Полная машина для экструзии полиэтиленовых труб большой производительности для сельскохозяйственных систем полива — это линия из полиэтиленовых труб с одним слоем, большой диаметр, построенная вокруг одного реального факта: магистральные трубопроводы водоснабжения сельскохозяйственных земель перекачивают большое количество воды при невысоком давлении, они закапываются один раз и рассчитаны на десятилетия беспрерывной работы без доступа к обслуживанию, а сама труба, которая их обслуживает, должна быть изготовлена на одной производственной линии с толщиной стенок от примерно 4 мм до почти 40 мм без перепроектирования всей фабрики. Такое сочетание очень большого диаметра, умеренного класса давления и огромного диапазона толщины стенок отличает магистральную линию полива от трубопровода общего назначения, и оно определяет каждое техническое решение, начиная от прорезиненного буша на входе в экструдер и заканчивая длиной поезда калибровочного резервуара вакуума.
Фабрика «Фейго» компании «Ванплас» проводит двадцать два года, разрабатывая и строя линии для экструзии труб и профилей. Завод FAYGOPLAST занимает 26 650 квадратных метров в городе Чжанджаяган, в двух часах езды от аэропорта Шанхая, и имеет тринадцать национальных патентов, включая восемь патентов на изобретения. Каждая линия проходит двадцать четыре часа непрерывных испытаний перед отправкой, а все оборудование имеет сертификаты CE и ISO. Возможности экструзии труб охватывают диапазон от 12 мм до 575 мм в качестве стандартного каталога, а специальные конфигурации больших диаметров построены для магистральных трубопроводов класса DN630, которые все чаще требуются для магистральных трубопроводов сельскохозяйственных угодий.
В этом руководстве рассматривается вся система в том порядке, в котором инженер будет ее устанавливать. Начинается с самой сетевой системы полива, поскольку спецификация труб является гидравлическим решением, прежде чем стать производственным. Затем рассматривается размерный и материалный каркас, установленный соответствующими стандартами продукции, проходит по всей линии, определяются окна процесса, которые производят соответствующие трубы, и заканчивается практикой соединения, диагностикой дефектов и энергетическими мероприятиями, которые определяют, будет ли линия прибыльной в 2026 году или просто функциональной.
Что на самом деле имеет отношение к сельскому магистральному водопроводу
Сельскохозяйственная система полива представляет собой иерархию, и на каждом уровне этой иерархии задается другой вопрос относительно трубы. Правильное определение иерархии является первым шагом в спецификации как трубы, так и линии экструзии, которая ее изготовит, поскольку производитель, который продает только ответвления, нуждается в совершенно другом оборудовании, чем тот, кто участвует в тендере на районные магистральные трубопроводы.
В верхней части находится магистральный трубопровод, труба, которая выходит из насосной станции, выхода водохранилища или впуска канала и несет весь поток в зоне управления. Ниже него находятся субмагистрали, которые отходят для обслуживания блоков полей, а ниже них — ответвления и, наконец, капельная лента или спринклерные трубы, которые доставляют воду к растениям. Поток наполовину и наполовину уменьшается по мере спуска, поэтому диаметры резко уменьшаются, в то время как класс давления часто остается неизменным или незначительно повышается на нижних уровнях из-за давления, необходимое на эмиттере.
| Сетевой уровень | Типичная функция | Обычная диаметральная лента | Типичный режим работы | Обычный класс давления | Практика соединения |
|---|---|---|---|---|---|
| Основной трубопровод | Насосная станция или выход резервуара в зону управления | DN315 до DN630 | 300–1700 кубических метров в час | PN 6 до PN 10 | Сварка по торцам, изредка фланцевые участки на клапанах |
| Основная подстанция | Основной трубопровод к оросительному блоку или поворотному устройству | DN225 до DN400 | 150–700 кубических метров в час | PN 8 до PN 10 | Сварочные штуцеры с пайкой по торцу и электросваркой |
| Вторичная подстанция | Распределение блока | DN160 до DN250 | 55 до 220 кубических метров в час | PN 8 до PN 12,5 | Электрофюзионные, механические компрессионные фитинги |
| Боковое | Распределение по полю к гидрантам и трубам подачи | DN110 до DN160 | 25 до 110 кубических метров в час | PN 6 до PN 10 | Компрессионные фитинги, электросварные муфты |
| Линия подачи | Лента для капельного полива, подача микро-росынок | DN20 до DN90 | Меньше 25 кубических метров в час | PN 4 до PN 8 | Барвистые и компрессионные фитинги |
Из этой таблицы следует два очевидных вывода. Первый заключается в том, что производитель, стремящийся к магистральным и основным подмагистральным трубопроводам, должен использовать линию, размеры, охлаждение и оборудование для откачки которой рассчитаны на DN630, поскольку линия, построенная на основе DN400, не может быть увеличена без замены поезда резервуаров и оборудования для откачки на кране. Второй вывод заключается в том, что на тех же контрактах производителю все равно будет предложено поставить боковые трубы DN110 и DN160, поэтому размеры линии должны уменьшаться эффективно. Линия, способная выдерживать DN630, которая требует двух смен для перехода на DN160, будет терять деньги при смешанных контрактах.
Существует также уникальный случай нагрузки на сельскохозяйственные земли. Канализационные трубы часто прокладываются через обрабатываемую землю, по которой впоследствии будут проходить тракторы, комбайны и зерновозы. Их часто устанавливают подрядчики с ограниченным оборудованием, засыпают вырытой почвой, а не импортированным песчаным наполнителем, и иногда снова открывают при глубокой обработке или выравнивании земель. Сезонная эксплуатация означает, что трубопровод поджимается и разжимается десятки раз в год, а не работает непрерывно, и во многих климатических зонах он остается пустым и холодным в течение зимы. Жесткая труба из полиэтилена, изготовленная из композиции PE100 с правильно стабилизированным пакетом углеродного черного, справляется с этим профилем лучше, чем любое другое решение, но только при условии контроля распределения толщины стенок, овальности и остаточного напряжения в точке производства.
Гидравлика: расход, скорость, потери давления, водяной удар и погружение в землю
Диаметр трубы для основного оросительного трубопровода выбирается путем соотношения капитальных затрат и энергопотребления, и точка равновесия почти всегда находится в диапазоне скоростей от 1,0 до 2,0 метра в секунду. Ниже 1,0 метра в секунду труба перегружена, осадки могут задерживаться в низких участках, и капитальные затраты на обслуживание каждого гектара становятся трудно обоснованными. Выше 2,0 метра в секунду потери от трения резко возрастают, энергопотребление увеличивается на протяжении всего срока службы проекта, а давление при закрытии клапана становится серьезным.
Поток, который может проходить через данный диаметр в пределах этого диапазона скоростей, легко вычислить из внутреннего диаметра, а внутренний диаметр зависит от выбранного SDR. В таблице ниже использованы размеры SDR 17, наиболее распространенного класса для магистральных оросительных трубопроводов на сельскохозяйственных землях.
| Номинальный диаметр | Толщина стенки при SDR 17 | Внутренний диаметр | Производительность при скорости потока 1,0 м/с | Производительность при скорости потока 1,5 м/с | Производительность при скорости потока 2,0 м/с |
|---|---|---|---|---|---|
| DN160 | 9,5 мм | 141,0 мм | 56 кубических метров в час | 84 кубических метра в час | 112 кубических метров в час |
| DN225 | 13,4 мм | 198,2 мм | 111 кубических метров в час | 167 кубических метров в час | 222 кубических метра в час |
| DN315 | 18,7 мм | 277,6 мм | 218 кубических метров в час | 327 кубических метров в час | 436 кубических метров в час |
| DN400 | 23,7 мм | 352,6 мм | 352 кубических метра в час | 527 кубических метров в час | 703 кубических метра в час |
| DN500 | 29,7 мм | 440,6 мм | 549 кубических метров в час | 823 кубических метров в час | 1098 кубических метров в час |
| DN630 | 37,4 мм | 555,2 мм | 872 кубических метров в час | 1307 кубических метров в час | 1743 кубических метров в час |
Нарушение давления и почему диаметр играет ключевую роль
Нарушение давления по протяженности нагнетаемой оросительной магистрали обычно оценивается по формуле Хазена-Уильямса, которая для практических целей говорит, что потери на трение возрастают примерно с течением в степени 1,85 и уменьшаются с внутренним диаметром в степени около 4,87. Коэффициент шероховатости для полиэтилена высок, обычно принимается 150, и в отличие от стали или бетона он не ухудшается с возрастом, поскольку полиэтилен не образует туберкул и не покрывается налетом.
Степень на диаметре — это число, имеющее значение с коммерческой точки зрения. Переход от DN315 к DN400 при том же расходе увеличивает внутренний диаметр с 277,6 мм до 352,6 мм, то есть в 1,27 раза, а потери на трение уменьшаются в 3,2 раза, что близко к семидесятипроцентному сокращению. Этот один шаг позволяет использовать меньший насос, более низкое рабочее давление и более низкий класс давления ниже по линии, и в схеме, работающей несколько тысяч часов в сезон, экономия энергии на нагнетании обычно превосходит дополнительную смолу в трубе. Для производителя труб практический урок заключается в том, что схемы орошения систематически переходят к большим диаметрам при более низких классах давления, что и объясняет, почему DN500 и DN630 в SDR 26 и SDR 21 стали продуктами с высоким объемом производства.
Разность высот действует в обратном направлении и должна учитываться отдельно. Район с 30-метровым перепадом высот требует 3 бар статического давления только для достижения высоких мест, наряду с потерями на трение и требуемым давлением на эмиттер. Там, где рельеф уходит от насоса, статическое давление становится отрицательным, и проектировщик должен защищаться от разделения колонны и отрицательного давления при остановке, что является одной из причин, по которым важны свойства сопротивления частичному вакууму и жесткость кольца даже в трубе с давлением.
Водяной удар в полиэтиленовом трубопроводе
Взрывное давление соответствует формуле Джоуковского: повышение давления равно плотности жидкости, умноженной на скорость волны давления, умноженной на изменение скорости. Важное свойство полиэтилена здесь — его низкий модуль упругости, примерно 800-1100 мегапаскаль в краткосрочном периоде по сравнению с 200 000 мегапаскаль для стали. Этот низкий модуль снижает скорость волны в заполненном трубопроводе из полиэтилена примерно до 200-350 метров в секунду в зависимости от SDR, против примерно 1200 метров в секунду в трубопроводе из чугуна или стали аналогичного размера.
Арифметика благоприятна. Острый тормоз от 1,5 метра в секунду в трубопроводе из полиэтилена с скоростью волны 250 метров в секунду создает всплеск в 3,75 бара. То же событие в стальном трубопроводе аналогичного диаметра создает примерно 18 бар. Это единственный самый сильный технический аргумент в пользу полиэтилена в сельскохозяйственном использовании, где клапаны управляются вручную оросителями, которые могут их быстро закрывать, и где отключения насосов обычны. Это не исключает необходимости анализа всплесков на длинных магистралях, воздушных клапанов на высоких точках и медленно закрывающихся клапанов на выходных отводах магистрали, но это означает, что труба PN 10 действительно имеет запас по давлению над рабочим давлением 6 бар, а не только бумажный запас.
Глубина погружения, тепловое расширение и нагрузка на грунт
Стандартная практика для магистральных трубопроводов сельскохозяйственных земель предусматривает, что коронка трубы должна находиться на 0,8-1,2 метра ниже уровня обрабатываемой земли. Нижняя граница позволяет размещать трубу ниже нормальной глубины обработки и распределять нагрузки от сельскохозяйственной техники, а верхняя граница обеспечивает разумные затраты на траншеирование и отвод воды. В регионах с сезонным промерзанием грунта труба должна располагаться ниже местной линии проникновения заморозков, которая в холодных континентальных климатах может опускать глубину погружения до 1,5 или даже 2,0 метра. Там, где невозможно избежать мелкого перехода, либо на трубу укладывают бетонную плиту для распределения нагрузок от колес сельскохозяйственной техники, либо трубу обшивают.
