离心式挤出机结构创新与固体输送及增压机理的研究

论文摘要

离心式挤出机是一种新型聚合物加工机械,其主要创新点为将离心力场应用于固体输送及增压。本文以离心式挤出机的工作机理为主线,对离心式挤出机结构设计、工艺参数、固体输送增压机理、固体输送压力分布状态的数值模拟、固体输送增压机理的实验验证等多个方面进行探索和研究。本文全面地剖析了离心式挤出机的输送增压、圆盘熔融、计量挤出工作机理,提出了离心式挤出机的总体设计。并详细讨论了离心式挤出机的主要结构,其中包括主机、传动系统、控制测量系统、加热冷却系统、以及密封结构。同时,本文也阐述了离心式挤出机主要工艺参数以及结构参数的设计,其中包括离心力场、工作转速、剪切速率、传热能力、密封能力以及圆盘熔融段法向应力等。另外,由于离心式挤出机属于高速旋转机械,本文对其临界转速也进行了有限元数值分析。除上述离心式挤出机设计问题外,本文着重研究了离心式挤出机聚合物输送增压机理,建立了在离心力场的作用下聚合物输送压力分布的数值模型,得到转鼓中聚合物输送压力分布方程;同时,利用固体输送压力分布方程,分析了转鼓结构几何参数、聚合物物料属性、转鼓材料以及操作工艺条件对转鼓中聚合物输送压力分布的影响。数值分析研究表明,选取适当的转鼓锥角α、半径R_n以及转鼓材料,同时针对不同聚合物,选择不同的转速n可以得到预期的固体输送压力;提高转鼓内壁的表面光洁度、对转鼓内壁进行表面涂层处理,可大大减少摩擦,可将原本浪费的摩擦上的能量用以提高聚合物固送压力。根据离心式挤出机的聚合物输送机理,设计出聚合物输送增压实验装置,用以对离心式挤出机输送压力数值分析结果进行实验验证。实验测试结果表明,实验数据与数值分析数值吻合较好,证明了离心式挤出机固体输送压力分布数学模型具有合理性以及预测性。离心式挤出机将离心力场引入到聚合物加工领域,本研究取得的阶段性成果不仪可为该机的开发和应用提供理论依据,而且会对其它相关领域的聚合物加工技术与理论的研究产生辐射作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 概述
• 1.1 前言
• 1.2 挤出成型设备的发展现状和趋势
• 1.2.1 挤出成型设备的发展现状
• 1.2.2 挤出成型设备的发展趋势
• 1.3 离心力场在聚合物加工中的应用与发展现状
• 1.3.1 离心技术的应用
• 1.3.2 离心力场在聚合物加工中的应用与发展现状
• 1.4 聚合物输送增压理论的现状和发展
• 1.4.1 经典Darnell-Mol理论
• 1.4.2 Darnell-Mol理论的修正
• 1.5 本课题的目的和意义
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第一部分 离心式挤出机结构创新
• 第二章 离心式挤出机工作机理
• 2.1 引言
• 2.2 传统螺杆挤出机的挤出过程
• 2.2.1 挤出过程
• 2.2.2 挤出理论
• 2.3 离心式挤出机挤出过程
• 2.3.1 挤出过程
• 2.3.2 离心式挤出机的挤出机理
• 2.4 离心式挤出机的优点
• 第三章 离心式挤出机的结构创新
• 3.1 离心式挤出机需解决的关键技术
• 3.2 离心式挤出机基本结构
• 3.2.1 主机
• 3.2.2 传动系统
• 3.2.3 控制和测量系统
• 3.2.4 加热冷却系统
• 3.2.5 密封系统
• 3.3 离心式挤出机的创新点
• 第四章 离心式挤出机主要工艺及结构参数设计
• 4.1 离心式挤出机主要工艺参数的设计
• 4.1.1 离心式挤出机离心力场及转速计算
• 4.1.2 离心式挤出机功率计算
• 4.1.3 剪切速率计算
• 4.1.4 圆盘熔融段法向应力差
• 4.1.5 密封能力分析
• 4.1.6 传热分析
• 4.1.7 振动分析
• 4.1.8 离心式挤出机熔体输送生产率
• 4.2 离心式挤出机主要零件强度校核
• 4.2.1 转鼓的强度计算
• 4.2.2 上下转盘的强度计算
• 第二部分 离心式挤出机固体输送及增压机理的研究
• 第五章 离心式挤出机固体输送及增压机理理论研究
• 5.1 离心式挤出机固体输送数学模型的建立
• 5.1.1 基本假设
• 5.1.2 数学模型
• 5.2 离心式挤出机固体输送段压力分布
• 5.2.1 固体输送压力分布数值分析结果
• 5.2.2 固体输送压力分布曲线上拐点的分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 离心式挤出机固体输送及增压机理实验研究
• 6.1 离心式挤出机固体输送及增压机理实验目的
• 6.2 离心式挤出机固体输送及增压模拟实验装置介绍
• 6.2.1 离心式挤出机固输增压模拟实验装置的结构简介
• 6.2.2 离心式挤出机固输增压模拟实验装置的主要设计参数
• 6.3 离心式挤出机固体输送及增压模拟实验
• 6.3.1 固体输送及增压模拟实验实验方案
• 6.3.2 数据处理
• 6.4 实验结论
• 第七章 离心式挤出机固体输送压力分布的影响因素
• n对最大固体输送压力的影响'>7.1 转鼓半径R_n对最大固体输送压力的影响
• 7.2 转速n对固体输送压力分布的影响
• 7.3 转鼓内壁与聚合物之间的摩擦因数对固体输送压力分布的影响
• 7.4 转鼓锥底倾角α对固体输送压力分布的影响
• 7.5 聚合物物性参数对固体输送压力分布的影响
• 7.6 本章小结
• 第八章 全文总结
• 8.1 本文所做的主要工作和取得的阶段性成果
• 8.2 研究展望
• 参考文献
• 附录一：离心式挤出机主要结构尺寸
• 附录二：离心式挤出机主要工作参数
• 附录三：离心式挤出机主机装配图
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 作者及导师简介
• 北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书