CN104149308B - 一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构 - Google Patents

一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于挤出机技术领域，涉及一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构。该机筒结构为夹套式筒壁，机筒结构的内壁两端分别穿入法兰A和法兰B的法兰孔，通过焊接进行连接；吸液芯包围在内壁的外侧；上壁板、下壁板、壁板A、壁板B分别装配在法兰A与法兰B的上、下、右、左的凸台上，通过焊接连接，与内壁一起构成腔体结构；翅片管装配在上壁板上，冷凝壳体罩在翅片管外侧并与上壁板连接；下壁板、壁板A和壁板B至少一侧的外侧装配有板式电加热器。采用夹套形式，避免了筒体钻孔的复杂制造工艺，机筒温度不均匀和由于气蚀引起的振动造成的管路损坏问题，工质蒸汽处于饱和状态，温度很均匀，等温性与机筒结构的形状和尺寸无关。

Description

一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构
技术领域
本发明属于挤出机技术领域，涉及一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构。
背景技术
挤出机是生产聚烯烃的关键设备，聚烯烃目前已经成为世界上最大份额的有机合成材料，作为一种性能优异的材料，具有密度小、便于加工、无毒、抗冲击性强及绝缘性好的优点，在包装、汽车工业、化工设备、家用电器、电子、医疗器械领域都有广泛的应用。伴随着科学技术的发展和工业的进步，国外混炼挤出机组正朝着高效率、大型化、高产量、低能耗、智能化方向发展，以适应聚烯烃工业的总体发展趋势；我国的混炼挤出机组能耗较高，大型混炼挤出机组一直依靠国外进口。
单螺杆挤出机和双螺杆挤出机是混炼挤出机组的重要组成部分，它包括以下重要环节：物料预热，剪切挤压，充分均匀混合，塑化改性。挤出机开始工作前，需要通过加热器将挤出机机筒加热到需要的温度；工作时，螺杆剪切挤出放热，在期间向聚合物提供由固态转变为粘流态的热量。最理想的挤出过程是由机械能转变成的热量恰好使固态聚合物转变为粘流态。挤出机产量较大，需要高负荷运转时，螺杆长时间处于高速旋转，剪切摩擦机械能产生过量的热量。每种聚烯烃的生产都有固定要求，温度过高或过低都会影响产品的质量，挤出机机筒温度必须严格控制，因此必须有快速有效的冷却系统，将螺杆高速旋转产生的热量带出机筒。
目前典型的机筒为积木式机筒，其冷却方式有以下3种：(1)风冷系统，包括风机和风道，由于空气的导热系数低，因此风冷的换热能力不足，只能用于中小型挤出机机筒的冷却。(2)水冷系统，包括机筒上开的冷却水孔，循环水供应站，换热器和配管，整个系统是封闭循环的，采用软化水。水冷却方式冲击大，温度波动大，换热量较大时需要很大的水泵加压输送冷却水，能源消耗比较大，热量突然增加时，冷却水会在机筒水孔内汽化，引起较大的噪音和设备振动；水孔在机筒上钻孔排布，孔的数量和直径受到限制，靠近水孔的部位温度较低，远离水孔的部位温度较高，因此机筒整体温度不均匀，对产品的质量控制有很大影响。(3)油冷系统，与水冷原理相同，用于温度比较高或机筒温控比较严格的场合，油的比热容小，换热能力较弱；油冷成本比较高，由于导热油的易渗透特性，对辅助设备要求严格。随着混炼挤出机组产量的逐步增大，挤出机机筒散发的热量也随之增大，因此需要研究开发具有优异性能的挤出机冷却换热装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明设计制造了一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构。依靠机筒结构内工作介质的汽、液相变传热，内部热阻小，具有很强的导热能力，大大加强了机筒温度的调节能力。采用夹套形式，避免了筒体钻孔的复杂制造工艺，以及水孔导致的温度不均匀。
本发明采用的技术方案是：
一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构，该机筒结构为夹套式筒壁，包括内壁、吸液芯、上壁板、下壁板、壁板A、壁板B、法兰A、法兰B、翅片管、冷凝壳体和板式电加热器。双螺杆挤出机有内8字通孔筒状结构的内壁；单螺杆挤出机有圆筒结构的内壁；其中，机筒结构的内壁两端分别穿入法兰A和法兰B的法兰孔，内壁的端部与法兰外侧平齐，通过焊接连接在一起；丝网结构的吸液芯包围在内壁的外侧，内壁的外侧被完全覆盖；上壁板、下壁板、壁板A、壁板B分别装配在法兰A与法兰B的上、下、右、左部位的凸台上，通过焊接连接在一起，并与内壁一起构成腔体结构；翅片管装配在上壁板上，翅片管的数量不少于1个，翅片管之间的距离不小于翅片管管径的1.5倍，可采用顺排或叉排方式排列；冷凝壳体罩在翅片管外侧并与上壁板连接，构成冷却介质流通的通道；下壁板、壁板A和壁板B外侧装配有板式电加热器。腔体结构内注入工质后密封，吸液芯使内壁的外侧被工质完全覆盖，工质吸收由内壁传来的热量蒸发转变成汽相，携带热量到达翅片管，热量通过翅片管传递给冷却介质。回流液体进入腔体内再次吸热蒸发，如此循环,使机筒结构内的热量迅速导出，维持工作温度的恒定。
本发明的显著效果是解决了现有装置由于气蚀引起的振动造成的管路损坏，以及机筒温度不均匀的问题，机筒结构内工质蒸汽处于饱和状态，温度很均匀，等温性与机筒结构的形状和尺寸无关。且结构简单，运行稳定，维修方便。
附图说明
