Охлаждение термопластавтоматов - обслуживание и ремонт под ключ

Содержание:

Почему термопластавтомат требует охлаждения
Что охлаждается в ТПА
Одноконтурная схема охлаждения
Двухконтурная схема охлаждения
Температурные режимы
Расчёт мощности чиллера для ТПА
Чиллер воздушного или водяного охлаждения
Централизованная и индивидуальная система охлаждения
Водоподготовка и качество теплоносителя
Монтаж системы охлаждения ТПА
Стоимость работ
Диагностическая таблица
Типичные ошибки
Реализованные проекты

Почему термопластавтомат требует охлаждения

Термопластавтомат (ТПА) — литьевая машина для производства пластиковых изделий методом впрыска расплавленного полимера в пресс-форму под давлением. В процессе работы ТПА преобразует до 80–85% потребляемой электрической энергии в тепло: нагревается расплав полимера, нагревается гидравлическое масло привода, нагревается пресс-форма от контакта с расплавом.

Без организованного охлаждения эта теплота накапливается и разрушает технологический цикл. Перегрев пресс-формы приводит к нарушению геометрии изделий, появлению облоя, увеличению времени кристаллизации и удлинению цикла. Перегрев гидравлического масла выше +60 °C снижает его вязкость, ухудшает смазку и точность работы гидравлики, ускоряет деградацию уплотнений. Без чиллера время производственного цикла возрастает на 20–40%, процент брака — до 35%.

Что охлаждается в ТПА: три зоны

Пресс-форма — основная зона охлаждения. Расплав полимера при впрыске имеет температуру +200…+300 °C. Охлаждающая вода в каналах пресс-формы (+5…+20 °C) отбирает тепло от расплава, кристаллизация ускоряется. Чем холоднее вода и чем выше её расход — тем короче цикл. Именно охлаждение пресс-формы определяет производительность линии.

Гидравлический привод — маслобак гидравлической системы ТПА содержит 50–300 л гидравлического масла. В работе масло нагревается от потерь давления в гидроаппаратуре. Рабочая температура масла: +30…+55 °C. При превышении +60 °C меняется вязкость, снижается точность позиционирования узла смыкания и давления впрыска; при +80 °C — разрушаются уплотнения.

Бункер-сушилка (при наличии) — дополнительная зона охлаждения в крупных ТПА при горячеканальном литье. Охлаждение зоны питания шнека предотвращает преждевременное расплавление гранул до зоны пластикации.

Одноконтурная схема охлаждения

Одноконтурная схема — один общий контур охлаждающей воды подаётся как к пресс-форме, так и к маслоохладителю гидравлики. Применяется, когда требуемая температура охлаждающей воды для обоих потребителей совпадает: +15…+25 °C. Чиллер подаёт воду одной температуры на оба контура параллельно.

Преимущество: упрощённая схема, один чиллер, меньше трубопроводов. Ограничение: при необходимости охладить пресс-форму до +5…+10 °C вся вода поступает к маслу при той же температуре, что избыточно холодно и может вызвать конденсацию влаги на маслобаке.

Двухконтурная схема охлаждения

Двухконтурная схема — два независимых контура с разными температурными уставками:

Первый контур (пресс-форма): +5…+20 °C в зависимости от перерабатываемого материала. Чиллер охлаждает воду до нужной температуры; циркуляционный насос гонит её через каналы охлаждения пресс-формы.
Второй контур (гидравлика): +35…+45 °C. Маслоохладитель — кожухотрубный теплообменник «масло–вода», встроенный в маслобак ТПА. Температуру поддерживает отдельный контур с более тёплой водой или термостатируемый байпас.

Двухконтурная схема предпочтительна для большинства производств: каждый контур оптимизирован под свою задачу. Более холодная вода не подаётся в маслоохладитель — нет риска переохлаждения масла и конденсации влаги.

Температурные режимы по типу материала

Правильная температура охлаждающей воды определяется перерабатываемым полимером. Слишком холодная вода ускоряет цикл, но создаёт внутренние напряжения и коробление; слишком тёплая — удлиняет цикл и снижает размерную точность.

При температуре пресс-формы выше +80 °C чиллер уже не нужен — применяется термостат (контроллер температуры пресс-формы с нагревателем и охладителем). Для поликарбоната и полиамида температурный контроллер пресс-формы (термостат), а не чиллер, является основным оборудованием.

