В модифицированном производстве потребление электроэнергии является очень большой статьей расходов, поэтому современные экструдеры постепенно развиваются в сторону энергосберегающего типа. В двухшнековом экструдере с вращающимся шнеком система экструзии является основной частью, и здесь также происходит потребление электроэнергии.
Снижение энергопотребления и экономия затрат — это коллективное ожидание модернизированных предприятий, и мы рассмотрим, как сократить энергопотребление экструзионной системы за счет выбора комбинаций шнеков.
После прочтения вы узнаете, какой компонент двухшнекового экструдера потребляет больше всего энергии? Какой сегмент оказывает наибольшее влияние на энергопотребление при экструзии?
Анализ энергопотребления двухшнековых экструдеров
Энергопотребление двухшнекового экструдера отличается от одношнекового экструдера, из-за сложной механической структуры и механических свойств двухшнекового экструдера, исследование энергопотребления также является сложным и изменчивым, и необходимо изучить все аспекты, влияющие на энергопотребление двухшнекового экструдера.
Обычный двухшнековый экструдер, как правило, состоит из системы подачи, системы дозирования, хоста экструдера, системы нагрева и охлаждения бочки, системы гранулирования и т.д. Согласно исследованиям, главный двигатель является самой большой частью энергопотребления, на него приходится более половины общей мощности, поэтому для изучения энергопотребления двухшнекового экструдера ключевым является изучение факторов, влияющих на энергопотребление главного двигателя.
| Нет. | Название оборудования | Номер оборудования | Мощность/кВт |
| 1. | Двухшнековый питатель | 1 | 1,5 квт |
| 2. | Двигатель экструдера | 1 | 90 кВт |
| 3. | Система смазки редуктора | 1 | 0,55 кВт |
| 4. | Вакуумная принудительная вытяжная система | 1 | 1,5 квт |
| 5. | Система циркуляции мягкой воды | 1 | 0,55 кВт |
| 6. | Бочковой нагреватель | 13 зон | 40 кВт |
| 7. | Гидравлический фильерный фильтр | 1 | 1,5 квт |
| 8. | Воздушный нож | 1 | 1,5 квт |
| 9. | Гранулятор | 1 | 4 кВт |
CHT-65B ДВУХШНЕКОВЫЙ ЭКСТРУЗИОННЫЙ МАСТЕРБАТЧ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ЛИНИЯ ОБОРУДОВАНИЕ АНАЛИЗ МОЩНОСТИ
В целом, выбор высокоэффективных и малопотребляющих двигателей является ключом к снижению энергопотребления, и в отечественных экструдерах обычно используются немецкие высокоэффективные энергосберегающие двигатели. В процессе нагрева бочки разница температур между поверхностью и внутренней стенкой бочки будет слишком большой, чтобы повысить эффективность нагрева, в настоящее время используется большинство средств электромагнитного нагрева для повышения эффективности и снижения энергопотребления.
Так какие еще факторы в производстве влияют на энергопотребление основного двигателя?
Двигатель в основном обеспечивает скорость привода, заставляет вращаться шнек и другие детали, а шнек, цилиндр и головка выдавливают материал. Следовательно, факторы, влияющие на энергопотребление двигателя, в основном следующие: комбинация шнека, скорость шнека, количество экструзии, диаметр шнека, давление головки и т.д.
Конечно, разные материалы должны потреблять разную энергию, например, усилие сдвига, необходимое для добавления стекловолокна и без добавления стекловолокна. Поскольку этот фактор слишком сложен, мы не будем фокусироваться на нем в этот раз.
Мы будем изучать несколько аспектов, таких как скорость шнека и объем экструзии, диаметр шнека, комбинация шнеков и т. д. в той же производственной ситуации, чтобы предложить осуществимые решения для снижения энергопотребления.
1. Производительность экструзии
При увеличении количества экструзии энергопотребление на единицу сначала уменьшается, а затем увеличивается. Поскольку механические потери при работе экструдера минимальны при оптимальном количестве экструзии, потери энергии относительно малы. После этого, при дальнейшем увеличении объема экструзии, энергопотребление на единицу будет незначительно расти.
Поэтому при использовании двухшнековых экструдеров для смешивания или модификации пластмасс следует избегать длительной работы ниже оптимальной рабочей мощности, а разумное использование экструдера может снизить энергопотребление.
2. Суммарное воздействие скорости шнека и количества экструзии
В реальном производстве количество экструзии и скорость шнека работают вместе. При неизменной скорости шнека выход продукции увеличивается, а потребление энергии на единицу продукции постепенно немного снижается. Когда объем производства остается неизменным, с увеличением скорости шнека потребление энергии на единицу продукции снижается.
