CN104999646A - 一种螺杆支撑装置及具有该装置的双螺杆挤出机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺杆支撑装置及具有该装置的双螺杆挤出机，螺杆支撑装置包括一对或多对螺杆支撑元件，成对使用的两个螺杆支撑元件分别安装在两根螺杆芯轴的轴向相同位置上，螺杆支撑元件包括：内圈、外圈和滚动体；其中，两个外圈相互限位，外圈的轴向长度小于内圈的轴向长度，外圈在径向方向上与机筒内壁之间的间隙小于螺棱与机筒内壁之间的间隙，两个外圈之间的径向间隙小于两根螺杆之间的径向间隙，螺杆支撑元件上设有使滚动体之间保持一定的距离且限制滚动体相对内圈或外圈轴向移动的结构。本发明提供的具有上述螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，对螺杆的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损。

Description

一种螺杆支撑装置及具有该装置的双螺杆挤出机

技术领域

本发明涉及一种螺杆支撑装置，特别是一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，以及具有该装置的双螺杆挤出机。

背景技术

双螺杆挤出机以其积木式结构带来的多变性和适应性以及优异的混合性能，在成型、共混、改性、反应挤出等聚合物加工过程中得到了广泛应用。双螺杆挤出机主要包括传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统，其中挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分，主要包括螺杆和机筒。物料由加料系统加入机筒，机筒内螺杆的旋转对物料产生螺旋输送和混合等作用，使物料经历固体输送、熔融、排气、混合和熔体输送等挤出过程，最后由机头挤出，造成粒子或成型为制品。

螺杆是双螺杆挤出机的“心脏”，大部分螺杆为积木式结构，包括芯轴、螺杆元件和螺杆头，螺杆元件组合安装在芯轴上，通过螺杆头拧紧。螺杆元件包括输送元件、剪切元件、混合元件等功能元件，不同的螺杆元件可以组合成不同构型的螺杆。

螺杆的支撑方式通常采用悬臂式结构，支撑位置在螺杆根部，螺杆根部通过连接套与齿轮箱的输出轴相连，螺杆主体和头部都悬空在机筒内。为确保螺杆的输送能力和建压能力，螺杆的螺棱和机筒之间的间隙控制在很小的范围内（间隙一般为机筒内径的0.002倍至0.05倍）。当螺杆的长径比很大或所加工的物料粘度较低或机筒内物料不够时，机筒内的物料不足以浮起螺杆，螺杆在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形，当螺杆的挠性变形大于螺杆的螺棱与机筒内壁之间的间隙时，螺杆的螺棱与机筒内壁之间会产生较严重的磨损，使螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大。若磨损发生在熔融段，则导致熔融能力下降，并导致温度不均匀和压力波动；若磨损发生在熔体输送段，会使熔体输送能力下降；螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大，也会降低机筒和物料间的热传递效率。同时，两根螺杆所处的环境并不完全相同，两根螺杆的挠性变形也会不一致，引起两根螺杆上的螺杆元件彼此接触，从而引起磨损、切削，导致物料流不均匀。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，该装置包括一对或多对螺杆支撑元件，所述螺杆支撑元件成对使用，与其它螺杆元件（如输送元件、剪切元件、混合元件等）一起安装在螺杆芯轴上，并可以自由组合，一对螺杆支撑元件在两根螺杆上的轴向位置相同，一台双螺杆挤出机的螺杆上可以安装一对或多对螺杆支撑元件，对螺杆的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损。

所述螺杆支撑元件由三部分组成：一是内圈，内圈安装在螺杆的芯轴上，随螺杆一起转动；二是外圈，外圈与所述机筒的内壁配合；三是滚动体，滚动体位于所述内圈和所述外圈之间，实现所述内圈与所述外圈的相对转动，滚动体可以是球体、圆柱体、凸球面滚子、滚针等，其中圆柱体、凸球面滚子、滚针的结构相似，以下只以球体和圆柱体为例进行说明，为使所述螺杆支撑元件工作时保持稳定，所述滚动体的数量≥3个。

所述螺杆支撑元件成对使用，分别安装在两根螺杆的芯轴上，且在两根螺杆上的轴向位置相同；一对螺杆支撑元件的外圈相互限位，从而使所述外圈不会在机筒内转动，外圈相互限位的方式可以有多种。

优选地，两个外圈相互接触的平面相互贴合，相互限制外圈转动，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式加工方便，装配简单。

可选择地，两个外圈相互接触的部分设有相互啮合的结构，相互限制外圈转动，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式限位精度高。

