挤出机的节能技术.doc

挤出机的节能技术挤出机的节能技术上海第一塑料机械厂张友根摘要挤出机是主要的塑料加工机械.节能是近代挤出机发展的重要标志.本文分析了挤出机的能耗.结合实例介绍了挤出机的节能技术,并提出了一些节能的探讨性建议.本文认为,挤出机的节能措施很多.因机制宜.不断采用先进节能技术.才能取得理想的节能效果.前言八十年代的挤出机正向着节能的方向发展.挤出成型加工的塑料制品占塑料总产量的三分之一.七十年代中期以来.由于能源短缺,能价上涨,各挤出机生产厂和研究单位都围绕着节能问题,散了许多试验和研究,使不同类型的挤出设备成为最佳的节能机械.在挤出机节能应用方面.西德走在前列,其次是日本.意大利,奥地利等挤出机主要生产国.苏联也规划在下一个五年计划期间,降低挤出机能耗2o叻,同时将生产能力平均提高30呖.七十年代中期以来,挤出机的能耗降低3540呖.估计到八十年代末,能耗将继续降低l0一l1嘶.国内挤出机的能耗也在不断降低,上海挤出机械厂生产的sJ一4525CD挤出机.挤出lkgLDPE薄膜,原来耗电0.368kwh,经改进后.耗电0.244kwh,能耗降低33.6嘶,单耗达到了国际先进水平的0.190.27kwh/kg水平.国内生产的挤出机的能耗-F均值比国外挤出机大0.10.25kwh/kg.以挤出加工薄膜能耗计算,现我国薄膜年产量约80万吨,以挤出1kg薄膜步耗0.18kwh.计算,一年可节电14400万kwh.粗略计算,我国挤出加工若采用节能型挤出设备.每年可节电22.5亿kwh.挤出设备的节能成为,们日益关注的问题.本文对挤出设备的能耗进彳j了分析?结合实例,从螺杆,料筒,传动机构,后续设备,能量回收利用自动化控制等方面,介绍了这几方面所采取的节能技术,以及所取得的节能效果,并提出了进一步节能的探讨性建议.挤出机的能耗是指单位重量塑料制品所消耗的电力.单位为kwh/kg.降低挤出机的能耗主要围绕以下四方面进行:(1)消耗电力不变,提高生产量;(2)消耗电力不变.提高成品率;(3)消耗电力略有上升,生产量及成品率上升蝠度大(4)生产量及成品率不变,消耗电力下降.挤出机的节能措施很多,鼠机制宜,采用先进节能技术,才能取彳号理想的节能效果.28一.挤出机的能韩分析挤出机的能耗按输入和输出可分:(1)输入能量:电动机及有关部分输入占77%;料筒,机头加热及冷却输入占22.8哼6.仪表装置输入占0.2%.(2)输出能量:压力上升和塑化温度上升所消耗能量占60%;电动机,减速箱等动力元件所损耗能量占2O呖:料筒和机头产生热损耗,冷却损耗等占l9.8%;仪表装置损耗能量占0.2%.=挤出机的节能技术(一)低能耗螺杆挤出机的节能,必须具备低能耗螺杆,才能降低塑料的剪切力,降低螺杆的扭矩;提高塑料的熔融效率提高挤出率:增强添加l荆的分散效果,提高塑化质量.降低压力与塑化温度,减少能量输出.低能耗螺杆的主要结构特点是.具备高效的剪切混炼结构.现将几种低能耗螺杆介绍如_F:1开稽屏障型螺杆开槽屏障型螺杆的混炼散果最佳,可使挤出量增加80嘶;可降抵熔融物挤出温度520;耗电量虽随挤出量增加,但其耗电率增长不明显.开槽屏障型螺杆由于具有以上优点,单位耗电量低,得到广泛开发和应用.表1说明开糟屏障型螺杆与典型计量型螺杆的挤出量及挤出温度的比较.清楚说明了节能的优点.