فرصت های افزايش كارایی هوای فشرده در صنايع پلاستيک

بررسی افزایش کارایی هوای فشرده در صنایع پلاستیک

فرصت های یک فرآیند قالب دهی

تنوع گسترده ای در این گونه فرآیندها وجود دارد و البته همه آنها نیازمند فشار ثابت هوای فشرده می باشند که با انتقال آنها به ماشین های قالب دهی، کیفیت را کنترل و بهره وری سیستم و افزايش كارایی هوای فشرده در صنايع پلاستيک را ضمانت نمایند.
در بیشتر اینگونه فرآیندها، از هوای فشرده به منظور پیش شکل دهی استفاده می شود. این کار از طریق دمیدن هوا در Parison انجام می وشد. Parison یک قطعه لوله ای شکل از پلاستیک بوده که در درون آن سوراخی وجود دارد که هوای فشرده از آن عبور می کند. همچنین هوای فشرده ای که وارد این قطعه لوله ای شکل شده و در حال ایجاد قالب نهایی است، قبل از خروج از قطعه، وظیفه خنک کاری آن را نیز بر عهده دارد.

در فرآیند pet و به منظور تولید بیش از 20هزار بطری در ساعت، از ماشین های روتاری سرعت بالا با هوای فشرده 40 بار استفاده می کنند. در تجزیه و تحلیل چنین سیستم هایی، بررسی فشار واقعی درون قالب به منظور تشخیص درست این فرآیند، کار بسیار دشواری است، ولی در هر صورت برای یافتن فرصت ها، چنین تحلیل هایی نیاز است. شکل 1 نقشه فشار درون قالب فرآیند قالب دهی را که در سرعت 0.04 میلی ثانیه ضبط شده است را نشان می دهد.

خط سبز نشان دهنده فشار حقیقی محفظه قالب است که بطری را به شکل قالب ماده تبدیل می کند. خط تیره آبی رنگ فشار مطلوب را نشان می دهد. توجه داشته باشید که انحناء نرخ حقیقی افزایش فشار به دلیل این است که فشار تابعی از توانایی جریان فطعاتی است که هوا را به محفظه قالب هدایت می کند.به عبارت دیگر شیر پاشش هوا(Blow Solenoid)، شلنگ ورودی هوا به ماشین و میله Stretch که هوا را وارد Parison می کند، دارای قابلیت انتفال جریان محدودی است که افزایش فوری آن به فشار پایانی ممانعت می نماید.
این به این معناست که افزایش فشار وابسته به تفاوت فشاری است که جریان را از ورودی هوای ماشین به محفظه قالب منتقل می نماید. واضح است که هر چه فشار ورودی بالاتر باشد، نرخ افزایش فشار نیز سریع تر خواهد بود. لذا یکی از راه های مدیریت سیستم هوای فشرده در فرآیندهای قالب دهی، افزایش فشار سیستم می باشد که در پی آن بهره وری به حداکثر خود می رسد و محصول خوبی تولید می شود. متأسفانه فشار بالاتر منجر به ایجاد تقاضای مصنوعی می شود که موجبات افزایش هزینه های نگهداری و انرژی مورد نیاز کمپرسور و نهایتاً ناکارآمدی سیستم را فراهم می نماید.

هزینه های واقعی فشارهای بالاتر سیستم

 دمیدن در Parison در سریعترین زمان ممکن منجر به سرعت خیلی زیاد جریان در قطعات Supply می شود که افت شدیدی ایجاد می کند. یک ماشین هوا که در 24ساعت، 24000 بطری 473سی سی پر می کند، بسته به میزان افت فشار در هدرها و فیلترهای انتقال دهنده هوا به ماشین، بین 2800scfm تا 3200scfm (متر مکعب بر دقیقه) هوا مصرف می کند. افت فشار اندازه گیری شده بین 3.5بار تا 7.5بار می باشد(شکل 2)به منظور تولید بطری های قابل قبول با این میزان افت فشار، سیستم می بایست در فشار بالاتر از فشار مورد نیاز، کار فشار سازی را انجام دهد.

