在改性生产中，耗电量是非常大的一块成本，所以现在的挤出机逐渐向节能型发展。在同向双螺杆挤出机中，挤出系统是其核心部分，电能的消耗同样大部分发生于此。

  降低能耗、节省本金是改性企业的集体期望，接下来我们就一块儿来看看，如何通过螺杆组合的选配，来减少挤出系统的能耗。

  看完后，双螺杆挤出机中最耗电的部件是什么？挤出过程中对能耗影响最大的是哪个段？

  双螺杆挤出机的能耗不同于单螺杆挤出机，由于双螺杆挤出机复杂的机械结构和力学性能，其能耗的研究也是复杂多变的，需要对影响双螺杆挤出机能耗的每个方面进行逐一研究。

  普通的双螺杆挤出机通常是由上料系统、计量配料系统、挤出机主机、机筒加热冷却系统、造粒系统等组成。据研究，主电机是消耗功率最大的部分， 占到总功率的一半以上，所以要研究双螺杆挤出机能耗，关键就在于研究影响主电机能耗的因素。

  总体而言，选用高效低耗的电机是降低能耗的关键所在，国产挤出机一般选用德国高效节能电机。而机筒加热过程中会发生机筒表面和内壁温度差过大等现象，为了提高加热效率现在大多选用电磁加热的手段来提高效率，降低能耗。

  电机主要提供驱动转速，带动螺杆等部分转动，螺杆、机筒和机头对物料进行挤出。因此，影响电机能耗的因素主要为：螺杆组合、螺杆转速、挤出量、螺杆直径、机头压力等。

  当然不同的物料必定会产生不一样的能耗，例如添加玻纤与不加玻纤所需要的剪切力不同。由于此因素过于复杂，这次我们将不作重点研究。

  我们将从在同一生产情况下，螺杆转速和挤出量、螺杆直径、螺杆组合等几个方面做研究，从而得出降低能耗的可行方案。

  当挤出量增大时，单产能耗先降低后升高。是由于挤出机工作时的机械损耗在最佳挤出量时达到最低，能量浪费比较少。之后随着挤出量不断变大，单产能耗会小幅度上升。

  故在使用双螺杆挤出机混炼或塑料改性时，应该避免长期低于最佳作业能力的生产，合理使用挤出机，能够更好的降低能耗。

  在实际生产中，挤出量与螺杆转速是共同作用的。在保持螺杆的转速不变的情况下，增大产量，单产能耗会逐渐小幅度降低。而当产量不变时，随着螺杆转速的升高，单产能耗降低。

  随着螺杆直径逐渐变大，单产能耗会逐渐变小，这说明螺杆的直径对单产能耗有一定的影响作用。

  现在的挤出机逐渐向大型化发展，但是如果批量生产的产量比较小时，还应该适当选用较小的挤出机，这样不仅能耗低，而且大型挤出机的螺杆、机筒等部件不会因为产量达不到其最佳能力的范围而产生磨损过度、损坏等问题。

  在采用质量分数为30％的超细碳酸钙粉末填充PP，螺杆转速恒定为300r/min，进料量为130kg/h，温度设定为第1区段190℃、第2-10区段220℃的情况下，可得出以下结论。

  根据不同的45°捏合盘厚度(30，40，50mm)，设定了3种螺杆组合，依次编号为1#，2#，3#。

  由此看出，随着捏合盘厚度的增加，试样的拉伸强度依次降低且同向双螺杆挤出机的能耗依次增大。这是因为随捏合盘厚度增加，单位混合长度上分散混合成分增加，分布混合成分减少，即碳酸钙粉末在PP内的填充效果减弱，造成力学性能下降。

  同时，当捏合盘厚度增加时，螺杆组合下的挤出机能耗明显增大，螺杆需要的扭矩增大。

  由图1还可看出,当45°捏合盘厚度为30mm和40mm时，试样的拉伸强度和挤出机的能耗相差不大，因此45°捏合盘厚度可选取30mm或40mm。

  在2#螺杆组合的基础上，分别在塑化段的45°捏合盘前增加一组错列角不同的捏合盘，根据不同的塑化段捏合盘错列角(30°,45°,90°)，设定了3种螺杆组合，依次编号为4#、5#、6#。

  由此看出,改变塑化段捏合盘错列角，5#螺杆组合下的试样力学性能最高，4#略低，6#最差；挤出机单产能耗则随塑化段捏合盘角度增加依次上升，其中4#和5#螺杆组合的能耗差别不大，但6#螺杆组合的能耗明显增大。

  这是因为当物料从加料段进入塑化段时，其还未熔融，由于6#螺杆组合的捏合块错列角为90°，剪切力过大，漏流过大，螺杆输送能力减小，局部停留时间增大，螺杆输送部位的物料充满度过高，造成物料混合效果变差，能耗增大，挤出物表面粗糙。

  当塑化段捏合盘错列角为30°和45°时，试样的拉伸强度和挤出机的能耗相差不大，因此塑化段捏合盘错列角可选取30°或45°。

  它与常规大螺距螺纹元件的不同点在于：它在螺纹元件和机筒内壁之间形成大的间隙，其螺棱顶部较窄，螺纹导向边和拖曳边的轮廓也不相同。它的螺棱由2段组成，1段为左旋，1段为右旋。在2个螺杆上均安装该元件，相互啮合的部分螺旋方向一致。当这种元件旋转时，对物料进行“前挤后压”的作用，达到增强混合效果的目的。

  根据不同的转子类螺纹元件位置，采用了2种螺杆组合，编号为7#和8#，如表4所示。

  由上图能够准确的看出，7#组合下的试样拉伸强度比8#的高，挤出机能耗则比8#的低。

  这是因为8#组合的转子元件放在第1组捏合盘后方，物料未完全熔融，此时的剪切和回流对其分散及分布混合的意义都不大，且易造成能耗增加。7#矿组合的转子元件排在第2组捏合盘后方，此时物料已完全熔融，因此混合效果及能耗方面都较好。

  国外一些挤出机厂家的螺杆组合为多组捏合盘连续排列形式，其挤出的物料性能好。该组合与前8种组合的不同之处在于：将3组45°捏合盘之间的输送元件全部替换为捏合盘元件，形成多组捏合盘连续排列的组合形式。

  相对于上述8种组合来看，将塑化及混合段的全部输送元件换为多组剪切力较强的捏合盘后，其能耗并没有大幅度的增加，试样的拉伸强度也没有一下子就下降。因此，该种螺杆组合在实际生产应用中具有适用性，可应用于需要高剪切物料的挤出生产。

  (1)45°捏合盘厚度选取为30mm或40mm，可在保持试样较高拉伸强度的条件下大大降低挤出机能耗。

  (3)在需要转子类元件的情况下，转子元件的位置对试样拉伸性能及挤出机能耗影响较大，应将其放在塑化混合段之后，可大大降低能耗。

  (4)采用多组捏合盘连续排列形式，挤出机能耗并未大幅度的增加，试样拉伸强度也未一下子就下降，因而具有一定的适用性，可应用于需要高剪切物料的挤出生产。

  (5)螺杆组合对挤出机能耗有很大的影响，应将重点放在塑化区，该区段对主机能耗影响显著。

  内容来源：《同向双螺杆挤出机挤压系统的设计与性能研究》王天鹏，《螺杆组合对同向双螺杆挤出机能耗影响的研究》崔雯，娄晓鸣，贾朝阳，链塑网整理