Полиэтилен расширяется и сжимается примерно на 0,2 миллиметра на метр на градус Цельсия, что примерно в десять раз больше, чем у стали. 100-метровый зарытый участок, испытывающий колебания температуры на 20 градусов Цельсия между установкой и зимним обслуживанием, хочет переместиться на 400 миллиметров. Загнанный и ограниченный трением почвы, он этого не может, поэтому движение превращается в аксиальное натягивающее напряжение. Полностью сварные магистральные трубы легко справляются с этим, поскольку швы такие же прочные, как и стена трубы, но фланцевые и механические соединения в камерах клапанов должны быть закреплены, а трубы, установленные в жаркий летний день, должны иметь возможность остыть и расслабиться, прежде чем траншея будет закрыта. Это также объясняет, почему свойство длительного реверсирования является контролируемым в стандартах продукта: трубы с высоким замерзанием ориентации непредсказуемо сокращаются в эксплуатации и могут разрывать соединения.
Система спецификаций: DN110-630 и серия SDR
Полиэтиленовые трубы под давлением определяются по внешнему диаметру и стандартному отношению размеров, а не по номинальному диаметру и номеру по таблице. Стандартное отношение размеров (SDR) представляет собой простое деление внешнего диаметра на минимальную толщину стенки. Труба DN315 с стенкой 18,7 мм имеет SDR 315, разделенное на 18,7, равное 16,8, и обозначается SDR 17. Поскольку SDR представляет собой отношение, вся труба в данной семье SDR имеет одинаковый класс давления независимо от размера, что является элегантной особенностью, позволяющей выбрать класс давления независимо от диаметра.
Коэффициент давления вычисляется по формуле натяжения обода, перестроенной для тонкостенного трубопровода. Для PE100 минимальная требуемая прочность составляет 10,0 мегапаскаля, а общий коэффициент проектирования для водных приложений составляет 1,25, что дает допустимое проектируемое напряжение 8,0 мегапаскаля. Нормативное давление в мегапаскалях затем равно двукратному проектируемому напряжению, разделенному на SDR минус один. Для SDR 17 это составляет шестнадцать, разделенных на шестнадцать, или 1,0 мегапаскаля, что соответствует PN 10. Та же арифметика дает всю линейку.
| SDR | Нормальное давление с PE100 | Нормальное давление с PE80 | Стена как процент от диаметра | Типичное использование для орошения |
|---|---|---|---|---|
| SDR 26 | PN 6.3, обычно записывается как PN 6 | PN 5 | 3,85 процента | Многозонные магистрали с низким напором, замена каналов, магистрали с большим диаметром труб |
| SDR 21 | PN 8 | PN 6,3 | 4,76 процента | Насосная магистраль на плоских участках командной зоны |
| SDR 17 | PN 10 | PN 8 | 5,88 процента | Главные и подглавные магистрали общего назначения, основной рабочий объем |
| SDR 13,6 | PN 12,5 | PN 10 | 7,35 процента | Высокий рельеф местности, подавление давления и подача с поворотом |
Ниже приведен размерный матрикс, показывающий минимальную толщину стенки в миллиметрах для каждой комбинации, которую ожидается получить на линии сельскохозяйственного назначения. Стандартная наладка и охлаждающая оболочка линии, описанной в этой статье, охватывает диапазон от 4,2 мм до 37,4 мм толщины стенки, что соответствует DN110 SDR 26 на тонком конце и DN630 SDR 17 на толстом конце. Более тяжелые комбинации, такие как DN630 SDR 13,6, с толщиной стенки 46,3 мм, можно изготовить, но требуется расширенный размер и длина охлаждения, а также более медленная скорость линии, и их следует цитировать как расширенную конфигурацию, а не считать заданными.
| Номинальный диаметр | SDR 26 Стена | Стена SDR 21 | Стена SDR 17 | Стена SDR 13,6 | Приблизительная масса измерителя при SDR 17 |
|---|---|---|---|---|---|
| DN110 | 4,2 мм | 5,3 мм | 6,6 мм | 8,1 мм | 2,05 кг на метр |
| DN160 | 6,2 мм | 7,7 мм | 9,5 мм | 11,8 мм | 4,29 кг на метр |
| DN225 | 8,6 мм | 10,8 мм | 13,4 мм | 16,6 мм | 8,51 кг на метр |
| DN315 | 12,1 мм | 15,0 мм | 18,7 мм | 23,2 мм | 16,62 кг на метр |
| DN400 | 15,3 мм | 19,1 мм | 23,7 мм | 29,4 мм | 26,75 кг на метр |
| DN500 | 19,1 мм | 23,9 мм | 29,7 мм | 36,8 мм | 41,90 кг на метр |
| DN630 | 24,1 мм | 30,0 мм | 37,4 мм | 46,3 мм | 66,49 кг на метр |
Массовая доля трубы DN630 SDR 17 составляет 66,5 кг на метр. Это означает, что 12-метровая труба весит почти 800 кг, что влияет на мощность крана, конструкцию наклонной стола и планировку складского двора не менее чем на экономику экструзии.
Требования к материалам для магистральных трубопроводов для орошения большого диаметра
PE100 — это не марка смолы, а классификация. Это означает, что изделие продемонстрировало, путем экстраполированного длительного гидростатического испытания, минимальную требуемую прочность 10,0 мегапаскалей при 20 градусах Цельсия в течение пятидесятилетнего срока службы с девяностасемьдесятью пятью процентами нижнего предела доверия. Любое изделие, которое преодолевает этот барьер, может называться PE100, поэтому два гранулята PE100 могут вести себя по-разному на одной линии экструзии.
Для производства магистральных труб большого диаметра на рабочем месте важны показатели текучести расплава, плотности, содержания углеродного порошка и его дисперсности, а также время индукции окисления. Эти четыре показателя определяют, будет ли труба стабильно выталкиваться, устойчива ли она к прогибу в зазоре между формой и размером, сможет ли она выдержать десятилетия воздействия ультрафиолета во время хранения на открытом воздухе и пройти режим гидростатического испытания.
| Свойство | Требование к магистральным трубам для орошения | Семейство методов испытаний | Почему это важно в производстве |
|---|---|---|---|
| Минимальная требуемая прочность | 10,0 мегапаскаля | Долгосрочная гидростатическая экстраполяция в соответствии с ISO 9080 | Устанавливает проектное напряжение в 8,0 мегапаскаля и, следовательно, соответствие SDR и PN |
| Рабочее напряжение, вода при 20 градусах Цельсия | 8,0 мегапаскаля с проектным коэффициентом 1,25 | Получается из других данных | Непосредственно определяет класс давления; никакие меры контроля процесса не могут компенсировать недостаток смолы в этом случае |
| Скорость плавления при температуре 190 градусов Цельсия и давлении 5 кгс/см2 | От 0,2 до 0,5 грамма в течение 10 минут | ISO 1133 | Низкий МФР обеспечивает высокую прочность расплава и низкий усадка на толстых стенах; слишком низкий и давление в головке и нагрузка на двигатель возрастают |
| Изменение скорости течения расплава после обработки | В пределах плюс-минус 20 процентов от усредненного значения | ISO 1133 на образце трубы | Более значительное изменение указывает на термическую или трение-разрушение или расширение цепи в результате окисления |
| Плотность черного соединения | От 0,949 до 0,960 грамма на кубический сантиметр | ISO 1183 | Регулирует жесткость, расчет массы метра и кристаллизационный спад |
| Содержание углеродного сажи | от 2,0 до 2,5% по массе | ISO 6964 | Ниже 2,0 процента, защита от ультрафиолета недостаточна; выше 2,5 процента, чувствительность к заусенцам и вязкость расплава возрастают |
| Дисперсия углеродной сажи | Класс 3 или выше по шкале оценки внешнего вида | ISO 18553 | Агломераты действуют как места возникновения трещин и вызывают видимые пятна на поверхности |
| Время индукции окисления при 200 градусах Цельсия | Минимальный срок службы – 20 минут. | ISO 11357-6 или EN 728 | Подтверждает, что пакет антиоксидантов выдержал смешивание и экструдирование с запасом срока службы |
| Растяжение при разрыве | Минимум 350 процентов | ISO 6259 | Показатель пластичности; снижение указывает на деградацию, загрязнение или чрезмерное переработку |
| Продольное реверсирование | Максимальная величина 3 процента | ISO 2505 | Измеряет замороженную ориентацию; высокие значения вызывают вырыв соединений и изменение размеров |
Почему низкий показатель текучести при плавлении является неотъемлемой характеристикой для толстых стенок
Между выходом из формы и первым размерным кольцом находится неопорный кольцевой участок горячего расплава. На трубе DN630 SDR 17 этот участок весит около 66 килограммов на метр и находится при температуре около 200 градусов Цельсия, где у полиэтилена практически нет предела прочности. На него постоянно действует гравитация. Если прочность расплава недостаточна, расплав прогибается: высота стенки уменьшается, а дно увеличивается, в результате чего образуется эксцентричная стенка, которая не будет соответствовать минимальному требованию толщины в верхней части, даже если средняя толщина соответствует норме.
Трубопроводный полиэтилен 100 с показателем MFR от 0,2 до 0,5 грамма на 10 минут при 190 градусах Цельсия и массой 5 килограммов, что соответствует примерно 0,02-0,06 грамма на 10 минут при условии 2,16 килограмма, обладает эластичностью плавления, чтобы выдержать этот разрыв. Компоненты в нижней части этого диапазона предпочтительны для DN500 и выше; компоненты, ближе к 0,5, легче подавать при DN110-250, когда провисание не является ограничивающим фактором, и более высокий выход стоит больше, чем прочность плавления. Производитель, работающий на полной линии DN110-630, обычно хранит два компонента именно по этой причине.
Сравнение PE80, PE100 и PE100-RC
| Атрибут | PE80 | PE100 | PE100-RC |
|---|---|---|---|
| Минимальная требуемая прочность | 8,0 мегапаскаля | 10,0 мегапаскаля | 10,0 мегапаскаля |
| Рабочее напряжение для воды | 6,3 мегапаскаля | 8,0 мегапаскаля | 8,0 мегапаскаля |
| Стена, необходимая для PN 10 при DN315 | 23,2 мм при SDR 13,6 | 18,7 мм при SDR 17 | 18,7 мм при SDR 17 |
| Молекулярная архитектура | Одномодальная или слабо двухмодальная | Двумодальная с комономером на фракции с высокой молекулярной массой | Двумодальная с повышенной плотностью связующих молекул |
| Устойчивость к медленному росту трещин | Умеренная | Хорошая, обычно несколько сотен часов в испытаниях наогнутой трубы | Очень высокая, разработана для устойчивости к точечным нагрузкам и царапинам |
| Типичное применение в орошении | Предыдущие спецификации, низконапорные ответвления | Стандарт для открытых траншейных магистральных и подмагистральных труб | Безотходная установка, безпечное засыпание песком, скалистый грунт. |
| Относительная стоимость материала | Низкий | Средний | Высокий |
| Поведение экструзии | Широкий рабочий диапазон, меньшее сопротивление сгибанию | Требуется дисциплинированный контроль температуры | Подобно PE100, немного выше давление на головку |
Коммерческий аргумент в пользу использования PE100 вместо PE80 в магистральном трубопроводе для орошения определяется толщиной стенки. Для обеспечения PN 10 при DN315 требуется 23,2 мм PE80, но всего 18,7 мм PE100, что составляет 19-процентное сокращение количества смолы на метр и соответствующее увеличение диаметра и, следовательно, гидравлической мощности. Поэтому PE100 вытеснил PE80 практически во всех новых схемах орошения, и поэтому линия экструзии, указанная сегодня, должна быть оптимизирована с учетом реологии PE100.
PE100-RC заслуживает краткого упоминания, поскольку в проектах орошения все чаще используются безотвальные методы, такие как вспашка и направленное бурение, чтобы избежать нарушения стоящих культур. Эти методы перемещают трубу по камням и оставляют точечные нагрузки и поверхностные царапины, которые являются инициаторами трещин. Композиция PE100-RC разработана для того, чтобы выдерживать именно это воздействие, и тест на наличие зазубрин в трубе по стандарту ISO 13479 является обычным маршрутом принятия. С точки зрения линий экструзии композиция RC работает примерно так же, как и обычный PE100, поэтому никаких изменений в оборудовании не требуется; разница заключается в источнике смолы и в режиме тестирования, к которому должен придерживаться производитель.
