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比热在螺杆和挤出机设计中的重要性

如果您需要确定挤出机驱动器的尺寸,了解聚合物的比热可以帮助您确定设备的性能。

螺杆设计涉及到许多聚合物的物理性质。所有螺钉都需要聚合物的比热。比热是将质量单位的温度改变一度所需的能量。BTU/lb/ºF或J/g/ºC是螺杆设计中最常用的单位,尽管有许多单位用于科学目的。

比热等于把同样质量的水改变1所需要的热量ºF或1ºC.例如,如果聚合物的比热为0.3,则意味着将温度升高一度所需的热量为同等质量水的30%。它通常的名称是Cp在大多数公式。

从附表中可以看出,将一磅HDPE提高一度所需的能量是一磅PET的两倍多。这种不同的功率要求是为什么现代螺杆设计通常针对正在加工的聚合物,而不是旧的“通用”螺杆。

比热和螺丝设计

设计新螺杆时,首先要考虑的是确定所选聚合物是否有足够的功率以及所需的输出速率。可以使用一个简单的公式,因为一旦螺杆开始旋转,由于聚合物导热性差,几乎所有熔化或提高聚合物温度的动力都来自驱动器。

当设计一种新的螺杆时,首先要考虑的是所选聚合物是否有足够的功率和所需的输出速率。

例如,如果我们有一个6英寸的。最高转速为150 rpm的挤出机,螺杆设计可在该转速下生产4300 lb/hr的PET,需要多少马力?

有一个简单的公式来确定所需的功率:

0.00053×δT0×Cp×磅/小时÷驱动损耗=所需hp

请记住,一些聚合物在加工前经过预热以去除水分,这会从所需的δT中减去0(进入挤出机的温度与所需熔体温度的差异)。在这种情况下,宠物通常是处理在530 F但predried 300 F,所以能源需求只需要足够的温度提高230ºF . 0.00053是一个简单的转换因子,将所有的单位马力,并没有其他的意思。驱动损耗系数0.9或10%对于大多数交流和直流驱动器来说是足够的。

PET的hp计算为:

(0.00053×230华氏度×0.251×4300)÷转速为150转/分时,0.9=146马力

因为没有人喜欢在满负荷运行他们的挤出机电机,我通常除以0.75,所以在正常运行条件下,计划的驱动电流大约是满负荷的75%(146马力÷ 0.75=195马力,150转/分钟)。我通常会把这个整数到下一个标准电机尺寸,这是200马力。75%的因素包括预热、聚合物性能和其他操作条件的任何变化,而没有看到电机过载。(注:扭矩为力,马力为扭矩×转/分钟)

购买适合低功率要求聚合物(如PET)的挤出生产线将永远限制挤出设备的实用性

如果类似的螺杆设计用于在同一挤出机中加工HDPE:

(0.00053 × 300 f ×0.549×4300)÷0.9 = 417 HP.再次,放入安全系数并调整到下一个电机尺寸:

417 ÷ 0.75 = 556马力,驱动电机功率为600马力。

如你所见,C语言的区别p,熔体温度预热对所需的驱动功率有很大的影响。相比PET和HDPE,由于比热和PET预热的结合,HDPE需要几乎3倍于PET的马力来将其带到典型的加工温度。

重要的是要记住,商业需求可能会随着时间的推移而变化,购买一条适合低功率要求聚合物(如PET)的挤出生产线将永远限制挤出设备的效用。但即使你不需要确定挤出机驱动的尺寸,这也可以明确不同聚合物之间的功率需求差异,并允许你确定不同树脂和熔体温度下设备的性能。

关于作者:吉姆·弗兰克兰是一名机械工程师,从事各类挤压加工超过50年。他现在是弗兰克兰塑料咨询有限责任公司的总裁吉姆。frankland@comcast.net或(724)651 - 9196。

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