Расчёт мощности чиллера для ТПА

Формула расчёта:
Q = (M × C × ΔT) / t + Qмасло + резерв 30%
где:

M — масса впрыска за цикл, кг
C — удельная теплоёмкость полимера, кДж/(кг·K)
ΔT — перепад температуры (температура расплава − температура извлечения изделия), °C
t — время цикла, с
Qмасло — тепловыделение гидравлики (обычно 10–15% от мощности электродвигателя ТПА)

Пример: ТПА мощностью 90 кВт, впрыск 1,2 кг ПП за 30 с цикла, Δt = 200 °C (расплав +220 °C, извлечение +20 °C), Qмасло = 10 кВт.
Q = (1,2 × 2,0 × 200) / 30 = 16 кВт + Qмасло 10 кВт = 26 кВт × 1,3 = 34 кВт — требуемая мощность чиллера.

На практике производители ТПА указывают расчётный расход охлаждающей воды и тепловую нагрузку в паспорте машины. Это точнее расчёта по формуле при наличии паспортных данных.

При нескольких ТПА на одной линии применяется централизованный чиллер с суммарной мощностью и запасом на одновременность пуска (коэффициент одновременности 0,7–0,9).

Чиллер воздушного или водяного охлаждения

Чиллер воздушного охлаждения конденсатора — наиболее распространённый вариант для охлаждения ТПА. Устанавливается в цехе или снаружи; не требует отдельной системы охлаждающей воды. При установке в цехе необходима вентиляция для отвода горячего воздуха от конденсатора; иначе температура в цехе растёт и чиллер теряет производительность.

При наружной установке — трубопровод хладоносителя от чиллера до ТПА необходимо изолировать. При температуре воды ниже +15 °C и значительной длине трассы через неизолированный трубопровод вода нагревается, теряя расчётную температуру у пресс-формы.

Чиллер водяного охлаждения конденсатора — при наличии градирни или замкнутого контура охлаждения конденсатора. Более эффективен в жарком климате и при размещении в закрытых помещениях. Для Московского региона воздушный чиллер в большинстве случаев достаточен.

Независимо от типа конденсатора — испаритель чиллера ТПА должен иметь антикоррозионное исполнение и стальные трубки; в системе применяется умягчённая или деминерализованная вода.

Централизованная и индивидуальная система охлаждения

Индивидуальная система — каждый ТПА оснащён собственным чиллером. Независимость температур и расходов для каждой машины; отказ одного чиллера не влияет на остальных. Применяется при 1–3 машинах или при существенно различающихся технологических требованиях.

Централизованная система — один или два резервированных чиллера обслуживают весь парк ТПА через распределительные коллекторы. При однотипных машинах и материалах — экономичнее; проще обслуживать. Недостаток: один аварийный останов чиллера останавливает весь цех.

При централизованной схеме рекомендуется резервный чиллер (100% резерв) или схема N+1 (три чиллера вместо двух, каждый на 50% мощности). В российской промышленной практике резерв часто игнорируется до первой летней аварии.

Регулирование расхода по каждому ТПА — через балансировочные вентили или расходомеры на коллекторе. Без балансировки ближайший к насосу ТПА получает избыточный расход, дальний — недостаточный.

Водоподготовка и качество теплоносителя

pH охлаждающей воды: 6,5–8,0 для систем с медными трубками испарителя; выше 8,0 — коррозия меди; ниже 6,5 — коррозия стали. Рекомендуемый pH: 7,0–7,5.

Накипь в каналах пресс-формы — главный враг производительности. Слой карбоната кальция толщиной 1 мм снижает теплоотдачу пресс-формы на 10–20%, что ведёт к удлинению цикла. При жёсткости воды более 5 мг-экв/л обязателен умягчитель или применение деминерализованной воды.

Гликоль в системе охлаждения ТПА применяется только при прохождении трубопроводов через неотапливаемые зоны (от наружного чиллера до цеха). Непосредственно в каналах пресс-формы применяется только чистая вода — гликоль ухудшает теплоотдачу и несовместим с отдельными марками уплотнений.

Ингибиторы коррозии на основе молибдатов или органических комплексов — обязательны при смешанных системах (сталь + медь + алюминий). Стандартный пакет присадок типа Fernox F1 или аналог дозируется один раз при заполнении.

