نحوه کاهش مصرف انرژی در اکستروژن پلاستیک

استفاده از انرژی اکستروژن پلاستیک یکی از آن هزینه‌هایی است که فقط زمانی که صورت حساب ظاهر می‌شود متوجه آن می‌شوید. اگر خط روز به روز اجرا شود، تأثیر آن بیشتر می شود. بنابراین سوال اصلی در مورد کوتاه کردن چند درصد در جایی نیست. این در حال کشف کردن است که انرژی واقعاً به کجا می رود. هنگامی که آن تصویر در جای خود قرار گرفت، راه های کاهش مصرف انرژی اکسترودر خاص و قابل انجام است.

در یک اکسترودر پیچ معمولی، حدود 60 تا 70 درصد نیرو به موتور و سیستم محرکه، 20 تا 30 درصد به گرمایش بشکه (بسیاری از خطوط این را با دست تخمین می زنند) و بقیه به سرمایش، وسایل کمکی و تلفات می رسد (شکل. 1). این اعداد به عنوان یک نقطه شروع تقریبی مفید هستند - و بدون شک، از خطی به خط دیگر متفاوت هستند - اما آنها قانون نیستند. حتی در همان خط، سهم نسبی با طراحی پیچ، مواد، توان عملیاتی، نقاط تنظیم دما و نحوه عملکرد خط تغییر خواهد کرد.

موتور گاهی اوقات به عنوان چرخاندن ساده پیچ توصیف می شود. این توصیف بیشتر کار را از دست داده است. در واقع، درایو باید مواد جامد را از طریق بشکه منتقل کند، آنها را نرم و ذوب کند، مذاب را مخلوط کند، فشار ایجاد کند و بر مقاومت برشی غلبه کند. انرژی در تمام این مراحل مصرف می شود. مقداری از آن ذوب و اختلاط مفید می شود. مقداری تبدیل به گرما می شود که باید با سرد کردن از بین برود. بنابراین، راندمان موتور و رفتار فرآیند را نمی توان به طور جداگانه ارزیابی کرد.

ماشین‌های قدیمی‌تر ممکن است همچنان از موتورهای DC یا موتورهای AC استاندارد با کنترل سرعت الکترومغناطیسی استفاده کنند (که می‌توانند کار کنند، اما اغلب کارآمدتر از درایوهای مدرن‌تر هستند). درایو فرکانس متغیر اکنون یک خط پایه رایج است - به شما این امکان را می دهد که پیچ را با سرعت مناسب برای بار اجرا کنید نه اینکه آن را با سرعت بالا ثابت و دریچه گاز در جای دیگری اجرا کنید. اما مزیت عملی فراتر از الکتریسیته است: کنترل سرعت بهتر، پایداری فرآیند را بهبود می بخشد و انرژی مکانیکی غیر ضروری را کاهش می دهد.

درایو فرکانس متغیر در حال حاضر یک خط پایه رایج است. این اجازه می دهد تا سرعت پیچ با بار واقعی مطابقت داشته باشد به جای اینکه با سرعت بالا ثابت کار کند و در جاهای دیگر گاز بگیرد. مزیت عملی آن فقط الکتریکی نیست. کنترل سرعت بهتر همچنین می تواند ثبات فرآیند را بهبود بخشد و انرژی مکانیکی غیر ضروری را کاهش دهد.

موتورهای سنکرون آهنربای دائم گزینه دیگری هستند. یک PMSM می تواند کارآمدتر از یک موتور القایی سه فاز استاندارد باشد و این تفاوت اغلب در سرعت کم و بار سبک بیشتر قابل توجه است. بهره دقیق به اندازه موتور، پروفیل بار، روش کنترل و بقیه قسمت های درایو بستگی دارد. در عمل، یک موتور و درایو که به خوبی تطبیق داده شده اند، ارزش بیشتری نسبت به یک موتور بزرگتر دارند که بسیار کمتر از محدوده کارآمد آن کار می کند. قدرت نصب شده بالاتر به طور خودکار به معنای عملکرد بهتر نیست. این می تواند به معنای تلفات بدون بار بیشتر، ضریب توان ضعیف تر و مصرف انرژی بیشتر به ازای هر کیلوگرم محصول باشد.

