Безопасная работа экструдеров: параметры температуры, давления и скорости
Таблица 1. Классификация экструдеров по типу и конструкции
| Тип экструдера | Конфигурация шнеков | Макс. обороты (об/мин) | Производительность | Особенности применения |
|---|---|---|---|---|
| Одношнековый стандартный | Один шнек, L/D = 24-30:1 | 50-120 | Средняя | Производство труб, плит, листов, профилей |
| Одношнековый с барьерным шнеком | Один шнек с барьерной зоной | 60-100 | Высокая | Переработка материалов с высокой вязкостью |
| Двухшнековый параллельный (сонаправленный) | Два параллельных шнека, вращение в одну сторону | 300-800 | Очень высокая | Компаундирование, смешивание, грануляция |
| Двухшнековый параллельный (противонаправленный) | Два параллельных шнека, встречное вращение | 50-150 | Высокая | Производство труб и профилей из ПВХ |
| Двухшнековый конический | Два конических шнека | 20-60 | Средняя | Переработка термочувствительных материалов, порошков ПВХ |
| Планетарно-роликовый | Центральный шнек и сателлиты | 10-40 | Средняя-высокая | Высоконаполненные композиты, специальные смеси |
Таблица 2. Параметры безопасной работы экструдеров по типам полимеров
| Материал | Температура плавления (°C) | Рабочая температура экструзии (°C) | Макс. давление (МПа) | Рекомендуемые обороты (об/мин) |
|---|---|---|---|---|
| ПЭВД (полиэтилен высокого давления) | 105-115 | 160-220 | 7,5-11 | 50-100 |
| ПЭНД (полиэтилен низкого давления) | 125-135 | 155-200 | 9-13 | 60-120 |
| Полипропилен (ПП) | 164-175 | 200-260 | 11-16 | 50-100 |
| ПВХ жесткий (гранулы) | 150-180 | 165-200 | 25-35 | 20-50 |
| ПВХ мягкий | 140-160 | 150-180 | 20-30 | 15-40 |
| АБС-пластик | 180-220 | 200-250 | 15-25 | 40-80 |
| Полистирол (ПС) | 180-200 | 190-240 | 12-20 | 50-90 |
Таблица 3. Рабочие температурные режимы для различных зон экструдера
| Зона экструдера | ПЭНД (°C) | ПЭВД (°C) | ПП (°C) | ПВХ (°C) | Функция зоны |
|---|---|---|---|---|---|
| Зона 1 (загрузка) | 80-110 | 70-90 | 90-120 | 90-140 | Подогрев, предотвращение зависания материала |
| Зона 2 (сжатие) | 140-160 | 130-150 | 160-180 | 155-175 | Плавление, начало пластификации |
| Зона 3 (дозирование) | 160-180 | 150-170 | 180-200 | 170-185 | Гомогенизация расплава |
| Зона 4 (адаптер) | 170-190 | 160-180 | 190-210 | 175-190 | Стабилизация потока |
| Головка (мундштук) | 180-200 | 170-190 | 200-220 | 180-195 | Формование изделия |
Таблица 4. Основные аварийные ситуации и меры противодействия
| Аварийная ситуация | Причины возникновения | Критические показатели | Немедленные действия | Профилактика |
|---|---|---|---|---|
| Превышение давления | Засорение фильтров, загрязнение головки, неправильная температура | Давление выше 35-40 МПа | Немедленная остановка экструдера, снижение температуры, проверка фильтров | Регулярная очистка фильтров, контроль температуры, установка разрывных дисков |
| Перегрев материала | Слишком высокая температура, низкие обороты, длительный застой материала | Температура на 30-50°C выше рабочей | Снижение температуры всех зон, увеличение оборотов, включение охлаждения | Соблюдение температурного режима, исключение длительных простоев |
| Деструкция полимера | Перегрев, длительное пребывание в цилиндре, загрязнение | Обугливание, изменение цвета, запах горелого | Остановка, полная очистка цилиндра и шнека, промывка полимером | Контроль времени пребывания материала, регулярная очистка оборудования |
| Блокировка шнека | Попадание посторонних предметов, затвердевание материала, износ деталей | Резкий рост тока двигателя, остановка вращения | Экстренная остановка, отключение питания, определение причины блокировки | Магнитная защита на загрузке, регулярный осмотр бункера |
| Разрыв цилиндра/головки | Критическое превышение давления, дефекты металла, износ | Давление более 70 МПа | Эвакуация персонала, экстренная остановка всей линии, вызов службы безопасности | Установка предохранительных устройств, регулярная дефектоскопия, контроль давления |
| Утечка расплава | Износ уплотнений, неплотное соединение частей, повреждение резьбы | Видимая утечка материала из соединений | Снижение оборотов, остановка экструдера, охлаждение зоны утечки | Регулярная проверка уплотнений, контроль затяжки соединений |
