专利名称：同向旋转重叠式双螺杆磨浆机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用植物纤维原料生产造纸用浆的磨浆机，尤其是一种同向旋转重 叠式双螺杆磨浆机。
背景技术：
用植物纤维原料生产造纸用浆，通常采用化学处理、机械处理或两者结合的方法。 化学处理与机械处理相结合的制浆方法，称为化学机械法制浆。化学机械法制浆被认为 是21世纪造纸工业的清洁生产工艺，该生产过程中产生的污染量仅及化学法制浆污染的 1/10 1/6，制得的化学机械浆还具有独特的物理性能和光学性能。因此，近年来化学机械 法制浆技术在各国得到了快速发展。磨浆机是现代化学机械制浆厂节能减排的核心设备，它不仅直接影响到就浆产品 的质量，而且关系到生产的能耗和成本。20世纪30年代，西方国家开始把制面粉用的盘磨 机引用到制浆造纸行业，它使磨浆过程连续化，经其处理的浆料质地较为均一。这种设备占 地面积小，较槽式打浆机(第一代打浆设备)能耗降低20%左右。盘磨机、锥型精浆机、圆 柱磨浆机均称为第二代磨(打)浆机。20世纪50年代，国外塑料和食品工业开始使用双螺 杆挤出机。1975年，法国Clectral公司首先对双螺杆挤出机进行技术开发，力图用于制浆 造纸业。此后，以双螺杆挤出机为原型，瑞典、美国造纸工业也开始研究开发专用于制浆的 双螺杆磨浆机。双螺杆磨浆机被认为是第三代磨浆机，它集输送、化学处理、磨浆、洗涤及漂 白等高浓作业过程于一体，利用其两根长螺杆的挤压和揉搓作用，高效率地一次完成各工 艺过程，故节省水、电、汽及药品十分显著，倍受国内外造纸界的关注。1983年，C-E Bauer公 司首次将双螺杆磨浆机用于制浆工业的生产试验，处理的原料为南方松和杨木木片，在较 低能耗下，生产出性能类似热磨机械浆TMP的浆料。直到上世纪90年代初，法国Clectral 公司生产的双螺杆制浆机，才成功地在制浆造纸行业完成了工业应用，并将此设备称之为 Bivis (Bi-双，Vis-螺杆)。瑞典KMW公司利用双螺杆挤浆机作为混合器，用于浆料和漂液 高浓混合，这就是称之为无刀式的第三代磨浆设备的双螺杆磨浆机。双螺杆制浆机还被用 于造纸工业渣浆再磨、废纸处理、浆料漂白和洗涤等工序。De Choudens C等人发明的“双螺 杆磨浆机”在美国、法国和日本等国申请了专利，其发明的“应用双螺杆磨浆机制浆工艺”在 欧洲申请了专利，其发明的“应用双螺杆磨浆机生产钞票纸制浆工艺”在美国申请了专利， 其发明的“连续制浆工艺和装置”在法国申请了专利。1991年，王丹最早在国内介绍了以Bivis法制高白度化学热磨机械浆。1992年， 董平等人研究了双螺杆磨浆机螺杆的啮合原理和螺杆参数的设计。1997年，陈樵鉴详细地 介绍了天津某造纸厂Bivis法生产流程，并对Bivis法制浆机理进行了探讨。1997年，刘 长恩申报了实用新型专利-双螺旋式磨浆机，并与专业生产双螺杆挤出机的东方塑机公司 合作，研制生产了国内第一台直径76mm的双螺杆磨浆机。后来东方塑机与东北林大签订了 专利转让合同，两单位分别进行该产品的研究和开发。2001年，东方塑机生产的直径76mm 双螺杆磨浆机实验机型通过了技术验收。同年6月，他们与天津科技大学合作，研制出直径120mm SM120型双螺杆磨浆机。以东北林大为技术依托的黑龙江恩泽公司对76mm双螺杆磨 浆机进行了改进，研制出系列产品，并于1999年9月申报发明专利“一种化学机械制浆方法 及设备”。2004年，王平等人获发明专利“同向旋转双螺杆磨浆机”。2005年，王平等人获发 明专利“带齿形盘的双螺杆磨浆机”。2006年，王平等人又获发明专利“同向旋转双螺杆磨 浆机传动箱”。但我国双螺杆挤浆机的研究还刚刚起步，与国外先进技术差距较大。