CN102275285A

CN102275285A - 螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机

Info

Publication number: CN102275285A
Application number: CN2011100949501A
Authority: CN
Inventors: 王克俭
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明涉及螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，主要由加料装置、机筒、螺杆、机头、加热冷却装置、排气口、电机、传动装置组成。其中三根螺杆均为锥形螺杆，呈三角形排列，两个是阳转子，一个是阴转子；三根螺杆组合时至少具有一个螺纹啮合区，在该区的阴转子螺棱头数为阳转子的整数倍，阴阳转子的旋转速度比与螺棱头数比呈反比，可实现差速旋转，运动时不干涉。三根螺杆可以排列成倒品字形、正品字形或其它三角形放置方式。根据物料加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排气段和计量段的不同区段上可设置为不同导程和断面型线的螺纹段或其他形式，三根螺杆安装时保证至少具有一个差速旋转的螺纹啮合区外，在不同区段可以是啮合的也可以是不啮合的，以便实现增强混炼、排气效果或其他功能。该挤出机具有良好的混合、塑化、输送能力，适用于塑料、橡胶、食品及炸药等多种物料的加工成型。

Description

螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机

技术领域

本发明涉及螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，适合物料的输送、塑化、混合、造粒、挤出成型和反应挤出加工，可用于石油、化工、橡胶、塑料、食品、制药、炸药和推进剂等行业。

背景技术

在石油、化工、橡胶、塑料、制药、食品、炸药和推进剂等工业中经常涉及到对高黏度流体进行混合、剪切及塑化等混炼作用，螺杆型挤出机是实现这些作用的重要装备。

螺杆挤出机有普通双螺杆挤出机与锥形螺杆挤出机之分。相较前者，后者的螺杆外径的外锥角和螺槽根径的内锥角大小不同。具有如下独特的优点：螺杆尾部直径增大，加料量增大，以提高挤出机挤出产量。螺杆尾部直径增大也增大了螺杆的承载能力，齿轮和轴承使用寿命长，有利于布置止推轴承和齿轮；加料段螺槽容积大，易加入较大体积的松密度粉料，也有利于热传导，更易实现对物料加热或冷却；排料段螺杆直径小，圆周速度较小，产生的剪切较低，摩擦热也较小，热损伤的危险性小；螺槽容积沿挤出方向逐渐减小，物料逐渐得到压缩，从而使螺槽更快充满物料，保证物料连续平缓地塑化。

传统锥形双螺杆是异向的，专利200510118915.3发明了同方向旋转的锥形双螺杆挤出机。被加工的物料在机筒中环绕双锥形螺杆挤压，增加了塑化时间和密炼性能，从而保证了产品的塑化质量。但是，两根螺杆依然只能形成一个捏合区。

随着聚合物共混和复合改性的飞速发展，对加工中各组分的细化、分散混合效果的要求越来越高，相应地要求有更好的塑炼设备，以实现高质、高效、低能耗的目标。专利CN01207223.0在平行双螺杆挤出机的基础上开发出三角形排列的平行三螺杆挤出机，三根螺杆平行排列，形成三个捏合区和一个中心区。相对两螺杆挤出机，三螺杆挤出机具有摩擦剪切和多个啮合区的正位移输送特性，物料与螺杆有更大的接触面积。混合充分、热传递性好、熔融能力大、排气能力优良以及温度控制更好，且具有更低的能耗。

专利CN201079735Y中提供了一种差速双螺杆捏合机，既具有传统捏合设备对高黏度流体的混合、剪切及塑化混炼作用，又具有螺杆挤出机连续挤出的特点。但该专利中的螺杆沿轴向螺纹结构完全相同，不能适应物料不同加工阶段所需要的不同螺纹结构；而且该专利只是一种连续的捏合机，不能很好的适用于物料的挤出成型、造粒、混炼等。

如果将差速双螺杆捏合机进行结构改进，并且增加一根螺杆，形成三个啮合区；将螺杆设计成锥形的，则物料在输运过程还存在来自锥形料筒的挤压作用。这样，形成了螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，集合了三螺杆挤出机、锥形螺杆挤出机和差速捏合机的多个优点，进一步提高加工质量和效率，降低能耗，并扩展形成新的工艺用途。这正是本专利的构思。

发明内容

本发明螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，主要由加料装置、机筒、螺杆、机头、加热装置、排气装置、电机、传动装置组成，机筒中有可差速旋转的三根锥形螺杆，呈三角形排列。在工作过程中，三根螺杆相互啮合，形成三个啮合区。

螺杆分为阴转子和阳转子，螺棱头数多的称为阴转子，螺棱头数少的称为阳转子。三根螺杆中两个为阳转子，一个为阴转子；三根螺杆组合时至少具有一个螺纹啮合区，在该区的阴转子螺棱头数为阳转子的整数倍，阴阳转子的旋转速度与螺棱头数呈反比，可实现差速旋转。在差速旋转的螺纹啮合区，转子断面型线由若干段曲线依次连接而成，且阴阳转子端面型线相互对应，共轭啮合，差速运动时形成良好的啮合状态，保证不干涉。