表1开槽屏障型螺杆与典型计量型螺杆的挤出量及挤出温度的比较I螺杆特性参数挤出量kg/hl挤出温度旺I两藕I直径mml长径比L/转速r/mlnI开槽屏障型1典型计量型1开稽屏障型*萧一:一一PVc】90l22I90l39026.1j81502020190【100:O82l0,LDPE1502040349l192:215226,1502060507I2802252371UHMW9O2270150l8O30134PEl5022303201185【29l36从表l可以看出,开槽屏障型螺杆明显具有高的挤出率.特别是挤/LDPE塑料.出典型计量型螺杆的挤出量高81-90%.挤出温度低l112.大大降低了单位重量塑料的耗电量,一般为40%左右.2Stat-Dyn螺杆.29StatDyn螺杆具有优良的混炼效果.其特点为螺杆前端设有多个平行交错式螺纹的混炼螺杆.它将从加料段送来的较低温的不均匀的材料强行迭进变错式螺纹部分,使其在流道内之层状物料通过交错螺纹而进行分流和合流.最终达到全部均匀的熔融物料.这种螺杆,施加到物料上的剪切力比其它混炼螺杆要小得多.各段压力低.挤出温度低,挤出量高.熔融的剪切力抵,降低了驱动螺杆的扭矩.表2是25StatDyn螺杆和计量螺杆的加:亡比较,表2为能耗比较.机筒型式为平滑型.表225Stat-Dyn螺杆和计量螺杆的加工比较螺杆转速挤出量挤出温度电机电流压力MPa(红r/rainkg/h外线)Al2345盐76l.82D8387.723.125.515.47.7型l23gl50.822338,3.517.5l6.1l2.6l0.2-statI7628.32l2427.9.131.53.83.0-Dyn23950.9239352.80I3.303.5表325Stat-Dyn螺杆和计量螺杆的能耗比较螺杆转速76r/min螺杆转速239r/min指标StatDyn计量型StantDyn计量型能耗A/kg/h1.4452.1350.6890.767节能%32.3ll0.1l从能耗比较可见,采用螺杆低速挤出.例如加工PVCPC等热敏性塑料,Stat-Dyn螺杆的节能效果显着;高速挤出,也显示出了较好的节能效果.注:?表示,l,进料段压力;2熔融段压力:3,排气段入口压力;4,排气段出口压力;5机头压力.3,交替波纹型螺杆交替波纹型螺杆是熔融效率很高,机械能耗低的高性能螺杆.它与标准计量型螺杆相比.对于ABS之类非结晶高牯度塑料.扭矩降低20%;对于PP之类结晶性塑料.塑化能力提高20%.该种螺秆使整机能耗降低约1O叻.节能机理;它是将螺糟中的固体床破碎,使熔融塑料的固体床互相剪切和接触.二者之间的热交换和分散进行得比较迅速.从而达到节能效果.4双级螺杆双级螺杆的主要特点是具有两个计量段和两个输送段.是长径比(L/D):l勾18:l,30直径为1I5的高效螺杆.进料段长为5D,螺糟深为17ram:第一输送段长lD;第一计量段长为5D,螺槽深为5.7mm:第二输送段比lD:第二计量段长为4D.螺槽深为3.9mm:最后是长为2D的经过改进的屏障型混炼段.节能机理.物料设压缩两次.从而可在相对低的温度下和所需转矩较小的情况下均匀被挤出:有较计量深度比普通螺杆深,所以产量增加而所消耗的能量减少i改进的混合段.剪切件较窄且相互隔开较大距离.提高了挤出物的均匀性.表3是L/D为18:1,直径115mm的高效螺杆与L/D为20:1,直径ltsmm的普通螺杆的能耗比较.挤出塑件为LLDPE黑色电线护套,从比较可以看到.双级螺扦比普通螺扦的挤出效率高出36呖挤出温度下降24.表4双级螺杆和普通螺杆的挤出能耗比较比较项lil1高效螺杆普通螺杆挤出量kg/h403:296挤出温度i232:256螺杆转速r/rain120【20L驱动功率kw97.5IfjI.25能耗kw/kg/h0.24l0.376节能%3615,MCR螺杆MCR螺杆的基本特点是压缩比较小.