年产1000吨硬质聚氯乙烯管材车间工艺设计

设计任务书

一， 项目

年产1000吨硬质聚氯乙烯管材车间工艺设计

二， 产品名称

聚氯乙烯管材

三， 使用原料

PVC树脂及助剂

四， 产品规格

1）20035.9 2）1632

五， 产品性质

200×5.9 用于排污管道体系 16×2 用于套管

1 绪论

1.1 聚氯乙烯(PVC)发展概况

聚氯乙烯(PVC)是最早被工业化的塑料品种之一，在国外目前产量仅次于聚乙烯(PE)。PVC在工业(包括建筑业)、农业和日常生活中应用范围很广。

PVC的单体氯乙烯的合成，在50年代以前基本上都采用电石乙炔法。由于这种方法耗电量大，成本高，因而限制了PVC生产的发展和应用。50年代以后，国外逐步由电石乙炔法转向原料充足、成本低廉的乙烯氧氯化法，于是PVC的应用便获得了长足的发展。我国自1988年后，才开始有以石油为原料来源的乙烯氧氯化法生产PVC的装置投产。总的说来，先进的乙烯氧氯化法必将逐步取代落后的电石乙炔法，生产规模也将趋向大型化。

1.2 PVC树脂在建筑业中的应用概况

国外PVC树脂在建筑业中用量很大。1991年美国PVC总用量为409万吨，其中用于建筑行业276万吨，占PVC总用量的67.5%，西欧各国50%以上的PVC用于建筑行业；建筑业中应用的PVC制品以硬制品为主，软硬制品的比例约为40∶60。我国建筑业PVC树脂的消耗水平较低，据全国化学建材协调小组初步测算，1995年和2000年建筑塑料制品需要量分别为30万吨和83万吨，需PVC树脂分别为24万吨和66万吨，消耗量相当于美国1991年水平的8.7%和24%；PVC软硬制品的比例目前为80∶20，计划到世纪末达到50∶50，这项比例仍低于国外90年代初期40∶60的水平。PVC软硬比的数值，从宏观上反映出我国硬质聚氯乙烯制品逐步推广应用变化的水平。目前硬质聚氯乙烯制品主要有塑料门窗和塑料管两大类。

1.3 硬质聚氯乙烯(PVC-U)塑料管发展的回顾和展望

目前国外PVC-U管的应用已相当普及，例如美国开发使用PVC-U管材已有多年的历史，1990年建筑用塑料管的耗量为68.2万吨，其中PVC-U管约占72%，并逐年以约5%的速度增长。德国是开发使用塑料管最早的国家，始于1936年，50年代后，获得了迅速发展，1989年仅西德塑料管的消费量就达39.3万吨。

日本开发使用塑料管稍晚，始于1951年，但发展较快，日本1990年塑料管的产量已达52.0万吨，管材5.79万吨，且每年约以3.2%的速度递增。塑料管在日本主要用于下水道、农业灌溉、排水和城市给水系统等。

关于塑料管的使用寿命，各国均认为可用50年以上。1939年英国铺设的第一条塑料

管输水管线，至今已58年，经检查尚未发现蠕变或腐蚀现象，说明合格的塑料管用于输水，其使用寿命50年是没有问题的，现在各国几乎都规定了PVC-U输水管的设计寿命为50年，德国还明文规定使用寿命必须保证50年。

关于PVC-U管的适用管径，从国外工业发达国家的发展经验，从管道材质本身的性能特点及经济性等综合因素来考虑，一般按如下不同管径选用不同材质的管材：

(1)管径在400mm以下，多选用PVC-U、PE等塑料管； (2)管径在400～1400mm，多选用普通铸铁管、球墨铸铁管； (3)管径在800mm左右的，也可选用GRP(玻璃纤维增强塑料)管。 这说明PVC-U管在管径为400mm以下时非常适用。

1.4 PVC-U管材的性质和用途

硬质聚氯乙烯管材的性质：[1]

