双轴异径差速桨叶调质器工作性能的分析探讨

■张小静 王顺喜 李建平 欧阳勰

（中国农业大学工学院，北京 100083）

从1988年美国Wenger公司发明用于挤压膨化机的双轴桨叶调质器以来，该类设备已在国际饲料、宠物食品、食品加工业中得到了广泛应用。目前Wenger公司生产的DDC调质器质量仍处于国际领先水平。国内著名生产企业的产品质量也在提高，逐步接近国际先进水平，但部分小型饲料机械生产企业生产的双轴桨叶调质器质量较差，仍然有待进一步提高。

1 双轴异径差速桨叶调质器的基本工作原理

双轴异径差速桨叶式调质器又称DDC预调质器,它是在单轴桨叶式调质器的基础上发展起来的。双轴异径差速桨叶调质器的基本结构如图1，它主要由机壳、转子、桨叶等部分组成。

其壳体由两个不同半径的大半圆焊接而成,壳体内装有两根转速不同的叶片搅拌轴,两个搅拌转子通常为水平平行排列，直径一大一小（其剖面结构如图1所示），以某调质器结构为例，两个转子上各安装60个桨叶，壳体中部设有多个可单独调节蒸汽量的蒸汽注入口和液体添加口。由于原料之间的不兼溶性、物料组分密度和粒度差异等增加了调质器的工作难度，采用双轴差速调质器可以强化调质过程，调质器的双轴转速不等、旋向相反、大转子转速通常为小转子转速的1/2，桨叶差速搓动旋转，调质器内的物料从两搅动轴中间被向上抛起并与蒸汽一起形成对流，剪切和交错混合，物料实际进行了复杂的空间运动，既有绕单轴的螺旋运动，又有被桨叶抛向对侧运动区域，参加另一轴的物料螺旋运动，物料在两转子之间穿插向前运动，形成立体的螺旋式“8”字形运动路线，与单轴调质器相比，物料径向运动路线大大延长，实际调质时间也得到相应延长，同时有些双轴变频调速可以使物料轴向运动速度有更宽的调节范围。在一定的湿度、温度和外界机械作用力条件下，经过一定时间的双轴差速揉搓调质，其物料场、湿度场、温度场基本均匀化，淀粉实现了糊化，调质过程得以完成。

图1 双轴异径差速调质器剖面结构

2 双轴异径差速桨叶调质器性能特点

双轴异径差速桨叶调质器优点比较明显，调质时间长(几十秒至240 s)，平均时间为150～180 s；淀粉糊化度较高，有些可达40%～50%，高的可以大于50%；调质过程中液体添加比例高，比普通桨叶式调质器能更有效地提高调质的均匀性；调质适应性强，能适应多种水产饲料的调质，可以满足特殊颗粒饲料高熟化率和高杀菌率的要求，能显著提高制粒和挤压膨化生产效率；自清洁能力强，两转轴桨叶之间的高速相对运动可以借助物料对流运动实现相互“洗刷”，它比等直径双轴桨叶式调质器有更高的自清洁能力。目前双轴异径差速桨叶调质器也存在一些共性问题，比如残留量较高、成本较高、物料先进先出性能有待完善等问题。

3 双轴异径差速桨叶调质器部分要点分析

双轴异径差速桨叶调质器工作性能受多种因素影响，如果要改善或提高双轴异径差速桨叶调质器工作性能，部分要点值得重视：

3.1 调质物料场、温度场、湿度场均匀度有待进一步提高，宏观层面的三场大体均匀化经常掩盖了三场实际存在的局部不均匀化，比如调质腔室底层物料组分的均匀度与上层物料组分的均匀度有差异等。

3.2 双转子工作流量要兼顾，在调质运动过程中两边物料相向混合流量应近似相等，即在同等时间内，大转子的工作流量（考虑转速与其扫过的面积的乘积等因素）应与小转子的工作流量（考虑转速与其扫过的面积的乘积等因素）近似相等，若两边物料流量不对等，容易发生混合调质质量局部不均匀，引起堵塞等现象。

3.3 不同机械作用力对调质效果的影响不同，试验发现物料在混合调质过程中，推挤力、摩擦力、抛洒力、剪切力、冲击力，碰撞力等外力对调质效果的影响权重各不相同，不同的机械力应区别对待。

3.4 调质器结构和运动参数仍需要深入优化，调质器结构参数和运动参数如叶片结构、形状、数量，布置形式、腔室结构、配置参数，各轴转速搭配与物料的适配性调整等方面仍有较大的优化完善空间。

4 未来双轴异径差速桨叶调质器有待深入研究的几个方向探讨

由于双轴异径差速桨叶调质器中的混合物料的空间运动和淀粉微观糊化过程复杂,饲料调质的基础理论比较缺乏，调质器的微观详细调质机理和淀粉多种动态糊化内在规律还不甚清楚，国内外对双轴异径差速桨叶调质器的深层基础理论研究并不多见，指导设计的理论比较贫乏，它的许多结构参数和运动参数设计仍带有很大的经验性和参照性,双轴异径差速桨叶调质器还需要进行更深入的基础理论和应用试验研究。

4.1 调质温度场、湿度场在调质全程的变化规律研究。调质过程中，混合物料各点的温度、湿度并非均匀一致，调质器同一横断面不同点的温度、湿度也不同，轴向不同位置点的温度、湿度亦有差异，同一物料从进料口到出料口经过不同位置其温度、湿度都在变化，调质温度场、湿度场的动态变化规律研究比较缺乏。

4.2 调质物料场在调质全程的变化规律研究。由于调质饲料组分的种类很多，各组分的物化性质各不相同，调质对其影响程度也有较大差异，调质过程中其各种组分的动态空间分布规律等不甚清楚，但它对调质效果有影响是众所周知的。

4.3 调质外力场在调质全程的变化规律研究。外力场对调质过程和调质结果有重要的影响，调质腔室内横向、纵向空间外力场的分布规律、动态变化规律，比如外力场中常见的一种力——压力，在低压、常压、高压三种状态下饲料调质呈现的多种不同调质规律等的研究是有必要的。

4.4 在调质全程的淀粉糊化度与内部微观结构变化规律研究。在调质过程中，单颗粒物化性质变化与淀粉糊化的微观变化，多颗粒之间的相互扩渗、流变参混，质点系形态的微观结构变化与淀粉糊化关系，微观调质多种规律等对物料调质效果的影响是重大的。

4.5 调质时间、湿度、温度和外力综合作用对调质效果的影响规律研究。淀粉糊化是调质时间、湿度、温度和外力等多个因素共同作用的结果，它们之间的独立和协同调质作用规律比较复杂，但调质理论和生产实际迫切需要在这方面能出现有价值的基础理论、应用性或指导性的研究结果。

4.6 改善或提高双轴异径差速桨叶调质器性能方面的研究。双轴异径差速桨叶调质器的性能提高可以是多方面的，也可以是单方面持续不断的，比如减少物料残留量新技术（不粘壁技术等），调质物料的先进先出，缩小物料内部不同步新技术等，这些理论研究和实用新技术的开发具有较大的实用价值。

（参考文献若干篇，刊略，需者可函索）