| Отказ системы охлаждения | Поломка вентиляторов, засорение каналов, отсутствие воды | Температура выше на 20-30°C от установленной | Снижение оборотов, остановка при критических значениях, проверка системы | Регулярное обслуживание системы охлаждения, очистка каналов |
Содержание статьи
- Классификация экструдеров и их конструктивные особенности
- Температурные параметры безопасной работы
- Давление в системе экструдера и методы контроля
- Скорость вращения шнека и производительность
- Системы безопасности и защитные устройства
- Аварийные ситуации и порядок действий
- Требования к квалификации персонала и обслуживанию
1. Классификация экструдеров и их конструктивные особенности
Экструдеры представляют собой сложное технологическое оборудование, предназначенное для непрерывной переработки термопластичных полимеров путем их плавления, гомогенизации и формования через профилирующий инструмент. Безопасная эксплуатация экструдеров напрямую зависит от понимания их конструктивных особенностей и правильного выбора типа оборудования для конкретных технологических задач.
Одношнековые экструдеры
Одношнековые экструдеры являются наиболее распространенным типом экструзионного оборудования. В их конструкции используется один вращающийся шнек внутри обогреваемого цилиндра. Основное преимущество одношнековых экструдеров заключается в простоте конструкции, надежности и доступной стоимости обслуживания. Материальный цилиндр условно разделяется на три основные зоны: загрузки, сжатия (плавления) и дозирования (гомогенизации).
Типичное соотношение длины цилиндра к диаметру шнека (L/D) для одношнековых экструдеров составляет от 20:1 до 32:1. Более длинные шнеки обеспечивают лучшую гомогенизацию расплава, но требуют большей мощности привода. Одношнековые экструдеры эффективно перерабатывают материалы с объемной массой не менее 500 кг на кубический метр и широко применяются для производства труб, профилей, листов и пленок.
Двухшнековые экструдеры
Двухшнековые экструдеры имеют два взаимодействующих шнека и подразделяются на несколько типов в зависимости от расположения осей (параллельные или конические) и направления вращения (сонаправленные или противонаправленные). Параллельные двухшнековые экструдеры с сонаправленным вращением обеспечивают эффект самоочистки и могут работать на скоростях до 800 оборотов в минуту, что делает их незаменимыми для компаундирования и реактивной экструзии.
Двухшнековые экструдеры способны перерабатывать материалы с объемной массой от 280 кг на кубический метр, что значительно расширяет спектр перерабатываемого сырья. Они демонстрируют превосходные характеристики при переработке порошкообразных материалов, высоконаполненных композиций и термочувствительных полимеров. Конические двухшнековые экструдеры особенно эффективны при переработке порошков ПВХ непосредственно в изделия.
Пример выбора типа экструдера
Для производства профилей из жесткого ПВХ рекомендуется использовать двухшнековый конический экструдер с противонаправленным вращением шнеков. При диаметре шнека 65 мм и рабочей температуре 175-190°C такой экструдер обеспечит производительность до 150 кг в час при скорости вращения 40-50 об/мин. Давление в системе не превысит 30 МПа, что обеспечивает безопасную работу оборудования.
2. Температурные параметры безопасной работы
Контроль температурного режима является критическим фактором безопасности при эксплуатации экструдеров. Каждая зона материального цилиндра и экструзионная головка должны поддерживаться при строго определенных температурах, зависящих от типа перерабатываемого полимера. Температурный режим экструдера представляет собой совокупность установленных значений температур всех зон цилиндра и инструмента.
Зонирование температурного профиля
В зоне загрузки температура устанавливается ниже температуры плавления полимера для предотвращения преждевременного плавления и образования пробок в загрузочном бункере. Для полиэтилена низкого давления зона загрузки обычно поддерживается при температуре 80-110°C, в то время как температура плавления материала составляет 125-135°C. Правильный подбор температуры в зоне загрузки при условиях минимальной нагрузки шнекового привода позволяет минимизировать вариации давления в головке экструдера.
