一种复合式异形热管传热的挤出机机筒的制作方法

本实用新型属于大型混炼挤出机组技术领域，涉及一种复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒。

背景技术：

聚烯烃目前已经成为世界上消费量最大的合成树脂类，其具有密度小、便于加工、无毒、抗冲击性强及绝缘性好的优点，在包装、汽车工业、化工设备、家用电器、电子、医疗器械领域都有广泛的应用。大型混炼挤出机组是用于聚合树脂生产的成套机组，属于石油化工行业和聚合树脂生产的重大装备。随着科学技术的发展和工业的进步，国外混炼挤压机组正朝着高效率、大型化、高产量、低能耗、智能化方向发展，以适应聚烯烃工业的总体发展趋势；我国的混炼挤压机组仍处于高能耗、低水平阶段，大型混炼挤出机组大多依靠国外进口。

机筒的换热技术是大型混炼挤出机组的重要技术之一。由于挤出机组中的螺杆持续对高聚物进行挤压剪切、塑化和均匀混合，电机带动螺杆旋转的机械能将转变为热量导致高聚物和机筒的温度升高。温度是聚合物生产中极其重要的参数，对产品的质量和产量有重大影响。每种聚烯烃都有固定的温度要求，温度过高，聚合物容易分解，影响成品质量；温度过低，聚合物塑化不充分，增加设备负荷，降低设备使用寿命。针对分子量大、低熔融指数等传热差的聚合物，开发一种新型快速、稳定传热方式的机筒，满足机筒在环向和轴向温度均匀，提升大型混炼挤出机组的技术水平具有重要意义。

中国专利【专利号：cn101288997a】发明了一种挤出机双流道机筒加热冷却装置。所述装置的机筒内部加工出两条互不贯通的加热油和冷却油通道，每一流道两端头分别为进油口和出油口。所述发明改变了传统上的热平衡机理，加热和冷却均用导热油来完成，导热油是热平衡的载体，双流道是导热油换热的主体，冷热导热油在流道中并排往复流动，保证机筒所需的控制温度，满足挤出机正常运行。

中国专利【专利号：cn104149308a】发明了一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机机筒结构，所述机筒结构为夹套式筒壁，机筒两端分别穿入两端法兰孔，焊接连接；夹套焊接在两端法兰上，与内壁构成腔体结构；内壁外包围一层吸液芯，保证腔内工质完全覆盖内壁，翅片管装备在上壁板上，冷凝壳体罩在翅片管外侧并与上壁板连接。其余三面壁板外侧配有板式电机热板对机筒进行预热。所述专利采用夹套式机筒结构避免了钻孔式机筒复杂的制造工艺，夹套里工质处于饱和状态，能均匀的导出机筒热量。

大型混炼挤出机组的生产能力越大，挤出机机筒尺寸与所需散热量也随之增大。机筒如果通过采用钻孔加工形成的流道来冷却，由于机筒上流道的换热面积受到机筒尺寸的限制，换热效率低，换热量有限，机筒整体温度也不均匀。而基于相变传热的夹套式挤出机机筒结构，由于结构强度和刚度不好，难以用于大型混炼挤出机上。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的不足，设计了一种基于复合式异形热管换热的挤出机机筒。工质在蒸发室和冷凝管内发生气、液相变实现传热。由于气液两相流动性好，工质相变传热具有很强的导热能力，能够快速将热量导向冷却室，极大提升了机筒温度的调节能力。本实用新型通过在机筒外壁上增加隔板将蒸发室分成多室结构，提高机筒的强度和刚度。隔板上下均开有供气、液两相流动的通道，隔板上下设有若干个均温热管，使得多个蒸发室的温度一致。机筒内部设筋板，筋板相互交错形成格栅结构，使机筒强度得到保证。机筒蒸发室内壳体与工质接触面上刻有多个平行环向的环形微米级v形通道，与工质接触以强化换热。机筒蒸发室内壳体底部设计为带有一定弧度的圆弧面，可以使蒸汽快速离开蒸发室内壳体底面，有效减少蒸汽在此处的积聚，降低气膜阻力，提高换热能力。

本实用新型的技术方案是：

一种复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒，该挤出机机筒采用隔板4将机筒分隔成多室，通过均温热管12平衡多室的温度。主要结构包括蒸发室内壳体10、蒸发室外壳体、法兰、筋板11、冷凝管9、冷却室壳体3、均温热管12。挤出机机筒的蒸发室内壳体10的内表面与加工的高聚物接触进行热传导，其外表面为近椭圆柱的筒状结构，而机筒的蒸发室外壳体作为蒸发室的外壁。其中，挤出机机筒上的隔板4将蒸发室分隔为蒸发室a14、蒸发室b15，隔板4上设有若干个均温热管12，可以在蒸发室a14、蒸发室b15之间进行换热，平衡蒸发室a14、蒸发室b15的温度；隔板4上下均开有供气、液两相流动的连通孔13；蒸发室外壳体内侧具有筋板11，筋板11呈格栅结构。冷凝管9焊接在蒸发室外壳体的上侧，数量大于1个，冷凝管9之间的距离可根据换热量进行设计，并采用顺排或叉排的方式排列；冷却室壳体3罩在冷凝管9外侧并与蒸发室外壳体焊接，构成冷却介质流通的冷却室16。蒸发室外壳体外侧装有加热器。蒸发室内抽真空注入工质17后密封，机筒蒸发室内壳体10与工质17接触面上刻有多个平行环向的环形微米级v形通道，与工质17接触以强化换热；机筒蒸发室内壳体10底部为弧形，可以迫使气体快速离开机筒蒸发室内壳体底部，避免形成气膜，阻碍换热。工质17吸收由机筒蒸发室内壳体10传来的高聚物的热量而蒸发转变成气相，携带热量到达冷凝管9，通过冷凝管9外壁将热量传递给冷却介质，从而冷却液化。冷凝后的工质回流进入蒸发室内再次吸热蒸发。如此循环，使机筒结构内的热量迅速导出，维持工作温度的恒定。

