邱睿 邱建成

（承接本刊2020年第五期）

2. 壓縮空氣的致冷與干燥系統(tǒng)

2.1 空氣冷干機(jī)工作原理及概述

工業(yè)上曾有三種方法用于壓縮空氣的干燥處理。第一種是利用吸附劑對壓縮空氣中的水蒸氣進(jìn)行選擇性的吸附進(jìn)行脫水干燥。例如，吸附式壓縮空氣干燥機(jī)，它的工作原理是通過“壓力變化”；來達(dá)到干燥效果。

由于空氣中容納水汽的能力與壓力成反比，干燥后的一部分空氣減壓膨脹至大氣壓，這種壓力變化會使膨脹空氣變得更干燥，然后讓它流過未接通氣流的需再生的干燥劑層，干燥的再生氣洗出干燥劑里的水分，將其帶出干燥器來達(dá)到除濕的目的。兩塔循環(huán)工作，連續(xù)向用戶用氣系統(tǒng)提供干燥的壓縮空氣。吸附式壓縮空氣干燥機(jī)有無熱再生吸附式干燥機(jī)和微熱再生吸附式干燥機(jī)之分。

圖12兩種吸附式壓縮空氣干燥機(jī)的外形圖。

第二種是利用某些化學(xué)物質(zhì)的潮解特性進(jìn)行脫水干燥，如潮解式壓縮空氣干燥機(jī)。

圖12 兩種吸附式壓縮空氣干燥機(jī)外形圖

第三種是當(dāng)溫度下降時，空氣的含水能力亦下降，原為氣態(tài)的水分將變?yōu)橐簯B(tài)。例如，冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)，它的工作原理是：首先對壓縮空氣作冷卻處理，使其中的氣態(tài)水分變?yōu)橐簯B(tài)，再通過分離器使氣液分離，最后由排水閥將水分排出，從而獲得干燥的壓縮空氣。冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)是現(xiàn)在使用最多的一種產(chǎn)品。

2.2 冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)（冷干機(jī)）的使用

正確使用冷干機(jī)是獲得所需露點壓縮空氣、節(jié)約再生能耗及延長設(shè)備使用壽命的重要前提。冷干機(jī)很少單獨使用，幾乎在所有氣動管網(wǎng)中冷干機(jī)都是與過濾器配套使用的。這既是滿足用氣質(zhì)量的需要，也是冷干機(jī)本身能夠正常工作的需要。一個典型的冷干機(jī)系統(tǒng)需在冷干機(jī)進(jìn)氣口前設(shè)置兩臺過濾器，在排氣口后設(shè)置一臺過濾器。

1） 主管路過濾器——它的作用是除去壓縮空氣進(jìn)氣中粒徑較大的液態(tài)水滴和固體顆粒。冷干機(jī)如果長期處于大量液態(tài)水及固體雜質(zhì)的狀態(tài)下，將逐漸降低除濕能力，所以除水過濾器的設(shè)置非常必要，其精度一般在3～25 μm間選取。

2） 油霧過濾器——如果進(jìn)入冷干機(jī)的空氣中含有大量的油膜，會降低冷干機(jī)中換熱器的換熱效果，長此以往，冷干機(jī)的除水效果必將大打折扣，同時出口露點也會上升。一般空壓機(jī)的排氣含油量（油霧及油蒸汽）都在幾十ppm以上，即使是國產(chǎn)無油空壓機(jī)的排氣含油量也難以做到絕對無油，只有當(dāng)空壓機(jī)排氣絕對無油時（如離心式空壓機(jī)），才可以不用油霧過濾器。

3） 微油霧過濾器——經(jīng)冷干機(jī)處理后去除了絕大部分水分，但由于各種原因空氣中可能還存在一定的雜質(zhì)，或達(dá)不到工藝上要求的空氣質(zhì)量，此時就需要在冷干機(jī)出口處再安裝一個微油霧過濾器。

其中精密過濾器精細(xì)分級：

① 主管路過濾器能除去大量的液體及3 μ m以上固體微粒，達(dá)到最低殘留油分含量僅5 ppm，有少量的水分、灰塵和油霧。用于空壓機(jī)，后部冷卻器之后，其它過濾器之前，作一般保護(hù)之用；用于冷干機(jī)之前，作前處理裝置。

