捏合機(jī)電機(jī)功率與槳葉構(gòu)型的數(shù)學(xué)模型

1、捏合機(jī)電機(jī)功率與槳葉構(gòu)型的數(shù)學(xué)模型 崔田 高級工程師（南京中兵恩索科技有限公司 江蘇南京）摘要：從理論依據(jù)出發(fā)，準(zhǔn)確計(jì)算捏合機(jī)驅(qū)動功率，依據(jù)槳葉及螺桿構(gòu)型等設(shè)計(jì)要領(lǐng)，擺脫了傳統(tǒng)捏合機(jī)生產(chǎn)需要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的盲目性關(guān)鍵詞：槳葉構(gòu)型參數(shù) 功率計(jì)算 1、 設(shè)計(jì)描述 捏合機(jī)是膠類產(chǎn)品較重要的加工設(shè)備之一，主要用于橡膠塑料等高分子與配劑的混合。根據(jù)捏合機(jī)的工作原理可知，加入捏合室的膠料主要受攪拌槳葉與捏合機(jī)室壁的剪切和拖拽作用達(dá)到混煉效果，因此槳葉形狀直接影響高分子材料與各種添加劑的分散和混合的均勻性，另外驅(qū)動功率，出料方式等都對生產(chǎn)工藝的效率和優(yōu)化有著不可忽視的作用。以下我們通過對設(shè)計(jì)一臺2000L丁基

2、熱熔膠捏合機(jī)來探討下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、 關(guān)于槳排列形式(見下圖），捏合機(jī)槳葉有兩種排列形式，一種兩槳相切，一種兩槳相交，相交型槳葉兩槳只能做同速運(yùn)轉(zhuǎn)，剪切主要發(fā)生在槳葉與槽底的小間隙內(nèi)，兩槳交叉部位的物料形成交叉流動，對取得更均勻的混合料更有效，主要適用于粘度較低的粉料為主的物料混合；2、 關(guān)于槳型，目前捏合機(jī)有4種攪葉形式（見下圖），SIGMA雙螺旋槳葉,適用于精確分散和強(qiáng)力混合的物料，雙拐的空白區(qū)可以進(jìn)入大塊的物料，有破碎作用，在食品和橡膠高分子行業(yè)較廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)和制作比較規(guī)范和成熟180°單螺旋槳葉，適用于簡單式的混合，其對物料的折斷和損傷小班步里型槳葉，也稱強(qiáng)力型槳葉，跟密煉機(jī)

3、的槳型較為類似，適用強(qiáng)力剪切分散的場合，當(dāng)強(qiáng)力剪切溫度升高時(shí)這種槳葉中間鉆有空心孔，可通冷卻水，降低物料的溫升魚翅型，適用于粉體和液體的簡單混合 以熱熔膠生產(chǎn)為例：熱熔膠是大塊的丁基膠、聚合物和填充劑的分散混合，恩索公司選用的是SIGMA雙槳結(jié)構(gòu)，兩只拌槳采用相切式排放，速比為1:1.44，其W結(jié)構(gòu)形成了兩個(gè)分散混合區(qū):A.SIGMA攪葉與槽壁旋轉(zhuǎn)區(qū)域;B.兩攪葉相切區(qū)域，其采用整體碳鋼鑄造，具有較高的強(qiáng)度，其雙拐的形狀能夠很好的破碎大塊的丁基膠塊的，其螺旋式的結(jié)構(gòu)能夠使物料進(jìn)行上升下降動作達(dá)到快速混合并分散加入的填充料，從而制得較好的熱熔膠產(chǎn)品；SIGMA槳葉 單螺旋槳葉 班布里強(qiáng)力型 魚翅

