Page 116 - 《橡塑技术与装备》2025年1月

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

螺杆挤出机高黏熔体 POE 进料管结构

设计及有限元仿真

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 ： 本文采用热流固耦合的有限元分析方法，研究三种不同结构的挤出机熔体进料管中通入高黏熔体 POE 时，进料管所受
到的压力场、速度场及热变形情况，通过数值对比，进而确定螺杆挤出机高黏熔体 POE 进料管的最优结构，同时将模拟值与实验
值进行对比验证，发现误差在 5% 以内，该结构为后续挤出机连接结构方案的设计和优化提供了思路，同时降低设备能耗，提高
设备产能。
关键词 ： 热流固耦合 ；进料管 ；热变形 ；压力场 ；速度场
中图分类号 ： TQ330.663 文章编号 ： 1009-797X(2025)01-0066-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2025.01.014

0 前言 状态反推出监测预警值，为现场实际工况应用提供了较
本文研究对象为某石化厂高黏聚合反应项目，该 好的思路和方法 [1] 。段成红采用 ANSYS 对异径三通管
项目所使用的螺杆挤出机具有挤压、输送、混合功能， 进行有限元模拟，利用响应面优化的方法对结构进行优
它包括进料装置、螺杆、筒体、驱动螺杆转动的驱动 化 [2] 。李青研究了输油弯管在流固耦合作用下的模态分
机构以及其他相连接的附属结构。挤出机加料方式有 析，分析了管道的振动频率和应变特征，为输油管道设
限制加料和定量加料两种，通常在挤出机加料口的上 计提供新思路 [3] 。胡跃华分析了输送液体管道的振动原
方设置加料装置，而在该项目中由于场地空间局限、 因及机理，并对管道进行了流固耦合分析及模态分析，
实验装置较大等因素，考虑将进料口设置于挤出机筒 进而计算出管道的受力及变形情况 [4] 。窦益华研究了输
体的侧面，通过进料管将上游闪蒸器内的物料输送到 流弯管在有限元模拟下的弯管变形及受力情况，并得出
筒体内部，进而与筒体内其他物料进行挤出混合反应。 管道的危险截面位置，今后在设计管道时应特别关注管
随着工业化装置规模的扩大和生产能力的不断提升， 道入口、出口位置的强度安全 [5] 。
挤出机进料管输送的物料物性参数千差万别，特别是 本文依据现有实际生产工况中的高黏熔体物料，
当进料管内输送高黏度、高温熔体以及带有复杂的弯 分别设计了三种不同进料管结构，采用有限元分析的
管结构时，极易出现堆积堵塞现象。同时，当物料中 方法，分析通入高黏熔体物料时对进料管的压力场、
的挥发分含量较高时，物料中的挥发分难以及时排出， 速度场及热变形情况，通过对比得出最优设计方案，
过多的挥发分在进料管内流动，使得进料管的中的温 同时将仿真值与实验值进行对比，进而满足现场生产
度难以控制，在增加能耗的同时影响整个生产装置的 实际工况需求。
产品质量和生产转化效率。
近年来，有限元仿真技术在各个学科领域运用的 1 数学模型
越来越成熟，利用有限元工具，不仅可以减少整个项目 1.1 流体控制方程
工程的工作量，还能精准地定位排查到问题所出现的方 对于进料管管内流动的液体需遵循质量、动量和
向，使分析更加准确，同时可以提供相应的研究思路，
实现了从概念到生产整个产品链的突破。王现中采用实
作者简介 ：张晓（1992-），女，工程师、硕士研究生、主
验与仿真分析方法，分析研究了高填方下穿管路的应
要从事橡塑机械的研发设计方面的工作。
力、应变、挠度响应等参数特征，并根据管道临界失稳 资金项目 ：甘肃省重大专项项目号 21ZD4GA003。

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