密炼机同步转子技术
同步转子密炼机转子转速的确定
冷 却 水 带走 的热 量 有 限 ， 而引 起混 炼 胶 表观 从
佳值 的 问题 ， 最 佳 值就 是 混炼 周期 最 短 且各 此 批料 间 的 标 准 偏 差 最 小 的 转 子 转 速 （ ） 因 ｒ。
子转 速 的增 大 ， 子对 混 炼 室 内物 料 的剪 切 速 转 率增 加 ， 子所受 到扭 矩增 大 ， 转 因而所 消耗 的最 大功率 增大 。 （ ）转子 转速 与单 位能耗 的关 系 ２ 从 表 １和图 ２可 以看 出 ， 着 转 子转 速 的 随 增大， 单位 能 耗 呈上 升 趋 势 。单 位 能耗 的计 算 为 消耗 的 总 能量 比上 排 胶 量 ， 在排 胶 量不 变 的 情况 ， 单位 能耗 与功率 和混 炼 时间成 正 比 ， 随着
图 １ 转 子 转 速 与 最 大 功 率 的 关 系
转 子转 速 的增加 ， 消耗 的最大 功率增 加 ， 虽然混 炼 时 间有 所 减少 ， 混 炼 消耗 功 率增 加 的速 率 但
大 于 因转 子 转 速 增 加 引 起 混 炼 时 间减 少 的速
・
３ ４・
世
界
橡
胶
工
业
２ １ ００
（ ．哈 金 森工 业橡 胶制 品 （ １ 苏州 ） 限公 司 ，江 苏 苏 ｔ ２ ５ ２ ； 有 ， １ １２ １ １
２ ．青 岛科技 大 学 机 电工程 学院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ４ ） ６ ０ ２
摘 要 ： 试 验 研 究 了在 同 步 转子 密 炼机 填 充 系数 、 顶 栓 压 力 和 冷 却 水 温 度 一 定 的 条 件 下 ， 变转 上 改
・ ３・ ３
传动系统和主要零部件--转子,密炼室设计
A、转子的主要外形尺寸如图所示：
B、转子工作部分设计图的画法
Ⅰ、确定转子回转直径D，并确定转子工作部分的长度L； 绘矩形。 Ⅱ、在矩形上分出 l1 和 l2 ,并将l1和l2分成n0～nn等分；
Ⅲ、计算长棱与断棱螺旋所对应的中心角β1和β2；
I 1 360 o 1= t1
I 2 360 o 2= t2
（2）转子内表面开 螺旋沟槽（GK系 列）； （3）一般强制冷却 式
如图所示为 转子 的强制冷却。
强制循环式
6、转子强度与刚度计算 （1）受力分析 由于转子的受力情况复杂，转子承受的作用力 有扭矩、胶料的作用力、转子和齿轮的自重等，
要做一些简化，对于转子的受力分析，目前也
有不同的看法，有的认为，转子炼胶时在一侧 只受到胶料的均布载荷作用，与开炼机类似只 受中部横压力的作用。
严重裂纹的转子堆焊
轻微裂纹的转子堆焊
3、转子类型与结构
椭圆型 圆筒型 三角型 二棱
按转子端面形状可分为
椭圆型转子按螺旋棱数目不同
三棱
四棱
六棱
二 棱 转 子 图
F
四 棱 转 子 图
三棱同步转子图
四棱转子图
六棱VCMT转子图
4、 转子的结构设计
椭圆形转子工作部分的横截面是椭圆形的。转 子突棱有转子工作部分的两端呈螺旋形向中心 前进，一左旋，一右旋，互不相干；一长一短， 互不相连。转子结构特征的主要特征参数主要 由转子工作部分最大回转直径及长度、突棱的 长度、突棱的螺旋角、突棱顶的宽度等。转子 各部分尺寸是根据转子工作部分回转直径来确 定的。下表是转子各部分主要尺寸关系 ：