4、型2、 關(guān)于電機(jī)功率的計(jì)算與校核 一般來講，捏合機(jī)的驅(qū)動功率跟攪拌物料的粘度和物料流量有關(guān)，一般廠家都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得。恩索公司經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，這里是有一套完整的理論計(jì)算公式的。根據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)驅(qū)動功率，其中代表膠料粘度，Q代表膠料流量，s代表攪葉凸棱總長度，h代表攪葉與槽底的間隙，另外根據(jù)英國人Bollen研究發(fā)現(xiàn)，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)型參數(shù)A與功率P及物料粘度的關(guān)系為，對于特定容量和槳型的捏合機(jī)，A近似于定值，代表的是修正系數(shù)（，V代表的是工作容積），n代表的捏合機(jī)轉(zhuǎn)速我們以恩索公司代表客戶波士膠芬德利一臺制造丁基熱熔膠產(chǎn)品2000L-160kw的捏合機(jī)為例來驗(yàn)算一下：經(jīng)過以上公式我們推算可得出

5、2000L捏合機(jī)SIGMA槳的構(gòu)型參數(shù)A大約為（計(jì)算依據(jù)：一臺2000L捏合機(jī)配置55kw電機(jī)，轉(zhuǎn)速40RPM，物料粘度為500ps的成熟配置機(jī)型），計(jì)算出=18.96，依據(jù)丁基熱熔膠粘度極限范圍為1500ps，轉(zhuǎn)速最高速為40RPM，反推算出波士膠2000L捏合機(jī)，投料量1500KG的情況下所需功率為52kw，考慮功率損耗及投料初期因素值系數(shù)，這里取2.0，計(jì)算得出所需功率大約為,104kw，再考慮到1.5倍的安全系數(shù)約為156kw,因此配置160KW的主電機(jī)的能夠滿足要求的，且達(dá)到1.5倍以上的安全系數(shù)，能夠滿足高強(qiáng)度的生產(chǎn)工藝要求；3、 關(guān)于出料捏合機(jī)常見出料方式有翻缸傾倒式、底閥下出料

6、式和螺桿擠壓出料三種，丁基熱熔膠的成品膠粘度范圍2000cps(150)-150000cps(200)，可設(shè)計(jì)采用螺桿擠壓式出料，根據(jù)出料連接及效率要求，我們擬定為3T/H，我們采用直徑250mm的機(jī)加工螺桿，采用漸變式螺距180-120mm，出料效率驗(yàn)算：計(jì)算每旋轉(zhuǎn)一周的出料量約為942克，根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)速62RPM，可以推算出每小時(shí)出料量為3504KG（比重為1時(shí)），熱熔膠成品kg/L，估算可以滿足出料速率要求；關(guān)于螺桿驅(qū)動功率計(jì)算與校核：螺桿功率確定計(jì)算的方法較多，譬如公式計(jì)算，取類比經(jīng)驗(yàn)值，都是基于熔體輸送理論，針對丁基型熱熔膠粘度為范圍2000cps(150)-150000cps(200

7、)，由于捏合機(jī)的螺桿主要功能是輸送，一般長徑比較小，螺桿與桶壁的間隙也比較大（1mm),mm,根據(jù)國產(chǎn)單螺桿擠出機(jī)的一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出一個(gè)估算擠出機(jī)功率的公式，這里D代表螺桿直徑，k為系數(shù)，n為螺桿轉(zhuǎn)速，根據(jù)目前單螺桿行業(yè)生產(chǎn)和統(tǒng)計(jì)，對系數(shù)，當(dāng)D<90mm時(shí)，k取0.00354，當(dāng)D>90mm是，k取0.008，在捏合機(jī)行業(yè)，因螺桿長徑比較?。ㄒ话?:4-6，單螺桿擠出機(jī)1:7-25），螺桿與桶壁間隙大，擠出阻力較小，根據(jù)恩索公司在多年制造和試驗(yàn)過程中推算得知，當(dāng)D>120mm時(shí)，k取0.0007(已計(jì)入1.5倍的安全系數(shù)）；我們將相關(guān)數(shù)據(jù)代入計(jì)算，考慮功率損耗，因此選用30KW