螺槽较深,因此剪切作嗣较小.熔融温度低.加料段比普通螺杆长.所以在加料段里把塑料加工成半熔融:状态,同时可把粉末塑料直接挤出进行予分散.螺杆压缩段的断面形状如图所示的异形以至偏心形.使塑料在压缩段里进行反复的压缩放松.把强化材料等进行分散.压缩段的螺槽相当地深-塑料不会奋这里发生强烈的剪切发热熔融塑料在均化段的混炼淘槽中进行三次分浇和混合-进一步提高了混炼散.提高了挤出率.剪切作用减小,降低了螺杆的扭矩.从而达到了节能效果.6,其它类型低能耗螺杆低能耗螺杆的型式很多,除了上面介绍之外,还有马多克,针形,压缩压降等混合螺杆分离型螺杆DIS螺杆,低能耗螺轩的结构不同可加工不同的塑料.(二)低能耗螺杆的主要参数特点熔体输送段的能耗分成三部分:第一部分为在螺杆的螺槽中剪切物料所消耗的功率,第二部分为螺杆与机筒间隙中剪切物料所消耗的功率;第三部分为使熔融物料升压.克服向前输送物料时的各种阻力所需要的功率,这部占总能耗的12嘶t一般忽略不计.第一二部分构成了总的粘性消耗所需的功率t可用简化的下式表达:N=1.1(+:旦51一t!g10:!),式中:Dn,机筒内径3I,H.,均化段(计量段)槽深n日螺杆转速Ls,均化段长度e,螺梭宽度5,螵梭顶部与机筒内表面的间隙0.螺纹升角n一,螺槽中剪切粘度nz间隙内剪切粘度当物料的假性较强时,功耗大部分在第一部分;当物料的假性较弱时.功耗走都在第二部分,即能耗大部分在于螺梭间隙处.低能耗螺杆,其关键参数为螺梭宽度e,螺梭与机筒间隙5,螺纹升角e及螺矩.e&及0.这三个参数可进行_优化.通过求取功率消耗的最佳值来求得.现对主要影响能耗的几个参数进行讨论:1,螺矩与能耗螺矩增大后,螺槽面增大.物料层剪切面和导热接触面都增加,所以物料能得到更多的剪切热和传导热.提高了熔融速率:螺矩增大提高了固体输送速率.提高了产量.加工LLDPE表明,当螺矩从S=D增大到s=1.2D后,总能耗减少了16.7嘶.螺棱间隙中功率也相应减少了16.9嘶.表5是螺矩对能耗的影响.加工塑料为LLDPE.表5螺矩对能耗的影响(LLDPE)螺矩I转速r/minN(kw);N:(kw)N(kw)._一厂T_ls=1.2D1603.1j0.85I3.95节能呖ll6.7注:N,螺杆的螺槽中剪切物料所消耗的功率N:,螺杆与机筒间隙中剪切物料所消耗的功率N=Nl+N2以下同.2,均化段褶深与能耗一般说来.加深均化段螺褶深Hs.可提高计量能力.从而增加挤出率.但功耗有所增加,而消耗在螺梭与料筒间隙中的功耗略有下降.加深计量段槽深是用较少的能量获得较大产量的有效办法.表5是Hs对能耗的影晦.Hs深易引起塑化不良.故应在熔融段末端安装混炼剪切元件.以保证挤出的塑化质量.3,间隙&与能耗(LLDPE)螺棱与料筒问隙&对压力影响较大.6增大,漏流增加,特别是对于大多数牛顿型塑料.粘度高的塑料.IILLDPE,PC,ABS等,Nt的能耗较明显.占总功耗N中的比例大.一般占到3o6左右.牯度高的塑料,&不宜太小.如LLDPE.6为O.002D-0.003D.增大&是用32较少的挤出率的损失来减少能耗的节能措施.表7是6对能耗的影响.表6均化段槽深对能耗的影响(LLDPE)槽深H.