CN105014909B - 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：内圈和外圈；其中，内圈安装在螺杆芯轴上，随螺杆芯轴一起转动，外圈的轴向长度小于内圈的轴向长度，外圈与机筒的内壁配合，外圈在径向方向上与机筒内壁之间的间隙小于螺杆的螺棱与机筒内壁之间的间隙，两个外圈相互限位，两个外圈之间的径向间隙小于两根螺杆之间的径向间隙。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。

专利US2003007709A1公开了一种螺杆挤出机，螺杆芯轴上具有特殊的内部轴承，轴承消除了单螺杆或多螺杆挤出机中悬臂螺杆的磨损。该内部轴承包括随螺杆轴转动的轴承环、静止不动的轴承壳以及轴承保持件，其中轴承保持件与轴承壳固定连接。这种结构不方便装配和拆卸，尤其是更换螺杆时极其不便。装配时，需要最后安装轴承保持件，通过轴承保持件来控制轴承环和轴承壳之间的配合间隙，很容易造成两者之间的配合间隙过松或过紧，过松则起不到支撑螺杆的作用，过紧则会对螺杆转动产生额外阻力，甚至使螺杆不能转动。拆卸时，需要先将轴承保持件拆卸，对于只需要更换螺杆的情况（如加工不同物料更改螺杆构型）过于复杂。其次，由于轴承保持件占据了一段机筒的位置，加工时不能对机筒内壁一次成型，大大增加了机筒加工和螺杆装配的难度。同时，由于轴承保持件占据了一段机筒的位置，不方便对现有机器进行加装改进。另外，由于轴承环随螺杆转动，轴承壳和轴承保持件与机筒连接，在生产过程中，螺杆会有一定程度的轴向膨胀伸缩，轴承壳和轴承保持件与相邻的螺杆元件之间会产生相应的轴向位移，因此需要设计时计算好轴承壳和轴承保持件与相邻螺杆元件之间的间隙，否则可能在生产过程中发生干涉，增加了设计难度。

专利CN201380033773.3公开了一种用于双螺杆挤出机的支撑装置，该装置在两根螺杆轴向相同位置上各设置小径部，在机筒上设置支撑部，在支撑部上设有支撑小径部的支撑表面并且具有流动路径，物料从该流动路径通过，小径部与支撑表面之间的间隙等于或小于螺杆的螺棱与机筒内表面之间的间隙，从而实现对螺杆的支撑，减少螺杆与机筒的磨损。与专利US2003007709A1相同，由于支撑结构的一部分设置在螺杆上，一部分连接在机筒上，因此具有与专利US2003007709A1相同的装配和拆卸不便、增加了机筒加工和螺杆装配的难度、不方便对现有机器进行加装改进以及增加了设计难度等问题。

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两部分组成：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，与所述机筒的内壁配合。所述内圈与所述外圈之间相对转动。

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。

在螺杆支撑元件上设有流体通道，以便物料通过。流体通道的设置形式包括但不限于以下三种。

优选地，在所述外圈上设有流体通道。这种流体通道的设置和加工方便。

可选择地，在所述内圈上设有流体通道。物料通过这种流体通道时随螺杆一起转动，进流体通道和出流体通道时对物料有垂直于流体方向的剪切混合效果。

可选择地，在所述外圈和所述内圈上都设有流体通道。这种设置方法流体通道多，分布混合效果好。

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上所设的流体通道流过，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。所述的两个外圈相互限位，不会在机筒内发生旋转，径向与机筒配合，对螺杆起到支撑作用。

进一步地，在所述外圈的两端面设润滑槽，当所述外圈在流场压力作用下被推向相邻的螺杆元件并与其端面接触产生摩擦时，所述润滑槽内连续通过的物料产生润滑作用。

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，所述螺杆支撑元件的外圈和内圈之间的配合面为圆柱面，所述内圈的出料端设有挡边，从而对所述外圈进行轴向限位。进一步地，所述外圈的端面设有润滑槽，流体连续通过所述润滑槽时对所述外圈和所述内圈上所设挡边之间的相对转动起润滑作用。

