الإنتاجية هي المعلمة التي تحدد الجدوى التجارية لخط بثق الألواح. تتضمن سعة البثق ذات القطر اللولبي اعتبارات محددة تختلف عن عمليات البثق العامة. القليل جدًا، ومعدات المصب تعمل بأقل من طاقتها، مما يؤدي إلى تآكل الهامش. أكثر من اللازم، ولن تتمكن بكرات التبريد من تصلب الورقة بالسرعة الكافية، مما يؤدي إلى تقليل سرعة الخط. في مركز هذا الحساب يوجد قطر لولب الطارد، وهو المتغير الوحيد الذي يحدد بشكل مباشر كمية البوليمر التي يمكن للآلة معالجتها في الساعة. سعة بثق قطر المسمار ليست رقمًا ثابتًا؛ يعتمد ذلك على سرعة المسمار وخصائص البوليمر وهندسة المسمار وضغط التشغيل. يتم وصف العلاقة بين هذه المتغيرات من خلال معادلات التدفق الأساسية للبثق أحادي اللولب، والتي تفصل إجمالي الناتج إلى تدفق السحب، وتدفق الضغط، ومكونات تدفق التسرب. تشرح هذه المقالة النظرية الكامنة وراء حسابات سعة البثق، وتوفر صيغًا عملية، وتقدم بيانات إنتاجية مرجعية لبوليمرات بثق الألواح الشائعة. للتعرف على سياق عملية البثق الأوسع، راجع الدليل الخاص بـ تكنولوجيا بثق الورقة.
فيزياء مخرجات الطارد: تدفق السحب، وتدفق الضغط، وتدفق التسرب
إن مخرجات آلة البثق أحادية اللولب هي النتيجة الصافية لثلاث آليات تدفق. تدفق السحب هو إجراء النقل الأمامي الناتج عن الحركة النسبية بين المسمار والبرميل. وهو يتناسب مع سرعة المسمار، وعمق القناة، وقطر المسمار، ويمثل الحد الأقصى للإخراج النظري.
يعمل تدفق الضغط في الاتجاه المعاكس. يخلق القالب الموجود في نهاية الطارد مقاومة للتدفق، مما يولد تدرجًا في الضغط يدفع التدفق العكسي من طرف القالب عالي الضغط نحو طرف التغذية منخفض الضغط. يتناسب تدفق الضغط مع تدرج الضغط ومكعب عمق القناة. يحدث تدفق التسرب من خلال الخلوص الصغير بين أطراف الطيران اللولبية وجدار البرميل — عادةً ما يتراوح من 0.1 إلى 0.15 بالمائة من قطر المسمار — ويمثل عادةً أقل من 5 بالمائة من إجمالي الإنتاج.
إجمالي الناتج الحجمي هو تدفق السحب مطروحًا منه تدفق الضغط وتدفق التسرب. وبشكل مبسط: Q = Q_drag - Q_pressure - Q_leakage . المعنى العملي هو أن مخرجات الطارد ليست رقمًا واحدًا ولكنها دالة لظروف التشغيل. عند سرعة لولبية معينة، يتناقص الخرج مع زيادة ضغط القالب. يتميز المسمار ذو القناة الضحلة بمنحنى مميز أكثر استواءً، مما يعني أن خرجه أقل حساسية لتغيرات ضغط القالب؛ يتمتع المسمار ذو القناة العميقة بإنتاج أعلى عند الضغط المنخفض ولكنه ينخفض بشكل أكثر حدة مع زيادة الضغط.
قطر المسمار وقانون قياس الإنتاجية
يؤثر قطر المسمار على الخرج خلال حد تدفق السحب، بما يتناسب مع مربع القطر. مضاعفة قطر المسمار يزيد من الناتج النظري بمعامل أربعة. يمكن للمسمار مقاس 150 مم معالجة ما يقرب من 2.25 مرة من إخراج المسمار مقاس 100 مم بنفس سرعة المسمار. لا يكون القياس تربيعيًا تمامًا لأن عمق القناة ونسبة L/D وسرعة المسمار المسموح بها تتغير أيضًا مع القطر. عادةً ما تعمل البراغي الأكبر حجمًا عند عدد دورات أقل في الدقيقة للحفاظ على نفس سرعة الطرف، والتي تكون محدودة بحساسية القص للبوليمر.
