 , 并完成介质的增压过程 。双螺杆泵按其结构和使用特点分 2 大类 : 一是由主杆直接带动从杆 ; 二是外支承型 , 从杆由主杆借助同步齿轮传动达到工作型面间无接触运行。图 1 双螺杆泵的工作过程是 : 2 根等径、等导程、等旋合长度、不同旋向的螺杆 , 在螺杆的同一侧的圆柱齿轮驱动下做异向旋转。 2 根螺杆的中径圆相切、 外径与泵体内壁呈较小间隙 , 2 根螺杆的每圈牙槽除啮合部位
8、, 其余都是液压工作腔。 工作时 , 一螺杆在外力作用下定向旋转 , 由齿轮传动使另一螺杆作反向同步旋转 , 运动中低压腔中液流流入液压工作腔 , 由对方螺杆螺牙作用 , 沿着螺杆牙槽流动直到被压入高压腔中。为保证吸入和排出腔的密封隔离 , 螺杆必须有足够的螺旋导程数。 考虑到泵压的高低、 机械效率的小、 结构体积的大小等都与导程数有关 , 目前 , 低压泵多为 3 个导程 , 中高压泵为 9 12 个导程。 为缩短螺杆长度 , 应尽量减小螺杆齿的螺旋升角 , 但过小的螺旋升角会引起螺杆啮合时的自锁。 双螺杆泵的特点是流量平稳、压力脉动小、有自吸能力、噪声低、效率高、工作可靠。其突出的优点是输
9、送介质时不形成涡流、可输送粘度范围宽广的各种介质 ,既可以输送各种粘度的润滑性或腐蚀性介质 , 也可以输送各种粘度的非牛顿液体 , 还可以气液混输、固液混输。该表为单螺杆挤出机与双螺杆挤出机的性能比较。4 总结双螺杆挤出机可以不同角度分类按螺杆啮合与否及其转 向的异同进行的分类及相应的国际上著名的制造厂商输送机理不同是双螺杆挤出机与单螺杆出之间主要区别之一在单螺杆挤过程中固体料的输送动力是固体输送段中的摩擦力熔体输送则通过螺杆与机筒之间的相对运动产生的对熔体的拖曳作用克服机头阻力来完成 因此单螺杆挤出过程的物料输送行为强烈地依赖于加工对象固态时的摩擦特性和熔态时的粘滞特性 这种固体和熔体输送机理不仅效率低能耗大而且易出现 ,不稳定 因为固体摩擦性质受许多因素如温度 压力螺杆及机筒的表面粗糙度物固态形影闭而料状等的响熔体输送段工作特性线的软硬程序则明显依赖于熔体料的粘滞性质 ,正如前文所述 双螺杆挤出机因可按多种标准分类从而种类繁多 它们的工作特性差异很大 拿正位移输送能力来说 并非所有的双螺杆挤出机都有正位移输送能力 即使有 也还存在程度上的不同 因此要详尽而无遗漏地分析双螺杆的工作特性是一件十分艰巨的工作。