② 空氣管路過濾器能濾除小至1 μm的液體及固體微粒，達(dá)到最低殘油分含量僅0.5 ppm，有微量水分、灰塵和油霧。用于A級過濾器之前作前處理之用；冷干機(jī)和吸干機(jī)之后，進(jìn)一步提高空氣質(zhì)量。

③ 超高效除油過濾器能濾除小至0.01 μm的液體及固體微粒，達(dá)到最低殘油含量僅0.001 ppm，幾乎所有的水分、灰塵和油都被去除。用于H級過濾和吸干機(jī)之前，起保護(hù)作用，冷干機(jī)之后，確?？諝庵胁缓?。

④ 活性炭微油霧過濾器能濾除小至0.01 μ m的油霧及碳?xì)浠衔?，達(dá)到最低殘油含量僅0.003 ppm，不含水分、灰塵和油，無臭無味。起最后一道過濾作用，供一些必須使用高質(zhì)量空氣的單位，如食品工業(yè)、呼吸、無菌包裝等。

壓縮空氣精密過濾器外觀圖與濾芯外觀圖見圖13，左圖為各種濾芯圖片。

圖13 壓縮空氣精密過濾器外形圖與濾芯外觀圖

2.3 冷干機(jī)制冷系統(tǒng)

圖14 壓縮空氣冷干機(jī)工作原理圖

冷干機(jī)是靠冷凍原理工作的，所以制冷系統(tǒng)對設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。

1） 在制冷過程中，制冷壓縮機(jī)是冷干機(jī)的動力源及心臟，為確保產(chǎn)品可靠和穩(wěn)定的使用效果，避免壓縮機(jī)漏氟，應(yīng)選用高質(zhì)量的制冷壓縮機(jī)。為保護(hù)制冷壓縮機(jī)，在使用過程中，要避免制冷壓縮機(jī)受到強烈的碰撞、振動、傾覆等。

2） 如果選用風(fēng)冷式冷干機(jī)，則一定要注意環(huán)境溫度不能太高，而且空氣中不能有太多的灰塵，要保證通風(fēng)口通風(fēng)通暢。如果選用水冷型冷干機(jī)，一定要保證水源中不能有太多的雜質(zhì)和污垢，同時要安裝過濾器和進(jìn)行軟化處理，以保證水質(zhì)。

3） 選擇冷干機(jī)容量時，一般應(yīng)該選擇2～3倍理論需要量的冷干機(jī)，以確保生產(chǎn)過程中有足夠的壓縮空氣經(jīng)過冷卻，從而確保生產(chǎn)的需要。

圖15 兩種壓縮空氣冷干機(jī)外觀圖

2.4 模具的溫度控制與除濕設(shè)備

吹塑模具的冷卻方式現(xiàn)在主要有三種：第一種是利用自然水對模具進(jìn)行冷卻；第二種是采用冷卻水塔對循環(huán)水進(jìn)行散熱后，再用水泵對循環(huán)水進(jìn)行加壓，輸送到模具冷卻水道，然后對模具進(jìn)行冷卻；第三種是采用冷水機(jī)對循環(huán)水進(jìn)行制冷后，冷卻模具。冷水機(jī)是一種水冷卻設(shè)備，能提供恒溫、恒流、恒壓的冷卻水設(shè)備。

冷水機(jī)的工作過程是：先向機(jī)內(nèi)水箱中注入一定量的水，通過制冷系統(tǒng)將水冷卻，再由水泵將低溫冷卻水送入需冷卻的設(shè)備或是模具，冷凍水將模具的熱量帶走時，會造成冷卻水溫度升高再回流到水箱，起到冷卻作用。冷卻水溫可根據(jù)要求自動調(diào)節(jié)，長期使用可節(jié)約用水。

因此，冷水機(jī)是一種標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能設(shè)備。采用普通水冷卻（即自然水和水塔散熱）方式不能達(dá)到高精度、高效率控制運行溫度的目的，因為自然水和水塔散熱都不同避免的受到自然氣溫的影響，冬天水溫低，夏天水溫高。如果氣溫在30℃的情況下，需要冷卻水溫度達(dá)到10℃左右，這幾乎是不可能的，因此，采用這種方式控制其生產(chǎn)工藝過程是極不穩(wěn)定的。