在差速旋转的螺纹啮合区，相邻阴阳转子螺旋副在理论上可以是共轭的，正位移输送能力和建压能力很强。在啮合区，阴转子的螺棱和螺槽与对应的阳转子的螺槽和螺棱之间因螺杆转速不同形成很大的速度差，这样具备剪切和拉伸等多种作用，因此明显增强混合和塑化效果。而且，阴阳转子相互啮合过程中，相互剥离黏附在螺杆上的物料，具有自清洁能力。

三根螺杆可以是两个在上一个在下的倒品字形排列，也可以是一个在上两个在下的正品字形，还可以是其它三角形放置方式，其中一根阴转子可以根据需要放置在三角形的不同位置。

为了更好的适应物料的加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排气段和计量段的不同区段上可设置为不同导程和端面型线甚至改变螺杆螺棱头数的螺纹段或其他形式。三根螺杆安装时保证至少具有一个差速旋转的螺纹啮合区外，在不同区段可以是啮合的也可以是不啮合的，以便实现增强混炼、排气效果或其他功能。例如，为了进一步增强设备的混合能力并实现稳定挤出，可在一定区段增加销钉螺杆段或齿形盘等，但必须保证阴阳转子运动时不干涉；在挤出机排气段机筒上设置排气口，排气口接排气装置，实现水分和其他气体的脱挥，提高制品质量。

附图说明

图1为螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机的结构示意图

1-机头，2-加热冷却装置，3-排气口，4-机筒，5-螺杆，6-加料装置，7-安装座，8-联轴器，9-减速箱，10-电机，11-机架。

图2为三根差速锥形螺杆的啮合示意图

图3为一种阳转子结构示意图

图4为一种阴转子结构示意图

图5为两个阳转子在上一个阴转子在下的倒品字形排列啮合示意图

图6为两个阳转子在一侧一个阴转子另一侧的排列啮合示意图

图7为两个阳转子在下一个阴转子在上的品字形排列啮合示意图

图8为螺杆混炼段采用销钉螺杆时的具有销钉安装孔的螺杆断面图

图9为螺杆混炼段采用啮合盘元件时的侧视图

图10为螺杆混炼段采用啮合盘元件时的正视图

具体实施方案

实施案例一

按照图1设计螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，三根螺杆啮合如图2，其中阳转子结构如图2，阴转子结构如图3。挤出机中三根螺杆5采用图5、图6或图7等排列形式。其中，在螺纹啮合区中，阳转子螺棱头数为1，阴转子螺棱头数为4。高转速电机10通过减速箱9、联轴器8将扭矩分配给阴阳转子，其速度之比为1/4，两个阳转子同向旋转，而阴转子与阳转子呈异向旋转。螺杆5组装放置在固定于安装座7的料筒4内，料筒4上开有排气口3，通过外装加热冷却装置2调节温度，料筒4、减速箱9和电机10直接安装在机架11上。

从加料口6中加入所要加工的物料，物料经固体输送、压缩熔融之后，由粒料或粉料变为熔融状态。经过排气口3时，物料中的水分和挥发气体经由排气装置排出机筒。螺杆上靠近机头1设置混炼段，采用图8中安置销钉的带孔螺杆形式。螺杆上销钉起到分割料流，增加界面，改变料流方向，使界面再取向，使料流重新排列的作用。通过多次分流、汇合，再取向而实现分布混合，弥补了转子异向旋转分布混合能力不强的缺点。物料经过混炼段后，通过机头1挤出。

实施案例二

类似于实施案例一形成差速锥形三螺杆挤出机。不同处在于螺杆在靠近机头1的混炼段，采用侧视图9和正视图10所示的啮合盘形式。螺杆齿形盘非交错区可以对物料进行分流，增加界面，提供最小的能量输入，有利于分布混合，产生较低的温度；在交错区对物料形成垂直于流动方向的剪切，也有利于分布混合。

Claims

1.螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，主要由加料装置、机筒、螺杆、机头、加热冷却装置、排气口、电机、传动装置组成，其特征在于：三根螺杆均为锥形，呈三角形排列，两个阳转子，一个阴转子；三根螺杆组合时至少具有一个螺纹啮合区，在该区的阴转子螺棱头数为阳转子的整数倍，阴阳转子的旋转速度比与螺棱头数比呈反比，可实现差速旋转，运动时不干涉。

2.根据权利要求1所述的螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，其特征在于：三根螺杆可以是两个在上一个在下的倒品字形排列，也可以是一个在上两个在下的正品字形，还可以是其它三角形放置方式，其中一根阴转子可以根据需要放置在三角形的不同位置。

3.根据权利要求1所述的螺杆三角形排列的差速锥形三螺杆挤出机，其特征在于：根据物料加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排气段和计量段的不同区段上可设置为不同导程和断面型线的螺纹段或其他形式，三根螺杆安装时保证至少具有一个差速旋转的螺纹啮合区外，在不同区段可以是啮合的也可以是不啮合的，以便实现增强混炼、排气效果或其他功能。