（1）具有良好的耐酸耐碱性：PVC-U管使用于各种流体的输送，在埋地使用时也不

受土质和水质的影响。

（2）拉伸和压缩性能强：具有一定的柔韧性，PVC-U管在20℃时拉伸强度可达

48MPa，压缩强度可达65MPa以上，在压扁管径达1/2时不会出现破裂。 （3）使用寿命长：PVC-U管铺设在地下时，寿命可达50年以上，而铸铁管和混凝

土管只有15~25年

（4）安装方便，施工价格低：PVC-U管质轻，其密度为1.38~1.46g/cm3，是钢管的

1/5，是混凝土的1/3。一般每吨PVC-U管可代替10~13吨铸铁管。由于质轻，运输费用降低，减轻劳动强度，安装方便，节省安装费用，降低施工价格。

表1-1 每10m排水管安装人工费/元

管径/mm PVC-U管 铸铁管

50 6.45 9.8

75 7.70 11.27

100 9.03 14.27

150 11.65 15.43

表1-2 每10m排水管安装工时/h

管径/mm PVC-U管 铸铁管

50 1.55 2.23

75 1.85 2.71

100 2.17 3.43

150 2.8 3.71

由表1-1和1-2可以看出，PVC-U排水管比铸铁管的安装费用少30%，安装速度提高30%以上。

（5）流动阻力小：由于PVC-U管内壁光滑，流动阻力小，长期使用不结垢。输水时

PVC-U管的摩擦系数是铸铁管的60%，是混凝土管的50%，输水能力较铸铁管提高25%~30%，较混凝土管提高50%左右。

（6）制造耗能低：制造PVC-U排水管要比制造铸铁管节能55%~68%。

（7）维护保养费用低：由于PVC-U管不会生锈，不用上漆，其维护保养费用仅为铸

铁管的30%。

硬质聚氯乙烯管材的用途：[1]

近期，PVC-U管材主要用于个国民经济支柱产业的建筑业，包括居民住宅建筑、市政工程及工业部门的建筑工程。基础产业的农业主要用于农田水利灌溉和农村水利工程。

（1）用于居民住宅建筑业 （2）用于中小城镇的供水工程 （3）用于市政排水改造工程 （4）用于农村饮水建设工程 （5）用于农村灌溉工程

1.5 物理性能

表1-3 聚氯乙烯的物理性能

性能 密度/(g2cm-3) 吸水性/% 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 弯曲模量/MPa 压缩强度/MPa 悬臂梁冲击强度 （缺口，23℃）/(kg2m)

断裂伸长率/% 热胀系数/10-5k-1 最高工作温度/℃ 体积电阻率/(Ω2cm)

-1

PVC-U 1.4~1.6 0.1~0.4 45.7 100 3000 70.5 2.2~10.6 25 5 70

1012~1016

表1-4 硬质聚氯乙烯管材的物理性能

性能 拉伸强度/MPa 缺口冲击强度/(KJ2m-2)

马丁耐热/℃ 软化点/℃ 热胀系数/k-1 耐磨性 耐燃性 耐候性 连续使用温度/℃ 无内压力使用温度/℃ 最低使用温度/℃

PVC-U 50~55 5~8 70~75 76 (5~6)310-5

好 自熄 良好 50~60 60~70 -20

4.6.4 机头口模

（1） 机头

机头的形状与3.6.4中的（1）基本相同。

（2） 分流器

分流器与多孔板之间的距离K，根据一些厂的经验，其距离K=10～20mm之间为宜。 扩张角α，对于硬质聚氯乙烯，一般50°≤α≤60°。

分流器L4部分的长度一般取1～1.5R。这里取1.2R=56.56，取整后L4=56（R为机筒内径）。

分流器头部圆角半径R=0.5～2mm，R太大将不利于物料流动。

分流器的表面关泽度应在▽8以上，分流器与机头体的误差不得超过0.02mm[14]

（3） 分流器支架

本设计采用4根分流器支架 （4） 口模尺寸

口模平直部分长度L1：目前一般用经验公式：

L1=（1.0～3.5）D [19] （4.13）

或

L1=（30～40）h （4.14）

式中：当管外径D大时，取小值；对小管取大值。[14]

