卡塞爾導(dǎo)熱油加熱器在壓延工藝中的應(yīng)用

一、壓延機(jī)的簡介

   壓延機(jī)是塑料、橡膠制品生產(chǎn)過程中的基本設(shè)備，紡織物的貼膠與鋼絲簾布的貼膠、擦膠、塑膠料的壓片及壓

型、簾布貼隔離膠片和多層膠片的貼合等都有用到壓延機(jī)。一般可以按工藝用途和輥筒數(shù)量及輥筒排列形式進(jìn)行分

類：

(a)壓延機(jī)按輥筒排列形式可分為I型壓延機(jī)、F型壓延機(jī)、L型壓延機(jī)、z型壓延機(jī)、斜z型壓延機(jī)、s型壓延機(jī)、△

型壓延機(jī)及其它形式的壓延機(jī)等。壓延機(jī)的主要零部件為：輥筒、輥筒軸承、機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、輥距調(diào)節(jié)與指示裝

置、輥筒撓度補(bǔ)償裝置、輥筒加熱與冷卻溫度控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及附屬裝置等。

(b)壓延機(jī)按輥筒數(shù)量可分為兩輥壓延機(jī)、三輥壓延機(jī)、四輥壓延機(jī)、五輥壓延機(jī)及多輥壓延機(jī)等。

(c)壓延機(jī)按工藝用途可分為貼膠壓延機(jī)、擦膠壓延機(jī)、壓型壓延機(jī)、壓片壓延機(jī)、貼合壓延機(jī)和試驗(yàn)用壓延機(jī)等

。

二、導(dǎo)熱油加熱器的溫度控制
1 輥筒的導(dǎo)熱油加熱與冷卻溫度控制系統(tǒng)

1 1 輥筒的導(dǎo)熱油加熱與冷卻方式及其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)輥筒的結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱油加熱與冷卻方式有以下兩種：電熱棒加熱(

冷卻靜態(tài)導(dǎo)熱油)和燃煤、燃油、燃?xì)饧訜?冷卻循環(huán)導(dǎo)熱油)。前一種主要用于中空結(jié)構(gòu)的輥筒，后一種則主要用

于鉆孔結(jié)構(gòu)的輥筒。

1 2 各種壓延機(jī)過程都需要在一定的溫度下進(jìn)行，輥筒溫度的變化和不均勻性對(duì)壓延制品質(zhì)量有很大的影響，不同

品種的塑膠料和不同的工藝方法對(duì)輥筒有不同的溫度要求。大多數(shù)塑膠料的壓延溫度在160～180℃之間，個(gè)別特殊

塑料溫度在50～120℃以上，在壓延過程中不僅要設(shè)法維持工藝上所需要的輥筒溫度，而且應(yīng)力求輥筒整個(gè)工作面

溫度均勻一致，并能進(jìn)行準(zhǔn)確控制。因此，壓延機(jī)應(yīng)設(shè)置一套效果良好、反應(yīng)靈敏和操作方便的導(dǎo)熱油加熱與冷卻

裝置及其溫度控制系統(tǒng)。

(1)電熱棒加熱與冷卻結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是溫度不均勻、調(diào)溫不方便。這種結(jié)構(gòu)主要有用于中空結(jié)構(gòu)的輥筒，在輥筒空腔

中充以導(dǎo)熱油，并裝入管狀電熱棒，通過電加熱將輥筒內(nèi)的靜態(tài)導(dǎo)熱油加熱，使輥筒升溫。同時(shí)，輥筒內(nèi)腔還裝有

葉片式冷卻器，需要時(shí)可通入冷態(tài)導(dǎo)熱油使輥筒降溫。

(2)導(dǎo)熱油循環(huán)加熱與冷卻結(jié)構(gòu)

目前新型壓延機(jī)均采用鉆孔輥筒，而鉆孔輥筒通常采用導(dǎo)熱油進(jìn)行循環(huán)加熱與冷卻。導(dǎo)熱油循環(huán)加熱一般采用電加

熱油爐將導(dǎo)熱油加熱后，用熱油循環(huán)泵將熱態(tài)導(dǎo)熱油通過管道、輥筒端部的旋轉(zhuǎn)接頭及中心管進(jìn)入輥筒內(nèi)腔，導(dǎo)熱

油再沿輥筒內(nèi)的斜孔流入靠近輥面的孔中，將輥面加熱，然后又通過斜孔及中心管和輥筒內(nèi)腔之間經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭排出