可选择地，将两个外圈设为一个整体，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式可靠性高。

所述外圈的轴向长度小于所述内圈的轴向长度，所述内圈与其它螺杆元件的端面相互贴紧并以相同方式安装在所述螺杆芯轴上，所述外圈不与其它螺杆元件接触，所述内圈和所述外圈相对转动。

所述外圈在径向方向上与所述机筒内壁之间的间隙小于所述螺杆的螺棱与所述机筒内壁之间的间隙，所述螺杆在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形时，所述外圈首先被压在所述机筒内壁上，对所述螺杆起到支撑作用，其它螺杆元件不会与所述机筒内壁接触，从而消除螺杆和机筒之间的磨损。

所述的两个外圈之间的径向间隙小于所述两根螺杆之间的径向间隙，所述的两根螺杆挠性变形不一致时，所述的两个外圈首先彼此接触，对所述螺杆起到支撑作用，使一根螺杆上的其它螺杆元件不会与另一根螺杆上的其它螺杆元件接触，从而消除螺杆和螺杆之间的磨损。

所述螺杆支撑元件上设有使所述滚动体之间保持一定的距离且限制所述滚动体相对所述内圈或所述外圈轴向移动的结构，该结构形式可以有多种。

优选地，所述外圈的内表面设有与所述滚动体配合的限位凹坑，如滚动体为球体则设有球面限位凹坑，滚动体为圆柱体则设有圆柱体状限位凹坑，对所述滚动体具有限位作用，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等。

可选择地，所述内圈的外表面设有与所述滚动体配合的限位凹坑，如滚动体为球体则设有球面限位凹坑，滚动体为圆柱体则设有圆柱体状限位凹坑，对所述滚动体具有限位作用，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等。

可选择地，所述螺杆支撑元件还包括保持架，所述保持架部分地包裹所述滚动体，并随所述滚动体运动，使所述滚动体之间保持一定的距离，在所述内圈的外表面或所述外圈的内表面设置圆周凹槽滚道，所述圆周凹槽滚道限制所述滚动体的轴向移动。

双螺杆挤出机工作时，螺杆连续旋转，物料在螺杆的螺旋输送作用下连续向机头方向流动，物料从所述螺杆支撑元件的所述内圈、所述外圈和所述滚动体之间的空隙流过，物料的连续流动会对所述螺杆支撑元件产生单方向的轴向压力。所述内圈与相邻螺杆元件的端面相互贴紧并以相同方式安装在所述芯轴上，所述内圈相对所述螺杆被完全限位，包括轴向和径向。所述滚动体之间保持一定的距离并在轴向上被限位在所述内圈或所述外圈上。所述的两个外圈相互限位，不会在所述机筒内发生旋转，径向与所述机筒配合，对所述螺杆起到支撑作用。

进一步地，为了平衡流体对所述螺杆支撑元件产生的单方向轴向压力，提高所述螺杆支撑元件工作的稳定性，可以对所述外圈单方向轴向限位，限位方向与物料流动方向相同，即阻止所述外圈随物料轴向移动。实现对所述外圈单方向轴向限位的方式可以有多种。

优选地，在所述内圈或所述外圈上单侧设置挡边，所述挡边紧挨所述滚动体的一侧端面，与所述滚动体的外表面相接触，若所述滚动体为球体，则所述挡边的横截面为圆弧，若所述滚动体为圆柱体，则所述挡边的横截面为凸台形状。当所述外圈上设有与所述滚动体配合的限位凹坑或圆周凹槽滚道时，在所述内圈上单侧设置挡边，所述挡边面向流体来的方向，阻挡所述滚动体随物料轴向移动，而所述滚动体在轴向被限位在所述外圈的限位凹坑或圆周凹槽滚道内，从而实现了对所述外圈单方向轴向限位；当所述内圈上设有与所述滚动体配合的限位凹坑或圆周凹槽滚道时，在所述外圈上单侧设置挡边，所述挡边背向流体来的方向，阻挡所述外圈随物料轴向移动，从面实现对所述外圈单方向轴向限位。

可选择地，所述外圈由外圈本体、限位挡圈和连接件组成，所述限位挡圈通过所述连接件安装在所述外圈本体上。所述内圈上设有挡边与所述限位挡圈接触，所述挡边面向流体来的方向，阻挡所述限位挡圈随物料轴向移动，从而实现了对所述外圈单方向轴向限位。所述限位挡圈上设有流体通道，流体可连续通过所述流体通道。进一步地，所述限位挡圈上还设有润滑槽，具体地，所述润滑槽设在所述限位挡圈与所述内圈上所设挡边接触的部位，流体连续通过所述润滑槽时对所述限位挡圈和所述内圈上所设挡边之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为了进一步提高所述螺杆支撑元件工作的稳定性，使所述外圈在任何情况下（包括机筒内无物料时）都不会发生轴向移动，可以对所述外圈双向轴向限位，即所述螺杆支撑元件上设有使所述滚动体之间保持一定的距离且限制所述滚动体相对所述内圈和所述外圈轴向移动的结构。实现对所述外圈双向轴向限位的方式可以有多种。

