一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機及測量方法

2024-03-23 04:49:05

專利名稱：一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機及測量方法
技術領域：
本發明是一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，主要涉及對螺杆擠出機固體輸送段性能的測量方法，可真實在線檢測螺杆擠出機固體輸送段的產量和壓力。
背景技術：
單螺杆擠出機固體輸送段的性能是直接影響擠出產量的重要因素。一直以來，對固體輸送段的研究都局限於在三段式單螺杆擠出機上對固體輸送段進行定性在線模擬，由於組成單螺杆擠出機的固體輸送、壓縮和熔融三段之間是相互協同、相互關聯，因此模擬值與真實值之間不可避免地存在較大偏差。為研究機筒襯套和螺杆結構參數及加工工藝參數改變對固體輸送段性能的影響，同時還要略去螺杆壓縮段和計量段等諸多變量對固體輸送段性能的影響，《日本制鋼所技報》中公開了一種檢測螺杆擠出機固體輸送段產量和壓力的方法及設備，該設備由擠出機固體輸送段和油控背壓調整機構組成。其特點在於螺杆擠出機固體輸送段與油控背壓調整機構通過圓筒連接並將部分圓筒嵌入機筒襯套，在靠近油控背壓調整機構端部的圓筒側壁上開有一個與螺杆軸向垂直的出料孔實現物料擠出，該設備一定程度上可檢測螺杆擠出機固體輸送段的產量和壓力。但是，因為結構設計上的缺陷，該設備具有如下缺點(1)由於圓筒側壁上的出料孔的軸向與固體輸送段螺杆的軸向垂直， 且圓筒側壁上只有一個出料孔實現物料擠出，因此，該試驗機中的物料在固體輸送段末端的運動軌跡嚴重偏離擠出機中物料的真實運動軌跡，出料口出料狀態不能真實反映固體輸送段物料輸送情況，導致固體輸送段末端測量壓力值嚴重偏大；( 由於圓筒側壁上的出料孔的面積恆定，因此，對不同的機筒襯套和螺杆的結構參數組合的適應性差，易導致固體輸送段輸送物料的能力與出料口擠出物料的能力之間不相匹配；C3)出料孔區域的結構設計為非光滑過渡曲面，由於固體物料的流動性差，易在出料孔區域的尖角處產生滯料區，導致出料不暢甚至堵塞出料孔。《擠出理論及應用》一書中也公開了一種檢測螺杆擠出機固體輸送段產量和壓力的方法及裝置。這一改進方法及裝置的特點在於在螺杆擠出機固體輸送段末端安裝與螺杆同軸的彈簧調壓裝置，在彈簧調壓裝置與螺杆擠出機固體輸送段之間安裝頂錐，實現對螺杆擠出機固體輸送段末端擠出物料施加壓力，並將機筒襯套內截面設為一個大出料孔， 雖然該方案可彌補《日本制鋼所技報》中公開的方案易堵出料孔和物料流動方向與真實偏差大的缺點。但是，該裝置還存在以下缺陷(1)機筒襯套內截面僅設為一個大出料孔，螺桿頭部的物料不能保持沿擠出機中物料的真實運動軌跡從出料口排料，因此不能真實反映物料在固體輸送段末端的擠出過程，導致壓力測試誤差較大；( 因為出料孔的總面積遠大於螺杆螺槽的面積(光滑機筒襯套)或螺杆螺槽的面積和機筒襯套溝槽的面積之和(開槽機筒襯套)，因此，從出料孔擠出的物料有很大的壓力降，易導致實測條件發生較大偏差； (3)當頂錐在高壓物料作用下後退時，由於擠出物料的壓力降和物料與頂錐接觸面積的不斷變化，使測試條件與真實狀態下物料在熔融段仍受穩定的高壓作用不一致，導致實測壓力值波動大、偏差大。

發明內容