I1－短螺旋棱轴向长度 I2－长螺旋棱轴向长度 t1－短螺旋棱的螺距 t2－长螺旋棱的螺距 Ⅳ、将β1和β2分成相应的a0～an n等分；
密炼机基本知识
密炼机基本知识1、密炼机的用途：主要用于橡胶的塑炼和混炼，同时也用于塑料、沥青料、油毡料、合成树脂料的混合。
它是橡胶工厂主要炼胶设备之一。
七十年代以来，国外在炼胶工艺和设备方面虽然发展较快，例如用螺杆挤出机代替密炼机和开炼机进行塑炼和混炼，但还是代替不了密炼机。
新的现代工厂中的炼胶设备仍以密炼机为主，混炼方法也仍采用两段混炼法。
分类：（1）按转子横截面的形状分为：椭圆形转子密炼机、圆筒形转子密炼机、三角形转子密炼机（2）按工作原理分为：相切型转子密炼机、啮合型转子密炼机（3）按转子转速大小及变化分为：低速、中速、高速及单速、双速、变速密炼机（4）按转子相对转速：异步和同步转子密炼机（5）按混炼室的结构形式分为：普通型和翻转式密炼机（6）按转子间的相对间隙分为：定间隙和可调间隙密炼机2、密炼机的规格与技术特征：1、规格过去采用密炼室的工作容量和主动转子转速表示；现在采用密炼室的总容量/主动转子的转速表示。
国产密炼机的规格表示法：XM-250/20X表示橡胶，M表示密炼机，250表示密炼机的总容量，20表示转子转速X（S）M-75/35x70X表示橡胶，S表示塑料，M表示密炼机，75表示密炼机总容量，双速（35和70转/分）3、密炼机的整体结构及每一部分的作用：（1）混炼部分：混炼部分主要有转子、密炼室、密封装置等组成。
（2）加料部分：它主要右加料室和斗形的加料口以及翻板门（加料门）11组成，这部分作用主要是用于加料和瞬间存料。
（3）压料部分：它主要由上顶栓9和推动上顶栓做上、下往复运动的气缸14组成，它的主要作用：给胶料一定的压力，加速炼胶过程，提高炼胶效果。
（4）卸料装置部分：主要由安装在密炼室下面的下顶栓3和下顶栓锁紧机构2所组成，它的主要作用，就是在炼胶完毕后排出胶料，也就是卸料。
下顶栓内可通冷却水冷却，下顶栓与物料接触的‘’形表面应堆焊耐磨合金，增加其耐磨性。
（5）传动装置部分：主要有电机22，弹性联轴节21，减速机20和齿形联轴节19等组成。
密炼机转子密封系统的问题及原理解析
密炼机的密封系统是衡量一台密炼机性能好坏的一个重要指标。
各个转子密封系统本质上的区别在于所应用的表面压力不同，分为自动转子密封(SSA)、弹簧-加载转子密封(GA)以及水压转子密封(WYH)。
下面我们就来分析下转子密封系统存在的问题以及各转子密封的介绍。
转子密封系统存在的问题抛开滑动密封圈的磨损不讲，物料粘结和滑动密封圈润滑所需要的油也会导致一些实质性的问题。
实现上述功用需要使用大量的油料，造成油料采购成本很高。
而且，这些包含着混炼胶中的各种成分，如聚合物、填料等的油料，通过转子密封系统从混炼室中出来，也需要进行处理，这也相当昂贵。
众所周知，所使用的油料有超过80%的部分流入混炼室，这部分油可能导致重大的质量问题。
前已述及，如果物料粘结部分润滑油的量过少，部分混炼胶会积聚在环状间隙中开始自硫，可能会导致下一车料被污染。
其次，滑动密封圈部分润滑油用量过少会导致密封圈迅速磨损。
更多的密封圈磨损的决定性参数还包括填料的品种及硬度、转子的几何形状、安装位置和表面压力的调整等。
将磨损和冲洗处理作为表面压力的函数，可观察到两种对立的趋势。