优选地，所述外圈的内表面上设有与所述滚动体配合的限位凹坑，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等，所述内圈的外表面设有圆周凹槽滚道；或在所述内圈的外表面上设有与所述滚动体配合的限位凹坑，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等，所述外圈的内表面设有圆周凹槽滚道。为了将所述螺杆支撑元件顺利装配起来，将所述外圈设置为对开式，即将所述外圈剖分为两部分通过连接件装配而成；或所述内圈为组合结构，包括内圈本体和安装在所述内圈本体上的限位挡圈，所述内圈本体上设有半面圆周凹槽滚道或半面限位凹坑，所述限位挡圈上也设有半面圆周凹槽滚道或半面限位凹坑，所述内圈本体与所述限位挡圈装配在一起后，所述内圈中间形成圆周凹槽滚道或限位凹坑。进一步地，为了安装定位，将所述外圈的两部分相互接触的剖分面设为阶梯式。

可选择地，所述螺杆支撑元件还包括保持架，所述保持架部分地包裹所述滚动体，并随所述滚动体运动，使所述滚动体之间保持一定的距离，在所述内圈的外表面和所述外圈的内表面设有圆周凹槽滚道，所述圆周凹槽滚道限制所述滚动体的轴向移动。

进一步地，如所述滚动体为圆柱体，可以在滚动体两端设润滑槽，对滚动体两端面与所述内圈或所述外圈上所设的限位凹坑的两端面或圆周凹槽滚道的两端面或挡边之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为避免物料在所述外圈与所述机筒内壁的间隙处滞留，可以在所述外圈与所述机筒内壁配合的外表面安装密封装置，根据双螺杆挤出机加工的产品类型，选择具有合适的耐温性能、耐腐蚀性能和抗压性能的所述密封装置。

此外，本发明还提供一种双螺杆挤出机，其特征在于该双螺杆挤出机采用了上述螺杆支撑装置，对螺杆的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损。

本发明的螺杆支撑装置通过积木式安装在螺杆芯轴上，不需要对双螺杆挤出机的机筒进行任何改造，不影响螺杆的正常拆装，具有以下作用。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，消除了螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损，延长了螺杆和机筒的使用寿命，减少了停机时间，降低了设备维护成本。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，消除了螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损，尤其对于熔体输送段，确保了螺杆的建压能力，有利于物料顺利通过机头、熔体过滤网和模具，提高了挤出稳定性。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，螺杆的长径比可以做得很大（大于120）。大长径比双螺杆挤出机具有两层优点：其一，在螺杆转速不变的情况下，大长径比可以带来更长的停留时间。停留时间的延长有利于反应挤出过程中物料间的充分反应，带来更高的反应率和更好的产品质量；有利于芳纶凝胶纺丝、超高分子量聚乙烯凝胶纺丝和PAN基碳纤维原丝凝胶纺丝工艺过程中的溶胀和对高分子链线团缠绕结构的解缠绕。其二，在停留时间不变的情况下，可以提高螺杆转速，从而提高双螺杆挤出机的产量；同时高转速带来的高剪切速率，有利于物料的混合，有利于制品质量的提高。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，所述螺杆支撑元件的多个流体通道将物料分成多股，还有利于对物料的分布混合。

本螺杆支撑装置的使用，不需要对双螺杆挤出机的机筒进行任何改造，不影响螺杆的正常拆装，不影响物料的质量。可以方便地对现有机器进行加装改进或配置在新机器上。

本发明的螺杆支撑装置可应用于各类型双螺杆挤出机，包括平行同向型、平行异向型、啮合型、半啮合型、非啮合型、锥形同向型、锥形异向型等。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1A为具有本发明螺杆支撑装置的双螺杆挤出机剖视示意图；