گرمایش بشکه دومین بار اصلی است. نوارهای گرمایشی معمولی ریخته گری آلومینیومی رایج هستند، اما کارایی خاصی ندارند. بخش قابل توجهی از گرما را می توان به هوای اطراف از دست داد. در یک کارگاه گرم، این تلفات نیز به بار خنک کننده اضافه می کند که جریمه مضاعف است.

عایق کمک می کند. بنابراین روش های گرمایش جایگزین مانند گرمایش الکترومغناطیسی و کویل های گرمایش مادون قرمز یا نانو مادون قرمز را انجام دهید. این طرح‌ها اغلب برای بازده حرارتی بالاتر، پاسخ سریع‌تر و دمای سطح پایین‌تر ترویج می‌شوند. در برخی از مقایسه‌های تجهیزات، تغییر از نوارهای آلومینیومی بدون عایق به بخاری‌های با راندمان بالا عایق‌شده گزارش شده است که انرژی گرمایشی را تقریباً 30 تا 50 درصد کاهش می‌دهد. این رقم باید به عنوان یک مثال جهت دار در نظر گرفته شود، نه یک نتیجه تضمین شده. صرفه جویی واقعی به طراحی بشکه، نقطه تنظیم دما، شرایط عایق، شرایط محیطی و خود فرآیند بستگی دارد.

راندمان گرمایش نیز یک مسئله فرآیندی است. اگر یک منطقه به طور مداوم خنک شود در حالی که بخاری هنوز انرژی اضافه می کند، ممکن است مشکل تنها بخاری نباشد. ممکن است برش بیش از حد در آن ناحیه، کنترل ضعیف دما، یا طراحی پیچی باشد که گرمای بیشتری نسبت به نیاز فرآیند تولید می کند. تعویض بخاری ها بدون توجه به این شرایط می تواند مقدار زیادی از صرفه جویی بالقوه را روی میز باقی بگذارد.

بیشتر انرژی که پلیمر را ذوب می کند از نوارهای گرمایشی نمی آید. از پیچ می آید. موتور پیچ را به حرکت در می آورد و پیچ مواد را برش می دهد. آن انرژی مکانیکی به گرما تبدیل می شود. به همین دلیل است که پیکربندی پیچ تأثیر مستقیمی بر مصرف انرژی اکسترودر دارد.

بلوک‌های خمیر، زاویه، طول و موقعیت آنها همگی بر شدت برش و زمان ماند تأثیر می‌گذارند. برش بیشتر می تواند اختلاط پراکنده را بهبود بخشد، اما همچنین دمای مذاب را افزایش می دهد و می تواند بار موتور را افزایش دهد. اگر یک منطقه به طور منظم به آب خنک کننده سنگین نیاز دارد، این نشانه ای است که پیچ بیش از آنچه فرآیند می تواند استفاده کند، گرما تولید می کند. موتور در حال انجام کار است، مواد در حال گرم شدن است و سیستم خنک کننده گرمای اضافی را از بین می برد. از نقطه نظر انرژی، این حلقه ای است که ارزش بررسی دارد.

طراحی پیچ باید در برابر مواد، خروجی، نیاز اختلاط و محصول نهایی متعادل باشد. هر کاربرد اکستروژن به حداکثر برش نیاز ندارد. گاهی اوقات یک پروفیل پیچ ملایم تر، همراه با عناصر اختلاط مناسب، عملکرد کلی بهتری را ارائه می دهد. فرمولاسیون نیز مهم است. افزودن یک روان کننده موثر یا کاهش ویسکوزیته مذاب می تواند جریان موتور را کاهش داده و حرارت برشی را کاهش دهد. در نتیجه انرژی الکتریکی کمتری به گرما تبدیل می شود که بعداً باید حذف شود.

