雙螺桿
關(guān)注創(chuàng)建者：Engineering 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-30
雙螺桿的實(shí)例教程
摘 要：目的:提高雙螺桿擠出機(jī)的混合效率和工作性能。方法:設(shè)計(jì)了一種內(nèi)嵌行星輪系和安裝捏合塊的新型雙螺桿擠出機(jī)，并用SolidWorks建立三維模型，以有限體積法為基礎(chǔ)，用ANSYS/CFS有限元分析軟件對(duì)其流道進(jìn)行分析。獲得其宏觀壓力圖、速度矢量圖、速度流線圖并與傳統(tǒng)雙螺桿擠出機(jī)三維流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果:在行星輪系和捏合塊的漸加速作用下，漸加速雙螺桿擠出機(jī)的混合性能和工作效率要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)雙螺桿，經(jīng)計(jì)算漸加速型雙螺桿比普通雙螺桿提高20%～25%。結(jié)論:漸加速雙螺桿在不斷加速的過(guò)程中使得物料在機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)間變短，從而提高產(chǎn)量且減少耗能，捏合塊的加入更使得物料可以得到更好的剪切。
關(guān)鍵詞：雙螺桿;ANSYS/CFS;漸加速;流場(chǎng)分析;
雙螺桿擠出機(jī)具有可靠性高、自潤(rùn)能力強(qiáng)、殘留物料少等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工、聚合物、化工、造紙等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1,2,3]。但隨著食品材料的發(fā)展，對(duì)雙螺桿擠出機(jī)提出了更為嚴(yán)格的要求[4,5]。傳統(tǒng)的雙螺桿擠出機(jī)分布和混合效率相對(duì)較低，耗能較大，對(duì)某些材料進(jìn)行加工時(shí)，擠出效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差[6,7,8,9]。為了解決這些問(wèn)題，許多學(xué)者對(duì)雙螺桿擠出機(jī)做出了諸多改善和優(yōu)化，但都只對(duì)某一方面進(jìn)行了探究。
展開(kāi) 雖然單螺桿和雙螺桿僅一字之差，很容易讓人聯(lián)想到系出同門(mén)，讓人誤以為單螺桿與雙螺桿是“近親”。但實(shí)際上這兩種類(lèi)型的壓縮機(jī)無(wú)論在原理還是結(jié)構(gòu)上都有非常明顯的不同。只是在成套后的結(jié)構(gòu)、布局和工作流程上，大體相同。而且在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍上高度重疊，互為競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型。
本期我們就來(lái)探討下單螺桿壓縮機(jī)和雙螺桿壓縮機(jī)的不同
。
（示意圖，不對(duì)應(yīng)文中任何產(chǎn)品信息）
單螺桿壓縮機(jī)
1、單螺桿機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
故名思議，相對(duì)于雙螺桿壓縮機(jī)，單螺桿壓縮機(jī)只有一根螺桿，其螺桿同時(shí)與兩個(gè)或兩個(gè)以上的星輪嚙合。螺桿型面、星輪端面、螺桿兩端蓋板共同圍成若干封閉容積，實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮。
螺桿和星輪根據(jù)其外形可分為圓柱形（C）和平面形（P），這兩種類(lèi)型可組合成四種形式的單螺桿壓縮機(jī)：CP型、PC型、PP型、CC型。
CP型是最常見(jiàn)的單螺桿壓縮機(jī)形式，我們?cè)谝韵碌闹v解中也僅以此種形式的單螺桿壓縮機(jī)為例。
CP型單螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)：由一個(gè)圓柱螺桿和兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的平面齒輪組成嚙合副，裝在機(jī)殼內(nèi)。螺桿螺槽、機(jī)殼(氣缸)內(nèi)壁和星輪齒構(gòu)成封閉容積。
展開(kāi) 雙螺桿壓縮機(jī)大內(nèi)容積比錐形轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)與性能研究
任純吉１，趙 鑫１，王 君*１，武 萌１，王增麗１，耿茂飛２
（１.中國(guó)石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東青島２６６５８０；
２.壓縮機(jī)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽合肥２３００３１）
［摘 要］：內(nèi)容積比是雙螺桿壓縮機(jī)的重要性能指標(biāo)，為了最大限度地提高其內(nèi)容積比，設(shè)計(jì)了交叉軸錐形螺桿轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)了雙螺桿壓縮機(jī)內(nèi)容積比較大程度的提高。從容積變化和泄漏通道長(zhǎng)度方面分析了雙螺桿壓縮機(jī)錐形螺桿轉(zhuǎn)子的工作性能，并與傳統(tǒng)等徑螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸夾角為１０°～２０°時(shí)，內(nèi)容積比的提高幅度可達(dá)２４.６％ ～４７.５％。錐形螺桿轉(zhuǎn)子對(duì)端面泄漏有較大的改善，力學(xué)性能方面有顯著優(yōu)點(diǎn)。