图1B和图1C为具有本发明螺杆支撑装置的双螺杆挤出机局部剖视示意图；

图2和图3为螺杆支撑元件的结构示意图；

图4A、图4B和图4C为两个外圈相互限位方式的结构示意图；

图5A和图5B为内表面设有限位凹坑的外圈结构示意图；

图5C和图5D为外表面设有限位凹坑的内圈结构示意图；

图5E为内圈外表面设有限位凹坑的螺杆支撑元件的结构示意图；

图5F为具有保持架且内圈外表面设有圆周凹槽滚道的螺杆支撑元件结构示意图；

图5G为具有保持架且外圈内表面设有圆周凹槽滚道的螺杆支撑元件结构示意图；

图6A、图6B、图6C和图6D为内圈单侧设有挡边的螺杆支撑元件的结构示意图及局部示意图；

图6E和图6F为外圈单侧设有挡边的螺杆支撑元件的结构示意图及局部示意图；

图7A、图7B和图7C为外圈带限位挡圈的螺杆支撑元件的结构示意图；

图7D为安装在外圈本体上的限位挡圈的结构示意图；

图8A为外圈内表面设有限位凹坑且内圈外表面设有圆周凹槽滚道且具有剖分式外圈的螺杆支撑元件的结构示意图；

图8B为内圈外表面设有限位凹坑且外圈内表面设有圆周凹槽滚道且具有剖分式外圈的螺杆支撑元件的结构示意图；

图8C为剖分式外圈的结构示意图；

图8D和图8E为具有组合式内圈的螺杆支撑元件的结构示意图；

图9为具有保持架且内圈外表面和外圈内表面均设有圆周凹槽滚道的螺杆支撑元件结构示意图；

图10为两端面设有润滑槽的圆柱体滚动体的结构示意图；

图11为在外圈外表面安装两组密封装置的本发明螺杆支撑装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实现而不局限于本文所述的实施例。另外，这些实施例是为完全公开本发明，便于本领域技术人员对权利要求范围的完整理解。为了便于描述清楚，对图中各层次、区域部分的大小及相对大小进行了夸大处理。附图中相同标号表示相同的元件。

如图1A所示，在双螺杆挤出机中，由电机60提供动力，经过齿轮箱50进行扭矩分配和减速，螺杆20通过连接套40与齿轮箱50的输出轴相连，物料由加料口30a进入机筒30，机筒30内螺杆20的旋转对物料产生螺旋输送和混合等作用，使物料经历固体输送、熔融、排气（由排气口30b排出）、混合和熔体输送等挤出过程，最后由机头30c挤出，造成粒子或成型为制品。本实施例中的螺杆支撑装置包括两对螺杆支撑元件10，所述螺杆支撑元件10与其它螺杆元件22（如输送元件、剪切元件、混合元件等）一起安装在螺杆芯轴21上，通过螺杆头23拧紧，成对使用的两个螺杆支撑元件10在两根螺杆20上的轴向位置相同。如图1B所示，螺杆支撑元件10在径向方向上与机筒30内壁之间的间隙C1小于螺杆20的螺棱22a与机筒30内壁之间的间隙C2，螺杆20在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形时，螺杆支撑元件10首先被压在机筒30的内壁上，对螺杆20起到支撑作用，其它螺杆元件22不会与机筒30的内壁接触，从而消除螺杆20和机筒30之间的磨损。如图1C所示，两个螺杆支撑元件10之间的径向间隙C3小于所述两根螺杆20之间的径向间隙C4，两根螺杆20挠性变形不一致时，两个螺杆支撑元件10首先彼此接触，对螺杆20起到支撑作用，使一根螺杆20上的其它螺杆元件22不会与另一根螺杆20上的其它螺杆元件22接触，从而消除螺杆20和螺杆20之间的磨损。

图2描述了一个本发明螺杆支撑元件的实施例。螺杆支撑元件10由三部分组成，包括内圈11、外圈12和滚动体13。螺杆支撑元件10成对使用，分别安装在左、右芯轴21上，两个螺杆支撑元件的外圈12相互限位，使外圈12在机筒30内不会发生旋转。内圈11通过六边形定位安装在螺杆芯轴21上，随螺杆芯轴21转动，内圈11在芯轴21上的安装方式与其它螺杆元件22的安装方式相同，包括多边形定位、单键、双键、多键、花键等方式，本实施例不再一一列举。外圈12与机筒30的内壁配合，且两个外圈12相互限位。滚动体13可以是球体、圆柱体、凸球面滚子、滚针等，其中圆柱体、凸球面滚子、滚针的结构相似，以下只以球体和圆柱体为例进行说明。外圈12的轴向长度H2小于内圈11的轴向长度H1，内圈11与其它螺杆元件22的端面相互贴紧并以相同方式安装在螺杆芯轴21上，外圈12不与其它螺杆元件22接触，如图1B所示。物料在压力作用下从内圈11、外圈12和滚动体13之间的空隙10a流过，同时，连续通过的物料对滚动体13与内圈11、外圈12之间的相对转动起润滑作用。

