引論：我們?yōu)槟砹?篇塑料擠出機(jī)加熱冷卻系統(tǒng)節(jié)能研究范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

擠出機(jī)主機(jī)主要由擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和機(jī)身組成。擠出系統(tǒng)是擠出機(jī)的關(guān)鍵部分，由螺桿和料筒組成。塑料通過擠出系統(tǒng)塑化成均勻的熔體，并在壓力下被螺桿連續(xù)定壓、定量、定溫?cái)D出機(jī)頭。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，保障螺桿在工作中所需的轉(zhuǎn)速和扭矩。加熱冷卻系統(tǒng)保障塑料和擠出系統(tǒng)在成型過程中達(dá)到工藝要求。擠出機(jī)的節(jié)能包括擠出系統(tǒng)的節(jié)能、傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能和加熱冷卻系統(tǒng)的節(jié)能等。本文主要綜述了塑料擠出機(jī)加熱冷卻系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

1.加熱系統(tǒng)的改造

加熱系統(tǒng)中，大多采用感應(yīng)加熱器的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能。傳統(tǒng)的擠出機(jī)加熱采用電阻方式，即將電阻絲直接包裹在料筒外或制成電阻板敷在料筒外壁，利用電阻絲通電產(chǎn)生熱量，將熱量傳遞到金屬料筒，使桶內(nèi)塑料熔融擠出成型。與電阻絲加熱相比，感應(yīng)加熱器可直接作用于料桶且多了一層保溫層，可減少熱能損耗和加熱時(shí)間，避免了因電阻絲長(zhǎng)期處于高溫氧化狀態(tài)使用壽命短的問題。感應(yīng)加熱的加熱速率可提高25%以上，可使電機(jī)滿負(fù)荷，減少高功率低需求造成的電能損耗，節(jié)能率約是老式電阻圈的30%~70%。嘉興德永紡織品有限公司開發(fā)出一種擠出機(jī)用電磁加熱圈，包括一對(duì)內(nèi)壁上有保溫層和反射層的半圓形殼體，殼體腔內(nèi)有電磁感應(yīng)線圈，反射層壁有電加熱帶，半圓形殼體連接處有熱電轉(zhuǎn)換裝置。使用電磁加熱圈加熱具有溫升快、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，并且散失的熱量可以通過熱電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電能為電加熱帶供電輔助加熱。感應(yīng)加熱通過在料筒外繞有均勻加熱耐高溫線圈產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)使料筒自身快速加熱。塑料加工溫度波動(dòng)一般要求控制在±2℃，需通過不斷的加熱和冷卻來控制溫度。張坤等開發(fā)了一種擠出機(jī)電磁感應(yīng)加熱溫度自控裝置，是在擠出機(jī)料筒和保溫筒之間間隔設(shè)置六個(gè)環(huán)形支撐，在加料區(qū)、及時(shí)壓縮區(qū)、熔融均化區(qū)、第二壓縮區(qū)和攪拌混合區(qū)進(jìn)行溫度調(diào)控。在保溫桶外包覆一層絕熱布，絕熱布外纏繞電磁導(dǎo)線對(duì)料筒進(jìn)行加熱，電磁導(dǎo)線外部再包覆第二絕熱布；在加料區(qū)、及時(shí)壓縮區(qū)、第二壓縮區(qū)和攪拌混合區(qū)內(nèi)分別設(shè)置進(jìn)出風(fēng)道對(duì)各調(diào)控區(qū)降溫。通過電磁加熱在提高熱效率的同時(shí)，依靠空氣換熱可實(shí)現(xiàn)快速降溫。常熟江輝纖維制品科技有限公司公開了一種擠出機(jī)感應(yīng)加熱恒溫裝置。該裝置在感應(yīng)加熱料筒的加料段、壓縮段和均化段分別通過感應(yīng)進(jìn)行溫控加熱。這三個(gè)恒溫感應(yīng)加熱部件軸向長(zhǎng)度不相同，分別控制感應(yīng)加熱溫度，每段都有高溫相變蓄熱材料且各段混合比例不同，通過紅外溫度傳感器進(jìn)行反饋。在斷電或線圈銅管水冷卻時(shí)，可用定形高溫復(fù)合相變材料相變產(chǎn)生的熱量維持高分子材料的加工溫度。高溫相變蓄熱材料使用的是無機(jī)鹽類混合材料（如NaCl與MgCl混合物），材料的配比不同，相變溫度、相變潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)不同。實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制可以克服難互溶材料（如高分子材料與無機(jī)物）的融合分層以及大批量連續(xù)生產(chǎn)過程中感應(yīng)線圈易燒毀等問題，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備和使用成本。

