Page 120 - 《橡塑技术与装备》2025年2期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

双螺杆挤出机筒体热流固耦合有限元分析

张晓，赵宗华，俞长庚，雷刚刚，梁晓刚
( 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060)

摘要 ： 本文以 SHJ-135 型双螺杆挤出机筒体为研究对象，采用有限元方法，建立筒体的三维模型，研究当筒体内部流道充入
导热油介质时的流道所受的压力场分布和筒体的热变形，发现在靠近出口的整个法兰面，筒体的最大总变形量最大，最大变形量
为 1.74 mm，在法兰面固定的一端，筒体的最大总变形量最小，其中沿着轴向（X 方向）是最易发生变形的方向，而且轴向（X 方向）
变形对筒体的总变形结果影响最大，周向变形（Y 方向）对筒体的总变形结果影响最小。其分析结果对于研究双螺杆挤出机筒体
的总体变形具有一定的参考意义，为后续新产品的开发、结构的优化提供了设计思路和依据。。
关键词 ： 双螺杆挤出机 ；筒体 ；热变形 ；热流固耦合 ；有限元
中图分类号 ： TQ320.66 文章编号 ： 1009-797X(2025)02-0068-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2025.02.015

0 前言 力的需求，又要满足结构刚度需求，故研究筒体的流
螺杆挤出技术主要应用于聚合物加工、制药、化 道结构和筒体的结构刚度对实际生产加工过程具有重
工和食品等相关行业 [1] 。最常见的挤出设备是单螺杆 要的参考价值和意义 [2] 。
挤出机和双螺杆挤出机。对于原材料的制备和处理过 目前，对挤出机筒体模块的设计主要依托于研究
程，典型的应用是将粉末或颗粒的混合物通过挤出设 者的经验和实验，随着工业化水平提升，各种复杂多
备进行反应、转化为固体产品。通常使用同向啮合双 变的工况对实际的生产加工提出了更高的要求，因此
螺杆挤出机进行混合反应、挤出成型、脱挥处理等作 需要借助计算机仿真技术，实现筒体结构的设计、优
业。为了满足工艺需求的多样性，采用具有可更换的 化 [3] 。本文主要采用有限元分析，对 SHJ-135 双螺杆
螺杆元件，根据不同的工艺要求以不同的排列方式布 挤出机筒体进行热流固耦合分析，研究当筒体流道内
置，并与筒体整体加工长度相对应。 充入导热油介质时筒体的热变形情况。
筒体作为双螺杆挤出机的重要组成部件之一，它
将外部提供的热量传递给筒体内部物料或带走内部反 1 筒体模型
应的物料的热量，可以说筒体的温度控制是一个典型 1.1 物理模型
的过程控制，其传热过程涉及到热传导、热对流及热 双螺杆挤出机筒体按结构可分为整体式筒体和分
辐射等，筒体的结构、材料及壁厚等都对热量的传递 段式筒体。整体式筒体在装置运行过程中温度分布严
过程产生了较大的影响。在实际反应生产过程中，橡 重不均匀，在两端螺栓固定约束的作用下，螺杆在动
塑挤出机的筒体受热应力和作用力的耦合作用，此时 力装置的作用下不断旋转、混合物料，会产生较大的
会产生热应力集中现象，使筒体发生局部变形，筒体 变形，同轴度降低。目前，分段式机筒以其结构标准化、
的变形会破坏筒体与螺杆的同轴度，而筒体与螺杆的 装配精度低、拆装维护检修方便、灵活多变等优点被
配合间隙还要求保持在一定的范围内，进而加剧两者 广泛应用于挤出机模块的反应全过程。
之间的相互作用力。因此，温控对挤出机筒体的变形 本文研究对象为某化工企业年产 20 万 t 聚丙
具有十分重要的意义。而筒体的换热能力主要体现在 烯造粒项目，其中对于挤压造粒模块选用 SHJ-135
内部结构的设计，流道结构设计的不同，换热效果不
作者简介 ：张晓（1992-），女，工程师，硕士研究生，主
同，其所受的热应力和热变形也不相同。因此，筒体
要从事橡塑机械的研发设计。
的结构设计既要考虑内部流道结构以此来满足换热能 项目编号 ：甘肃省重大专项 21ZD4GA003

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