转速NINzN能耗挤出率节能(ram)(r/rain)(kw)(kw)(kw)%kg/h()2.25603.71.024.72lQl2.8603.781.04.78+1.21.244Q20.83.5603.850.984.83+2.31.556Q52表76对能耗的影响间隙(6)转速NIN:N能耗压力挤出率节能(ram)(r/mln)(kw)(kw)(kw)(嘶)(MPa)kg/h(嘶)0.125603.71.024.72117.85Q220.250603.30.704.0一l5.2I1.120.87Qll0.063604.21.555.75+2422.831.62Ql4压缩段长度Lz与能耗压缩段长度主要影响压力太小,压缩段短台增加漏流和压力敏感性.从表8司以看出,压缩段长度不同的螺杆妁能耗是基本相同的.表8压缩段长度L对能耗的影响(ILDPE)6D8D1.02I603.761.o34.724.79一_-一一5,螺棱宽度e与能耗螺棱宽度窄,螺槽容积大,输送率提高,单位体积能降低.最小的螺棱宽度主要取决于螺棱的机械强度,根据经验.均化段的螺棱宽度可由下式决定:螺棱宽度e:毫些塑/压缩比表9是节能型挤出机螺杆与料筒的间隙推荐值.33表9螺杆与料筒的间隙推荐值6,长径比与能耗诟年来.由于螺纹几何形状的多样什,螺杆总体结构不再停留在老三段上的结构.从而使长径比不再有继续增大的趋势.大型排气式或特别高产率要求的挤出机ILDPE大型吹膜,PP片材挤出等,宜取大的长径比,一般为3O一33.加工热敏性材料如PVc.长径比为2O.从挤出高产率和防止塑料过热分解两个方面考虑,低能耗螺杆的长径比在253a之间.增大螺杆的长径比,不再是瑁以提高生产量的主要手段.而是改进螺杆结构降低长径比,达到降低装载功率目的.例如,在一台L/D为12:1的挤出机上,加工MDPEA黑色护套,螺杆直径216ram,使用老三段的普通螺杆,转速37r/min,挤出温度过高.使用高容量螺杆.转速38r/min.长径比也为12:1,产率提高67嘶.挤出物温度下降11,输入功率减少8嘶.7,优化设计螺纹升角和槽深.提高输送率根据塑料输送理论,流率q为:=一压力P为:p=堕!一!htg9Ih.wsin0压力P对槽深h微分为:dp一36qlL.12Dnp.Ldh1wh*slnOh.tg0令=o.最佳槽深为:一式中D,螺杆直径I,螺纹头数n,螺杆转速e,螺纹升角,粘度w.垂直于螺纹面的螺槽宽度w=(1一)半Sin.式中b=告e,螺棱宽度把(5)式代八(4)式.可缛最佳槽深表达式为SinOcosO把螺棱宽度e为常数,(5)式代入(1)式,可得q=A(1告)sinoc.s.一BP(1一)s.n:.式中:A=n告nDn面由(7)式,可得压力为:A(1一击)Sin0cos0一qB(1一击)Sint0压力对螺纹升角O微分;等B1si一si|nvd.(一):nt0B.o令等=0.可得f塑!:(型:=2一A:0(卜).(Si)辖理方程(10).可得:l+(1一)nh(1一)tg0=0(6)?(7.)(8)(9)方程(11)可获得对螺纹升角的快速收敛.如果槽深和螺纹升角同时被优化.那么式(6)给出的最佳槽深h表达式代替方程(11)中的h.则可得:(1+=)cOso.一号=.Sin0o(12)式中的Oo是槽深同时被优化的最佳螺纹升角.0o与塑料特性及流率有关,是螺纹头数I和螺棱宽度e别直径D比的缓慢变化的函数.如果螺棱宽度趋予0,则由式(12)可得:0o=30.最佳螺皱升角范围为25.-300.而不是通常的17.7.此时螺杆的输进率最大,降低了雎位塑料的能耗.一股可降低能耗30呖.8,压缩出与能耗压缩比小,能耗低.SJ一45x25C,D挤出机,在200r/rain.挤出1kgLDPE薄膜.用压缩出为3的螺杆,耗电0.368kwh.而采用压缩比为1.7的螺杆,耗电O.244kwh.节电0.i25kw?h/kg.降低能耗33.6和.