2.冷卻系統(tǒng)的改造

松德機(jī)械股份有限公司發(fā)明了一種擠出機(jī)的新型恒溫控制結(jié)構(gòu)，包括擠出機(jī)料筒底座、多個(gè)能夠單獨(dú)控制的料筒電磁感應(yīng)加熱器以及料筒保護(hù)罩。保護(hù)罩能夠罩住整個(gè)料筒和電磁感應(yīng)加熱器。保護(hù)罩上有散熱排風(fēng)口，通過排風(fēng)口連通通風(fēng)管道，每個(gè)通風(fēng)管道內(nèi)分別有控制開關(guān)的風(fēng)門，多個(gè)通風(fēng)管道都連通于一根風(fēng)管上，風(fēng)管上連有抽風(fēng)機(jī)以排出熱量。裝置采用大功率抽風(fēng)機(jī)和多路管道及風(fēng)門控制，可以對(duì)擠出機(jī)料筒各段集中風(fēng)冷，將高溫氣流通過管道排出室外，使擠出機(jī)周邊環(huán)境溫度不受設(shè)備加熱器工作的影響。常用的擠出機(jī)冷卻方式有風(fēng)冷、水冷和油冷。其中，水冷方式容易導(dǎo)致物料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起翹曲和沖擊強(qiáng)度下降。汕頭市正乾實(shí)業(yè)有限公司改進(jìn)了雙螺桿擠出機(jī)的加熱冷卻裝置。該裝置由加熱和冷卻兩部分組成。加熱裝置是感應(yīng)加熱器，由螺桿機(jī)筒和電磁芯組成，每個(gè)電磁芯內(nèi)部均設(shè)置兩個(gè)勵(lì)磁線圈，加熱裝置通過電磁感應(yīng)在螺桿機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生渦流加熱筒中的物料，螺桿機(jī)筒外設(shè)有絕熱層。冷卻裝置采用干濕混合式真空冷卻方式，主要由定型套、過水板及水箱組成。定型套由及時(shí)、第二兩個(gè)定型套組成，兩個(gè)定型套之間連接過水板，第二定型套與水箱連接。經(jīng)第二定型套真空降溫的物料輸送至水箱進(jìn)一步冷卻。這種干濕混合式真空冷卻方式可以降低物料產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、降低牽引機(jī)的牽引力，以及由此引起的翹曲和沖擊強(qiáng)度的下降。除了在擠出機(jī)內(nèi)部設(shè)置冷卻裝置，還可以在擠出機(jī)設(shè)置可拆卸的應(yīng)急冷卻器。如雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜生產(chǎn)線中的共擠出機(jī)，其喂料段螺筒內(nèi)部配置有冷卻水通道，水通道環(huán)繞螺筒內(nèi)部螺旋式走向。隨著使用時(shí)間的推移，冷卻水通道逐步被水垢堆積堵塞，最終堵塞不能通水。采用除垢劑泡浸、機(jī)械式通孔、高壓水泵加壓沖擊等方法都不能對(duì)其疏通，使共擠出機(jī)喂料段溫度過高無法控制，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障以及生產(chǎn)出廢品。湛江包裝材料企業(yè)有限公司開發(fā)了BOPP薄膜共擠出機(jī)應(yīng)急冷卻器，包括兩個(gè)密封設(shè)置的半管狀機(jī)體，機(jī)體內(nèi)、外壁之間形成密封冷卻水箱，內(nèi)壁有導(dǎo)熱填充層，其可以是氧化鋁導(dǎo)熱層、氧化鎂導(dǎo)熱層、氧化鋅導(dǎo)熱層、氮化鋁導(dǎo)熱層、氮化硼導(dǎo)熱層或碳化硅導(dǎo)熱層。兩個(gè)機(jī)體的前端分別有連接嘴，通過帶有螺紋連接嘴的U型管相連。兩個(gè)機(jī)體的后端分別設(shè)有注水嘴和出水嘴，機(jī)體間活動(dòng)安裝鎖緊裝置。機(jī)體間有5~10mm的間隙。冷卻器可牢固固定在共擠出機(jī)需冷卻的部位，導(dǎo)熱填充層可根據(jù)冷卻部位形狀的變化進(jìn)行微調(diào)，U型連接管和鎖緊裝置拆裝方便，在共擠出機(jī)溫度急劇升高能及時(shí)降溫冷卻。