本發明的目的在於提供一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機及測量方法，有效彌補了已有的檢測螺杆擠出機固體輸送段產量和壓力的方法及裝置帶來的物料運動軌跡失真、堵塞出料孔、壓力波動大等缺陷，實現真實在線檢測螺杆擠出機固體輸送段的產量和壓力。為了實現上述目的，本發明採取了如下技術方案一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於包括壓縮彈簧1、稱重傳感器3、錐套5、導流錐7、固體輸送段機筒11和固體輸送段螺杆12，錐套5與導流錐7通過錐套法蘭4連接並將錐套5嵌入固體輸送段機筒11末端的機筒襯套10內，靠近錐套法蘭 4端部的錐套5的側壁上沿固體輸送段螺杆12軸向等距均布至少2排錐套出料孔6，導流錐7末端連接稱重傳感器3，稱重傳感器3與壓縮彈簧1通過彈簧擋板2連接，實現對固體輸送段螺杆12頭部擠出物料施加壓力。嵌入固體輸送段機筒11內壁的機筒襯套10為光滑機筒襯套或開槽機筒襯套；當機筒襯套10為光滑機筒襯套時，錐套出料孔6的總面積等於螺杆螺槽8的面積；當機筒襯套10為開槽機筒襯套時，錐套出料孔6的總面積等於螺杆螺槽8的面積與機筒襯套溝槽9 的面積之和；以確保單位時間內固體輸送段螺杆12旋轉向前輸送的物料體積與錐套出料孔6擠出的物料體積相等，實現螺杆擠出固體輸送段的物料輸送能力與錐套出料孔6的物料擠出能力之間的匹配。錐套5的外徑等於螺杆直徑，錐套5的側壁上沿螺杆軸向等距均布至少2排錐套出料孔6，所有錐套出料孔6沿錐套5周向均布並且交錯插空排列，錐套出料孔6的軸向與固體輸送段螺杆12的軸向夾角Q1SKT -60°，錐套5與錐套法蘭4間通過螺紋連接，螺紋旋向與螺杆螺稜旋向相反，錐套5螺紋的長度小於錐套法蘭4螺紋的長度，通過調節錐套 5螺紋旋入錐套法蘭4的深度改變靠近錐套法蘭4端部的錐套出料孔6的有效工作面積，保證錐套出料孔6的總面積等於螺杆螺槽8的面積與機筒襯套溝槽9的面積之和。當固體輸送段螺杆12直徑不變，螺杆螺槽8面積和機筒襯套溝槽9面積增大時， 螺杆擠出固體輸送段對物料的輸送能力增強，因此，錐套出料孔6的總面積也必須相應增大以提高錐套出料孔6對物料的擠出能力。物料輸送能力的增強導致錐套5內的物料流率增大，為了避免物料流率增大時在錐套出料孔6之間產生滯料區，應通過沿固體輸送段螺杆12軸向等距均布至少2排錐套出料孔6的方式來增大錐套出料孔6的總面積，實現螺杆擠出固體輸送段的物料輸送能力與錐套出料孔6的物料擠出能力之間的匹配。根據權利要求1所述的一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於 靠近螺桿頭部處錐套5的端面壁厚為lmm-5mm，靠近螺桿頭部處錐套5的內壁為斜面，錐套 5內壁斜面與螺杆的軸向夾角92為10° -30°。根據權利要求1所述的一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於 導流錐7的最接近錐套出料孔6的錐面傾角θ 3等於錐套出料孔6的軸向與固體輸送段螺杆12的軸向夾角θ1導流錐7的錐面沿螺杆軸向的最佳長度應與錐套5長度基本相等， 確保物料進入錐套後即刻受到導流錐的錐面的引流作用；隨固體輸送段螺杆12直徑和長徑比的增大，錐套5長度變大，壓縮彈簧1和稱重傳感器3的量程增大，隨固體輸送段螺杆12直徑和長徑比的減小，錐套5長度變小，壓縮彈簧1和稱重傳感器3的量程變小，以適應螺杆尺寸變化時導致的固體輸送段末端壓力值大小的變化。應用權利要求1所述的螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機的測量方法，其特徵在於工作中，固體輸送段螺杆12旋轉向前輸送固體物料，物料在螺桿頭部積聚建壓，高壓物料作用在導流錐7的錐面上的壓力推動導流錐7向後運動擠壓稱重傳感器3，並壓縮固連於彈簧擋板2上的壓縮彈簧1，導流錐7後退過程時，帶動與導流錐7相連接的錐套5後退，錐套出料孔6露出在機筒襯套10外，在螺杆螺稜推力和導流錐7的錐面的引流作用下， 積聚在螺桿頭部的高壓物料沿錐套出料孔6實現穩態擠出，並保持正常擠出過程中的運動軌跡；通過在線測量錐套出料孔6的產量，檢測螺杆擠出固體輸送段的產量，通過在線觀測與稱重傳感器3連接的數字顯示儀所顯示的壓力值，檢測螺杆擠出固體輸送段末端的壓力值。