一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构.pdf

具体实施方式

根据本发明的权利要求和说明书所公开的内容，本发明的技术方案具体如下所述：

实施例一：

如图2、图3a和3b所示，一种具有独立分段控温的双混合区的挤出机螺杆结构，包含第一螺杆组和第二螺杆组，二者分别位于第一内腔壳22a和第二内腔壳22b所围成的第一混合腔23a和第二混合腔23b中。所述第一螺杆组和第二螺杆组都包含一个主螺杆和一个副螺杆，所述主螺杆和副螺杆相互啮合。

所述第一螺杆组的第一主螺杆41a和第二螺杆组的第二主螺杆41b的结构相同。所述第一螺杆组的第一副螺杆42a和第二螺杆组的第二副螺杆42b的结构相同。

所述第一螺杆组的第一副螺杆42a的末端逐渐变细，并终止在第一螺杆组的第一主螺杆41a上。所述第二螺杆组的第二副螺杆42b的末端逐渐变细，并终止在第二螺杆组的第二主螺杆41b上。

所述第一螺杆组的、未与第一副螺杆42a啮合的第一主螺杆41a的末端与第二螺杆组的、未与第二副螺杆42b啮合的第二主螺杆41b的末端相互啮合，该啮合段位于由末端内腔壳22’所围成的末端混合腔23’中。

所述第一主螺杆41a和第二主螺杆41b末端相切，并且相互啮合对转。所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a相互啮合对转。所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b相互啮合对转。

如图2、图5、图6a和6b所示，所述第一主螺杆41a和第二主螺杆41b结构相同，都包含以下结构：至少2个连接段51、至少2个绝热隔离段52、至少1个预混合段53、至少1个加热混合段54、1个传料段56和1个出料段57。

所述第一副螺杆42a和第二副螺杆42b结构相同，都包含以下结构：至少2个连接段51、至少2个绝热隔离段52、至少1个预混合段53、至少1个加热混合段54和1个输料段55。

根据实际需要，所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺杆42a和第二副螺杆42b可以进一步包括2个长度和螺纹密度相同、但温度不同的第一加热混合段54a和第二加热混合段54b。所述各加热混合段54的温度沿物料流向依次增加。

沿物料流向，所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b分别依次具有相互连接的预混合段53、绝热隔离段52、连接段51、第一加热混合段54a、绝热隔离段52、连接段51、第二加热混合段54b、绝热隔离段52、连接段51、传料段56和出料段57。所述主螺杆的连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54、传料段56和出料段57同轴，并且所述连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54直径相等。

沿物料流向，所述第一副螺杆42a和第二副螺杆42b分别依次具有相互连接的预混合段53、绝热隔离段52、连接段51、第一加热混合段54a、绝热隔离段52、连接段51、第二加热混合段54b、绝热隔离段52、连接段51和输料段55。所述副螺杆的连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54和输料段55同轴，并且所述连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、加热混合段54直径相等。

所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的各相应连接段51、各相应绝热隔离段52、各相应预混合段53、各相应第一加热混合段54a、各相应第二加热混合段54b之间相互啮合。

所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应连接段51、各相应绝热隔离段52、各相应预混合段53、各相应第一加热混合段54、各相应第二加热混合段54b之间相互啮合。

所述第一主螺杆41a的传料段56与第一副螺杆42a的输料段55相互啮合。所述第二主螺杆41b的传料段56与第二副螺杆42b的输料段55相互啮合。所述第一主螺杆41a的出料段57和第二主螺杆41b的出料段57相互啮合。

所述的连接段51进一步包含第一齿轮511和第二齿轮512。所述第一齿轮511和第二齿轮512具有6～16个齿，且相互交错11.25°～30°

所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的各相应第一齿轮511相互啮合且各相应第二齿轮522相互啮合。所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应第一齿轮511相互啮合且各相应第二齿轮522相互啮合。

由于第一齿轮511和第二齿轮512相互交错一定角度，这就导致第一主螺杆41a的第一齿轮511只能和第一副螺杆42a的第一齿轮511相互啮合，而无法与第一副螺杆42a的第二齿轮512相互啮合，所以这就保证了第一螺杆41和第二螺杆42的第一齿轮511相互啮合、第二齿轮512相互啮合，从而将第一主螺杆41a和第一副螺杆42a进行锁合以固定其相对位置，避免第一主螺杆41a和第一副螺杆42a在对转的过程中发生错位和位移，从而保证第一主螺杆41a和第一副螺杆42a之间啮合完好。同理，所述第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应第一齿轮511相互啮合且各相应第二齿轮522的相互啮合，也避免第二主螺杆41b和第二副螺杆42b在对转的过程中发生错位和位移，从而保证第二主螺杆41b和第二副螺杆42b之间啮合完好。

