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当螺杆创新设计提升挤出机性能

发布时间:2021-09-11 11:00:16 阅读: 来源:合模机厂家
当螺杆创新设计提升挤出机性能

螺杆创新设计提升挤出机性能

节约能源是中国政府的既定国策,又是中国经济可持续发展的具有很强的数据和图形处理功能必需。中国是全世界位居前列的生产大国,又是耗能大国,同比其他发达国家,中国的单位能耗水平十分低下。对於塑胶加工企业,生产成本中有很大一块是电费,高达30~50%,通过了耐久实验(实验中机油的最高温度曾到达150℃)如果能节能30%,则塑胶制品更具有成本优势,从而在国际竞争中占有更大的市场份额。2008年下半年爆发的世界金融危机使得低附加值企业和产品遭受了沉重打击,人们对节能和自主创新的需求从来都没有像今天这样迫切。

螺杆是塑胶机械的“心脏”,是塑机节能的中心环节。国内外塑胶挤出专家、学者长期以来为此做出了不懈的努力,推动了塑胶挤出设备的不断更新和发展。目前最具代表性的有德国的克劳斯玛菲公司的高速挤出机和中国江门辉隆公司的混沌挤出机。克劳斯玛菲公司的高速机以高产着称,辉隆公司的混沌机以节能见长。但这些高效挤出机的加工物料一般是通用塑胶(PE,PP等),而对於易受热和剪切降解、粘度小的PET塑胶的单螺杆加工,不管在产量上,还是在能耗上,国内外一直都没有取得明显的突破。江苏维达机械有限公司50年来一直从事塑胶机械的设计与制造,是国内最早的PET片材生产线供应商之一。在PET挤出加工及挤出机设计方面积累了丰富经验并於2008年11月成功研制了一款高效单螺杆挤出机(命名为WGJ-65),该机最大特点是高产量、低能耗,尤其在加工PET时,该机表现更为优秀。

技术核心

单螺杆挤出机的“心脏”是螺杆,螺杆设计的先进与否直接决定整机的性能。WGJ-65挤出机与目前大量应用中的单螺杆挤出机螺杆设计主要在以下几个方面有所不同:

1、WGJ-65型挤出机采用“反压缩比”设计:传统单螺杆挤出机的螺杆在加料段螺槽最深,计量段螺槽最浅,从而形成了“压缩比”的概念。而WGJ-65型挤出机的螺杆加料段螺槽是最浅的,从加料段进入熔融段螺槽则是顺次变深的,从而出现了“反压缩比”;

2、熔融段采用大导程、等距分离型螺纹;

3、螺杆的熔体段根据加工原料的不同采用不同的柔性混炼元件。

以上三点措施,可以保证该螺杆具有高产、低耗和低温挤出的特性。图1是根据上述原理为某种原料而设计的一种螺杆。

性能特点

维达WGJ-65挤出机的成功推出得益於新的挤出理论与长期实践经验的完美结合,WGJ-65型挤出机产量高、能耗低、而且能适应多种塑胶原料加工的需要。

表1给出了三种高效单螺杆挤出机加工HDPE的参数,表2是WGJ-65与目前广泛应用的PET挤出机的参数对比。

从表1可以看出,WGJ-65挤出机比国家标准挤出机节能50%,比克劳斯玛菲挤出机比较机型节能40%。但产量与克劳斯玛菲挤出机还有差距。表1 三种挤出机参数表

从表2可以看到:目前应用中的PET挤出机不管是在产量上还是能耗上都和WGJ-65型挤出机不在一个档次,WGJ-65型挤出机螺杆直径比PET挤出机小近一半,而产量却比PET挤出机高,其能耗仅为PET挤出机的1/3不到,可见WGJ-65型挤出机与现在国内外广泛应用的PET单螺杆挤出机相比,不管是在能耗上还是在产量上都有了本质性突破。

维达WGJA-65型挤出机

在全面测试WGJ-65样机性能的基础上,维达机械公司正在研制WGJA-65挤出机,WGJA-65机是WGJ-65的升级版,相对於WGJ-65挤出机,WGJA-65在以下三个方面给予了优化和提高,以达到进一步节能和提高产量之目的。