本设计取L1=1.9D=30.4mm，取整后L1=30mm。

口模内径：d=0.97D0～1.05D （4.15）

取d=1.02D=16.32mm,取整，d=16.3mm

芯模外径：d1=0.97D1～1.05D1 （4.16） 取d1=0.98D1=11.76mm，取整d1=11.7mm

环隙： (d-d1)÷2=2.3mm （4.17）

注：D—管材外径；D1—管材内经。管材的厚度为2mm，环隙为2.3，拉伸比1.125，

符合PVC管材挤出时的拉伸比1～1.5[13] （5） 芯模

收缩角β=30～45°

L2的长度一般为：（1.5～2.5）R，这里取2R=90.5mm，取整后L2=90mm。

（6） 管材壁厚的调节

本设计采用三个调节螺钉。

机头口模的温度控制和尺寸分别见表4-6和表4-7。

表4-6 机头口模的温度[11]

机头温度/℃

170～175

175

175

表4-7 机头口模的尺寸表

口模温度/℃

185～190

180～185

口模尺寸参数 扩张角/度

分流器头部圆角半径/mm

空腔间距/mm 收缩角/度 管外径/mm 管内径/mm 口模内径/mm 芯模外径/mm 环形缝隙/mm 口模平直部分长度/mm 芯模定型段长度/mm 分流器锥部长度/mm 分流器支架数/个 调节螺钉数/个

4.6.5 螺杆生产能力 生产能力计算

由式（3.17）

Q=2nV

符号 α R K β D D1 D d1 - L1 L2 L4 - -

数值 50 1 15 35 16 12

16.3

11.7 2.3 30 90 56 4 3

式中：V????Rtan??e??????R?H??H?F2w? （4.18）

F2w???R24??R?H???2RH?H22? （4.19）

4H2H2s?1??2 （4.20） co?

RR∴cos?=1―（430.36÷4.525）+（230.362÷4.5252） =0.69

?=0.80rad

∴F2w=（0.8034.5252÷4）―[（4.525―0.36）3（234.52530.36―0.362）1/2]÷2

=1.54cm2

∴V=（π34.5253tan30°―0.45）3[π（4.525-0.36）30.36―1.54]

=24.6cm3

∴最大生产能力：

Q=2337324.6 =1820.4cm3/min =1820.43ρ360÷1000 =1820.431.5360÷1000

=163.83kg/h 取转速n=15s-1时

Q=2315324.631.5360÷1000

=66.42kg/h 式中：

V——C型腔室的体积，cm3

?——两螺杆啮合时的啮合角，rad

F2w——啮合处的表面积，cm2 R——机筒内径，cm H——螺槽深度，cm n——螺杆转速，r/min θ——螺纹升角，度

ρ——物料平均密度，g/cm3

4.6.6 双螺杆最佳工作点 （1）四面体漏流Qt

Q1.82t???P?R3?0.005??H??2?????tg????4R?????? ?H2?式中：

4.21） 4.22） 4.23） 4.24） （（（ （

ΔP——压差，Pa

η——物料的粘度，Pa2s

R——螺杆外径，4.525cm ?——侧面角，0.123rad ε——侧面间隙，0.01cm ζ——压延间隙，0.02cm 经计算得：

Qt=6.58310-4ΔP/η 2）螺棱间隙漏流Qf

Q??V3b????f???3??Vb??S????f??2?????R????????2??6??B?????H2?????m?B????P??? ??式中：

?——重叠角

??H2????2tg?1?RH??4??H? ?R?2???? =23tg-1[（4.52530.36-－0.362÷4）1/2÷（4.525-0.36÷2）] =32.43° =0.57rad

Vb——物料在机筒内壁的剪切速度

Vb= n S =1536.5 =97.5cm/h =0.027cm/s δf——螺棱间隙；0.02cm 经计算得：

Qf=4.92310-3+8.67310-6ΔP/η

3） 压延间隙漏流Qc 4.25）4.26）4.27）

4.28）4.29）（

（ （ （（ （

（

???P?6????????2R?H???'?2?'3?????3mQc?n????2R?H???'? （4.30）

????4?S?B?m????式中：

ζ，——最小压延间隙；0.01cm n——螺杆转速，12min-1=0.2s-1

经计算得：

Qc=0.047－1.74310-7ΔP/η （cm3/s） （4.31）

（4）侧间隙漏流Q?

