2011-10-8 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：擠出機(jī)節(jié)能方案 模具 加工材料類型
不斷攀升的原料成本與能源成本壓力，讓節(jié)能、節(jié)材成為擠出加工業(yè)關(guān)心的重點(diǎn)。與此同時(shí)，擠出技術(shù)供應(yīng)商各展所能，從各種不同角度開(kāi)發(fā)出豐富的節(jié)能方案，以最大程度地滿足用戶的節(jié)能需求。
控制生產(chǎn)切換的材料、能源消耗
巿場(chǎng)上，對(duì)于小批量、短交貨期的需求不斷高漲，讓產(chǎn)品規(guī)格、品種頻繁切換成為制造商不得不考慮的一個(gè)重要因素。而規(guī)格切換過(guò)程的停機(jī)、重新安裝調(diào)試等，往往意味著大量的原料、人工與能耗損失，設(shè)備的生產(chǎn)效率越高這樣的損失往往越大。針對(duì)巿場(chǎng)的需求，快速更換規(guī)格、快速更換品種成為加工商提高競(jìng)爭(zhēng)力所需的重要技術(shù)。
在這種環(huán)境下，很多歐洲大型管材制造商開(kāi)始安裝Krauss Maffei Berstorff的Quick Switch系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有顯著的靈活性與節(jié)材效果。
兩個(gè)比利時(shí)客戶最近訂購(gòu)了該公司兩條完整的生產(chǎn)線，一條25-63mm的生產(chǎn)線和一條70-160mm的生產(chǎn)線。主機(jī)為Krauss Maffei Berstorff經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的36D單螺桿擠出機(jī)，螺旋式管模頭和Quick Switch切換技術(shù)。一條160-250mm的生產(chǎn)線新近安裝在德國(guó)一家全球最大的管材制造商廠內(nèi)。這條生產(chǎn)線還配備了公司的內(nèi)管冷卻系統(tǒng)（IPC），從而可以在不增加冷卻成本的情況下，提高產(chǎn)量。一家意大利客戶將很快安裝一臺(tái)新的Quick Switch系統(tǒng)生產(chǎn)直徑至160mm的聚烯烴管。
QuickSwitch系統(tǒng)顯著增加了生產(chǎn)線的靈活性，制造商只需一個(gè)按鍵即可在幾分鐘內(nèi)完成整個(gè)生產(chǎn)線的管徑變換。所有浪費(fèi)的材料只是一短截錐形管。事實(shí)上，快速更換過(guò)程節(jié)約的時(shí)間，實(shí)際上也意味著能耗的顯著降低。傳統(tǒng)切換過(guò)程造成的材料浪費(fèi)、調(diào)試階段的能源消耗量均不可輕視。
在管材、薄膜等加工過(guò)程中，可以采用快速切換技術(shù)，對(duì)于配混廠商而言，設(shè)備易于清理則是快速更換產(chǎn)品品種的關(guān)鍵。北美的母粒制造商Comai公司最近訂購(gòu)了一臺(tái)科倍隆公司的新的ZSKMc18雙螺桿擠出機(jī)。影響這一決策的有兩個(gè)因素，Comai公司董事總經(jīng)理AntonioSedan解釋說(shuō)，一方面，公司1999年購(gòu)買了三臺(tái)ZSK配混擠出機(jī)后，一直使用得非常好，對(duì)設(shè)備的高可靠性、所有元件的耐磨性都非常認(rèn)同。另一方面，使用ZSK70Mc18可以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量，并且可以非常快的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品切換，清理時(shí)間比以往的機(jī)型顯著縮短。
據(jù)介紹，這一新的配混系統(tǒng)之所以能夠迅速提高生產(chǎn)量和改進(jìn)色母品質(zhì)關(guān)鍵的因素是加工區(qū)得到優(yōu)化。優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)以及改進(jìn)的溫度控制不僅可以顯著減少能量消耗，而且整個(gè)加工區(qū)的溫度控制與配混過(guò)程的整體熱力學(xué)性能均得到改進(jìn)。
該系統(tǒng)的清潔性能也得到改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)更快和更容易的清潔。該系統(tǒng)配備的快速釋放結(jié)構(gòu)可減少安裝和重新組合的時(shí)間。這對(duì)于色母生產(chǎn)具有特別的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樯干a(chǎn)時(shí)常需要更換顏料、添加劑，有時(shí)甚至需要更換基礎(chǔ)樹(shù)脂。而且，任何緊急的，非計(jì)劃內(nèi)的母料訂單都可能導(dǎo)致一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線的臨時(shí)中斷。
