邱睿 邱建成
(承接本刊2020年第五期)
工業(yè)上曾有三種方法用于壓縮空氣的干燥處理。第一種是利用吸附劑對(duì)壓縮空氣中的水蒸氣進(jìn)行選擇性的吸附進(jìn)行脫水干燥。例如,吸附式壓縮空氣干燥機(jī),它的工作原理是通過(guò)“壓力變化”;來(lái)達(dá)到干燥效果。
由于空氣中容納水汽的能力與壓力成反比,干燥后的一部分空氣減壓膨脹至大氣壓,這種壓力變化會(huì)使膨脹空氣變得更干燥,然后讓它流過(guò)未接通氣流的需再生的干燥劑層,干燥的再生氣洗出干燥劑里的水分,將其帶出干燥器來(lái)達(dá)到除濕的目的。兩塔循環(huán)工作,連續(xù)向用戶用氣系統(tǒng)提供干燥的壓縮空氣。吸附式壓縮空氣干燥機(jī)有無(wú)熱再生吸附式干燥機(jī)和微熱再生吸附式干燥機(jī)之分。
圖12兩種吸附式壓縮空氣干燥機(jī)的外形圖。
第二種是利用某些化學(xué)物質(zhì)的潮解特性進(jìn)行脫水干燥,如潮解式壓縮空氣干燥機(jī)。
圖12 兩種吸附式壓縮空氣干燥機(jī)外形圖
第三種是當(dāng)溫度下降時(shí),空氣的含水能力亦下降,原為氣態(tài)的水分將變?yōu)橐簯B(tài)。例如,冷凍式壓縮空氣干燥機(jī),它的工作原理是:首先對(duì)壓縮空氣作冷卻處理,使其中的氣態(tài)水分變?yōu)橐簯B(tài),再通過(guò)分離器使氣液分離,最后由排水閥將水分排出,從而獲得干燥的壓縮空氣。冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)是現(xiàn)在使用最多的一種產(chǎn)品。
正確使用冷干機(jī)是獲得所需露點(diǎn)壓縮空氣、節(jié)約再生能耗及延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的重要前提。冷干機(jī)很少單獨(dú)使用,幾乎在所有氣動(dòng)管網(wǎng)中冷干機(jī)都是與過(guò)濾器配套使用的。這既是滿足用氣質(zhì)量的需要,也是冷干機(jī)本身能夠正常工作的需要。一個(gè)典型的冷干機(jī)系統(tǒng)需在冷干機(jī)進(jìn)氣口前設(shè)置兩臺(tái)過(guò)濾器,在排氣口后設(shè)置一臺(tái)過(guò)濾器。
1) 主管路過(guò)濾器——它的作用是除去壓縮空氣進(jìn)氣中粒徑較大的液態(tài)水滴和固體顆粒。冷干機(jī)如果長(zhǎng)期處于大量液態(tài)水及固體雜質(zhì)的狀態(tài)下,將逐漸降低除濕能力,所以除水過(guò)濾器的設(shè)置非常必要,其精度一般在3~25 μm間選取。
2) 油霧過(guò)濾器——如果進(jìn)入冷干機(jī)的空氣中含有大量的油膜,會(huì)降低冷干機(jī)中換熱器的換熱效果,長(zhǎng)此以往,冷干機(jī)的除水效果必將大打折扣,同時(shí)出口露點(diǎn)也會(huì)上升。一般空壓機(jī)的排氣含油量(油霧及油蒸汽)都在幾十ppm以上,即使是國(guó)產(chǎn)無(wú)油空壓機(jī)的排氣含油量也難以做到絕對(duì)無(wú)油,只有當(dāng)空壓機(jī)排氣絕對(duì)無(wú)油時(shí)(如離心式空壓機(jī)),才可以不用油霧過(guò)濾器。
3) 微油霧過(guò)濾器——經(jīng)冷干機(jī)處理后去除了絕大部分水分,但由于各種原因空氣中可能還存在一定的雜質(zhì),或達(dá)不到工藝上要求的空氣質(zhì)量,此時(shí)就需要在冷干機(jī)出口處再安裝一個(gè)微油霧過(guò)濾器。
其中精密過(guò)濾器精細(xì)分級(jí):
① 主管路過(guò)濾器能除去大量的液體及3 μ m以上固體微粒,達(dá)到最低殘留油分含量?jī)H5 ppm,有少量的水分、灰塵和油霧。用于空壓機(jī),后部冷卻器之后,其它過(guò)濾器之前,作一般保護(hù)之用;用于冷干機(jī)之前,作前處理裝置。
② 空氣管路過(guò)濾器能濾除小至1 μm的液體及固體微粒,達(dá)到最低殘油分含量?jī)H0.5 ppm,有微量水分、灰塵和油霧。用于A級(jí)過(guò)濾器之前作前處理之用;冷干機(jī)和吸干機(jī)之后,進(jìn)一步提高空氣質(zhì)量。
③ 超高效除油過(guò)濾器能濾除小至0.01 μm的液體及固體微粒,達(dá)到最低殘油含量?jī)H0.001 ppm,幾乎所有的水分、灰塵和油都被去除。用于H級(jí)過(guò)濾和吸干機(jī)之前,起保護(hù)作用,冷干機(jī)之后,確??諝庵胁缓汀?/p>
④ 活性炭微油霧過(guò)濾器能濾除小至0.01 μ m的油霧及碳?xì)浠衔?,達(dá)到最低殘油含量?jī)H0.003 ppm,不含水分、灰塵和油,無(wú)臭無(wú)味。起最后一道過(guò)濾作用,供一些必須使用高質(zhì)量空氣的單位,如食品工業(yè)、呼吸、無(wú)菌包裝等。
