2.2.2 螺槽深度和容积密度变化的影响

　　较长的固体输送段，常常在等深的加料段的最后几个螺距做成渐浅的锥形段，也有的挤出机的整个加料段做成渐浅的锥形段。由于锥形螺槽中发生一些附加的力，这些力不可忽视地影响到输送能力和压力的建立。此外，随着压力的升高，固体床的密度增加。虑及这些影响，Z.Tadmor等人修正了Darnell-Mol的理论。

设锥形段的锥度为常数，角度由下式决定

　　容积密度随压力的改变，可用如下经验公式

其中是在压力P时的容积密度，是大气压下的容积密度，以及是在高压下的极限容积密度，它接近于聚合物的真实密度。

　　由于螺槽深度的减小和容积密度的增加，对固体塞在螺槽中的运动的影响，具有相反的倾向，所以，仍可假设固体塞在螺槽中的流速为常数。从而仍可应用力和力矩的平衡条件。但是由于螺槽深度和容积密度是变化的，计算必须对沿螺旋线方向的微分单元体进行，并且不可忽略由于锥度造成的附加力。由此得到的压力方程为

　　其中的几何参数及输送角今必须取局部的数值。因此，为了达到任何程度的精确，必须对每一个微分增量.进行计算并且必须用数值解法。如果使用一个数字计算机，这并无大的困难。

　　某些特定的数值计算表明，在锥形螺槽中压力的建立比平行螺槽中的更快。当锥度大，而流量小的情况下，压力可以达到极大的数值。然而，后面的讨论将指出，只有在机筒有效冷却的情况下才形成这样的高压。计算还表明，螺槽锥度对压力建立的影响，随着流率增加而大为降低。

　　2.2.3 体积力的影响

　　体积力包括重力和离心力，对于螺杆直径不太大，转速不太高的情况，后者是次要的。

　　对于水平螺杆，重力可分解为切向和径向分量，如图3所示。切向分量可直接包含在力和力矩平衡方程中;径向分量包含到径向近似方程中成为

　　由此可得包含重力影响的解

　　图3 水平螺杆中的重力

结果表明，重力对压力建立的影响包括两个项，一个基本上成指数变化，一个是周期函数。当料斗中没有存料，即=0时，由于重力的作用，螺杆始端仍然能够开始建立压力，但必须在螺杆旋转到某一定角度的时候。如果给定流率，则当螺杆转动时，压力是波动的;反之，如果给定一个不变的压力，则流率随螺杆旋转而波动。

　　3 加料套筒的研究

　　如何实现强制固体输送，使固体输送段起固体泵的作用?根据对上述理论的初步分析，可以采用具有强制冷却的、纵向开槽的锥形加料套筒。它有如下几方面的作用：

　　1.提高转化摩擦系数

　　拖动固体塞沿螺槽运动的力，来自机筒表面与固体塞之间的摩擦。根据摩擦定理，摩擦力的大小等于摩擦系数与正压力的乘积，即F=f·N。对于开有纵向沟槽并带锥度的机筒表面，采用转化摩擦系数的概念，记为fˊ。由于有纵向沟槽，使固体塞成为象一个带刺的螺母，又由锥度的存在改变了压力的方向，使在相同的正压力N作用下，得到更大的摩擦力F，即是提高了转化摩擦系数fˊ，从而可提高固体输送量。

　　2.延迟“过压自动保护”

　　提高机筒表面的转化摩擦系数，意味着加速与机筒接触的料塞表面的热积聚，从而导致过早出现“过压自动保护”。对加料套筒进行有效的冷却，加强通过机筒壁的热扩散，则可延迟这个过程，从而可以在固体输送段建立起稳定操作所必须的最高压力。

　　3.加强喂料能力

　　如前所述，对于料斗段的松散颗粒的固体输送，还缺乏比较完善的理论研究。但是，根据自由质点在螺旋中的运动，虑及物料颗粒之间的相互啮合、摩擦，对加料套筒采取一定的锥度，将可能有补于料斗段的喂料能力，至少在容积上有所加强。

　　参考文献：

　　[1]怀特.波滕特. 《螺杆挤出》[M].北京：化学工业出版社,2005

　　[2]朱复华.《螺杆设计及理论基础》[M].北京：中国轻工业出版社，1984

　　[3]贺鹏.《单螺杆挤出机固体输送段摩擦系数的研究》 [J] .《塑料科技》 2003年02期;31-33

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