所述绝热隔离段52是由绝热材料制成的螺纹结构，并且第一主螺杆41a和第一副螺杆42a、第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应绝热隔离段52相互啮合。所述绝热隔离段的左右两侧分别与具有一定温度的混合段相连，该绝热隔离段起到隔热作用，保证其左右两侧的混合段的温度不同，形成温度分区，避免各区的温度混淆。

所述预混合段53、第一加热混合段54a、第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57是由导热材料制成的螺纹结构，并且第一主螺杆41a和第一副螺杆42a、第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的各相应预混合段53相互啮合、各相应第一加热混合段54a相互啮合、各相应第二加热混合段54b相互啮合。

所述输料段55位于副螺杆的末端并与1个连接段51相连，且所述输料段55从与连接段51相连的位置向末端逐渐变细。

所述传料段56位于主螺杆的末端并与1个连接段51相连，且所述传料段56从与连接段51相连的位置向末端逐渐变粗。

所述输料段55的直径逐渐缩小的圆台形结构而传料段56的直径逐渐增大的圆台形结构，从而使得二者形体适配的相互啮合。所述输料段55和传料段56的圆台结构的母线与轴线的夹角β1相等，且为5°～25°。

所述出料段57是纺垂形结构，位于主螺杆的末端并与所述传料段56相连，且所述出料段57从与传料段56相连的位置向末端，直径逐渐增大，从而使得第一主螺杆41a的出料段57和第二主螺杆41b的出料段57相互啮合并保持该直径，随后直径逐渐减小。所述出料段57与传料段56相邻的一端的母线与轴线的夹角β2为10°～35，其与传料段56相反的一端的母线与轴线的夹角β3为15°～30°。

所述加热混合段54的长度大于预混合段53的长度。所述加热混合段54的螺纹密度小于预混合段53的螺纹密度。所述预混合段53的螺纹密度小于输料段55、传料段56和出料段57的螺纹密度。所述输料段55、传料段56和出料段57的螺纹密度相等。

如图5、图6a和6b所示，所述各连接段51、绝热隔离段52、预混合段53、第一加热混合段54a、第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57为中空结构，其内部分别具有相互连通且同轴的轴腔61、轴腔62、轴腔63、轴腔64a、轴腔64b、轴腔65、轴腔66和轴腔67。

所述连接段51和绝热隔离段52的轴腔61和62的直径相等。所述预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b的轴腔63、64a和64b的直径相等。所述轴腔61、62的直径小于轴腔63、64a和64b的直径。所述输料段55、传料段56和出料段57的轴腔65、轴腔66和轴腔67的直径随输料段55、传料段56和出料段57直径的变化而变化，增大和/或减小。从而使得输料段55、传料段56和出料段57的外表面与轴腔之间的厚度各处相等。

所述各轴腔内部设有加热系统7。所述加热系统7包含位于各轴腔轴心并依次穿过各轴腔的通路70，所述通路70是由绝热绝缘材料制成的中空结构，其内部设置有与外界相连的多组加热电路，用于向位于通路70外侧并与其相互连接的各加热电阻供电。

所述加热电阻包括分别位于预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57内部的加热电阻73、74a、74b、75、76和77。所述各加热电阻73、74a、74b、75、76和77在与外界相连的多组加热电路的控制下，分别相对独立地对预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57进行加热。

所述预混合段53、第一加热混合段54a和第二加热混合段54b、输料段55、传料段56和出料段57的温度关系为：

预混合段53温度小于第一加热混合段54a温度；

第一加热混合段54a温度小于第二加热混合段54b温度；

第二加热混合段54b温度大于传料段56温度；

传料段56温度大于出料段57温度；

输料段55温度和传料段56温度相等。

所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b对转，并且第一主螺杆41a沿逆时针转动、第二主螺杆41b沿顺时针转动。所述第一主螺杆41a和第一副螺杆42a对转，第二主螺杆41b和第二副螺杆42b对转，故第一副螺杆42a沿顺时针转动、第二副螺杆42b沿逆时针转动。

所述第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺杆42a和第二副螺杆42b的直径为40mm～300mm、螺杆有效长径比12～92、螺杆中心距40mm～300mm、轴腔直径10mm～160mm、螺纹啮合深度10mm～50mm、螺距5mm～400mm。

通过上述各混合段的温度、螺纹密度和长度的设定，沿着物料流向，物料在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a、第二主螺杆41b和第二副螺杆42b中间被不同螺纹密度的混合段进行不同程度的挤压混合，并被加热至不同的温度，从而所述物料分别在第一混合腔23a和第二混合腔23b内达到充分混合并被分别加热到适合的温度。最后，第一混合腔23a和第二混合腔23b在末端混合区23内部混合，随后被挤出。