壓縮空氣精密過(guò)濾器外觀圖與濾芯外觀圖見(jiàn)圖13,左圖為各種濾芯圖片。
圖13 壓縮空氣精密過(guò)濾器外形圖與濾芯外觀圖
圖14 壓縮空氣冷干機(jī)工作原理圖
冷干機(jī)是靠冷凍原理工作的,所以制冷系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。
1) 在制冷過(guò)程中,制冷壓縮機(jī)是冷干機(jī)的動(dòng)力源及心臟,為確保產(chǎn)品可靠和穩(wěn)定的使用效果,避免壓縮機(jī)漏氟,應(yīng)選用高質(zhì)量的制冷壓縮機(jī)。為保護(hù)制冷壓縮機(jī),在使用過(guò)程中,要避免制冷壓縮機(jī)受到強(qiáng)烈的碰撞、振動(dòng)、傾覆等。
2) 如果選用風(fēng)冷式冷干機(jī),則一定要注意環(huán)境溫度不能太高,而且空氣中不能有太多的灰塵,要保證通風(fēng)口通風(fēng)通暢。如果選用水冷型冷干機(jī),一定要保證水源中不能有太多的雜質(zhì)和污垢,同時(shí)要安裝過(guò)濾器和進(jìn)行軟化處理,以保證水質(zhì)。
3) 選擇冷干機(jī)容量時(shí),一般應(yīng)該選擇2~3倍理論需要量的冷干機(jī),以確保生產(chǎn)過(guò)程中有足夠的壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷卻,從而確保生產(chǎn)的需要。
圖15 兩種壓縮空氣冷干機(jī)外觀圖
吹塑模具的冷卻方式現(xiàn)在主要有三種:第一種是利用自然水對(duì)模具進(jìn)行冷卻;第二種是采用冷卻水塔對(duì)循環(huán)水進(jìn)行散熱后,再用水泵對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加壓,輸送到模具冷卻水道,然后對(duì)模具進(jìn)行冷卻;第三種是采用冷水機(jī)對(duì)循環(huán)水進(jìn)行制冷后,冷卻模具。冷水機(jī)是一種水冷卻設(shè)備,能提供恒溫、恒流、恒壓的冷卻水設(shè)備。
冷水機(jī)的工作過(guò)程是:先向機(jī)內(nèi)水箱中注入一定量的水,通過(guò)制冷系統(tǒng)將水冷卻,再由水泵將低溫冷卻水送入需冷卻的設(shè)備或是模具,冷凍水將模具的熱量帶走時(shí),會(huì)造成冷卻水溫度升高再回流到水箱,起到冷卻作用。冷卻水溫可根據(jù)要求自動(dòng)調(diào)節(jié),長(zhǎng)期使用可節(jié)約用水。
因此,冷水機(jī)是一種標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能設(shè)備。采用普通水冷卻(即自然水和水塔散熱)方式不能達(dá)到高精度、高效率控制運(yùn)行溫度的目的,因?yàn)樽匀凰退岫疾煌苊獾氖艿阶匀粴鉁氐挠绊?,冬天水溫低,夏天水溫高。如果氣溫?0℃的情況下,需要冷卻水溫度達(dá)到10℃左右,這幾乎是不可能的,因此,采用這種方式控制其生產(chǎn)工藝過(guò)程是極不穩(wěn)定的。
冷水機(jī)與一般采用的水冷卻設(shè)備完全不同,因?yàn)槔渌畽C(jī)具有完全獨(dú)立的制冷系統(tǒng),不會(huì)受到氣溫及環(huán)境的影響,水溫可以在5~30℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制,因而可以達(dá)到高精度、高效率控制冷卻水溫度的目的。
冷水機(jī)設(shè)有獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng),冷水機(jī)內(nèi)的水循環(huán)使用,可大量節(jié)約模具冷卻用水。如圖16所示為兩種冷水機(jī)外形圖。
圖16 兩種冷水機(jī)外形圖
圖17 水冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖
工業(yè)冷水機(jī)主要由三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成,即制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、電器自控系統(tǒng)。
1) 制冷劑循環(huán)過(guò)程
蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑吸收水中的熱量并開(kāi)始蒸發(fā),最終制冷劑與水之間形成一定的溫度差,液態(tài)制冷劑亦完全蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)后被壓縮機(jī)吸入并壓縮(壓力和溫度增加),氣態(tài)制冷劑通過(guò)冷凝器(風(fēng)冷或水冷)吸收熱量,凝結(jié)成液體,通過(guò)熱力膨脹閥(或毛細(xì)管)節(jié)流后變成低溫低壓制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器,完成制冷劑循環(huán)過(guò)程。
2) 制冷劑循環(huán)系統(tǒng)
主要由壓縮機(jī)、冷凝器、貯液器、干燥過(guò)濾器、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、制冷劑等組成。
① 壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是整個(gè)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的核心部件,也是制冷劑壓縮的動(dòng)力源。它的作用是將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,將制冷劑壓縮。
② 冷凝器。在制冷過(guò)程中冷凝器起著輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機(jī)中排出的高壓過(guò)熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后,將其在工作過(guò)程中吸收的全部熱量,包括從蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)中,以及在管道內(nèi)所吸收的熱量都傳遞給周圍介質(zhì)(水或空氣)帶走,制冷劑高壓過(guò)熱蒸氣重新凝結(jié)成液體。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方工的不同,冷凝器可分為水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器三類。
③ 貯液器。貯液器安裝在冷凝器之后,與冷凝器的排液管是直接連通的。冷凝器的制冷劑液體應(yīng)暢通無(wú)阻地流入到貯液器中,這樣就可以充分利用冷凝器的冷卻面積。另一方面,當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷變化時(shí),制冷劑液體的需要量也隨之變化,此時(shí),貯液器便起到調(diào)劑和貯存制冷劑的作用。對(duì)于小型制冷裝置系統(tǒng),往往不安裝貯液器,而是利用冷凝器來(lái)調(diào)劑和貯存制冷劑。
④ 干燥過(guò)濾器。在制冷循環(huán)中必須預(yù)防水分和污物(油污、鐵屑、銅屑)等進(jìn)入,水分的來(lái)源主要是新添加的制冷劑和潤(rùn)滑油所含的微量水分,或由于檢修系統(tǒng)時(shí)空氣進(jìn)入而帶來(lái)的水分。如果系統(tǒng)中的水分未排除干凈,當(dāng)制冷劑通過(guò)節(jié)流閥(熱力膨脹閥或毛細(xì)管)時(shí),因壓力及溫度的下降,有時(shí)水分會(huì)凝固成冰,使通道阻塞,影響制冷裝置的正常運(yùn)作。因此,在制冷系統(tǒng)中必須安裝干燥過(guò)濾器。
⑤ 熱力膨脹閥。熱力膨脹閥在制冷系統(tǒng)中既是流量的調(diào)節(jié)閥,又是制冷設(shè)備中的節(jié)流閥,安裝在干燥過(guò)濾器和蒸發(fā)器之間,它的感溫包包軋?jiān)谡舭l(fā)器的出口處。它的主要作用是使高壓常溫的制冷劑液體在流經(jīng)熱力膨脹閥時(shí)節(jié)流降壓,變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭裾魵猓ù蟛糠质且后w,小部分是蒸氣)進(jìn)入蒸發(fā)器,在蒸發(fā)器內(nèi)汽化吸熱,達(dá)到制冷的目的。
⑥ 蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是依靠制冷劑液體的蒸發(fā)(實(shí)際上是沸騰)來(lái)吸收被冷卻介質(zhì)熱量的換熱設(shè)備。它在制冷系統(tǒng)中的功能是吸收熱量(又稱輸出冷量)。為了保證蒸發(fā)過(guò)程能穩(wěn)定持久的進(jìn)行,必須不斷地用制冷壓縮機(jī)將蒸發(fā)的氣體抽走,以保持一定的蒸發(fā)壓力。
⑦ 制冷劑。在現(xiàn)代工業(yè)中使用的大多數(shù)工業(yè)冷水機(jī)均使用R22或R12作為制冷劑。制冷劑是制冷系統(tǒng)里的流動(dòng)物質(zhì),它的主要作用是攜帶熱量,并在狀態(tài)變化時(shí)實(shí)現(xiàn)吸熱和放熱。
