Page 60 - 《橡塑技术与装备》2020年23期（12月上半月橡胶）

橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

计算了长度为 1 000 mm，直径为 250 mm 的 （1）最大加热 / 冷却 ：能量转移发生在存在温度
PRE 模块。该模块最多可安装 14 个行星轴，齿轮齿 差时，所输送物料的最终温度主要取决于停留时间，
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模块 m=3.5。 每个行星轴的总表面积约为 1/6 m ；这 此外还有其他与物料相关的因素以及机械能输入。
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相当于旋转一周的接触表面为 1/3 m ： （2）精确的温度控制 ：选择加热 / 冷却介质温度
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1/6 m ( 行星轴的齿 )+1/6 m ( 中心轴的齿 )=1/3 m 2 要与输送物料所需温度不同或仅略有差异。热导率（常
由于直径比的关系，中心轴每旋转一周，行星轴 数）和机筒壁厚基本决定了热传递，该热传递一直持
则旋转大约 3 到 4 次； 因此，可用于中心轴旋转一圈 续到热平衡，从而达到准稳态（|T 1 -T 2 |= 0）。为了实
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的接触面超过 1 m : 现这一点，必须有足够的预留时间。
1/3 m ×3=1 m 2 对于这两种情况，较薄的壁厚直接改善了合适的
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在 14 个行星轴的情况下，每次中心轴旋转一周产 热传递以及最小的 dT。在这两种情况下 ,PRE 特有的
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生接触面积总计 14 m 。因此，中心轴每分钟旋转 100 设计在操作过程中有着积极的影响 , 即 :
转会产生以下接触表面 ： （1）较大的接触表面积使在所输送物料时有宽的
14 m / 转 ×100 转 /min= 1 400 m /min 均匀的温度分布。
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此值相当于五个以上的网球场（23.77 m×10.97 （2）优化后相对较薄的壁厚（新的热力学，图 3，
m）或足球场的 1/5（105 m×68 m）。 右侧），其将机筒总成和中心轴内的加热 / 冷却介质和
装有标准行星轴的模块的自由容积仅约为 9.4 L。 所输送物料分割开，因此，它能够以最低的 dT 实现
大的接触面积可以确保在高输送速度下完全混合和均 最大的热传递。
匀化。小体积增加了操作和环境安全系数，与大多数 要避免温度过高或者过低，比如，能分别造成降
反应性加工过程一样，在挤出机中只有相对少量的反 解和黏度的增加，或者甚至会造成所输送物料的凝固。
应组分。 特殊的设计能确保机筒总成 2~3 mm 后的钢壁能
基于对 PRE 中的螺杆几何形状的简单描述，轴以 承受住挤出机内部的压力。传统结构的挤出机壁厚至
及轴之间的自由空间可以通过数学模型来描述。 少需要 13 mm。更精准的温度控制是可能的，因为每
基 于这 些 数 据，数 学 上可 以 近 似的 确 定 和描 述 个机筒总成的加热 / 冷却都按照在每半个轴长度的两
PRE 的过程行为，例如流动条件以及压缩和输送行为。 个顺序排列部分进行布置。
根据确定的简化程度，以这种方法计算的工艺数据与 使用描述的模型，可以评估 PRE 中的热流。因此，
实测值相差不到 10%，这认为是可接受的。然而，实 测量和计算的温度值的偏差最大为 10 ℃是非常可靠
际上，该领域的实际应用经验知识仍然明显优于计算 的。
结果。 由于在机筒总成和中心轴的加热 / 冷却的更有效
的可能性，与其他类型的挤出机不同，PRE 不完全依
2 PRE 中的热力学 赖于使用机械驱动能量，这能减少并控制由此产生的
从加热 / 冷却介质到通过机筒总成的壁和内部加 摩擦和剪切力，在各种输出条件下，仍能使被加工材
热 / 冷却中心轴获得的热流（Q）的 3 个主要控制参数 料的热输入达到平衡和可控。
分别为 ： 这种设备的操作有许多好处 ：
（1）机筒壁的热导率。 （1）对于相同的输出，PRE 所需的驱动能通常低
（2）机筒的厚度（h），计算该厚度时，将被考虑 于其他类型的挤出机。
使用加权平均值以补偿齿距和高度的影响。 （2）温度偏离设定值可以很容易的得到补偿和避
（3）加热 / 冷却介质温度（T 1 ）和输送材料温度（T 2 ） 免，可以覆盖生产线总长度
之间的温度梯度 |T 1 -T 2 | 的值。 （3）温度曲线的调整可以单独控制所输送物料的
用数学术语来说，这是用方程 1 中的关系来表示 流变特性，从而引起摩擦和剪切。
的 : （4）由于机筒总成的加热 / 冷却，辐射损失根本
Q~ □ ×|T 1 -T 2 |/h (1) 不会或者只会对挤出机内部的物料温度产生轻微的影
可以分为两种情况 ： 响。

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