1、 WGJA-65挤出机加热器全部采用电磁感应加热器,从而使整机的加热能耗可以比WGJ-65挤出机降低30~50%;

2、WGJA-65挤出机放弃了目前广泛应用的立式或卧式齿轮箱,而采用具有“星形”结构的维达专利传动系统,该传动系统不仅效率高,而且结构紧凑,通过法兰与电机联结,两者浑然一体,从而使得整机更加和谐、自然;

3、通过对WGJ-65挤出机螺杆的进一步优化设计,WGJA-65挤 ldquo;目前出机的产量得以进一步提高。WGJA-65在继续保持加工PET方面国际领先优势的同时,提高了通用塑胶的加工能力,从而与目前国际最先进的同规格单螺杆挤出机持平。WGJA-65挤出机设计产量为:加工HDPE,450kg/h;加工PET,550~600kg/h。

挤出理论的创新

维达WGJ-65型挤出机的成功研制,使单螺杆挤出机不仅在产量和能耗方面取得了全面的突破,在挤出理论的创新方面也取得了如下几点成果: 1、“顺流主要表现:每次加载只能到达1定负荷”理论:传统的挤出理论认为挤出机螺杆加料段螺槽在整根螺杆上是最深的,在熔体输送段螺槽是最浅的,所以存在“压缩比”的概念,物料从螺杆的根部加入到被挤出的过程中好象是在“爬坡”,所以挤出能耗大,产量低。“顺流”理论则要求螺杆的加料段螺槽槽深是最浅的,放弃“压缩比”的束缚,从加入挤出机到被挤出的过程中,物料如同从高处流向低处的水一样“顺流”而下,从而挤出机产量高、能耗低。

2、“能力平衡”理论:传统的挤出理论认为挤出机只有大的吃料能力,才能提高产量。现在大多单螺杆挤出机都是这种理论的产物,这样的挤出机只能在低速下运转,一旦高速,挤出就很不稳定,能耗显着增大。“能力平衡”则要求挤出机的吃料能力与塑化能力必须相匹配,提高挤出机的塑化能力是提高产量的核心。“能力平衡”理论彻底解决了单螺杆挤出机高速化所带来的高能耗和挤出不稳定问题。

3、“柔性冷却”理论:由於摩擦作用,挤出机加料段机筒温度很高,如果不冷却,很容易导致此处的物料过早熔化而形成坚硬的“固体塞”,使得挤出机处於断流状态,目前国内外大多都采用通水冷却的做法。这样固然安全,但却浪费了大量的摩擦热。“柔性冷却”理论则要求采用轻柔的冷却方法,维持加料机筒处能量的平衡,尽可能多的把摩擦热用於冷料的预加热,从而达到节省能耗之目的。

4、“螺旋槽”理论:为了加大挤出机的吃料能力,挤出机加料机筒一般都开设各种截面的直槽,这样的槽与螺杆中物料摩擦生热大,对料的输送能力几乎为零。“螺旋槽”理论则要求在加料段机筒处开设螺旋槽,通过合理设计螺旋槽的参数,可以使之与物料的摩擦热大为减少,同时,螺旋槽还可以当作另一根螺杆来使用,从而增大了挤出机的加料效率。

上面的四点理论是对传统挤出理论的丰富和发展,是高速高效挤出机设计所必须遵守的指导原则。正是在这四点理论的指导下,维达机械公司研制的WGJ-65型挤出机才取得令人如此满意的效果。

江苏维达机械公司的WGJ型系列高效挤出机由於产量高,在同样的产量要求下,可以使现有的挤出机小型化,从而每年可以为国家节省大量的优质钢材;各项节能措施的综合运用,不管是驱动电机还是总体装机容量都可以比应用中的同规格单螺杆挤出机节省30~50%的能耗,从而能为国家节省大量电力。维达WGJ型系列高效挤出机如果能得到推广应用,则对中国单螺杆挤出机的更新换代和扩大出口都会起到积极的推动作用。(end)

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