双螺杆挤浆 机可用于化学机械浆和半化学浆等高得率浆的生产及渣浆再磨、废纸处理、浆料漂白和洗 涤等工艺，双螺杆挤浆机可以替代目前广泛使用的盘磨机或者配合盘磨机提高机械浆的质 量，双螺杆挤浆技术有着广泛的应用前景。因此，结合我国国情，加大双螺杆挤浆机的研究 和推广使用力度，不仅可促进我国制浆造纸企业的工装设备和工艺技术的进步，而且可提 高制浆造纸企业的经济效益和市场的竞争力。国内外已有的双螺杆磨浆机，两螺杆是水平平行紧挨放置的，在两螺杆的一端安 装有倒锥台式的进料仓。纤维原料装入进料仓后，依靠原料自身重力自上而下进入双螺杆 磨浆区。由于纤维原料毛糙、蓬松、不规则，在进料仓中极易架桥，使得进料断续不流畅，导 致磨浆不连续，能耗升高，磨浆后的浆料性能不稳定。
发明内容本发明的目的是提供一种同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，它采用两根上下重叠、 平行、啮合且同向旋转的模块组合式螺旋轴，使纤维原料在输送的同时在高浓、高压下受到 轴向动态挤压，依靠纤维间的摩擦，使植物纤维原料在同向旋转重叠式双螺杆之间被反复 碾压、揉搓、疏解，纤维初生壁(P层)和次生壁(S1层)被压溃和离解，最终获得纤维较长、 帚化充分的高浓度纸浆，并且磨浆比能耗低，用水量和排污量少。本发明的目的是这样实现的一种同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，包括电动机、第一联轴器、齿轮箱、第二联轴 器以及主壳体，所述的第一联轴器设置在所述的电动机与齿轮箱之间，在所述的齿轮箱的 输出端连接所述的第二联轴器，在所述的主壳体上设置有进料口、排液口以及出料盒，其特 征在于在所述的主壳体内设置有两根上下重叠、相互平行，彼此相互啮合的同向旋转的螺 杆，所述的螺杆与第二联轴器连接。在主壳体的一端侧面水平连接所述的进料口，进料口与主壳体的内腔连通。所述的螺杆由螺旋轴和设置在螺旋轴上的螺纹组成，所述的螺旋轴从进料端开 始，依次设置有输送螺旋，压缩螺旋、均压环、挤压磨解螺旋套以及出料螺旋，所述的输送螺 旋、压缩螺旋和出料螺旋为正向，所述的挤压磨解螺旋套为反向。这种同向旋转重叠式双螺杆磨浆机所具有的相互啮合的同向旋转的金属螺杆，是 由碳钢或不锈钢材料制成，碳钢螺杆的表面经渗氮处理以提高螺杆的硬度。螺旋轴由花键 轴和通过内花键穿装在轴上的输送螺旋套、压缩螺旋套、挤压磨解螺旋套(反向)和均化环 等模块元件组合构成；挤压磨解螺旋套(反向)螺棱上开有豁槽，豁槽的断面形状为径向放 射扇形，豁槽沿轴向采用正向螺旋线开制；螺旋轴模块元件端面连接处均装有密封环(聚 四氟乙烯或其它塑料)。在这同向旋转双螺杆磨浆机壳体的一端侧面水平连接有横向强制进料槽，进料槽
4与壳体的内腔连通。进料槽内有进料螺杆，此螺杆和一个较小动力的电机连接。进料槽的 顶端装有敞口的喂料仓。这个横向强制进料槽的螺杆和一个较小动力的电机相连，这个电 机是可调速直流电机，通过可调速直流电机，能将进料槽螺杆的转速控制在30-160r/min。本发明的优点和积极效果是Half式剖分机筒内腔装有可拆换模块组合衬瓦和压条，可根据制浆工艺要求，采 用不同结构的衬瓦模块(封闭、注入液或气体和安装过滤器)实现不同的功能；根据磨损情 况便于局部更换，降低使用成本。两根相互平行、啮合呈上下垂直安装且同向旋转的圆柱形模块组合式螺旋轴，可 简化喂料方式，便于与上游设备的衔接；模块组合式螺旋结构，可根据制浆工艺要求与机筒 配合组成多个不同的功能段，实现输送、挤压浓缩、磨解、洗涤和浸渍混合功能。螺旋轴采 用两端均由轴承支撑的设计结构，可提高螺旋轴旋转精度和使用可靠性。挤压磨解螺旋套 (反向)螺棱上开有豁槽，豁槽的截面形状为径向放射扇形，豁槽沿轴向采用正向螺旋线开 制，可防止应力集中，提高挤压磨解螺旋套(反向)螺棱的根部强度；降低物料通过豁槽时 的阻力，降低磨浆能耗，制得纤维长、强度好的纸浆。螺旋轴模块元件端面连接处均装有密 封环(聚四氟乙烯或其它塑料)，可防止废液或气体进入螺旋套和花键轴之间空隙而腐蚀 花键轴并易于拆装维修，延长花键轴的使用寿命。
