螺杆设计组合计算研讨.ppt

双螺杆元件设计、组合和评价 主讲 马秀清 非啮合与啮合型双螺杆挤出机：非啮合双螺杆挤出机(non-intermeshing twin-screw extruder)的两根螺杆轴线分开的距离等于或大于两根螺杆外半径之和；啮合型双螺杆挤出机的两根螺杆轴线间的距离小于两根螺杆外半径之和。根据啮合程度的不同，啮合型又分为全啮合型和部分啮合型。所谓全啮合型是指在一根螺杆的螺棱顶部与另一根螺杆的螺槽根部之间不留任何间隙，而部分啮合型是指一根螺杆的螺棱顶部与另一根螺杆的螺槽根部之间在几何上留有间隙。 开放与封闭型双螺杆挤出机：开放与封闭是指啮合区螺槽的情况，即指在两根螺杆啮合区的螺槽中，物料是否有沿着螺槽或通过螺槽的可能通道(该通道不包括螺棱顶部和机筒壁之间的间隙或在两螺杆螺棱之间由于加工误差所带来的间隙)。由此可分为纵向开放或封闭、横向开放或封闭。 同向和异向旋转双螺杆挤出机： 同向旋转：同向旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相同，从螺杆外形看，同向旋转的两根螺杆完全相同，螺纹方向一致。 平行和锥形双螺杆挤出机：按两螺杆轴线的平行与否可将双螺杆分为平行双螺杆或锥形双螺杆挤出机。锥形双螺杆，其螺纹分布在锥面上，两螺杆轴线成一交角，一般为异向旋转。 双螺杆挤出机的输送机理 输送机理：对于挤出机来说，是指物料本质上靠什么原理和以何种方式由加料段向末端输送。 啮合同向双螺杆挤出机的输送机理：啮合同向双螺杆挤出机可以设计成螺槽全啮合横向封闭的，但纵向不能封闭，否则螺杆会啮合不上，会发生干涉。也就是必须将螺槽宽度设计得大于螺棱宽度，在纵向留下一定的通道。通道的大小由使用目的而定。纵向开放得越大，正位移输送能力丧失得越多，而摩擦拖曳和粘性拖曳的作用越大。因此啮合同向双螺杆挤出机的输送机理介于单螺杆挤出机和纵横向皆封闭的啮合异向双螺杆挤出机之间：有正位移输送，也有摩擦、粘性拖曳输送。 双螺杆挤出机的用途 非啮合双螺杆挤出机主要应用于反应挤出、熔剂法或乳液法制取聚合物、着色、玻璃纤维增强以及热熔体粘接剂的准备工序，广泛应用于熔剂含量高达50％，每小时需干燥4500-6750kg物料的情况下。 啮合同向双螺杆挤出机广泛应用于聚合物的物理改性－共混、填充和增强，也可用于成形制品和反应挤出。 啮合异向双螺杆挤出机和锥型双螺杆挤出机广泛应用于挤出成型和配料造粒等方面，主要用于聚氯乙烯粉料的加工。 啮合同向双螺杆元件的设计 输送元件 包括正向螺纹元件和反向螺纹元件，设计时需考虑螺纹头数、螺旋方向、导程、元件的轴向长度。 啮合同向双螺杆元件的设计 剪切元件 主要指捏合盘元件，一般成对、成串使用。设计时应考虑头数、厚度等。在应用时考虑错列角的大小和方向、捏合盘的个数、捏合块的轴向长度等。 啮合同向双螺杆元件的设计 混合元件 啮合同向双螺杆元件的设计 混合元件 啮合同向双螺杆元件的组合设计 啮合同向双螺杆元件的组合设计 啮合同向双螺杆元件的组合设计 啮合同向双螺杆元件的组合设计 啮合异向双螺杆元件的设计 啮合异向双螺杆的组合设计 啮合异向双螺杆元件的设计 POLYFLOW简介 POLYFLOW是Fluent公司开发的一个专门用来模拟粘性和粘弹性流体流动的有限元CFD程序。可以被用于模拟聚合物加工过程、食品流变学、玻璃熔炉流变、以及其他的流变应用。所模拟的流体可以是等温或非等温、二维或三维、稳定流或与时间相关流。 POLYFLOW的计算模拟主要是基于非牛顿流体的非线性广义流动的理论。因此它不仅适合于模拟挤出成型、注射成型、吹模成型等常见的聚合物加工技术，而且还适合于模拟多流场、聚合物共挤、三维挤出、反应挤出以及自由表面的数值计算等。 POLYFLOW基本结构 双螺杆挤出过程的数值模拟 基本假设 熔体为不可压缩的流体 流场为稳定、等温流场 雷诺数较小，流动为层流流动 惯性力、重力等体积力远小于粘滞力，可忽略不计 熔体在流道中全充满 壁面无滑移 流体为非牛顿流体，其本构方程为Bird-Carreau模型或其它非牛顿模型 数学模型 螺杆构型 有限元模型 边界条件 ANSYS模拟结果 有限元模型 计算结果及分析 加权平均剪切应力 停留时间分布 回流量 模拟研究 —— 应变分布（SFD） 螺杆组合 螺杆构型 SE20 KB120 FTX KB60 S NI-MPE TME KB90 SE20 KB120 FTX KB60 S NI-MPE TME KB90 机筒 入口：流量或压力边界； 出口：压力边界； 螺杆外表面：旋转边界； 机筒内表面：固定边界。 几何模型 有限元模型