同時，根據不同的機筒襯套10和螺杆12的結構參數組合，通過調節錐套5螺紋旋入錐套法蘭4的深度改變靠近錐套法蘭4端部的錐套出料孔6的有效工作面積，保證錐套出料孔6的總面積等於螺杆螺槽8的面積與機筒襯套溝槽9的面積之和，真實反映螺杆擠出機固體輸送段的擠出過程。本發明一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機及測量方法與現有技術相比較， 本發明具有以下優點(1)由於錐套出料孔在錐套側壁上沿圓周方向均布，且錐套出料孔與導流錐的光滑錐面傾角相同，在導流錐的錐面的引流作用下，錐套內物料的運動軌跡與擠出機中物料的真實運動軌跡一致，有效彌補了物料運動軌跡失真及滯料區出現導致的壓力測試誤差；(2)由於可通過調節錐套螺紋旋入錐套法蘭的深度改變靠近錐套法蘭端部的錐套出料孔的有效工作面積，保證錐套出料孔的總面積與機筒襯套溝槽的面積和螺杆螺槽的面積之間的匹配，因此，滿足了不同的機筒襯套和螺杆的結構參數組合，真實反映了螺杆擠出固體輸送段的擠出過程；(3)由於工作中錐套始終嵌入機筒襯套內，物料必須先進入錐套內部後再從錐套出料孔實現連續擠出，因此，有效避免了在錐套運動過程中物料在固體輸送段機筒末端的壓力降，這與擠出機中物料在固體輸送段機筒末端的真實受力狀態一致；(4)由於物料必須在導流錐的錐面的引流作用下先進入錐套內部後再從錐套出料孔實現連續擠出，因此，錐套內的高壓物料與導流錐的錐面的接觸面積在錐套的運動過程中保持不變，有效避免了高壓物料作用在導流錐的錐面上的壓力波動，實現了穩壓擠出。


圖1 本發明螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機剖視圖；圖2:本發明錐套剖視圖；圖3 本發明導流錐結構示意圖；圖中1為壓縮彈簧；2為彈簧擋板；3為稱重傳感器；4為錐套法蘭；5為錐套；6為錐套出料孔；7為導流錐；8為螺杆螺槽；9為機筒襯套溝槽；10為機筒襯套；11為固體輸送段機筒；12為固體輸送段螺杆。
具體實施方式
以下結合說明書附圖對本發明的具體實施例加以說明。請參閱圖1所示，為本發明螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機剖視圖。從圖中可以看出，1為壓縮彈簧；2為彈簧擋板；3為稱重傳感器；4為錐套法蘭；5為錐套；6為錐套出料孔；7為導流錐；8為螺杆螺槽；9為機筒襯套溝槽；10為機筒襯套；11為固體輸送段機筒；12為固體輸送段螺杆；請參閱圖2所示，為本發明錐套剖視圖。從圖中可以看出，6為錐套出料孔；請參閱圖3所示，為本發明導流錐結構示意圖。第一實施例本實例加工原料為低密度聚乙烯牌號LD607，固體輸送段螺杆直徑 45mm,長徑比5. 8，螺紋頭數1，右旋，螺槽深3. 2mm,螺杆轉速40r/min ；機筒襯套長341mm， 機筒襯套溝槽左旋，溝槽數8，溝槽螺旋角50°，溝槽深2mm，溝槽寬8mm ；錐套長70mm，錐套外徑45mm，錐套壁厚5mm，錐套出料孔數16，分2排沿錐套周向均布並且交錯插空排列，每排 8個錐套出料孔，2排錐套出料孔軸線沿螺杆軸向間距7mm，錐套出料孔直徑7mm，錐套出料孔的軸向與螺杆的軸向夾角Q1S3CT，靠近螺桿頭部處錐套端面壁厚為1mm，錐套內壁斜面與螺杆軸向夾角92為15°，錐套螺紋長度7mm，錐套法蘭螺紋長度17mm，錐套螺紋旋入錐套法蘭深度7mm。