如果独立地考虑压力影响因素，可确定运用较低的接触压力以降低磨损率。
反而言之，增大接触压力能够导致密封圈较快地磨损。
冲洗处理和磨损之间的交互作用也必须进行考虑。
冲洗处理量的增加也会导致经过滑动区有磨损作用填料的数量增加。
因此，困难在于针对合适的操作参数来确定密封系统的正确调整。
环形间隙过程原理分析下面的研究考察了物料从混炼室传输到密封圈的影响，特别考察了粘结油料的影响。
混炼试验是在一台7升容量的切线型转子的试验室密炼机中进行的。
为达到试验目的，两个密封位置的密封圈被拆除。
天然胶((RSS 1，100phr)作为试验用原材料，分别在无润滑和在混炼室外部区域加入粘结油料(BP Enerpar 16)的情况下进行试验。
这组研究试验的目标是考察橡胶在密炼机没有密封时的重量差额。
差额定义为初始橡胶重量mo与泄漏橡胶重量Mexit的比率。
密炼机转子的结构特点
密炼机转子的结构特点密炼机转子是密炼机的核心部件，起到将橡胶料与辅助材料进行混炼的作用。
密炼机转子的结构特点主要体现在以下几个方面：1. 转子形状设计独特：密炼机转子通常采用圆柱形状，两端装有翼片或螺旋状的混炼叶片。
这种设计可以有效地提高橡胶料与辅助材料的混炼效果，增加混炼的剪切和挤压力，促进橡胶分子的断裂与再组合，实现橡胶料的塑化和均匀混合。
2. 材料选择与加工精度高：密炼机转子通常采用高强度合金钢材料制造，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。
转子的制造过程需要经过高精密度的加工，以确保转子表面的光滑度和尺寸精度，避免因转子表面不平整而产生杂质或对橡胶料造成损伤。
3. 转子结构设计合理：密炼机转子的结构设计通常包括转子芯和混炼叶片两个部分。
转子芯是转子的主体部分，通过轴承连接驱动系统，并能够承受高速转动时的离心力和冲击力。
混炼叶片则是固定在转子芯上的关键部件，可以根据不同的混炼工艺和要求进行设计和更换。
混炼叶片的数量、形状和角度的选择将直接影响到混炼效果和能耗。
4. 防堵塞设计：密炼机转子的叶片与转子芯之间的间隙相对较小，这是为了防止橡胶料堵塞转子，同时也能够加大材料的剪切作用。
如果间隙过大，将导致橡胶料通过间隙流失，降低混炼效果。
因此，在密炼机转子的设计中需要综合考虑叶片与转子芯之间的间隙大小，以及橡胶料的流动性和黏度。
5. 适应不同工艺需求：密炼机转子的结构特点还包括适应不同混炼工艺需求的设计。
例如，在一些高温混炼工艺中，转子芯可能需要采用空心结构，并通过通入蒸汽或冷却水来控制转子的温度。
此外，一些密炼机转子还配备有自动调节转子间隙的装置，以满足不同橡胶料的混炼要求。
密炼机转子的结构特点主要包括转子形状设计独特、材料选择与加工精度高、转子结构设计合理、防堵塞设计和适应不同工艺需求等。
这些结构特点的合理设计和应用，能够有效提高密炼机的混炼效果，提高生产效率，降低能耗，进而推动橡胶工业的发展。
基于Polyflow的密炼机六棱同步转子流场的三维动态模拟研究
体； ⑤胶 料 在流场 壁 面上无 滑移 ； ⑥胶 料在 流场 内
是完全 充满 的 ； ⑦ 流场 为等 温流场 ， 且胶 料物 性参
数不 随温度 变化 而变化 。
＊通信 联 系人
高转 子对 胶料 的剪 切和分 散效 果 。
１ 模 型 构 建 １ ． １ 物 理 模 型