Подготовка регринда, мастербатча и сырья
Производители труб для орошения получают значительное количество отходов при запуске, изменении размеров и обрезке концов. Стандарты продукции позволяют повторно использовать собственные чистые, прослеживаемые материалы из того же состава, а дисциплинированные предприятия используют от 5 до 10% регринда в основной стенке трубы без заметного потери свойств. Контролируется строго: регринд должен быть из того же семейства составов и одного цвета, он должен быть свободен от загрязнений, его следует измельчить до размеров частиц, близких к первичным гранулам, чтобы он не сегрегировался в потоке сырья, и его следует дозировать гравиметрически, а не по объему. Если предприятие хочет использовать более крупные фракции регринда или переработать смешанный отход, правильным решением будет направить этот материал через специальное оборудование для рециркуляции, например линии для промывки и гранулирования, построенные компанией Polyretec, еще одним заводом Wanplas, и зарезервировать полученные гранулы для применения в некритических условиях.
Большинство труб с большим диаметром для орошения производится из предварительно смешанных черных гранул, что является самым безопасным способом, поскольку дисперсия углеродного порошка уже была достигнута в смесительном экструдере. Компании, которые предпочитают добавлять мастербаш с углеродным порошком в натуральный PE100 на линии труб, должны нести ответственность за дисперсию, что означает наличие мастербаша с носителем, совместимым с базовым полиэтиленом, точного гравиметрического дозатора и шнека с достаточным дисперсионным смешиванием. Там, где производитель смешивает свой собственный мастербаш, ко-вращающиеся двойные экструдеры, построенные заводом Kerke, являются подходящим инструментом, поскольку дисперсионное смешивание углеродного порошка является задачей двойного экструдера, а не одношнекового.
Полное описание конфигурации линии на одном экране
Полная линия экструзии труб из твердого полиэтилена для сельскохозяйственного полива состоит из восьми функциональных блоков. Каждый блок должен быть рассчитан на тот же поток, и самый слабый из них определяет выход всей линии. Обзор ниже относится к конфигурации DN315-DN630; меньшие конфигурации имеют ту же архитектуру с уменьшенным оборудованием.
| Позиция | Оборудование | Основная функция | Параметр размеров ключа | Последствия при недостаточном размере |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Вакуумный загрузчик, бункер и гравиметрический смеситель | Перемещайте и смешивайте чистый гранулят, регринд и любые мастики. | Скорость подачи не менее 1,5 раза превышает выход линии | Недостаток бункера, скачки вывода, неправильное соотношение регринда. |
| 2 | Шнековый экструдер с рифленой подачей | Расплавление, гомогенизация и давление смеси | Диаметр шнека и отношение длины к диаметру | Предел выработки, превышение температуры расплава, низкая гомогенность |
| 3 | Сменный экран и контроль давления расплава | Загрязнение фильтра и стабилизация давления на головке | Площадь фильтрации в отношении пропускной способности | Повышение давления, гели и вкрапления в стенке. |
| 4 | Спиральный манжет или кошичный головка. | Преобразование потока расплава в однородный кольцевой слой | Диапазон диаметров втулки, количество зон нагрева | Линии сварки, эксцентричность стенки, ограниченный диапазон диаметров |
| 5 | Камера для калибровки вакуума | Фиксация внешнего диаметра и замораживание внешнего слоя | Эффективная длина вакуума и мощность насоса | Овалность, изменение диаметра, сжатие трубы при высокой скорости |
| 6 | Баксы для распыления охлаждения | Удаление остаточного тепла через стенку | Общая длина резервуара и поток охлажденной воды. | Горячий ядро, сжатие после экструзии, сбой реверсии. |
| 7 | Транспортировка с помощью трактора | Вытягивание трубы с постоянной, точно контролируемой скоростью | Количество колес и общая сила тяги | Проскальзывание, следы скольжения, изменение массы измерителя |
| 8 | Беззубчатый режущий инструмент, устройство для шлифовки, наклонная плита. | Резать по длине, готовить конец, безопасно выгружать | Диаметр и толщина стенки трубы | Загрязнение стружки, плохие края сварки, риск травм при обработке. |
Две функции реза: первый — система управления, которая на современной линии связывает скорость вращения экструдера, скорость подачи и встроенный датчик толщины стенки в единый замкнутый цикл, который поддерживает массу измерителя на заданном уровне. Второй — система охлаждения воды, которая обслуживает калибровочную емкость, распылительные емкости, загнутый бункер подачи и масляный охладитель редуктора, и которую очень часто недооценивают при первом заказе.
Единый экструдер с загнутым валом
Экструдер — это сердце линии, а рельефная подающая секция делает современный экструдер для изготовления труб из ПЭ конкурентоспособным. В обычном гладкостенном экструдере выход зависит от трения между пеллетным слоем и стенкой цилиндра, и он уменьшается с ростом давления в головке. В рельефном экструдере аксиальные канавки, вырезанные в упрочненном втулке в зоне подачи, механически закрепляют твердый слой, так что он транспортируется положительно, почти как зубчатая насосная станция, действующая на твердые вещества. Выход становится в значительной степени независимым от давления в головке, повышается конкретный выход на оборот, и реальная производительность линии по сравнению с эквивалентным гладкостенным экструдером увеличивается на 20–40 процентов.
Дизайн бункера с ребрами.
Втулка обычно имеет шесть-осем продольных или слегка спиралевидных канавок, которые сужаются от полной глубины в горле до нуля на протяжении трех-пяти диаметров винта. Глубина в горле составляет порядка 4-8 процентов диаметра винта для полиэтилена. Поскольку в этой зоне механическая работа, выполняемая на твердом слое, создает большое количество трения, а преждевременное плавление разрушит механизм транспортировки, втулка интенсивно охлаждается водой и теплоизолируется от нагретого барабана за счет изоляционного кольца. Температура воды в втулке обычно поддерживается в пределах 20-40 градусов Цельсия с помощью отдельной системы; если она повышается выше 60 градусов Цельсия, на стенках канавок образуется слой расплава, твердый слой теряет сцепление, и производительность падает.
Торговый компромис — давление. Бункер с ребрами создает очень высокое давление в первых нескольких диаметрах, поэтому барабан, бункер и упорный подшипник должны быть рассчитаны на него, а резьбовой шток в зоне загрузки должны быть надежным. Это одна из причин, по которой машина с бункером с ребрами не является просто машиной с гладким бункером с новой насадкой.
Геометрия шнека.
Стандартный шнек для труб из полиэтилена большого диаметра на машине с бункером с ребрами — барьерный шнек с разделительным смесительным участком. Барьерная лопасть отделяет пул расплава от остальной твердой загрузки, чтобы неулучшенные гранулы не могли быть вымыты вперед в зону дозирования, что является классическим источником гелей и холодных вкраплений в толстой стенке трубы. Поскольку зона загрузки с бункером с ребрами уже транспортирует агрессивно, коэффициент с��атия умерен, обычно в диапазоне от 2,0 до 2,5 к 1, а не 3 к 1 или выше, используемых на машинах с гладким бункером.
Коэффициент длины к диаметру 33 к 1 стал стандартным для этой задачи. Он обеспечивает достаточно длину пребывания для полного расплавления при высоком выходе без излишнего истории сжатия и позволяет разместить барьерный участок и элемент смешивания в последних пяти диаметрах. Элемент смешивания обычно представляет собой ананас, спираль или тип Мэддока, выбранный для диффузного, а не дисперсионного действия, поскольку смесь уже распределена, и задача заключается в выравнивании температурных и вязкостных градиентов, прежде чем расплав достигнет пресс-форми.
| Модель экструдера | Диаметр шнека и L / D. | Расчетный выход на PE100. | Основной рабочий ресурс двигателя | Максимальная скорость шнека | Зоны нагрева цилиндра | Диаметр трубы, на который распространяется действие системы |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SJ-75/33 | 75 мм, 33 до 1 | 250 кг в час | 90 кВт | 120 оборотов в минуту | 5 | DN20 – DN160 |
| SJ-90/33 | 90 мм, 33 до 1 | 400 кг в час | 132 кВт | 110 оборотов в минуту | 6 | DN63 до DN250 |
| SJ-120/33 | 120 мм, 33 до 1 | 800 кг в час | 250 kW | 100 оборотов в минуту | 7 | DN160–DN450 |
| SJ-150/33 | 150 мм, 33 до 1 | 1200 кг в час | 315 кВт | 90 оборотов в минуту | 8 | DN250 – DN630 |
Расчетная производительность предполагает использование черного ПЭ100 с МФР около 0,3 г за 10 минут при условии 5 кг, загрузочной секции с ребрами и охлаждением, а также давления в головке пресса в нормальном диапазоне от 25 до 35 мегапаскалей. Фактическая потребляемая мощность на хорошо настроенной загрузочной линии с ребрами составляет от 0,20 до 0,25 киловатт-часов на килограм на выходе из двигателя, поэтому установленная мощность двигателя примерно в полтора раза превышает теоретическую потребность: запас покрывает стартовый момент, холодный состав и колебания давления, возникающие при изменении диаметра.
The choice between the 120 mm and 150 mm machine is the most common decision a buyer faces. If the contract mix is centered on DN315 and DN400, the 120 mm machine at 800 kilograms per hour is the better investment because it will run near its design point most of the time, and an extruder running at eighty percent of rated output is more thermally stable and more energy efficient than one loafing at forty percent. If DN500 and DN630 are core products, the 150 mm machine is mandatory, because line speed on a 66 kilogram per meter pipe at 800 kilograms per hour falls to 0.20 meters per minute, which is slow enough that cooling tank residence becomes excessive and surface quality suffers.
Инженерное проектирование пресс-формы с спиральным манжетом и головки коек
Пресс-форма преобразует один циркулярный поток расплава из экструдера в однородный кольцевой слой. То, насколько хорошо она это делает, определяет распределение толщины стенки, наличие или отсутствие линий сварки и то, как быстро линия может быть возвращена в соответствие с требованиями после изменения размера.
Принцип спирального манжета
Спиральный манжетный пресс разделяет поступающий расплав на несколько входных отверстий, обычно от шести до двенадцати в зависимости от размера пресса, и подает его в спиральный канал, вырезанный в поверхности манжета. Каждый спиральный канал становится все более узким по длине, в то время как кольцевая зазора над манжетом становится все более широкой. Расплав непрерывно вытекает из каждого спирального канала и смешивается с расплавом из соседних спиральных каналов. К моменту, когда расплав достигает пола пресса, он уже был разделен и объединен много раз, и линии сварки, которые оставляли бы простой пресс с паутинкой, были фактически устранены.
Последствие для труб для орошения заключается в том, что линия сварки — это плоскость слабого молекулярного переплетения, проходящая по длине трубы, и под постоянным натяжением в поперечном направлении она становится предпочтительным путем для медленного роста трещин. Труба, которая должна выдержать пятидесятилетний проектный гидростатический срок службы, не может позволить себе такую. Спиральная распределение манжета позволяет современной трубе из полиэтилена быть квалифицированной по тесту 80 градусов Цельсия, 1000 часов при 5,0 мегапаскалях без отказа.
Формы для труб большого диаметра
Выше примерно DN500, чистая геометрия спирального манжета становится трудной. Спиральные каналы должны быть очень длинными, время пребывания в пресс-форме увеличивается, и материал на внешней стенке потокового канала может деградировать, прежде чем он очистится. Пресс-формы-корзины, также называемые корзинами-рассеивателями или корзинами-рассеивателями, решают эту проблему, подавая расплав радиально наружу через перфорированную, похожую на клетку распределительную систему с большим количеством небольших отверстий для подачи, а затем объединяя потоки в короткой кольцевой камере. Результатом является гораздо более короткий путь расплава, меньшее время пребывания, меньшее давление для того же выхода и очень равномерное распределение по окружности.