3. Диаметр винта
При постепенном увеличении диаметра шнека расход энергии на выход постепенно уменьшается, что говорит о том, что диаметр шнека оказывает определенное влияние на расход энергии на выход.
В настоящее время экструдеры постепенно развиваются до крупномасштабных, но если объем массового производства относительно невелик, следует выбрать экструдер меньшего размера, чтобы не только снизить энергопотребление, но и не вызвать чрезмерного износа шнека, бочки и других компонентов большого экструдера, поскольку объем производства не достигает диапазона его лучших возможностей.
Конструкция комбинации винтов
При использовании ультратонкого порошка карбоната кальция с массовой долей 30% для наполнения ПП, постоянной скорости шнека 300 об/мин, объеме подачи 130 кг/ч и температуре 190°C в первой секции и 220°C во 2-10-й секциях, можно сделать следующие выводы.
1. Влияние толщины диска для замешивания
В зависимости от толщины 45° диска для замеса (30, 40, 50 мм) устанавливаются три комбинации винтов, последовательно пронумерованные 1#, 2#, 3# .
Прочность на разрыв образца ПП из карбоната кальция при комбинации шнеков 1#~3# и расход энергии на выход экструдера.
Прочность на разрыв образца ПП из карбоната кальция при комбинации шнеков 1#~3# и расход энергии на выход экструдера.
Видно, что с увеличением толщины диспергирующего диска прочность на растяжение образца последовательно снижается, а энергопотребление сонаправленного двухшнекового экструдера последовательно увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением толщины диспергирующего диска увеличивается количество диспергированных компонентов смешивания на единицу длины перемешивания, а количество распределенных компонентов смешивания уменьшается, то есть ослабляется эффект заполнения порошком карбоната кальция в ПП, что приводит к снижению механических свойств.
В то же время при увеличении толщины месильного диска значительно возрастает энергопотребление экструдера при комбинированном шнеке, а также увеличивается крутящий момент, необходимый для шнека.
Из рис. 1 также видно, что при толщине разминающего диска 45° 30 мм и 40 мм прочность образца на разрыв и энергопотребление экструдера не сильно отличаются, поэтому толщина разминающего диска 45° может быть выбрана 30 мм или 40 мм.
2. Влияние неправильного угла наклона смесительного диска пластифицирующего узла
На основе шнековой комбинации 2# перед 45°-ым месильным диском секции пластификации добавляется набор месильных дисков с разными углами смещения, и в соответствии с углом смещения месильного диска разных секций пластификации (30°, 45°, 90°), устанавливаются 3 шнековые комбинации, пронумерованные по очереди 4#, 5#, 6#.
Прочность на растяжение образца из полипропилена с карбонатом кальция при комбинированном соединении винтов 4#~6# и энергопотребление экструдера на стадии текучести.
Из этого видно, что при изменении неправильного угла наклона диска для размягчения в пластифицирующем разделе, механические свойства образца при комбинации шнеков 5# являются наивысшими, 4# — немного ниже, а 6# — наихудшими; энергопотребление на единицу выхода экструдера последовательно увеличивается с увеличением угла наклона диска для размягчения в пластифицирующем разделе, причем энергопотребление комбинации шнеков 4# и 5# значительно не отличается, а энергопотребление комбинации шнеков 6# значительно увеличивается.
Это происходит потому, что когда материал попадает из загрузочной зоны в пластифицирующую, он еще не расплавился, поскольку блок перемешивания комбинации шнека 6# имеет неправильный угол 90°, сдвиговое усилие слишком велико, утечка слишком велика, производительность транспортировки шнека снижается, местное время пребывания увеличивается, заполнение материала в зоне транспортировки шнека слишком высокое, что приводит к плохому эффекту перемешивания материала, увеличению энергопотребления и шероховатой поверхности экструдата.
Когда угол перекоса смешивания диска пластификационного узла составляет 30° и 45°, прочность на растяжение образца и энергопотребление экструдера не имеют существенных различий, поэтому угол перекоса смешивания диска пластификационного узла можно выбрать равным 30° или 45°.
3. Влияние положения резьбового элемента ротора на энергопотребление
Для дальнейшего улучшения эффекта смешивания набор дисковых месителей может быть заменён на элементы винтового типа.
Он отличается от обычных резьбовых элементов с высокой спиралью тем, что создает большой зазор между резьбовым элементом и внутренней стенкой ствола, верхняя кромка винта более узкая, а контуры направляющей и задней кромок резьбы другие. Его спираль состоит из 2 сегментов, 1 левостороннего и 1 правостороннего. Элемент устанавливается на оба винта, и направление спирали частей, входящих в зацепление друг с другом, одинаково. Когда этот элемент вращается, материал “сжимается до и после прессования”, что позволяет усилить эффект смешивания.