密炼 机 内的流 场 由密 炼室 内壁 和转子 外表 面 之 间 的空 隙组 成 ， 六 棱 同步 转 子 以一定 的速 度 在
密炼 室 内相对 回转 ， 胶料 首先被 压砣 压入 密炼 室 ，
最后 被转 子 推 出密 炼 室 。混 炼 过程 中 ， 胶 料 在 密
图 １ 六棱 同步 转 子 的实 体 造 型
炼 室 内壁 和转 子表 面形 成 的狭 小 空 隙 内流 动 ， 由
于转 子 的几何形 状 非 常 复 杂 ， 因 此 由密 炼 室 内壁
１ ． ２ 数 学 模 型
考虑 到流场 几何 形状 、 物料性 质 、 流动状 态 和
点进行 描述 和定 量 分 析几 乎 是 无法 实 现 的 ， 因此
用 １ ． ７ Ｌ密炼 机实 际尺寸 完全 一样 ， 如图 １ 所示。
ห้องสมุดไป่ตู้
六棱 同步 转 子 由 ３条长 棱 和 ３条 短棱 组 成 ， 与 二 棱 和 四棱 转子 相 比 ， 棱数 多 ， 提 高 了转子 的吃 料能
力， 而且 胶料 在相 同时 间 内通 过 转 子棱 顶 与 密 炼 室 内壁 间隙 的次 数增 多 ， 胶 料 受 到 的 剪切 次 数 增 加， 相 当于增 大 了剪切应力 和 剪切速 率 ， 有利 于提
中 图 分 类号 ： ＴＱ３ ３ ０ ． ４ ４ ； ０２ ４ １ ． ８ ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ９ ０ Ｘ（ ２ Ｏ １ ４ ） ０ ４ ０ ２ ３ ６ ０ ５
六棱同步转子密炼机混炼工艺参数优化
排料控 制采用 时 间一 率 曲线 联合 控制 法 ， 功 即 分段 加料采 用时 间控 制 法 ， 后排 料 采 用功 率 曲 最
线控 制法 。
剂 Ａ ２ 防 老 剂 Ｒ １ ５ 防 老 剂 ４ ２ ２ 微 晶 ， Ｄ ．， ００ ，
作 者 简 介 ： 国栋 （ ９ ９）男 ， 东 诸 城 人 ， 金 森 工 业 橡 胶 陈 １ ７一 ， 山 哈 制品（ 苏州 ） 限 公 司 工 程 师 ， 岛 科 技 大 学 在 读 硕 士 研 究 生 ， 有 青 主
１ 实 验 １ １ 主 要 原 材 料 ．
机， 上海橡 胶机 械厂产 品 ； Ｂ型 平板 硫 化机 ， ＱＬ 上 海 第一橡胶 机 械厂产 品 。Ｘ － Ｄ １型 电子 显微镜 ， 江 苏 光学仪 器厂产 品 。Ａ 一０ ０ Ｉ８ ０ Ｓ型 电子 拉力 机 ， 中
国台湾高铁 科技 股份有 限公 司产品 。Ｑ 一６型 橡 Ｐ１
维普资讯
第 ９期
陈 国 栋 等 ． 棱 同步 转 子 密 炼 机 混炼 工 艺 参 数 优 化 六
５７ ４
六棱 同步转 子 密 炼机 混 炼 工 艺参 数优 化
陈 国栋 ， 传 吉。 汪 传 生 。 王 ，
［． 金 森 工业 橡 胶 制 品 （ 州 ） 限公 司 ， 苏 苏 州 ２ ５ ２ ；． 岛 科 技 大 学 机 电 工 程学 院 ， 东 青 岛 ２ ６４ １哈 苏 有 江 １ １ ２２ 青 山 ６０ ２ ３ 山东 安 驰 轮 胎有 限 公 司 ， 东 诸 城 ２ ２３ ］ ． 山 ６ ２３
Ｉ ＂ １ ２ ・ｇ ， 岛 德 固 萨 化 工 有 限 公 司 产 品 ； 炭 青 白
胶塑炼 工 艺为： 烘胶
破 胶
密炼机转子的发展及最新技术
