Pompy stopionego tworzywa do poprawy jakości wytłaczania

Dobór i integracja pompy zębatej stopu obejmują więcej niż wybór jej wielkości. O warunkach pracy decydują sposób zasilania pompy przez wytłaczarkę, rozmieszczenie filtracji i głowicy, opory przepływu oraz współpraca napędów. Odpowiednio zaprojektowany układ pozwala oddzielnie regulować przygotowanie stopu i jego podawanie do formowania, ograniczając wpływ wybranych zakłóceń procesu na wymiary gotowego wyrobu.

SiTech3D projektuje zabudowę pomp stopu w nowych i modernizowanych liniach. Dobieramy układ mechaniczny, napęd, ogrzewanie, pomiary ciśnienia i temperatury oraz sterowanie wytłaczarką i pompą. Zakres rozwiązania ustalamy na podstawie materiału, wymaganej wydajności i rzeczywistych warunków pracy instalacji.

Jak włączyć pompę stopu do linii wytłaczania?

Wytłaczarka przygotowuje stop o wymaganym stopniu uplastycznienia i jednorodności. Pompa zębata, zasilana stopem pod odpowiednim ciśnieniem, może przejąć wytwarzanie części przyrostu ciśnienia potrzebnego w dalszej części linii oraz pozwolić na osobne zadawanie strumienia doprowadzanego do głowicy. Pozwala to dobrać prędkość ślimaka do warunków przetwarzania, a prędkość pompy do wymagań formowania.

Takie rozdzielenie jest szczególnie przydatne przy wytłaczaniu folii, płyt, rur, profili i filamentu. O stabilności wymiarów decydują również warunki pracy głowicy, chłodzenie, kalibracja i odbiór wyrobu. Dlatego przy doborze analizujemy całą linię, a nie wyłącznie pompę.

Projekt zabudowy i dostęp do urządzeń

Pompa może być zamocowana bezpośrednio za wytłaczarką albo stanowić osobny moduł. Dobór konstrukcji obejmuje adaptery przepływowe, podparcie i przenoszenie obciążeń, rozszerzalność cieplną, ogrzewanie połączeń, usytuowanie napędu oraz możliwość demontażu i czyszczenia. W instalacjach z materiałami wrażliwymi termicznie uwzględniamy również objętość zatrzymanego stopu i czas przebywania.

Rys. 1. Przykładowe układy montażu pomp stopu i ich napędów w instalacjach technologicznych.

Rys. 2. Przykład zespołu pompowego przeznaczonego do współpracy z instalacją procesową lub reaktorem.

Wydatek pompy, ciśnienia i położenie filtra

Wydatek geometryczny pompy wynika z objętości przypadającej na jeden obrót V_g i prędkości obrotowej n. Przy prawidłowo wypełnionej pompie wydatek rzeczywisty można oszacować z uwzględnieniem przecieków wewnętrznych:

Q_rzecz ≈ V_g × n − Q_przeciek

Przy V_g w cm³/obr. i n w obr./min otrzymujemy Q w cm³/min. Wielkość przecieków zmienia się wraz z lepkością i temperaturą stopu, różnicą ciśnień oraz luzami elementów roboczych. Dlatego prędkość pompy służy do zadawania strumienia geometrycznego, a rzeczywisty wydatek wymaga oceny charakterystyki urządzenia w przewidywanym punkcie pracy.

W projekcie rozpatrujemy osobno ciśnienie wlotowe p_in, ciśnienie wylotowe p_out oraz przyrost ciśnienia Δp = p_out − p_in. Każdy z tych parametrów może mieć odrębne ograniczenie konstrukcyjne. Ciśnienie po stronie tłocznej zależy od strumienia stopu i oporów elementów za pompą, w tym mieszacza statycznego i głowicy.

Filtracja przed pompą i za pompą

Filtr przed pompą zatrzymuje zanieczyszczenia przed dotarciem do kół zębatych i łożyskowania. Wzrost oporu filtra wymaga jednak odpowiedniego ciśnienia po stronie wytłaczarki i może obniżyć ciśnienie na wlocie do pompy. Z tego powodu przy zmieniaczu sit potrzebny jest nadzór spadku ciśnienia na filtrze oraz warunków zasilania pompy.

Jeżeli filtr znajduje się za pompą, jego opór zwiększa wymagane ciśnienie tłoczenia. Takie rozmieszczenie wymaga również oceny czystości stopu docierającego do elementów pompy. Ostateczna kolejność urządzeń wynika z właściwości materiału, filtracji oraz warunków ciśnieniowych całego ciągu.