توفر الإنتاجية العملية عبر نطاق القطر المشترك دليلاً تقريبيًا للحجم. يمكن لآلة البثق أحادية اللولب مقاس 65 مم أن توفر 150-250 كجم/ساعة. ماكينة 90 مم: 350-500 كجم/ساعة. ماكينة 120 مم: 800-1200 كجم/ساعة. ماكينة 150 مم: 1,200-1,800 كجم/ساعة. ال تؤثر نسبة LD لتصميم لولب البثق على سقف الإنتاجية العملي: يوفر L/D الأطول قدرة ذوبان أكبر، مما يسمح بسرعات لولبية أعلى قبل أن يصبح الذوبان غير مكتمل.
جداول الإنتاجية العملية للبوليمرات الورقية المشتركة
تمثل نطاقات الإنتاجية التالية أداءً نموذجيًا لأجهزة البثق أحادية اللولب المصممة جيدًا والتي تعالج بوليمرات الصفائح الشائعة بنسبة 28:1 إلى 33:1 L/D. تفترض القيم تصميمًا لولبيًا متوازنًا مع نسبة ضغط مناسبة وقسم خلط للبوليمر.
ورقة البولي بروبيلين (PP):
65 ملم: 150-220 كجم/ساعة
90 ملم: 320-480 كجم/ساعة
120 ملم: 750-1,100 كجم/ساعة
150 ملم: 1,100-1,700 كجم/ساعة
ورقة البولي ايثيلين (HDPE / LDPE):
65 ملم: 130-200 كجم/ساعة
90 ملم: 300-450 كجم/ساعة
120 ملم: 700-1,050 كجم/ساعة
150 ملم: 1,050-1,600 كجم/ساعة
ورقة الحيوانات الأليفة:
تكون إنتاجية PET أقل من PP عند قطر المسمار المكافئ نظرًا لنافذة المعالجة الأضيق وتصميم المسمار ذو المرحلتين.
ورقة البوليسترين (PS):
65 ملم: 140-210 كجم/ساعة
90 ملم: 310-460 كجم/ساعة
120 ملم: 720-1,080 كجم/ساعة
150 ملم: 1,080-1,650 كجم/ساعة
توفر هذه النطاقات نقطة بداية لتغيير حجم الخط. وينبغي التحقق من الإنتاجية الفعلية من خلال تجارب البثق أو الحسابات الهندسية التفصيلية.
دور مضخات الذوبان في سعة البثق
تقوم مضخة الصهر - وهي مضخة تروس ذات إزاحة موجبة مثبتة بين الطارد والقالب - بفصل مخرجات الطارد عن ضغط القالب. يقوم الطارد بتغذية مضخة الصهر بمعدل أعلى قليلاً من نقطة ضبط المضخة، مع الحفاظ على ضغط مدخل ثابت. تقوم المضخة بقياس الخرج الحجمي الدقيق للقالب، بغض النظر عن تقلبات ضغط القالب أو تحميل حزمة الشاشة.
مع مضخة الصهر، يعمل الطارد مقابل ضغط خلفي منخفض وثابت، وتتولى المضخة وظيفة توليد الضغط. يتيح ذلك تصميم المسمار لتحقيق كفاءة الذوبان بدلاً من توليد الضغط. يكون خرج المضخة مستقلاً تقريبًا عن الضغط، لذا فإن الاختلافات في مقاومة القالب لا تؤثر على معدل تدفق الكتلة إلى القالب. والنتيجة هي سمك أكثر اتساقًا للورقة، خاصة أثناء عمليات بدء التشغيل والعمليات الانتقالية. بالنسبة للخط المزود بمضخة ذوبان، يكون حجم الطارد نموذجيًا ليقدم إنتاجًا أكبر بنسبة 10-15 بالمائة من السعة المقدرة للمضخة. ال يؤثر اختيار محرك البثق القياسي للمحرك المؤازر لمضخة الطارد والذوبان على دقة التحكم في السرعة وكفاءة استخدام الطاقة للخط.
مطابقة قطر المسمار للمعدات النهائية
يجب أن تكون المعدات النهائية - مكدس الصقل، ومقياس السُمك، ومحطة اللف أو القطع - ذات حجم مناسب للتعامل مع مخرجات الطارد عند سرعة الخط المستهدفة. بالنسبة لعرض الورقة وسمكها وكثافة البوليمر، فإن سرعة الخط المطلوبة هي ناتج الطارد مقسومًا على مساحة المقطع العرضي للورقة وكثافة الذوبان. إذا تجاوزت سرعة الخط المحسوبة السرعة القصوى لبكرات التقويم أو اللفاف، يكون حجم الطارد كبيرًا. إذا كانت سرعة الخط أقل من الحد الأدنى للسرعة المستقرة للمعدات النهائية، يكون حجم الطارد صغيرًا.