В зависимости от положения резьбового элемента типа ротора используются две комбинации винтов под номерами 7# и 8#, как показано в таблице 4.
| НЕТ. | Комбинация винтов | Общая длина винта | Состояние материалов | |||
| Кормовой участок | Пластифицирующий участок | Секция микширования | Экструзионный раздел | |||
| 7# | 24/24,48/48×636 /36×324 / 24 x3 | 45°/5/40×248 /48×2,36 / 36 x224/24×2 | 45°/5/40×2,48 /48 x236 /36×2,24 /24 x2,160 /40,160/40Лево | 1/1×636/36×336/18，1×5 | 1698 | Экструзия нормальная, поверхность гладкая |
| 8# | 24/24,48/48×636 /36×324 / 24 x3 | 45°/5/40×248 /48×2,36 / 36 x224/24×2 | 160/40,160 /40 Лево48/48×236/36×224 /24 x2,45°/5/40×2 | 1/1×636/36×336/18，1×5 | 1698 | Экструзия нормальная, поверхность шероховатая |
7# и 8# комбинация винтов и статус их экструзии материала
Предел прочности при растяжении образца ПП из карбоната кальция при комбинации винтов#~8# и энергопотребление экструдера на стадии текучести.
Как видно из приведенного выше рисунка, прочность на разрыв образца при использовании комбинации 7# выше, чем при использовании 8#, а энергопотребление экструдера ниже, чем при использовании 8#.
Это связано с тем, что роторный элемент комбинации 8# располагается позади первой группы дисков для перетирания, и материал еще не полностью расплавлен, а сдвиг и переплавка в это время имеют незначительное значение для его диспергирования и распределительного смешивания, и это легко приводит к увеличению энергопотребления. Роторный элемент рудной комбинации 7# расположен позади диска для перетирания второй группы, и материал уже полностью расплавлен, поэтому перемешивающий эффект и энергопотребление лучше.
4. Влияние непрерывного расположения нескольких наборов месильных дисков
Комбинация шнеков некоторых зарубежных производителей экструдеров представляет собой непрерывное расположение нескольких групп иоидов, и экструдированные материалы обладают хорошими характеристиками. Эта комбинация отличается от предыдущих 8 комбинаций тем, что все транспортные элементы между тремя группами иоидов под углом 45° заменены на элементы иоидов, образуя комбинацию из нескольких групп иоидов, расположенных непрерывно.
| Комбинация винтов | Общая длина винта | Состояние материалов | Прочность на разрыв /МПа | Энергопотребление на единицу продукции /кВт.ч.кг⁻¹ | ||
| Кормовой участок | Пластификация и смесительная секция | Экструзионный раздел | ||||
| 24/24,48/48×636 /36×324 / 24 x3 | 45°/5/40×290°/5/40,45°/5/54,30°/7/55,45°/5/40,90/5/40×230°/7/55 | 1×17.666666666666668 ×18.666666666666668 ,1 ×4 | 1698 | Поверхность шероховатая, имеется пенообразование | 27.93 | 0.307 |
Комбинированная форма непрерывного расположения нескольких месильных дисков и их состояния экструзии материала, прочности образца на растяжение и энергопотребления экструдера.
По сравнению с вышеуказанными восемью комбинациями, после замены всех передающих элементов пластикации и перемешивания на несколько комплектов дисков для замеса с сильным сдвиговым усилием, энергопотребление не увеличивается значительно, а предел прочности образца на растяжение не снижается значительно. Эта комбинация шнеков поэтому подходит для практического производственного применения и может использоваться в экструзионном производстве, где требуются материалы с высоким сдвигом.
- Толщина замешивающего диска 45° выбирается 30 мм или 40 мм, что позволяет эффективно снизить энергопотребление экструдера при сохранении высокой прочности образца на разрыв.
- Угол наклона месильного диска секции пластификации предпочтительно составляет 30° или 45°.
- В случае роторных элементов положение роторных элементов оказывает большое влияние на производительность образца на растяжение и энергопотребление экструдера, и его следует размещать после зоны пластификации и смешивания, что может эффективно снизить энергопотребление.
- При непрерывном расположении множества групп валковых дисков потребление энергии экструдера не увеличилось существенно, а предел прочности образца не снизился значительно, поэтому он обладает определенной применимостью и может быть использован для экструзионного производства материалов, требующих высокого сдвига.
- Комбинация шнеков оказывает большое влияние на энергопотребление экструдера, и основное внимание следует уделить зоне пластификации, которая оказывает значительное влияние на энергопотребление машины.
