新設計成就節能擠出機
戴維斯-標準公司推出了一種新的擠出機機筒加熱器/冷卻器的設計EEACEH,該設計通過(guò)一個(gè)裝在加熱器/冷卻器排氣部分的阻尼閥系統來(lái)減少對流損失,從而降低能源消耗。
一個(gè)新的擠出機機筒加熱器/冷卻器的設計已被證明可以比一般的設計減少高達33%的能源消耗。這一設計由戴維斯-標準有限責任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“戴維斯-標準公司”)開(kāi)發(fā),并冠以“節能、空氣冷卻、電加熱”(EEACEH)系統。據稱(chēng),這種正在申請專(zhuān)利的新設計可以減少輻射和對流的熱損失。
在一個(gè)帶有空氣冷卻、電加熱(ACEH)機筒的典型單螺桿擠出機中,當需要加熱控制機筒分段溫度時(shí),就要提供電力,而電力會(huì )以熱能形式消散。當熱量必須從機筒中排除時(shí),風(fēng)扇就會(huì )推動(dòng)機筒外部翅片表面上的空氣。
采用EEACEH設計,可通過(guò)一個(gè)裝在加熱器/冷卻器排氣部分的阻尼閥系統來(lái)減少對流損失。據報道,當機筒段需要加熱時(shí),它可以阻止加熱器表面空氣的自由對流。
當機筒段需要加熱時(shí),阻尼器在常閉的位置。當需要冷卻時(shí),空氣壓力打開(kāi)了阻尼器,使加熱的空氣排出。通過(guò)在罩組件的外殼和加熱器/冷卻器的前后工作面上使用絕緣,減少了加熱器/冷卻器表面的輻射能量損失。
戴維斯-標準公司在位于波卡塔克的實(shí)驗室中進(jìn)行試驗,比較了一個(gè)典型系統與新一代的加熱/冷卻技術(shù)。該試驗設備由一臺4.5in(114.3mm)的單螺桿擠出機的一段組成。安裝在機筒上的加熱器/冷卻器的L/D為4:1,最大加熱能力約16kW。一臺鼓風(fēng)機被連接到冷卻導流罩上,在需要時(shí)提供強制空氣冷卻。
將位于鑄封式加熱器中間的熱電偶放置在距機筒內徑0.100in(2.54mm)的地方。采用一個(gè)PID溫度控制器控制深層熱電偶定位點(diǎn)的機筒溫度。機筒中裝有一個(gè)4.5in(114.3mm)正方形排列的計量型螺桿,其料道深度為0.3in(7.62mm)。這提供了一個(gè)針對循環(huán)傳熱流體的螺旋料道,用來(lái)模擬擠出過(guò)程中的內部溫度。為了模擬高溫擠出,用一種油循環(huán)系統以40L/min的恒定流速,向該設備提供恒溫供應的傳熱流體。
在一系列操作條件范圍內,對每個(gè)加熱器的配置進(jìn)行了測試。對于每個(gè)數據集,代表擠出過(guò)程中內部溫度的內部油溫保持不變,機筒分段溫度逐步增加。在每個(gè)穩態(tài)條件下,記錄下機筒溫度、加熱器溫度以及電能消耗。圖2 新的機筒加熱/冷卻設計在擠塑工藝多個(gè)加工溫度內減少了電力消耗
各條件下的電能用量采用Fluke 435電能質(zhì)量分析儀(PQA)進(jìn)行測量。在每個(gè)穩定狀態(tài)條件下記錄的其他數據包括針對每段的電壓和電流;該系統整個(gè)實(shí)際功率、有效功率和無(wú)功功率;作為時(shí)間函數的系統功率因數。
在每個(gè)穩定狀態(tài)下,針對每個(gè)條件的電力使用在30min的運行中以0.5s的時(shí)間間隔進(jìn)行記錄,然后把結果計算出平均值。這些測量受到鑄封型加熱器/冷卻器最大千瓦加熱能力和鋁加熱器/冷卻器750˚F(398.9℃)最大溫度限制的約束。
在試驗中,戴維斯-標準公司為每個(gè)設計畫(huà)出了功率消耗對料筒溫度設定值的曲線(xiàn)。結果表明,EEACEH的設計在保持料筒溫度設定值中,對一個(gè)給定的內部過(guò)程溫度,使用了比常規設計更少的電能。例如,對一個(gè)500˚F(260℃)的過(guò)程溫度,傳統的加熱/冷卻系統消耗近12kW來(lái)保持機筒設定值,而EEACEH的設計只消耗了8kW。
為驗證這些能源節省在現實(shí)加工過(guò)程中的意義,戴維斯-標準公司把數據用于一條擠出涂布生產(chǎn)線(xiàn),該生產(chǎn)線(xiàn)運行了一臺帶有傳統加熱/冷卻系統的4.5in(114.3mm)、L/D為30:1的擠出機,以595lb/h(269.9kg/h)和140r/min的速度加工7-MI LDPE??偧訜崞髟谶^(guò)程中所需的電力為44.2kW。在8000h/年的操作情況下,機筒加熱器將消耗353600kWh的電力。
如果在這個(gè)設置中使用EEACEH設計代替傳統的ACEH,預計會(huì )節約能源約30%或106080kWh。使用平均10美分/kWh的能源成本進(jìn)行計算,將導致每年節約成本為10608美元。
戴維斯-標準公司在一篇由John Christiano、Norton Wheeler和Jason Baird合著(zhù)的論文中討論了這方面的發(fā)展,并于2012年春季在波士頓舉行的SPE ANTEC會(huì )議上作了演講。
在戴維斯-標準公司的新型EEACEH機筒加熱/冷卻設計中,通過(guò)一個(gè)裝在加熱器/冷卻器排氣部分的阻尼閥系統減少了對流的損失。據報道,當機筒段需要加熱時(shí),它可以阻止加熱器表面空氣的自由對流。
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