Kaip sumažinti plastiko ekstruzijos energijos suvartojimą

Plastiko ekstruzijos energijos naudojimas yra viena iš tų išlaidų, kurias tikrai pastebite tik tada, kai pasirodo sąskaita. Jei linija eina diena iš dienos, poveikis tampa didesnis. Taigi tikrasis klausimas yra ne apie kelių procentų apipjaustymą kažkur; tai išsiaiškinti, kur iš tikrųjų eina energija. Kai šis paveikslas bus sukurtas, būdai, kaip sumažinti ekstruderio energijos suvartojimą, pradeda atrodyti konkretūs ir įgyvendinami.

Įprastame sraigtiniame ekstruderyje apie 60–70 % energijos tenka varikliui ir pavaros sistemai, 20–30 % – statinės šildymui (daugelis linijų tai įvertina ranka), o likusi dalis – aušinimui, pagalbiniams įrenginiams ir nuostoliams (. 1 pav.). Šie skaičiai yra naudingi kaip apytikslis atskaitos taškas ir, be jokios abejonės, skiriasi įvairiose eilutėse, tačiau tai nėra taisyklės. Net ir toje pačioje linijoje santykinės dalys pasikeis priklausomai nuo varžto konstrukcijos, medžiagos, pralaidumo, temperatūros nustatytų verčių ir linijos veikimo.

Variklis kartais apibūdinamas kaip tiesiog sukantis varžtą. Tame aprašyme trūksta didžiosios dalies darbo. Tiesą sakant, pavara turi pernešti kietąsias medžiagas per statinę, jas suminkštinti ir išlydyti, sumaišyti lydalą, didinti slėgį ir įveikti šlyties atsparumą. Visuose šiuose etapuose sunaudojama energija. Dalis jo tampa naudinga lydant ir maišant; kai kurie tampa šiluma, kurią reikia pašalinti aušinant. Taigi variklio efektyvumas ir proceso elgsena negali būti vertinami atskirai.

Senesnėse mašinose vis dar gali būti naudojami nuolatinės srovės varikliai arba standartiniai kintamosios srovės varikliai su elektromagnetiniu greičio valdymu (kuris gali veikti, bet dažnai yra mažiau efektyvus nei modernesnės pavaros). Kintamo dažnio pavara dabar yra įprasta bazinė sistema – ji leidžia sukti varžtą tinkamu apkrovos greičiu, o ne sukti jį fiksuotu dideliu greičiu ir reguliuoti kitur. Tačiau praktinė nauda neapsiriboja elektros energija: geresnis greičio valdymas pagerina proceso stabilumą ir sumažina nereikalingą mechaninės energijos sąnaudas.

Kintamo dažnio pavara dabar yra įprastas pagrindas. Tai leidžia sraigto sukimosi greitį atitikti faktinę apkrovą, o ne važiuoti fiksuotu dideliu greičiu ir reguliuoti kitur. Praktinė nauda yra ne tik elektrinė. Geresnis greičio valdymas taip pat gali pagerinti proceso stabilumą ir sumažinti nereikalingą mechaninės energijos sąnaudas.

Kitas variantas yra nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai. PMSM gali būti efektyvesnis nei standartinis trifazis indukcinis variklis, o skirtumas dažnai labiau pastebimas esant mažam greičiui ir nedidelėms apkrovoms. Tikslus padidėjimas priklauso nuo variklio dydžio, apkrovos profilio, valdymo metodo ir likusios pavaros. Praktiškai gerai suderintas variklis ir pavara yra vertingesni nei didesnis variklis, veikiantis daug žemiau efektyvaus diapazono. Didesnė įdiegta galia automatiškai nereiškia geresnio veikimo. Tai gali reikšti didesnius nuostolius tuščiosios eigos metu, prastesnį galios koeficientą ir daugiau energijos suvartojimo vienam kilogramui produkto.

Statinės šildymas yra antra pagrindinė apkrova. Įprastos aliuminio lydinio šildymo juostos yra paplitusios, tačiau jos nėra ypač efektyvios. Didelė šilumos dalis gali būti prarasta aplinkiniam orui. Šiltose dirbtuvėse šis praradimas taip pat padidina aušinimo apkrovą, o tai yra dviguba bauda.

Izoliacija padeda. Taip pat ir alternatyvūs šildymo būdai, tokie kaip elektromagnetinis šildymas ir infraraudonųjų arba nano-infraraudonųjų spindulių šildymo ritės. Šios konstrukcijos dažnai skatinamos siekiant didesnio šiluminio efektyvumo, greitesnio atsako ir žemesnės paviršiaus temperatūros. Kai kuriuose įrangos palyginimuose pranešta, kad perėjus nuo neizoliuotų aliuminio juostų prie izoliuotų didelio efektyvumo šildytuvų, šildymo energija sumažėja maždaug 30–50%. Šis skaičius turėtų būti traktuojamas kaip krypties pavyzdys, o ne garantuotas rezultatas. Tikrasis sutaupymas priklauso nuo statinės konstrukcijos, temperatūros nustatytų verčių, izoliacijos būklės, aplinkos sąlygų ir paties proceso.

Šildymo efektyvumas taip pat yra proceso problema. Jei zona nuolat vėsinama, kol šildytuvas vis dar prideda energijos, problema gali būti ne tik šildytuvas. Tai gali būti per didelis šlydis toje zonoje, bloga temperatūros kontrolė arba varžto konstrukcija, kuri generuoja daugiau šilumos, nei reikia procesui. Pakeitus šildytuvus neatsižvelgiant į šias sąlygas, galima daug sutaupyti.

