Погоня за энергоэффективностью является постоянным фактором в технологии экструзии. С ростом цен на энергоносители и целей в области устойчивого развития, процессоры все чаще тщательно изучают все аспекты их операций. Одним из компонентов под обновлением осмотра является сама сборка винтов.
Понимание Конический винт ствол Механика: В отличие от параллельных винтов, поддерживающих постоянный диаметр корня, конические винты имеют постепенно уменьшающийся диаметр корня из зоны подачи к зоне измерения. Корпус ствола этот винт соответственно конус. Это фундаментальное геометрическое различие создает несколько неотъемлемых характеристик, относящихся к потреблению энергии:
-
Постепенное сжатие и уменьшение сдвига:
- Параллельный дизайн: Сжатие быстро достигается в зоне сжатия, часто генерируя высокие локализованные силы сдвига и нагревание сдвига. Это адиабатическое нагревание требует значительной мощности двигателя и часто требует значительного охлаждения вниз по течению для контроля температуры расплава.
- Конический дизайн: Сжатие происходит постепенно по всей длине винта из -за уменьшающегося объема. Это приводит к значительно более низкой пиковой скорости сдвига и более мягкому полимеру. Более низкое нагрев сдвига непосредственно переводится на более низкий вход механической энергии (потребление моторной нагрузки/кВт) и снижение вязкого рассеивающего нагрева.
-
Повышенная эффективность термического переноса:
- Уменьшающий объем канала в конической системе часто позволяет более короткое общее соотношение длины к диаметру (L/D) по сравнению с параллельными винтами, достигающими сходного плавления и гомогенизации.
- Более короткая длина ствола обеспечивает меньшую площадь поверхности для потери тепла. Более важно, что он уменьшает расстояние тепла, должно перемещаться от нагревателей ствола до полимерного ядра, потенциально повышая эффективность нагрева во время запуска или при обработке, чувствительных к температуре материалов.
- И наоборот, более широкое соотношение поверхности к объему к объему в сечении подачи (из-за большего диаметра) также может улучшить теплопровождение от ствола в более холодные полимерные гранулы в точке входа.
-
Снижение износа и последовательная производительность:
- Более низкие операционные силы сдвига по своей природе уменьшают абразивный износ как на винтовых полетах, так и на стволе.
- Поддержание более жестких допусков зазора в течение более длительных периодов обеспечивает постоянную эффективность накачки в течение срока службы винта. Разложение в зазорах в параллельных системах приводит к увеличению проскальзывания и неэффективности потока, требуя более высокого давления (и, следовательно, двигательной нагрузки) для поддержания выходного сигнала, косвенно увеличивая потребление энергии с течением времени.
Количественная оценка потенциала экономии энергии: Хотя точная экономия в зависимости от применения (материал, специфика для конструкции винта, требования к продукту), механизмы первичного уменьшения энергии ясны:
- Нижняя нагрузка на двигатель: Снижение сил сдвига непосредственно уменьшает механическую мощность (кВт), необходимую для поворота винта. Документированные тематические исследования в различных материалах (включая ПВХ, PO и инженерные смолы) часто сообщают о сокращении моторной нагрузки на 5-15% по сравнению с эквивалентными параллельными системами.
- Спрос о охлаждении: Более низкое вязкое рассеянное нагревание означает, что температура расплава, выходящая из винта, часто ниже и более равномерной. Это значительно снижает охлаждающую способность, необходимую в нисходящих калибраторах, резервуарах для воды или в системах воздушного охлаждения. Экономия энергии на стороне охлаждения иногда может превзойти экономию на приводном двигателе.
- Потенциал для более коротких циклов: В некоторых профилях или приложениях для труб превосходная однородность расплава и стабильность создания давления в конических системах может позволить немного увеличить скорость линии или снижение скорости отклада, повышая общую энергоэффективность на единицу хорошего продукта.
Критические соображения и реализация: Достижение оптимальной экономии энергии с помощью конического винтового бочка требует тщательного внимания:
- Пригодность материала: Они преуспевают с чувствительными к сдвигам материалов (PVC, определенные PO, TPE, биополимеры), но могут быть менее оптимальными для очень высоких полимеров вязкости, требующих интенсивного смешивания сдвига.
- Винт дизайн синергия: Конический ствол должен быть в паре с точно спроектированным коническим винтом. Такие факторы, как угол конуса, конструкция полета и смешивание элементов, имеют решающее значение для производительности и эффективности.
- Оптимизированные настройки процесса: Профили температуры ствола нуждаются в корректировке по сравнению с параллельными системами для эффективного использования различных характеристик плавления.
- Feed Hopper Design: Большое отверстие подачи требует специализированной конструкции бункера, чтобы обеспечить постоянное кормление материала без моста.
- Первоначальные инвестиции: Конические системы обычно включают более высокую начальную стоимость, чем стандартные параллельные бочки. Энергетическая экономия должна быть рассчитана на это инвестиции в течение реалистичного периода окупаемости.
Конические винтовые системы ствола предлагают очевидный путь к снижению потребления энергии в процессах экструзии, особенно для чувствительных к сдвигу материалов. Основные преимущества лежат в значительно уменьшенном механическом сдвиге (непосредственно опускание моторной нагрузки) и более низкое вязкое нагревание (снижение потребности в энергии охлаждения). Несмотря на то, что он не является универсальным решением для каждого применения или полимера, врожденная конструкция способствует более мягкой обработке и повышению тепловой эффективности.