［關(guān)鍵詞］：雙螺桿壓縮機(jī)；錐形轉(zhuǎn)子；內(nèi)容積比；性能分析
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＨ４５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ
文章編號(hào)：１００６－２９７１（２０２２）０２－００１５－０６
１ 引言
雙螺桿壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，具有內(nèi)壓縮的特點(diǎn)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、食品、制藥等行業(yè)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注［１～２］。內(nèi)容積比是衡量螺桿壓縮機(jī)工作性能的重要參數(shù)，雙螺桿壓縮機(jī)的增壓部件是一對(duì)相互嚙合的陰陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子型線和螺桿的幾何特性直接影響雙螺桿壓縮機(jī)的工作性能，因此改進(jìn)螺桿轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)對(duì)提升雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮性能及改善泄漏具有重要意義。
邢子文，等［３～５］在雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線方面做了大量的工作，提出了計(jì)算轉(zhuǎn)子接觸線長(zhǎng)度的方法，并研發(fā)了螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)軟件。文獻(xiàn)［６～７］提出的變螺距螺旋線的雙螺桿壓縮機(jī)，提高了螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)容積比，增大了壓縮比。
展開(kāi) 概述
雙螺桿壓縮機(jī)是一種做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械，隨著螺桿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子間的齒間容積沿轉(zhuǎn)子軸線從吸氣端運(yùn)動(dòng)到排氣端，且齒間容積由小到大再變小，發(fā)生周期性的變化，完成吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。
雙螺桿壓縮機(jī)注油過(guò)程3D動(dòng)態(tài)仿真
除潤(rùn)滑齒輪外，不同類(lèi)型的容積式壓縮機(jī)普遍采用噴油來(lái)冷卻壓縮氣體、密封泄漏間隙提高壓縮機(jī)氣體流量和效率。
本文將詳細(xì)介紹雙螺桿壓縮機(jī)注油過(guò)程的3D全瞬態(tài)CFD仿真，采用體積分?jǐn)?shù)(VOF)法對(duì)氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)比有油和無(wú)油情況下的模擬結(jié)果，對(duì)注油冷卻和密封效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
通過(guò)該算例Simerics MP+ 軟件VOF模型的有效性、強(qiáng)大性及計(jì)算速度得到了有效地驗(yàn)證。
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雙螺桿壓縮機(jī)基本原理
雙螺桿壓縮機(jī)是一種做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械，隨著螺桿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子間的齒間容積沿轉(zhuǎn)子軸線從吸氣端運(yùn)動(dòng)到排氣端，且齒間容積由小到大再變小，發(fā)生周期性的變化，完成吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。
除潤(rùn)滑齒輪外，不同類(lèi)型的容積式壓縮機(jī)普遍采用噴油來(lái)冷卻壓縮氣體、密封泄漏間隙提高壓縮機(jī)氣體流量和效率。
本文將詳細(xì)介紹雙螺桿壓縮機(jī)注油過(guò)程的3D全瞬態(tài)CFD仿真，采用體積分?jǐn)?shù)(VOF)法對(duì)氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)比有油和無(wú)油情況下的模擬結(jié)果，對(duì)注油冷卻和密封效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
通過(guò)該算例Simerics MP+ 軟件VOF模型的有效性、強(qiáng)大性及計(jì)算速度得到了有效地驗(yàn)證。
展開(kāi) 
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雙螺桿的最新內(nèi)容
圖3.UV-0標(biāo)線
圖4.UV-24標(biāo)線
02
結(jié)果驗(yàn)證
1) 樣品制備
按照一定比例稱(chēng)取各組分，高速混合后通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)切粒，得到分別含有UV-0和UV-24的待測(cè)PBT樹(shù)脂樣品，成分如下表：
表1.