综上所述.低能耗的挤出螺杆涉及到的因素很多.应根据具体加工对象作具体分析.一般来说.减小螺棱宽度和增加螺纹升角是降低毹耗和提高挤出率的两个主要因素.现在以38ram直径的挤出螺杆为例.挤出加工对象为PE.优化设计后.JgLDPE塑料,:flg5o%;加工HDPE塑料,节能55呖;加工LLDPE塑料,节fig40呖.(三)降低螺杆和料筒的磨损率,减少能量损失在挤出成型中.采用对设备磨损大和腐蚀性大的塑料(HPVC,玻璃纤维增强塑料)与日俱增,在其压缩阶段.螺杆和料简直接同塑料接触.这就提出了降低螺杆和料筒的磨损率.减少能量损失的要求.挤出机螺杆与料筒发生磨损,间隙增大,造成漏流量增加.增加了能量损失.例如.螺杆直径为l50ram的挤出机,当转速为100r/min.压缩段螺纹顶部的磨损深度为1.3ram时,则使产量从800kg/h下降至5ookg/h下降率为37.5o.能耗增加了38呖.提高转速能使产量保持稳定.但降低了机台的能量利甩系数.使得单位重量的加工成本增加255O呖.同时,转速增高.提高了熔融温度,导致物料中的某些成分与螺杆表面金属产生化学反应而造成腐蚀磨蚀.磨损成为挤出加工亟待解决的重大问题.1,低磨损率机筒低磨损率机筒是在低台金钢材筒体内复合一层特殊高耐磨合金衬里,故又称为双金属料简.料筒外套与衬里的台金在物理和化学性麓上必须相适应.捌如料筒热胀冷缩肘衬里不致开裂.合金衬里根据塑料加工的特殊需要以及料筒的不同制造过程而异,最普遍的是镍一铬一钻一硼台金.合金层硬度为HRC58-64,台金层厚度为1.52.5turn.双金属料筒的寿命至少是氰化钢料筒的36倍.美国克沙洛瓦公司三十年代初就搞出Xaloy双金属料筒.双金属料筒应用于挤出机上.在北美始于1980年.而欧州仅是最近几年才应用迄今,世界只有约十家制造商生产双金属料筒.上海机械刀片厂于85年试制成功SLIO0衬里合金的双金属料筒,并已应用于挤出机上.填补了我国塑机行业的空白.双金属料筒加工的常用方法是离心浇铸.其工艺是:料筒里放入一定数量经选择好的粉状或粒状合金,两端用工艺螺母焊牢,然后置于煤气燃烧炉的转棍上.在缓慢转动下加热升温至台金熔点温度(1o50一l250c),然后调节料筒的旋转速度.使熔融合金粘住料筒内表面随着熔融合金受离心力作用均匀分布在料筒达到一定厚度时,渐渐冷却,使与其科筒外套的界面上产生良好的结台.在800离心浇铸后.料筒置于绝热材料中几:甚至一周后冷却至窒温.最后.将料简精加工,去除浇铸中的缺路及表面的菲金属杂质.耐腐蚀为普通氮化钢的46倍高温静水压缩法(HIP),是制造双金属料筒的一项新技术.其工艺是:把钴系合金粉末涂在料筒内袭面,将它放在950,i00MPa高压的HIP装置中,产生牢吲的金属层.它与现使用的离心浇铸涂覆的料筒相比,毒命更为提高.这种技术是焙化作为滁疆材料的链铬,镍,硼的台金,然后用气体雾化法制作粒径在iO0m以下的,质量优良的微小粉末.另一方面,把铬钼铜台金加工成料筒形状.然后往密封容器里加入台金粉末,填充衬里处.其后.把料筒整体放在HIP装置中,使粉末致密以强力与母材接台成形.耐磨性在低磨擦速度范围里为镍基离心浇铸舍金的l.2倍在高摩擦速度范围里,则为氮化钢的2o倍.为镍基离心浇铸台金的6倍.对盐酸,硫酸,硝酸几乎不发生腐蚀.在300时,HV为750.接台面经过固捆扩散结合后.接台强度为409MPa.2,低磨损率螺杆螺杆结构设计的改进减少磨损.正确设计螺杆耐磨损耐腐蚀的结构是重要一环.为避免聚合物融料中因压力梯度变化而形成的横肉力的产生,螺纹结构可采用瘿螺纹.