Монтаж системы охлаждения ТПА

Расположение чиллера: не далее 15 м от ТПА — для минимизации потерь давления и теплоприобретений трубопровода. При бо́льшем расстоянии — увеличить диаметр трубопровода или мощность циркуляционного насоса.
Трубопровод: нержавеющая сталь AISI 316 или полипропилен PN20; соединения пресс-фитингами или сварными. Трубопровод холодного контура (+5…+15 °C) теплоизолируется закрытоячеистым каучуком K-Flex или Armaflex 19–25 мм — иначе конденсат заливает цех.
Гидравлический модуль — насос, расширительный бак, воздухоотводчик, манометры, обратный клапан — монтируется между чиллером и распределительным коллектором. Насос обеспечивает постоянный расход; давление в системе — 1,5–3 бар.
Балансировка: после монтажа и пуска — балансировка расхода по каждому ТПА через балансировочные вентили или регуляторы расхода. Замер расхода ротаметром или ультразвуковым расходомером.
Пуско-наладочные работы: заполнение системы водой, удаление воздуха, проверка pH, замер температуры воды на входе и выходе каждого ТПА при работе, контроль времени цикла, составление паспорта системы.

Стоимость работ

Диагностическая таблица

Удлинение цикла литья при неизменных параметрах;Накипь в каналах охлаждения пресс-формы снижает теплоотдачу;Промывка каналов охлаждения пресс-формы кислотным раствором Геометрические дефекты изделий при нормальных параметрах впрыска;Неравномерное охлаждение пресс-формы из-за забитых каналов или неравного расхода;Проверить расход воды по каждому каналу ротаметром, промыть каналы Перегрев гидравлического масла выше 60 °C;Недостаточный расход охлаждающей воды через маслоохладитель или его загрязнение;Проверить расход охлаждающей воды через маслоохладитель и его чистоту Чиллер не поддерживает уставку температуры в жаркий день;Загрязнение ламелей воздушного конденсатора или недостаточная вентиляция в цехе;Промыть конденсатор водой под давлением 2–4 бар, улучшить вентиляцию цеха Конденсат на трубопроводе системы охлаждения;Отсутствует или повреждена теплоизоляция трубопровода холодного контура;Нанести теплоизоляцию каучуком 19–25 мм на все трубы холодного контура Давление в контуре охлаждения нестабильно и скачет;Воздух в системе или неисправен расширительный бак;Стравить воздух через воздухоотводчик, проверить давление зарядки расширительного бака Быстрый рост накипи в течение 2–3 месяцев работы;Жёсткость воды превышает допустимое значение — умягчение не выполнено;Проверить жёсткость воды и pH, установить умягчитель или дозирующий насос для ингибитора Повышенный брак на первых изделиях после пуска или смены формы;Система охлаждения не вышла на рабочий температурный режим;Выдержать 10–20 минут после пуска чиллера до начала производственного цикла

Типичные ошибки

Подают хозяйственную воду без умягчения. За один летний сезон каналы охлаждения пресс-формы покрываются накипью, время цикла растёт на 15–20%. Стоимость очистки и простоя оборудования в 5–10 раз превышает стоимость умягчителя. Деминерализованная или умягчённая вода с pH 7,0–7,5 и ингибитором коррозии — обязательное требование для системы охлаждения ТПА.
Не изолируют трубопровод холодного контура в цехе. Труба с водой +8 °C в цехе при влажности +65% покрывается конденсатом. Конденсат стекает на пол и оборудование, создавая риск скольжения персонала и коррозии ТПА. Изоляция трубопровода — расходы на монтаж 10–15% от стоимости чиллера; последствия конденсата — значительно дороже.
Устанавливают чиллер в цехе без вентиляции. Чиллер воздушного охлаждения сбрасывает тепло в воздух цеха. Без вентиляции температура в цехе повышается на +5…+10 °C, чиллер работает с перегрузкой, производительность падает, компрессор уходит в аварию по защите. При установке чиллера в помещении — обязателен вытяжной воздуховод от конденсатора наружу или выделение отдельного холодного помещения для чиллера.

Frostsystems проектирует и монтирует системы охлаждения термопластавтоматов — одно- и двухконтурные схемы с чиллерами воздушного и водяного охлаждения, балансировка расходов, водоподготовка с пуско-наладочными работами в Москве и Московской области.

Почему стоит обратиться к профессионалам?

Квалифицированный монтаж и сервис в перспективе значительно снижают эксплуатационные затраты на содержание холодильной техники

Оригинальные комплектующие

Предоставляем запчасти, которые поставляются напрямую от производителей. Подберем качественные аналоги. Ваша экономия до 30% за счет дилерских цен. Сокращенные сроки поставки.
Бесплатная диагностика

Точная причина неисправности определяется во время визита. На основе полученной информации предлагается наиболее подходящий способ решения проблемы.
Выезд на объект в течение 4 часов

Техническое обслуживание холодильного оборудования в Москве и Московской области. Оформление вызова по телефону за 2 минуты. Гарантия на выполненные работы.