專利名稱：螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，適合物料的輸送、塑化、混合、造粒、擠出成型和反應(yīng)擠出加工，可用于石油、化工、橡膠、塑料、食品、制藥、炸藥和推進(jìn)劑等行業(yè)。
背景技術(shù)：
在石油、化工、橡膠、塑料、制藥、食品、炸藥和推進(jìn)劑等工業(yè)中經(jīng)常涉及到對高黏度流體進(jìn)行混合、剪切及塑化等混煉作用，螺桿型擠出機(jī)是實現(xiàn)這些作用的重要裝備。螺桿擠出機(jī)有普通雙螺桿擠出機(jī)與錐形螺桿擠出機(jī)之分。相較前者，后者的螺桿外徑的外錐角和螺槽根徑的內(nèi)錐角大小不同。具有如下獨(dú)特的優(yōu)點螺桿尾部直徑增大，力口料量增大，以提高擠出機(jī)擠出產(chǎn)量。螺桿尾部直徑增大也增大了螺桿的承載能力，齒輪和軸承使用壽命長，有利于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，也有利于熱傳導(dǎo)，更易實現(xiàn)對物料加熱或冷卻；排料段螺桿直徑小，圓周速度較小，產(chǎn)生的剪切較低，摩擦熱也較小，熱損傷的危險性??；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(xù)平緩地塑化。傳統(tǒng)錐形雙螺桿是異向的，專利200510118915. 3發(fā)明了同方向旋轉(zhuǎn)的錐形雙螺桿擠出機(jī)。被加工的物料在機(jī)筒中環(huán)繞雙錐形螺桿擠壓，增加了塑化時間和密煉性能，從而保證了產(chǎn)品的塑化質(zhì)量。但是，兩根螺桿依然只能形成一個捏合區(qū)。隨著聚合物共混和復(fù)合改性的飛速發(fā)展，對加工中各組分的細(xì)化、分散混合效果的要求越來越高，相應(yīng)地要求有更好的塑煉設(shè)備，以實現(xiàn)高質(zhì)、高效、低能耗的目標(biāo)。專利 CN01207223. 0在平行雙螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出三角形排列的平行三螺桿擠出機(jī)，三根螺桿平行排列，形成三個捏合區(qū)和一個中心區(qū)。相對兩螺桿擠出機(jī)，三螺桿擠出機(jī)具有摩擦剪切和多個嚙合區(qū)的正位移輸送特性，物料與螺桿有更大的接觸面積?；旌铣浞帧醾鬟f性好、熔融能力大、排氣能力優(yōu)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桿捏合機(jī)，既具有傳統(tǒng)捏合設(shè)備對高黏度流體的混合、剪切及塑化混煉作用，又具有螺桿擠出機(jī)連續(xù)擠出的特點。但該專利中的螺桿沿軸向螺紋結(jié)構(gòu)完全相同，不能適應(yīng)物料不同加工階段所需要的不同螺紋結(jié)構(gòu)；而且該專利只是一種連續(xù)的捏合機(jī)，不能很好的適用于物料的擠出成型、造粒、混煉等。如果將差速雙螺桿捏合機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并且增加一根螺桿，形成三個嚙合區(qū)；將螺桿設(shè)計成錐形的，則物料在輸運(yùn)過程還存在來自錐形料筒的擠壓作用。這樣，形成了螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，集合了三螺桿擠出機(jī)、錐形螺桿擠出機(jī)和差速捏合機(jī)的多個優(yōu)點，進(jìn)一步提高加工質(zhì)量和效率，降低能耗，并擴(kuò)展形成新的工藝用途。這正是本專利的構(gòu)思。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，主要由加料裝置、機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、加熱冷卻裝置、排氣口、電機(jī)、傳動裝置組成，機(jī)筒中有可差速旋轉(zhuǎn)的三根錐形螺桿， 呈三角形排列。在工作過程中，三根螺桿相互嚙合，形成三個嚙合區(qū)。螺桿分為陰轉(zhuǎn)子和陽轉(zhuǎn)子，螺棱頭數(shù)多的稱為陰轉(zhuǎn)子，螺棱頭數(shù)少的稱為陽轉(zhuǎn)子。三根螺桿中兩個為陽轉(zhuǎn)子，一個為陰轉(zhuǎn)子；三根螺桿組合形成三個嚙合區(qū)，至少具有一個螺紋段，在該段的陰轉(zhuǎn)子螺棱頭數(shù)為陽轉(zhuǎn)子的整數(shù)倍，陰陽轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與螺棱頭數(shù)呈反比，可實現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)。