雷利阶梯型以及楔形螺纹,均得到良好的敦果.琨于加工含有增强材料或填充材料的磨损性最大的塑料的螺杆.压缩比为3:i到4:1,加料段艮度为一号L,压缩段长度为34D,均化段为46D.螺杆表面耐辫损耐腐蚀的强化.最简单的一种是在氮化螺杆表面镀铬.再则是在螺棱表面进行等离予喷涂.上面这两种方法,耐磨损及耐腐蚀层薄,效果差,先进的方法是在螺棱及螺杆头部的摩擦椎力面进行耐磨损,耐腐蚀的合金堆焊,堆焊台金一般为镍基台金,堆焊层为l1.5ram.HRC55-62.常甩的镍基合金.含碳量为I.5%左右,抗裂性不是最理想.超低碳(含硅0.05%)量高硅(含硅3%)型的TORIBALOYT一80O具有耐蚀耐磨的新型堆焊材料.完全克服了堆焊材料与母体在交界处发生脱落现象.3,低磨损率螺杆的磨耗值氮化螺杆配以氮化料筒其磨耗值高达3.40ram,氯化螺杆配以双金属料筒其磨耗值降低至o.4omm.而双金属螺杆配以双金属料筒其磨耗值低至o.20ram.氮化体的表面硬度可达HRc6567,随渗氨层的磨损而很快降低.在深度0.4一O.5ram处硬度小于HRC3o.双金属体_,合金层寿命期间.耐磨损及耐腐蚀的性能保持恒定.4,低磨损率的料筒和螺杆在运转中的能耗评价低磨损率的料茼和螺杆在运转中,能在较长时期中保持稳定的挤出率,同时减少了维修或更换料筒,螺杆的停工时间,因而塑料制品的费用与氯化螺杆料简的运转相比较要低3575%,同样.能耗也低3oTO%.5,螺杆与料筒的材质合理匹配.降低唐耗率根据现代金属磨损机理.螺杆与机筒的选材应匹配,才能降低使用中的磨损.日本从标准上规定塑料加工机械的寿命为8一i0年.此来进行螺杆与料筒的材质匹配.螺杆材质不能与料筒匹配地取软,嵌合磨损作用加剧,到螺杆磨损超过使用限.料筒也有很大程度的垮损,一更换螺杆的挤出机功能,效率不可能恢复到原设计水平,因此.从设计角度.螺37辊与料筒的材料宜以等效磨损特性观点匹配地选取.即两者硬度几乎一样.国内的多数螺杆的材质为38CrMoAIA.西德较多采用的螺杆材料为34CrAINi7及31CrMor9.也有用30CrMoV9和X35CrM.17.日本中小型挤出机螺杆几乎都甩scM24氮化钢.大直径螺杆使用$45C中碳钢火焰淬硬最近,欧州的螺杆已开始采用高耐磨.热处理变形小的新钢种:Xl55CrMoV121和DINX20OCJMoV12l,它的最高硬度达HV0.6lO00一l200,寿命比普通氮化钢长几倍.表10是一种推荐的蝶杆和料筒匹配的最佳材质.表1O螺杆与料筒匹配用的最佳材质料筒衬套材质螺筒x台金101或布x合金306或布x合金80D杆,鲁克斯合金l00鲁克斯合金600铬硼系化合物63铬硼系化合物6铬硼系化台物6螺杆表面铬硼系化合物6铬硼系化合物63渗碳钢4620材料(优渗碳钢4620渗碳钢4620氮化氮合:金越性能依氮化钢4130氮化氨合金135M135M氮化氪台金l35M氮化钢4l30次降低)镍铬钴台金6镍铬钴台金6(6)改进操作工艺,降低磨损率增加加料简温度,促进塑料软.快速分散,使填料为熔体均匀包围.以减少对螺杆的磨损.加料蔺温度高于288.蝶杆及料简的表面也会显着增加意外坑痕,擦伤及磨蚀现象.螺杆转速与成型部分相协调的最佳转速.使背压很小或等于零.加快填料存熔体中分散.减少螺纹根部和输送螺纹的表面磨损.对玻璃纤维增强的塑料.必须严格控制转速,降低纤维头数对螺杆与料简的瞎损.控制材料中的含水分量.高温下汽泡促成螺杆或料筒表面的硬化层或镀层形成针尖磨损.如发生在螺杆的压缩段或均化段的磨损便是由此而引起的.(四)削弱挤出波动.