图1是本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机工作原理的总体连接结构图。图2是本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机机筒和螺旋轴的横剖示意图。图3是同向旋转重叠式双螺杆磨浆机双螺旋轴结构关系示意图。图4是图3的密封环安装结构示意图。图5是图3挤压磨解螺旋套(反向)豁槽端面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机的实施做进一步详述图1所示的本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，由电机1、第一联轴器2、齿轮箱3、第 二联轴器4、推力轴承座5、进料口 6、排液口 7、主壳体、螺旋轴15、出料盒8、浮动轴承座9 和机座10组成。电机提供系统的动力，通过联轴器、齿轮箱驱动螺旋轴旋转。主壳体由左 机筒11和右机筒14构成，机座支撑左、右机筒，机筒侧面开有进料口、液体(或气体)注入 孔和滤液排出口，螺旋轴由推力轴承座和浮动轴承座支撑，磨后浆料挤出机筒后由出料盒 收集排出。图2为机筒和螺旋轴的横剖示意图，图中的左机筒11、右机筒14之间通过螺栓等 固装方式固装，并在其形成的腔体内壁衬装有压条12、衬瓦13等模块元件，两根结构相同、 相互平行、彼此啮合且同向旋转的模块组合螺旋轴15呈上、下结构安装于机筒腔内。图3是本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机双螺旋轴结构关系示意图，两螺旋轴模块 元件结构相同、轴线上下平行、相互啮合且转向相同。每根螺旋轴由花键轴16、输送螺旋 17、压缩螺旋18、均化环19、挤压磨解螺旋套(反向)20、挤压磨解螺旋套(反向)21、挤压 磨解螺旋套(反向)22、出料螺旋23、套24、螺母25和密封环26构成模块组合结构，各模块
5元件由螺母25压紧固装。输送螺旋17完成物料输送，压缩螺旋18和均化环19实现物料正向压缩和均化， 挤压磨解螺旋套(反向)形成逆向挤压，物料通过挤压磨解螺旋套(反向)螺棱上之豁槽 挤压磨解后挤出。压缩螺旋18、均化环19和挤压磨解螺旋套(反向)20、21、22可分别组成不同的工 作功能区bi、b2、b3，按制浆工艺要求完成浆料压缩磨解、浸渍、洗涤和高浓混合等功能，出料 螺旋23将磨解后浆料的送出机筒。模块组合螺旋轴可根据制浆工艺要求，由压缩螺旋18、均化环19和挤压磨解螺旋 套(反向)分别组成2-5段不同的工作功能区。图4是图3的密封环安装结构示意图，密封环26安装于每个螺旋轴模块元件连 接端面之间，可防止废液或气体进入螺旋套和花键轴之间空隙而腐蚀花键轴并易于拆装维 修，延长花键轴的使用寿命。图5是图3挤压磨解螺旋套(反向)豁槽端面结构示意图，挤压磨解螺旋套(反 向)螺棱上开有豁槽，豁槽的截面形状为径向放射扇形，豁槽沿轴向采用正向螺旋线开制， 可防止应力集中，提高挤压磨解螺旋套(反向)螺棱的根部强度；降低物料通过豁槽时的阻 力，降低磨浆能耗，制得纤维长、强度好的纸浆。豁槽的几何尺寸和数量可根据制浆工艺要 求改变。本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机的工作原理为纤维原料经侧连续喂料器进入进料口 6，在螺旋的作用下向出料盒8的方向挤压 推进。