पेंच व्यास और आउटपुट: एक्सट्रूज़न क्षमता की गणना कैसे करें

थ्रूपुट वह पैरामीटर है जो शीट एक्सट्रूज़न लाइन की व्यावसायिक व्यवहार्यता को परिभाषित करता है। स्क्रू व्यास एक्सट्रूज़न क्षमता में विशिष्ट विचार शामिल होते हैं जो सामान्य एक्सट्रूज़न प्रक्रियाओं से भिन्न होते हैं। बहुत कम, और डाउनस्ट्रीम उपकरण क्षमता से कम चलते हैं, जिससे मार्जिन कम हो जाता है। बहुत अधिक, और कूलिंग रोल शीट को तेजी से ठोस नहीं बना सकते, जिससे लाइन की गति कम हो जाती है। इस गणना के केंद्र में एक्सट्रूडर स्क्रू व्यास है - एकल चर जो सीधे तौर पर सीमित करता है कि मशीन प्रति घंटे कितने पॉलिमर को संसाधित कर सकती है। पेंच व्यास बाहर निकालना क्षमता एक निश्चित संख्या नहीं है; यह स्क्रू गति, पॉलिमर गुण, स्क्रू ज्यामिति और ऑपरेटिंग दबाव पर निर्भर करता है। इन चरों के बीच संबंध को सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूज़न के मौलिक प्रवाह समीकरणों द्वारा वर्णित किया गया है, जो कुल आउटपुट को ड्रैग फ्लो, दबाव प्रवाह और रिसाव प्रवाह घटकों में अलग करता है। यह आलेख एक्सट्रूज़न क्षमता गणना के पीछे के सिद्धांत की व्याख्या करता है, व्यावहारिक सूत्र प्रदान करता है, और सामान्य शीट एक्सट्रूज़न पॉलिमर के लिए संदर्भ थ्रूपुट डेटा प्रदान करता है। व्यापक एक्सट्रूज़न प्रक्रिया संदर्भ के लिए, मार्गदर्शिका देखें शीट एक्सट्रूज़न तकनीक.

एक्सट्रूडर आउटपुट का भौतिकी: ड्रैग फ्लो, प्रेशर फ्लो और लीकेज फ्लो

एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर का आउटपुट तीन प्रवाह तंत्रों का शुद्ध परिणाम है। ड्रैग फ्लो स्क्रू और बैरल के बीच सापेक्ष गति द्वारा उत्पन्न आगे की ओर संप्रेषित करने वाली क्रिया है। यह पेंच गति, चैनल गहराई और पेंच व्यास के लिए आनुपातिक है, और अधिकतम सैद्धांतिक आउटपुट का प्रतिनिधित्व करता है।

दबाव प्रवाह विपरीत दिशा में कार्य करता है। एक्सट्रूडर के अंत में लगी डाई प्रवाह के प्रति प्रतिरोध पैदा करती है, जिससे एक दबाव प्रवणता उत्पन्न होती है जो उच्च दबाव वाले डाई छोर से निम्न दबाव वाले फ़ीड छोर की ओर पीछे की ओर प्रवाह को चलाती है। दबाव प्रवाह दबाव प्रवणता और चैनल की गहराई के घन के समानुपाती होता है। रिसाव का प्रवाह पेंच उड़ान युक्तियों और बैरल दीवार के बीच छोटी निकासी के माध्यम से होता है - आमतौर पर पेंच व्यास का 0.1 से 0.15 प्रतिशत - और आम तौर पर कुल आउटपुट का 5 प्रतिशत से कम होता है।

कुल वॉल्यूमेट्रिक आउटपुट ड्रैग फ्लो घटा दबाव प्रवाह और रिसाव प्रवाह है। सरलीकृत रूप में: Q = Q_drag - Q_pressure - Q_leakage । व्यावहारिक निहितार्थ यह है कि एक्सट्रूडर आउटपुट एक एकल संख्या नहीं बल्कि परिचालन स्थितियों का एक कार्य है। दी गई स्क्रू गति पर, डाई दबाव बढ़ने पर आउटपुट कम हो जाता है। एक उथले-चैनल स्क्रू में एक सपाट विशेषता वक्र होता है, जिसका अर्थ है कि इसका आउटपुट डाई दबाव परिवर्तनों के प्रति कम संवेदनशील होता है; एक डीप-चैनल स्क्रू का आउटपुट कम दबाव पर अधिक होता है लेकिन दबाव बढ़ने पर अधिक तेजी से गिरता है।