拖曳流： Q?1???n??2R?H???H?????????tg?? （4.32） 压力流 ：

Q?25?P??H?????????tg???3cos2???????tg???????tg??? 22???1?0.630??cos?????cos??0.052?12??lH??H??????????（4.33）

式中：

ε——侧间隙宽度，0.01cm l——间隙长，cm

l?H?? （4.34） cos? =（0.36-0.02）÷cos7° =0.34cm

经计算得：

Q?1=0.047（cm3/s）

Q?2=1.46310-7ΔP/η

∴Q?=Q?1?Q?2

=0.047+1.46310-7ΔP/η （4.35）

最佳工作点：

A 挤出机的挤出能力

Vb——物料在机筒内壁的剪切速度

Vb= n S （3.28） =2536.5 =195cm/h =0.054cm/s δf——螺棱间隙，0.02cm 经计算得：

Qf=0.017+8.69310-6ΔP/η （3.29）

（3）压延间隙漏流Qc

???P?6????????2R?H???'?2?'3?????3mQc?n????2R?H???'? （3.30） ????4?S?B?m????式中：

ζ，——最小压延间隙，0.01cm n——螺杆转速，25min-1=0.42s-1

经计算得：

Qc=0.17－2.12310-7ΔP/η （3.31）

（4）侧间隙漏流Q?

拖曳流： Q?1???n??2R?H???H?????????tg?? （3.32） 压力流 ： 有误 3为次方

Q?25?P??H?????????tg???3cos2???????tg???????tg??? 22???1?0.630??cos?????cos??0.052?12??lH??H??????????（3.33）

式中：

ε——侧间隙宽度，0.68cm l——间隙长，cm

l?H?? （3.34） cos? =（0.54－0.02）÷cos7° =0.52cm

经计算得：

Q?1=0.12 cm3/s

Q?2=1.52310-7ΔP/η ∴Q?=Q?1?Q?2

=0.12＋1.52310-7ΔP/η （3.35） 最佳工作点：

A 挤出机的挤出能力 由Janssen的经验公式：

Q=2nV―Qt―2Qf―2（Qc+Q?） 把式（3.25）、（3.29）、（3.31）、（3.35）代入上式：

Q=55.54―2.13310-3ΔP/η

B 机头口模的工作点

Q=KΔP/η 式中：

K——机头口模的阻力常数

K=C平均t3÷12L1 =[π3（20.2+18.5）÷230.853]÷（12326）

=0.12cm3 L1 ——口模平直段的长度，cm t ——环形缝口模的模缝厚度，cm

C平均——环形口模圆周的平均长度，cm

∴Q =0.12ΔP/η 由式（3.37）（3.42）得：

Q=55.54－0.00213÷0.12Q =54.45cm3/s

∴Q =54.4531.44533600÷1000

=283.25kg/h ∴挤出机的最佳工作点为Q=283.25kg/h

3.6.7 与辅机匹配

3.36） 3.37）

3.38） 3.39）

3.40）

3.41）

（ （（ （ （ （

塑料由螺杆在机筒中塑化后经机头芯模和口模的环形缝隙挤压成管状，紧接着进入定径套冷却定型，再进入冷却水槽中进一步冷却，充分冷却后的管子由克调节牵引速度的牵引装置拉出，最后由切割装置按规定的长度切断，即可获得一定壁厚及一定长度的塑料管材。

牵引装置的挤出线速度应与挤出机的生产能力应该匹配，可按下式计算：

Q=9.45ρ2t2v（D1+D2） （3.42） 283.25=9.4531.44530.593v3（18.82+20.0） ∴ V=0.91（m/min）

式中：Q——管材的生产率，kg/h ρ——20℃下塑料的密度，g/cm3 t——管材的壁厚，cm v——挤出线速度，m/min D——管材的外径，cm

D1——管材的内径，cm

3.7 定型

本设计采用的是外定径，真空定径法。这种定径装置由真空定径套、冷却水槽、真空泵、电动机、管道等组成。其原理是：通过在真空定径套里抽真空，利用真空孔把管子吸住，使管子外壁和真空定径套内壁紧密接触，以确保管子定径，并在第一真空段前面设一冷却段以防止挤出物粘在定径套壁上。

为了防止空气从进口处漏入定径套，破坏真空效果，定径套内径要比管坯外径略小，以保证密封。定径套与口模之间的距离由管子外径和牵引速度决定，一般在10～100mm之间。