تقاضای غیر واقعی(مصنوعی)

این فشار بالاتر از حد لازم یعنی در این مثال هر بطری نیاز به 8SCF (استاندارد متر مکعب) هوا در فشار ترمینال 36بار دارد. از آنجا که به دلیل افزایش اختلاف فشار باد کردن، فشار بالاسری(هدر) افزایش یافته است، فشار بادکردن بطری ها پس از اینکه بطری به طور کامل تولید شد. همچنان به افزایش بالاتر از میزان مورد نیاز ادامه می دهد.
به ازاء هر بار یا فشار اتمسفر بادکردن(ضربه ای) مورد نیاز، با حجم بطری، جریان حجمی مورد نیاز هم افزایش می یابد.

به عنوان مثال، یک بار فشار بیشتر برای تولید بطری های z 160با نرخ (24000بطری در ساعت) معادل 50scfm تقاضا غیر طبیعی(مصنوعی) در سیستم است. در این مطالعه خاص، که بین 3.5بار تا 7.5بار افت فشار داریم، کاهش از 170تا 370scfm در تقاضای هوای فشرده یک فرصت محسوب می شود.

هزینه های انرژی و تعمیر و نگهداری بالاتر در کمپرسور

معمول ترین کمپرسورها برای رسیدن به این میزان فشار، کمپرسورهای 3مرحله ای پیستونی می باشند که از شیرها برای کنترل جریان هوای درون stageها استفاده می کنند. در این فشار بالاتر به دلیل اینکه دمای بلاتری نیز وجود دارد که موجبات افزایش تنش و استرس بر شیرهای تخلیه و سایر ترکیبات مهم را فراهم می کند و افزايش كارایی هوای فشرده در صنايع پلاستيک را بهمراه دارد.

کاهش فشار به صورت بهینه(کار کردن با فشار بهینه)

آنجایی که امکان کاهش قابل ملاحظه فشارهای تخلیه وجود دارد، ثابت شده است که چرخه نگهداری و تعمیرات به اندازه 25-30درصد افزایش می یابد. انرژی برق نیز در فشارهای تخلیه پایین تر، به نسبت 5درصد کاهش فشار، یک درصد کاهش می یابد. کاهش 7بار یا 16% به معنای 3% کاهش مصرف انرژی در کمپرسورها می باشد.

استفاده از فرصت های بهره وری

اولین مرحله برای استفاده از این فرصت های بهره وری، کاهش افت فشار در درون ماشین های قالب سازی است که به صورت نرمال نیازمند بازکردن و یا جایگزین کردن تجهیزات پنوماتیک فعلی با مدل های با قابلیت انتقال بالاتر می باشد.

فیلترها و رگولاتورها نیز آیتم های حیاتی در این مورد هستند که باید به دقت و در هنگامی که این ماشین ها در حال فعالیت و دمیدن در یاطری ها هستند، از طریق اندازه گیری میزان افت فشار، مورد بررسی قرار گیرند. تعیین افت فشار با بررسی گیج ها بسیار کار دشواری است.استفاده از تجهیزات اندازه گیری الکترونیکی نظیر ترنسدیوسرها با خروجی های دیجیتال که داری دقت مناسبی نیز هستند توصیه می شود. مخاذن ذخیره نیز با پشتیبانی از سرعت بالای جریان در خین هر چرخه دمش می توانند در هنگام افت فشار کمک کننده باشند و از هوای ذخیره شده استفاده کنند.

این مخازن حتی الامکان باید در نزدیک ترین نقطه به محل مصرف باشند. به عنوان مثال مخزن باید به مدار پنوماتیک بعد از فیلتر و رگولاتور متصل باشد.همانطور که در شکل 3مشاهده می کنید، مخزن ذخیره در نزدیک ترین مکان ممکن به محل مصرف قرار گرفته است و لوله کشی و شلنگ ها از مخزن تا محل مصرف به اندازه کافی بزرگ گرفته شده است تا از سرعت آنی جریان پشتیبانی و حمایت کند. پیشنهاد می شود به منظور کاهش هزینه ها از مشاوران متخصصی هوای فشرده استفاده نمائید.