輥筒，重新回到熱油爐。根據(jù)所需的輥溫，再將導(dǎo)熱油加熱。如此不斷循環(huán)，把輥筒表面加熱到工藝所需的溫度。

導(dǎo)熱油循環(huán)加熱與冷卻裝置有如下特點(diǎn)：

(a)加熱與冷卻反應(yīng)靈敏，輥面溫度比較均勻。

(b)提高溫度時(shí)不必提高油壓，熱油溫度為180～220~C時(shí)，熱油壓力僅為0．3～0．5MPa，由于工作壓力較低，可方

便壓延機(jī)和管路的制造、使用和維修。

(c)不必經(jīng)常清洗壓延機(jī)和管道，可免去水處理設(shè)備。

2 輥簡的導(dǎo)熱油加熱與冷卻計(jì)算分析

2．1 加熱計(jì)算

壓延機(jī)需要對(duì)輥筒進(jìn)行加熱有以下幾點(diǎn)：

(a)在壓延過程中塑膠料變形產(chǎn)生的熱量小于壓延過程中物料帶走和散失的熱量。輥筒的導(dǎo)熱油加熱時(shí)所需的熱量

可以按下列方法進(jìn)行計(jì)算。

(b)壓延機(jī)工作開始前，將輥筒從室溫預(yù)熱到工藝所需的溫度，該溫度根據(jù)塑膠料與工藝要求而定，一般在160～

180℃ 范圍內(nèi)，個(gè)別溫度在70～ 120oC之間。

(1)壓延機(jī)預(yù)熱時(shí)輥筒所需的熱量

壓延機(jī)預(yù)熱時(shí)輥筒達(dá)到工藝溫度所需的總熱量

Q，kJ／h

Q=n(Q +Q：+2Q )+Q (1)

式中n— — 輥筒數(shù)量

q —— 輥筒從室溫預(yù)熱到工藝溫度所需熱

量，kJ／h

Q =[G C( 一T1)]／t (2)

式中G — — 輥筒重量，kg

C—— 輥筒材質(zhì)的比熱容，kJ／(kg·K)

— — 輥筒預(yù)熱需達(dá)到工藝溫度，K

— — 輥筒始溫，K

￡—— 設(shè)定升溫時(shí)間，h

Q ——加熱過程中輥面向周圍散失的熱量，

kJ／h

Q2=Q對(duì)流+Q輻射

= 3．6( K+ )A ( 筒一T空氣) (3)

式中 — — 對(duì)流給熱系數(shù)，W／(m ·K)

K=1．163 (T輥筒一 氣)／D (4)

式中 筒— —輥筒表面溫度，K

審 — — 輥筒周圍空氣溫度，K

D——輥筒工作部分直徑，m

OL ——輻射給熱系數(shù)，W／(m ·K)

等 ㈣

式中A——輥筒工作表面散熱面積，m

A=~rDL (6)

式中 ——輥筒工作表面長度，m

Q ——軸承體與軸瓦帶走和散失的熱量，

kJ／h

Q3=3．6 ㈩

輥筒～ 』軸承

式中A — — 軸瓦導(dǎo)熱系數(shù)，w／(m ·K)

A：——軸承體導(dǎo)熱系數(shù)，w／(m ·K)

— — 軸瓦與軸頸的接觸長度，m

d — —軸瓦內(nèi)徑，m

— — 軸瓦外徑，m

承——軸承體溫度，K

q —— 壓延機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，軸承等處潤滑油

帶走的熱量，kJ／h

Q4：g油( 回油一 進(jìn)油)C1 (8)

式中g(shù)油—— 潤滑油耗量，kg／h

回油——潤滑油回油溫度，K

油—— 潤滑油進(jìn)油溫度，K

C — — 潤滑油比熱容，l(J／( ·K)

為了簡化計(jì)算，忽略了壓延機(jī)運(yùn)行中軸在所產(chǎn)生的摩擦熱量。

(2)壓延機(jī)工作時(shí)輥筒所需的加熱量在壓延過程中，壓延機(jī)所消耗的功率除少部分為傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦損失外，大部分

被轉(zhuǎn)化為壓延塑膠料所需的熱能及其有關(guān)損耗與自然散失。若轉(zhuǎn)化的

熱能尚不足以補(bǔ)償脫粒升溫要求及各種散失時(shí)，則輥筒需加熱；若能達(dá)成平衡，則可不用加熱。如果輥筒轉(zhuǎn)速較高

，塑膠料剪切變形和摩擦生熱過多時(shí)，則輥筒應(yīng)冷卻，以維護(hù)所需輥溫。厚壁圓筒變形與應(yīng)力的相容性分析壓延過

程中由所耗功率轉(zhuǎn)化成的熱量Q功，kJ／h

Q功=3600N~7 (9)式中 壓延機(jī)實(shí)際消耗的功率，kW——傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率

在壓延過程中消耗的熱量Q耗，kJ／hQ耗=Q膠料+Q空氣 (10)式中Q膠料——壓延過程中所膠料所帶走的熱量，

k1／h

Q膠料=qC2( 一T1) (11)

式中g(shù)—— 壓延機(jī)產(chǎn)量，kg／h

C：—— 膠料比熱容，kl／(kg·K)