（1） 定径套的长度

对于硬质聚氯乙烯直径为300mm以下的管子，其定径套的长度为定径套内径的3～6倍。

L=4003t23v （3.43）

=40030.59230.52 =72.4cm

取整为：75cm

式中 ：L——定径套长度，cm t——管材壁厚，cm v——挤出速度，cm/s

（2） 定径套的内径

对于聚氯乙烯硬管，管子的收缩率较小，可忽略不计。内径的大小等于管子的外径200mm。

（3）定型冷却温度

冷却到玻璃化温度80℃以下。

3.8 冷却

管材由定径套出来时，并没有完全冷却到室温，如果不继续冷却，其壁厚径向方向上存在着温度梯度，会使原来变硬的表层温度上升变软，引起变形，因此必须继续冷却，排除余热。

设备：喷淋式冷却水箱。（原因见2.1.4） 温度：冷却至室温25℃。

3.9 牵引

牵引机的作用是给由机头出来的初步定型的管子提供一定的牵引力和牵引速度，克服冷却过程中所产生的摩擦力，使塑料管材以硬质均匀的速度自冷却装置中引出，并通过调节牵引速度来调节管子的壁厚，以获得综合要求高的管材。

对于生产硬质聚氯乙烯排污管材，本设计采用履带式牵引机构。它由三条呈120°均匀分布的履带组成，每条履带两端都装有链轮，右端链轮通过驱动马达、无级变速其及链条传动而拖动蜗杆涡轮，实现履带对管材的牵引。同时还附加速度指示表，左端链轮通过手轮、蜗杆蜗轮转动，而带动链条传动系统驱动蜗杆蜗轮，实现 履带之间距离调节，以适应不同管子直径的牵引。因此，这种装置调节方便，调节范围也比较宽。

牵引速度：v=0.91m/min，见本章3.6.7。

3.10 切割

当牵引机把冷却定型后的管子递送到一定长度后就可以开动切割装置将管子切断。 对于口径较大的管材，双锯切割装置的工作效率较低，切割范围一般在小于170mm的管径。所以本设计采用自动行星锯进行切割。

切割长度为6m。

自动行星锯进行切割主要特点：切割管径较大，范围广，自动化程度高，使用时可自动亦可半自动切割，大大减轻了劳动强度，提高工作效率。

本设计采用SJ-GF150A型塑料挤出机硬管辅机

3.11 扩口

本设计管材的承插口形式是R型承插口，采用弹性密封圈连接。PVC-U管材的扩口属于塑料二次加工中的热成型工艺。

扩口工作大致分为三个步骤：

（1）将管材一段在加热炉中加热到一定温度，常用的加热方式有油浴加热和电加热。 （2）将管材加热好的一端趁热插入扩口机头的模芯中，操作扩张顶杆，使其扩成型

后再用水彭林冷却。

（3）管材冷却后，顶杆回撤，多瓣机头截面缩小，机头从扩口面退出。 扩口温度： 160～180℃

加热时间： 壁厚5.9mm，加热时间6～10min 冷却条件： 采用水冷，冷却到40～50℃ 扩口装置： SGK型扩管机

3.12 检验

（1）外观和颜色

用肉眼直接观察，内壁可用光源照看。 （2）尺寸

用精度为1mm的卷尺测量。

管材壁厚按GB8806规定测定。在管材的同一截面沿圆周均匀德测量八个点的壁厚，计算其基本算术平均值，为平均壁厚，不足0.1mm的进到0.1mm。平均壁厚的极限偏差应小于0.8mm。

沿圆周测量最大壁厚和最小壁厚，不足0.1mm的进至0.1mm。测量结果与公称壁厚的差为壁厚偏差。壁厚的极限偏差应小于0.9mm。

用精度为0.01mm的内径量表测量承口中部内径。承口最小直径不小于200.2mm，承口最大直径不大于200.8mm。

管材长度为6m。

（4）维卡软化温度

按GB8802测试，维卡软化温度应大于等于79℃。

（5）纵向回缩率

（2） 分流器[14] 化。

分流器与过滤网之间的空隙起着汇集料流、补充塑化的作用。所以分流器与多孔板之间的距离K不宜过小，以免出管不均；但是也不能太大，否则物料流停留时间过长而分解。根据一些工厂的经验，其距离K=10～20mm之间为宜。

扩张角α不宜过大，否则料流阻力大，甚至物料会停止流动而发生分解。但α角太小也不利于料层很快变薄，因而对加热不利。对于硬质聚氯乙烯，一般50°≤α≤60°.