وتشكل قدرة تبريد لفة التقويم عائقًا آخر. الحرارة التي يجب إزالتها من الورقة هي حاصل ضرب الإنتاجية، والحرارة النوعية للبوليمر، وانخفاض درجة الحرارة من المنصهر إلى الحالة الصلبة. إذا لم يتمكن نظام تبريد اللفة من إزالة هذه الحرارة بالمعدل المطلوب، فإن الورقة ستخرج من الصقل فوق نقطة تليينها، مما يسبب الالتصاق أو التشوه.
يؤدي تحديد قطر المسمار الصحيح لهدف إنتاجي معين إلى تجنب الوقوع في خطأ شائع يتمثل في تقليل حجم خط البثق أو زيادة حجمه. توفر شركة JWELL حسابات إنتاجية تفصيلية وتوقعات للقدرة خلال مرحلة مواصفات الخط، مما يساعد العملاء على اختيار أقطار لولبية من 65 مم إلى 200 مم بناءً على نوع البوليمر، والمخرج المستهدف، ومتطلبات المعالجة النهائية - وهو نهج استشاري يضمن تلبية المعدات المختارة لاحتياجات الإنتاج الحالية وأهداف النمو المستقبلية.
التعليمات
كيف يتم حساب قدرة البثق من قطر المسمار؟
يتم حساب الإخراج النظري للطارد أحادي اللولب من معادلة تدفق السحب: Q = (1/2) * pi^2 * D^2 * N * H * sin(phi) * cos(phi)، حيث D هو قطر المسمار، N هي سرعة المسمار في الثورات في الثانية، H هو عمق القناة في منطقة القياس، و phi هي الزاوية الحلزونية لرحلة المسمار. معدل الإخراج الفعلي هو تدفق السحب النظري مطروحًا منه تدفق الضغط وتدفق التسرب، والذي يعتمد على ضغط القالب، ولزوجة الذوبان، وخلوص الطيران.
ما هي العلاقة بين سرعة المسمار والإخراج؟
من الناحية النظرية، يتناسب خرج الطارد بشكل مباشر مع سرعة اللولب. ومن الناحية العملية، تكون العلاقة خطية تقريبًا ولكنها ليست متناسبة تمامًا. عند السرعات اللولبية المنخفضة جدًا، يمثل مكون تدفق الضغط جزءًا أكبر من تدفق السحب، وينخفض الخرج إلى ما دون الإسقاط الخطي. عند السرعات اللولبية العالية جدًا، قد تحد قدرة تغذية اللولب من كمية المواد التي تدخل البرميل، وقد يصل الخرج إلى مستوى ثابت أو حتى ينخفض. ضمن نطاق التشغيل العادي الذي يتراوح بين 30-80 بالمائة من الحد الأقصى لعدد الدورات في الدقيقة، يكون الإخراج خطيًا تقريبًا مع سرعة المسمار.
هل يعني قطر المسمار الأكبر دائمًا إنتاجًا أعلى؟
نعم، يزداد الإخراج مع قطر المسمار، تقريبًا مثل مربع القطر. ومع ذلك، فإن الحد الأقصى للإنتاجية العملية محدود أيضًا بقدرة ذوبان المسمار، وقدرة التبريد للمعدات النهائية، وسرعة الخط القصوى للتقويم واللفاف. يُترجم قطر المسمار الأكبر إلى خرج أعلى فقط إذا كان حجم الخط بأكمله مناسبًا للتعامل مع الإنتاجية المتزايدة.
كيف تؤثر كثافة الذوبان على حساب المخرجات؟
يجب تحويل الناتج الحجمي المحسوب من معادلة تدفق السحب إلى ناتج جماعي باستخدام كثافة ذوبان البوليمر عند درجة حرارة المعالجة. كثافة الذوبان أقل من كثافة المادة الصلبة بسبب التمدد الحراري. بالنسبة للPP، تبلغ كثافة الذوبان عند 230 درجة مئوية حوالي 0.75 جم/سم 3، مقارنة بكثافة المادة الصلبة البالغة 0.90 جم/سم 3. إن استخدام الكثافة الصلبة بدلاً من كثافة الذوبان يؤدي إلى المبالغة في تقدير الناتج الشامل بحوالي 20 بالمائة. تعد قيم كثافة الذوبان الدقيقة عند درجة حرارة المعالجة ضرورية لحسابات الإنتاجية الصحيحة.
