Công suất là thông số xác định khả năng tồn tại thương mại của dây chuyền ép đùn tấm. Khả năng ép đùn đường kính trục vít liên quan đến những cân nhắc cụ thể khác với các quy trình ép đùn thông thường. Quá ít, thiết bị hạ nguồn sẽ hoạt động dưới công suất, làm xói mòn biên lợi nhuận. Quá nhiều, các cuộn làm mát không thể đông cứng tấm đủ nhanh, buộc phải giảm tốc độ đường truyền. Trọng tâm của phép tính này là đường kính vít máy đùn—biến số duy nhất giới hạn trực tiếp nhất lượng polyme mà máy có thể xử lý mỗi giờ. Công suất đùn đường kính trục vít không phải là một con số cố định; nó phụ thuộc vào tốc độ vít, tính chất polymer, hình dạng vít và áp suất vận hành. Mối quan hệ giữa các biến này được mô tả bằng các phương trình dòng cơ bản của quá trình đùn trục vít đơn, tách tổng sản lượng thành các thành phần dòng kéo, dòng áp suất và dòng rò rỉ. Bài viết này giải thích lý thuyết đằng sau việc tính toán công suất ép đùn, cung cấp các công thức thực tế và cung cấp dữ liệu thông lượng tham khảo cho các polyme ép đùn tấm thông thường. Để biết bối cảnh quy trình ép đùn rộng hơn, hãy xem hướng dẫn về công nghệ ép đùn tấm.
Vật lý của đầu ra máy đùn: Dòng kéo, dòng áp suất và dòng rò rỉ
Đầu ra của máy đùn trục vít đơn là kết quả cuối cùng của ba cơ chế dòng chảy. Dòng kéo là hành động truyền tải về phía trước được tạo ra bởi chuyển động tương đối giữa trục vít và thùng. Nó tỷ lệ thuận với tốc độ trục vít, độ sâu kênh và đường kính trục vít và thể hiện sản lượng lý thuyết tối đa.
Dòng áp suất hoạt động theo hướng ngược lại. Khuôn ở cuối máy đùn tạo ra lực cản dòng chảy, tạo ra một gradient áp suất điều khiển dòng chảy ngược từ đầu khuôn áp suất cao về đầu cấp liệu áp suất thấp. Dòng áp suất tỷ lệ thuận với gradient áp suất và lập phương của độ sâu kênh. Dòng rò rỉ xảy ra thông qua khe hở nhỏ giữa đầu cánh trục vít và thành thùng—thường bằng 0,1 đến 0,15% đường kính trục vít—và thường chiếm ít hơn 5% tổng sản lượng.
Tổng sản lượng thể tích là lưu lượng kéo trừ đi lưu lượng áp suất và lưu lượng rò rỉ. Ở dạng đơn giản: Q = Q_drag - Q_áp lực - Q_leakage . Ý nghĩa thực tế là đầu ra của máy đùn không phải là một con số duy nhất mà là một hàm của các điều kiện vận hành. Ở tốc độ trục vít nhất định, đầu ra giảm khi áp suất khuôn tăng. Vít kênh nông có đường cong đặc tính phẳng hơn, nghĩa là đầu ra của nó ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi áp suất khuôn; vít kênh sâu có công suất ra cao hơn ở áp suất thấp nhưng giảm mạnh hơn khi áp suất tăng.
Đường kính trục vít và Luật mở rộng thông lượng
Đường kính trục vít ảnh hưởng đến đầu ra thông qua thuật ngữ dòng kéo, tỷ lệ với bình phương đường kính. Việc tăng gấp đôi đường kính trục vít sẽ làm tăng sản lượng lý thuyết lên gấp bốn lần. Vít 150mm có thể xử lý công suất gấp khoảng 2,25 lần so với vít 100mm ở cùng tốc độ vít. Tỷ lệ không phải là bậc hai hoàn hảo vì độ sâu kênh, tỷ lệ L/D và tốc độ trục vít cho phép cũng thay đổi theo đường kính. Vít lớn hơn thường chạy ở tốc độ RPM thấp hơn để duy trì cùng tốc độ đầu vít, bị giới hạn bởi độ nhạy cắt của polyme.
