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挤出机齿轮泵系统
本文编译自Rubber World    作者：David Grepp, Mike Slone （VMI-AZ Extrusion）

        在所有VMI-AZ研发的橡胶滤胶应用挤出系统中，都是由一个单螺杆挤出机连接一个齿轮泵和一个滤胶机头或一个快速的筛网更换器构成的。在过去几年里，市场的需求已经从低产出冷喂料系统转变成高产的热喂料系统。这是由于：大多数滤胶应用技术正在被涵盖到炼胶设备的技术里。为此，挤出机齿轮泵的滤胶机需要提供高输出以保持与炼胶机的输出一致。VMI-AZ的最新设计是Combex 150型齿轮泵挤出机系统，其输出功率在混合密度为1.1kg/cm时可达到每小时3500kg。Combex 150是一种新机器型号，它涵盖了高输出范围，尤其针对炼胶设备中的串联滤胶机。

图1、挤出机齿轮泵系统内的压力

        系统组件

        通过将单螺杆与齿轮泵的容积计量喂入特性融合到一起，许多传统挤出机中不利的方面便可以得到有效消除。在图1所示的配置中，单螺杆挤出机性能优良的给料特性有效地辅助了齿轮泵，齿轮泵则用于产生高滤胶压力，而不会产生额外的温度。在这种配置中，挤出机和齿轮泵互利互补。单螺杆挤出机高效地执行给料，压力缺乏会使其效率低下。相反，齿轮泵是一种高效的压力催生机构，但缺乏给料和均质化的能力。

        图1显示了Combex滤胶系统的大体结构以及机器内混合物的压力变化。由于使用了齿轮泵，单螺杆挤出机摆脱了聚集压力。这使得在滤胶过程中能量输入变低，这是因为相对于单螺杆挤出机，齿轮泵能够更高效地提供更高的挤出压力。齿轮泵能够提供更高的挤出压力相对于单独的加工部件的具体作用将在后面进行描述。

        P1 = 入口压力可调整（螺杆梢的压力）

        P2 = 出口压力（取决于输出、混炼胶粘度、粒度大小和过滤网的尺寸）

        单螺杆挤出机

        单螺杆挤出机被证明是一个成熟的部件，它用来将热的或者冷的胶料连续地从齿轮泵输入口传送到输出口。这确保了在任何时间里，泵的流量是连续的并且其叶轮和轴承上的负载是均匀分布的。对直接加载的齿轮泵来说，使用挤出机可以使得齿轮泵在部分加载时导致的载荷波动显著减少。Combex系统在转轴和轴承上加载的均匀的载荷使得齿轮泵转轴和轴承的寿命得以延长。

图2、压力增长产能下降-单螺杆
挤出机和齿轮泵

        为了确保齿轮泵对普通胶料化合物的充分填料，只需在单螺杆挤出机泵进口处建立起40至50bar的压力。对于这个单螺杆挤出机中相对较低的压力，每旋转周期的单位功率非常高，尽管能量输入依旧偏低。这导致了胶料可以非常和缓地往泵中供应。

        图2显示了单螺杆挤出机和齿轮泵随着压力的增长，各自产量下降的对比。压力的增长导致每个螺杆每周期的单位功率显著减小。与此形成鲜明对比的是，同一压力范围下，齿轮泵产量的减少幅度较小。单螺杆挤出机是开放式系统，其输送原理是以粘性流为基础的。另一方面，齿轮泵是容积泵，对于其操作原理来说它属于容积式输送机。相对于单螺杆挤出机，随着压力的变大，齿轮泵的产量损失是非常低的（图2）。

        考虑到单螺杆挤出机和齿轮泵各自的加工优势，将两者结合起来以获得最好的滤胶性能的讨论一直都有。

        齿轮泵

        VMI-AZ独自把Rubbex齿轮泵用于滤胶应用。由于其高压累积性能和可靠性，对高压的聚集能力，筛网污染和不断增大的压力带来的筛网更换时间的生产时间被最大化。挤出过程中所需的压力本质上是由下游挤压头和机头的几何形状来决定的。网格过滤器用于过滤挤压头处输入的胶料化合物。杂质可能由非分散填料或化学品产生。

        如图3，不断增加的滤网污染导致泵输出压力的持续增长。因此，需要在达到最大允许泵压差之前，及时更换滤网。

图3、筛网污染导致泵口压力减小

        从加工角度来看，控制泵的输出压力尽可能低是我们的主要目标，它这将导致产出增加和挤出系统工作效率的提高。在滤胶应用中，除了滤网污染之外，混炼胶粘度，筛孔尺寸和可用过滤面积等都是泵输出压力的决定性因素。机器设备供应商没办法满足用户所需要的筛网尺寸或混炼胶粘度等的规格的要求，但是可以通过设计可用过滤面积来满足要求。