为使螺杆支撑元件10工作时保持稳定，单个螺杆支撑元件10包括的滚动体13的数量≥3个，图3是滚动体数量为3个的实施例。

一对螺杆支撑元件10的外圈12相互限位，从而使外圈12不会在机筒30内转动，外圈12相互限位的方式可以有多种，其并不限于以下描述的三种具体形式。

一种具体形式为：如图4A所示，两个外圈12相互接触的平面12a相互贴合，相互限制外圈12转动，使外圈12不会在机筒30内转动。这种限位方式加工方便，装配简单。

可选择地，另一种具体形式为：如图4B所示，两个外圈12相互接触的部分设有相互啮合的结构12b，相互限制外圈12转动，使外圈12不会在机筒30内转动。这种限位方式限位精度高。

可选择地，再一种具体形式为：如图4C所示，将两个外圈12设为一个整体，使外圈12不会在机筒30内转动。这种限位方式可靠性高，需要说明的是，此时成对使用的两个螺杆支撑元件10之间的径向间隙C3为零。

螺杆支撑元件10上设有使滚动体13之间保持一定的距离且限制滚动体13相对内圈11或外圈12轴向移动的结构，该结构形式可以有多种，其并不限于以下描述的三种具体形式。

一种具体形式为：外圈12的内表面上设有与滚动体13配合的限位凹坑12c，如滚动体13为球体则设为球面限位凹坑，如图5A所示，滚动体13为圆柱体则设为圆柱体状限位凹坑，如图5B所示。限位凹坑12c对滚动体13具有限位作用，滚动体13只能在限位凹坑12c内自转，而与外圈12的相对位置保持不动，外圈12内表面上所设限位凹坑12c的数量与滚动体13的数量相等。双螺杆挤出机工作时，螺杆20转动，内圈11随芯轴21一起转动，成对使用的两个外圈12相互限位，不会在机筒30内发生旋转，滚动体13在内圈11的摩擦力带动下发生自转，由于被限位在外圈12上所设的限位凹坑12c内，与外圈12相对位置保持不动。

可选择地，另一种具体形式为：内圈11的外表面上设有与滚动体13配合的限位凹坑11a，如滚动体13为球体则设为球面限位凹坑，如图5C所示，滚动体13为圆柱体则设为圆柱体状限位凹坑，如图5D所示。限位凹坑11a对滚动体13具有限位作用，滚动体13只能在限位凹坑11a内自转，而与内圈11的相对位置保持不动，内圈11内表面上所设限位凹坑11a的数量与滚动体13的数量相等。双螺杆挤出机工作时，螺杆20转动，内圈11随芯轴21一起转动，成对使用的两个外圈12相互限位，不会在机筒30内发生旋转，滚动体13被限位在限位凹坑11a内，与内圈11一起转动，如图5E所示。

可选择地，再一种具体形式为：螺杆支撑元件10还包括保持架14，保持架14部分地包裹滚动体13，并随滚动体13运动，使滚动体13之间保持一定的距离，在内圈11的外表面或外圈12的内表面设置圆周凹槽滚道，圆周凹槽滚道限制滚动体13的轴向移动。图5F列举了具有保持架14且在内圈11的外表面设置圆周凹槽滚道11b的螺杆支撑元件10，图5G列举了具有保持架14且在外圈12的内表面设置圆周凹槽滚道12d的螺杆支撑元件10。

双螺杆挤出机工作时，螺杆20连续旋转，物料在螺杆20的螺旋输送作用下连续向机头30c方向流动，物料从螺杆支撑元件10的内圈11、外圈12和滚动体13之间的空隙10a流过，物料的连续流动会对螺杆支撑元件10产生单方向的轴向压力。内圈11与相邻螺杆元件22的端面相互贴紧并以相同方式安装在芯轴21上，内圈11相对螺杆被完全限位，包括轴向和径向。滚动体13之间保持一定的距离并在轴向上被限位在内圈11或外圈12上。成对使用的两个外圈12相互限位，不会在机筒30内发生旋转，径向与机筒30配合，对螺杆20起到支撑作用。

进一步地，为了平衡流体对螺杆支撑元件10产生的单方向轴向压力，提高螺杆支撑元件10工作的稳定性，对外圈12单方向轴向限位，限位方向与物料流动方向相同，即阻止外圈12随物料轴向移动。实现对外圈12单方向轴向限位的方式可以有多种，其并不限于以下描述的两种具体形式。