本發明的螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機工作原理及測試方法如見圖1，工作中，固體輸送段螺杆12旋轉向前輸送固體物料，物料在螺桿頭部積聚建壓，高壓物料作用在導流錐7的錐面上的壓力推動導流錐7向後運動擠壓稱重傳感器3，並壓縮固連於彈簧擋板2上的壓縮彈簧1，導流錐7後退過程時，帶動與導流錐7相連接的錐套5後退，錐套出料孔6露出在機筒襯套10外，在螺杆螺稜推力和導流錐7的錐面的引流作用下，積聚在螺桿頭部的高壓物料沿錐套出料孔6實現穩態擠出，並保持正常擠出過程中的運動軌跡；通過在線測量錐套出料孔6的產量檢測螺杆擠出固體輸送段的產量，通過在線觀測與稱重傳感器3連接的數字顯示儀所顯示的壓力值，檢測螺杆擠出固體輸送段末端的壓力值。同時， 根據不同的機筒襯套10和螺杆12的結構參數組合，可通過調節錐套5螺紋旋入錐套法蘭4 的深度改變靠近錐套法蘭4端部的錐套出料孔6的有效工作面積，保證錐套出料孔6的總面積等於機筒襯套溝槽9的面積與螺杆螺槽8的面積之和，真實反映螺杆擠出機固體輸送段的擠出過程。按該固體輸送段在線模擬試驗機在線測量的固體輸送產量為21. 5Kg/h,固體輸送段末端壓力值為21. 2MPa，而同等參數下按理論計算得到的固體輸送產量為23. lKg/h，固體輸送段末端壓力值為23. 5MPa。第二實施例本實例加工原料為低密度聚乙烯牌號LD607，固體輸送段螺杆直徑 45mm,長徑比5. 8，螺紋頭數1，右旋，螺槽深3. 2mm,螺杆轉速40r/min ；機筒襯套長341mm， 機筒襯套溝槽數8，溝槽螺旋角90°，溝槽深1. 5mm,溝槽寬8mm ；錐套長70mm，錐套外徑 45mm,錐套壁厚5mm，錐套出料孔數16，分2排沿錐套周向均布並且交錯插空排列，每排8個錐套出料孔，2排錐套出料孔軸線沿螺杆軸向間距7mm，錐套出料孔直徑7mm，錐套出料孔的軸向與螺杆的軸向夾角Q1SSCT，靠近螺桿頭部處錐套端面壁厚為1mm，錐套內壁斜面與螺杆軸向夾角92為15°，錐套螺紋長度7mm，錐套法蘭螺紋長度17mm，錐套螺紋旋入錐套法蘭深度12_。本發明的螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機工作原理及測試方法如見圖1，工作中，固體輸送段螺杆12旋轉向前輸送固體物料，物料在螺桿頭部積聚建壓，高壓物料作用在導流錐7的錐面上的壓力推動導流錐7向後運動擠壓稱重傳感器3，並壓縮固連於彈簧擋板2上的壓縮彈簧1，導流錐7後退過程時，帶動與導流錐7相連接的錐套5後退，錐套出料孔6露出在機筒襯套10外，在螺杆螺稜推力和導流錐7的錐面的引流作用下，積聚在螺桿頭部的高壓物料沿錐套出料孔6實現穩態擠出，並保持正常擠出過程中的運動軌跡；通過在線測量錐套出料孔6的產量檢測螺杆擠出固體輸送段的產量，通過在線觀測與稱重傳感器3連接的數字顯示儀所顯示的壓力值，檢測螺杆擠出固體輸送段末端的壓力值。同時， 根據不同的機筒襯套10和螺杆12的結構參數組合，通過調節錐套5螺紋旋入錐套法蘭4 的深度改變靠近錐套法蘭4端部的錐套出料孔6的有效工作面積，保證錐套出料孔6的總面積等於機筒襯套溝槽9的面積與螺杆螺槽8的面積之和，真實反映螺杆擠出機固體輸送段的擠出過程。按該固體輸送段在線模擬試驗機在線測量的固體輸送產量為20. 6Kg/h，固體輸送段末端壓力值為22. 4MPa。