에너지 효율 추구는 압출 기술의 지속적인 동인입니다. 에너지 가격과 지속 가능성 목표가 상승함에 따라 프로세서는 점점 더 운영의 모든 측면을 면밀히 조사합니다. 새롭게 검사를받는 한 가지 구성 요소는 나사 배럴 어셈블리 자체입니다.
이해 원뿔 나사 배럴 역학: 일정한 루트 직경을 유지하는 평행 나사와 달리, 원추형 나사는 공급 영역에서 계량 영역으로 점차 감소하는 루트 직경을 특징으로합니다. 이 나사를 수용하는 배럴은 이에 따라 테이퍼링됩니다. 이 기본 기하학적 차이는 에너지 소비와 관련된 몇 가지 고유 한 특성을 만듭니다.
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점진적인 압축 및 전단 감소 :
- 평행 디자인 : 압축은 압축 구역 내에서 빠르게 달성되며, 종종 높은 국소화 된 전단력 및 전단 가열을 생성합니다. 이 단열 가열은 상당한 운동 전력을 필요로하며 종종 용융 온도를 제어하기 위해 상당한 다운 스트림 냉각이 필요합니다.
- 원뿔형 디자인 : 압축은 부피가 감소하여 전체 나사 길이를 따라 점차적으로 발생합니다. 이로 인해 피크 전단 속도가 상당히 낮아지고 온화한 폴리머 작동이 발생합니다. 더 낮은 전단 가열은 직접 기계적 에너지 입력 (모터 하중/kW 소비)과 점성 소산 가열을 감소시킨다.
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향상된 열전달 효율 :
- 원뿔형 시스템에서 채널 부피가 감소하면 유사한 용융 및 균질화를 달성하는 병렬 나사에 비해 전체 길이 대 직경 (L/D) 비율이 짧아집니다.
- 배럴 길이가 짧으면 열 손실에 대한 표면적이 작습니다. 보다 결정적으로, 거리 열이 배럴 히터에서 중합체 코어로 이동 해야하는 거리 열을 줄여서 시작 중 또는 온도에 민감한 재료를 처리 할 때 가열 효율을 향상시킵니다.
- 반대로, 공급 섹션의 표면 지역 대 대량 비율 (직경이 클수록)은 또한 배럴에서 진입 점에서 더 차가운 중합체 펠렛으로의 열 전도를 향상시킬 수있다.
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마모 감소 및 일관된 성능 :
- 낮은 작동 전단력은 나사 비행과 배럴 라이너 모두에서 본질적으로 연마 마모를 줄입니다.
- 오랜 기간 동안 더 단단한 클리어런스 공차를 유지하면 나사의 수명에 걸쳐 일관된 펌핑 효율을 보장합니다. 병렬 시스템에서 클리어런스의 저하는 미끄러짐 및 흐름 비 효율성을 증가시켜 출력을 유지하기 위해 더 높은 압력 (및 운동 하중)이 필요하며 시간이 지남에 따라 에너지 사용을 간접적으로 증가시킵니다.
에너지 절약 잠재력 정량화 : 정확한 절약은 응용 프로그램 의존적이 매우 높지만 (재료, 나사 설계 세부 사항, 제품 요구 사항) 1 차 에너지 감소 메커니즘은 분명합니다.
- 낮은 모터 하중 : 감소 된 전단력은 나사를 돌리는 데 필요한 기계적 전력 (KW)을 직접 감소시킵니다. 다양한 재료 (PVC, PO 및 엔지니어링 수지 포함)에 걸쳐 문서화 된 사례 연구는 종종 동등한 병렬 시스템에 비해 5-15%의 운동 하중 감소를보고합니다.
- 냉각 수요 감소 : 점성 소산 가열은 나사를 빠져 나가는 용융 온도가 종종 더 낮고 균일하다는 것을 의미합니다. 이는 다운 스트림 캘리브레이터, 수도 탱크 또는 에어 냉각 시스템에 필요한 냉각 용량을 크게 줄입니다. 냉각면의 에너지 절약은 때때로 구동 모터의 절약을 능가 할 수 있습니다.
- 더 짧은 사이클 가능성 : 일부 프로파일 또는 파이프 응용 분야에서, 원뿔형 시스템의 탁월한 용융 균질성 및 압력 생성 안정성은 선 속도를 약간 증가시킬 수 있거나 스크랩 속도가 감소하여 우수한 제품 단위당 전체 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.
중요한 고려 사항 및 구현 : 원뿔 나사 배럴로 최적의 에너지 절약을 달성하려면 신중한주의가 필요합니다.
- 재료 적합성 : 이들은 전단-민감성 물질 (PVC, 특정 PO, TPE, 바이오 폴리머)으로 뛰어나지만 강렬한 전단 혼합이 필요한 매우 높은 점도 폴리머에는 덜 최적이 될 수 있습니다.
- 나사 디자인 시너지 : 원뿔형 배럴은 정확하게 조작 된 원뿔형 나사와 짝을 이루어야합니다. 테이퍼 각도, 비행 설계 및 믹싱 요소와 같은 요소는 성능과 효율성에 중요합니다.
- 최적화 된 프로세스 설정 : 배럴 온도 프로파일은 다른 용융 특성을 효과적으로 활용하기 위해 병렬 시스템에 비해 조정이 필요합니다.
- 피드 호퍼 디자인 : 더 큰 피드 개구부에는 브리징없이 일관된 재료 공급을 보장하기 위해 특수 호퍼 설계가 필요합니다.
- 초기 투자 : 원뿔형 시스템은 일반적으로 표준 평행 배럴보다 초기 비용이 더 높습니다. 에너지 절약은 현실적인 투자 회수 기간 동안이 투자에 대해 계산되어야합니다.
원추형 나사 배럴 시스템은 압출 공정, 특히 전단에 민감한 재료에 대한 에너지 소비를 줄이기위한 입증 가능한 경로를 제공합니다. 핵심 장점은 기계적 전단 (모터 하중을 직접 낮추는)과 점성 가열 (냉각 에너지 수요 감소)에 상당히 감소 된 상태에 있습니다. 모든 적용 또는 중합체에 대한 보편적 인 솔루션은 아니지만 고유 한 설계는 온화한 처리와 열 효율을 향상시킵니다.
