Plastikinės plėvelės gamybos srityje ABA trijų sluoksnių ekstruzijos pūtimo membranos metodas tapo pagrindine technologija, pasižyminčia puikiu gaminio našumu ir plačiu pritaikymo spektru. Kaip pagrindinis pūstos plėvelės mašinų modulis, membranos burbuliukų aušinimo sistema tiesiogiai veikia plėvelės kristališkumą, storio vienodumą ir gamybos greitį. Šiuo metu dėl nepakankamo aušinimo efektyvumo pramonė paprastai susiduria su gamybos kliūtimis. Šiame darbe sistemingai aptariami techniniai būdai, kaip pagerinti ABA plėvelės burbulinės aušinimo sistemos našumą iš keturių aspektų: aušinimo sistemos projektavimo, proceso parametrų optimizavimo, pažangaus valdymo ir priežiūros valdymo.
1.Inovatyvus aušinimo sistemos konstrukcijų dizainas
1.1 Konformalūs aušinimo kanalai ir zoninio aušinimo technologija
Tradiciniai aušinimo kanalai daugiausia yra linijiniai arba spiraliniai, ir yra tam tikrų problemų, tokių kaip aklos zonos aušinimas ir temperatūros gradientai. Konforminiai aušinimo kanalai gaminami naudojant 3D spausdinimo technologiją, kurią galima sulyginti su plėvelės burbulo kontūru. Naudodama šią technologiją plataus vartojimo elektronikos įmonė sumažino polikarbonato (PC) rankenos komponento aušinimo laiką nuo 18 sekundžių iki 12 sekundžių, o formavimo ciklą sutrumpino 33%. ABA pūstuve galima pasiekti konformiškus aušinimo kanalus pagrindinėse štampavimo galvutės vietose, tokiose kaip lydalo skirstytuvas ir formos lūpa, kartu su zonine aušinimo strategija. Galima nustatyti atskirus kanalų tankius tose srityse, kuriose labai skiriasi sienelių storis, pvz., tarp šerdies ir paviršiaus sluoksnių. Pavyzdžiui, padvigubinus kanalo tankį storų -sienelių šerdies srityse, aušinimo laikas gali sutrumpėti 40 % ir žymiai pagerinti bendrą vėsinimo efektyvumą.
1.2 Šilumos vamzdžio aušinimas ir fazės keitimo šilumos perdavimo pagerinimas
Pailgintuose įtvaruose arba karštose zonose (pavyzdžiui, lydalo skirstytuvo viduje) įterptus šilumos vamzdžius galima efektyviai aušinti naudojant fazinio virsmo šilumos perdavimo charakteristikas. Automobilių oro filtrų gamintojas, integravęs šilumos vamzdžių technologiją, sumažino savo šerdies aušinimo laiką nuo 25 sekundžių iki 15 sekundžių ir 60 procentų sumažino gaminio deformaciją. ABA plėvelės burbulų sistemose šilumos vamzdžių masyvai gali būti strategiškai išdėstyti pagrindiniame šilumos šaltinyje štampavimo galvutėje, kad būtų galima greitai išleisti šilumą naudojant garavimo{5}}kondensacijos ciklą. Be to, vietinis sustiprintas aušinimas naudojant skystą anglies dioksidą gali būti nukreiptas į karščio taškus, kuriuos sunku pasiekti tradiciniuose vandens kanaluose (pvz., štampų galvutės jungtys). A reflektoriaus formų gamintojui pritaikius technologiją, aušinimo laikas sutrumpėjo 45%, o vandens suvartojimas per metus sumažėjo 2000 tonų.
1.3 Žemos-temperatūros skirtumo aušinimo terpės cirkuliacijos sistemos
Dėl aušinimo vandens temperatūros svyravimų plėvelė susitrauks netolygiai ir sukels storio nuokrypius. Įrengus pelėsių temperatūrą, temperatūros skirtumas tarp aušinimo vandens įleidimo angos ir formos gali būti mažesnis nei 5 laipsniai. Tiksliųjų formų gamintojas, naudodamas šią technologiją, sumažino aušinimo vandens temperatūros svyravimus nuo ±3 laipsnių iki + -0.5 laipsnių, todėl gaminio dydžio tikslumas padidėjo 0,02 mm. Norint tiksliai reguliuoti aušinimo vandens temperatūrą, ABA sistemoje rekomenduojamas PID{7}}valdomas plokštelinis šilumokaitis kartu su uždaro-kilpos aušinimo bokštu. Taip pat turėtų būti integruotos internetinės vandens kokybės stebėjimo sistemos, kad būtų išvengta mastelio{10}sumažėjimo dėl šilumos perdavimo efektyvumo.