可选择地，所述螺杆支撑元件的外圈和内圈之间的配合面为圆锥面，即将所述外圈的内表面设为圆锥面，所述内圈的外表面设为圆锥面，且两者的锥度相等，所述外圈大径端的直径小于所述内圈大径端的直径，所述外圈小径端的直径大于所述内圈小径端的直径，所述外圈在流场压力作用下被推向所述内圈的大径端，从而实现对所述外圈的轴向限位。

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。实现对所述外圈双向轴向限位的方式可以有多种。

优选地，在所述内圈和所述外圈相互接触的部分设有相互啮合的结构，以限制所述内圈和所述外圈发生轴向相对移动，现实对所述外圈的双向轴向限位，为了将两者顺利装配在一起，将所述外圈设置成对开式，即将外圈剖分为两部分通过连接件装配在一起。进一步地，可以将所述内圈和所述外圈接触部分相互啮合的结构设置为曲面光滑过渡的结构，有利于物料更顺利地通过所述内圈和所述外圈之间的间隙。进一步地，还可以将所述内圈和所述外圈接触部分相互啮合的结构设置为球面配合结构，除了对所述外圈进行轴向限位，还可以使螺杆支撑元件随螺杆的挠性变形自动调整以适应螺杆的偏斜，防止所述内圈与所述外圈的“边缘摩擦”，以避免所述螺杆支撑元件端部的磨损。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，所述螺杆支撑元件的外圈和内圈之间的配合面为圆锥面，所述外圈的内表面设为圆锥面，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，所述内圈本体的外表面设为圆锥面，且与所述外圈内表面所设圆锥面的锥度相等，所述外圈大径端的直径小于所述内圈本体大径端的直径，所述外圈小径端的直径大于所述内圈本体小径端的直径，所述限位挡圈安装在所述内圈本体的小径端，通过所述圆锥面配合结构和所述限位挡圈实现对所述外圈的双向轴向限位。通过拧转所述限位挡圈，还可以调节所述外圈和所述内圈本体之间的配合间隙，将所述限位挡圈往所述内圈本体的大径端拧转时，所述外圈被推向所述内圈本体的大径端，所述外圈和所述内圈本体之间的间隙变小；将所述限位挡圈往所述内圈本体的小径端拧转时，所述外圈可以向所述内圈本体的小径端移动，所述外圈和所述内圈本体之间的间隙变大。进一步地，所述限位挡圈与所述外圈接触的端面上设有润滑槽，流体连续通过所述润滑槽时对所述外圈和所述限位挡圈之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为利于所述内圈与所述外圈配合面的润滑，可以在所述内圈的外表面或所述外圈的内表面设润滑槽。所述润滑槽可以是直槽、斜槽、螺旋槽或其它形状的动力润滑槽，斜槽和螺旋槽可以是左倾或右倾。

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为螺杆支撑元件的结构示意图；

图3A、图3B和图3C为两个外圈相互限位方式的结构示意图；

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E为螺杆支撑元件的流体通道设置示意图；

图5为两端面设有润滑槽的外圈的结构示意图；

图6为内圈单侧设有挡边的螺杆支撑元件的结构示意图；

图7为外圈和内圈之间的配合面为圆锥面的螺杆支撑元件的结构示意图；

图8A、图8B、图8C和图8D为内圈和外圈相互接触的部分设有相互啮合结构的螺杆支撑元件的结构示意图；

图8E和图8F为外圈为对开式的螺杆支撑元件的结构示意图；

图9A为具有组合式内圈的螺杆支撑元件的结构示意图；

图9B为组合式内圈的内圈本体的结构示意图；

图9C为组合式内圈的限位挡圈的结构示意图；

图10A、图10B和图10C为内圈外表面设润滑槽的结构示意图；

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10的实施例。螺杆支撑元件10由两部分组成，包括内圈11和外圈12。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。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。内圈11与外圈12之间相对转动。在外圈12上设有流体通道12a，以便物料通过。

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3A所示，两个外圈12相互接触的平面12b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3B所示，两个外圈12相互接触的部分设有相互啮合的结构12c，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3C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。

在螺杆支撑元件10上设有流体通道10a，以便物料通过，如图4A所示。流体通道的设置形式可以有多种，其并不限于以下描述的三种具体形式。

一种具体形式为：在外圈12上设有流体通道12a，图2所示为外圈12设有若干封闭流体通道12a的实例，图4B所示为外圈12外表面设有若干开放流体通道12a的实例，图4C所示为外圈12内表面设有若干开放流体通道12a的实例。这种流体通道12a的设置和加工方便。