密炼机转子的发展 及最新技术李纪新１，谢小红２（１． 全国橡胶塑料设计技术中心，北京 １０００３９；２． 风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）摘要：B an b u ry 密炼机在近100年的发展中，其转子经过了剪切型、啮合型、啮合间隙可变、等速转子及挤压流转子等一系列的改进和完善，基本满足了轮胎工业尤其是子午线轮胎对混炼胶高产量、高质量的要求，满足了混炼批量小、批次重复多的橡胶制品的质量要求和加工速度要求。
本文在概述转子主要变革的同时，归纳了各类型转子的特点。
关键词：密炼机；转子；相切型；啮合型；啮合间隙可变型；同步转子；Ｃｏｆｌｏｗ；挤压流中图分类号：TQ330.43 文献标识码：B 文章编号：1009-797X(2004)11-0017-08作者简介：李纪新（1950－），女，1989年毕业于原化工部干部管理学院英语系，现从事科技期刊编辑工作。
收稿日期：2004－02－25密炼机是橡胶工业极为重要的混炼设备。
转子是其中的核心部件，它的构型直接影响着密炼机的特性，影响密炼机混炼的质量。
可以说密炼机的发展史亦是一部密炼机转子的发展史。
从世界流行应用最早最广、至今仍在世界橡胶工业上占有重要地位的美国Fa rr e l 公司F 系列本伯里密炼机开始，到德国Werner&Pfleiderer 公司的GK 系列密炼机、英国Francis Shaw 公司的K 系列密炼机，人们为密炼机转子设计付出了巨大的努力，走过了艰苦的历程。
１ Ｂａｎｂｕｒｙ 剪切型转子密炼机最早是德国人Pfleiderer 以Freyburger 专利为基础研制出的，并于1878~1879年间申请了新型密炼机的设计专利。
其中的转子设计见图1 ［1］ 。
图中a 、b 、c 表示Pfleiderer 所设计的不同结构的转子凸棱。
1894年Pfleiderer 又提出一种新型转子设计专利，见图2［1］ 。
20世纪初，随着充气轮胎的制造成功，橡胶工业对混炼胶的需求加大，急需一种比开炼机生产率更高的炼胶机。
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（2）独特的转子构型
同步转子除了两转子间的速比为1:1外，更
重要的是两转子的构型发生了变化。它按棱数的
不同，可以分为两棱、三棱、四棱和六棱同步转
子等，目前广泛采用的是两棱和四棱同步转子。
同步转子与异步转子的构型区别，主要表现在：
长短棱的长度、分布及排列型式，突棱螺旋角的
大小，以及突棱之间螺旋角的差值等等。一般来
控制作用，故在传热
方面有了重大改进，
这一结构还提高了转
子的强度和刚度。
§3 同步转子的优点
（1）吃料能力，剪切、撕裂及拉伸等作用均得 以增强；
（2）分散和分布混炼效果好； （3） 炭黑分散度高； （4）同一车胶料之间和各批次胶料之间的均匀
性好、温差小；
（5）虽然消耗的功率峰值较大，但混炼时间短， 生产效率高，单位能耗低；
混炼室打开的情况
局部放大图
性造成了不良影响。
由于两转子转速不同，两转子对物料
的“拉力”作用时刻在变化，使胶料在密
炼室中的流动也是不均匀的。虽然通过上、
下顶栓时，进行了分流、混合，这种误差
可相对减小，但总是消除不掉的。另外，
随着强剪切转子的使用，混炼时间更加缩Βιβλιοθήκη 短，在转子转速比较低的情况下，这种误
差在异步转子密炼机中将难以消除且会越
（1）前后转子的速比为1:1