一种具体形式为：在内圈11上单侧设挡边11c，或在外圈12上单侧设挡边12e，所述挡边11c（12e）紧挨滚动体13的一侧端面，与滚动体13的外表面相匹配，若滚动体13为球体，则挡边11c（12e）的横截面为圆弧，图6A和图6B列举了在内圈11上单侧设横截面为圆弧的挡边11c的实例，图6B为图6A的局部放大视图，若滚动体13为圆柱体，则挡边11c（12e）的横截面为凸台形状，图6C和图6D列举了在内圈11上单侧设横截面为凸台形状的挡边11c的实例，图6D为图6C的局部放大视图。当外圈12上设有与滚动体13配合的限位凹坑12c或圆周凹槽滚道12d时，在内圈11上单侧设置挡边11c，挡边11c面向流体来的方向，阻挡滚动体13随物料轴向移动，而滚动体13在轴向被限位在外圈12的限位凹坑12c或圆周凹槽滚道12d内，从而实现了对外圈12单方向轴向限位，如图6A和图6C所示；当内圈11上设有与滚动体13配合的限位凹坑11a或圆周凹槽滚道11b时，在外圈12上单侧设置挡边12e，挡边12e背向流体来的方向，阻挡外圈12随物料轴向移动，从面实现对外圈12单方向轴向限位，如图6E和图6F所示，图6F为图6E的局部放大视图。

可选择地，另一种具体形式为：如图7A、图7B和图7C所示，外圈12由外圈本体121、限位挡圈122和连接件123组成，限位挡圈122通过连接件123安装在外圈本体121上。如图7D所示，限位挡圈122上设均布一周的安装孔122a，限位挡圈122通过安装孔122a安装在外圈本体121上。限位挡圈122上还设有限位凸台122b，在内圈11的同侧设置挡边11d，限位凸台122b紧贴内圈11上所设挡边11d，挡边11d面向流体来的方向，阻挡限位挡圈122随物料轴向移动，从而实现了对外圈12单方向轴向限位。限位挡圈122上还设有流体通道122c，流体可连续通过流体通道122c。进一步地，限位挡圈122上还设有润滑槽122d，具体地，润滑槽122d设在限位凸台122b上，流体连续通过润滑槽122d时对限位凸台122b和内圈11上所设挡边11d之间的相对转动起润滑作用。双螺杆挤出机工作时，螺杆支撑元件10的内圈11随芯轴21一起旋转，物料从限位挡圈122上所设的流体通道122c进入内圈11、外圈12和滚动体13之间的空隙10a并连续通过，由于流体的轴向压力，限位挡圈122上所设限位凸台122b始终与内圈11上所设挡边11d接触，限制外圈12产生轴向移动；同时在限位挡圈122上设有润滑槽122d，流体连续通过润滑槽122d时对限位凸台122b和内圈11上所设挡边11d之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为了进一步提高螺杆支撑元件10工作的稳定性，使外圈12在任何情况下（包括机筒30内无物料时）都不会发生轴向移动，对外圈12双向轴向限位，即螺杆支撑元件10上设有使滚动体13之间保持一定的距离且限制滚动体13相对内圈11和外圈12轴向移动的结构。实现对外圈12双向轴向限位的方式可以有多种，其并不限于以下描述的两种具体形式。

一种具体形式为：外圈12的内表面上设有与滚动体13配合的限位凹坑12c，限位凹坑12c的数量与滚动体13的数量相等，内圈11的外表面设有圆周凹槽滚道11b，如图8A所示。或在内圈11的外表面上设有与滚动体13配合的限位凹坑11a，限位凹坑11a的数量与滚动体13的数量相等，外圈12的内表面设有圆周凹槽滚道12d，如图8B所示。为了将螺杆支撑元件10顺利装配起来，将外圈12设置为对开式，即由124和125两部分通过连接件126装配而成，为防止物料滞留，再在连接件126上面套上堵塞127，如图8C所示。进一步地，为了安装定位，将外圈12的两部分124和125相互接触的剖分面设为阶梯式。为了将螺杆支撑元件10顺利装配起来，还可以将内圈11设为组合结构，包括内圈本体111和安装在内圈本体111上的限位挡圈112，内圈本体上111设有半面圆周凹槽滚道111b或半面限位凹坑111a，限位挡圈112上也设有半面圆周凹槽滚道112b或半面限位凹坑111a，内圈本体111与限位挡圈112通过紧定螺钉113装配在一起，内圈11中间形成圆周凹槽滚道11b或限位凹坑11a，如图8D和图8E所示。

可选择地，另一种具体形式为：螺杆支撑元件10还包括保持架14，保持架14部分地包裹滚动体13，并随滚动体13运动，使滚动体13之间保持一定的距离，在内圈11的外表面设有圆周凹槽滚道11b，外圈12的内表面设有圆周凹槽滚道12d，圆周凹槽滚道11b（12d）限制滚动体13的轴向移动，如图9所示。