— — 壓延后膠料溫度，K

。— — 壓延前(供料)膠料溫度，K

Q宰與—— 輥筒表面及膠層向周圍空氣散失的

熱量，kJ／h；

Q空氣=n(Q對(duì)流+Q輻射)

=n[(0[k+0[ )A( 輥筒一 空氣)] (12)

式中凡— —輥筒數(shù)量

0[ 見式(4)，0[ 見式(5)。

在壓延過程中所需的總加熱量Q kJ／h

Q 總=Q膠料+Q空氣一Q功 (13)

上述計(jì)算中，尚需考慮壓延工作過程中其它方

面的損失，如管路損失、機(jī)架的散熱等，故在考慮

所需總加熱量Q 時(shí)，應(yīng)根據(jù)計(jì)算值增加10％ ～

20％ ，即：

Q 1．1Q 總～1．2Q 總 (14)

(3)導(dǎo)熱油加熱計(jì)算

若輥筒為中空結(jié)構(gòu)，采用導(dǎo)熱油加熱時(shí)，根據(jù)

熱量平衡的原則，預(yù)熱時(shí)的導(dǎo)熱油消耗量 熱，

m ／h；

We熱=n[Q／(C熱△ 熱)] (15)

式中凡— — 輥筒數(shù)量

Q—— 預(yù)熱時(shí)加熱每個(gè)輥筒所需的熱量，

kJ／h

C執(zhí)——預(yù)熱時(shí)導(dǎo)熱油的比熱容，

kJ／(kg·K)

△卜預(yù)熱時(shí)導(dǎo)熱油的進(jìn)口與出口溫差，K

y熱— — 預(yù)熱時(shí)導(dǎo)熱油的密度，kg／m

在壓延過程中的熱態(tài)導(dǎo)熱油循環(huán)量 熱，m ／h；

日熱=Q ／(c熱△ 熱) (16)

式中 Q —— 壓延過程中所需的總熱量，kJ／h

C執(zhí)—— 加熱是熱態(tài)導(dǎo)熱油的比熱容，

kJ／(kg·K)

△ 加熱時(shí)熱態(tài)導(dǎo)熱油的進(jìn)口與出口溫

差，K

y熱— —加熱時(shí)熱態(tài)導(dǎo)熱油的密度，kg／m

(4)導(dǎo)熱油冷卻計(jì)算

當(dāng)壓延過程中所消耗的功能，包括塑膠料摩擦熱量，轉(zhuǎn)化成熱能的熱量大于塑膠料吸收帶走的熱量及各種熱耗時(shí)，

為保持工藝溫度，防止塑膠料燒焦，輥筒必須通入冷態(tài)導(dǎo)熱油將多余的熱量導(dǎo)走。需要導(dǎo)走的熱量Q導(dǎo)，kJ／h；

Q導(dǎo)=Q功一Q膠料一Q空氣 (17)

則冷態(tài)導(dǎo)熱油的循環(huán)量w冷卻，m ／h

Wn卻=Q導(dǎo)／(c冷△ 冷) (18)

式中C玲—— 冷態(tài)導(dǎo)熱油的比熱容，kJ／(kg·K)

△卜冷態(tài)導(dǎo)熱油的進(jìn)口與出口溫差，K

y冷—— 冷態(tài)導(dǎo)熱油的密度，kg／m

4 結(jié)束語

 
    導(dǎo)熱油的循環(huán)加熱與冷卻系統(tǒng)可分為單用式和共用式兩種。單用式是一臺(tái)壓延機(jī)每個(gè)輥筒有一組獨(dú)立的加熱與

冷卻裝置及循環(huán)系統(tǒng)；共用式是一臺(tái)壓延機(jī)數(shù)個(gè)輥筒合用一組加熱與冷卻裝置及循環(huán)系統(tǒng)。共用式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比

較簡單，管路不復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用較少。但缺點(diǎn)是各個(gè)輥筒相互之間的加熱與冷卻有影響，不能單獨(dú)控制，故只適用

于各個(gè)輥筒工作溫度相差不多的情況。壓延機(jī)的輥筒工作表面溫度的控制和調(diào)節(jié)，是根據(jù)壓延工藝的要求由溫度控

制儀自動(dòng)進(jìn)行控制。首先在儀表上預(yù)先給定所需的溫度值，然后通過設(shè)在輥筒出口處和進(jìn)口處的測溫電阻或熱電隅

，測出輥筒出口溫度和進(jìn)口溫度，并將其訊號(hào)輸入溫度控制儀，與溫度控制儀內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后輸出比較

后的訊號(hào)，從而通過調(diào)節(jié)閥控制輸入的熱態(tài)導(dǎo)熱油或是冷態(tài)導(dǎo)熱油，并調(diào)節(jié)輸入的導(dǎo)熱油循環(huán)流量。此外，整個(gè)導(dǎo)

熱油循環(huán)加熱與冷卻裝置的密封結(jié)構(gòu)必須良好，且使用一段時(shí)間后需換新的導(dǎo)熱油。