本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特徵的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍，因此，與本發明的權利要求書相當的含有和範圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於包括壓縮彈簧(1)、稱重傳感器(3)、錐套(5)、導流錐(7)、固體輸送段機筒(11)和固體輸送段螺杆(12)，錐套(5)與導流錐(7)通過錐套法蘭(4)連接並將錐套( 嵌入固體輸送段機筒(11)末端的機筒襯套(10)內，靠近錐套法蘭(4)端部的錐套(5)的側壁上沿固體輸送段螺杆(1 軸向等距均布至少2排錐套出料孔(6)，導流錐(7)末端連接稱重傳感器(3)，稱重傳感器C3)與壓縮彈簧(1)通過彈簧擋板( 連接，實現對固體輸送段螺杆(1 頭部擠出物料施加壓力。嵌入固體輸送段機筒(11)內壁的機筒襯套(10)為光滑機筒襯套或開槽機筒襯套；當機筒襯套(10)為光滑機筒襯套時，錐套出料孔(6)的總面積等於螺杆螺槽(8)的面積；當機筒襯套(10)為開槽機筒襯套時，錐套出料孔(6)的總面積等於螺杆螺槽(8)的面積與機筒襯套溝槽(9)的面積之和；錐套(5)的外徑等於螺杆直徑，錐套(5)的側壁上沿螺杆軸向等距均布至少2排錐套出料孔(6)，所有錐套出料孔(6)沿錐套(5)周向均布並且交錯插空排列，錐套出料孔(6) 的軸向與固體輸送段螺杆(12)的軸向夾角為10° -60°，錐套(5)與錐套法蘭間通過螺紋連接，螺紋旋向與螺杆螺稜旋向相反，錐套( 螺紋的長度小於錐套法蘭(4)螺紋的長度。
2.根據權利要求1所述的一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於靠近螺桿頭部處錐套(5)的端面壁厚為lmm-5mm，靠近螺桿頭部處錐套(5)的內壁為斜面，錐套(5)內壁斜面與螺杆的軸向夾角為10° -30°。
3.根據權利要求1所述的一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機，其特徵在於導流錐(7)的最接近錐套出料孔(6)的錐面傾角等於錐套出料孔(6)的軸向與固體輸送段螺杆(12)的軸向夾角。
4.應用權利要求1所述的螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機的測量方法，其特徵在於工作中，固體輸送段螺杆(1 旋轉向前輸送固體物料，物料在螺桿頭部積聚建壓，高壓物料作用在導流錐(7)的錐面上的壓力推動導流錐(7)向後運動擠壓稱重傳感器(3)，並壓縮固連於彈簧擋板( 上的壓縮彈簧(1)，導流錐(7)後退過程時，帶動與導流錐(7)相連接的錐套( 後退，錐套出料孔(6)露出在機筒襯套(10)外，在螺杆螺稜推力和導流錐 (7)的錐面的引流作用下，積聚在螺桿頭部的高壓物料沿錐套出料孔(6)實現穩態擠出，並保持正常擠出過程中的運動軌跡；通過在線測量錐套出料孔(6)的產量，檢測螺杆擠出固體輸送段的產量，通過在線觀測與稱重傳感器C3)連接的數字顯示儀所顯示的壓力值，檢測螺杆擠出固體輸送段末端的壓力值。
全文摘要
本發明公開了一種螺杆擠出固體輸送段在線模擬試驗機和產量及壓力的測量方法，試驗機包括壓縮彈簧、稱重傳感器、錐套、導流錐、固體輸送段機筒和固體輸送段螺杆。固體輸送段螺杆旋轉向前輸送固體物料，物料在螺桿頭部積聚建壓，高壓物料作用在導流錐的錐面上的壓力推動導流錐向後運動擠壓稱重傳感器，並壓縮固連於彈簧擋板上的壓縮彈簧，導流錐後退過程時，帶動與導流錐相連接的錐套後退，錐套出料孔露出在機筒襯套外，在螺杆螺稜推力和導流錐的錐面的引流作用下，積聚在螺桿頭部的高壓物料沿錐套出料孔實現穩態擠出。本發明彌補了已有的檢測螺杆擠出機固體輸送段產量和壓力的方法及設備帶來的物料運動軌跡失真、堵塞出料孔、壓力波動大等缺陷。
文檔編號G01L5/00GK102213648SQ20111008280
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者潘龍, 苗立榮, 薛平, 賈明印 申請人:北京化工大學