分流器L4部分的长度一般取1～1.5R，取1.2R=78.72，取整后L4=80（R为机筒内径）。 分流器头部圆角半径r=0.5～2mm，R太大将不利于物料流动。

分流器的表面关泽度应在▽8以上，分流器与机头体对中性误差不得超过0.02mm。

（3） 分流器支架[14]

分离器支架主要用来支撑分流器及芯棒，同时也使物料分束，以加强均匀搅拌效果。为了及时消除物料通过分流器后形成接合线，分流器上的分流筋应做成流线型，在强度足够的前提下，其宽度和长度应尽可能小些。

分流筋的数量也应尽量少，一般为4～8根。 本设计采用4根分流器支架 （4） 口模尺寸

口模是成型管材表面的零件，其平直部分（即定型部分）的长度L1较大时，料流阻力增加，制品比较严实，同时料流均匀稳定，并有防止管子旋转的弊病。但过长的定型长度会使管材产量下降；L1太短时，芯模支架形成的接缝将受到影响，使管件抗冲击强度和抗圆周应力能力下降。

L1的数值与管子外径D、管壁厚度h，挤出速度和塑料性能等都有直接关系，目前一般用经验公式：

L1=（1.0～3.5）D [19] （3.13） 或

L1=（30～40）h （3.14） 式中：当管外径D大时，取小值；对小管取大值。[14] 本设计取L1=1.3D=260mm

当管材离开口模后，由于压力减低，塑料出现弹性恢复而膨胀的现象，管材的截面积将增大。而另一方面由于牵引和冷却收缩的关系，管材截面积也有缩小的趋势。这种膨胀

分流器又叫分流梭。塑料通过分流器变为薄环状，这样有利于进行进一步的加热和塑

和收缩的大小与塑料性质、口模的温度与压力等都有直接的关系。所以在设计口模内直径d即成型管材的外径（D）和芯模外直径d1即成型管材的内直径（D1）时一般采用经验公式来计算。[14]

对于聚氯乙烯的管材，口模内径：d=0.97D～1.05D （3.15）

取d=1.01D=202mm

芯模外径：d1=0.97D1～1.05D1 （3.16）

取d1=0.98D1=184.436mm，取整d1=185mm 环隙：(d-d1)÷2=8.5mm

注：D—管材外径；D1—管材内经。管材的厚度为5.9mm，环隙为8.5，拉伸比1.44，

符合PVC管材挤出时的拉伸比1～1.5[13] （5） 芯模

芯模用螺纹与分流器相连接，并用分流器支架固定在机头内。

芯模是管子内表面的成型零件，其结构应有利于物料的流动和容易制造。收缩角β应小于扩张角α，以适应与物料的流动。挤出粘度高的聚氯乙烯物料。β=30～45°，芯模的定型长度与口模的定型长度相同，以防止管材发生收缩或膨胀现象。[14]

L2的长度一般为：（1.5～2.5）R，取2R=131.2，取整后L2=130mm。

（6） 管材壁厚的调节[14]

为了制得壁厚均匀的制品，口模与芯模的中性线应严格同心。为了使芯模固定，采用

调解螺钉调解口模位置来调解两者的同心度，调节螺钉的数目随着管材口径增大而增大。

本设计采用三个调节螺钉。

机头口模的温度控制和尺寸分别见表3-10和表3-11。

表3-10 机头口模的温度[11]

机头温度/℃

170～175

175

175

表3-11 机头口模的尺寸表

口模温度/℃

185～190

180～185

口模尺寸参数 扩张角/度

分流器头部圆角半径/mm

空腔间距/mm 收缩角/° 管外径/mm

符号 α r K β D

数值 50 1 15 35 200

续表3-11

口模尺寸参数 管内径/mm 口模内径/mm 芯模外径/mm 环形缝隙/mm 口模平直部分长度/mm 芯模定型段长度/mm 分流器锥部长度/mm 分流器支架数/个 调节螺钉数/个

