كيفية تقليل استهلاك الطاقة في قذف البلاستيك

يعد استخدام طاقة قذف البلاستيك أحد تلك التكاليف التي لا تلاحظها حقًا إلا عند ظهور الفاتورة. إذا استمر الخط يومًا بعد يوم، يصبح التأثير أكبر. لذا فإن السؤال الحقيقي لا يتعلق بتقليص نسبة قليلة في مكان ما؛ إنها معرفة أين تذهب الطاقة فعليًا. بمجرد أن تصبح هذه الصورة في مكانها الصحيح، فإن طرق خفض استهلاك طاقة الطارد تبدو محددة وقابلة للتنفيذ.

في آلة البثق اللولبية النموذجية، يذهب حوالي 60-70% من الطاقة إلى المحرك ونظام القيادة، و20-30% إلى تسخين البرميل (تقدر العديد من الخطوط ذلك يدويًا)، والباقي إلى التبريد والمواد المساعدة والخسارة (الشكل . 1). هذه الأرقام مفيدة كنقطة بداية تقريبية - ولا شك أنها تختلف من سطر إلى آخر - ولكنها ليست قواعد. وحتى داخل نفس الخط، ستتغير الحصص النسبية مع تصميم المسمار والمواد والإنتاجية ونقاط ضبط درجة الحرارة وكيفية تشغيل الخط.

يوصف المحرك أحيانًا بأنه مجرد تدوير المسمار. هذا الوصف يفتقد معظم العمل. في الواقع، يجب على المحرك نقل المواد الصلبة عبر البرميل، وتليينها وصهرها، وخلط الذوبان، وبناء الضغط، والتغلب على مقاومة القص. يتم استهلاك الطاقة في كل تلك الخطوات. ومنه ما ينفع في الذوبان والاختلاط؛ ويصبح بعضها حرارة يجب إزالتها عن طريق التبريد. وبالتالي، لا يمكن تقييم كفاءة المحرك وسلوك العملية بشكل منفصل.

قد تستمر الآلات القديمة في استخدام محركات التيار المستمر أو محركات التيار المتردد القياسية مع التحكم في السرعة الكهرومغناطيسية (والتي يمكن أن تعمل، ولكنها غالبًا ما تكون أقل كفاءة من المحركات الحديثة). أصبح محرك التردد المتغير الآن خطًا أساسيًا شائعًا - فهو يتيح لك تشغيل المسمار بالسرعة المناسبة للحمل بدلاً من تشغيله بسرعة عالية ثابتة والاختناق في مكان آخر. لكن الفائدة العملية تتجاوز مجرد الكهرباء: التحكم الأفضل في السرعة يعمل على تحسين استقرار العملية وتقليل مدخلات الطاقة الميكانيكية غير الضرورية.

أصبح محرك التردد المتغير الآن بمثابة خط أساس مشترك. فهو يسمح لسرعة المسمار بمطابقة الحمل الفعلي بدلاً من التشغيل بسرعة عالية ثابتة والاختناق في مكان آخر. الفائدة العملية ليست كهربائية فقط. يمكن أن يؤدي التحكم الأفضل في السرعة أيضًا إلى تحسين استقرار العملية وتقليل مدخلات الطاقة الميكانيكية غير الضرورية.

المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم هي خيار آخر. يمكن أن يكون PMSM أكثر كفاءة من المحرك التحريضي القياسي ثلاثي الطور، وغالبًا ما يكون الفرق أكثر وضوحًا عند السرعة المنخفضة والحمل الخفيف. يعتمد الكسب الدقيق على حجم المحرك وملف تعريف الحمل وطريقة التحكم وبقية مجموعة القيادة. من الناحية العملية، يعد المحرك والقيادة المتوافقان جيدًا أكثر قيمة من المحرك الأكبر الذي يعمل أقل بكثير من نطاق كفاءته. لا تعني الطاقة المثبتة الأعلى أداءً أفضل تلقائيًا. يمكن أن يعني ذلك خسائر أعلى في حالة عدم التحميل، وعامل طاقة أضعف، واستهلاك المزيد من الطاقة لكل كيلوغرام من المنتج.