以下进一步阐述，物料在具有所述螺杆结构的挤出机中，进行挤压混合的过程。

图1所示的是一种制备复原米中常见的挤压机，包含进料系统1、挤压腔体2和出料系统3。其中进料系统1进一步包括存料器11和进料口12。存料器11和进料口12进一步包括用于进第一组物料的存料器11a和进料口12a、用于进第二组物料的存料器11b和进料口12b。所述挤压腔体2进一步包括外腔壳21、第一内腔壳22a、第二内腔壳22b、末端内腔壳22’以及上述各内腔壳所分别围成的第一混合腔23a、第二混合腔23b和末端混合腔23’。出料系统3进一步包括出料口31、切割刀32和模具33。

如图2、图3a和3b所示，在所述第一混合腔23a内，设有第一螺杆组，即第一主螺杆41a和第一副螺杆42a，在所述第二混合腔23b内，设有第二螺杆组，即第二主螺杆41b和第二副螺杆42b。

如图3a和4a所示，第一组物料91a从存料器11a处下落，通过进料口12a进入第一混合腔23a内，随后进入第一主螺杆41a和第一副螺杆42a之间的孔隙中。第一主螺杆41a沿方向81a逆时针转动和第一副螺杆42a沿方向82a顺指针转动，二者的啮合转动，使得第一组物料91a被第一主螺杆41a和第一副螺杆42a挤压混合，并随后在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的转动带动下，形成2个物料流92a和93a流动。

如图3a和4a所示，第二组物料91b从存料器11b处下落，通过进料口12b进入第二混合腔23b内，随后进入第二主螺杆41b和第二副螺杆42b之间的孔隙中。第二主螺杆41b沿方向81b顺指针转动和第二副螺杆42b沿方向82b逆时针转动，二者的啮合转动，使得第二组物料91b被第二主螺杆41b和第二副螺杆42b挤压混合，并随后在第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的转动带动下，形成2个物料流92b和93b流动。

物料流92a和93a分别在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的转动下被带动向上回到第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的上部，并与后加入的第一组物料91a混合，被第一主螺杆41a和第一副螺杆42a再次进行循环混合挤压。

物料流92b和93b分别在第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的转动下被带动向上回到第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的上部，并与后加入的第二组物料91b混合，被第二主螺杆41b和第二副螺杆42b再次进行循环混合挤压。

在上述过程中，如图5、图6a和6b所示，接通外界电路，对加热系统7通电，通过位于通路70内部的各个电线及电路，分别对位于第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、第一副螺杆42a和第二副螺杆42b的各个预混合段53、第一加热混合段54a、第二加热混合段54b、输料段55和传料段56内部的加热电阻73、74a、74b、75和76通电加热，并对各相对应的混合段加热升温。

所述物料经过如下的加热混合过程：

1、预混合

第一组物料91a从第一进料口12a进入与其相邻的第一混合腔23a中的预混合段53，并在第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的相互啮合的预混合段53的对转下，被挤压混合。为了使得进入的物料可以被快速充分的混合，将预混合段53设计具有较大的螺纹密度，以增强剪切力，同时为了避免物料在加热条件下被胶凝化过度，此时仅对物料进行初步加热，故设计预混合段53的温度较低。

第二组物料91b从第二进料口12b进入与其相邻的第二混合腔23b中的预混合段53，并在第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的相互啮合的预混合段53的对转下，被挤压混合。为了使得进入的物料可以被快速充分的混合，将预混合段53设计具有较大的螺纹密度，以增强剪切力，同时为了避免物料在加热条件下被胶凝化过度，此时仅对物料进行初步加热，故设计预混合段53的温度较低。

2、加热混合

随后第一组物料91a进入第一混合腔23a中的第一加热混合段54a区域，在温度较高、螺纹密度较小、长度较长的第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的相互啮合的2个第一加热混合段54a和第二加热混合段54b处挤压混合，这一过程中，物料可以在较长的螺杆上进行充分的换热，被螺杆加热并进一步挤压混合，此时由于加热过程中会带来物料的胶凝化，故设计密度较低的第一加热混合段54a和第二加热混合段54b以使得物料内部的气体以及水蒸气等可以扩散出去，进行换气，从而避免物料内部具有较多气体，在出口处气体扩散过快，带来制成颗粒的破裂以及裂纹。

随后第二组物料91b进入第二混合腔23b中的第二加热混合段54b区域，在温度较高、螺纹密度较小、长度较长的第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的相互啮合的2个第一加热混合段54a和第二加热混合段54b处挤压混合，这一过程中，物料可以在较长的螺杆上进行充分的换热，被螺杆加热并进一步挤压混合，此时由于加热过程中会带来物料的胶凝化，故设计密度较低的第一加热混合段54a和第二加热混合段54b以使得物料内部的气体以及水蒸气等可以扩散出去，进行换气，从而避免物料内部具有较多气体，在出口处气体扩散过快，带来制成颗粒的破裂以及裂纹。