采用新的擠出機(jī)螺桿、機(jī)筒結(jié)構(gòu)與配套系統(tǒng)
例如，采用更高長(zhǎng)徑比的低剪切螺桿、采用開(kāi)槽機(jī)筒、采用更高效的排氣系統(tǒng)等都是有效的手段。
巴頓菲爾辛辛那提新一代的twinEX雙螺桿擠出機(jī)充分體現(xiàn)了高能效的特點(diǎn)。twinEX提供從78mm到135mm的四種擠出機(jī)型號(hào)。對(duì)比其他的異向雙螺桿擠出機(jī)，twinEX的比能量輸入大約要低15%，而同時(shí)產(chǎn)量得到提高。這是通過(guò)加長(zhǎng)加工單元到34L/D并結(jié)合熱量損失的減少而實(shí)現(xiàn)的。主要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括完全隔熱的機(jī)筒、智能APC機(jī)筒風(fēng)冷（強(qiáng)力風(fēng)冷系統(tǒng)）、Intracool螺桿芯部溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和優(yōu)化的螺桿設(shè)計(jì)。
除了擠出機(jī)以外，下游設(shè)備不斷的發(fā)展進(jìn)步對(duì)型材擠出性能的提高同樣至關(guān)重要。巴頓菲爾辛辛那提不僅設(shè)計(jì)制造下游設(shè)備，同時(shí)和格魯伯?dāng)D出技術(shù)公司在工程項(xiàng)目上進(jìn)行獨(dú)家合作。這兩家專業(yè)的擠出技術(shù)公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合提供高產(chǎn)能、高能效的整套窗型材擠出生產(chǎn)線。格魯伯?dāng)D出技術(shù)公司最近開(kāi)發(fā)了節(jié)能真空系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有更高效率的干式真空定型和采用可變真空度控制系統(tǒng)的真空箱。和傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，采用了節(jié)能真空系統(tǒng)的定型臺(tái)可以減少能耗達(dá)50%。
最近幾年，布魯克納的雙拉膜生產(chǎn)線成為巿場(chǎng)最走俏的技術(shù)之一。布魯克納生產(chǎn)線在滿足更高幅寬、更高效率的同時(shí)，節(jié)能也是其生產(chǎn)線的一個(gè)重要特點(diǎn)。例如：
“熱再生系統(tǒng)”可再生橫向取向器浪費(fèi)的能源，該系統(tǒng)也可用于現(xiàn)有生產(chǎn)線的升級(jí)，包括非布魯克納的生產(chǎn)線，例如，布魯克納為土耳其的Polinas塑料公司安裝的這一系統(tǒng)，從安裝至今節(jié)約能耗30萬(wàn)歐元。
特別設(shè)計(jì)的“能源監(jiān)控工具”，根據(jù)能源監(jiān)控情況，能夠提供半自動(dòng)和全自動(dòng)化控制使得生產(chǎn)線可以在生產(chǎn)操作模式時(shí)兼顧及節(jié)省能耗和資源。
直接流延法生產(chǎn)的PET生產(chǎn)線，從聚酯生產(chǎn)直接到生產(chǎn)線模頭，使得原料和薄膜生產(chǎn)都能節(jié)省能耗。
優(yōu)化的薄膜鑄片溫度控制，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)厚度的薄膜鑄片冷卻到剛剛好的最低限度，從此溫度再加熱到MDO拉伸所需的溫度，可以有效減少加熱的能耗。
所有元件的直接驅(qū)動(dòng)可以減少電機(jī)和傳動(dòng)帶之間的能耗，并改進(jìn)加工控制。
采用帶排氣裝置的雙螺桿擠出可減少PET加工過(guò)程所需的能耗，不再需要消耗預(yù)干燥的能耗。
對(duì)輔助電機(jī)，如泵、風(fēng)扇等采用可調(diào)驅(qū)動(dòng)，可優(yōu)化加工操作點(diǎn)，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
EXTRUDEX塑料機(jī)械有限公司開(kāi)發(fā)出一臺(tái)新型單螺桿擠出機(jī)，并將其命名為HELIBAR。該設(shè)備在經(jīng)過(guò)數(shù)次改善之后，在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、持續(xù)功率和使用壽命方面得到全面優(yōu)化。