Зона сжатия (плавления) обеспечивает переход материала из твердого состояния в вязкотекучее. Здесь температура постепенно повышается и достигает значений, при которых происходит полное расплавление полимера. Для полипропилена температура в зоне сжатия устанавливается в диапазоне 160-180°C, что обеспечивает эффективное плавление при минимальном термическом воздействии на материал.
Зона дозирования и экструзионная головка поддерживаются при максимальных температурах, необходимых для обеспечения оптимальной вязкости расплава. Для большинства полиолефинов температура головки на 10-20°C выше температуры последней зоны цилиндра. При экструзии тонких пленок из полиэтилена температура головки может достигать 220-240°C для обеспечения необходимой текучести.
Расчет теплового баланса
При переработке полиэтилена низкого давления с производительностью 100 кг/ч большая часть тепловой энергии (до 70 процентов) поступает не от нагревателей цилиндра, а от внутреннего трения и сдвиговых деформаций материала. При скорости вращения шнека 80 об/мин и диаметре 60 мм мощность, выделяемая в виде тепла от трения, составляет примерно 15-20 кВт. Это необходимо учитывать при настройке систем охлаждения цилиндра.
Критические температурные режимы
Превышение максимально допустимой температуры переработки приводит к термической деструкции полимера, сопровождающейся ухудшением механических свойств готовых изделий, изменением цвета и выделением токсичных газов. Для ПВХ критическая температура деструкции начинается от 110-120°C с выделением хлористого водорода, поэтому максимальная рабочая температура не должна превышать 190-200°C. Длительный перегрев даже на 10-15°C может привести к необратимым изменениям в структуре материала.
Недостаточный нагрев также представляет опасность, так как приводит к неполному расплавлению материала, образованию непроплавов в готовом изделии и резкому возрастанию давления в системе. При работе с жестким ПВХ на температуре ниже 165°C возможно образование дефектов, снижающих прочность и герметичность изделий.
3. Давление в системе экструдера и методы контроля
Давление в экструдере является одним из важнейших параметров, определяющих качество готового изделия и безопасность технологического процесса. Давление создается за счет сопротивления потоку расплава в головке экструдера и зависит от вязкости материала, скорости вращения шнека, геометрии головки и температурного режима.
Нормальные значения рабочего давления
Для различных полимеров характерны существенно отличающиеся значения рабочего давления. При экструзии труб из полиэтилена низкого давления давление в головке обычно составляет 9-13 МПа, в то время как при переработке жесткого ПВХ давление может достигать 25-35 МПа. При производстве гофрированных труб, где используется удлиненная необогреваемая головка, потери давления могут составлять 30-40 МПа, что требует использования экструдеров с повышенной мощностью привода.
Цилиндры большинства промышленных экструдеров спроектированы с запасом прочности и выдерживают рабочее давление до 70 МПа (700 бар). Однако нормальные рабочие режимы предполагают использование не более 50-60 процентов от максимально допустимого давления, что обеспечивает надежную и долговременную эксплуатацию оборудования.
Системы контроля и защиты от избыточного давления
Современные экструдеры оборудуются датчиками давления расплава, которые обеспечивают непрерывный мониторинг состояния системы. Датчики температуры и давления способны контролировать параметры в диапазоне 0-35 МПа при температуре до 400°C. Сигнал от датчика поступает в систему управления, которая может автоматически корректировать скорость вращения шнека для поддержания постоянного давления.
Для предотвращения катастрофических последствий от избыточного давления на экструдерах обязательно устанавливаются предохранительные устройства. Разрывные диски (мембраны) настраиваются на срабатывание при достижении критического давления и обеспечивают сброс расплава, предотвращая разрыв цилиндра или головки. Срезные штифты на хомутах, удерживающих головку, также служат механической защитой от превышения допустимого давления.
Пример настройки системы защиты
Для одношнекового экструдера диаметром 90 мм, перерабатывающего полипропилен, устанавливаются следующие параметры защиты: номинальное рабочее давление 14 МПа, предупредительная сигнализация при 18 МПа, автоматическое снижение оборотов при 20 МПа, срабатывание разрывного диска при 25 МПа. Такая многоуровневая защита минимизирует риск аварийных ситуаций.
Влияние режимных параметров на давление
Давление в экструдере находится в прямой зависимости от скорости вращения шнека и температуры расплава. Увеличение скорости вращения на 10 об/мин при неизменной температуре приводит к росту давления на 1-2 МПа за счет увеличения производительности и возрастания сопротивления потоку. С ростом противодавления при увеличении скорости оборотов шнека температура расплава также возрастает из-за усиления диссипативного разогрева.
