螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機的製作方法
2023-12-10 20:28:02 1
專利名稱：螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機的製作方法
技術領域：
本發明涉及螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，適合物料的輸送、塑化、混合、造粒、擠出成型和反應擠出加工，可用於石油、化工、橡膠、塑料、食品、製藥、炸藥和推進劑等行業。
背景技術：
在石油、化工、橡膠、塑料、製藥、食品、炸藥和推進劑等工業中經常涉及到對高黏度流體進行混合、剪切及塑化等混煉作用，螺杆型擠出機是實現這些作用的重要裝備。螺杆擠出機有普通雙螺杆擠出機與錐形螺杆擠出機之分。相較前者，後者的螺杆外徑的外錐角和螺槽根徑的內錐角大小不同。具有如下獨特的優點螺杆尾部直徑增大，加料量增大，以提高擠出機擠出產量。螺杆尾部直徑增大也增大了螺杆的承載能力，齒輪和軸承使用壽命長，有利於布置止推軸承和齒輪；加料段螺槽容積大，易加入較大體積的松密度粉料，也有利於熱傳導，更易實現對物料加熱或冷卻；排料段螺杆直徑小，圓周速度較小，產生的剪切較低，摩擦熱也較小，熱損傷的危險性小；螺槽容積沿擠出方向逐漸減小，物料逐漸得到壓縮，從而使螺槽更快充滿物料，保證物料連續平緩地塑化。傳統錐形雙螺杆是異向的，專利200510118915. 3發明了同方向旋轉的錐形雙螺杆擠出機。被加工的物料在機筒中環繞雙錐形螺杆擠壓，增加了塑化時間和密煉性能，從而保證了產品的塑化質量。但是，兩根螺杆依然只能形成一個捏合區。隨著聚合物共混和複合改性的飛速發展，對加工中各組分的細化、分散混合效果的要求越來越高，相應地要求有更好的塑煉設備，以實現高質、高效、低能耗的目標。專利 CN01207223. 0在平行雙螺杆擠出機的基礎上開發出三角形排列的平行三螺杆擠出機，三根螺杆平行排列，形成三個捏合區和一個中心區。相對兩螺杆擠出機，三螺杆擠出機具有摩擦剪切和多個嚙合區的正位移輸送特性，物料與螺杆有更大的接觸面積。混合充分、熱傳遞性好、熔融能力大、排氣能力優良以及溫度控制更好，且具有更低的能耗。專利CN201079735Y中提供了一種差速雙螺杆捏合機，既具有傳統捏合設備對高黏度流體的混合、剪切及塑化混煉作用，又具有螺杆擠出機連續擠出的特點。但該專利中的螺杆沿軸向螺紋結構完全相同，不能適應物料不同加工階段所需要的不同螺紋結構；而且該專利只是一種連續的捏合機，不能很好的適用於物料的擠出成型、造粒、混煉等。如果將差速雙螺杆捏合機進行結構改進，並且增加一根螺杆，形成三個嚙合區；將螺杆設計成錐形的，則物料在輸運過程還存在來自錐形料筒的擠壓作用。這樣，形成了螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，集合了三螺杆擠出機、錐形螺杆擠出機和差速捏合機的多個優點，進一步提高加工質量和效率，降低能耗，並擴展形成新的工藝用途。這正是本專利的構思。
發明內容
本發明螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，主要由加料裝置、機筒、螺杆、機頭、加熱裝置、排氣裝置、電機、傳動裝置組成，機筒中有可差速旋轉的三根錐形螺杆，呈三角形排列。在工作過程中，三根螺杆相互嚙合，形成三個嚙合區。螺杆分為陰轉子和陽轉子，螺稜頭數多的稱為陰轉子，螺稜頭數少的稱為陽轉子。 三根螺杆中兩個為陽轉子，一個為陰轉子；三根螺杆組合時至少具有一個螺紋嚙合區，在該區的陰轉子螺稜頭數為陽轉子的整數倍，陰陽轉子的旋轉速度與螺稜頭數呈反比，可實現差速旋轉。在差速旋轉的螺紋嚙合區，轉子斷面型線由若干段曲線依次連接而成，且陰陽轉子端面型線相互對應，共軛嚙合，差速運動時形成良好的嚙合狀態，保證不幹涉。在差速旋轉的螺紋嚙合區，相鄰陰陽轉子螺旋副在理論上可以是共軛的，正位移輸送能力和建壓能力很強。在嚙合區，陰轉子的螺稜和螺槽與對應的陽轉子的螺槽和螺稜之間因螺杆轉速不同形成很大的速度差，這樣具備剪切和拉伸等多種作用，因此明顯增強混合和塑化效果。而且，陰陽轉子相互嚙合過程中，相互剝離黏附在螺杆上的物料，具有自清潔能力。三根螺杆可以是兩個在上一個在下的倒品字形排列，也可以是一個在上兩個在下的正品字形，還可以是其它三角形放置方式，其中一根陰轉子可以根據需要放置在三角形的不同位置。為了更好的適應物料的加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區段上可設置為不同導程和端面型線甚至改變螺杆螺稜頭數的螺紋段或其他形式。三根螺杆安裝時保證至少具有一個差速旋轉的螺紋嚙合區外，在不同區段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現增強混煉、排氣效果或其他功能。例如，為了進一步增強設備的混合能力並實現穩定擠出，可在一定區段增加銷釘螺杆段或齒形盤等，但必須保證陰陽轉子運動時不幹涉；在擠出機排氣段機筒上設置排氣口，排氣口接排氣裝置，實現水分和其他氣體的脫揮，提高製品質量。