冷水機(jī)與一般采用的水冷卻設(shè)備完全不同，因為冷水機(jī)具有完全獨立的制冷系統(tǒng)，不會受到氣溫及環(huán)境的影響，水溫可以在5～30℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制，因而可以達(dá)到高精度、高效率控制冷卻水溫度的目的。

冷水機(jī)設(shè)有獨立的水循環(huán)系統(tǒng)，冷水機(jī)內(nèi)的水循環(huán)使用，可大量節(jié)約模具冷卻用水。如圖16所示為兩種冷水機(jī)外形圖。

圖16 兩種冷水機(jī)外形圖

2.5 工業(yè)冷水機(jī)的冷卻工作原理

圖17 水冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖

工業(yè)冷水機(jī)主要由三個相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成，即制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、電器自控系統(tǒng)。

1） 制冷劑循環(huán)過程

蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑吸收水中的熱量并開始蒸發(fā)，最終制冷劑與水之間形成一定的溫度差，液態(tài)制冷劑亦完全蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)后被壓縮機(jī)吸入并壓縮（壓力和溫度增加），氣態(tài)制冷劑通過冷凝器（風(fēng)冷或水冷）吸收熱量，凝結(jié)成液體，通過熱力膨脹閥（或毛細(xì)管）節(jié)流后變成低溫低壓制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，完成制冷劑循環(huán)過程。

2） 制冷劑循環(huán)系統(tǒng)

主要由壓縮機(jī)、冷凝器、貯液器、干燥過濾器、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、制冷劑等組成。

① 壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是整個制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的核心部件，也是制冷劑壓縮的動力源。它的作用是將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將制冷劑壓縮。

② 冷凝器。在制冷過程中冷凝器起著輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機(jī)中排出的高壓過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后，將其在工作過程中吸收的全部熱量，包括從蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)中，以及在管道內(nèi)所吸收的熱量都傳遞給周圍介質(zhì)（水或空氣）帶走，制冷劑高壓過熱蒸氣重新凝結(jié)成液體。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方工的不同，冷凝器可分為水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器三類。

③ 貯液器。貯液器安裝在冷凝器之后，與冷凝器的排液管是直接連通的。冷凝器的制冷劑液體應(yīng)暢通無阻地流入到貯液器中，這樣就可以充分利用冷凝器的冷卻面積。另一方面，當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷變化時，制冷劑液體的需要量也隨之變化，此時，貯液器便起到調(diào)劑和貯存制冷劑的作用。對于小型制冷裝置系統(tǒng)，往往不安裝貯液器，而是利用冷凝器來調(diào)劑和貯存制冷劑。

④ 干燥過濾器。在制冷循環(huán)中必須預(yù)防水分和污物（油污、鐵屑、銅屑）等進(jìn)入，水分的來源主要是新添加的制冷劑和潤滑油所含的微量水分，或由于檢修系統(tǒng)時空氣進(jìn)入而帶來的水分。如果系統(tǒng)中的水分未排除干凈，當(dāng)制冷劑通過節(jié)流閥（熱力膨脹閥或毛細(xì)管）時，因壓力及溫度的下降，有時水分會凝固成冰，使通道阻塞，影響制冷裝置的正常運作。因此，在制冷系統(tǒng)中必須安裝干燥過濾器。

⑤ 熱力膨脹閥。熱力膨脹閥在制冷系統(tǒng)中既是流量的調(diào)節(jié)閥，又是制冷設(shè)備中的節(jié)流閥，安裝在干燥過濾器和蒸發(fā)器之間，它的感溫包包軋在蒸發(fā)器的出口處。它的主要作用是使高壓常溫的制冷劑液體在流經(jīng)熱力膨脹閥時節(jié)流降壓，變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭裾魵猓ù蟛糠质且后w，小部分是蒸氣）進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)汽化吸熱，達(dá)到制冷的目的。

⑥ 蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是依靠制冷劑液體的蒸發(fā)（實際上是沸騰）來吸收被冷卻介質(zhì)熱量的換熱設(shè)備。它在制冷系統(tǒng)中的功能是吸收熱量（又稱輸出冷量）。為了保證蒸發(fā)過程能穩(wěn)定持久的進(jìn)行，必須不斷地用制冷壓縮機(jī)將蒸發(fā)的氣體抽走，以保持一定的蒸發(fā)壓力。