在差速旋轉(zhuǎn)的螺紋段，轉(zhuǎn)子斷面型線由若干段曲線依次連接而成，且陰陽轉(zhuǎn)子端面型線相互對應(yīng)，共軛嚙合，差速運(yùn)動時形成良好的嚙合狀態(tài)，保證不干涉。在差速旋轉(zhuǎn)的螺紋嚙合區(qū)，相鄰陰陽轉(zhuǎn)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(qiáng)。在嚙合區(qū)，陰轉(zhuǎn)子的螺棱和螺槽與對應(yīng)的陽轉(zhuǎn)子的螺槽和螺棱之間因螺桿轉(zhuǎn)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(qiáng)混合和塑化效果。而且，陰陽轉(zhuǎn)子相互嚙合過程中，相互剝離黏附在螺桿上的物料，具有自清潔能力。三根螺桿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，還可以是傾斜品字形放置方式，其中一根陰轉(zhuǎn)子可以放置在三角形的不同位置。為了更好的適應(yīng)物料的加工要求，在螺桿的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區(qū)段上可設(shè)置為不同導(dǎo)程和端面型線甚至改變螺桿螺棱頭數(shù)的螺紋段。三根螺桿安裝時保證至少具有一個差速旋轉(zhuǎn)的螺紋嚙合區(qū)外，在不同區(qū)段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現(xiàn)增強(qiáng)混煉、排氣效果。例如，為了進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備的混合能力并實現(xiàn)穩(wěn)定擠出，可在一定區(qū)段增加銷釘螺桿段或齒形盤等，但必須保證陰陽轉(zhuǎn)子運(yùn)動時不干涉；在擠出機(jī)排氣段機(jī)筒上設(shè)置排氣口，排氣口接排氣裝置，實現(xiàn)水分和其他氣體的脫揮，提高制品質(zhì)量。

圖1為螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1-機(jī)頭，2-加熱冷卻裝置，3-排氣口，4-機(jī)筒，5-螺桿，6_加料裝置，7_安裝座， 8-聯(lián)軸器，9-減速箱，10-電機(jī)，11-機(jī)架。圖2為三根差速錐形螺桿的嚙合示意圖圖3為一種陽轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖圖4為一種陰轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖圖5為兩個陽轉(zhuǎn)子在上一個陰轉(zhuǎn)子在下的倒品字形排列嚙合示意圖圖6為兩個陽轉(zhuǎn)子在一側(cè)一個陰轉(zhuǎn)子另一側(cè)的排列嚙合示意圖圖7為兩個陽轉(zhuǎn)子在下一個陰轉(zhuǎn)子在上的品字形排列嚙合示意圖圖8為螺桿混煉段采用銷釘螺桿時的具有銷釘安裝孔的螺桿斷面圖圖9為螺桿混煉段采用嚙合盤元件時的側(cè)視圖圖10為螺桿混煉段采用嚙合盤元件時的正視圖具體實施方式
實施案例一[0026]按照圖1設(shè)計螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，三根螺桿嚙合如圖2，其中陽轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖2，陰轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3。擠出機(jī)中三根螺桿5采用圖5、圖6或圖7等排列形式。其中，在螺紋嚙合區(qū)中，陽轉(zhuǎn)子螺棱頭數(shù)為1，陰轉(zhuǎn)子螺棱頭數(shù)為4。高轉(zhuǎn)速電機(jī)10 通過減速箱9、聯(lián)軸器8將扭矩分配給陰陽轉(zhuǎn)于，其速度之比為1/4，兩個陽轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)， 而陰轉(zhuǎn)子與陽轉(zhuǎn)子呈異向旋轉(zhuǎn)。螺桿5組裝放置在固定于安裝座7的料筒4內(nèi)，料筒4上開有排氣口 3，通過外裝加熱冷卻裝置2調(diào)節(jié)溫度，料筒4、減速箱9和電機(jī)10直接安裝在機(jī)架11上。 