Công suất thực tế trên phạm vi đường kính thông thường cung cấp hướng dẫn định cỡ sơ bộ. PP xử lý máy đùn trục vít đơn 65mm có thể cung cấp 150-250 kg/giờ. Máy 90mm: 350-500 kg/giờ. Máy 120mm: 800-1.200 kg/giờ. Máy 150mm: 1.200-1.800 kg/giờ. các Tỷ lệ LD thiết kế trục vít đùn ảnh hưởng đến mức trần thông lượng thực tế: L/D dài hơn mang lại khả năng nấu chảy nhiều hơn, cho phép tốc độ trục vít cao hơn trước khi quá trình nấu chảy trở nên hoàn toàn.
Bảng thông lượng thực tế cho tấm polyme thông thường
Phạm vi công suất sau đây thể hiện hiệu suất điển hình của máy đùn trục vít đơn được thiết kế tốt xử lý các tấm polyme thông thường ở tỷ lệ 28:1 đến 33:1 L/D. Các giá trị giả định thiết kế trục vít cân bằng với tỷ lệ nén và tiết diện trộn thích hợp cho polyme.
Tấm Polypropylen (PP):
Tấm Polyetylen (HDPE/LDPE):
Tấm PET:
65mm: 120-180 kg/giờ
90mm: 280-400 kg/giờ
120mm: 650-950 kg/giờ
150mm: 950-1.450 kg/giờ
Công suất PET thấp hơn PP ở đường kính trục vít tương đương do cửa sổ xử lý hẹp hơn và thiết kế trục vít có lỗ thông hơi hai giai đoạn.
Tấm Polystyrene (PS):
Những phạm vi này cung cấp điểm khởi đầu cho việc định cỡ dòng. Sản lượng thực tế phải được xác minh thông qua thử nghiệm ép đùn hoặc tính toán kỹ thuật chi tiết.
Vai trò của máy bơm tan chảy trong công suất ép đùn
Một máy bơm nóng chảy—một máy bơm bánh răng chuyển vị dương được lắp đặt giữa máy đùn và khuôn—tách đầu ra của máy đùn khỏi áp suất khuôn. Máy đùn cung cấp cho bơm tan chảy ở tốc độ cao hơn một chút so với điểm đặt của bơm, duy trì áp suất đầu vào không đổi. Máy bơm đo thể tích đầu ra chính xác tới khuôn, bất kể biến động áp suất khuôn hoặc tải gói màn hình.
Với máy bơm tan chảy, máy đùn hoạt động với áp suất ngược thấp hơn, không đổi và máy bơm đảm nhận chức năng tạo áp suất. Điều này cho phép trục vít được thiết kế để đạt hiệu quả nấu chảy hơn là tạo ra áp suất. Đầu ra của máy bơm gần như không phụ thuộc vào áp suất, do đó sự thay đổi điện trở của khuôn không ảnh hưởng đến tốc độ dòng khối đến khuôn. Kết quả là độ dày tấm ổn định hơn, đặc biệt là trong quá trình khởi động và chuyển đổi quy trình. Đối với dây chuyền có máy bơm tan chảy, máy đùn thường có kích thước để cung cấp sản lượng cao hơn 10-15% so với công suất định mức của máy bơm. các Việc lựa chọn ổ đĩa đùn động cơ tiêu chuẩn của động cơ servo cho máy đùn và bơm tan chảy ảnh hưởng đến cả độ chính xác của việc kiểm soát tốc độ và hiệu suất năng lượng của dây chuyền.
Khớp đường kính trục vít với thiết bị hạ nguồn
Thiết bị hạ nguồn—máy cán cán, máy đo độ dày và trạm cuộn dây hoặc trạm cắt—phải có kích thước phù hợp để xử lý đầu ra của máy đùn ở tốc độ đường mục tiêu. Đối với chiều rộng, độ dày và mật độ polymer nhất định của tấm, tốc độ đường truyền yêu cầu là đầu ra của máy đùn chia cho diện tích mặt cắt ngang của tấm và mật độ nóng chảy. Nếu tốc độ dây chuyền tính toán vượt quá tốc độ tối đa của cuộn lịch hoặc máy cuộn thì máy đùn có kích thước quá khổ. Nếu tốc độ đường truyền thấp hơn tốc độ ổn định tối thiểu của thiết bị hạ nguồn thì máy đùn có kích thước nhỏ.