पेंच व्यास और थ्रूपुट स्केलिंग कानून

स्क्रू व्यास ड्रैग फ्लो टर्म के माध्यम से आउटपुट को प्रभावित करता है, जो व्यास के वर्ग के समानुपाती होता है। स्क्रू व्यास को दोगुना करने से सैद्धांतिक आउटपुट चार गुना बढ़ जाता है। एक 150 मिमी स्क्रू समान स्क्रू गति पर 100 मिमी स्क्रू के आउटपुट का लगभग 2.25 गुना प्रक्रिया कर सकता है। स्केलिंग पूरी तरह से द्विघात नहीं है क्योंकि चैनल की गहराई, एल/डी अनुपात और स्वीकार्य स्क्रू गति भी व्यास के साथ बदलती है। पॉलिमर की कतरनी संवेदनशीलता द्वारा सीमित, समान टिप गति को बनाए रखने के लिए बड़े स्क्रू आमतौर पर कम आरपीएम पर चलते हैं।

सामान्य व्यास सीमा में व्यावहारिक थ्रूपुट एक मोटा आकार देने वाला मार्गदर्शन प्रदान करता है। एक 65 मिमी सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर प्रोसेसिंग पीपी 150-250 किग्रा/घंटा प्रदान कर सकता है। एक 90 मिमी मशीन: 350-500 किग्रा/घंटा। एक 120 मिमी मशीन: 800-1,200 किग्रा/घंटा। एक 150 मिमी मशीन: 1,200-1,800 किग्रा/घंटा। एक्सट्रूज़न स्क्रू डिज़ाइन एलडी अनुपात व्यावहारिक थ्रूपुट छत को प्रभावित करता है: एक लंबा एल/डी अधिक पिघलने की क्षमता प्रदान करता है, जिससे पिघलने के अपूर्ण होने से पहले उच्च स्क्रू गति की अनुमति मिलती है।

सामान्य शीट पॉलिमर के लिए व्यावहारिक थ्रूपुट तालिकाएँ

निम्नलिखित थ्रूपुट श्रेणियां 28:1 से 33:1 एल/डी पर सामान्य शीट पॉलिमर को संसाधित करने वाले अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर के लिए विशिष्ट प्रदर्शन का प्रतिनिधित्व करती हैं। मान पॉलिमर के लिए उचित संपीड़न अनुपात और मिश्रण अनुभाग के साथ एक संतुलित स्क्रू डिज़ाइन मानते हैं।

पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) शीट:

• 65 मिमी: 150-220 किग्रा/घंटा

• 90 मिमी: 320-480 किग्रा/घंटा

• 120 मिमी: 750-1,100 किग्रा/घंटा

• 150 मिमी: 1,100-1,700 किग्रा/घंटा

पॉलीथीन (एचडीपीई/एलडीपीई) शीट:

• 65 मिमी: 130-200 किग्रा/घंटा

• 90 मिमी: 300-450 किग्रा/घंटा

• 120मिमी: 700-1,050 किग्रा/घंटा

• 150मिमी: 1,050-1,600 किग्रा/घंटा

पीईटी शीट:

• 65 मिमी: 120-180 किग्रा/घंटा

• 90 मिमी: 280-400 किग्रा/घंटा

• 120 मिमी: 650-950 किग्रा/घंटा

• 150 मिमी: 950-1,450 किग्रा/घंटा

संकीर्ण प्रोसेसिंग विंडो और दो-चरण वेंटेड स्क्रू डिज़ाइन के कारण पीईटी थ्रूपुट समतुल्य स्क्रू व्यास पर पीपी से कम है।

पॉलीस्टाइनिन (पीएस) शीट:

• 65 मिमी: 140-210 किग्रा/घंटा

• 90 मिमी: 310-460 किग्रा/घंटा

• 120मिमी: 720-1,080 किग्रा/घंटा

• 150मिमी: 1,080-1,650 किग्रा/घंटा

ये श्रेणियाँ लाइन आकार के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करती हैं। वास्तविक थ्रूपुट को एक्सट्रूज़न परीक्षणों या विस्तृत इंजीनियरिंग गणनाओं के माध्यम से सत्यापित किया जाना चाहिए।

एक्सट्रूज़न क्षमता में पिघले पंपों की भूमिका

एक पिघला हुआ पंप - एक्सट्रूडर और डाई के बीच स्थापित एक सकारात्मक-विस्थापन गियर पंप - एक्सट्रूडर के आउटपुट को डाई दबाव से अलग कर देता है। एक्सट्रूडर पिघले पंप को पंप के निर्धारित बिंदु की तुलना में थोड़ी अधिक दर पर फ़ीड करता है, जिससे निरंतर इनलेट दबाव बना रहता है। डाई दबाव में उतार-चढ़ाव या स्क्रीन पैक लोडिंग की परवाह किए बिना, पंप डाई पर एक सटीक वॉल्यूमेट्रिक आउटपुट मीटर करता है।

पिघले पंप के साथ, एक्सट्रूडर कम, स्थिर दबाव के विरुद्ध काम करता है, और पंप दबाव-उत्पादन कार्य ग्रहण करता है। इससे स्क्रू को दबाव उत्पन्न करने के बजाय पिघलने की दक्षता के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। पंप का आउटपुट लगभग दबाव से स्वतंत्र होता है, इसलिए डाई प्रतिरोध में भिन्नता डाई में द्रव्यमान प्रवाह दर को प्रभावित नहीं करती है। परिणामस्वरुप शीट की मोटाई अधिक सुसंगत होती है, विशेष रूप से स्टार्टअप और प्रक्रिया परिवर्तन के दौरान। मेल्ट पंप वाली लाइन के लिए, एक्सट्रूडर का आकार आमतौर पर पंप की निर्धारित क्षमता से 10-15 प्रतिशत अधिक आउटपुट देने के लिए होता है। सर्वो मोटर मानक मोटर एक्सट्रूज़न ड्राइव का चयन गति नियंत्रण की सटीकता और लाइन की ऊर्जा दक्षता दोनों को प्रभावित करता है। एक्सट्रूडर और मेल्ट पंप के लिए

डाउनस्ट्रीम उपकरण से स्क्रू व्यास का मिलान

डाउनस्ट्रीम उपकरण - कैलेंडरिंग स्टैक, मोटाई गेज, और वाइंडिंग या कटिंग स्टेशन - का आकार लक्ष्य रेखा गति पर एक्सट्रूडर के आउटपुट को संभालने के लिए होना चाहिए। किसी दी गई शीट की चौड़ाई, मोटाई और पॉलिमर घनत्व के लिए, आवश्यक लाइन गति एक्सट्रूडर आउटपुट को शीट के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और पिघल घनत्व से विभाजित किया जाता है। यदि गणना की गई लाइन गति कैलेंडर रोल या वाइन्डर की अधिकतम गति से अधिक है, तो एक्सट्रूडर ओवरसाइज़ है। यदि लाइन की गति डाउनस्ट्रीम उपकरण की न्यूनतम स्थिर गति से कम है, तो एक्सट्रूडर कम आकार का है।

कैलेंडर रोल कूलिंग क्षमता एक और बाधा है। शीट से जो ऊष्मा हटाई जानी चाहिए वह थ्रूपुट, पॉलिमर की विशिष्ट ऊष्मा और पिघल से ठोस अवस्था तक तापमान में गिरावट का उत्पाद है। यदि रोल कूलिंग सिस्टम आवश्यक दर पर इस गर्मी को दूर नहीं कर सकता है, तो शीट अपने नरम बिंदु से ऊपर कैलेंडर से बाहर निकल जाएगी, जिससे चिपकने या विरूपण हो जाएगा।