进一步地，如滚动体13为圆柱体，可以在滚动体13两端设润滑槽13a，如图10所示，双螺杆挤出机工作时，流体连续通过滚动体13的两端润滑槽13a，对滚动体13两端面与内圈11或外圈12上所设的限位凹坑11a（12c）的两端面或圆周凹槽滚道11b（12d）的两端面或挡边11c（12e）之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为避免物料在外圈12与机筒30内壁的间隙处滞留，可以在外圈12与机筒30内壁配合的外表面安装密封装置15，根据双螺杆挤出机加工的产品类型，选择具有合适的耐温性能、耐腐蚀性能和抗压性能的密封装置。图11列举了一种在外圈12外表面安装两组密封装置15的螺杆支撑元件10的结构。

进一步地，图1列举的螺杆支撑装置包括两对螺杆支撑元件10，但螺杆支撑装置并不限于包括两对螺杆支撑元件10，而是包括至少一对螺杆支撑元件10。根据实际需要，螺杆支撑装置包括一对或多对螺杆支撑元件10，以达到对螺杆20最佳的支撑效果，如可随螺杆20长径比的增大而增加螺杆支撑元件10的对数。

上述螺杆支撑装置可应用于各类型双螺杆挤出机，包括平行同向型、平行异向型、啮合型、半啮合型、非啮合型、锥形同向型、锥形异向型。

另外需要说明的是，上述不同具体实施方式的螺杆支撑元件10可以任意组合应用于同一双螺杆挤出机上。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合应用方式不再另行说明。

此外，本发明还提供一种双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机主要包括传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统，其中挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分，主要包括螺杆20和机筒30。其特征在于，该双螺杆挤出机采用了上述螺杆支撑装置，对螺杆20的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆20和机筒30之间及螺杆20和螺杆20之间的磨损，具有以下优势。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，消除了螺杆20和机筒30之间及螺杆20和螺杆20之间的磨损，延长了螺杆20和机筒30的使用寿命，减少了停机时间，降低了设备维护成本。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，消除了螺杆20和机筒30之间及螺杆20和螺杆20之间的磨损，尤其对于熔体输送段，确保了螺杆20的建压能力，有利于物料顺利通过机头30c、熔体过滤网和模具，提高了挤出稳定性。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，螺杆20的长径比可以做得很大（大于120）。大长径比双螺杆挤出机具有两层优点：其一，在螺杆20转速不变的情况下，大长径比可以带来更长的停留时间。停留时间的延长有利于反应挤出过程中物料间的充分反应，带来更高的反应率和更好的产品质量；有利于芳纶凝胶纺丝、超高分子量聚乙烯凝胶纺丝和PAN基碳纤维原丝凝胶纺丝工艺过程中的溶胀和对高分子链线团缠绕结构的解缠绕。其二，在停留时间不变的情况下，可以提高螺杆20转速，从而提高双螺杆挤出机的产量；同时高转速带来的高剪切速率，有利于物料的混合，有利于制品质量的提高。

具有该螺杆支撑装置的双螺杆挤出机，所述螺杆支撑元件10的多个流体通道（内圈11、外圈12和滚动体13之间的空隙10a）将物料分成多股，还有利于对物料的分布混合。

本螺杆支撑装置的使用，不需要对双螺杆挤出机的机筒30进行任何改造，不影响螺杆20的正常拆装，不影响物料的质量。可以方便地对现有机器进行加装改进或配置在新机器上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，其特征在于，包括成对使用的两个螺杆支撑元件（10），所述的两个螺杆支撑元件（10）分别安装在两根螺杆（20）的芯轴（21）上，且在两根螺杆（20）上的轴向位置相同，所述螺杆支撑元件（10）包括：

内圈（11），安装在所述螺杆芯轴（21）上，随所述螺杆芯轴（21）一起转动；

外圈（12），与机筒（30）的内壁配合；

滚动体（13），位于内圈（11）和外圈（12）之间；

其中，所述滚动体（13）的数量≥3个；

所述的两个螺杆支撑元件（10）上所述的外圈（12）相互限位；

所述外圈（12）的轴向长度（H2）小于所述内圈（11）的轴向长度（H1）；

所述外圈（12）在径向方向上与所述机筒（30）内壁之间的间隙（C1）小于所述螺杆（20）的螺棱（22a）与所述机筒（30）内壁之间的间隙（C2）；

所述的两个外圈（12）之间的径向间隙（C3）小于所述两根螺杆（20）之间的径向间隙（C4）；

所述螺杆支撑元件（10）上设有使所述滚动体（13）之间保持一定的距离且限制所述滚动体（13）相对所述内圈（11）或所述外圈（12）轴向移动的结构。

2.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述的两个外圈（12）相互限位的方式为，所述的两个外圈（12）相互接触的平面（12a）相互贴合；