图1是基于相变传热的单螺杆挤出机的机筒结构的主视方向剖面构造图。
图2是基于相变传热的单螺杆挤出机的机筒结构的左视方向剖面构造图。
图3是基于相变传热的单螺杆挤出机的机筒结构的仰视方向剖面构造图。
图4是基于相变传热的双螺杆挤出机的机筒结构的主视方向剖面构造图。
图5是基于相变传热的双螺杆挤出机的机筒结构的左视方向剖面构造图。
图6是基于相变传热的双螺杆挤出机的机筒结构的仰视方向剖面构造图。
图中：1法兰A；2板式电加热器；3下壁板；4法兰B；5吸液芯；6内壁；7壁板A；8上壁板；9翅片管；10冷凝壳体；11壁板B。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1-3所示，本发明设计制造了一种基于相变传热的单螺杆挤出机的机筒结构，依靠机筒结构内工作介质的汽、液相变传热,及时迅速的将挤出机产生的热量带走，使机筒温度维持在工艺范围之内。
圆筒结构的内壁6两端部分别穿入法兰A1和法兰B4的法兰孔，内壁6端部与法兰外侧需保持平齐，通过焊接方式将内壁6与法兰连接在一起；丝网结构的吸液芯5装配在内壁6外侧，并将内壁6外侧完全覆盖,吸液芯5与内壁6要紧密连接，以保证毛细吸力使工质覆盖整个机筒结构内壁6外侧；上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11分别装配在法兰A1与法兰B4的上、下、右、左部位的凸台上，上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11的两侧面分别与法兰A1与法兰B4通过焊接方式连接在一起，且上壁板8、下壁板3均与壁板A7和壁板B11通过焊接方式连接，上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11、法兰A1、法兰B4与内壁6一起构成腔体结构；法兰A1与法兰B4开有螺栓孔，用于与其它机筒连接；上壁板8开设蒸汽通道，装配翅片管9，翅片管9之间的距离不小于管径的1.5倍，可采用顺排或叉排方式排列；冷凝壳体10罩在翅片管9外侧并与上壁板8连接，构成冷却介质流通的通道，冷却介质可选择冷却水或冷却风；下壁板3、壁板A7和壁板B11外侧装设板式电加热器2。首先通过真空泵将腔体内抽成1.3×(10-1-10-4)Pa的负压，注入工作介质后密封；工作介质包括，水、N-甲基吡咯烷酮、导热姆A、甲苯、联苯，使用时选择与工作温度匹配的工质。吸液芯5通过毛细吸力使内壁6外侧被工质完全覆盖。首先通过板式电加热器2对机筒结构进行预热，使其达到相应工作最佳温度；单螺杆挤出机开始运行，单螺杆剪切挤出放出热量，通过内壁6热传递给工质，工质吸收内壁6传递的热量蒸发转变成汽相介质，携带热量到达翅片管9，热量通过翅片管9传递给冷却风或冷却水，随后工质由汽相转变成液相；冷凝的液体依靠重力作用沿翅片管9内壁面回流进入腔体内再次吸热蒸发，如此循环,使机筒结构内的热量迅速导出，维持工作温度的恒定。
实施例2
如图4-6所示，本发明设计制造了一种基于相变传热的双螺杆挤出机的机筒结构，依靠机筒结构内工作介质的汽、液相变传热,及时迅速的将挤出机产生的热量带走，使机筒温度维持在工艺范围之内。
内8字通孔的筒状结构的内壁6两端部分别穿入法兰A1和法兰B4的法兰孔，内壁6端部与法兰外侧需保持平齐，通过焊接方式将内壁6与法兰连接在一起；丝网结构的吸液芯5装配在内壁6外侧，并将内壁6外侧完全覆盖,吸液芯5与内壁6要紧密连接，以保证毛细吸力使工质覆盖整个机筒结构内壁6外侧；上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11分别装配在法兰A1与法兰B4的上、下、右、左部位的凸台上，上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11的两侧面分别与法兰A1与法兰B4通过焊接方式连接在一起，且上壁板8、下壁板3均与壁板A7和壁板B11通过焊接方式连接，上壁板8、下壁板3、壁板A7、壁板B11、法兰A1、法兰B4与内壁6一起构成腔体结构；法兰A1与法兰B4开有螺栓孔，用于与其它机筒连接；上壁板8开设蒸汽通道，装配翅片管9，翅片管9之间的距离不小于管径的1.5倍，可采用顺排或叉排方式排列；冷凝壳体10罩在翅片管9外侧并与上壁板8连接，构成冷却介质流通的通道，冷却介质可选择冷却水或冷却风；下壁板3、壁板A7和壁板B11外侧装设板式电加热器2。首先通过真空泵将腔体内抽成1.3×(10-1-10-4)Pa的负压，注入工作介质后密封；工作介质包括，水、N-甲基吡咯烷酮、导热姆A、甲苯、联苯，使用时选择与工作温度匹配的工质。吸液芯5通过毛细吸力使内壁6外侧被工质完全覆盖。首先通过板式电加热器2对机筒结构进行预热，使其达到相应工作最佳温度；双螺杆挤出机开始运行，双螺杆剪切挤出放出热量，通过内壁6热传递给工质，工质吸收内壁6传递的热量蒸发转变成汽相介质，携带热量到达翅片管9，热量通过翅片管9传递给冷却风或冷却水，随后工质由汽相转变成液相；冷凝的液体依靠重力作用沿翅片管9内壁面回流进入腔体内再次吸热蒸发，如此循环,使机筒结构内的热量迅速导出，维持工作温度的恒定。
本发明设计的基于相变传热的单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的机筒结构，以腔体内工质的相变将热量带出，提高了传热效率，维持了最佳工作温度，实现了单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的长期高效运行，在聚烯烃的生产中取得了满意的效果。