Многие головки с большими диаметрами сегодня используют гибридную архитектуру: распределитель в виде корзины для распределения расплава по радиусу, за которым следует короткий спиральный участок для устранения остаточных потоков из отверстий корзины. Для линии, предназначенной для работы с трубами DN500 и DN630 при коммерческом производстве, эта гибридная архитектура является рекомендуемой конфигурацией. Ниже DN450 обычная спиральная головка с манжетой полностью удовлетворяет требованиям и проще в очистке.
| Параметр головки пресса. | Головка DN110-DN250 | DN200 до DN450 головка | DN315 до DN630 головка |
|---|---|---|---|
| Принцип распределения | Спиральный манжет, от 6 до 8 спиралей | Спиральный манжет, от 8 до 10 спиралей | Дисперсионная корзина с коротким сегментом спирали |
| Напор расплава в конструкции | От 28 до 35 мегапаскалей | От 26 до 33 мегапаскалей | От 25 до 32 мегапаскалей |
| Зоны нагрева на головке | 4 | От 5 до 6 | От 6 до 8 |
| Размер зазора между штампом и стенкой от 1,15 до 1,30 | От 1,20 до 1,32 | От 1,22 до 1,35 | Метод центрирования |
| Четыре радиальных болта на кольце пресса | Восьмеро радиальных болтов, регулировка температурной зоны для точного контроля | Шесть радиальных болтов, настройка индикатора диаметра. | Типичное время пребывания расплава в прессе |
| Типичное время пребывания расплава | Не более 2 минут | 2 до 4 минут | 3 до 6 минут |
Отверстие для штампа, вытяжка и центрирование
Отверстие для штампа всегда больше толщины стены, поскольку труба вытягивается между выходом из штампа и насадкой для регулирования диаметра. Соотношение отверстия для штампа к толщине стены, обычно 1,15 до 1,35 для труб из ПЭ, должно сочетаться с соответствующим соотношением внешнего диаметра штампа к диаметру насадки для регулирования, чтобы вытяжка была сбалансированной как в радиальном, так и в циркумферентном направлениях. Несбалансированная вытяжка ориентирует полимерные цепи преимущественно вдоль оси трубы, что проявляется позже как избыточная вертикальная реверсия и, в эксплуатации, как снижение сопротивления медленному росту трещин.
Центрирование — это наиболее часто неправильно настраиваемая регулировка на трубопроводе. Радиальные болты на кольце пресса смещают пресс относительно манжеты и являются грубой регулировкой; точная регулировка достигается путем корректировки индивидуальных настроек зон нагрева по периметру головки, поскольку локально более теплый сегмент менее вязкий и течет быстрее. Современная практика заключается в настройке центрирования с помощью индикатора, когда трубопровод холодный, проверке с помощью измерения толщины стенки на первой отрезанной длине и последующей корректировке с помощью встроенного ультразвукового датчика после запуска линии. На головке DN630 отклонение в один миллиметр, которое не корректируется, представляет собой значительное количество растра резины в ходе производственного цикла, поскольку оператору необходимо повысить среднюю толщину стенки, чтобы поддерживать тонкую сторону выше минимального значения.
Регулировочный резервуар вакуума и конструкция насадки для размерного измерения
Камера вакуумной калибровки фиксирует внешний диаметр трубы и застывает самонесущую внешнюю оболочку. Это машина, которая превращает мягкий аннурус расплава в измеренно определенный продукт, и на большой диаметральной магистрали для полива она часто является физически самым крупным и самым дорогим отдельным элементом после экструдера.
Как работает размерование вакуумом
Тюбик с расплавом выходит из пресс-формы и попадает в насадку для регулирования диаметра, внутренний диаметр которой равен целевому диаметру трубы плюс запас на усадку. Бак, окружающий насадку, находится под частичным вакуумом, в то время как внутренний диаметр трубы остается под давлением атмосферы. В результате этого различия давления прижимает стенку трубы наружу против насадки. На насадку и поверхность трубы распыляют воду, поэтому внешняя оболочка кристаллизуется, когда она находится в контакте с референтной поверхностью, и как только образуется несколько миллиметров твердой оболочки, труба сохраняет свой диаметр.
Уровень вакуума является основным параметром процесса. Рабочий диапазон для труб PE составляет от минус 0,02 до минус 0,06 мегапаскаля относительно атмосферного давления. Для тонкостенных труб, таких как DN110 SDR 26, необходим низкий край этого диапазона, поскольку слишком большой перепад будет тянуть мягкую стенку жестко против манжеты и оставлять следы трения или даже приводить к сдавлению трубы внутрь в дальнем конце резервуара. Для толстостенных труб, таких как DN630 SDR 17, необходим высокий край, поскольку стенка жесткая, а расплавная трубка тяжелая, и недостаточный перепад оставляет трубу с недостаточным размером и овальной формой. Вакуум должен быть стабильным: колебания более чем на 0,005 мегапаскаля проявляются непосредственно в виде колебаний диаметра, что является классическим дефектом бамбукового кольца.
Материалы и геометрия насадки для регулирования диаметра.
Насадки для регулирования диаметра изготавливают из латуни или из нержавеющей стали. Латунь имеет более высокую теплопроводность, поэтому она быстрее отдает тепло и дает более глянцевую поверхность, и она более терпима к незначительному контакту; это традиционный выбор до диаметра около DN400. Нержавеющая сталь тверже, дольше сохраняет свой внутренний диаметр при абразивном износе и не образует поверхностный окис, который в конечном итоге образуется у латуни, поэтому она доминирует в больших диаметрах, где замена насадки дорогостояща. В любом случае насадка сверлится или прорезается таким образом, чтобы вакуум мог действовать через нее на поверхность трубы, и шаговый узор должен быть сдвинут, чтобы ни одна непрерывная продольная линия прорезей не оставляла видимой полоски на трубе. Длина насадки обычно составляет от 1,0 до 1,5 раза диаметр трубы для небольших размеров и сокращается пропорционально при больших диаметрах, когда насадка становится коротким прецизионным кольцом, поддерживаемым рядом опорных колец и зон распыления. В��одной фаска критичен: слишком острый, и он будет царапать входящий расплав, слишком плоский, и расплав не закрепится чисто.
Конфигурация DN250–DN450.
| Параметр камеры | Конфигурация DN110–DN250 | Конфигурация DN400–DN630. | От минус 0,04 до минус 0,06 мегапаскаля. |
|---|---|---|---|
| Количество секций резервуара | 1 до 2 | 2 | 2 до 3 |
| Общая эффективная длина | 6-9 метров | От 9 до 12 метров | 12–18 метров |
| Рабочее вакуумное давление | От минус 0,02 до минус 0,04 мегапаскаля | От минус 0,03 до минус 0,05 мегапаскаля | Класс модели «Haul-off». |
| Материал манжеты для размера | Латунь | Латунь или нержавеющая сталь | Нержавеющая сталь |
| Корпус резервуара | Нержавеющая сталь 304 с акриловыми перегородками для наблюдения | Нержавеющая сталь 304 | Нержавеющая сталь 304 с усиленным каркасом |
| Продольное перемещение | Плюс или минус 300 миллиметров, моторизированное | Плюс или минус 400 миллиметров, моторизированное | Плюс или минус 500 миллиметров, моторизированное |
| Смещение в поперечном и вертикальном направлениях | Плюс или минус 50 миллиметров | Плюс или минус 75 миллиметров | Плюс или минус 100 миллиметров |
| Расположение вакуумного насоса | Одноступенчатый насос с водяным кольцом | Два насоса с водяными кольцами, независимые камеры | Два или три насоса, независимо регулируемые камеры |
Независимые вакуумные камеры важнее, чем ожидают покупатели. Разделение резервуара на две или три независимо регулируемые камеры позволяет оператору применять сильный дифференциал на входе, где труба наиболее нуждается в прижатии к кожуху, и более мягкий — далее по длине, где кожа уже сформирована, и избыточный вакуум лишь создает сопротивление. На DN630 эта ступенчатая профильная настройка часто является разницей между выполнением допустимого отклонения от овальности и преследованием этого отклонения на всех участках.
Уровень воды, распыление и поддержка
Внутри резервуара труба поддерживается регулируемыми роликовыми или кольцевыми опорами, которые держат ее в центре по мере охлаждения. На тяжелых трубах эти опоры несут реальный нагрузку и должны регулироваться при каждом изменении размера; опора, оставленная низкой, позволит трубе прогибаться между станциями и добавить измеримую овальность. Вода подается как путем заполнения до контролируемого уровня, так и с помощью распылительных форсунок, расположенных в кольцах. Заполненная секция обеспечивает высокую теплопередачу на нижней половине трубы; распылители выравнивают циркумферическую тепловую отдачу, чтобы коронка охлаждалась с той же скоростью, что и инверт. Если форсунки забиты налетом, коронка охлаждается медленнее, сжимается больше после резервуара и в трубе развивается как овальность, так и отклонение толщины стенки.
Тanks для охлаждения распылителем и градиент охлаждения
После калибровочного резервуара наружный диаметр трубы фиксирован, но на толстостенной магистрали для полива ядро все еще расплавлено. Тanks для охлаждения распылителем, которые следуют за ним, выполняют одну задачу: удалять остаточную теплоту из внутренней части стенки наружу, достаточно медленно, чтобы труба не набирала разрушающего остаточного напряжения, и достаточно быстро, чтобы линия не должна быть длиной в сто метров.
Тепловое нагрузление
Охлаждение полиэтилена от температуры плавления около 200 градусов Цельсия до температуры обращения около 40 градусов Цельсия требует удаления примерно 600 килоджоулей на килограм, сочетая сенсибельную теплоту с латентной теплотой, выделяющейся при кристаллизации полимера. При 1000 килограммах в час это примерно 167 киловатт непрерывного отвода тепла. Если воде для охлаждения разрешается повышение температуры на 5 градусов Цельсия по всей линии, необходимый циркуляционный объем составляет около 29 кубических метров в час. Практичный показатель расхода охлажденной воды в 25-35 кубических метров в час на 1000 килограммов ежечасного производства при повышении на 4-6 градусов Цельсия охватывает большинство случаев и должен быть проверен против спецификации холодильника перед заказом линии.
| Выход линии | Тепло, которое необходимо отбраковывать | Поток охлажденной воды при повышении температуры на 5 К | Рекомендуемая производительность холодильника с запасом | Типичная общая длина охлаждения |
|---|---|---|---|---|
| 250 кг в час | Около 42 киловатта | 7-9 кубических метров в час | 55-65 киловатт | От 9 до 12 метров |
| 400 кг в час | Около 67 киловатт | 12-14 кубических метров в час | 85-100 киловатт | 12–18 метров |
| 800 кг в час | Около 133 киловатт | 23-28 кубических метров в час | От 170 до 200 киловатт | От 18 до 30 метров |
| 1200 кг в час | Приблизительно 200 киловатт | 34-42 кубических метров в час | 250-300 киловатт | От 30 до 48 метров |
Почему градиент работает от горячего к холодному
Инстинкт запускать как можно более холодную воду повсеместно неправилен. Охлаждение внешней кожи толстой стены, когда ядро все еще расплавлено, закрепляет крутой температурный градиент. Когда ядро впоследствии охлаждается и сжимается, оно натягивает уже жесткую кожу, и готовая труба удерживает внешнюю стенку в сжатом состоянии, а внутреннюю — в напряжении. Эти остаточные напряжения снижают сопротивление медленному росту трещин именно там, где труба находится под натяжением в эксплуатации, и они проявляются как избыточное продольное реверсирование при стандартном испытании.
Правильное расположение – это градиент. Регулировочный резервуар и первый резервуар для распыления работают при температуре от 16 до 20 градусов Цельсия, достаточно тепло, чтобы застыть контролирующую кожу, не травмируя ее. Последующие резервуары снижаются до 12-15 градусов Цельсия, а последний резервуар может работать при самой низкой практической температуре охладителя, чтобы снизить поверхность для обработки. Ниже 10 градусов Цельсия практически нет пользы, а риск возникновения проблем с конденсацией в влажных мастерских очень высок. Каждый резервуар должен иметь свой собственный термостатический регулятор и свою собственную линию возврата, чтобы градиент действительно можно было поддерживать, а не предполагать.
Длина охлаждения пропорциональна квадрату толщины стенки, поскольку теплопроводность через стенку определяет. Вот почему труба DN630 SDR 17 с 37,4 мм стенки нуждается во многих раз больше длины резервуара, чем труба DN160 при том же выходе, и почему линия, предназначенная для достижения DN630, должна быть прокладываться с пространством для 30-48 метров охлаждения с самого начала. Переделка длины резервуара в мастерскую, построенную для линии DN400, является одним из самых дорогих ошибок в этом бизнесе.