從加料口 6中加入所要加工的物料，物料經(jīng)固體輸送、壓縮熔融之后，由粒料或粉料變?yōu)槿廴跔顟B(tài)。經(jīng)過排氣口 3時，物料中的水分和揮發(fā)氣體經(jīng)由排氣裝置排出機(jī)筒。螺桿上靠近機(jī)頭1設(shè)置混煉段，采用圖8中安置銷釘?shù)膸Э茁輻U形式。螺桿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(xiàn)分布混合，彌補(bǔ)了轉(zhuǎn)子異向旋轉(zhuǎn)分布混合能力不強(qiáng)的缺點。物料經(jīng)過混煉段后，通過機(jī)頭1擠出。實施案例二類似于實施案例一形成差速錐形三螺桿擠出機(jī)。不同處在于螺桿在靠近機(jī)頭1的混煉段，采用側(cè)視圖9和正視圖10所示的嚙合盤形式。螺桿齒形盤非交錯區(qū)可以對物料進(jìn)行分流，增加界面，提供最小的能量輸入，有利于分布混合，產(chǎn)生較低的溫度；在交錯區(qū)對物料形成垂直于流動方向的剪切，也有利于分布混合。
權(quán)利要求1.螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，主要由加料裝置、機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、加熱冷卻裝置、排氣口、電機(jī)、傳動裝置組成，其特征在于三根螺桿均為錐形，呈三角形排列，兩個陽轉(zhuǎn)子，一個陰轉(zhuǎn)子；三根螺桿組合形成三個嚙合區(qū)，至少具有一個螺紋段，在該段的陰轉(zhuǎn)子螺棱頭數(shù)為陽轉(zhuǎn)子的整數(shù)倍，陰陽轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度比與螺棱頭數(shù)比呈反比，可實現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動時不干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，其特征在于三根螺桿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，還可以是傾斜品字形放置方式，其中一根陰轉(zhuǎn)子可以放置在三角形的不同位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，其特征在于在螺桿的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區(qū)段上可設(shè)置為不同導(dǎo)程和斷面型線的螺紋段，三根螺桿安裝時保證至少具有一個差速旋轉(zhuǎn)的螺紋嚙合區(qū)外，在不同區(qū)段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現(xiàn)增強(qiáng)混煉、排氣效果。
專利摘要本實用新型涉及螺桿三角形排列的差速錐形三螺桿擠出機(jī)，主要由加料裝置、機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、加熱冷卻裝置、排氣口、電機(jī)、傳動裝置組成。其中三根螺桿均為錐形螺桿，呈三角形排列，兩個是陽轉(zhuǎn)子，一個是陰轉(zhuǎn)子；三根螺桿組合形成三個嚙合區(qū)，至少具有一個螺紋段，在該段的陰轉(zhuǎn)子螺棱頭數(shù)為陽轉(zhuǎn)子的整數(shù)倍，陰陽轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度比與螺棱頭數(shù)比呈反比，可實現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動時不干涉。三根螺桿可以排列成倒品字形、正品字形或傾斜品字形放放置方式。在螺桿的加料段、熔融段、排氣段和計量段的不同區(qū)段上可設(shè)置為不同導(dǎo)程和斷面型線的螺紋段，三根螺桿安裝時保證至少具有一個差速旋轉(zhuǎn)的螺紋嚙合段外，在不同區(qū)段可以是嚙合的也可以是不嚙合的，以便實現(xiàn)增強(qiáng)混煉、排氣效果。該擠出機(jī)具有良好的混合、塑化、輸送能力，適用于塑料、橡膠、食品及炸藥等多種物料的加工成型。
文檔編號B29C47/60GK202071310SQ20112011153
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者王克儉 申請人:北京化工大學(xué)