        图4说明了在生产率增加的情况下齿轮泵出口在两种不同过滤面积的情况下，压力的增长情况。如果使用的过滤面积过小，生产率的提高将导致更高的压力增长，过滤面积大小适当结果则相反。第一次挤出测试所使用的过滤面积精确到一平方单位。当生产链当生产量比之前的初始值X高了达3倍时，泵出口压力增加一倍，如图4所示。

        在相同的条件下继续进行测试，但筛板的面积有所增加（2.6平方单位），则有可能减少泵的出口压力。由于过滤面积的扩大，泵的出口压力明显减少（图4）。

        总结结果可以发现，当优化过滤面积的时候，泵显然需要聚集更低的输出压力，这样才会降低化合物的温度。此外，更低的压差使得泵的外壳与转轴的磨损得以大大减少。

        水泵轴承

        所使用的Rubbex齿轮泵配备水-动力套筒轴承，并使用了一些橡胶化合物作为转轴轴承的润滑。多年来，这种特殊的轴承技术已受到橡胶技术或轮胎工业，针对不同的橡胶化合物，的充分检验。

        齿轮泵分离器

        针对每种泵的尺寸，都有一种液压齿轮泵分离器作为选择。该部件是由液压驱动手动泵来驱动的，它允许齿轮泵转子的随意更换以达到清洁或检查的目的。齿轮泵分离器被安装在泵架上。

        滤头

        VMI-AZ提供了许多不同的挤压头和快速更换设备以更换筛板。筛板系统的设计能快速更换筛网。滤头本身和泵出口缘是圆锥形设计的，从而在筛网更换的时候能做到快速清理。生产检修停工时间因此被降到最低。

图4、挤出机和齿轮泵系统内部压力

        VMI-AZ的一种典型的可行的设计是双螺杆滤头。根据客户的要求，双螺杆滤头可以是手动或液压锁定。

        VMI-AZ还提供了快速换网系统。这个系统允许用户在几秒钟内实现筛板更换。改进很简单，从而使得挤出机的停机时间达到最小化。如果适用则筛网系统可以集成到挤压头中，从而减少压力损耗。VMI-AZ快速换网系统的设计可以集成到简单的挤压头中，同样可以集成到复杂的或者用户定制的设计中去。筛板是水压可换的，因此挤出过程只需要停止几秒钟。

        硅橡胶滤胶

        在硅橡胶化合物的滤胶中，使用一个齿轮泵的优势显著地比其它橡胶化合物，比如EPDM要大。这是因为硅橡胶化合物具备极低的粘度，因此压力的增长对单螺杆挤出机输出的影响更加深入。例如，测试结果表明，对于一种特定的有机硅化合物，如果将压力从10 bar增加到40 bar，单周期单螺杆的输出将降低50%。由于硅橡胶的低粘度，即便在相对较低的压力增长情况下，也有可能出现输出的较大损耗。而是用齿轮泵则可以解决这些问题并将挤出机从聚集压力中解放出来，只需要往齿轮泵中填料，压力大约为5 bar到10 bar。跟其它橡胶化合物相比较，由于硅橡胶的低粘度，在加工时填入齿轮泵所需要的填料压力P1非常低。

        硅橡胶滤胶应用中，泵输出压力可以高达150 bar，而挤出机只需要提供一个非常低的进口压力。这使得挤出机齿轮泵系统可以得到相对较高的输出。

        硅橡胶滤胶的挤出机齿轮泵系统可以直接用于炼胶中，用于成批炼胶带式填料。Combex 120可以使硅橡胶滤胶效率达到1,500 kg/h。

        总结

        以上介绍了挤出机的齿轮泵系统，该系统用于橡胶滤胶，其产量可达到3,500kg/h到4,800kg/h，取决于化合物的比重。这些过滤器系统理论上非常适用于炼胶中的串联滤胶应用，这是由于其具备高产量能力。该系统是热进料的，料来自于混炼后一批一批传出来。与标准的离线系统的低产出不一样，Combex滤胶机的优点是其非常适用于混炼和批量冷却。它大大简化了滤胶工艺。由于热进料是直接紧跟混炼的，化合物没有必要再像非串联系统那样再次加热。(完)