可选择地，另一种具体形式为：在内圈11上设有流体通道11a，图4D所示为内圈11设有若干封闭流体通道11a的实例，图4E所示为内圈11外表面设有若干开放流体通道11a的实例。物料通过这种流体通道时随螺杆20一起转动，进流体通道和出流体通道时对物料有垂直于流体方向的剪切混合效果。

可选择地，再一种具体形式为：在外圈12和内圈11上都设有流体通道，流体通道的组合形式为外圈12上所设流体通道12a的各种形式和内圈11上所设流体通道11a的各种形式的任一组合，图4A列举了外圈12外表面设有若干开放流体通道12a和内圈11设有若干封闭流体通道11a的组合形式，其它组合形式此处不再一一列举。这种设置方法流体通道多，分布混合效果好。

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上所设的流体通道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20被完全限位，包括轴向和径向。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，在外圈12的两端面设润滑槽12d，如图5所示，当外圈12在流场压力作用下被推向相邻的螺杆元件22并与其端面接触产生摩擦时，润滑槽12d内连续通过的物料产生润滑作用。

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：如图6所示，螺杆支撑元件10的外圈12和内圈11之间的配合面为圆柱面，内圈11的出料端设有挡边11b，从而对外圈12进行轴向限位。当外圈12在流场压力作用下被推向出料端时，内圈11上的挡边11b对外圈12产生轴向限位作用，消除了外圈12与相邻螺杆元件22的端面接触。进一步地，外圈12的端面设有润滑槽12d，流体连续通过润滑槽12d时对外圈12和内圈11上所设挡边11b之间的相对转动起润滑作用。

可选择地，另一种具体形式为：如图7所示，螺杆支撑元件10的外圈12和内圈11之间的配合面为圆锥面，即将外圈12的内表面设为圆锥面12e，内圈11的外表面设为圆锥面11c，且圆锥面12e和11c 的锥度相等，外圈12大径端的直径小于内圈11大径端的直径，外圈12小径端的直径大于内圈11小径端的直径，外圈12在流场压力作用下被推向内圈11的大径端，从而现实对外圈12的轴向限位。

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。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：在内圈11和外圈12相互接触的部分设有相互啮合的结构，如图8A和图8B所示，在内圈11上设轴向双向挡边11d，在外圈12上设与双向挡边11d啮合的结构12f，两者装配在一起后，实现对外圈12双向轴向限位。为了物料更顺利地通过内圈11和外圈12之间的间隙，可以将两者接触部分相互啮合的结构设置为曲面光滑过度的结构，如图8C所示。图8D列举了内圈11和外圈12相互接触部分的另一种啮合结构，内圈11和外圈12相互接触的部分设为球面，一方面可以对外圈12进行轴向限位，另一方面螺杆支撑元件10可随螺杆20的弯曲变形自动调位以适应螺杆20的偏斜，能防止内圈11与外圈12的“边缘摩擦”，以避免螺杆支撑元件10端部的磨损。由于内圈11和外圈12相互接触的部分设有相互啮合的结构，为了顺利地将内圈11和外圈12装配在一起，将外圈12设置成对开式，即将外圈12剖分为两部分通过连接件装配而成。如图8E所示，外圈12由左半部121和右半部122通过连接件123装配而成。图8F列举了另一种外圈12的对开形式，外圈12由上半部121和下半部122通过连接件123装配而成，在此实施例中，成对使用的两个螺杆支撑元件10的外圈12为一个整体。进一步地，为了安装定位，将外圈12的两部分121和122相互接触的剖分面设为阶梯式。