Специальная система Caterpillar Haul-Off для транспортировки, резки и обработки труб
Специальная система Caterpillar Haul-Off определяет скорость линии и, следовательно, вес трубы, получаемого на выходе из экструдера. Ее двумя основными требованиями являются надежное захватывание без деформации и стабильная скорость без перекосов.
Конфигурация системы Haul-Off
Траки расположены симметрично вокруг трубы, и число увеличивается с увеличением диаметра и толщины стенки, поскольку необходимо распределить сцепление, чтобы избежать выгибания трубы. Четыре трака используются для небольших и средних труб, шесть траков предназначены для среднего диапазона, а восемь траков применяются для DN500 и выше, когда труба тяжелая, а требуемая сила тяги высока. Каждый трак пневматически или серво-гидравлически нагружается, чтобы точно настроить давление зажима; если оно слишком мало, траки скользят, в результате чего вес измерителя меняется, а если слишком много, подушки оставляют следы или выталкивают трубу из круглого состояния, пока она все еще горячая в центре.
| От 0,3 до 30 метров в минуту. | Количество катков Caterpillar | Максимальное усилие притяжения | Диапазон скоростей | Диапазон диаметров труб | Привод |
|---|---|---|---|---|---|
| Компактный | 4 | 20 килонанометров | От 0,3 до 30 метров в минуту | DN20 – DN160 | Сервопривод с редуктором |
| Средний | 4 до 6 | 40 килоньютонов | 0,2-15 метров в минуту | DN63 до DN315 | Сервопривод с редуктором |
| Большой | 6 | 60 килонанометров | От 0,1 до 10 метров в минуту | DN200 до DN500 | Двухсервоприводный, электронно синхронизированный |
| Тяга. | 8 | От 80 до 120 килонановт | От 0,1 до 6 метров в минуту | DN315 до DN630 | Четырехсервоприводный, электронно синхронизированный |
Управление весом в замкнутом цикле.
Безмагнитное резание, фаскирование и выгрузка.
Современная конструкция включает три элемента. Встроенный ультразвуковой датчик толщины стенки измеряет стенку в нескольких циркумферентных положениях сразу после охлаждающего участка. Система управления сравнивает вычисленную массу метра с целевым значением и регулирует скорость подачи, при этом скорость вращения экструдера является более медленным регулированием. Поскольку увеличение скорости подачи при постоянном выходе приводит к уменьшению толщины стенки, а при уменьшении — к ее увеличению, цикл является прямым и быстрым. Хорошо настроенный цикл поддерживает массу метра в пределах одного процента, что позволяет производителю работать с целевой стенкой, немного превышающей минимальный стандарт, а не нести большой запас.
Вспомогательное оборудование – это то, на чем экономят неопытные покупатели, а опытные – нет. Каждый из перечисленных ниже элементов имеет прямую связь с дефектом в готовом трубе.
Режущий большой полиэтиленовый трубопровод с зубчатым ножом приводит к шлаку, и шлак внутри водопроводной трубы неприемлем. Чипсовое режущее без шлака решает эту проблему с закаленной круглой лезвией, которая постепенно вдавливается в вращающуюся трубу, смещая, а не удаляя материал, и оставляя чистую квадратную поверхность без каких-либо отходов. Это предпочтительный метод для труб до средней толщины стенки. Выше примерно 25-30 миллиметров толщины стенки сила, необходимая для чипсовочного реза, становится очень высокой, и вместо этого используется планетарный нож: труба зажимается, лезвие ножа вращается вокруг нее под числовым управлением, а каплеуловитель захватывает отходы на месте. Оба типа движутся с трубой во время реза, поэтому линия никогда не останавливается.
Шлифовка происходит сразу. Шлифовка конца трубы необходима для соединений с фланцами и прокладками и полезна даже для сварки замыкания, поскольку она защищает торцевую поверхность во время транспортировки. Автоматические головки шлифовки, установленные на каретке резака, выполняют эту работу в одном цикле.
Выгрузка зависит от диаметра. Трубы диаметром до DN110 обычно укладываются в рулоны, а коiler с контролируемым задним натяжением и станция для скрепления являются правильным устройством, расположенным ниже по потоку; укладка в рулоны значительно экономит трудозатраты на соединение труб на месте, поскольку боковую трубу можно укладывать в одну непрерывную длину. При линии с трубами диаметром более DN110 трубы режут на прямые отрезки, обычно длиной 6 или 12 метров, и выгружают на наклонную платформу, которая плавно опускает готовый отрезок на рельс. На линии с трубами диаметром DN630, каждый отрезок длиной 12 метров весит около 800 килограммов, поэтому наклонная платформа должна быть гидравлически демпфирована и иметь блокировку, а рельс для приема труб должен быть спроектирован так, чтобы он мог удерживать трубу без точечных нагрузок, которые могли бы вызвать появление плоских участков, пока ядро все еще теплое.
Предупредительная и вспомогательная аппаратура на входе и в линии
Вакуумное загрузка и центральная транспортировка.
- Пелеты должны поступать в бункер экструдера быстрее, чем шнек может их поглощать, с запасом. Способность транспортера перемещать материал, не меньшая чем полтора раза больше, чем производительность линии, предотвращает колебания уровня бункера и уровень бункера, который колеблется, приводит к изменению плотности материала, что проявляется в скачках объема.Гравиметрическое смешивание.
- Гравиметрическое смешивание.Если добавляется регринд или мастербаш, требуется дозирующий смеситель по массе, а не по объему. Булльная плотность регринда отличается от плотности первичного гранулята, и этот показатель меняется в зависимости от формы частиц, поэтому дозирование регринда по объему является фактически неконтролируемым.
- Сушка.Гидравлическая пластина или непрерывный сменный экран защищают пресс-форму от загрязнения и, что не менее важно, обеспечивают стабильное сопротивление. Непрерывные типы позволяют смену экрана без остановки линии, что на трубе с толстой стенкой, которая стабилизируется в течение двадцати минут, стоит очень дорого.
- Сменщик экрана.Инструментация для измерения давления и температуры расплава.
- Приборы для измерения давления и температуры плавления.Трансформатор перед сменным экраном и один после него позволяют оператору определить падение давления через экран, что является самым надежным показателем того, когда следует производить замену. Термопарный датчик расплава на адаптере к зажимному патрубку является единственным надежным измерением фактической температуры расплава; показания зон цилиндра — температуры стенок, а не температуры расплава.
- Встроенное ультразвуковое измерение толщины стенки.Многосенсорный ультразвуковой датчик измеряет стенку в четырех, шести или восьми циркумферентных положениях и вычисляет минимальную толщину, среднюю толщину, овальность и эксцентричность в реальном времени. На линии, на которой подается дорогостоящий состав PE100 со скоростью 1200 килограммов в час, этот прибор является одним из наиболее быстро окупающихся элементов в цехе.
- Печатная кодировка.Стандарты продукции требуют надежного маркирования на интервалах вдоль трубы, указывающих производителя, размер, SDR или класс давления, наименование материала, стандартный отрыв и данные для отслеживания производства. Для этого используется высококонтрастный струйный принтер, синхронизированный с скоростью линии, и код отслеживания, который он печатает, позволяет производителю изолировать определенное окно производства, если какая-либо партия будет поставлена под сомнение.
Окна параметров процесса и расчет скорости линии
Параметры процесса для труб из полиэтилена PE100 заключаются в том, чтобы найти магическое число и более в том, чтобы постоянно поддерживать узкий диапазон. Нижние окна являются отправными точками для черного состава PE100 с MFR около 0,3 грамма в течение 10 минут при условии 5 килограммов и должны быть откорректированы для конкретного состава и пресс-формы.
| Зона | Диапазон установленного значения | Цель и логика регулировки |
|---|---|---|
| Подогрев водой для буша | От 20 до 40 градусов Цельсия | Удерживает твердое покрытие, захватывающее канавки; никогда не допускайте температуры выше 60 градусов Цельсия |
| Зона бака 1 | От 170 до 180 градусов Цельсия | Начинает размягчение, не допуская образования пленки плавления, которая приведет к прекращению транспортировки по канавкам |
| Зона бака 2 | От 180 до 190 градусов Цельсия | Основное плавление; повысить, если появляется нерасплавленная часть, понизить, если нагрузка на двигатель низкая, а расплав течет горячим |
| Зона барабана 3 | От 190 до 200 градусов Цельсия | Завершает плавление до барьерного участка |
| Зоны барабана 4-6 | От 195 до 205 градусов Цельсия | Дозирование и хомогенизация; удерживайте плоским, чтобы избежать термического разводки |
| Сменный фильтр и адаптер. | 200–210 градусов Цельсия | Небольшое нагревание для снижения давления падения через экранный блок |
| Отсекаются зоны головного тела пресса | 195-210 градусов Цельсия | Каждый участок откорректирован на несколько градусов для устранения циркумферентного отклонения стенки |
| Зона литья | От 190 до 200 градусов Цельсия | Температура нижнего края повышает прочность плавления; увеличьте, если появится трещина плавления |
| Температура расплава на адаптере | От 195 до 215 градусов Цельсия | Контролирующая переменная; при температуре выше 220 градусов Цельсия риск усадки и окисления резко возрастает |
| Давление расплава в головке пресса | 25-35 мегапаскаля | Рост давления при постоянной скорости означает закупорку экрана или снижение температуры расплава |
Скорость шнека, выход и скорость линии
При рельефном подающем экструдере отношение скорости шнека и выхода близко к линейному в большинстве диапазона работы, что является одним из великих практических преимуществ этого механизма. Машина длиной 150 мм, выдающая 1200 килограммов в час при 90 оборотах в минуту, производит примерно 13,3 килограмма в час на один оборот, и этот конкретный выход находится в пределах нескольких процентов от примерно тридцати оборотов в минуту и выше. Ниже этого отношение становится менее предсказуемым, поскольку теплоотдача из барабана начинает преобладать над нагревом при сдвиге.
Скорость линии напрямую зависит от выхода, разделенного на вес метра. Поскольку вес метра резко возрастает с диаметром, скорость линии и толщина стенки обратно пропорциональны, что удивляет операторов, переходящих от небольших труб к большим.
| Продукт | Толщина стены | Вес метра | Выход экструдера | Полученная скорость линии | Необходимая длина охлаждения |
|---|---|---|---|---|---|
| DN110 SDR 26 | 4,2 мм | 1,33 кг на метр | 250 кг в час | 3,13 метра в минуту | От 9 до 12 метров |
| DN160 SDR 17 | 9,5 мм | 4,29 кг на метр | 400 кг в час | 1,55 метра в минуту | 12–15 метров |
| DN225 SDR 17 | 13,4 мм | 8,51 кг на метр | 600 кг в час | 1,18 метра в минуту | От 15 до 21 метра |
| DN315 SDR 17 | 18,7 мм | 16,62 кг на метр | 800 кг в час | 0,80 метра в минуту | От 21 до 27 метров |
| DN400 SDR 17 | 23,7 мм | 26,75 кг на метр | 1000 кг в час | 0,62 метра в минуту | 27–36 метров |
| DN500 SDR 21 | 23,9 мм | 34,14 кг на метр | 1100 кг в час | 0,54 метра в минуту | 30-39 метров |
| DN630 SDR 17 | 37,4 мм | 66,49 кг на метр | 1200 кг в час | 0,30 метра в минуту | 36-48 метров |
Строка DN315 SDR 17 стоит остановиться на ней, поскольку это самый распространенный основной продукт сельскохозяйственных угодий. При стенке 18,7 миллиметра и 16,62 килограмма на метр экструдер мощностью 800 килограммов в час выдает 0,80 метра в минуту, или 48 метров в час, что составляет четыре 12-метровых отрезка в час. Чтобы увеличить скорость выпуска продукта до 1 метра в минуту, требуется 1000 килограммов в час, и вопрос о достижимости этого зависит исключительно от того, может ли система охлаждения по-прежнему обеспечивать достаточно низкую температуру ядра, чтобы пройти тест на реверсию. Выход на трубу с толстыми стенами — это проблема охлаждения, прежде чем она станет проблемой экструдера.