3) 水循環(huán)系統(tǒng)
水循環(huán)系統(tǒng)是由水泵將水從水箱抽出到用戶需冷卻的設(shè)備,冷凍水將熱量帶走后溫度升高,再回到冷卻水箱中。
4) 電器自控系統(tǒng)
電器自控系統(tǒng)包括電源部分和自動(dòng)控制部分。
① 電源部分是通過(guò)接觸器,對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)扇、水泵等供電。
② 自動(dòng)控制部分包括小型PLC控制器、溫控器、壓力保護(hù)電路、延時(shí)器、繼電器、各類電磁閥、過(guò)載保護(hù)電路等,通過(guò)相互組合達(dá)到根據(jù)水溫自動(dòng)啟動(dòng)和停止、保護(hù)等功能。
風(fēng)冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖見(jiàn)圖18。
其工作原理與水冷式基本相同,只是冷凝器采用了風(fēng)冷式的,可在一些接冷卻水管不方便的地方使用。
圖18 風(fēng)冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖
常用的消除模具模腔冷凝水珠的方法包括:
1) 適當(dāng)提高模具冷卻水的溫度。這是最簡(jiǎn)單、最節(jié)約的方法。但是這樣可能會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)品冷卻的時(shí)間周期,從而降低生產(chǎn)率。
2) 在模具的上方加裝熱風(fēng)環(huán)裝置,使經(jīng)過(guò)溫度控制的加熱空氣吹向模腔表面,從而防止模腔的表面產(chǎn)生冷凝水珠現(xiàn)象。這種方法對(duì)于生產(chǎn)高質(zhì)量表面的吹塑產(chǎn)品顯得較為重要。
3) 在合模機(jī)周圍設(shè)置局部的隔離空間,在這個(gè)隔離空間里面進(jìn)行空氣的恒溫恒濕處理,空氣隔離可以采用空氣幕的方式進(jìn)行,在一些高速吹塑機(jī)生產(chǎn)線上采用這種方法較好。
在塑料制品加工的過(guò)程中,不可避免的會(huì)產(chǎn)生廢品和邊廢料,需要塑料粉碎設(shè)備將它粉碎成較小的顆粒,以便及時(shí)回收利用。在塑料制品的吹塑加工中,高質(zhì)量的粉碎設(shè)備顯得尤為重要。如圖19所示為兩種塑料粉碎機(jī)的外型圖。
塑料粉碎機(jī)的類型可分為剪切式粉碎機(jī)、沖擊式粉碎機(jī)、壓縮式粉碎機(jī)、研磨式粉碎機(jī)等。
塑料粉碎機(jī)的選用主要取決于被粉碎物料的種類、形狀以及所需的粉碎程度,不同材質(zhì)的塑料或者廢舊塑料應(yīng)采用不同的粉碎機(jī)。
圖19 塑料粉碎機(jī)外型圖
硬質(zhì)聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂等是一類脆性塑料,質(zhì)脆易碎,受到壓縮力、沖擊力的作用,極易脆裂,破碎成小塊,對(duì)于這類塑料適宜采用壓縮式或沖擊式粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎;而對(duì)于在常溫下就具有較高延展性的韌性塑料,如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、ABS塑料等,則只適宜采用剪切式粉碎機(jī),因?yàn)樗鼈兪艿酵饨鐗嚎s、折彎、沖擊等力的作用時(shí),一般不會(huì)開(kāi)裂,難以破碎,不宜采用脆性塑料所使用的粉碎設(shè)備。此外,對(duì)于彈性村料、軟質(zhì)材料,最好采用低溫研磨式粉碎機(jī)。擠出吹塑中空成型機(jī)一般配套選擇剪切式粉碎機(jī)。
塑料粉碎機(jī)動(dòng)刀與定刀的間隙調(diào)整:粉碎不同的產(chǎn)品時(shí)粉碎機(jī)定刀和動(dòng)刀的間隙可以不同,如粉碎各種塑料瓶類產(chǎn)品時(shí),動(dòng)刀和定刀的間隙可調(diào)整為1~2 mm;粉碎塊類的塑料時(shí),動(dòng)刀和定刀的間隙可調(diào)整為2~4 mm。此外,篩板落孔直徑的大小也需要根據(jù)料塊的不同來(lái)確定。
圖20國(guó)內(nèi)某公司研制的高強(qiáng)度塑料粉碎機(jī)示意圖。