2. Dinaminis proceso parametrų optimizavimas
2.1 Sinerginis būgno ir siurbimo santykio valdymas
Išpūtimo koeficientas (BR) ir išpūtimo koeficientas (DR) yra pagrindiniai proceso parametrai, turintys įtakos plėvelės burbuliukų aušinimo efektyvumui. Dėl per didelio BR plėvelės burbulas persitempia ir padidina aušinimo apkrovą, o dėl nepakankamo DR membranos pūslelės atsipalaiduoja ir pailgina aušinimo laiką. BR-DR-aušinimo laiko 3-D atsako paviršiaus modelis nustatytas CAE modeliavimu. Pavyzdžiui, viena įmonė optimizavo mažo tankio polietileno plėvelių gamybą, pakoregavo BR nuo 2,5 iki 2,2 ir DR nuo 4,0 iki 3,5, sutrumpino aušinimo laiką 15%, o dienos produkciją padidino 12%, išlaikant burbulo stabilumą.
2.2 Temperatūros profilių gradientinis dizainas
temperatūros gradientą sudaro lydymosi temperatūra, štampavimo galvutės temperatūra ir vėsaus oro temperatūra. ABA trijų pakopų struktūrai turi būti nustatyti skirtingi paviršiaus sluoksnių (A sluoksnis), pagrindinio sluoksnio (B sluoksnis) ir apatinio sluoksnio (A sluoksnis) temperatūros profiliai. Membraninio burbulo paviršiaus temperatūros pasiskirstymas buvo stebimas infraraudonųjų spindulių termografija, o membranos burbulo kristalizacija analizuota (diferencinė skenuojanti kalorimetrija. Pritaikius modelį, viena įmonė sumažino lydymosi temperatūrą nuo 220 laipsnių iki 210 laipsnių ir pakoregavo štampavimo galvutės temperatūros gradientą nuo 180 laipsnių 200 laipsnių aušinimo laipsniais iki 180 laipsnių trumpinant 185 laipsnių iki 185 laipsnių. laiko 12%, išlaikant mechanines plėvelės savybes.
2.3 Aušinto oro žiedų srauto lauko optimizavimas
Tradiciniai oro žiedai yra vieni žiediniai išėjimai, o oro srautas nėra tolygiai paskirstytas. Apskaičiuojant hidrodinaminį modeliavimą siekiant optimizuoti oro žiedo struktūrą, vienodo aušinimo oro tūriui pasiekti naudojamas kelių pakopų deflektoriaus ir reguliuojamo kampo antgalio derinys. Viena įmonė pakoregavo vėjo žiedo išėjimo kampą nuo 30 laipsnių iki 25 laipsnių, padidino oro greitį nuo 3,5 m/s iki 4,2 m/s, sumažino paviršiaus temperatūros skirtumus plėvelės burbulo nuo ±1,5 laipsnio iki + -0.8 laipsnio ir padidino šaldymo efektyvumą 20%. Be to, diegiant impulsinio aušinimo technologiją, oro slėgis periodiškai keičiasi, sunaikinamas paviršinis ribinis plėvelės burbulo sluoksnis, o tai gali dar labiau sustiprinti konvekcinį šilumos perdavimą.
3. Sumanus stebėjimas ir nuspėjamoji priežiūra
3.1{1}}Kelių jutiklių sintezės stebėjimo sistemos
Naudojant temperatūros, slėgio ir srauto jutiklių matricas, duomenis galima gauti realiuoju laiku iš pagrindinių mazgų, tokių kaip štampavimo galvutės, vandens kanalai ir oro žiedai. Kraštiniai skaičiavimo mazgai palengvina išankstinį duomenų apdorojimą, o mašininio mokymosi algoritmai kuria įrangos būklės vertinimo modelius. Sistemą įdiegusi įmonė aušinimo vandens siurblio gedimus numatė prieš 48 valandas, taip išvengdama gamybos nuostolių dėl netikėto gedimo. ABA sistemai siūloma prijungti -linijinį plėvelės burbulo skersmens matavimo modulį su vizualinio tikrinimo sistemomis, kad būtų galima stebėti burbulo formą realiuoju laiku. Proceso parametrų koregavimas gali būti suaktyvintas automatiškai, kai skersmens nuokrypiai viršija ±1%.
3.2 Skaitmeninis dvigubas{1}}procesų optimizavimas
Sukuriamas skaitmeninis dvynių ABA orapūtės modelis, integruojami įrangos fiziniai parametrai, proceso duomenys ir aplinkos kintamieji, realizuojamas virtualus derinimas, optimizuojama aušinimo sistemos valdymo strategija. Viena įmonė naudojo skaitmeninę dvynių technologiją, kad imituotų plėvelės burbulų morfologijos pokyčius esant skirtingiems aušinimo vandens srautams, sumažindama faktinius derinimo ciklus nuo 72 iki 8 valandų ir sumažindama bandymų ir klaidų išlaidas 80%. Be to, skaitmeninis dvynių modelis leidžia iš anksto-įvertinti įrangos atnaujinimo scenarijus (pvz., pakeisti šilumos vamzdžius veiksmingomis alternatyvomis) ir įvertinti galimus gamybos našumo patobulinimus.