Claims (4)

1.一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构，其特征在于，该机筒结构为夹套式筒壁，包括内壁、吸液芯、上壁板、下壁板、壁板A、壁板B、法兰A、法兰B、翅片管、冷凝壳体和板式电加热器；双螺杆挤出机有内8字通孔筒状结构的内壁；单螺杆挤出机有圆筒结构的内壁；机筒结构的内壁两端分别穿入法兰A和法兰B的法兰孔，内壁的端部与法兰外侧平齐，通过焊接进行连接；丝网结构的吸液芯包围在内壁的外侧，内壁的外侧被吸液芯完全覆盖；上壁板、下壁板、壁板A、壁板B分别装配在法兰A与法兰B的上、下、右、左的凸台上，通过焊接进行连接，并与内壁一起构成腔体结构；翅片管装配在上壁板上，冷凝壳体罩在翅片管外侧并与上壁板连接，构成冷却介质流通的通道；下壁板、壁板A和壁板B至少一侧的外侧装配有板式电加热器；腔体结构内注入工质后密封，吸液芯使内壁的外侧被工质完全覆盖，工质吸收由内壁传来的热量蒸发转变成汽相，携带热量到达翅片管，热量通过翅片管传递给冷却介质。
2.根据权利要求1所述的基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构，其特征在于，所述的翅片管的数量不少于1个，翅片管之间的距离不小于翅片管管径的1.5倍。
3.根据权利要求2所述的基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构，其特征在于，所述的翅片管采用顺排方式或叉排方式排列。
4.根据权利要求1所述的基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构，其特征在于，所述的工质为水、N-甲基吡咯烷酮、导热姆A、甲苯或联苯。
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