⑦ 制冷劑。在現(xiàn)代工業(yè)中使用的大多數(shù)工業(yè)冷水機(jī)均使用R22或R12作為制冷劑。制冷劑是制冷系統(tǒng)里的流動物質(zhì)，它的主要作用是攜帶熱量，并在狀態(tài)變化時實現(xiàn)吸熱和放熱。

3） 水循環(huán)系統(tǒng)

水循環(huán)系統(tǒng)是由水泵將水從水箱抽出到用戶需冷卻的設(shè)備，冷凍水將熱量帶走后溫度升高，再回到冷卻水箱中。

4） 電器自控系統(tǒng)

電器自控系統(tǒng)包括電源部分和自動控制部分。

① 電源部分是通過接觸器，對壓縮機(jī)、風(fēng)扇、水泵等供電。

② 自動控制部分包括小型PLC控制器、溫控器、壓力保護(hù)電路、延時器、繼電器、各類電磁閥、過載保護(hù)電路等，通過相互組合達(dá)到根據(jù)水溫自動啟動和停止、保護(hù)等功能。

風(fēng)冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖見圖18。

其工作原理與水冷式基本相同，只是冷凝器采用了風(fēng)冷式的，可在一些接冷卻水管不方便的地方使用。

圖18 風(fēng)冷式工業(yè)冷水機(jī)工作原理圖

3. 模具除濕

常用的消除模具模腔冷凝水珠的方法包括：

1） 適當(dāng)提高模具冷卻水的溫度。這是最簡單、最節(jié)約的方法。但是這樣可能會延長產(chǎn)品冷卻的時間周期，從而降低生產(chǎn)率。

2） 在模具的上方加裝熱風(fēng)環(huán)裝置，使經(jīng)過溫度控制的加熱空氣吹向模腔表面，從而防止模腔的表面產(chǎn)生冷凝水珠現(xiàn)象。這種方法對于生產(chǎn)高質(zhì)量表面的吹塑產(chǎn)品顯得較為重要。

3） 在合模機(jī)周圍設(shè)置局部的隔離空間，在這個隔離空間里面進(jìn)行空氣的恒溫恒濕處理，空氣隔離可以采用空氣幕的方式進(jìn)行，在一些高速吹塑機(jī)生產(chǎn)線上采用這種方法較好。

4. 回料的粉碎設(shè)備與輸送、存儲

4.1 粉碎機(jī)

在塑料制品加工的過程中，不可避免的會產(chǎn)生廢品和邊廢料，需要塑料粉碎設(shè)備將它粉碎成較小的顆粒，以便及時回收利用。在塑料制品的吹塑加工中，高質(zhì)量的粉碎設(shè)備顯得尤為重要。如圖19所示為兩種塑料粉碎機(jī)的外型圖。

塑料粉碎機(jī)的類型可分為剪切式粉碎機(jī)、沖擊式粉碎機(jī)、壓縮式粉碎機(jī)、研磨式粉碎機(jī)等。

塑料粉碎機(jī)的選用主要取決于被粉碎物料的種類、形狀以及所需的粉碎程度，不同材質(zhì)的塑料或者廢舊塑料應(yīng)采用不同的粉碎機(jī)。

圖19 塑料粉碎機(jī)外型圖

硬質(zhì)聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚酯樹脂等是一類脆性塑料，質(zhì)脆易碎，受到壓縮力、沖擊力的作用，極易脆裂，破碎成小塊，對于這類塑料適宜采用壓縮式或沖擊式粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎；而對于在常溫下就具有較高延展性的韌性塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、ABS塑料等，則只適宜采用剪切式粉碎機(jī)，因為它們受到外界壓縮、折彎、沖擊等力的作用時，一般不會開裂，難以破碎，不宜采用脆性塑料所使用的粉碎設(shè)備。此外，對于彈性村料、軟質(zhì)材料，最好采用低溫研磨式粉碎機(jī)。擠出吹塑中空成型機(jī)一般配套選擇剪切式粉碎機(jī)。

塑料粉碎機(jī)動刀與定刀的間隙調(diào)整：粉碎不同的產(chǎn)品時粉碎機(jī)定刀和動刀的間隙可以不同，如粉碎各種塑料瓶類產(chǎn)品時，動刀和定刀的間隙可調(diào)整為1～2 mm；粉碎塊類的塑料時，動刀和定刀的間隙可調(diào)整為2～4 mm。此外，篩板落孔直徑的大小也需要根據(jù)料塊的不同來確定。