圖1為螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機的結構示意圖1-機頭，2-加熱冷卻裝置，3-排氣口，4-機筒，5-螺杆，6_加料裝置，7_安裝座， 8-聯軸器，9-減速箱，10-電機，11-機架。圖2為三根差速錐形螺杆的嚙合示意3為一種陽轉子結構示意4為一種陰轉子結構示意5為兩個陽轉子在上一個陰轉子在下的倒品字形排列嚙合示意6為兩個陽轉子在一側一個陰轉子另一側的排列嚙合示意7為兩個陽轉子在下一個陰轉子在上的品字形排列嚙合示意8為螺杆混煉段採用銷釘螺杆時的具有銷釘安裝孔的螺杆斷面9為螺杆混煉段採用嚙合盤元件時的側視10為螺杆混煉段採用嚙合盤元件時的正視圖
具體實施方案實施案例一
按照圖1設計螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，三根螺杆嚙合如圖2，其中陽轉子結構如圖2，陰轉子結構如圖3。擠出機中三根螺杆5採用圖5、圖6或圖7等排列形式。其中，在螺紋嚙合區中，陽轉子螺稜頭數為1，陰轉子螺稜頭數為4。高轉速電機10 通過減速箱9、聯軸器8將扭矩分配給陰陽轉子，其速度之比為1/4，兩個陽轉子同向旋轉， 而陰轉子與陽轉子呈異向旋轉。螺杆5組裝放置在固定於安裝座7的料筒4內，料筒4上開有排氣口 3，通過外裝加熱冷卻裝置2調節溫度，料筒4、減速箱9和電機10直接安裝在機架11上。從加料口 6中加入所要加工的物料，物料經固體輸送、壓縮熔融之後，由粒料或粉料變為熔融狀態。經過排氣口 3時，物料中的水分和揮發氣體經由排氣裝置排出機筒。螺杆上靠近機頭1設置混煉段，採用圖8中安置銷釘的帶孔螺杆形式。螺杆上銷釘起到分割料流，增加界面，改變料流方向，使界面再取向，使料流重新排列的作用。通過多次分流、匯合，再取向而實現分布混合，彌補了轉子異向旋轉分布混合能力不強的缺點。物料經過混煉段後，通過機頭1擠出。實施案例二類似於實施案例一形成差速錐形三螺杆擠出機。不同處在於螺杆在靠近機頭1的混煉段，採用側視圖9和正視圖10所示的嚙合盤形式。螺杆齒形盤非交錯區可以對物料進行分流，增加界面，提供最小的能量輸入，有利於分布混合，產生較低的溫度；在交錯區對物料形成垂直於流動方向的剪切，也有利於分布混合。
權利要求
1.螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，主要由加料裝置、機筒、螺杆、機頭、加熱冷卻裝置、排氣口、電機、傳動裝置組成，其特徵在於三根螺杆均為錐形，呈三角形排列，兩個陽轉子，一個陰轉子；三根螺杆組合時至少具有一個螺紋嚙合區，在該區的陰轉子螺稜頭數為陽轉子的整數倍，陰陽轉子的旋轉速度比與螺稜頭數比呈反比，可實現差速旋轉，運動時不幹涉。
2.根據權利要求1所述的螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，其特徵在於三根螺杆可以是兩個在上一個在下的倒品字形排列，也可以是一個在上兩個在下的正品字形，還可以是其它三角形放置方式，其中一根陰轉子可以根據需要放置在三角形的不同位置。
3.根據權利要求1所述的螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，其特徵在於根據物料加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區段上可設置為不同導程和斷面型線的螺紋段或其他形式，三根螺杆安裝時保證至少具有一個差速旋轉的螺紋嚙合區外，在不同區段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現增強混煉、排氣效果或其他功能。
全文摘要
本發明涉及螺杆三角形排列的差速錐形三螺杆擠出機，主要由加料裝置、機筒、螺杆、機頭、加熱冷卻裝置、排氣口、電機、傳動裝置組成。其中三根螺杆均為錐形螺杆，呈三角形排列，兩個是陽轉子，一個是陰轉子；三根螺杆組合時至少具有一個螺紋嚙合區，在該區的陰轉子螺稜頭數為陽轉子的整數倍，陰陽轉子的旋轉速度比與螺稜頭數比呈反比，可實現差速旋轉，運動時不幹涉。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。根據物料加工要求，在螺杆的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區段上可設置為不同導程和斷面型線的螺紋段或其他形式，三根螺杆安裝時保證至少具有一個差速旋轉的螺紋嚙合區外，在不同區段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現增強混煉、排氣效果或其他功能。該擠出機具有良好的混合、塑化、輸送能力，適用於塑料、橡膠、食品及炸藥等多種物料的加工成型。
文檔編號B29C47/00GK102275285SQ201110094950
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者王克儉 申請人:北京化工大學