3.3 Numatytos priežiūros strategijos
Ankstyvą gedimų aptikimą galima pasiekti sukūrus pagrindinių aušinimo sistemos komponentų (pvz., vandens siurblių, šilumokaičių, dujų žiedinių variklių) eksploatavimo trukmės prognozavimo modelius ir derinant vibracijos analizę su alyvos būklės stebėjimu. Viena įmonė naudojo šią strategiją, kad sumažintų atsarginių dalių atsargų sąnaudas 35 35 % ir padidino aušinimo vandens siurblių gedimų laiką nuo 4 000 iki 6 500 valandų. ABA sistemoms rekomenduojamas daugiasluoksnis priežiūros planas: kasdienis aušinimo vandens srauto ir slėgio patikrinimas, kas savaitę oro žiedinių filtrų valymas, kasmėnesiniai šilumos vamzdžių šilumos perdavimo efektyvumo bandymai ir kasmetinis kanalo cheminis valymas.
4. Sistemos energijos vartojimo efektyvumo didinimo būdai
Aušinimo vidutinio energijos vartojimo efektyvumo aušinimo optimizavimas
Aušinimo vanduo su žemu temperatūrų skirtumu (įleidimo temperatūros skirtumas ir pelėsis mažesnis nei 3 laipsniai arba lygus jai) gali sumažinti aušinimo bokšto apkrovą. Taip viena įmonė sumažino savo aušintuvų aušintuvų energijos sąnaudas 18%. Aukštos -temperatūros procesams (pvz., PP plėvelės gamybai) alyvos aušinimo sistemos gali būti laikomos alternatyva aušinimui vandeniu. Vienas automobilių komponentų gamintojas pastebėjo 25 % didesnį aušinimo efektyvumą ir 25 % sumažintą vieneto gamybos energijos sąnaudas, perėjus prie 12 aušinimo. Be to, energijos suvartojimą galima dar labiau sumažinti integruojant šilumos atgavimo įrenginį ir panaudojant aušinimo vandens atliekų šilumą žaliavoms pašildyti.
4.2 Kintamo dažnio pavaros ir išmanusis valdymas
Energiją{0}}naudojantys komponentai, pvz., aušinimo vandens siurbliai ir ventiliatorius, reguliuojami dažnio keitimu, kurį galima dinamiškai reguliuoti, atsižvelgiant į faktinę apkrovą. Viena įmonė panaudojo dažnio keitimo technologiją, kad sumažintų aušinimo sistemos energijos suvartojimą 30 %, tuo pačiu sumažindama prastovų laiką dėl mechaninio susidėvėjimo. Dirbtinio intelekto algoritmai, kurie Derindami prisitaikančius vėsinimo parametrus, tokius kaip automatinis aušinimo vandens srauto nustatytų verčių kalibravimas pagal aplinkos temperatūros pokyčius, leido įmonei sumažinti vasaros našumo svyravimus nuo ±8% iki ±3%.
4.3 Lengvas štampų dizainas
Topologijos optimizavimas sumažina štampo galvutės kokybę ir aušinimo sistemos apkrovą. Sumažinusi štampo svorį nuo 120 kg iki 95 kg, įmonė sumažino variklio aušinimo laiką 10 %, tuo pačiu sumažindama variklio energijos sąnaudas. ABA sistemoms rekomenduojama naudoti didelio šilumos laidumo lydinius (pvz., vario ir aliuminio lydinius) kaip pagrindinius štampo galvutės komponentus ir apdoroti paviršių nano{5}}poliravimu, siekiant pagerinti šilumos perdavimo efektyvumą. Eksperimentiniai tyrimai parodė, kad šie metodai gali sutrumpinti aušinimo laiką 15-20%.
Išvada:
ABA plėvelės burbuliukų aušinimo sistemų optimizavimas yra daugiadisciplininis sistemų inžinerijos siekis, reikalaujantis koordinuotos pažangos konstrukcijų projektavimo, procesų valdymo, pažangios priežiūros ir energijos vartojimo efektyvumo valdymo srityse. Diegiant naujoviškas technologijas, tokias kaip konforminiai aušinimo kanalai ir šilumos vamzdžių aušinimas, derinant skaitmeninį dvigubą algoritmą ir dirbtinio intelekto algoritmą, siekiant optimizuoti dinaminius proceso parametrus, galima žymiai pagerinti aušinimo efektyvumą ir membranos kokybę. Tuo pačiu metu nuspėjamosios priežiūros sistemos ir energijos vartojimo efektyvumo valdymo platformos sukūrimas dar labiau sumažins neplanuotų prastovų ir veiklos sąnaudų riziką. Žvelgiant į ateitį, pažangiausių technologijų, pvz., skysto metalo aušinimo ir superkritinio CO2 aušinimo, proveržiai ir toliau didins ABA orapūtių gamybos ribas ir suteiks techninę paramą, kad plastikų pramonė augtų kokybiškai.