或所述的两个外圈（12）相互接触的部分设有相互啮合的结构（12b）；

或所述的两个外圈（12）设为一个整体。

3.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述螺杆支撑元件（10）上设有使所述滚动体（13）之间保持一定的距离且限制所述滚动体（13）相对所述内圈（11）或所述外圈（12）轴向移动的结构为，所述内圈（11）的外表面或所述外圈（12）的内表面设有与所述滚动体（13）配合的限位凹坑（11a；12c），所述限位凹坑（11a；12c）的数量与滚动体（13）的数量相等；

或所述螺杆支撑元件（10）还包括保持架（14），在所述内圈（11）外表面或所述外圈（12）内表面设有圆周凹槽滚道（11b；12d）。

4.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述的外圈（12）单方向轴向限位，限位方向为阻止所述的外圈（12）随物料流动方向移动。

5.根据权利要求4所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述的外圈（12）单方向轴向限位的方式为，在所述内圈（11）上单侧设置挡边（11c），所述挡边（11c）紧挨所述滚动体（13）的一侧端面，面向流体来的方向；

或在所述外圈（12）上单侧设置挡边（12e），所述挡边（12e）紧挨所述滚动体（13）的一侧端面，背向流体来的方向。

6.根据权利要求4所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述的外圈（12）单方向轴向限位的方式为，所述外圈（12）由外圈本体（121）、限位挡圈（122）和连接件（123）组成，所述限位挡圈（122）通过所述连接件（123）安装在所述外圈本体（121）上，所述内圈（11）上设有挡边（11d）与所述限位挡圈（122）接触，所述挡边（11d）面向流体来的方向，所述限位挡圈（122）上设有流体通道（122c）。

7.根据权利要求6所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述限位挡圈（122）上设有润滑槽（122d），所述润滑槽（122d）设在所述限位挡圈（122）与所述内圈（11）上所设挡边（11d）接触的部位（122b）。

8.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述螺杆支撑元件（10）上设有使所述滚动体（13）之间保持一定的距离且限制所述滚动体（13）相对所述内圈（11）和所述外圈（12）轴向移动的结构。

9.根据权利要求8所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述螺杆支撑元件（10）上设有使所述滚动体（13）之间保持一定的距离且限制所述滚动体（13）相对所述内圈（11）和所述外圈（12）轴向移动的结构为，所述外圈（12）的内表面上设有与所述滚动体（13）配合的限位凹坑（12c），所述限位凹坑（12c）的数量与所述滚动体（13）的数量相等，所述内圈（11）的外表面设有圆周凹槽滚道（11b）；

或所述内圈（11）的外表面上设有与所述滚动体（13）配合的限位凹坑（11a），所述限位凹坑（11a）的数量与所述滚动体（13）的数量相等，所述外圈（12）的内表面设有圆周凹槽滚道（12d）。

10.根据权利要求9所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述外圈（12）设置为对开式，即将所述外圈（12）剖分为两部分（124；125）通过连接件（126）装配而成。

11.根据权利要求10所述的螺杆支撑装置，所述外圈（12）剖分为两部分（124；125），其特征在于，所述的两部分（124；125）相互接触的剖分面设为阶梯式。

12.根据权利要求9所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述内圈（11）为组合结构，包括内圈本体（111）和安装在所述内圈本体（111）上的限位挡圈（112），所述内圈本体（111）上设有半面圆周凹槽滚道（111b）或半面限位凹坑（111a），所述限位挡圈（112）上也设有半面圆周凹槽滚道（112b）或半面限位凹坑（112a），所述内圈本体（111）与所述限位挡圈（112）装配在一起后，所述内圈中间形成圆周凹槽滚道（11b）或限位凹坑（11a）。

13.根据权利要求8所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述螺杆支撑元件（10）上设有使所述滚动体（13）之间保持一定的距离且限制所述滚动体（13）相对所述内圈（11）和所述外圈（12）轴向移动的结构为，所述螺杆支撑元件（10）还包括保持架（14），在所述内圈（11）外表面和所述外圈（12）内表面设有圆周凹槽滚道（11b；12d）。

14.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述滚动体（13）为圆柱体，所述圆柱体两端设有润滑槽（13a）。

15.根据权利要求1所述的螺杆支撑装置，其特征在于，在所述外圈（12）与所述机筒（30）内壁配合的外表面安装密封装置（15）。

16.根据权利要求1至15中任意一项所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述的螺杆支撑装置包括一对或多对所述的螺杆支撑元件（10）。

17.一种双螺杆挤出机，其特征在于，具有权利要求1至16中任一项所述的螺杆支撑装置。