圖4 抗氧劑對(duì)PBT光澤度反射系數(shù)影響對(duì)比圖
2.2 加工工藝對(duì)PBT外觀的影響
采用PBT-4樹(shù)脂、受阻酚和硫醚類(lèi)抗氧劑按照比例混合均勻，在240℃下經(jīng)過(guò)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)擠出，螺桿組合中包括輸送元件、混合元件及剪切元件等，通過(guò)螺桿組合達(dá)到分散/剪切兩種效果。
傳質(zhì)預(yù)測(cè)（溶出）
云圖高度
Ansys解決方案
嚙齒攪拌混合器
挑戰(zhàn)
‐ 量化物料混合:添加劑顆粒/液滴隨時(shí)間的擴(kuò)散
‐ 量化物料混合:顆粒/液滴“破碎”成更小的尺寸
‐ 混合器幾何形狀和操作條件的影響（e.g. rpm）
‐ 處理通常非常粘稠的材料，這些材料通常為非牛頓流體
‐ 連續(xù)系統(tǒng)的吞吐量（e.g.單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)
結(jié)果:在行星輪系和捏合塊的漸加速作用下，漸加速雙螺桿擠出機(jī)的混合性能和工作效率要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)雙螺桿，經(jīng)計(jì)算漸加速型雙螺桿比普通雙螺桿提高20%～25%。結(jié)論:漸加速雙螺桿在不斷加速的過(guò)程中使得物料在機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)間變短，從而提高產(chǎn)量且減少耗能，捏合塊的加入更使得物料可以得到更好的剪切。
2、螺桿式壓縮機(jī)的應(yīng)用
螺桿式壓縮機(jī)可分為無(wú)單螺桿式壓縮機(jī)及雙螺桿式壓縮機(jī)。現(xiàn)廣泛地應(yīng)用在冷凍冷藏、暖通空調(diào)和化工工藝等制冷裝置上。
螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作介紹
雙螺桿壓縮機(jī)是由一對(duì)相互嚙合
中圖儀器SJ5780系列高精度智能螺紋輪廓掃描儀滿足螺桿的雙側(cè)測(cè)量需求，螺紋數(shù)據(jù)庫(kù)能直接評(píng)定螺紋全參數(shù)合格指標(biāo)。儀器檢測(cè)報(bào)告直觀明了，方便對(duì)螺桿加工工藝進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)了品質(zhì)管控；儀器廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)（如汽配、機(jī)加工等）。
SCORG軟件是雙螺桿機(jī)械設(shè)計(jì)和分析的專(zhuān)業(yè)工具，使用SCORG軟件劃分轉(zhuǎn)子區(qū)域網(wǎng)格。SCORG可以自動(dòng)生成雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，考慮真實(shí)的嚙合間隙，降低網(wǎng)格生成的難度，提高效率。
而對(duì)于半封閉式制冷壓縮機(jī)（如雙螺桿壓縮機(jī)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子常處于懸臂結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)有小幅擺動(dòng)，這同樣會(huì)引起機(jī)械噪聲。
（3）電磁噪聲
所謂電磁噪聲，是電磁力作用在定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力波或脈動(dòng)動(dòng)力波，是定子產(chǎn)生振動(dòng)而向外輻射噪聲。電動(dòng)機(jī)電磁噪聲的主要來(lái)源是鐵芯和機(jī)殼的振動(dòng)，機(jī)殼的振動(dòng)直接輻射噪聲，鐵芯的振動(dòng)通過(guò)機(jī)殼或端蓋上的孔向外輻射噪聲。
通過(guò)比較在有和沒(méi)有考慮共軛傳熱情況下的模擬結(jié)果，評(píng)估流固共軛傳熱對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)性能的影響。結(jié)果表明本文所使用的方法是有效、快速和友好的，可以很容易地應(yīng)用于工業(yè)壓縮機(jī)系統(tǒng)。
