高黏度物料固液挤压分离技术与装备研究

摘要

高黏度物料一般指的是动力黏度值大的物料，而在固液分离领域可将高黏度物料定义为脱水压力高的物料，如超高分子量聚异丁烯、胶泥等。
　　针对高黏度物料，一般的挤压脱水装备脱水效果不好，甚至在挤压脱水过程中，装备会发生故障。故本文对高黏度物料挤压脱水装备设计及安全性评价进行了研究，其主要工作和成果如下:
　　(1)针对高黏度物料螺旋挤压脱水进行初步的机理研究，分别对高黏度物料在单、双螺杆的不同位置所处的流动状态，建立压榨物理模型及与之对应的数学模型。以模拟物料为研究对象，通过一维压榨脱水实验研究高黏度物料脱水与压力的关系，并选择高黏度物料挤压脱水装置的类型。
　　(2)通过数值模拟的方法得出螺纹元件组的挤出特性曲线。根据基于挤出特性曲线的设计方法设计三种不同的螺杆构型，分析每种螺杆构型的脱水效果，并研究转速对三种螺杆构型压力和填充度的分布的影响，最后对螺杆构型进行优化使其挤压脱水效果更佳。
　　(3)对不同结构形式的机筒的变形、应力分布和端面接触间隙进行有限元数值计算，并分析不同的因素对端面夹紧效果的影响。然后对高扭矩下高黏度物料双螺杆挤压脱水机组渐开线花键芯轴的应力，变形及扭转角的大小进行有限元数值模拟计算，并进一步研究齿数、模数对渐开线花键(GB)的受力影响，最后对整个挤压系统进行安全性分析及优化。
　　(4)结合工程样机实验，分析脱水过程中的可能故障，对系统建立故障树，找出可能导致脱水机发生故障的因素并结合模拟结果，进行安全预警。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 高黏度物料固液分离机理的研究现状

1．2．1 渗流模型

1．2．2 滤饼过滤

1．2．3 压榨过滤理论研究现状

1．2．4 螺旋挤压过滤机理的研究

1．2．5 螺旋挤压固-液分离影响因素的研究

1．3 螺旋挤压固液分离技术与装备研究

1．3．1 新型螺旋挤压固液分离技术

1．3．2 螺旋挤压固液分离装备

1．4 设备安全评价方法的应用

1．5 研究内容

第二章 高黏度物料螺旋挤压脱水机理

2．1 高黏度物料螺旋挤压脱水装备的特性

2．1．1 单螺杆挤压脱水设备

2．1．2 双螺杆挤压脱水设备

2．1．3 建压机头的介绍

2．2 高黏度物料挤压脱水机理分析

2．2．1 物料在挤压脱水机中状态的分析

2．2．2 压榨模型的数学模型

2．3 高黏度物料脱水效果与压力的关系

2．3．1 实验原理与实验设计

2．3．2 实验装置

2．3．3 实验结果及分析

2．3．4 高黏度挤压脱水设备的选型

2．4 小结

第三章 螺杆构型对高黏度物料脱水的影响

3．1 螺杆元件简介与基本参数

3．2 螺纹元件组流道有限元数值模拟

3．2．1 数学模型

3．2．2 螺纹元件组流道的几何模型

3．2．3 网格划分与边界条件

3．2．4 模拟结果分析

3．3 基于螺纹元件组流道数值模拟结果的螺杆构型设计方法

3．3．1 螺纹元件组的挤出特性曲线

3．3．2 螺杆构型的设计

3．4 不同螺杆构型的压力和填充度分布分析

3．4．1 转速对不同螺杆构型压力和填充度分布的影响

3．4．2 螺杆构型的优化

3．5 小结

第四章 高黏度物料螺旋挤压脱水机挤压系统安全性分析

4．1 高黏度物料螺旋挤压脱水机组挤压系统的简要介绍

4．2 法兰连接式机筒有限元计算分析

4．2．1 法兰连接式机筒物理模型与网格划分

4．2．2 法兰连接式机筒的载荷和约束

4．2．3 法兰连接式机筒有限元结果分析

4．2．4 不同因素对法兰连接式机筒端面夹紧效果的影响

4．3 上下剖分式机筒有限元计算分析

4．3．1 上下剖分式机筒物理模型与网格划分

4．3．2 上下剖分式机筒的载荷和约束

4．3．3 上下剖分式机筒有限元结果分析

4．3．4 不同因素对上下剖分式机筒端面夹紧效果的影响

4．4 高黏度物料螺旋挤压脱水机组渐开线花键芯轴的有限元计算分析

4．4．1 渐开线花键芯轴几何模型

4．4．2 渐开线花键芯轴网格划分

4．4．3 渐开线花键芯轴的载荷和约束

4．4．4 渐开线花键(GB)芯轴的有限元计算分析

4．4．5 模数、齿数对芯轴的受力影响

4．5 挤压系统的安全性分析及优化

4．6 小结

第五章 基于故障树法脱水过程故障分析研究

5．1 故障树分析法的简要介绍

5．2 工程样机实验

5．3 脱水过程故障分析

5．3．1 故障分类

5．3．2 故障分析与预警

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 研究成果

6．2 课题展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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