本发明专利技术提供一种螺杆混沌触发方法，通过驱动部件驱动螺杆旋转，带动连续布置在螺杆螺槽内的混沌触发设备一起旋转；同时固定在螺杆一端的传动组件带动螺杆混沌触发设备沿螺杆的轴向作往复脉动，其速度与螺杆转速比值是自然数Ｍ（１≤Ｍ≤１０）或无理数Ｎ（１＜Ｎ＜１０），实现混沌触发；一种螺杆混沌触发设备，包括混沌触发器，混沌触发器连续布置在螺杆螺槽内，且通过设置在螺杆一端的传动组件与螺杆相连接。上述方法及设备可应用于食品加工、聚合物挤出、成型加工、塑料填充共混、改性或反应挤出，实现螺杆混沌触发。本发明专利技术对物料进行连续扰动，明显提高物料分布、分散混合效果，能耗低，满足要求较高的工况条件，成本低，市场前景较好。
【技术实现步骤摘要】
一种螺杆混沌触发方法及其设备与应用
本专利技术涉及挤出技术，特别涉及一种螺杆混沌触发方法及其设备与应用。
技术介绍
目前，带螺杆装置广泛应用于食品加工、聚合物成型加工、塑料填充共混以及反应挤出等工业场合，但现有的带螺杆装置，特别是单螺杆挤出机等，一直存在混合效果差的不足。对单螺杆挤出机混合机理的研究表明，聚合物熔体的高粘度排除了湍流、尾迹旋涡的存在(W.D.Mohr，R.L.Saxton，andC.H.Jepson.Mixing in Laminar Flow Systems.Ind.Eng.Chem..1957，49：1855-1857)；而进一步研究表明(J.M.Ottino and R.Chella.LaminarMixing of Polymeric Liquids；A Brief Review and Recent TheoreticalDevelopments[J].Polym.Eng.Sci..1983，23(7)：357-3794)，熔体在单螺杆挤出机螺槽内是规则的壳层层流混合，流体质点在向口模挤出的过程中，存在着特定的壳层轨道，流体只能沿着壳层作类螺旋运动，而各壳层间几乎没有相互混合发生，这就意味着界面随应变呈线性增长。因此，提高螺杆设备、特别是单螺杆设备的混合性能一直是人们追求的目标，先后出现了象销钉螺杆、机筒销钉等一系列专利技术，但这些技术在耗能激增的同时，混合效果提高并不理想。Aref最初意识到简单的二维系统可以通过引入非定常边界条件而触发混沌现象，发现层流混合效果极大提高(H.Aref.Stirring by ChaoticAdvection.J.Fluid Mech.1984，143：1-21)。Kim和Kwon等人从简单的几何思想实验入手，在单螺杆沿螺槽展开方向插入间断矮螺棱而引入周期性双曲点扰动，并提出了混沌螺杆的新概念(T.H.Kwon，J.W.JOO and S.J.Kim.Kinematics and Deformation Charteristics as a Mixing Measure in the Screw.Polymer Engineering and Science.1994，34(3)：174-189)，实验研究发现该螺杆在挤出功率增加不大的情况下，聚合物熔体的混合效果得到了提高；但这种带矮螺棱混沌触发器的螺杆仍存在一定的技术缺陷：(1)扰动不连续；设有-->间断矮螺棱的螺杆扰动是间断性的，只是在作为混沌触发器的矮螺棱的间断处，混合才会较大程度提高，但此处必然导致功耗加大，缺乏连续动力学思想；(2)难以加工；作为混沌触发器的矮螺棱与螺杆固定为一体，类似于一个双头螺杆的结构，这样增加了螺杆加工的难度与成本；(3)分散混合效果差；作为混沌触发器的矮螺棱与螺槽之间没有相对运动，螺槽底部的混合相对较弱，对分散混合提高作用不大，混合过程的提高是被动的、有限的。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可明显提高物料分布、分散混合效果，能耗低，操作简单的螺杆混沌触发方法。本专利技术的另一目的在于提供一种实现上述方法的螺杆混沌触发设备。本专利技术的再一目的在于提供一种上述螺杆混沌触发方法及其设备的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：本螺杆混沌触发方法是通过驱动部件驱动机筒内的螺杆旋转，带动连续布置在螺杆螺槽内的螺杆混沌触发设备一起旋转；同时，固定在螺杆一端的传动组件带动螺杆混沌触发设备沿螺杆的轴向作往复脉动，实现混沌触发。所述的螺杆混沌触发设备往复脉动速度与所述螺杆的转速的比值是自然数M(1≤M≤10)或无理数N(1＜N＜10)。当这个比值接近或取无理数时，强化混合的效果最好。实现上述方法的螺杆混沌触发设备，包括混沌触发器，其特征在于：所述混沌触发器连续布置在螺杆的螺槽内，且通过设置在螺杆一端的传动组件与螺杆相连接。