可选择地，另一种具体形式为：如图9A所示，螺杆支撑元件10的外圈12和内圈11之间的配合面为圆锥面，外圈内表面设为圆锥面12e，内圈11由内圈本体111和安装在内圈本体111上的限位挡圈112组成。如图9B所示，内圈本体111的外表面上设有圆锥面111a，其小径部设有螺纹部111b。如图9C所示，限位挡圈112上设有螺纹部112b。内圈本体111上所设螺纹部111b与限位挡圈112上所设螺纹部112b相配合，内圈本体111的外表面上所设圆锥面111a与外圈12内表面所设圆锥面12e锥度相等，外圈12大径端的直径小于内圈本体111大径端的直径，外圈12小径端的直径大于内圈本体111小径端的直径，限位挡圈112通过螺纹部112b安装到内圈本体111上。当外圈12在流场压力作用下被推向内圈本体111大径端时，内圈本体111的圆锥面111a对外圈12有限位作用，通过圆锥面配合结构和限位挡圈112实现对外圈12的双向轴向限位。通过拧转限位挡圈112，还可以调节外圈12和内圈本体111之间的配合间隙，将限位挡圈112往内圈本体111的大径端拧转时，外圈12被推向内圈本体111的大径端，外圈12和内圈本体111之间的间隙变小；将限位挡圈112往内圈本体111的小径端拧转时，外圈12可以向内圈本体112的小径端移动，外圈12和内圈本体111之间的间隙变大。进一步地，限位挡圈112与外圈12接触的端面上设有润滑槽112a，流体连续通过润滑槽112a时对外圈12和限位挡圈112之间的相对转动起润滑作用。

进一步地，为利于内圈11与外圈12配合面的润滑，可以在内圈11的外表面或外圈12的内表面设若干润滑槽。以在内圈11的外表面设润滑槽为例，进行说明。如图10A、图10B和图10C所示，润滑槽11e可以是直槽、斜槽或螺旋槽，斜槽或螺旋可以是右倾，也可以是左倾，槽型和槽数不限。

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外表面安装密封装置13，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13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，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）；

所述外圈（12）的轴向长度（H2）小于所述内圈（11）的轴向长度（H1）；

其特征在于，外圈（12）与机筒（30）的内壁配合，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（22）与所述机筒（30）内壁之间的间隙（C2）；

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）。

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（12b）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（12c），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，所述的螺杆支撑元件（10）上设有流体通道（10a）。

4.根据权利要求3所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述流体通道（10a）设置在所述内圈（11）或所述外圈（12）上。

5.根据权利要求3所述的螺杆支撑装置，其特征在于，在所述外圈（12）的两端面设有润滑槽（12d）。

6.根据权利要求3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。

7.根据权利要求6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）的出料端设置挡边（11b），或所述外圈（12）和所述内圈（11）之间的配合面为圆锥面，即所述外圈（12）的内表面为圆锥面（12e），所述内圈（11）的外表面为圆锥面（11c），且两者的锥度相等，所述外圈（12）大径端的直径小于所述内圈（11）大径端的直径，所述外圈（12）小径端的直径大于所述内圈（11）小径端的直径。

8.根据权利要求3所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述的外圈（12）双向轴向限位。

9.根据权利要求8所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述外圈（12）双向轴向限位的方式为，在所述内圈（11）和所述外圈（12）相互接触的部分设有相互啮合的结构，所述外圈（12）设置成对开式，即将外圈（12）剖分为两部分（121；122）通过连接件（123）装配而成。

10.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）和所述外圈（12）接触部分相互啮合的结构设置为曲面光滑过渡的结构，或所述内圈（11）和所述外圈（12）接触部分相互啮合的结构设置为球面配合结构。

11.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）剖分为两部分（121；122），所述的两部分（121；122）相互接触的剖分面设为阶梯式。

12.根据权利要求8所述的螺杆支撑装置，其特征在于，对所述外圈（12）双向轴向限位的方式为，所述外圈（12）和所述内圈（11）之间的配合面为圆锥面，所述外圈（12）的内表面设为圆锥面（12e），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）的外表面设为圆锥面（111a），且与所述外圈（12）内表面所设圆锥面（12e）的锥度相等，所述外圈（12）大径端的直径小于所述内圈本体（111）大径端的直径，所述外圈（12）小径端的直径大于所述内圈本体（111）小径端的直径，所述限位挡圈（112）安装在所述内圈本体（111）的小径端。

13.根据权利要求12所述的螺杆支撑装置，其特征在于，所述限位挡圈（112）与所述外圈（12）接触的端面上设有润滑槽（112a）。

14.根据权利要求3所述的螺杆支撑装置，其特征在于，在所述内圈（11）的外表面或所述外圈（12）的内表面设有润滑槽。

15.根据权利要求3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（13）。

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。