Didžioji dalis polimerą lydančios energijos gaunama ne iš šildymo juostų. Jis ateina iš varžto. Variklis varo varžtą, o varžtas nukerpa medžiagą. Ta mechaninė energija virsta šiluma. Štai kodėl sraigto konfigūracija turi tokį tiesioginį poveikį ekstruderio energijos suvartojimui.

Minkymo blokai, jų kampas, ilgis ir padėtis turi įtakos šlyties intensyvumui ir buvimo trukmei. Daugiau šlyties gali pagerinti dispersinį maišymą, tačiau tai taip pat padidina lydymosi temperatūrą ir gali padidinti variklio apkrovą. Jei zonai reguliariai reikia didelio aušinimo vandens, tai yra ženklas, kad varžtas generuoja daugiau šilumos, nei gali sunaudoti procesas. Variklis dirba, medžiaga įkaista, o aušinimo sistema pašalina papildomą šilumą. Energijos požiūriu tai yra kilpa, kurią verta išnagrinėti.

Varžtų konstrukcija turi būti suderinta su medžiaga, išeiga, maišymo reikalavimais ir galutiniu produktu. Ne kiekvienai ekstruzijos programai reikia didžiausios šlyties. Kartais švelnesnis sraigtinis profilis kartu su atitinkamais maišymo elementais užtikrina geresnį bendrą našumą. Formuluotė taip pat svarbi. Pridėjus veiksmingą tepalą arba kitaip sumažinus lydalo klampumą, gali sumažėti variklio srovė ir šlyties karštis. Dėl to mažiau elektros energijos paverčiama šiluma, kuri vėliau turi būti pašalinta.

Energijos suvartojimas tonai yra naudingesnis matas nei variklio vardinėje lentelėje nurodyta galia. Didelis ekstruderis, veikiantis maža galia, gali sunaudoti daugiau energijos vienam kilogramui nei mažesnė mašina, veikianti netoli savo efektyvaus diapazono. Tas pats principas galioja ir vienoje mašinoje.

Pavyzdžiui, 75 mm ekstruderis, veikiantis nedidele savo galios dalimi, paprastai turi prastą energijos profilį, palyginti su ta pačia mašina, veikiančia arčiau suprojektuoto galios diapazono. Tikslūs skaičiai priklauso nuo medžiagos, varžto, pavaros ir temperatūros profilio, tačiau kryptis aiški. Panaudojimo reikalai. Taip pat atlikite paleidimo, išjungimo, valymo ir medžiagų pakeitimus. Kiekviena tuščiosios eigos minutė vis tiek eikvoja galią, o dažni neefektyvūs perjungimai padidina bendrą sumą.

Todėl gamybos valdymas yra energijos valdymo dalis. Ilgesnių važiavimų planavimas, tuščiosios eigos laiko mažinimas, įrenginio suderinimas su darbu ir proceso parametrų laikymas efektyviame lange gali būti tokie pat svarbūs kaip ir bet kokie aparatūros pakeitimai.

Veiksmingas energijos mažinimas plastiko ekstruzijoje retai yra vieno komponento pataisymas. Paprastai tai lemia variklio ir pavaros parinkimas, statinės šildymo efektyvumas, varžtų konfigūracija, medžiagos sudėtis, proceso parametrai, pralaidumas ir gamybos valdymas. Vienos srities tobulinimas, ignoruojant kitas, gali pakeisti problemą, o ne ją išspręsti. Pavyzdžiui, didelio efektyvumo variklis gali nesutaupyti, jei varžtas sukuria per daug šlyties, o aušinimo sistema sunkiai jį pašalina. Geresnė šildymo sistema gali nelabai padėti, jei temperatūros valdymas nestabilus arba statinė prastai izoliuota.

Ekstruzijos įrangos gamintojams energijos vartojimo efektyvumas yra glaudžiai susijęs su mašinos konstrukcija, varžtų konfigūracija, pavaros parinkimu ir proceso valdymu. JWELL kuria ekstruzijos įrangą, skirtą įvairioms medžiagoms ir pritaikymams, su sistemos konfigūracija, pritaikyta specifiniams gamybos reikalavimams. Praktinis metodas yra įvertinti visą liniją: ko reikia medžiagai, ko reikia gaminiui ir kaip mašina iš tikrųjų naudojama. Tai paprastai padeda sutaupyti daugiau, nei ieškant vieno efektyvumo reikalavimo.

Klausimas, kur eina elektra, turi techninį atsakymą: į pavarą, į statinės šildytuvus, į šlytį ir į daugybę nuostolių, atsirandančių, kai linija eina žemiau efektyvaus diapazono. Geresnis klausimas yra tai, kiek energijos reikia kiekvienai produkto tonai ir ką galima pakeisti, kad ji būtų sumažinta. Tai nukreipia dėmesį nuo komponentų etikečių prie sistemos veikimo. Ekstruzijos metu patikimiausias energijos taupymas paprastai gaunamas suderinus variklį ir pavarą su apkrova, pagerinus šiluminį efektyvumą, suprojektavus sraigtą tikram procesui ir paleidus liniją protinga galia su disciplinuotu gamybos valdymu.