Изношенные детали экструдера, такие как шнек с увеличенными зазорами или загрязненные фильтры, негативно влияют на давление в системе. Накопление примесей на фильтрующих сетках приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления и может вызвать критическое превышение давления даже при нормальных настройках температуры и скорости.
4. Скорость вращения шнека и производительность
Частота вращения шнека является одним из основных регулируемых параметров процесса экструзии, определяющим производительность оборудования и качество получаемых изделий. Правильный выбор скорости вращения обеспечивает оптимальный баланс между производительностью, энергопотреблением и качеством продукции.
Диапазоны рабочих скоростей
Для одношнековых экструдеров типичная рабочая скорость вращения шнека составляет 50-120 оборотов в минуту, хотя современные высокоскоростные модели могут работать до 150 об/мин. При переработке полиэтилена на экструдере с диаметром шнека 90 мм оптимальная скорость обычно находится в диапазоне 60-80 об/мин, что обеспечивает производительность 120-150 кг/ч при нормальной нагрузке на привод.
Двухшнековые параллельные экструдеры с сонаправленным вращением работают на значительно более высоких скоростях. Частота вращения шнеков в таких экструдерах может достигать 300-800 об/мин, что обеспечивает очень высокую производительность и интенсивное смешивание компонентов. Конические двухшнековые экструдеры работают на более низких скоростях 20-60 об/мин, что связано с особенностями их конструкции и необходимостью бережной переработки термочувствительных материалов.
Взаимосвязь скорости, производительности и качества
Производительность экструдера практически линейно зависит от скорости вращения шнека при условии постоянства других параметров. Увеличение скорости с 60 до 90 об/мин (на 50 процентов) приводит к росту производительности примерно на 45-48 процентов. Однако при этом возрастает потребляемая мощность, температура расплава и давление в системе.
Работа на слишком низких оборотах (менее 20 процентов от номинальной скорости) приводит к перегреву материала из-за длительного времени пребывания в цилиндре, неравномерности потока и возможности термической деструкции. При скорости ниже 15 об/мин для стандартного экструдера возможны пульсации расхода, образование непроплавов и повышенная нагрузка на приводной механизм.
Расчет оптимальной скорости вращения
Для экструдера с диаметром шнека D = 60 мм, шагом нарезки t = 60 мм и глубиной канала в зоне дозирования h = 5 мм при переработке полиэтилена производительность при скорости 80 об/мин составит примерно Q = 0,5 × π × D² × h × N × 0,7 = 0,5 × 3,14 × 60² × 5 × 1,33 × 0,7 ≈ 110 кг/ч, где коэффициент 0,7 учитывает обратные потоки и утечки.
Системы регулирования скорости
Современные экструдеры оснащаются частотными преобразователями, обеспечивающими плавное регулирование скорости вращения шнека. Система управления позволяет задавать рампу разгона и торможения, что критически важно при пуске заполненного расплавом экструдера. Резкий старт на максимальных оборотах может привести к отрыву инструмента, срезу хвостовика шнека или срыву двигателя из-за кратного превышения нагрузки на упорный подшипник.
Ограничение крутящего момента служит для защиты шнеков как наиболее уязвимой части экструдера. При достижении 80-90 процентов от максимального крутящего момента система автоматически снижает скорость вращения или останавливает экструдер, предотвращая механические повреждения. Нормальная работа экструдера считается оптимальной в районе 60-70 процентов от максимальной мощности привода.
5. Системы безопасности и защитные устройства
Безопасная эксплуатация экструдеров обеспечивается комплексом технических средств защиты, систем контроля и автоматизации. Современное экструзионное оборудование оснащается многоуровневыми системами безопасности, предотвращающими возникновение аварийных ситуаций и минимизирующими последствия при их возникновении.
Системы автоматического контроля
Микропроцессорные системы управления обеспечивают одновременный контроль температуры всех зон цилиндра и головки, давления расплава, скорости вращения шнека, потребляемой мощности и других критических параметров. Программируемые контроллеры с цветными сенсорными экранами позволяют оператору в реальном времени отслеживать все параметры процесса экструзии и получать предупреждающие сигналы при отклонениях от заданных значений.