圖20國內(nèi)某公司研制的高強度塑料粉碎機(jī)示意圖。

圖20所示的高強度塑料粉碎機(jī)的工作過程：中空成型過程中產(chǎn)生的塑料回用料從進(jìn)料斗9送入，進(jìn)入上箱體8遇到被電動機(jī)10通過皮帶帶動皮帶輪11，皮帶輪安裝在主軸5上，主軸5安裝有可以作高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動刀臺3，轉(zhuǎn)動刀臺3安裝有多組動刀4，動刀4與定刀7產(chǎn)生高速切割作用，將塑料回用料切割成為小型顆粒，從出料斗2排出。

圖20 國內(nèi)某公司研制的高強度粉碎機(jī)示意圖

國內(nèi)某公司已成功研制出系列的高強度塑料粉碎機(jī)，可破碎厚度達(dá)15～25 cm厚的高強度塑料料塊。這種粉碎機(jī)可以配套自動輸送料塊的輸送機(jī)和自動收集粉碎料的風(fēng)送系統(tǒng)以及冷卻水系統(tǒng)，可實現(xiàn)單機(jī)的自動化生產(chǎn)。

對于25～100 L系列的塑料桶可以直接放進(jìn)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，避免麻煩的鋸割過程，減低了操作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。該高強度粉碎機(jī)主要配套于200 L塑料桶以上的大型吹塑機(jī)生產(chǎn)線，從實際應(yīng)用的情況看，與超大型中空吹塑機(jī)生產(chǎn)線配套使用良好，大塊塑料邊料在粉碎中效果很好。此外，該機(jī)采用了雙層設(shè)計，循環(huán)水冷卻，噪聲小，粉碎效率高。

近幾年來，隨著大型、超大型擠出中空吹塑制品的不斷問世，采用常規(guī)的塑料粉碎機(jī)來粉碎吹塑制品成型過程中的廢品和邊料已經(jīng)顯得效率低下，因此在大型的塑料撕碎機(jī)正得到較快的發(fā)展與應(yīng)用，與塑料粉碎機(jī)連成生產(chǎn)線對大中型塑料制品進(jìn)行撕碎與粉碎處理，對于改變傳統(tǒng)的廢塑料制品處理方式會產(chǎn)生較大的影響。同時，在減輕操作人員的勞動強度與保障安全操作方面能夠發(fā)揮較好的作用，近年來在一些大中型、超大型的吹塑制品的生產(chǎn)方面將會得到更多的推廣與應(yīng)用。如圖21所示為塑料撕碎機(jī)與粉碎機(jī)配套運行的示意圖。

塑料撕碎機(jī)與塑料粉碎機(jī)聯(lián)動生產(chǎn)線，圖22一種塑料撕碎機(jī)塑料粉碎機(jī)聯(lián)動生產(chǎn)線外觀圖。

圖21 塑料撕碎機(jī)與粉碎機(jī)配套運行的示意圖

圖22 一種塑料撕碎機(jī)粉碎機(jī)聯(lián)動生產(chǎn)線外觀圖

4.2 回料的輸送、存儲

從粉碎機(jī)料倉下來的回料一般通過風(fēng)力輸送到儲料罐中以便回收再利用。風(fēng)力的來源一般采用離心風(fēng)機(jī)，隨著風(fēng)力的流動將粉碎好的回料帶到儲料罐。如圖23所示為一種離心風(fēng)機(jī)和儲料罐的外形圖。

圖23 一種離心風(fēng)機(jī)和儲料罐的外形圖

5. 結(jié)語

隨著中空成型機(jī)生產(chǎn)線的智能化發(fā)展，組成智能化生產(chǎn)線需要的輔機(jī)設(shè)備越來越多了，除了上述這些輔機(jī)以外，還有以下輔機(jī)也在智能化吹塑機(jī)生產(chǎn)線中出現(xiàn)。如：稱重機(jī)，貼標(biāo)機(jī)，去飛邊機(jī)（裝置），印刷機(jī)，氣密檢測機(jī)，打孔機(jī)，打包機(jī)，輸送機(jī)等等。吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線的發(fā)展將會要求更多的智能設(shè)備投入使用，而得以減少人工的使用，以提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線將會獲得更快的發(fā)展。