3.感應(yīng)加熱擠出機(jī)的進(jìn)一步完善

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)采用感應(yīng)加熱器的擠出機(jī)不斷進(jìn)行完善，如波紋管擠出機(jī)和使用熔融沉積工藝的3D打印擠出機(jī)。波紋管擠出機(jī)通常依靠螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力及剪切力，使物料充分塑化均勻混合，并通過口模成型，最終生產(chǎn)出波紋管。制造過程中通常會(huì)出現(xiàn)波紋管成型困難，管材發(fā)脆，波紋管外壁毛糙、發(fā)泡，管壁不均勻等問題。杭州信宇塑業(yè)有限公司對(duì)波紋管擠出機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的其塑化裝置含有電磁感應(yīng)加熱圈、機(jī)筒和螺桿。電磁感應(yīng)加熱圈安裝于機(jī)筒上，機(jī)筒內(nèi)有螺桿和真空除濕器，在距離進(jìn)料口2/3位置處的側(cè)壁上設(shè)有除濕孔，真空除濕器通過除濕孔與機(jī)筒相連。使用該擠出機(jī)生產(chǎn)波紋管時(shí)不僅易于成型，而且管壁均勻、光滑，同時(shí)波紋管結(jié)實(shí)耐用，抗折彎，耐斷裂。使用熔融沉積工藝的3D打印機(jī)，是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有微細(xì)噴嘴的擠出機(jī)將材料擠出，在平面生成3D模型截面的形狀，各截面再層層疊加，最終形成3D實(shí)體，是桌面級(jí)3D打印機(jī)主要采用的技術(shù)方案。使用熔融沉積工藝的3D打印機(jī)擠出機(jī)只能擠出低熔點(diǎn)的材料，無法打印非固定熔點(diǎn)的晶體和具有較高熔點(diǎn)金屬。李乾勇研發(fā)了一種使用感應(yīng)加熱器的3D打印機(jī)擠出機(jī)，包括送料裝置和感應(yīng)加熱器。送料裝置在感應(yīng)加熱器上方，感應(yīng)加熱器主要由隔熱罩、感應(yīng)線圈、渦流感應(yīng)加熱塊和打印機(jī)嘴組成。渦流感應(yīng)加熱塊的內(nèi)部設(shè)有貫通孔與打印機(jī)嘴相通，加熱器中部有貫通孔的散熱器，散熱器的貫通孔與上底壁上的金屬化孔相通。該3D打印機(jī)感應(yīng)加熱器的加熱溫度可以在幾十度到上千度調(diào)控，既可以融化低熔點(diǎn)的材料，也可以融化高熔點(diǎn)的材料，并且材料絲的受熱均勻，可完成對(duì)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、玻璃、金屬的打印工作，滿足多領(lǐng)域的應(yīng)用。

4.電磁加熱節(jié)能系統(tǒng)擠出機(jī)的改造實(shí)踐

孔智勇根據(jù)擠出機(jī)加熱分區(qū)實(shí)際狀況，對(duì)電磁加熱節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行改造。該擠出機(jī)采用高密度聚乙烯為原料生產(chǎn)塑料管材。經(jīng)改造，配備了3臺(tái)電磁加熱控制器，每臺(tái)控制器分別加熱3個(gè)分區(qū)，繞電感線圈加熱。降溫采用風(fēng)冷方式，料筒外面包裹絕緣保溫材料，風(fēng)機(jī)采用專門支架支撐。改造后，預(yù)熱3段升溫，工藝溫度可達(dá)185~220℃，總體預(yù)熱時(shí)間較改造前縮短1/3。在預(yù)熱階段及生產(chǎn)階段，各區(qū)溫度波動(dòng)都能控制在±2℃，溫度精度明顯提高。擠出機(jī)的產(chǎn)量約為330kg/h，每噸產(chǎn)品加熱耗電經(jīng)折算為16kW?h，較改造前節(jié)省64%；主機(jī)電流從改造前170A降低到150A，主電機(jī)的運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。并且改造后料筒外壁溫度由改造前的200℃降低到40~50℃，降低了環(huán)境溫度。每年節(jié)約標(biāo)煤30t，二氧化碳減排80t。某企業(yè)使用雙錐螺桿擠塑機(jī)生產(chǎn)塑料管材，擠塑機(jī)螺筒全長(zhǎng)約2200mm。改造前電阻加熱，預(yù)熱時(shí)間為3h，6個(gè)溫區(qū)的溫度為170~250℃，加熱總功率為42.8kW。除1區(qū)外，其他5個(gè)溫區(qū)采用風(fēng)機(jī)降溫。趙宗彬等采用兩臺(tái)15kW的電磁加熱主機(jī)，加熱總功率為30kW，安裝在一臺(tái)控制柜中。1區(qū)改造時(shí)在螺筒外包裹耐高溫絕緣保溫材料，并在保溫材料上纏繞電感線圈；其他5個(gè)溫區(qū)改造時(shí)在螺筒上安裝絕緣板用作降溫風(fēng)道，并在絕緣板上纏繞電感線圈，絕緣板留有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口并與風(fēng)機(jī)連接。生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐表明，擠塑機(jī)加熱系統(tǒng)正常運(yùn)行每小時(shí)耗電由改造前的電16.8kW?h下降到12.4kW?h，節(jié)能率26.2%。利用比例微積分調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)溫度波動(dòng)控制在±1℃。

5.結(jié)語

塑料擠出機(jī)的節(jié)能可通過擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)的節(jié)能來實(shí)現(xiàn)。在加熱冷卻系統(tǒng)中，通過電磁感應(yīng)加熱取代電阻加熱是該系統(tǒng)節(jié)能的主要趨勢(shì)。擠出機(jī)電磁感應(yīng)加熱改造后，系統(tǒng)耗電大幅下降，節(jié)能率超過20%。通過對(duì)加熱冷卻系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，塑料加工溫度波動(dòng)范圍得以控制，使得塑料制品的質(zhì)量進(jìn)一步提高。