3.6.5 螺杆生产能力

符号 D1 d D1 - L1 L2 L4 - -

数值 188.2 202 185 8.5 260 130 80 4 3

双螺杆挤出机的生产能力由两螺杆啮合时，物料的运动所形成的C型腔室有关。 在螺杆的法线方向上，物料随着螺杆的旋转而运动，靠近机筒内壁的物料随着螺杆的旋转被送到两螺杆的啮合处时，由于无法通过啮合处，而又被挤到机筒壁。在螺杆的轴线方向上，由于物料和螺杆之间存在的摩擦力而被螺杆拽着向前运动。由于上述两种方向的存在，使物料在螺杆机筒中的运动呈现为：物料只有在两螺杆啮合处的一面呈螺旋状向前输送。对于螺杆的每一个螺槽来说，物料在每一个螺槽中的运动轨迹就呈现为C型腔室。

在计算生产能力时，假设一：两螺杆啮合时，四面无间隙，即啮合无漏流产生；假设二：物料在输送过程中都是被压实的，物料之间不存在空隙。这样，只要计算出物料在每一个螺槽中运动时形成的C型腔室的体积即可得到螺杆的生产能力。

Q=2nV （3.17）其生产能力的大小，即V的大小与螺杆的直径、螺纹的宽度、螺槽的深度等有关。

对于锥形的双螺杆来说，虽然螺杆的直径是由大到小变化的，但是考虑到物料由螺杆的大头到小头的输送过程中，原本疏松的物料不断的被压实，物料之间的间隙逐渐的减小，甚至达到无空隙，这样就符合了生产能力计算时的假设。所以，在计算螺杆的生产能力时，采用螺杆小头的直径来计算，也比较合理。

生产能力计算

由式（3.17）

Q=2nV

式中： V????Rtan??e??????R?H??H?F2w? （3.18）

F2w???R24??R?H???2RH?H22? （3.19）

4H2H2s?1??2 （3.20） co?RRcos?=1―（430.54÷6.56）+（230.542÷6.562）

=0.68

?=0.82rad

F2w=（0.817236.562÷4）―[（6.56―0.54）3（236.5630.54―0.542）÷2]1/2

=4.27cm2

V=（π36.563tan30°―0.65）3[π（6.56-0.54）30.54―4.2699]

=66.85cm3 （3.21） 式中：

V——C型腔室的体积，cm3

?——两螺杆啮合时的啮合角，rad

F2w——啮合处的表面积，cm2 R——机筒内径，cm H——螺槽深度，cm n——螺杆转速，r/min θ——螺纹升角，度

∴最大生产能力： Q=2335366.85

=4679.33cm3/min

=4679.32503ρ360÷1000 =4679.325031.445360÷1000

=405.70kg/h （3.22）

ρ——物料平均密度，g/cm3

由于产品为硬质聚氯乙烯管，转速不亦太快。所生产的管材直径范围应与螺杆直径相匹配，而不同的螺杆直径也有相应的螺杆的转速范围，根据对应关系，可得到与管材直径相对应的螺杆转速。根据表3-6，3-7，得到的管材直径与螺杆转速的对应关系。 取转速n=25s-1。

Q =2nVρ360÷1000

=2325366.8531.445360÷1000

=289.79kg/h （3.23）

3.6.6 最佳工作点

在对螺杆进行生产能力计算时，假设为两螺杆啮合时，四周无漏流，但实际螺杆在生产过程中是存在漏流的，因此，1975年Janssen、Mulders和Smith在流体为牛顿流体的假设条件下，考虑了四面体间隙漏流Qt、压延间隙漏流Qc、螺纹间隙漏流Qf、侧间隙漏流Qε之后得了经验公式。

本设计的间隙漏流是通过观察实际螺杆在生产过程中的间隙大小而得出的数据。

（1）四面体漏流Qt

1.82Qt??2?????tg????H???0.005?4???? ? （3.24）32?P?RH?R???式中：

ΔP——压差，Pa

η——物料的粘度，Pa2s

R——机筒内径，6.56cm ?——侧面角，0.123rad ε——侧面间隙，0.01cm ζ——压延间隙，0.02cm 经计算得：

Qt=2.11310-3ΔP/η （3.25）

（2）螺棱间隙漏流Qf

3?????3??Vb??S???Vb?????f?? Qf??2?????R??????B??P?????? （3.26）2??26??BmH????????????式中：

?——重叠角

2?H?RH??4??2tg?1?H?R??2???? ? （3.27）

??? =23tg-1[（6.5630.54-－0.542÷4）1/2÷（6.56-0.54÷2）] =32.71° =0.57rad

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