在產(chǎn)量相同的情況下，通過(guò)降低冷卻需求和減小結(jié)構(gòu)尺寸，HELIBAR設(shè)備能耗可降低10%至60%。具體數(shù)據(jù)如下：與新型擠出機(jī)相比，能耗降低了10%；與舊式設(shè)備相比，保留原有馬達(dá)和齒輪箱，改造螺桿和料筒，能耗降低20%；更換全套機(jī)器，用60系列的HELIBAR設(shè)備取代90系列擠出機(jī)，能耗降低60%。
EXTRUDEX公司總經(jīng)理HelmutWahl認(rèn)為，之所以能夠取得這些優(yōu)勢(shì)，其主要原因是沒(méi)有磨損，即使在處理磨損作用比較強(qiáng)烈的添加劑（例如顏料）時(shí)也是如此。
而擠出機(jī)喂料區(qū)的壓力極小正是沒(méi)有磨損的根源所在。“由于摩擦熱小、冷卻需求下降以及完全絕緣的料筒，因而能耗極低。”Wahl補(bǔ)充說(shuō)。
根據(jù)模具和加工材料類型的不同，在90%的情況下，HELIBAR設(shè)備的冷卻裝置都無(wú)需采用昂貴的冷卻水系統(tǒng)，采用更低成本的風(fēng)冷裝置就可以了。
高效節(jié)能的直驅(qū)系統(tǒng)
Davis-Standard公司對(duì)三種形式的單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行了能效與噪音測(cè)試。兩種擠出機(jī)為分別采用直流電機(jī)和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速箱的傳統(tǒng)形式，與之比較的電機(jī)為采用永磁同步電機(jī)（PMSM）或扭矩電機(jī)，不適用齒輪箱的直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩種擠出機(jī)均采用推力軸承系統(tǒng)以承受擠出過(guò)程中的高軸向力。為了精確，每個(gè)比較的擠出機(jī)均具有相同的加工區(qū)，包括喂料區(qū)、機(jī)筒、螺桿和控制系統(tǒng)。以HDPE進(jìn)行高負(fù)載研究，以PP進(jìn)行低負(fù)載研究。
驅(qū)動(dòng)和電機(jī)性能的監(jiān)控采用功效分析器（Power Quality Analyzer）以記錄電力消耗。記錄參數(shù)包括三相電壓、電流和功率。所有擠出機(jī)的操作條件包括產(chǎn)量、熔體溫度和機(jī)頭壓力等以確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的一致性。實(shí)驗(yàn)采用裝備齊全的Davis-Standard2.5寸長(zhǎng)徑比30的擠出機(jī)，配備5個(gè)電加熱、水冷卻機(jī)筒區(qū)。
研究表明，直驅(qū)系統(tǒng)具有較傳統(tǒng)擠出系統(tǒng)優(yōu)越的多種優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于低扭矩材料（PP），直驅(qū)系統(tǒng)消耗的能源較AC系統(tǒng)少15-20%，比直流系統(tǒng)少20-50%。相應(yīng)地，對(duì)于高扭矩樹(shù)脂（HDPE），直驅(qū)系統(tǒng)比交流系統(tǒng)節(jié)約10-15%，比直流系統(tǒng)節(jié)約17-40%。利用基本轉(zhuǎn)速100rpm的典型工況，直流電機(jī)所需電力比交流系統(tǒng)少10-15%，比直流系統(tǒng)少20-25%。
直驅(qū)系統(tǒng)的噪音也顯著降低。傳統(tǒng)系統(tǒng)的噪音主要來(lái)源于齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)以及用于冷卻電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的冷卻風(fēng)扇。研究的兩個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)具有一個(gè)獨(dú)立的風(fēng)扇，風(fēng)扇與擠出機(jī)速度無(wú)關(guān)，以同樣的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速工作。交流系統(tǒng)具有一個(gè)內(nèi)置的風(fēng)扇，隨電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。聲音水平測(cè)試表明，直驅(qū)系統(tǒng)明顯安靜。
要實(shí)現(xiàn)擠出機(jī)的節(jié)能，可以考慮的因素還有很多，仔細(xì)研究每一個(gè)廠家不同的節(jié)能系統(tǒng)都將會(huì)有特別的收獲，如新的加熱裝置，對(duì)擠出機(jī)、模頭的冷卻系統(tǒng)優(yōu)化等。
為擠出機(jī)配備新的螺桿、機(jī)筒結(jié)構(gòu)以及排氣系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)效率提高，降低能耗的有效手段。