تسخين البرميل هو الحمل الرئيسي الثاني. تعتبر أشرطة التسخين التقليدية المصنوعة من الألومنيوم المصبوب شائعة، ولكنها ليست فعالة بشكل خاص. يمكن فقدان جزء كبير من الحرارة في الهواء المحيط. وفي ورشة عمل دافئة، تضيف هذه الخسارة أيضًا إلى حمل التبريد، وهو ما يمثل عقوبة مضاعفة.

يساعد العزل. وكذلك تفعل طرق التسخين البديلة مثل التسخين الكهرومغناطيسي وملفات التسخين بالأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء النانوية. غالبًا ما يتم الترويج لهذه التصميمات لتحقيق كفاءة حرارية أعلى واستجابة أسرع ودرجة حرارة سطحية منخفضة. في بعض مقارنات المعدات، تم الإبلاغ عن أن التحول من أشرطة الألمنيوم المصبوب غير المعزولة إلى سخانات معزولة عالية الكفاءة يقلل من طاقة التدفئة بنسبة 30-50٪ تقريبًا. وينبغي التعامل مع هذا الرقم باعتباره مثالا اتجاهيا، وليس نتيجة مضمونة. تعتمد التوفيرات الفعلية على تصميم البرميل ونقاط ضبط درجة الحرارة وحالة العزل والظروف المحيطة والعملية نفسها.

تعد كفاءة التدفئة أيضًا مشكلة عملية. إذا تم تبريد المنطقة باستمرار بينما لا يزال المدفأة تضيف الطاقة، فقد لا تكون المشكلة في المدفأة وحدها. قد يكون هناك قص مفرط في تلك المنطقة، أو ضعف التحكم في درجة الحرارة، أو تصميم لولبي يولد حرارة أكثر مما تحتاج إليه العملية. إن استبدال السخانات دون معالجة هذه الظروف يمكن أن يترك الكثير من التوفير المحتمل على الطاولة.

معظم الطاقة التي تذيب البوليمر لا تأتي من نطاقات التسخين. انها تأتي من المسمار. يقوم المحرك بتشغيل المسمار، ويقوم المسمار بقص المادة. وتتحول تلك الطاقة الميكانيكية إلى حرارة. هذا هو السبب في أن التكوين اللولبي له تأثير مباشر على استهلاك طاقة الطارد.

تؤثر كتل العجن وزاويتها وطولها وموضعها على شدة القص وزمن المكوث. يمكن أن يؤدي المزيد من القص إلى تحسين الخلط المشتت، ولكنه أيضًا يرفع درجة حرارة الذوبان ويمكن أن يزيد من حمل المحرك. إذا كانت المنطقة تتطلب بانتظام مياه تبريد ثقيلة، فهذه علامة على أن المسمار يولد حرارة أكثر مما يمكن أن تستخدمه العملية. يقوم المحرك بالعمل، وتسخن المادة، ويقوم نظام التبريد بإزالة الحرارة الزائدة. ومن وجهة نظر الطاقة، فهذه حلقة تستحق الدراسة.

يجب أن يكون تصميم المسمار متوازنًا مع المواد والإخراج ومتطلبات الخلط والمنتج النهائي. ليس كل تطبيق قذف يتطلب أقصى قدر من القص. في بعض الأحيان، يوفر الملف اللولبي اللطيف، جنبًا إلى جنب مع عناصر الخلط المناسبة، أداءً عامًا أفضل. الصياغة مهمة أيضًا. يمكن أن تؤدي إضافة مادة تشحيم فعالة أو تقليل لزوجة الذوبان إلى خفض تيار المحرك وتقليل حرارة القص. والنتيجة هي طاقة كهربائية أقل تتحول إلى حرارة يجب إزالتها لاحقًا.