圖20所示的高強(qiáng)度塑料粉碎機(jī)的工作過(guò)程:中空成型過(guò)程中產(chǎn)生的塑料回用料從進(jìn)料斗9送入,進(jìn)入上箱體8遇到被電動(dòng)機(jī)10通過(guò)皮帶帶動(dòng)皮帶輪11,皮帶輪安裝在主軸5上,主軸5安裝有可以作高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)刀臺(tái)3,轉(zhuǎn)動(dòng)刀臺(tái)3安裝有多組動(dòng)刀4,動(dòng)刀4與定刀7產(chǎn)生高速切割作用,將塑料回用料切割成為小型顆粒,從出料斗2排出。
圖20 國(guó)內(nèi)某公司研制的高強(qiáng)度粉碎機(jī)示意圖
國(guó)內(nèi)某公司已成功研制出系列的高強(qiáng)度塑料粉碎機(jī),可破碎厚度達(dá)15~25 cm厚的高強(qiáng)度塑料料塊。這種粉碎機(jī)可以配套自動(dòng)輸送料塊的輸送機(jī)和自動(dòng)收集粉碎料的風(fēng)送系統(tǒng)以及冷卻水系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)單機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)。
對(duì)于25~100 L系列的塑料桶可以直接放進(jìn)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎,避免麻煩的鋸割過(guò)程,減低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率。該高強(qiáng)度粉碎機(jī)主要配套于200 L塑料桶以上的大型吹塑機(jī)生產(chǎn)線,從實(shí)際應(yīng)用的情況看,與超大型中空吹塑機(jī)生產(chǎn)線配套使用良好,大塊塑料邊料在粉碎中效果很好。此外,該機(jī)采用了雙層設(shè)計(jì),循環(huán)水冷卻,噪聲小,粉碎效率高。
近幾年來(lái),隨著大型、超大型擠出中空吹塑制品的不斷問(wèn)世,采用常規(guī)的塑料粉碎機(jī)來(lái)粉碎吹塑制品成型過(guò)程中的廢品和邊料已經(jīng)顯得效率低下,因此在大型的塑料撕碎機(jī)正得到較快的發(fā)展與應(yīng)用,與塑料粉碎機(jī)連成生產(chǎn)線對(duì)大中型塑料制品進(jìn)行撕碎與粉碎處理,對(duì)于改變傳統(tǒng)的廢塑料制品處理方式會(huì)產(chǎn)生較大的影響。同時(shí),在減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與保障安全操作方面能夠發(fā)揮較好的作用,近年來(lái)在一些大中型、超大型的吹塑制品的生產(chǎn)方面將會(huì)得到更多的推廣與應(yīng)用。如圖21所示為塑料撕碎機(jī)與粉碎機(jī)配套運(yùn)行的示意圖。
塑料撕碎機(jī)與塑料粉碎機(jī)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線,圖22一種塑料撕碎機(jī)塑料粉碎機(jī)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線外觀圖。
圖21 塑料撕碎機(jī)與粉碎機(jī)配套運(yùn)行的示意圖
圖22 一種塑料撕碎機(jī)粉碎機(jī)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線外觀圖
從粉碎機(jī)料倉(cāng)下來(lái)的回料一般通過(guò)風(fēng)力輸送到儲(chǔ)料罐中以便回收再利用。風(fēng)力的來(lái)源一般采用離心風(fēng)機(jī),隨著風(fēng)力的流動(dòng)將粉碎好的回料帶到儲(chǔ)料罐。如圖23所示為一種離心風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)料罐的外形圖。
圖23 一種離心風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)料罐的外形圖
隨著中空成型機(jī)生產(chǎn)線的智能化發(fā)展,組成智能化生產(chǎn)線需要的輔機(jī)設(shè)備越來(lái)越多了,除了上述這些輔機(jī)以外,還有以下輔機(jī)也在智能化吹塑機(jī)生產(chǎn)線中出現(xiàn)。如:稱重機(jī),貼標(biāo)機(jī),去飛邊機(jī)(裝置),印刷機(jī),氣密檢測(cè)機(jī),打孔機(jī),打包機(jī),輸送機(jī)等等。吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線的發(fā)展將會(huì)要求更多的智能設(shè)備投入使用,而得以減少人工的使用,以提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線將會(huì)獲得更快的發(fā)展。