Система безопасности включает контроль давления расплава, температуры расплава и электропитания с автоматической аварийной сигнализацией. Датчики температуры и давления передают данные в основной блок управления, который при превышении критических значений автоматически снижает обороты или полностью останавливает экструдер. Звуковая и световая сигнализация оповещает оператора о необходимости принятия мер.
Механические защитные устройства
Все вращающиеся части и механизмы экструдерной линии должны быть ограждены со всех сторон. Выступающие концы валов закрываются глухими футлярами. Приводные ремни, цепные передачи и другие движущиеся элементы защищаются съемными кожухами, блокированными с системой управления таким образом, что пуск экструдера при снятом ограждении невозможен.
Разрывные диски устанавливаются на головке цилиндра и настраиваются на номинальное давление, превышающее рабочее на 20-30 процентов. При критическом росте давления диск выходит из строя, и давление безопасно сбрасывается в специальный приемный бункер. Срезные штифты на хомутах крепления головки также служат механической защитой, срезаясь при превышении допустимого усилия и предотвращая разрушение более дорогостоящих элементов конструкции.
Системы аварийной остановки
Кнопки аварийной остановки типа "грибок" красного цвета размещаются в легкодоступных местах вдоль всей экструзионной линии. Нажатие любой из кнопок приводит к немедленному обесточиванию привода экструдера и всех периферийных устройств. Система аварийной остановки должна обеспечивать остановку вращения шнека не более чем за 3-5 секунд независимо от рабочей скорости.
Защита от электрических опасностей
Все металлические части экструдера должны быть надежно заземлены. Сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом. Электрические шкафы управления оснащаются блокировками, предотвращающими доступ к токоведущим частям при включенном оборудовании. Реле контроля фаз защищает двигатели от работы при перекосе фаз, обрыве нулевого провода или изменении порядка чередования фаз.
Устройства защитного отключения (УЗО) обеспечивают автоматическое отключение питания при возникновении токов утечки, превышающих 30 мА. Дифференциальные автоматы сочетают функции защиты от перегрузки, короткого замыкания и токов утечки, обеспечивая комплексную защиту электрической части экструзионного оборудования.
6. Аварийные ситуации и порядок действий
Несмотря на наличие комплексных систем защиты, в процессе эксплуатации экструдеров возможно возникновение аварийных ситуаций. Знание типичных аварийных сценариев и правильных действий персонала критически важно для минимизации ущерба оборудованию и обеспечения безопасности работников.
Превышение максимально допустимого давления
Критическое повышение давления является одной из наиболее опасных аварийных ситуаций. Основными причинами служат засорение фильтрующих сеток, накопление загрязнений в головке экструдера, неправильно установленная температура или попадание постороннего предмета в канал шнека. При росте давления выше критических значений (35-40 МПа для большинства экструдеров) возможен разрыв цилиндра или головки с выбросом горячего расплава.
При срабатывании предупредительной сигнализации о повышенном давлении необходимо немедленно снизить скорость вращения шнека на 30-40 процентов и проверить показания датчиков температуры. Если давление продолжает расти, следует произвести аварийную остановку экструдера, дождаться снижения температуры до безопасных значений и провести осмотр фильтров и головки. Возобновление работы возможно только после устранения причины повышения давления.
Термическая деструкция материала
Перегрев полимера приводит к его термической деструкции, которая проявляется изменением цвета продукта, появлением запаха горелого, ухудшением механических свойств изделий. Причинами могут быть превышение температуры, длительный застой материала в зоне высоких температур, работа на слишком низких оборотах или загрязнение каналов экструдера остатками ранее переработанного материала.
При обнаружении признаков деструкции необходимо немедленно снизить температуру всех зон на 10-15°C, увеличить скорость вращения шнека для сокращения времени пребывания материала в цилиндре. При сильной деструкции требуется полная остановка, охлаждение оборудования и тщательная очистка цилиндра, шнека и головки. Промывка производится полимером, имеющим более высокую термостойкость, при постепенном снижении температуры.
Порядок действий при деструкции ПВХ
При обнаружении почернения продукта и едкого запаха (признаки деструкции ПВХ): немедленно снизить все температуры на 20°C; увеличить обороты до 60-70 об/мин; выдавить деструктированный материал в течение 5-10 минут; при необходимости произвести полную остановку и промывку полиэтиленом при температуре 180-200°C; после остывания до 100°C разобрать и очистить головку.