Khả năng làm mát cuộn lịch là một hạn chế khác. Nhiệt phải được loại bỏ khỏi tấm là sản phẩm của thông lượng, nhiệt dung riêng của polyme và sự giảm nhiệt độ từ trạng thái nóng chảy sang trạng thái rắn. Nếu hệ thống làm mát cuộn không thể loại bỏ lượng nhiệt này ở tốc độ yêu cầu, tấm sẽ thoát ra khỏi máy cán trên điểm mềm của nó, gây dính hoặc biến dạng.
Việc chọn đường kính trục vít chính xác cho mục tiêu công suất nhất định sẽ tránh được cạm bẫy phổ biến là kích thước quá nhỏ hoặc quá khổ của dây chuyền ép đùn. JWELL cung cấp các tính toán chi tiết về thông lượng và dự báo công suất trong giai đoạn xác định thông số dây chuyền, giúp khách hàng lựa chọn đường kính trục vít từ 65mm đến 200mm dựa trên loại polymer, sản lượng mục tiêu và yêu cầu xử lý tiếp theo — một phương pháp tư vấn đảm bảo thiết bị được chọn đáp ứng cả nhu cầu sản xuất hiện tại và mục tiêu tăng trưởng trong tương lai.
Câu hỏi thường gặp
Công suất đùn được tính từ đường kính trục vít như thế nào?
Đầu ra lý thuyết của máy đùn trục vít đơn được tính từ phương trình dòng kéo: Q = (1/2) * pi^2 * D^2 * N * H * sin(phi) * cos(phi), trong đó D là đường kính trục vít, N là tốc độ trục vít tính bằng số vòng quay trên giây, H là độ sâu kênh trong vùng đo sáng và phi là góc xoắn của chuyến bay trục vít. Tốc độ đầu ra thực tế là lưu lượng kéo theo lý thuyết trừ đi lưu lượng áp suất và lưu lượng rò rỉ, phụ thuộc vào áp suất khuôn, độ nhớt tan chảy và độ hở của chuyến bay.
Mối quan hệ giữa tốc độ vít và đầu ra là gì?
Về lý thuyết, đầu ra của máy đùn tỷ lệ thuận với tốc độ trục vít. Trong thực tế, mối quan hệ này gần như tuyến tính nhưng không tỷ lệ hoàn hảo. Ở tốc độ trục vít rất thấp, thành phần dòng áp suất là một phần lớn hơn của dòng kéo và đầu ra giảm xuống dưới hình chiếu tuyến tính. Ở tốc độ trục vít rất cao, khả năng cấp liệu của trục vít có thể hạn chế lượng vật liệu đi vào thùng và sản lượng có thể ổn định hoặc thậm chí giảm. Trong phạm vi hoạt động bình thường từ 30-80 phần trăm RPM tối đa, đầu ra gần như tuyến tính với tốc độ trục vít.
Có phải đường kính trục vít lớn hơn luôn có nghĩa là sản lượng cao hơn?
Có, công suất tăng theo đường kính trục vít, xấp xỉ bằng bình phương đường kính. Tuy nhiên, năng suất thực tế tối đa cũng bị hạn chế bởi khả năng nóng chảy của trục vít, khả năng làm mát của thiết bị hạ lưu và tốc độ dây chuyền tối đa của máy cán và máy cuộn. Đường kính trục vít lớn hơn chỉ mang lại sản lượng cao hơn nếu toàn bộ dây chuyền có kích thước để xử lý công suất tăng lên.
Mật độ tan chảy ảnh hưởng đến tính toán đầu ra như thế nào?
Sản lượng thể tích được tính toán từ phương trình dòng chảy kéo phải được chuyển đổi thành sản lượng khối lượng bằng cách sử dụng mật độ nóng chảy của polyme ở nhiệt độ xử lý. Mật độ nóng chảy thấp hơn mật độ rắn do giãn nở nhiệt. Đối với PP, mật độ nóng chảy ở 230 độ C là khoảng 0,75 g/cm3, so với mật độ rắn là 0,90 g/cm3. Việc sử dụng mật độ rắn thay vì mật độ nóng chảy sẽ đánh giá quá cao sản lượng khối lượng khoảng 20%. Giá trị mật độ nóng chảy chính xác ở nhiệt độ xử lý là điều cần thiết để tính toán thông lượng chính xác.