Процедура запуска, остановки и переключения диаметра
Толстые стенки крупнодиаметровых труб наказывают за неосторожный запуск. Дисциплинированная последовательность позволяет сэкономить как смолу, так и время.
Холодный запуск
- Наматывайте барабан, адаптер и головку пресса на заданную температуру в течение минимум двух часов до вращения винта, а при большой головке кошика — дольше. Нагревательные ленты достигают заданной температуры намного раньше, чем стальная масса за ними, и вращение винта против холодной смолы в головке является наиболее распространенной причиной поломки шестерен и повреждения упоров.
- Проверьте, циркулирует ли охлаждающая вода для подачи и находится ли она при температуре, прежде чем какой-либо гранулят попадет в горловину.
- Запустите винт на низкой скорости, от пяти до десяти оборотов в минуту, и наблюдайте за давлением плавления. Не увеличивайте скорость, пока плавление не будет выходить стабильно из всего контура пресс-формы.
- Проводите прокачку, пока экструдат не станет чистым и без окраски, затем постепенно увеличивайте скорость винта, позволяя давлению и температуре плавления стабилизироваться на каждом этапе.
- Намотьте трубу с расплавом в насадку для нарезки вручную с помощью каната и стартового заглушки, постепенно создавая вакуум от нуля до рабочего уровня, а не в один шаг.
- Задействуйте тягу с низкой скоростью, затем постепенно увеличивайте скорость тяги и винта, наблюдая за толщиной стенки на встроенном измерителе.
- Отрежьте и выбросите первые отрезки, измерьте диаметр, овальность и толщину в восьми точках и исправьте центрирование, прежде чем приступить к производству.
Переключение размеров
Изменение диаметра — это операция, которая больше всего влияет на реальную производительность завода. Последовательность действий следующая: уменьшите скорость винта и дайте линии выйти; остановите подачу; снимите головку пресса и замените манжету, кольцо пресса и любые компоненты распределителя, когда головка горячая, используя соответствующие термостойкие перчатки и поддон для пресса, рассчитанный на массу, участвующую в процессе; замените насадку для нарезки и переместите резервуар в продольном и вертикальном направлениях до новой высоты центра; переместите направляющие подачи и зажимы резца; затем повторите последовательность намотки и наращивания, описанную выше.
Хорошо организованное предприятие с тележкой для быстрой замены форм, предварительно нагретой запасной инструментарием и обозначенными шкалами позиционирования на рельсах резервуара может менять размеры между соседними размерами за два-три часа и между крайними размерами, такими как DN160 и DN630, за один сменный период. Предприятие без таких мероприятий обычно тратит вдвое больше времени. Поскольку время перехода является чистой упущенной выручкой, меры быстрой замены являются одним из наиболее эффективных вариантов в котировке линии, особенно для производителей, обслуживающих смешанные договоры о поливке, где каждый проект требует нескольких диаметров.
Выключение
Для короткого остановки скорость винта следует снизить до минимума, поддерживать температуру пресс-формы и заполнять головку расплавом; полиэтилен легко переносит короткое пребывание при температуре 200 градусов Цельсия. При длительном остановке или смене материала необходимо тщательно очистить барабан и головку от загрязнений с помощью очищающего состава или чистого полиэтилена, а затем снизить температуру головки пресс-формы. Никогда не оставляйте головку пресс-формы, заполненную застывшим черным составом, при температуре на ночь; нагрузка на углеродный черный порошок повышает местную температуру на антиоксидантном пакете, и первый экструдированный материал утром будет полностью состоять из деградированного геля, который в любом случае необходимо будет удалить.
Стандарты продукции и режим испытаний
Основные трубы для сельскохозяйственных земель — это продукт под давлением с заявленным сроком службы пятьдесят лет, поэтому режим испытаний не является формальностью. Четыре стандарта продукции доминируют в международной торговле ирригацией, и хотя их числовые требования тесно гармонизированы, их правила маркировки, классы допуска по размерам и требования к свидетелям отличаются настолько, что производитель должен знать, какой из них действует в каждом контракте.
| Стандарт | Регион первичного использования | Область применения | Примечания для производителей поливной системы |
|---|---|---|---|
| GB/T 13663.2 | Китай, внутренний и многие экспортные рынки, соответствующие китайским спецификациям | Системы полиэтиленовых трубопроводов для водоснабжения, трубы, покрывающие часть | Определяет классы допуска по размерам, требования к гидростатическому давлению и правила маркировки для PE80 и PE100 |
| ISO 4427-2 | Международная отметка | Системы полиэтиленовых трубопроводов для водоснабжения и отвода под давлением, полиэтиленовые трубы | Документ, на который ориентируются большинст��о национальных стандартов |
| EN 12201-2 | Европа и рынки, соответствующие европейской практике | Системы полиэтиленовых трубопроводов для водоснабжения, полиэтиленовые трубы | Добавляет специфические требования к маркировке, отслеживанию партий и характеристике материала |
| AS/NZS 4130 | Австралия и Новая Зеландия | Полиэтиленовые трубы для давления | Широко используется в австралийских ирригационных и сельскохозяйственных проектах; специфические предпочтения SDR |
Испытание на гидростатическое давление
Ядро квалификации PE100 — это программа трехточечного испытания на гидростатическое давление на готовой трубе, проводимая при контролируемом натяжном давлении, а не при номинальном давлении. Каждая точка изучает различный механизм разрушения.
| Условие испытания | Стресс кольца | Минимальное время выхода из строя | Отслеживается механизм отказа | Практическое значение для производителя |
|---|---|---|---|---|
| 20 градусов Цельсия | 12,4 мегапаскаля | 100 часов | Краткосрочная пластичность | Подтверждает, что материал — действительно PE100, а стенка соответствует спецификации |
| 80 градусов Цельсия | 5,5 мегапаскаля | 165 часов | Переход от пластичного поведения к хрупкому поведению | Выявляет дефекты стенок, загрязнения и недостаточную гомогенизацию |
| 80 градусов Цельсия | 5,0 мегапаскаля | 1000 часов | Устойчивость к медленному росту трещин; | Индикатор долговечности; поломки обычно связаны с швами, гелями или деградированным стабилизатором |
Тест на 1000 часов при температуре 80 градусов Цельсия длится примерно шесть недель, поэтому он не может быть тестом на выпуск партии. Это типовый тест и периодическая проверка, в то время как обычная продукция контролируется более быстрыми тестами и проверками размеров и материала. Производитель, не прошедший тест на 1000 часов, почти всегда имеет проблему с процессом, а не с смолой: пресс с остаточным швом, винт, производящий неплавленый материал, пакет стабилизатора, испорченный чрезмерно высокой температурой плавления, или загрязнение из-за недостаточного экранирующего пакета.
Рутинный контроль производства
| Проверка | требование | Частота | Оборудование |
|---|---|---|---|
| Внешний диаметр, среднее | В пределах допустимого предела, указанного в действующем стандарте | Каждая рулон или каждый лот прямых отрезков | Лента обхвата или лазерный измеритель |
| Минимальная толщина стенки в любом месте | Не менее указанной в таблице минимальной толщины | Непрерывная проверка в процессе производства плюс ручная проверка каждый смены | Ультразвуковой измеритель и точечный микрометр |
| Овалность на заводе | В пределах стандартного предела по диаметру, измеренного до скручивания или укладки | Каждый цикл производства и после каких-либо настроек резервуара | Калипер через две перпендикулярные оси |
| Растяжение при разрыве | Минимум 350 процентов | Каждый производственный партию | Тестер на растяжение с образцами в виде гирь, вырезанных из стенки трубы |
| Продольное реверсирование | Не более 3% максимального значения, без трещин или вздутий | Каждый производственный партию | Печь или жидкостная ванна при указанной температуре |
| Изменение скорости течения расплава | В пределах плюс-минус 20 процентов от усредненного значения | Каждый лот материала и периодически в процессе производства | Тестер индекса текучести при нагревании |
| Время индукции окисления; | Не менее 20 минут при температуре 200 градусов Цельсия | Каждый лот материала и периодически в процессе производства | Дифференциальный сканирующий калориметр |
| Содержание углеродного сажи | от 2,0 до 2,5% по массе | Каждый партион материалов | Метод пиролиза в муфельной печи |
| Дисперсия углеродной сажи | 3-й класс или выше | Каждый партион материалов | Секция микротома и оптический микроскоп |
| Четкость и содержание маркировки | Полностью и надежно в соответствии с действующими стандартами | Постоянный визуальный контроль, проверяемый каждый смены | Визуальный контроль по сравнению со спецификацией маркировки |
Долгосрочное реверсирование заслуживает особого внимания на магистральных трубопроводах для орошения, поскольку это тест, наиболее непосредственно связанный с экструзией, а не с смолой. Реверсирование выше 3% означает, что ориентация была зафиксирована в стенке, и обычно причиной этого являются слишком сильное снижение давления между пресс-формой и насадкой для настройки, слишком резкий охлаждающий градиент на передней части линии или слишком высокое натяжение при вытягивании, пока ядро все еще было мягким. Любой из этих факторов можно устранить на машине.
Методы соединения магистральных сетей на сельскохозяйственных землях
Качество трубы реализуется только в том случае, если швы не хуже самой трубы. Проекты по орошению используют четыре семейства швов, и выбор зависит от диаметра, условий на месте и уровня квалификации, имеющегося в поле.
Сварка торцов
Сварка торцов является основным методом для труб магистральных и подмагистральных линий диаметром DN110 и выше. Два торцевых конца трубы зажимаются в машине, обрабатываются вращающимся шлифовальным станком для получения параллельных чистых поверхностей, прижимаются к нагреваемой пластине до образования заданного шва, отделяются и затем сжимаются и удерживаются под давлением до остывания. Полученный шов представляет собой непрерывное, полностью удерживаемое, герметичное соединение, которое не менее прочно, чем стена трубы, и не требует нагрузочных блоков.
| Параметр сварки торцов | Типичная величина | Пример работы для DN315 SDR 17, 18,7 мм стена |
|---|---|---|
| Температура поверхности нагревательной пластины | От 200 до 220 градусов Цельсия | 210 градусов Цельсия, проверено с помощью поверхностного пирометра в четырех точках |
| Толерантность к изгибу | Разрыв менее 0,5 мм, смещение менее 10% от толщины стены | Разрыв менее 0,5 мм, шаг менее 1,9 мм |
| Высота начальной бусины в конце бусирования | Приблизительно 0,5 мм плюс десятая часть толщины стенки | Приблизительно 2,4 мм по всему периметру обоих труб |
| Время нагрева при низком давлении контакта | Приблизительно 10 секунд на миллиметр стены | Около 190 секунд |
| Время переключения, удаление пластины для контакта | Как можно короче, обычно менее 10 секунд для толстых стенок | Цель — 8 секунд |
| Время охлаждения под полным давлением | Приблизительно 1,0-1,5 минуты на миллиметр толщины стенки | 19-28 минут, зажатые |
| Внешний вид последнего шара | Два одинаково закатанных шара, долина над поверхностью трубы | Ширина шара примерно в 3-5 раз больше его высоты, симметрична |
Самая важная дисциплина – время охлаждения. Экипаж, работающий под давлением графика и отсоединяющий шов DN315 через восемь минут вместо двадцати, создал идеальный шов, который приведет к поломке. Машины сварки с записью температуры, давления и времени для каждого шва стали стандартными на финансируемых системах орошения, поскольку этот способ поломки не виден при осмотре.
Электросварка
При электросварке используется формованный муфта с встроенной резистивной проволокой. Конец трубы шлифуется, чтобы удалить 0,2-0,4 миллиметра окисленного поверхностного слоя, очищается с помощью одобренного растворителя, вставляется в муфту, а пульт управления подает определенное напряжение, обычно 39,5 или 48 вольт, в течение времени, записанного с помощью штрихового кода муфты. Это медленнее и дороже по сравнению с сваркой встык, но гораздо более терпимо к ограниченному пространству, что делает его методом выбора для ремонта, соединений, тройников и разветвлений на действующей сети орошения. Шлифовка – это этап, который экипажи пропускают, и этап, который вызывает почти все неисправности электросварки; окисленный слой не сварят.