由于混沌触发器与螺杆不是固定为一体的，只有一端与所述螺杆相连接，所以当螺杆转动时，传动组件带动混沌触发器作大幅度、波形对称、非对称轴向往复脉动；相对运动部件之间润滑剂即为物料熔体本身。所述混沌触发器的横截面形状是圆形、椭圆形、矩形，沿展开长度方向可加工成类栉形，以增加窄间隙及达到对流场进行“梳理”的作用，用来强化分散混合。所述混沌触发器在随螺杆的螺槽展开的几何空间内可有多种布置方式，可以沿螺槽底部只在宽度有不同的几何形状，也可以沿螺槽高度方向有不同的几何形状，或者二者兼而有之。-->所述传动组件是凸轮滑槽传动组件，其与螺杆、机筒分别连接，包括传动套、凸轮部件、凸轮杆，所述传动套与所述混沌触发器端部固定连接，所述凸轮部件为圆环状，其内圆周壁设计有连续、封闭的滑槽，且固定安装在机筒的内圆周壁上，所述凸轮杆下部插入螺杆的槽孔内，其上部穿过所述传动套，并伸入凸轮部件的滑槽内。所述的传动套呈轴瓦状，具有流线形结构，如梭形等。所述滑槽展开的后的几何构型是等周期、非等周期或波形对称、非对称的曲线。所述凸轮部件与机筒的安装方式是通过销钉、键或滑槽相嵌接；所述凸轮部件与机筒的内径相同。为便于成套加工与拆装，所述凸轮部件可由一对组件贴合构成，在两组件之间形成滑槽，所述滑槽可以设计为不同的形状，以实现混沌触发器相对于平衡位置进行轴向往复脉动的不同频率、幅度以及等周期、非等周期、波形对称、非对称等运动形式，其往复脉动的频率、幅度、周期以及运动形式对称与否，可根据加工物料特性及螺杆转速确定。传动套与螺杆之间只能进行轴向的相对运动，其周向相对运动通过凸轮杆伸入螺杆挤出端的槽孔内并贴合进行限制。所述螺杆上与所述槽孔相对应位置设置有卸载孔，以消除运动死区，避免积存物料，减少装置的功耗，保持压力平衡，控制停留时间分布。所述螺杆混沌触发方法及其设备可应用于食品加工、高粘度流体混合，聚合物挤出、成型加工、塑料填充共混、改性或反应挤出场合，如单螺杆挤出机进行塑料挤出、造粒、共混、填充改性、反应挤出及面粉加工过程中，实现螺杆混沌触发。本专利技术的作用原理是：根据微分动力系统拓扑混沌几何演化思想，将整体主动式、周期性混沌触发器引入到螺杆挤出装置的螺槽内，使之产生可调的大幅度轴向往复脉动，这种运动相对于平衡位置可以对称、非对称，这样，将时间和空间的周期性扰动引流引入到挤出装置的均化段，使物料在向口模推进的过程中椭圆点交叉、重叠、分散，混沌触发器的往复运动，促进流体局部再循环，增加了系统运动的自由度及对初始条件的敏感性，从而达到破坏流体运动过程中KAM面(Kalmogrov，Arnold，Moser三位科学家提出的KAM定理所确定的曲面)，诱导异宿流型，导致拉伸折叠，诱发混沌运动的-->目的。本专利技术相对现有技术的优点与效果是：(1)扰动连续；由于本专利技术混沌触发器是连续布置在螺杆的螺槽内的，所以其螺杆扰动是连续的，有利于减少功耗。(2)增加了系统运动的自由度；混沌触发器轴向相对往复脉动的引入，从时间的周期性上增加了系统进入混沌混合的可能性，能够有效引入“egg-beating”(搅鸡蛋)式流动，使得混合效果进一步提高。(3)分散混合效果好；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种螺杆混沌触发方法，其特征在于：通过驱动部件驱动螺杆旋转，带动连续布置在螺杆螺槽内的螺杆混沌触发设备一起旋转；同时固定在螺杆一端的传动组件带动螺杆混沌触发设备沿螺杆的轴向作往复脉动，实现混沌触发。
【技术特征摘要】
1、一种螺杆混沌触发方法，其特征在于：通过驱动部件驱动螺杆旋转，带动连续布置在螺杆螺槽内的螺杆混沌触发设备一起旋转；同时固定在螺杆一端的传动组件带动螺杆混沌触发设备沿螺杆的轴向作往复脉动，实现混沌触发。2、按权利要求1所述螺杆混沌触发方法，其特征在于：所述螺杆混沌触发设备往复脉动速度与所述螺杆的转速的比值是自然数M，1≤M≤10，或无理数N，1＜N＜10。3、实现权利要求1或2所述方法的螺杆混沌触发设备，包括混沌触发器，其特征在于：所述混沌触发器连续布置在螺杆的螺槽内，且通过设置在螺杆一端的传动组件与螺杆相连接。4、根据权利要求3所述螺杆混沌触发设备，其特征在于：所述混沌触发器的横截面形状是圆形、椭圆形、矩形；或沿展开长度方向加工成类栉形。5、根据权利要求3所述螺杆混沌触发设备，其特征在于：所述混沌触发器在随螺杆的螺槽展开的几何空间沿螺槽底部宽度方向有不同的几何形状，或沿螺槽高度方向有不同的几何形状，或者二者兼而...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐百平，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。