يعد استهلاك الطاقة لكل طن مقياسًا أكثر فائدة من قوة لوحة المحرك. يمكن لآلة بثق كبيرة تعمل بإنتاج منخفض أن تستهلك طاقة أكبر لكل كيلوغرام من آلة أصغر تعمل بالقرب من نطاقها الفعال. وينطبق نفس المبدأ داخل جهاز واحد.

على سبيل المثال، فإن جهاز الطارد مقاس 75 مم الذي يعمل بجزء صغير من سعته، عادةً ما يكون لديه ملف تعريف طاقة ضعيف مقارنة بنفس الماكينة التي تعمل بالقرب من نطاق الإخراج المصمم لها. تعتمد الأرقام الدقيقة على المادة، والمسمار، والمحرك، ودرجة الحرارة، ولكن الاتجاه واضح. الاستخدام مهم. وكذلك الأمر بالنسبة لبدء التشغيل، وإيقاف التشغيل، والتطهير، وتغييرات المواد. لا تزال كل دقيقة من التشغيل في وضع الخمول تستهلك الطاقة، كما أن عمليات التبديل المتكررة غير الفعالة تضيف إلى الإجمالي.

وبالتالي فإن إدارة الإنتاج جزء من إدارة الطاقة. إن جدولة عمليات تشغيل أطول، وتقليل وقت الخمول، ومطابقة الجهاز مع المهمة، والحفاظ على معلمات العملية ضمن نافذة فعالة يمكن أن تكون بنفس أهمية أي تغيير في الأجهزة.

نادراً ما يكون التخفيض الفعال للطاقة في عملية بثق البلاستيك بمثابة حل مكون واحد. وعادةً ما يأتي ذلك من مزيج من اختيار المحرك ومحرك الأقراص، وكفاءة تسخين البرميل، وتكوين اللولب، وصياغة المواد، ومعلمات العملية، والإنتاجية، وإدارة الإنتاج. إن تحسين منطقة واحدة مع تجاهل المجالات الأخرى يمكن أن يؤدي إلى تغيير المشكلة بدلاً من حلها. على سبيل المثال، قد لا يوفر المحرك عالي الكفاءة التوفير المتوقع إذا كان المسمار يولد قصًا مفرطًا وكان نظام التبريد يعمل بجد لإزالته. قد لا يساعد نظام التسخين الأفضل كثيرًا إذا كان التحكم في درجة الحرارة غير مستقر أو كان البرميل معزولًا بشكل سيئ.

بالنسبة لمصنعي معدات البثق، ترتبط كفاءة الطاقة ارتباطًا وثيقًا بتصميم الماكينة وتكوين اللولب واختيار محرك الأقراص والتحكم في العمليات. تقوم شركة JWELL بتطوير معدات البثق لمواد وتطبيقات مختلفة، مع تكوين النظام الذي يتكيف مع متطلبات الإنتاج المحددة. يتمثل النهج العملي في تقييم الخط بأكمله: ما تحتاجه المادة، وما يتطلبه المنتج، وكيف يتم تشغيل الآلة فعليًا. وهذا عادة ما ينتج عنه وفورات أكثر استدامة من السعي وراء مطالبة كفاءة واحدة.

هناك إجابة فنية لسؤال أين تذهب الكهرباء: إلى المحرك، إلى سخانات البراميل، إلى القص، وإلى الخسائر العديدة التي تظهر عندما يمر الخط تحت نطاقه الفعال. والسؤال الأفضل هو مقدار الطاقة التي يحتاجها كل طن من المنتج، وما الذي يمكن تغييره لتقليلها. وهذا يحول الانتباه من تسميات المكونات إلى أداء النظام. في عملية البثق، يأتي توفير الطاقة الأكثر موثوقية من مطابقة المحرك والقيادة مع الحمل، وتحسين الكفاءة الحرارية، وتصميم المسمار للعملية الفعلية، وتشغيل الخط بمخرجات معقولة مع إدارة إنتاج منضبطة.