Блокировка шнека и механические повреждения
Блокировка вращения шнека может произойти при попадании металлических предметов, затвердевании материала в зазорах или критическом износе деталей. Признаками блокировки служат резкий рост потребляемого тока, замедление или полная остановка вращения, срабатывание защиты двигателя. Попытки принудительного проворачивания заблокированного шнека могут привести к срезу хвостовика, повреждению зубьев редуктора или выходу из строя двигателя.
При блокировке необходимо немедленно отключить питание экструдера, дождаться полного охлаждения цилиндра до температуры ниже 80°C. Только после охлаждения можно приступать к определению причины блокировки и разборке узлов. Магнитная защита на загрузочном бункере должна регулярно проверяться и очищаться для предотвращения попадания металлических включений.
Утечки расплава и разгерметизация
Утечка горячего расплава из соединений цилиндра, головки или фланцев представляет серьезную опасность для персонала из-за риска термических ожогов. Причинами утечек служат износ уплотнений, недостаточная затяжка болтовых соединений, повреждение резьбы или деформация уплотняемых поверхностей. При обнаружении утечки необходимо снизить обороты и давление, произвести остановку экструдера и дождаться охлаждения до безопасной температуры.
Устранение утечек при работающем оборудовании категорически запрещено. После охлаждения следует проверить состояние уплотнений, затяжку резьбовых соединений и при необходимости заменить изношенные детали. Работа с видимыми утечками расплава недопустима и должна быть немедленно прекращена.
7. Требования к квалификации персонала и обслуживанию
Безопасная эксплуатация экструзионного оборудования в значительной степени зависит от квалификации обслуживающего персонала и соблюдения регламентов технического обслуживания. К работе на экструдерах допускаются только лица, прошедшие специальную подготовку и аттестацию по вопросам безопасности труда.
Требования к операторам экструдеров
К самостоятельной работе на экструдере допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медицинский осмотр, вводный инструктаж и первичный инструктаж на рабочем месте. Обязательным является прохождение стажировки продолжительностью от 2 до 15 смен под руководством опытного наставника и успешная сдача экзамена по вопросам охраны труда и правилам эксплуатации экструдера.
Оператор экструдера должен знать устройство и принцип работы обслуживаемого оборудования, технологический процесс экструзии, свойства перерабатываемых материалов, признаки неисправностей и методы их устранения. Необходимо понимание взаимосвязи технологических параметров (температура, давление, обороты) и их влияния на качество продукции и безопасность процесса.
Средства индивидуальной защиты
При работе на экструдере оператор обязан использовать полный комплект средств индивидуальной защиты. Спецодежда из хлопчатобумажной ткани должна полностью закрывать тело, исключая возможность контакта с горячими поверхностями. Термозащитные рукавицы из материалов, выдерживающих температуру до 200°C, применяются при работе с нагретыми частями экструдера, смене фильтров или инструмента.
При переработке материалов, выделяющих пары и газы, обязательно использование респираторов с соответствующими фильтрами. Защитные очки предохраняют глаза от попадания брызг расплава и механических частиц. Специальная обувь с термостойкой подошвой защищает от ожогов при случайном попадании расплава на пол.
Регламент технического обслуживания
Ежедневное обслуживание включает внешний осмотр экструдера перед началом работы, проверку исправности ограждений и блокировок, контроль уровня смазки в редукторе, очистку магнитной защиты на загрузочном бункере. Проверяется работоспособность систем аварийной остановки путем тестового нажатия кнопок при выключенном оборудовании.
Еженедельное обслуживание предусматривает проверку натяжения приводных ремней (если применяются), контроль состояния подшипников по уровню шума и вибрации, проверку точности работы термопар и датчиков давления. Периодически производится калибровка измерительных приборов для обеспечения точности контроля параметров процесса.
Месячное и квартальное обслуживание включает более глубокую проверку состояния шнека и цилиндра, измерение зазоров, осмотр состояния червячной пары редуктора, замену фильтров гидравлической системы. Планово-предупредительный ремонт проводится специализированными службами согласно графику, утвержденному главным механиком предприятия.
Пример графика технического обслуживания
Для экструдера средней производительности рекомендуется: ежедневная проверка (15 минут перед сменой); еженедельное обслуживание по пятницам (1 час); ежемесячный осмотр в первую субботу месяца (3-4 часа); квартальное обслуживание с проверкой износа шнека; годовой капитальный ремонт с заменой изношенных узлов. Такой график обеспечивает надежную работу оборудования.
