大型双螺杆挤压造粒机组螺杆组合分析算法及应用

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.019

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (11): 125-130.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.019

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大型双螺杆挤压造粒机组螺杆组合分析算法及应用

毕超¹(), 赵冲¹, 邬明均², 嵇耀², 滕祖荣², 左仕博¹, 殷德举¹

^1.北京化工大学，北京 100029
^2.南京高精齿轮集团有限公司，南京 211103

收稿日期:2024-11-21 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-11-21
作者简介:毕超，博士，副教授，主要研究领域：高分子材料加工装备，bichao@mail.buct.edu.cn

Analysis of screw configuration for a large ϕ 380 twin⁃screw extrusion granulation unit using flow balance algorithm

BI Chao¹(), ZHAO Chong¹, WU Mingjun², JI Yao², TENG Zurong², ZUO Shibo¹, YIN Deju¹

^1.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.Nanjing High Speed Gear Manufacturing Co Ltd，Nanjing 211103，China

Received:2024-11-21 Online:2025-11-26 Published:2025-11-21

摘要/Abstract

摘要：

介绍了一种螺杆组合分析算法。该算法在获得螺杆元件工作性能数据库的基础上，通过区分元件的输送特性，得到物料的填充状态。并根据填充状态得到给定工况下的相关性能的评价指标，包括填充及压力分布状态、螺杆剪切塑化能力、物料反作用载荷、螺杆运行功率和比能耗等方面。应用该算法对ϕ380大型双螺杆挤压造粒机组用于PE造粒的典型螺杆组合进行了分析。为系统性构建螺杆组合分析算法提供了有效的理论支持。

关键词: 双螺杆, 螺杆组合分析, 填充度分布, 压力分布

Abstract:

This paper reports a screw configuration analysis algorithm designed for large⁃scale twin⁃screw extrusion systems. By leveraging a performance database of screw elements， the algorithm identifies material conveying characteristics to determine the filling state within the extruder. Based on this filling state， it evaluates key operational metrics under specified processing conditions， including： filling degree and pressure distribution， shear⁃induced plastication capability， material backpressure and torque load， drive power consumption， and specific mechanical energy input. The algorithm is applied to analyze a typical screw configuration used in a ϕ380 mm twin⁃screw extrusion granulation unit for polyethylene. The findings provide a robust theoretical foundation for the systematic development and optimization of screw configuration analysis in large⁃scale extrusion processes.

Key words: twin?screw, screw configuration analysis, distribution of the filled rate, distribution of pressure

中图分类号:

TQ320.66⁺2

毕超, 赵冲, 邬明均, 嵇耀, 滕祖荣, 左仕博, 殷德举. 大型双螺杆挤压造粒机组螺杆组合分析算法及应用[J]. 中国塑料, 2025, 39(11): 125-130.

BI Chao, ZHAO Chong, WU Mingjun, JI Yao, TENG Zurong, ZUO Shibo, YIN Deju. Analysis of screw configuration for a large ϕ 380 twin⁃screw extrusion granulation unit using flow balance algorithm[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 125-130.

图/表 12

图1 螺杆组合分析流程

Fig.1 Screw combination analysis process

图2 380双螺杆造粒机组螺杆和机筒组合

Fig.2 380 twin screw granulation unit screw and barrel combination

图3 压力分布（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2~10 MPa）

Fig.3 Pressure distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2~10 MPa）

图4 填充度分布（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.4 Fill distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

图5 停留时间分布（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40~80 t/h）

Fig.5 Residence time distribution（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40~80 t/h）

图6 剪切应力水平分布（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

Fig.6 Horizontal distribution of shear stress（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

图7 累积剪切历程分布（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

Fig.7 Cumulative shear history distribution（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

图8 左螺杆径向力分布（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.8 Radial force distribution of the left screw（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

图9 左螺杆轴向力分布（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.9 Axial force distribution of the left screw（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

图10 左螺杆扭矩分布（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.10 Left screw torque distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

图11 输送产能和螺杆出口背压对总功率的影响

Fig.11 The impact of conveying capacity and screw outlet back pressure on total power

图12 输送产能和螺杆出口背压对比能耗的影响

Fig.12 The impact of conveying capacity and screw outlet back pressure compared with energy consumption

参考文献 16

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大型双螺杆挤压造粒机组螺杆组合分析算法及应用

Analysis of screw configuration for a large ϕ 380 twin⁃screw extrusion granulation unit using flow balance algorithm

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