卡塞爾導(dǎo)熱油加熱器在壓延工藝中的應(yīng)用
一、壓延機的簡介
壓延機是塑料、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。一般可以按工藝用途和輥筒數(shù)量及輥筒排列形式進行分
類：
(a)壓延機按輥筒排列形式可分為I型壓延機、F型壓延機、L型壓延機、z型壓延機、斜z型壓延機、s型壓延機、△
型壓延機及其它形式的壓延機等。壓延機的主要零部件為：輥筒、輥筒軸承、機架、傳動系統(tǒng)、輥距調(diào)節(jié)與指示裝
置、輥筒撓度補償裝置、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)壓延機按輥筒數(shù)量可分為兩輥壓延機、三輥壓延機、四輥壓延機、五輥壓延機及多輥壓延機等。
(c)壓延機按工藝用途可分為貼膠壓延機、擦膠壓延機、壓型壓延機、壓片壓延機、貼合壓延機和試驗用壓延機等
。
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、燃氣加熱(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 各種壓延機過程都需要在一定的溫度下進行，輥筒溫度的變化和不均勻性對壓延制品質(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)力求輥筒整個工作面
溫度均勻一致，并能進行準確控制。因此，壓延機應(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:結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉；缺點是溫度不均勻、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，輥筒內(nèi)腔還裝有
葉片式冷卻器，需要時可通入冷態(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)
目前新型壓延機均采用鉆孔輥筒，而鉆孔輥筒通常采用導(dǎo)熱油進行循環(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：
(a)加熱與冷卻反應(yīng)靈敏，輥面溫度比較均勻。
(b)提高溫度時不必提高油壓，熱油溫度為180～220~C時，熱油壓力僅為0．3～0．5MPa，由于工作壓力較低，可方
便壓延機和管路的制造、使用和維修。
(c)不必經(jīng)常清洗壓延機和管道，可免去水處理設(shè)備。
2 輥簡的導(dǎo)熱油加熱與冷卻計算分析
2．1 加熱計算
壓延機需要對輥筒進行加熱有以下幾點：
(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)熱油加熱時所需的熱量
可以按下列方法進行計算。
(b)壓延機工作開始前，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)，個別溫度在70～ 120oC之間。
(1)壓延機預(yù)熱時輥筒所需的熱量
壓延機預(yù)熱時輥筒達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)熱需達到工藝溫度，K
— — 輥筒始溫，K
￡—— 設(shè)定升溫時間，h
Q ——加熱過程中輥面向周圍散失的熱量，
kJ／h
Q2=Q對流+Q輻射
= 3．6( K+ )A ( 筒一T空氣) (3)
式中 — — 對流給熱系數(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 —— 壓延機運轉(zhuǎn)時間，軸承等處潤滑油
帶走的熱量，kJ／h
Q4：g油( 回油一 進油)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—— 潤滑油進油溫度，K
C — — 潤滑油比熱容，l(J／( ·K)
為了簡化計算，忽略了壓延機運行中軸在所產(chǎn)生的摩擦熱量。
(2)壓延機工作時輥筒所需的加熱量在壓延過程中，壓延機所消耗的功率除少部分為傳動系統(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
熱能尚不足以補償脫粒升溫要求及各種散失時，則輥筒需加熱；若能達成平衡，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，則輥筒應(yīng)冷卻，以維護所需輥溫。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 壓延機實際消耗的功率，kW——傳動系統(tǒng)的機械效率
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、機架的散熱等，故在考慮
所需總加熱量Q 時，應(yīng)根據(jù)計算值增加10％ ～
20％ ，即：
Q 1．1Q 總～1．2Q 總 (14)
(3)導(dǎo)熱油加熱計算
若輥筒為中空結(jié)構(gòu)，采用導(dǎo)熱油加熱時，根據(jù)
熱量平衡的原則，預(yù)熱時的導(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)熱時加熱每個輥筒所需的熱量，
kJ／h
C執(zhí)——預(yù)熱時導(dǎo)熱油的比熱容，
kJ／(kg·K)
△卜預(yù)熱時導(dǎo)熱油的進口與出口溫差，K
y熱— — 預(yù)熱時導(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)
△ 加熱時熱態(tài)導(dǎo)熱油的進口與出口溫
差，K
y熱— —加熱時熱態(tài)導(dǎo)熱油的密度，kg／m
(4)導(dǎo)熱油冷卻計算
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，
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。單用式是一臺壓延機每個輥筒有一組獨立的加熱與
冷卻裝置及循環(huán)系統(tǒng)；共用式是一臺壓延機數(shù)個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)點是結(jié)構(gòu)比
較簡單，管路不復(fù)雜，設(shè)備費用較少。但缺點是各個輥筒相互之間的加熱與冷卻有影響，不能單獨控制，故只適用
于各個輥筒工作溫度相差不多的情況。壓延機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
制儀自動進行控制。首先在儀表上預(yù)先給定所需的溫度值，然后通過設(shè)在輥筒出口處和進口處的測溫電阻或熱電隅
，測出輥筒出口溫度和進口溫度，并將其訊號輸入溫度控制儀，與溫度控制儀內(nèi)的設(shè)定值進行比較，然后輸出比較
后的訊號，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，且使用一段時間后需換新的導(dǎo)熱油。