Документирование и отчетность
Оператор экструдера обязан вести журнал работы оборудования с регистрацией основных технологических параметров каждую смену. В журнале фиксируются температуры всех зон, давление расплава, скорость вращения шнека, производительность, расход сырья, время простоев и их причины. Любые отклонения от нормального режима работы, неисправности и методы их устранения также подлежат обязательной регистрации.
При передаче смены следующему оператору производится подробный инструктаж о состоянии оборудования, особенностях текущего технологического режима, выполненных корректировках параметров. Запись о приеме-сдаче смены вносится в журнал и подтверждается подписями обоих операторов. Такая практика обеспечивает непрерывность контроля за состоянием оборудования и технологическим процессом.
Часто задаваемые вопросы
Для производства труб из полиэтилена оптимальным выбором является одношнековый экструдер с соотношением длины к диаметру L/D = 25-30:1. Такой экструдер обеспечивает хорошую производительность при относительно невысокой стоимости и простоте обслуживания. Для труб диаметром до 110 мм подойдет экструдер с диаметром шнека 65-90 мм. Важно, чтобы шнек имел правильную геометрию с глубокими каналами для эффективной переработки полиэтилена.
Рабочая температура должна поддерживаться в диапазоне 160-200°C по зонам цилиндра, скорость вращения шнека обычно составляет 60-90 об/мин. Давление в головке при производстве труб из ПЭНД составляет 9-13 МПа. Обязательно наличие системы воздушного или водяного охлаждения цилиндра для стабилизации температурного режима.
Частота очистки фильтров зависит от качества перерабатываемого сырья и типа производимых изделий. При работе с первичными чистыми гранулами очистка может производиться раз в 3-5 дней работы. При переработке вторичного сырья или материалов с наполнителями фильтры необходимо проверять и очищать ежедневно или даже несколько раз за смену.
Загрязнение фильтров приводит к резкому возрастанию давления в системе экструдера, что создает опасность разрыва цилиндра или головки. Кроме того, повышение давления увеличивает нагрузку на привод, приводит к перегреву материала и ухудшению качества изделий. Современные экструдеры оснащаются системами непрерывной фильтрации со сменными кассетами, позволяющими производить замену фильтров без остановки процесса.
Появление дыма и запаха горелого пластика является признаком термической деструкции полимера и требует немедленного реагирования. Необходимо сразу снизить температуру всех зон цилиндра на 15-20°C и проверить показания датчиков температуры на соответствие реальным значениям. Увеличьте скорость вращения шнека на 10-15 об/мин для сокращения времени пребывания материала в зоне высоких температур.
Если дым продолжает выделяться, необходима полная остановка экструдера. После охлаждения до температуры ниже 100°C следует проверить исправность нагревателей и термопар, так как их неисправность может приводить к локальному перегреву. Перед возобновлением работы обязательна промывка цилиндра чистым полимером для удаления продуктов деструкции. Работа при наличии признаков деструкции недопустима, так как это приводит к браку продукции и может вызвать отравление персонала токсичными газами.
Длительная работа экструдера на очень низких оборотах (ниже 20-25 процентов от номинальной скорости) не рекомендуется и может привести к серьезным проблемам. При низких оборотах материал слишком долго находится в зоне высоких температур, что вызывает его перегрев и термическую деструкцию даже при нормально установленной температуре цилиндра.
Кроме того, на малых оборотах возможны пульсации расхода материала, неравномерность толщины стенки изделия, образование непроплавов. Привод экструдера испытывает повышенную нагрузку из-за увеличенного времени работы под нагрузкой, что может привести к перегреву двигателя и преждевременному износу ремней (если они используются). Оптимальный режим работы экструдера составляет 60-80 процентов от максимальной скорости вращения шнека, что обеспечивает баланс между производительностью, качеством и долговечностью оборудования.
При работе на экструдере оператор должен использовать комплекс средств индивидуальной защиты. Обязательна спецодежда из хлопчатобумажной или смесовой огнестойкой ткани, полностью закрывающая тело и конечности. Термозащитные рукавицы или перчатки необходимы при любых операциях с нагретыми частями экструдера, замене фильтров, очистке головки или работе вблизи горячих поверхностей.
Защитные очки или маска предохраняют глаза от брызг расплавленного пластика и механических частиц. При переработке материалов, выделяющих пары и газы (особенно ПВХ), обязательно использование респиратора с соответствующим типом фильтров. Специальная обувь с закрытым носком и термостойкой подошвой защищает ноги от ожогов. При работе вблизи движущихся частей волосы должны быть убраны под головной убор, запрещено ношение украшений, свисающих элементов одежды.