किसी दिए गए थ्रूपुट लक्ष्य के लिए सही स्क्रू व्यास का चयन करने से एक्सट्रूज़न लाइन को कम आकार या अधिक आकार देने के सामान्य नुकसान से बचा जा सकता है। JWELL लाइन विनिर्देश चरण के दौरान विस्तृत थ्रूपुट गणना और क्षमता अनुमान प्रदान करता है, जिससे ग्राहकों को पॉलिमर प्रकार, लक्ष्य आउटपुट और डाउनस्ट्रीम प्रसंस्करण आवश्यकताओं के आधार पर 65 मिमी से 200 मिमी तक स्क्रू व्यास का चयन करने में मदद मिलती है - एक परामर्शात्मक दृष्टिकोण जो यह सुनिश्चित करता है कि चयनित उपकरण वर्तमान उत्पादन आवश्यकताओं और भविष्य के विकास लक्ष्य दोनों को पूरा करते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

स्क्रू व्यास से एक्सट्रूज़न क्षमता की गणना कैसे की जाती है?

सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर के सैद्धांतिक आउटपुट की गणना ड्रैग फ्लो समीकरण से की जाती है: Q = (1/2) * pi^2 * D^2 * N * H * syn(phi) * cos(phi), जहां D स्क्रू व्यास है, N प्रति सेकंड क्रांतियों में स्क्रू की गति है, H मीटरिंग क्षेत्र में चैनल की गहराई है, और phi स्क्रू उड़ान का हेलिक्स कोण है। वास्तविक आउटपुट दर सैद्धांतिक ड्रैग फ्लो माइनस दबाव प्रवाह और रिसाव प्रवाह है, जो डाई दबाव, पिघल चिपचिपाहट और उड़ान निकासी पर निर्भर करती है।

स्क्रू स्पीड और आउटपुट के बीच क्या संबंध है?

सिद्धांत रूप में, एक्सट्रूडर आउटपुट सीधे स्क्रू गति के समानुपाती होता है। व्यवहार में, संबंध लगभग रैखिक है लेकिन पूर्णतः आनुपातिक नहीं है। बहुत कम स्क्रू गति पर, दबाव प्रवाह घटक ड्रैग प्रवाह का एक बड़ा अंश होता है, और आउटपुट रैखिक प्रक्षेपण से नीचे आता है। बहुत अधिक स्क्रू गति पर, स्क्रू की फीडिंग क्षमता बैरल में प्रवेश करने वाली सामग्री की मात्रा को सीमित कर सकती है, और आउटपुट स्थिर या कम भी हो सकता है। अधिकतम आरपीएम के 30-80 प्रतिशत की सामान्य ऑपरेटिंग रेंज के भीतर, आउटपुट स्क्रू गति के साथ लगभग रैखिक होता है।

क्या बड़े स्क्रू व्यास का मतलब हमेशा उच्च आउटपुट होता है?

हां, स्क्रू व्यास के साथ आउटपुट बढ़ता है, लगभग व्यास के वर्ग के बराबर। हालाँकि, अधिकतम व्यावहारिक थ्रूपुट स्क्रू की पिघलने की क्षमता, डाउनस्ट्रीम उपकरण की शीतलन क्षमता और कैलेंडर और वाइन्डर की अधिकतम लाइन गति से भी सीमित है। एक बड़ा स्क्रू व्यास केवल उच्च आउटपुट में तब्दील होता है यदि पूरी लाइन बढ़े हुए थ्रूपुट को संभालने के लिए आकार में हो।

पिघला हुआ घनत्व आउटपुट गणना को कैसे प्रभावित करता है?

ड्रैग फ्लो समीकरण से गणना किए गए वॉल्यूमेट्रिक आउटपुट को प्रसंस्करण तापमान पर पॉलिमर के पिघल घनत्व का उपयोग करके बड़े पैमाने पर आउटपुट में परिवर्तित किया जाना चाहिए। तापीय विस्तार के कारण पिघले हुए घनत्व का घनत्व ठोस घनत्व से कम होता है। पीपी के लिए, 230 डिग्री सेल्सियस पर पिघलने का घनत्व लगभग 0.75 ग्राम/सेमी3 है, जबकि ठोस घनत्व 0.90 ग्राम/सेमी3 है। पिघले घनत्व के बजाय ठोस घनत्व का उपयोग करने से बड़े पैमाने पर उत्पादन लगभग 20 प्रतिशत अधिक हो जाता है। प्रसंस्करण तापमान पर सटीक पिघल घनत्व मान सही थ्रूपुट गणना के लिए आवश्यक हैं।