异步转子前后转子速度不同，其速比一 般在 1：1.15左右。过去的混炼理论认为， 两转子速比不同可增大胶料在两转子间的剪 切、摩擦作用，提高混炼胶填充剂的分散速 度，增强混炼效果。
但在实际混炼过程中，转子之间速比的 作用远远赶不上开炼机辊筒之间的速比 作用。这是因为密炼机的转子结构不同 于开炼机的辊筒式结构，辊筒是一个等 径圆柱体，而密炼机转子是不规则的， 其回转直径是变化的，再加上转子的突 棱是螺旋形的，因此，无论是异步转子 还是同步转子，在两个转子作相对回转 的过程中，其速比都在不断地发生变化。
同步转子技术专题
§1 同步转子的概念
同步转子技术（Synchronous Rotor
Technology)最早是由美国法勒尔公司（Farrel
Co.）的N.O.诺泰（N.O.Nortey）在1980年提
出的。
同步转子不仅仅指的是前后转子的速比是 1：1，而且转子的构型也与异步转子的不同 。
§2 同步转子的主要技术特征
（6）能适应各种配方的混炼或混合。 综合同、异步转子密炼机的优、缺点并加以
对比，可见，同步转子的性能远远优于异步转子。
§4 同步转子构型
二棱同步转子
四棱同步转子
六棱同步转子
§5 X(S)M-1.7YTB密炼机简介
主 机 部 分
温控部分
控制部分
液 压 部 分
传动部分和润滑泵
整机的三维造型
讲，同步转子螺旋突棱的螺旋角差值可在0～15O
范围内选用，最佳值为0～8O。
（３）合适的相位关系
由于两同步转子的转速相同，当两转子之间 的初始位置确定后，在旋转工作中，两转子之间 的相对位置，在每转过程中就不再变化了，我们
把这一初始位置称作两转子之间的相位关系，这
也是它不同于异步转子的主要区别之一。异步转 子由于前后转子的转速不同，因此，两转子之间 的相位关系是变化的，它不是按转速而循环，而 是按时间来循环的，因此，它无规律可循。
来越大。
同步转子密炼机的速比为1:1，且转子构型 完全相同，工作中，突棱间始终保持点啮合的 方式，两半密炼室内的速度梯度也完全相同， 胶料流动的方式、速度也大体一致，从而保证 了两半密炼室内具有相同的温度梯度，并使胶 料在相同的粘度下经受剪切、捏炼作用，使其 在转子表面及密炼室内具有基本相同的流变特 性，从而保证了填料在混炼过程中能得到更好 的分散和分布，排出的胶料温度也基本一致， 从而优化了混炼工艺，提高了混炼胶的质量。
对同步转子来讲，由于相位固定，如何确定
两转子突棱的排列形式，以获得最佳的相位关系 以及如何利用相位固定这种特性，是同步转子的
技术关键。它直接影响同步转子密炼机的性能、 产量和混炼胶的质量。
（4）优良的热传导性
同步转子具有比异步转子更强的剪切、拉伸和 挤压作用，消耗的功率增加，这样形成剪切热更 大，因此，密炼室采用小孔串联钻孔冷却，转子 采用强制性冷却，如图所示。从图中可以看出， 将转子棱峰处的冷却通道与转子中心轴的冷却通 道连接起来，使循环水处于强制流动状态，从而 对转子棱峰的温度具有强大的
两转子之间由前后转子转速不同产生的速
比，与两转子在相对回转过程相比，其回转半
径的变化所产生的速比要大得多。由于异步转
子之间存在着的这种变化的、无规则的速比，
使得胶料在两半密炼室中受到的剪切、捏炼作
用是不同的，物料在两半密炼室中产生了一个
温度梯度和粘度梯度，其分布是不均匀的，这
对同一车胶料，以及各批胶料之间的质量均一