مصرف انرژی در هر تن نسبت به قدرت پلاک موتور معیار مفیدتری است. یک اکسترودر بزرگ که با خروجی کم کار می کند می تواند انرژی بیشتری را در هر کیلوگرم نسبت به یک ماشین کوچکتر که در نزدیکی محدوده کارآمد خود کار می کند، مصرف کند. همین اصل در یک ماشین اعمال می شود.

به عنوان مثال، یک اکسترودر 75 میلی‌متری که با کسر کوچکی از ظرفیت خود کار می‌کند، معمولاً در مقایسه با دستگاه مشابهی که نزدیک‌تر به محدوده خروجی طراحی‌شده کار می‌کند، مشخصات انرژی ضعیفی دارد. اعداد دقیق به مواد، پیچ، درایو و مشخصات دما بستگی دارد، اما جهت مشخص است. استفاده مهم است. بنابراین راه اندازی، خاموش کردن، پاکسازی و تغییرات مواد را انجام دهید. هر دقیقه دویدن در حالت بیکار همچنان انرژی مصرف می کند و تعویض های مکرر ناکارآمد به کل می افزاید.

بنابراین مدیریت تولید بخشی از مدیریت انرژی است. برنامه ریزی برای اجراهای طولانی تر، کاهش زمان بیکاری، تطبیق دستگاه با کار، و حفظ پارامترهای فرآیند در یک پنجره کارآمد می تواند به اندازه هر تغییر سخت افزاری مهم باشد.

کاهش انرژی موثر در اکستروژن پلاستیک به ندرت یک راه حل تک جزئی است. معمولاً از ترکیبی از انتخاب موتور و درایو، راندمان گرمایش بشکه، پیکربندی پیچ، فرمول بندی مواد، پارامترهای فرآیند، توان عملیاتی و مدیریت تولید می آید. بهبود یک حوزه در حالی که نادیده گرفته می شود می تواند مشکل را به جای حل آن تغییر دهد. به عنوان مثال، اگر پیچ در حال ایجاد برش بیش از حد باشد و سیستم خنک کننده سخت برای حذف آن کار کند، یک موتور با راندمان بالا ممکن است صرفه جویی مورد انتظار را نداشته باشد. اگر کنترل دما ناپایدار باشد یا بشکه عایق بندی ضعیفی داشته باشد، ممکن است یک سیستم گرمایش بهتر کمک چندانی نکند.

برای تولید کنندگان تجهیزات اکستروژن، بهره وری انرژی ارتباط نزدیکی با طراحی ماشین، پیکربندی پیچ، انتخاب درایو و کنترل فرآیند دارد. JWELL تجهیزات اکستروژن را برای مواد و کاربردهای مختلف با پیکربندی سیستم سازگار با نیازهای تولید خاص توسعه می دهد. رویکرد عملی ارزیابی کل خط است: مواد به چه چیزی نیاز دارد، محصول به چه چیزی نیاز دارد و واقعاً ماشین چگونه کار می کند. این معمولاً صرفه جویی بادوام تری نسبت به تعقیب یک ادعای بهره وری ایجاد می کند.

این سوال که الکتریسیته به کجا می رود یک پاسخ فنی دارد: به درایو، به بخاری های بشکه، به برش، و در مورد تلفات بسیاری که وقتی یک خط از محدوده کارآمد خود عبور می کند ظاهر می شود. سوال بهتر این است که هر تن محصول به چه مقدار انرژی نیاز دارد و چه چیزی را می توان برای کاهش آن تغییر داد. که توجه را از برچسب‌های اجزا به عملکرد سیستم معطوف می‌کند. در اکستروژن، مطمئن ترین صرفه جویی در انرژی از تطابق موتور و درایو با بار، بهبود راندمان حرارتی، طراحی پیچ برای فرآیند واقعی، و اجرای خط در خروجی معقول با مدیریت تولید منظم حاصل می شود.