为了使得各组物料可以被逐渐升温，避免温差过大，所以可以根据需要设计有若干的加热混合段并不局限于2个并且沿物料流向，各加热混合段温度逐渐上升，在本实施例中，第二加热混合段54b的温度高于第一加热混合段54a。

3、传输

第一组物料91a通过螺纹密度较高的绝热隔离段51被快速剪切混合好，并被向后传送至第一主螺杆41a的传料段56和第一副螺杆42a的输料段55处，在二者的相对转动啮合下，第一组物料91a被直径逐渐缩小的输料段55和图2所示的此处变窄的内腔壳的共同作用下，逐渐传输至直径逐渐增大的传料段56上，输料段55带走的物料不断减少，传料段56带走的物料不断增多，从而使得第一组物料91a被完全带到第一主螺杆41a上，并被进一步送入末端混合腔23’中的第一主螺杆41a的出料段57处。

第二组物料91b通过螺纹密度较高的绝热隔离段51被快速剪切混合好，并被向后传送至第二主螺杆41b的传料段56和第二副螺杆42b的输料段55处，在二者的相对转动啮合下，第二组物料91a被直径逐渐缩小的输料段55和图2所示的此处变窄的内腔壳的共同作用下，逐渐传输至直径逐渐增大的传料段56上，输料段55带走的物料不断减少，传料段56带走的物料不断增多，从而使得第一组物料91b被完全带到第二主螺杆41a上，并被进一步送入末端混合腔23’中的第二主螺杆41b的出料段57处。

在上述过程中，为了使得物料被快速剪切传送，故相应设计输料段55和传料段56的螺纹密度较大。同时对输料段55和传料段56进行加热，以进一步对物料进行加热混合，然而此时物料即将被送出挤压腔，故设计输料段55和传料段56的温度低于第二加热混合段54b，以使得物料逐渐降温，避免迅速降温带来颗粒表面龟裂或颗粒破碎等情况。

如图3b和4b所示，在上述过程中，被送入末端混合腔23’中的第一主螺杆41a的出料段57处的第一组物料91a的物料流94a和被送入末端混合腔23’中的第二主螺杆41b的出料段57处的第二组物料91b的物料流94b分别在第一主螺杆41a和第二主螺杆41b对转啮合的2各出料段57之间被混合挤压，形成物料流95a和95b，所述物料流95a和95b分别在第一主螺杆41a和第二主螺杆41b的转动下，被带回二者下部，并再次被二者挤压，进行循环混合挤压。

在上述过程中，如图5、图6a和6b所示，接通外界电路，对加热系统7通电，通过位于通路70内部的各个电线及电路，分别对位于第一主螺杆41a、第二主螺杆41b、的出料段57内部的加热电阻75通电加热，并对各相对应的出料段57加热升温。

所述第一组物料91a和第二组物料92a在第一主螺杆41a、第二主螺杆41b的出料段57处被加热混合，随后被送出挤压腔。

上述过程中被挤压的物料，在螺杆的挤压作用下，以螺旋线的方式，沿着图1和图2所示的物料流向运动，第一组物料91a从第一主螺杆41a和第一副螺杆42a的前端向末端运动并被反复挤压混合，第二组物料91b从第二主螺杆41b和第二副螺杆42b的前端向末端运动并被反复挤压混合，随后第一组物料91a和第二组物料91b被送入出料段56，稍加挤压后被传送至出料口31。物料从出料口31被挤压至出口处的模具33处，从该模具33的挤压孔处挤压处，并被切割刀32迅速切割，形成颗粒。

这样，可以在第一混合腔23a内进行一组物料的混合，并根据该物料特性选择适宜温度，在第二混合腔23b内进行另一组物料的混合，并根据该物料特性选择适宜温度，从而避免了有些物料需要高温，有些物料不能高温这种情况所带来的不便混合和混合导致的物料失活、混合不佳等情况。最后两组物料在出料端处被迅速剪切混合，也是为了避免高温物料对另一组物料的影响，故迅速出料，切割制粒，然后冷却，可以有效避免上述问题，所以此处设计出料段只有一段，并且具有非常大的螺纹密度，以带来足够的剪切力和推送力。

通过上述螺杆结构和挤压过程，物料被充分挤压混合，并根据需要被加热至所需的胶凝化程度。各混合段的加热温度独立可控，可以根据实际需要加以调整。

上述过程中的技术参数如下：

实施例二：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例三：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例四：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例五：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例六：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例七：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例八：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例九：

采用以下技术参数改进实施例一：

实施例十：

采用以下技术参数改进实施例一：

上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。