Фланцевые и механические соединения
Фланцевые сборки, изготовленные из заварного конца с свободным обратным кольцом, используются там, где трубопровод соединяется с клапаном, насосом, счетчиком или стальной секцией, и там, где в будущем требуется демонтаж. Механические компрессионные соединения, которые захватывают трубу с помощью разделительного кольца и герметизируются эластомерной прокладкой, доминируют в диапазоне DN110 и ниже на полевых работах, поскольку они не требуют электричества, нагревания и специального обучения, что подходит для бригад на фермах, работающих далеко от генератора. Их необходимо размещать по точному внешнему диаметру трубы и SDR, им требуется ограничение усилия при изгибах и концах, а их долгосрочная надежность зависит от того, чтобы труба оставалась круглой.
Практическое применение схем на сельскохозяйственных землях
На земельных проектах часто возникает несколько точек установки. В зоне трубы траншея должна быть свободна от камней, больших чем 30 миллиметров, а если выкопанный грунт песчаный или содержит мелкие частицы, стоит потратиться на песчаную подстилку. Трубу следует укладывать в траншею с небольшим изгибом, чтобы она могла компенсировать температурное расширение. Сварочные швы следует выполнять рядом с траншеей, опуская сварную нить в виде единого целого, что быстрее и дает лучший контроль качества, чем сварка в яме. Вентиляционные клапаны должны быть установлены на каждом высоком месте, а отводы — на каждом низком. Лента с маркерами над трубой — это недорогой способ предотвратить будущую глубокую выемку. И если труба хранилась на солнце перед установкой, дайте ей равномерно остыть в траншее перед окончательным подключением, поскольку нить, закрытая в полдень, будет в напряжении к полуночи.
Матрица диагностики дефектов
Почти каждый дефект на линии труб из ПЭ большого диаметра связан с одной из четырех систем: подготовка расплава, геометрия и центрирование штампа, размер и охлаждение или стабильность выгрузки. В таблице ниже данные организованы по наблюдаемым симптомам, поскольку именно так проблема проявляется на производственном участке.
| Симптом | Самые вероятные причины | Диагностическая проверка | Корректирующие меры |
|---|---|---|---|
| Некорректная стена, одна сторона тонкая | Матрица не центрована; неравномерная температура периферийной матрицы; деформация расплава на большом диаметре; уплотнительная втулка не концентрична относительно матрицы | Измерьте толщину стенки в восьми точках на разрезе кольца; сравните с картой линейного измерителя; проверьте равномерность температуры зоны матрицы | Настройте болты центровки штампов небольшими шагами; отрегулируйте индивидуальные установки зоны штампа на 3-5 градусов Цельсия; проверьте выравнивание бака; для больших диаметров сократите зазор между штампом и втулкой |
| Округлые кольца, периодические колебания диаметра | Нестабильная скорость выгрузки; колебания вакуума; скачки уровня воды в калибровочном резервуаре; слишком низкое давление катка, вызывающее прерывительное скольжение | Измерьте шаг колец и разделите его на скорость линии, чтобы найти частоту; сравните с частотой вращения выгрузки и цикла вакуумного насоса | Отрегулируйте или перепрограммируйте привод выгрузки; увеличьте объем буфера вакуума и установите более тонкий регулирующий клапан; стабилизируйте сливной клапан резервуара; умеренно увеличьте давление зажима катка |
| Груба внутренняя поверхность, кожа акулы или разрушение расплава | Слишком высокая скорость срезания заготовки; слишком низкая температура краев заготовки; слишком малый зазор между краями; загрязненная или сколота заготовка | Посмотрите на рисунок; регулярные спиралевидные выступы указывают на разрушение расплава, а не на механическое повреждение | Повысьте температуру краев заготовки на 5-10 градусов по Цельсию; увеличьте зазор между краями и перебалансируйте выгрузку; отшлифуйте заготовку; рассмотрите использование полимерного процессинга, если это допустимо для смеси |
| Пузырьки или пустоты в стене | Влажность на поверхности гранул или мастики; мокрый переплав; летучие вещества из деградированного материала; попадание воздуха из недостаточно питаемого бункера | Отрежьте сечение и осмотрите; проведите проверку влажности на входе в бункер; обратите внимание, являются ли пустоты равномерными или сгруппированными | Предварительно высушите материал при температуре 70-80 градусов по Цельсию в течение одного-двух часов; прикрывайте открытый склад переплавленного материала; проверяйте стабильность уровня в бункере; удаляйте деградированный материал |
| Округлость выше допустимой | Недостаточное охлаждение перед выгрузкой; провисание между опорами резервуара; неправильная или изношенная насадка для нарезки; чрезмерное давление на каток; накопление при теплом | Измерьте округлость сразу после реза и снова через 24 часа на стеллаже | Увеличьте длину охлаждения или понизьте температуру воды в конце процесса; добавьте или повысьте опорные кольца; уменьшите давление на каток; используйте стеллажи-колодцы и ограничьте высоту стопки |
| Продольные царапины на внешней поверхности | Осколки или налет на насадке для нарезки; примеси в воде для охлаждения; поврежденные направляющие ролики резервуара; твердые отложения на уплотнительном кольце входа в резервуар | Проводите пальцем по входу в насадку, когда линия остановлена и охлаждена; проверьте фильтр для воды | Полируйте насадку и обработайте входной скос; установите и поддерживайте фильтр для охлаждающей воды; удалите налет из системы; замените изношенные ролики и уплотнительные кольца |
| Слизь, накопление на крае литья | Мертвые зоны в канале потока; температура краев матрицы слишком низкая; выпадение добавок на пластине; деградированный стабилизатор | Обратите внимание на то, как быстро отложение возвращается после очистки; проверьте цвет и консистенцию отложения | Очистите и отполируйте канал потока; немного повысьте температуру краев; пересмотрите состав с поставщиком; сократите время пребывания расплава, уменьшив объем головки |
| Черные пятна или гель в стенке | Деградация материала из мертвой зоны; экранный пакет вышел из строя; загрязнение регринда; нерасплавленная масса из-за недостаточной эффективности винта-барьера | Отрежьте и изучите пятна под увеличением; проверьте падение давления через экранный пакет | Смените экраны; очистите головку матрицы; отделите и проверьте регринд; убедитесь, что температура зон 2 и 3 барабана достаточна |
| Несвоевременное срабатывание гидравлического испытания на температуру 80 градусов Цельсия | Остатки шва от пресс-формы; нерасплавление; повышенная температура расплава, снижающая эффективность пакета антиоксидантов; загрязнение | Посмотрите место неисправности и способ ее возникновения; проверьте, совпадают ли неисправности по окружности с отверстиями подачи в литье | Посмотрите на дизайн распределителя литья и рассмотрите барабан или гибридный головной блок; понизьте температуру расплава до 200 градусов Цельсия; проверьте время индукции окисления на образцах труб |
| Длительное реверсивное движение более чем на 3 процента | Превышение коэффициента вытягивания; агрессивное охлаждение передней части заготовки; высокий натяг при раздувании, когда ядро еще мягкое | Сравните зазор между штампом и толщиной стенки; запишите профиль температуры воды в резервуарах по отдельности. | Снизить коэффициент вытягивания до 1,2; повысить температуру воды в первом барабане до 16-20 градусов Цельсия; снизить силу натяжения при раздувании и увеличить количество работы, выполняемой охлаждающей установкой |
Энергосбережение и повышение производительности
Энергия является крупнейшей контролируемой стоимостью преобразования в экструзии труб после смолы, и на линии, производящей 1200 килограммов в час круглосуточно, изменение на несколько сотых киловатт-часа на килограм является существенной годовой суммой. Меры, приведенные ниже, ранжируются по надежности возврата, а не по привлекательности.
| Измерение | Механизм | Типичный эффект | Относительная инвестиция | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Шлицевый привод с отдельным охлаждающим вкладышем | Положительное транспортирование твердых веществ отделяет выход от давления головного блока и снижает удельный расход энергии | На 20-40 процентов выше производительность; удельная энергия 0,20-0,25 вместо 0,28-0,35 киловатт-часов на килограм | Средний, и обычно встроенный в машину | Требуется барабан, втулка и подшипник нагрузки, предназначенные для более высокого давления |
| Изоляционные кожухи над барабаном и нагревательными лентами | Снижает конвективные и излучающие потери от горячих поверхностей | На 20-30 процентов снижается потребление энергии на нагрев; также снижается температура в цехе | Низкий | Один из самых короткооплачиваемых элементов; куртки должны быть съемными для обслуживания |
| Двигатели переменного тока на насосных и вентиляторах | Сопоставимость производительности охлаждающей воды и вакуума с фактическим спросом вместо регулирования | Обычно от 15 до 30 процентов на затрагиваемые вспомогательные нагрузки | Низкий или средний уровень | Самые значительные экономии на циркуляционных насосных охлаждающей воды, которые иначе работают на полную мощность при любом диаметре |
| Встроенное ультразвуковое измерение толщины с закрытым циклом управления | Вес счетчика находится вблизи целевого значения, а не с запасом | 3-5-процентное снижение веса счетчика, что позволяет экономить смолу | Средний | Обычно самый быстрооплачиваемый элемент на линии с большим диаметром, поскольку он экономит смолу, а не только энергию |
| Дисциплина температуры расплава | Каждый ненужный градус температуры расплава необходимо снова удалять с помощью холодильника | Работа при 200, а не при 215 градусах Цельсия снижает как нагрев барабана, так и нагрузку на охладитель | Низкий, процедурный | Также улучшает устойчивость к провисанию и удержание стабилизатора |
| Рекуперация тепловой энергии холодильника | Тепло конденсатора предварительно нагревает горячую воду на объекте или отопление помещений | Специфично для данного объекта; имеет смысл в холодном климате | Средний | Лучше рассматривать на стадии проектирования завода, а не как модернизацию |
| Предварительное охлаждение охладительной воды в барабане перед холодильным агрегатом | Использует условия окружающей среды для отвода части нагрузки перед механическим охлаждением | Существенно сокращает время работы холодильного агрегата в прохладные сезоны | Средний | Необходима стратегия управления, которая автоматически включается при влажности бульба воздуха |
| Плановое очищение экрана и пресс-формы | Нижший падение давления означает меньшую нагрузку на двигатель при том же выходе | Несколько процентов от энергопотребления, плюс лучшее качество поверхности | Низкий, процедурный | Отслеживайте падение давления через экранную решетку, а не используйте фиксированный календарь |
Вес изделия заслуживает особого внимания, поскольку его часто неправильно понимают. Стандарты продукции определяют минимальную толщину стенки в любом месте, а не среднюю. Изготовитель, не имеющий встроенного измерительного прибора, должен установить среднюю толщину стены достаточно высокой, чтобы естественные колебания никогда не опускали тонкое место ниже минимального значения, а на трубе DN630 с номинальной стенкой 37,4 миллиметра этот запас может составлять в среднем полтора миллиметра дополнительного материала повсеместно. Закрытие цикла с помощью ультразвукового измерителя позволяет тому же изготовителю обеспечить более строгую дистрибуцию, снизить вес изделия на три-пять процентов и оставаться в соответствии со стандартами. При скорости 1200 килограммов в час это составляет 36-60 килограммов полиэтилена 100 в час, которые идут в продаваемые изделия, а не в избыточную стенку.
