[发明专利]一种螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机及测量方法

说明书

技术领域

本发明是一种螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机，主要涉及对螺杆挤出机固体输送段性能的测量方法，可真实在线检测螺杆挤出机固体输送段的产量和压力。

背景技术

单螺杆挤出机固体输送段的性能是直接影响挤出产量的重要因素。一直以来，对固体输送段的研究都局限于在三段式单螺杆挤出机上对固体输送段进行定性在线模拟，由于组成单螺杆挤出机的固体输送、压缩和熔融三段之间是相互协同、相互关联，因此模拟值与真实值之间不可避免地存在较大偏差。为研究机筒衬套和螺杆结构参数及加工工艺参数改变对固体输送段性能的影响，同时还要略去螺杆压缩段和计量段等诸多变量对固体输送段性能的影响，《日本制钢所技报》中公开了一种检测螺杆挤出机固体输送段产量和压力的方法及设备，该设备由挤出机固体输送段和油控背压调整机构组成。其特点在于：螺杆挤出机固体输送段与油控背压调整机构通过圆筒连接并将部分圆筒嵌入机筒衬套，在靠近油控背压调整机构端部的圆筒侧壁上开有一个与螺杆轴向垂直的出料孔实现物料挤出，该设备一定程度上可检测螺杆挤出机固体输送段的产量和压力。但是，因为结构设计上的缺陷，该设备具有如下缺点：(1)由于圆筒侧壁上的出料孔的轴向与固体输送段螺杆的轴向垂直，且圆筒侧壁上只有一个出料孔实现物料挤出，因此，该试验机中的物料在固体输送段末端的运动轨迹严重偏离挤出机中物料的真实运动轨迹，出料口出料状态不能真实反映固体输送段物料输送情况，导致固体输送段末端测量压力值严重偏大；(2)由于圆筒侧壁上的出料孔的面积恒定，因此，对不同的机筒衬套和螺杆的结构参数组合的适应性差，易导致固体输送段输送物料的能力与出料口挤出物料的能力之间不相匹配；(3)出料孔区域的结构设计为非光滑过渡曲面，由于固体物料的流动性差，易在出料孔区域的尖角处产生滞料区，导致出料不畅甚至堵塞出料孔。

《挤出理论及应用》一书中也公开了一种检测螺杆挤出机固体输送段产量和压力的方法及装置。这一改进方法及装置的特点在于：在螺杆挤出机固体输送段末端安装与螺杆同轴的弹簧调压装置，在弹簧调压装置与螺杆挤出机固体输送段之间安装顶锥，实现对螺杆挤出机固体输送段末端挤出物料施加压力，并将机筒衬套内截面设为一个大出料孔，虽然该方案可弥补《日本制钢所技报》中公开的方案易堵出料孔和物料流动方向与真实偏差大的缺点。但是，该装置还存在以下缺陷：(1)机筒衬套内截面仅设为一个大出料孔，螺杆头部的物料不能保持沿挤出机中物料的真实运动轨迹从出料口排料，因此不能真实反映物料在固体输送段末端的挤出过程，导致压力测试误差较大；(2)因为出料孔的总面积远大于螺杆螺槽的面积(光滑机筒衬套)或螺杆螺槽的面积和机筒衬套沟槽的面积之和(开槽机筒衬套)，因此，从出料孔挤出的物料有很大的压力降，易导致实测条件发生较大偏差；(3)当顶锥在高压物料作用下后退时，由于挤出物料的压力降和物料与顶锥接触面积的不断变化，使测试条件与真实状态下物料在熔融段仍受稳定的高压作用不一致，导致实测压力值波动大、偏差大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机及测量方法，有效弥补了已有的检测螺杆挤出机固体输送段产量和压力的方法及装置带来的物料运动轨迹失真、堵塞出料孔、压力波动大等缺陷，实现真实在线检测螺杆挤出机固体输送段的产量和压力。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机，其特征在于包括：压缩弹簧1、称重传感器3、锥套5、导流锥7、固体输送段机筒11和固体输送段螺杆12，锥套5与导流锥7通过锥套法兰4连接并将锥套5嵌入固体输送段机筒11末端的机筒衬套10内，靠近锥套法兰4端部的锥套5的侧壁上沿固体输送段螺杆12轴向等距均布至少2排锥套出料孔6，导流锥7末端连接称重传感器3，称重传感器3与压缩弹簧1通过弹簧挡板2连接，实现对固体输送段螺杆12头部挤出物料施加压力。

嵌入固体输送段机筒11内壁的机筒衬套10为光滑机筒衬套或开槽机筒衬套；当机筒衬套10为光滑机筒衬套时，锥套出料孔6的总面积等于螺杆螺槽8的面积；当机筒衬套10为开槽机筒衬套时，锥套出料孔6的总面积等于螺杆螺槽8的面积与机筒衬套沟槽9的面积之和；以确保单位时间内固体输送段螺杆12旋转向前输送的物料体积与锥套出料孔6挤出的物料体积相等，实现螺杆挤出固体输送段的物料输送能力与锥套出料孔6的物料挤出能力之间的匹配。