مدیریت سیستم

همانطور که قبلا هم اشاره شد، سرعت انتقال هوا در ماشین های قالب دهی بسیار بالاست و زمانی که این ماشین ها start و stop می شوند، شرایط ناپایداری از هوای فشرده در سیستم ایجاد می کنند. زمانی که 300scfm تقاضای هوا به صورت ناگهانی قطع شود، نرخ تغییر فشار در سیستم اصلی حتی به بزرگی 0.15بار در هر ثانیه می رسد که این میزان از توان نامی کمپرسور هم بالاتر است.به عنوان نمونه، این کمپرسورهای فشار بالا بین 15تا30 ثانیه به زمان نیاز دارند تا load شوند، بنابراین قبل از اینکه ماشین ها دوباره به خط برگردند، بیش از 2.5 بار افت فشار خواهند داشت. اغلب به بیش از یک کمپرسور نیاز است تا بتواند تقاضای افزایش هوایی را که به دلیل افت های فشار بالاتر به وجود آمده است را جبران نماید.

مدیریت این سطح از تغییر فشار نیاز به تغییرات قابل توجهی در رویکرد سیستم مدیریت به منظور به حداکثر رساندن کارایی دارد. واضح است که افزایش چشمگیر در میزان ذخیره سازی نیز لازم است. اگر چه مخزن هوای فشرده ممکن است گران به نظر برسد، اما نبود آن بسیار گران تر تمام خواهد شد زمانیکه به منظور تأمین سرعت تغییر فشار ناچار به افزودن کمپرسورهای بیشتری بشویم.
علاوه بر این، یک سیستم اتوماسیون مناسب که بتواند نرخ تغییر فشار را محاسبه و در تصمیم گیری صحیح و نسبت به تأمین پاسخ های مورد نیاز متناسب با آن، سیستم را یاری دهد، می تواند در کاهش هزینه های انرژی همانند همانند کاهش چرخه کمپرسورها و استارت های موتور نقش بسزایی ایفا کند.
اجتناب کردن از استارت کمپرسورها در زمان های غیر ضروری و همچنین زمانی که آن نیاز دارد تا خاموش شود، می تواند به معنای صرفه جویی در ده ها هزار دلار هزینه انرژی در سال شود.

سایر عملیات پلاستیک

اگر چه در این مطالعه به ماشین قالب دهی اختصاص داشت اما نمونه های مشابه دیگری نیز که در این صنعت وجود دارد، صدق می کند.
ماشین های قالب گیری تزریق که از هوای فشرده برای تزریق و خنک کاری استفاده می کنند، نیز در بسیاری از حوزه ها، ویژگی های مشابه به ماشین های قالب دهی دارند. بسیاری از این ماشین ها به فشار بین 10تا17 باز نیاز دارند، اما افت فشار بین 3.5تا7.5 بار در چنین سیستم هایی نیز مشاهده شده است.راه حل های مشابه برای آن وجود دارد به این معنا که افت فشار باید با نصب تجهیزات با قابلیت انتقال جریان بالاتر و همچنین افزودن مخزن ذخیره در نزدیک ترین مکان به محل مصرف، کاهش یابد.
همانطور که در این مقاله اشاره شده است، مراحل کلیدی برای به حداکثر رساندن کارایی سیستم های هوای فشرده در صنعت پلاستیک به اندازه گیری دقیق فشار حقیقی در محل مصرف و میزان افت فشار حد فاصل هدر تا آن نقطه است.پس با نصب ترکیبات و تجهیزات انتقال بالاتر و همچنین مخزن در محل مناسب، افت فشار کاهش داده می شود. افزودن محزن به سیستم هوای اصلی و استفاده از اتوماسیون و کنترل جریان فشار به سیستم اجازه تأمین مناسب هوای مورد نیاز را داده و به ما این امکان را می دهد که افزايش كارایی هوای فشرده در صنايع پلاستيک را انجام دهیم.

سوالات متداول