螺杆“扫膛”产生的原因及预防措施

1.异向外旋双螺杆的物料输送是建立在正位移输送原理上的。物料在双螺杆内的流动不是由于摩擦作用，而是靠机械的强制输送。图1为异向旋转双螺杆啮合情况。两根螺杆是对称的，一根螺杆的螺棱顶部和另一根杆根径有一定间隙。由于两根螺杆旋转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的流道被另一根螺杆的螺纹阻断，在螺杆上形成封密的“c”形室。由于两根螺杆异向旋转，物料不能从一根螺杆移向另一根螺杆，“c”形室内的物料通过两根螺杆之间的径向间隙时犹如物料通过双辊的辊隙，物料受到挤压作用，物料在挤压力的作用下，由后一个螺槽不断推向前一个螺槽，从而实现了物料的正向等量输送。由于螺棱与螺槽之间存在速度差，因此物料在通过螺棱与螺槽的间隙时，同时也受到了剪切作用。物料在螺棱与螺槽间隙所受到的挤压与剪切作用以及混炼段的混炼作用下，达到了塑化。

2.异向外旋双螺杆受力分析

  物料的流动及异向外旋双螺杆受力状况如图2所示。异向外旋双螺杆在螺杆下部进入啮合，物料在下部建立高压区；在螺杆上部脱离啮合，物料在上部建立低压区。由于异向外旋双螺杆上、下部存在的压力差，产生了螺杆向两侧偏移的分离力F，螺杆在分离力F产生的力矩作用下，发生了变形压向机筒，在螺杆变形较大处发生了“扫膛”现象。

  由式(1)可知，在其他条件不变的情况下，螺杆长度L。越长，螺杆所受的力矩M越大；螺杆直径D越小，螺杆刚性越差，即螺杆长径比越大，螺杆变形量越大，当变形量超过一定值时，便发生了“扫膛”现象。产生螺杆“扫膛”的原因是由于双螺杆上、下部分存在压力差所产生的分离力F，因此当此压力差越小时，分离力F越小。物料体积与螺杆上一对“c”形室容积之比称为充满度，用ψ表示，ψ≤1。下部高压区所产生的压力通过物料的传递至低压区，使低压力区压力升高，从而双螺杆上、下部分压力差减小，分离力减小。当=1时，表示螺杆内“c”形室充满物料，这时螺杆上下部分压力差基本为零，分离力F消失。

3.预防措施

  螺杆上“c”形室充满物料的长度，称为螺杆的充满长度，用L充表示。由式(1)可知，L充越大，螺杆所受的力矩M越小。因此，提高螺杆的充满长度L充可以有效地预防螺杆“扫膛”现象的发生。通过调节操作条件，可以调节螺杆物料充满度，在螺杆转速一定时，适当增大加料量，或者加料量一定时，适当降低螺杆转速都可以增大螺杆中物料充满度。螺杆中物料充满度增大，螺杆物料充满长度L充随之增加，当螺杆内物料充满长度L充过长，达到或超过排气段位置，造成排气段物料充满，压力升高，使物料从排气口溢出，从而不能实现正常排气，而且当螺杆内物料充满度增大时，螺杆扭矩相应增大，因此必须选择正确的操作条件，使螺杆扭矩不要超过允许极限，以保护设备。

结论

  异型材高速挤出中螺杆“扫膛”的原因是由于螺杆长径比过大，在螺杆受到的分离力产生的力矩作用下引起的。在螺杆扭矩及螺杆充满长度允许的情况下，尽量提高螺杆物料充满度，可以降低螺杆所受到的力矩M，减小螺杆变形，从而有效预防螺杆出现“扫膛”现象。