输送螺旋17螺距较大，便于喂料和快速正向送料；压缩螺旋18螺距减小，挤压力增 大，物料被压缩，并逐渐充满螺槽；进入逆向挤压区，挤压磨解螺旋套20前即均化环19处， 挤压力达到最大，物料被强烈压缩，物料所含水分被挤出并通过机筒滤蓖和滤液排出孔排 出；在正向挤压力的作用下，物料被强制通过挤压磨解螺旋套(反向)20螺棱上的豁槽，受 挤压、搓揉和高浓混合的物料几何尺寸变小而细化；物料依次通过由压缩螺旋18、均化环19和挤压磨解螺旋套(反向)20、21、22分别 组成的不同工作功能区b” b2、b3，最后物料被挤压磨解成浆。同时，可根据制浆工艺要求，在挤压磨解螺旋套(反向)20、21的正向出料末端通 过机筒液体(或气体)计量注入孔加入清水(或其它化学药品、蒸汽)，实现浸渍、洗涤和高 浓混合等功能。纤维物料在高压区里轴向受到很大的挤压力OlOMPa)并产生摩擦热，在 高浓状态下，压力和温度因素更强化了药液浸透和纤维解离作用。本同向旋转重叠式双螺杆磨浆机采用模块化组合结构，一机多能，在纤维物料高 浓磨解的同时，完成蒸煮、洗涤、浸渍和高浓漂白混合等制浆工艺作业，可简化制浆生产流 程，降低设备投资；降低水、电、汽和化学品消耗，减少排污量，降低生产成本。
权利要求一种同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，包括电动机(1)、第一联轴器(2)、齿轮箱(3)、第二联轴器(4)以及主壳体，所述的第一联轴器(2)设置在所述的电动机(1)与齿轮箱(3)之间，在所述的齿轮箱(3)的输出端连接所述的第二联轴器(4)，在所述的主壳体上设置有进料口(6)、排液口(7)以及出料盒，其特征在于在所述的主壳体内设置有两根上下重叠、相互平行，彼此相互啮合的同向旋转的螺杆，所述的螺杆与第二联轴器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，其特征在于在主壳体的一 端侧面水平连接所述的进料口(6)，进料口(6)与主壳体的内腔连通。
3.根据权利要求1所述的同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，其特征在于所述的螺杆由 螺旋轴(15)和设置在螺旋轴上的螺纹组成，所述的螺旋轴从进料端开始，依次设置有输送 螺旋(17)，压缩螺旋(18)、均压环(19)、挤压磨解螺旋套(20、21、22)以及出料螺旋(23)， 所述的输送螺旋(17)、压缩螺旋(18)和出料螺旋(23)为正向，所述的挤压磨解螺旋套 (20、21、22)为反向。
专利摘要本实用新型公开了一种同向旋转重叠式双螺杆磨浆机，包括电动机、第一联轴器、齿轮箱、第二联轴器以及主壳体，第一联轴器设置在电动机与齿轮箱之间，在齿轮箱的输出端连接所述的第二联轴器，在主壳体上设置有进料口、排液口以及出料盒，在主壳体内设置有两根上下重叠、相互平行，彼此相互啮合的同向旋转的螺杆，螺杆与第二联轴器连接。它采用两根上下重叠的螺杆，使纤维原料在输送的同时在高浓、高压下受到轴向动态挤压，依靠纤维间的摩擦，使植物纤维原料在同向旋转重叠式双螺杆之间被反复碾压、揉搓、疏解，纤维初生壁和次生壁被压溃和离解，最终获得纤维较长、帚化充分的高浓度纸浆，并且磨浆比能耗低，用水量和排污量少。
文档编号D21B1/34GK201738178SQ201020257518
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者丁来保, 徐义洪, 房桂干, 施英乔, 曹堪洲, 李萍, 沈葵忠, 盘爱享, 范刚华, 邓拥军 申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所;江苏金沃机械有限公司