挤出机双流道筒体的设计及换热能力的计算与分析.pdf

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1、潘宝霞，等：挤出机双流道筒体的设计及换热能力的计算与分析79挤出机双流道简体的设计及换热能力的计算与分析潘宝霞贾朝阳(甘肃省聚合物配混改性成套技术及装备工程技术研究中心，兰州730060)摘要介绍了设计双流道筒体的必要性，通过建立物理、数学模型详细论述了双流道筒体的设计原理及换热计算过程，并通过试验对比分析验证了模型的可靠性，同时对单、双流道简体的换热能力进行对比分析，得出了可靠的结论。一关键词挤出机筒体双流道换热能力模型双螺杆挤出机作为加工聚合物的主要设备，目前已广泛应用于塑料加工的各个领域。双螺杆挤出机主要

2、由加料系统、驱动系统、主机工作系统、切粒系统、电仪控制系统以及相应辅机组成，如图1所示。主机工作系统作为双螺杆挤出机的核心部分，主要由芯轴、螺杆元件、简体、筒体加热与冷却系统等组成，其主要作用是完成物料的输送、熔融、混图2镗孔式简体内部结构图炼、排气及稳定挤出，混炼塑化好的物料经模头挤出并被切粒系统切成大小均一的颗粒。1一电仪控制系统；2一驱动系统；3-]J1]料系统；4一主机工作系统；5-切粒系统图1双螺杆挤出机外形图在塑料熔融混炼塑化的过程中，温度是一个非常重要而且需精确控制的参数，不同的物料、不同的图3简

3、体流遭的物理模型挤出工艺过程对温度的要求完全不同。筒体作为双响简体外形尺寸及简体强度的情况下，在尽量靠近螺杆挤出机热量的载体，对温度的控制起着至关重筒体“∞”孔的位置加工多个孔，并分别用沟槽将其要的作用。其内部的流道结构以及材质决定着筒体连接起来，分成两组互不干涉的双流道，根据实际生的换热能力及换热效率J。就常规的配混挤出工产工艺，在流道内选择通人不同的换热介质，简体两艺而言，简体镗孔式的单流道换热结构(见图2)基端分别留有每组介质流道的进、出口。本满足其换热要求，但在一些特殊领域，由于挤出过2换热数学模型程中

4、伴有瞬间放出大量反应热或瞬间需补充大量脱2．1传热控制过程挥热的现象，其换热量比一般配混挤出过程大得多，图4是双流道简体的换热模型，其换热可以分普通的单流道换热结构不能完全满足其换热要求，为三种情况：(1)两组流道同时用于冷却，该模型主因此笔者设计了一种换热能力更强的双流道换热筒要用于反应瞬间强放热，需要迅速撤走大量热量的体(见图3)，并对其换热能力进行了计算分析。工况。(2)两组流道同时用于加热，该模型主要用1物理模型由图3可知，双流道筒体的主要特征为：在不影收稿日期：2010—07—06工程塑料应用2010

5、年，第38卷，第9期度等多种因素的影响；加热R。——聚合物熔体一侧的污垢热阻，m。·K／面污垢膜内未一一W；筒体壁6——简体内壁到流道处的平均厚度，m；外l流体膜内d，，d2——简体内壁到中心的距离和流道处到加热中心的距离，m；·●冷jA——钢的导热系数，约为47W／(m·K)；4换热过程模型d——流道的导热当量半径，m；于大溶剂脱挥过程中热量由于溶剂的脱除而急剧减，——金属壁对导热油传热系数，W／(In·少，需要及时补充大量脱挥热的工况。(3)两组流K)；道一组用于加热，一组用于冷却，该模型用于常规的R——换

6、热介质一侧的污垢热阻，m·K／w。塑料挤出工艺中，与筒体外部进行电加热、内部进行2．3计算结果水冷却的方式等效。但无论是哪种换热方式，其换将试验过程中可以设定的参数作为计算过程中热机理基本相同。温度变化示意图如图5所示。的已知数，计算出换热介质的进出口温度，最后将计算值与试验测量值进行比较，加热过程和冷却过程计算参数及结果如表1、表2所示。表1加热过程计算参数及结果衙序u￡／℃t2／％l／℃r1／℃x10一／×10—2／5／℃r2／℃号kg·8一l1kg·s一kg·s一l0．O2l1Oo01加00200．00l

7、4000l401．40l91．36148．6420．O2llO．0o130．0o2o0．o014O．002．0o2．0ol89．5515O．4530．02l10．o0l4o．o02o0．00140．oo2．7O270螺7．o4l52952．2换热计算40．02l6o．0017O．0o2o0．o03．50l915O简体各段的换热能力q可用式(1)计算：注：(1)“指物料在筒体内的流量，“、u”分别为换热介质的流Q=KAAt(1)量，设定为定值；(2)tt，t2分别指筒体人口处物料的温度和出口处物料温度；(3)Tl

8、，Tl某段简体人口处换热介质的温度；，某段筒式中：——各段的传热系数，W／(m·K)；体出口处换热介质的温度。A——各段的换热面积，m；表2冷却过程计算参数及结果△——各段的对流平均温差，K。序l／oc2／℃．／℃lⅡx10—2／×10—2／r2／℃号kg·S一kg·s一1kg·s—l△可按式(2)计算：l0．022oo．(x】195．00l40．00140．0oO．6006o15l6