提高生产率挤出压力波动系数:=等=古?Q,流率微量P.压力微量D,螺杆直径h.均化段螺槽深度L.,均化段长度K,口模几何系数38SinzOh?L,lD+上K,3由上式可知,压力波动系数6c以小为好,敏小,波动就窟小产率变化盘小.现就上式进行讨论:l,Ls/D愈大,a愈小其波动减弱.Ls增长后.P减弱.Q也相应减弱.L./D增大后.逆流和漏流也相应减少.提高了生产率.Ls/D在5以时.a值随着L/D的增加仅有擞小的变化,所以La/D为5较佳.K值较小.机头阻力大.Ls/D对a灼影响弱.2,hs的立方对a的影响是很大的,减Ibh.有利予减小波动.但h.不能太小.否则剪切速率增加,剪切热增加,物料温度上升.粘度下降.削弱了h积a的影响因此,设计螺杆时.h.要适当浅些3,愈大,q愈小,波动就愈弱.因此在生产中尽量低温挤出.以防波动4K值愈小,机头阻力愈大,波动愈小.改变多孔板以及增多过滤网的层数.可提高阻力.削弱波动.5,改变螺杆结构.减少物料在加料段和熔融段的形态变化对波动的影响,实践证明这样能有效提高生产率.(五)低能耗双螺杆挤出机双螺杆挤出机是一种低能耗的高性能挤出机,近年来得到迅速发展双螺杆挤出机能产生剪切速度交变的脉动性剪切场在这个剪切场中开同料流的单元体积在不同的剪切场中滞留时间不一样,因为这些元件是一个接着一个配置的.物料的每个单元体积至少要通个剪切场一次,在剪切场中滞留大致相同的时问.同向旋转的双螺杆挤出机中采用啮合型的混炼盘.其上有二个或三个突棱.突棱呈凸轮形.依次连续配置.彼此有一个使物料移魂或滞留的位移角.当挤出胡工作时,两个螺杆彼此衍接的混炼盘以各自的型面相互滚压.而且白于双螺杆挤出机淘槽段上的螺杆转速的等向性,产生的剪切速度瞬时倍增.从而使剪切强度增大.在大的长度上即可达到必须灼剪切强度和混炼值而不会使熔庠产生过热减少了料筒的对流辐射而产生的热损耗.减少了塑料温度和压力上升的能损耗.使用同向旋转的双螵杆挤出机可使为获得同质量制品的单螺杆挤出机所消耗的功率节省5O铀.异向旋转的双螺杆挤出机比同向旋转的双螺杆挤出机更节能,为获得同质量制品的单螺杆挤出机所消耗的功率节省75%.三螺杆挤出机产生的剪切场更稳定及更小的波动,物料在较短长途内径多次剪切和汇台.达到高度的平衡分布,所以能耗更节省.四种类型挤出机的典型能耗见表lJ.表ll挤出机能耗比较同向旋转双异向旋转双能耗单螺杆挤出机三螺杆挤出机螺杆挤出机臻杆挤出机典型能耗值(kw?h/kg)0.1l一0.220.00一O.180.0450.1l0.O22一O.066(最大节能嘶)l50809039表12是典型的国内外三种挤出机能耗对照.挤出物料为HPVC.从中可以看出.我国的双螺杆挤出机的能耗已达到国际先进水平表12国内外三种挤出机能耗比较SJ一65CM65SJB-65x22机器型号(单螺杆)(同向双螺杆)i(同向双螵杆)产地中国奥地利,辛辛那蒂中国,上海能耗(kg?h/kg)0.52Io.12o.12节能(和)l777双螺杆挤出机加工范围广,降低了挤出制品的总能耗.加:EUPVC波纹管,可用粉料直接加入双螺杆挤出机成型.而且质量高.节省了粉料造粒能耗.用单螺杆挤出机打日.TtLUPVc波纹管,则必须用粉料造粒再行加工,提高了制品成本.增大驱动螺杆扭矩.提高生产率.降低单位制品重量能耗.制品在温度允许的相同条件下生产率Q同传递扭矩之间韵经验公式为;()如对螺杆直径为10Omm的双螺杆挤出机来说.螺杆扭矩增大25嘧.生产率就可增加2倍,能耗降低59嘶.节能型的双螺杆挤出机加料装置.近年来得到开发.立式真空料斗,保证自动加料的同时还能使其予热和排除挥发物.