Sterowanie i pomiary w zintegrowanym układzie

W przykładowym sposobie regulacji obroty pompy wyznaczają podstawowy strumień objętościowy, a regulator prędkości ślimaka utrzymuje wymagane ciśnienie przed pompą. Ciśnienie za pompą pozwala nadzorować opór głowicy i obciążenie napędu. Przy filtrze z układem zmiany sit pomiary przed i za filtrem wskazują wzrost oporów związany z jego zanieczyszczeniem.

Układ sterowania obejmuje odpowiednią sekwencję nagrzewania i uruchomienia, kontrolę temperatur, minimalne warunki zasilania oraz ograniczenia ciśnienia wlotowego, wylotowego, różnicy ciśnień, prędkości i momentu. Sposób regulacji i zakres zabezpieczeń dobieramy do konkretnej instalacji.

Co pokazuje rysunek 3?

Schemat przedstawia ciąg dozowniki grawimetryczne → wytłaczarka → zmieniacz sit (S/C) → pompa stopu (P) → mieszacz statyczny i głowica (S/M). Pokazuje również punkty pomiaru temperatury i ciśnienia, sygnały napędów oraz możliwość wspólnego sterowania dozowaniem, wytłaczarką i pompą. Symbole interfejsów komunikacyjnych oznaczają przykładowe możliwości integracji, zależne od zastosowanej automatyki.

Rys. 3. Przykładowa architektura linii wytłaczania z dozowaniem grawimetrycznym, filtracją stopu, pompą zębatą, mieszaczem statycznym i głowicą. Zaznaczono pomiary procesowe, współpracę napędów oraz ideę ograniczania pulsacji.

Otwórz rysunek 3 w pełnym rozmiarze

Przebiegi oznaczone na rysunku kolorem czerwonym i zielonym są ilustracją zasady działania. Ich amplitudy mają charakter poglądowy i nie stanowią wyników pomiaru ani gwarantowanej dokładności dozowania.

Rozwiązanie SiTech3D: LE-1SF 32 mm z pompą P-36

W linii do produkcji filamentu LE-1SF 32 mm zastosowano pompę P-36 o objętości geometrycznej 10 cm³/obr.. Przy prędkościach 5–60 obr./min jej strumień geometryczny wynosi 3–36 dm³/h. Pompa ma osobny napęd 1,1 kW, trzy strefy regulacji temperatury oraz pomiar ciśnienia przed i za pompą. Napęd, ogrzewanie i pomiary współpracują ze sterowaniem linii.

Mechanika stanowiska pozwala odsunąć pompę osiowo i przesunąć ją poprzecznie do pozycji parkingowej. Ułatwia to dostęp do ślimaka, czyszczenie i przezbrojenie; po odpowiednim przestawieniu układu wytłaczarka może pracować także bez pompy. To przykład integracji obejmującej jednocześnie proces, automatykę i ergonomię obsługi.

W produkcji filamentu pompa odpowiada za warunki podawania stopu do głowicy. Dalszą kontrolę średnicy zapewnia współpraca chłodzenia, odciągu i pomiaru wyrobu, odpowiednio do konfiguracji linii.

Jakie dane przesłać do doboru lub modernizacji?

Wstępny projekt pompy i jej zabudowy rozpoczynamy od czterech grup informacji:

• Materiał: rodzaj polimeru i formulacja, napełniacze, temperatura przetwarzania, znana lepkość lub dane reologiczne oraz wrażliwość cieplna.
• Wydajność i ciśnienia: minimalny i maksymalny strumień materiału, dostępne ciśnienie zasilania, wymagane ciśnienie przy głowicy i opory filtracji.
• Istniejąca zabudowa: wytłaczarka, głowica, kolejność urządzeń, rysunki przyłączy, wymiary, ogrzewanie i dostęp serwisowy.
• Automatyka: rodzaj napędów, dostępne czujniki, PLC, oczekiwany sposób regulacji, zabezpieczenia i rejestracja danych.

Na tej podstawie dobieramy objętość geometryczną pompy, zakres obrotów, napęd, ogrzewanie, pomiary i sposób integracji. Rodziny pomp stopu przedstawia karta produktu 124. Uzupełniające wyjaśnienia zasady działania znajdują się w Bazie Wiedzy SiTech3D.

Prześlij parametry procesu – przygotujemy założenia doboru i integracji pompy stopu.