本实用新型的有益效果是：解决了现有机筒钻孔流道间壁式换热结构的冷却换热量小和温度不均匀的问题，夹套式机筒结构强度和刚度不足的问题。隔板和格栅结构可以解决大型混炼挤出机机筒的强度和刚度不足的问题，隔板上的均温热管和连通孔使机筒上轴向和环向的温度更加均匀，保证蒸发室内部压力的稳定。机筒蒸发室内壳体与工质接触面上刻有多个平行环向的环形微米级v形通道，与工质接触以强化换热；机筒蒸发室内壳体底部平面圆弧形设计使产生的蒸汽能快速离开壳体底面，有效减小气膜阻力，提高机筒的换热能力。蒸发室内部的工质蒸汽处于饱和状态，可以快速的通过相变进行换热，从而保证机筒蒸发室内壳体温度均匀，快速将加工的高聚物产生的热量导出。

附图说明

图1是复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒结构的主视图。

图2是复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒结构的aa剖视图。

图3是复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒结构的bb剖视图。

图中：1法兰a，2蒸发室外壳体a，3冷却室壳体，4隔板，5蒸发室外壳体b，6法兰b，7冷却介质入口，8冷却介质出口，9冷凝管，10蒸发室内壳体，11筋板，12均温热管，13连通孔，14蒸发室a，15蒸发室b，16冷却室，17工质。

具体实施方式

所述一种复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒，其特征为：挤出机机筒的蒸发室内壳体10、法兰a1、隔板4和法兰b6焊接成一个整体；蒸发室内壳体10与工质17接触面上刻有多个平行环向的环形微米级v形通道，与工质17接触以强化换热；蒸发室内壳体10底部为弧形，可以使气体快速离开蒸发室内壳体10底部，避免形成气膜，提高机筒的换热能力。蒸发室外壳体a2焊接在法兰a1和隔板4的凸台上，蒸发室外壳体b5焊接在法兰b6和隔板4的凸台上；蒸发室外壳体a2和蒸发室外壳体b5内侧设有格栅结构的筋板11，筋板11中环向筋板呈u形，轴向筋板的高度小于环向筋板的高度，环向筋板与蒸发室内壳体10存在一定距离，气、液两相可以经过间隙在蒸发室内自由移动；蒸发室外壳体a2和蒸发室外壳体b5由上下两部分组成，通过焊接在一起；蒸发室外壳体a2和蒸发室外壳体b5、法兰a1、隔板4、法兰b6与蒸发室内壳体10一起构成蒸发室a14和蒸发室b15；法兰a1与法兰b6开有螺栓孔，用于与其它机筒连接；蒸发室外壳体a2与蒸发室外壳体b5上侧设有冷凝管9，冷凝管9管与管之间的距离不小于管径的1.5倍，可采用顺排或叉排方式排列；冷却室壳体3罩在冷凝管9外侧，冷却室壳体3与蒸发室外壳体a2、隔板4和蒸发室外壳体b5连接并构成冷却介质流通的冷却室16；冷却室壳体3上设有冷却介质入口7和冷却介质出口8；冷却介质可选择冷却水、冷却油或冷却风；隔板4上侧设有若干均温热管12，均温热管12穿过隔板4，平衡蒸发室a14、蒸发室b15气、液两相温度；均温热管12的结构为直形或u形；隔板4上下均开有供气、液两相流动的连通孔13；蒸发室外壳体a2、蒸发室外壳体b5外侧装设加热器。

首先通过真空泵将蒸发室内抽成1.3×(10-1-10-4)pa的负压，注入工质后密封；工质包括，水、n-甲基吡咯烷酮、导热姆a、甲苯、联苯醚、萘等，可以在工质中加入纳米级的氧化铜，以强化换热，使用时选择与工作温度匹配的工质。首先通过加热器对机筒结构进行预热，使其达到相应工作最佳温度；挤出机开始运行，螺杆剪切高聚物放出热量，通过蒸发室内壳体10将热量传递给工质，工质吸收热量蒸发转变成气体，蒸发的气体通过冷凝管9外壁的冷却介质冷却放出热量，随后工质由气相转变成液相；冷凝后的工质依靠重力作用沿冷凝管9内壁面回流进入蒸发室14、15内再次吸热蒸发，如此循环,使加工高聚物放出的热量迅速导出，维持工作温度的恒定。

本实用新型设计的复合式异形热管传热的混炼挤出机机筒，机筒采用隔板将机筒分隔成多室，通过均温热管平衡多室的温度。机筒蒸发室内壳体与工质接触面上刻有多个平行环向的环形微米级v形通道，与工质接触以强化换热；机筒蒸发室内壳体底部为弧形，可以促使气体快速离开机筒蒸发室内壳体底部，提高机筒的传热能力。蒸发室内工质通过蒸发和冷凝利用潜热将热量带出，传热效率高，冷却速度快，机筒的轴向和环向温度均匀，机筒的工作温度易于控制，满足高聚物加工的工艺要求。