在生产HPVC制品时可使某些双螺杆挤出机的生产能力增加50呖.能耗降低30嘶.Krauss-Maffol研制的能予热和计量物料的加料装疆,加料时.能使物料基本上达到干燥程度.能加粕料也能加粒料.利用电热盘将料予热列70-90.物料在加料装置中滞留几分钟.在KMDgo上应用.挤管生产率从320kg/h增加到4tokg/h.(六)低能耗料筒对于低能耗料简,目前也做了许多文章.主要有下几种:l,定温开槽进料套料筒.采用闭环控制水冷或控温循环水玲却系统.它以最小冷却的无功能量消耗.始终保持开槽套在能够维持正持固体塞强迫输送,固体塞借助局部机械摩擦转化热能提高开槽套温度使表面带有极薄熔膜.进行控制定温正好不致使这熔膜增厚.提高了产率.能量利用率得到提高.采用控温冷却的定温开槽套.已经可由微处理机闭环控制挤出机和挤出生产线多工艺参数生产全过程实现自动化.例如.nX.LDPE,LLDPE.控制开槽进料套在9olo5下工作,能使塑料固体的输送处于最大的开槽套界面的平均有效率摩擦系数下.而塑料固体与螺杆的摩擦系数变化不大,所有最佳输送率.此时功率利用率用冷却介质的焓值提高去评价.能量利用率提高25嘶.2,沟槽式强制冷却料筒,专用于加工超高密度(HMW-HDPE)粉料.HMW-HDPE粉料摩擦系数小.在普通挤出机的加料筒会打滑,降低螺抨输送率.对料筒加料段进行特殊温度控制可使物料的摩擦系数提高,可在一定程度上提高螺杆输送率,但有一定限度.办法是在加料苘的料筒上增开轴向沟数.能提高输送率达lo嘶.但对摩擦系数特别低的塑料.如HMWHDPE,还需甩沟槽式强制冷却料筒来加工.裘l3是沟槽式强制冷却料筒与普通光滑料筒的能耗比较,实验条件:螺杆直径$63mm,长径IL/D为l8,转速98.5r/mi,料筒温度232,I50挤出塑料为HMWHDPE.表13两种料筒的能耗比较塑料:HMwHDPE光滑l63.4l0.275沟槽l181.32.22619.63,普通沟槽式料筒,适嗣于普通塑料加工.最常用的一种低能耗料筒.料筒开槽几何形状有三角形,矩形和半圆形,槽沿机筒轴向形状有乎直形,楔形,开槽数为4,6,8,1o条,一般开槽长度为4D.PP,PVC多瑁锯齿形,弧形和半月形淘槽,因它摩擦系数小,且自洁性好PE较多使用直角锥形进料筒,槽数为D/,o.槽宽68mm,槽深35mm,一般锥角为1040左右.通过开槽后,机头温度得到降低,挤出率可提高l0%,且制品质量优异.(七)采用自动换网.提高利用率机头过滤元件的堵塞将导致挤出机出b处压力增加.熔体温度升高,从而降低挤出率.采甩自动换网,提高了设备利用率,能源费用可降低2O一40%,提高了生产摩.西德Werner&Pfleiderer公司制造了自动更换SWZ系列插板式过滤装置,主要参数见表14.SWZ系列过滤装置的网格表面分成若干个固柱形元件,这些元件相互平行排列在一个共胃支撑板上.在插板上装两套支撑板.该公司可采用带有3一l9个过滤元件的装置.元件的清洗堵塞间隔时问取决于元件的粗糙度和物料的清洁度.插板传动装置由液压泵驱动,更换时间不到lS.表14swz系列插板式过滤装置主要技术参数参数SWZ700SWZ12O0SWZI900生产力(kg/h)200060004000100004000一l60O0筛网总面积(cm)70Ol20O19O0过滤元件数量71219加热功率(kw)17.52335另一种是连续作瑁的插板式过滤装置.其结构特点是在插板上装一组过滤网,这些过滤元件放在带底孔的支撑板上.板以其端面相互连接.用可调的液压油缸的冲程来移动插板,4l每个冲程能