Одношнековые и двухшнековые экструдеры имеют некоторые различия в аспектах безопасности. Одношнековые экструдеры проще в обслуживании и имеют меньше движущихся частей, что снижает риск механических повреждений. Однако в них чаще возникают локальные перегревы материала из-за возможности его накопления в витках шнека, что может привести к деструкции.
Двухшнековые экструдеры, особенно с сонаправленным вращением, имеют эффект самоочистки, что минимизирует риск застоя и перегрева материала. Но они работают на более высоких скоростях (до 800 об/мин против 50-120 об/мин у одношнековых), что требует более надежных систем защиты от механических повреждений. Двухшнековые экструдеры обычно оснащаются более совершенными системами автоматического контроля. В целом, при правильной эксплуатации и обслуживании оба типа экструдеров обеспечивают безопасную работу.
Износ шнека определяется по нескольким признакам. Основной показатель - увеличение зазора между витками шнека и внутренней поверхностью цилиндра. У нового экструдера зазор составляет 0,125-0,375 мм в зависимости от диаметра. Если зазор увеличился до 1 мм и более, это приводит к снижению производительности на 15-25 процентов из-за обратных утечек расплава.
Косвенные признаки износа включают падение производительности при тех же настройках оборотов и температуры, снижение давления в головке, увеличение потребляемой мощности, ухудшение качества смешивания (видимая неоднородность расплава). Визуальный осмотр при разборке показывает истирание витков, особенно на наружной кромке и в зонах загрузки и выгрузки. Критический износ требует немедленной замены шнека или его восстановления наплавкой с последующей механической обработкой.
Резкая остановка работающего экструдера, наполненного горячим расплавом, может привести к серьезным последствиям. При остановке вращения шнека материал начинает быстро остывать и затвердевать прямо в цилиндре. Это создает огромные трудности при последующем пуске - затвердевший материал может заблокировать шнек, что потребует длительного разогрева или даже разборки экструдера.
Кроме того, неравномерное охлаждение материала в цилиндре создает внутренние напряжения, которые могут привести к деформации шнека или повреждению цилиндра при попытке последующего запуска. Правильная остановка предусматривает постепенное снижение оборотов, продувку цилиндра промывочным полимером или выдавливание основного материала до полного освобождения рабочей зоны. Только после этого можно отключить нагрев и остановить вращение. Экстренная остановка допустима только в аварийных ситуациях, когда риск продолжения работы превышает возможный ущерб от резкой остановки.
Оптимальная рабочая нагрузка на привод экструдера составляет 60-75 процентов от максимальной мощности. При такой нагрузке обеспечивается надежная работа оборудования с достаточным запасом мощности для компенсации кратковременных колебаний вязкости материала или небольших засорений фильтров. Работа на мощности выше 85-90 процентов считается критической и допустима только кратковременно.
Признаками перегрузки привода служат чрезмерный нагрев двигателя, гул редуктора, вибрации, срабатывание тепловой защиты. Длительная работа в режиме перегрузки приводит к преждевременному износу подшипников, зубьев редуктора, муфт и других элементов трансмиссии. Современные системы управления с частотными преобразователями позволяют точно контролировать нагрузку и автоматически ограничивать крутящий момент, предотвращая механические повреждения. Если при нормальных технологических параметрах нагрузка превышает 80 процентов, это может указывать на необходимость очистки оборудования или замены изношенных деталей.
Переход с одного типа полимера на другой требует тщательной подготовки и соблюдения определенной последовательности действий. Сначала необходимо полностью выдавить предыдущий материал, работая на повышенных оборотах до тех пор, пока из головки не перестанет выходить материал. Затем постепенно снижают температуру всех зон до значений, соответствующих новому материалу.
При переходе на материал с более низкой температурой переработки используется промывочный полимер - обычно полиэтилен высокого давления, который совместим с большинством материалов и имеет хорошие очищающие свойства. Промывку ведут до полного удаления следов предыдущего материала. При переходе с темного материала на светлый или с окрашенного на неокрашенный время промывки увеличивают. После промывки загружают новый материал и постепенно выходят на рабочий режим, контролируя качество выходящего продукта. Особенно тщательно следует выполнять переход при смене материалов с различной термостабильностью, например с ПП на ПВХ.