Выбор комплекта оборудования в зависимости от масштаба проекта
Правильная линия — та, которая соответствует диаметру смеси, которую производитель фактически продает, а не самый широкий диапазон, который предлагается в каталоге. Четыре конфигурации охватывают большинство компаний, производящих трубы для полива.
| Конфигурация | Диапазон диаметров | Экструдер | Номинальный выход | Длина охлаждения | Haul-Off. | Поток ниже по течению | Относительная инвестиция |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Боковая и небольшая основная линия | DN20 – DN160 | SJ-75/33 с резьбой для подачи | 250 кг в час | От 9 до 12 метров | 4 пути, 20 килонановт | Безпроводной резак и коiler | Низкий |
| Общая линия орошения | DN63 до DN250 | SJ-90/33 с резьбой для подачи | 400 кг в час | 12–18 метров | 4–6 полос, 40 килонановт | Безмаркировочный резак, фаска, наклонная стойка, опциональная намотка | Средний |
| Основная магистральная линия | DN160–DN450 | SJ-120/33 с резьбой для подачи | 800 кг в час | От 18 до 30 метров | 6 дорожек, 60 килонановт | Планетарный дисковый пильный станок, фасонка, наклонная стойка | Высокий |
| Линия с большим диаметром трубы | DN250 – DN630 | SJ-150/33 с резьбовым загрузочным устройством | 1200 кг в час | От 30 до 48 метров | 8 дорожек, 80 – 120 килонановт | Планетарный дисковый пильный станок, фасонка, тяжелая наклонная стойка, интерфейс крана | Очень высокий |
Два варианта меняют экономику любого из этих пакетов. Встроенное ультразвуковое измерение толщины с закрытым циклом управления переводит линию из категории «Средний» в категорию «Высокий» по отношению к первоначальным инвестициям, но окупается за счет экономии смолы быстрее, чем почти любой другой вариант. Возможности быстрой смены инструмента, включая карту для штампов, предварительно нагретые запасные манжеты и обозначенные шкалы позиционирования на рельсах бака, незначительно увеличивают цену и окупаются за счет восстановления рабочего времени на любом производителе, выполняющем смешанные контракты.
Покупатели, сравнивающие поставщиков, найдут европейских производителей, таких как battenfeld-cincinnati и КраусМаффей, на престижном конце рынка с высокоавтоматизированными системами большого диаметра, а также широкий спектр китайских производителей в ценовом диапазоне. Решение редко заключается в том, может ли линия изготавливать соответствующий трубопровод; большинство компетентных линий могут. Речь идет о стабильности производства в течение целого смены, времени перехода, качестве управляющего цикла и о том, будет ли поставщик отвечать на телефон в седьмом году. Позиция Faygo по этому вопросу является известной: двадцать два года в области экструзии труб и профилей, три специализированных завода, семьдесят два часа непрерывных испытаний перед поставкой, открытая политика завода для предварительного осмотра перед покупкой, техническая поддержка в течение двадцати четырех часов, а также ежегодная бесплатная гарантия запасных частей в рамках общей политики послепродажного обслуживания Wanplas.
Faygo также предоставляет консультации на заводском уровне, которые более важны, чем покупатели ожидают на первой линии с большим диаметром: проектирование водопровода и электричества, трехмерное планирование цеха, конфигурация рабочих и обучение, комплексное строительство нового завода, поэтапная замена более старых машин с нулевым простоя производства и исследования расширения мощности, которые определяют реальный узкий звен, а не просто добавление еще одного экструдера. Для производителя, переходящего от DN400 к DN630, исследование планировки цеха часто является решающим фактором, потому что 48 метров охлаждающей линии плюс крановая яма для труб длиной 800 килограммов — это вопрос строительства, прежде чем это станет вопросом оборудования.
Часто задаваемые вопросы
Какую величину экструдера мне нужно для изготовления трубы для орошения DN630 при коммерческом производстве?
Грохоедный одношнековый экструдер с шнеком диаметром 150 миллиметров при соотношении длины к диаметру 33:1, с номинальной мощностью около 1200 килограммов в час с основным приводом мощностью 315 киловатт, является практическим базовым показателем. При DN630 SDR 17 труба весит 66,5 килограмма на метр, поэтому даже 1200 килограммов в час дает всего 0,30 метра в минуту. Меньший экструдер позволит изготовить трубу, но скорость линии становится неэкономичной, а время пребывания в охлаждающем устройстве становится чрезмерным.
Почему грохоедный прием стоит дополнительных затрат по сравнению с экструдером с гладким каналом?
Грохоедный прием транспортирует твердое пеллетное ложе положительно, а не полагается на трение против стенки цилиндра, поэтому выход увеличивается на 20-40 процентов для одного и того же диаметра шнека и становится в значительной степени независимым от давления на головку пресс-формы. Удельная энергия снижается примерно с 0,28 до 0,35 киловатт-часов на килограм до 0,20-0,25. Условие заключается в том, что буш для приема должен быть интенсивно охлаждаем и термически изолирован от нагретого цилиндра.
Как мне выбрать между SDR 26, SDR 21 и SDR 17 для основной линии сельскохозяйственных земель?
Вычислите максимальное устойчивое рабочее давление, добавьте запас на случай скачка, основанный на вероятном изменении скорости и скорости волны трубы, и выберите самую низкую класс давления, который его покрывает. Для большинства магистральных трубопроводов для напояния на плоской местности, работающих под давлением 4–6 бар с скоростью около 1,5 метра в секунду, SDR 17 при PN 10 обеспечивает комфортный запас. Трубопроводы под действием силы тяжести на равномерной местности часто нуждаются только в SDR 26, и экономия смолы на DN500 или DN630 значительна.
Какую скорость плавления мне следует указать для смеси труб большого диаметра?
Укажите 0,2-0,5 грамма за 10 минут при 190 градусах Цельсия и 5 килограммов, и отдайте предпочтение низкому значению для DN500 и выше. Низкая скорость плавления означает высокую прочность расплава, что является тем, что останавливает не поддерживающийся трубопровод расплава от прогиба между пресс-формой и шлифовальной втулкой. Прогиб на толстой стенке приводит к появлению тонкого венчика, который не соответствует минимальному требованию к толщине, даже если среднее значение правильное.
Сколько длины резервуара для охлаждения действительно требуется для линии DN630?
От 30 до 48 метров общей длины вакуумной калибровки и распыляющего охлаждения, потому что теплопроводность через стенку толщиной 37,4 миллиметра определяет и длина охлаждения пропорциональна квадрату толщины стенки. Планируйте здание вокруг этого с самого начала. Переделка длины резервуара в цех, спроектированный для линии DN400, намного дороже, чем предусмотрение этого в первоначальном проекте.
Какое давление вакуума должен поддерживать калибровочный резервуар?
От минус 0,02 до минус 0,06 мегапаскаля, при тонких стенках труб в нижней части и толстых стенках труб большого диаметра в верхней части. Стабильность имеет большее значение, чем абсолютное значение; колебания более 0,005 мегапаскаля вызывают видимый диаметральный рельеф. Разделение резервуара на независимо регулируемые камеры позволяет применять сильное дифференцирование на входе и более мягкое вниз по потоку, что обычно является ключом к поддержанию овальности на DN630.
Моя труба имеет периодические кольцевые отметины вдоль ее длины. Что их вызывает?
Измерьте шаг колец и разделите его на скорость линии, чтобы получить частоту, а затем сопоставить эту частоту с вращающимся или циклирующим компонентом. Три обычных источника — это рипинг сервопривода отвода или зазор, циклирование вакуумного насоса без адекватного буферного объема и скачки уровня воды в калибровочном резервуаре. Слипание катков Caterpillar периодически, поскольку давление зажима слишком низкое, дает тот же самый отпечаток.
Можно ли использовать регринд в трубе под давлением для оросительных магистралей?
Да, в пределах ограничений, установленных регулирующим продуктовым стандартом. Чистая, прослеживаемая, однородная материала из собственного процесса производителя, одного состава и цвета, гранулированная до размеров частиц, близких к первичным гранулам, и дозированная гравиметрически, обычно может использоваться в количестве 5-10 процентов без заметного потери свойств. Смешанный источник или сырье, полученное извне, не должно находиться в стенке трубы под давлением и должно быть направлено на продукты без давления.
Почему моя труба не прошла 1000-часовой гидростатический тест при 80 градусах Цельсия, хотя она прошла краткосрочный тест?
1000-часовой тест выявляет медленное накопление трещин, поэтому неудачи указывают на дефект, который имеет значение только со временем. Обычные причины — это остаточная шовная линия от недостаточного распределителя пресс-формы, нерасплавленная или желеобразная масса от шнека, который не полностью расплавляет состав, пакет стабилизаторов, деградировавший из-за слишком высокой температуры расплава, и загрязнение, которое прошло сквозь экранный пакет. Проверьте место неудачи против позиций портов подачи пресс-формы сначала; циркулярная корреляция идентифицирует пресс-форму сразу.
Сколько времени должно быть зажато соединение сварки впритык на трубе DN315 SDR 17?
Приблизительно 1,0-1,5 минуты на миллиметр толщины стенки, что для стенки толщиной 18,7 миллиметра составляет 19-28 минут под полным давлением. Отпускание слишком рано является наиболее распространенным способом неудачи на поле и не оставляет видимых следов. Машины для сварки, записывающие температуру, давление и время для каждого соединения, являются стандартной практикой на финансируемых схемах орошения именно по этой причине.
Какую глубину погружения должны использовать магистральные трубопроводы для орошения сельскохозяйственных земель?
Стандартная практика заключается в том, чтобы коронка трубы находилась на 0,8–1,2 метра ниже уровня засыпки, что позволяет ей находиться ниже нормальной глубины обработки почвы и распределять нагрузки колес сельскохозяйственной техники. В регионах с сезонным промерзанием почвы труба должна находиться ниже местной линии проникновения заморозков, что может увеличить глубину до 1,5 или 2 метра. Низкие перекрытия, которых нельзя избежать, нуждаются либо в бетонной нагрузочной плите, либо в защитном кожухе.
Насколько много может сэкономить встроенное измерение толщины стенки?
Обычно 3–5 процентов от массы измерителя. Стандарты определяют минимальную толщину в любом месте, а не среднее значение, поэтому производитель, не имеющий встроенного измерения, должен настроить среднее значение на такую высоту, чтобы естественная вариация никогда не превышала минимального значения. Закрытие цикла уплотняет распределение и позволяет среднее значение снизиться. На линии, на которой производится 1200 килограммов в час, это составляет 36–60 килограммов композиции PE100 в час, перенаправляемых из избыточной толщины в продаваемый трубопровод.
Как быстро можно изменить размер линии с DN160 на DN630?
С помощью тележки с быстросменными матрицами, предварительно нагретой запасной инструментации и отмеченных шкал позиционирования на резервуаре и рельсах для выгрузки полноразмерное изменение такого масштаба – задача, требующая длины участка, в то время как изменения между смежными размерами занимают от двух до трех часов. Без этих условий следует ожидать примерно удвоения. Поскольку перепрофилировка – это чистая потеря производительности, меры быстрой замены являются одним из наиболее эффективных вариантов в любой ценовой заявке на линию для производителя, обслуживающего смешанные контракты на орошение.
Нужно ли мне использовать PE100-RC для трубопровода для орошения сельскохозяйственных земель?
Только если метод установки этого требует. Обычная работа с открытой траншейной ямой с контролируемым укладыванием хорошо подходит для стандартного PE100. Методы безканальной установки, такие как плугание и направленное бурение или засыпка с каменным вырытым грунтом, подвергают трубопровод точечным нагрузкам и поверхностным царапинам, которые являются инициаторами трещин, и в этом случае композиция PE100-RC, сертифицированная по испытаниям наогнутого трубопровода, является правильной спецификацией. Сама линия экструзии не требует никаких изменений для работы с композицией RC.
Заключение
Машина для полного экструзии труб для сельскохозяйственного оросительного трубопровода большой пропускной способности из твердого ПЭ представляет собой систему, при создании каждой ее части руководствуются двумя фактами: труба очень большая, а стенка очень толстая. Большой диаметр диктует архитектуру пресс-форми, ориентированную на кошики и гибридные распределители, направляет отвод в сторону восьми синхронизированных по сервоприводам дорожек и направляет выход в сторону гидравлически демпфированных наклонных столов и крана для доступа. Толстая стенка направляет смолу к полиэтилену с низким темпом плавления PE100, направляет систему охлаждения в сторону 30–48 метров длины с градиентом от теплого к холодному и снижает скорость линии до доли метра в минуту, где только высокоточный сервопривод может обеспечить качество.
Правильно определите структуру спецификации, и все остальное последует. DN110–DN630 по SDR 26, 21, 17 и 13,6 охватывает всю иерархию сельскохозяйственных земель от магистрального трубопровода до побочных линий. PE100 с минимальной требуемой прочностью 10,0 мегапаскаля и проектной нагрузкой 8,0 мегапаскаля четко соответствует SDR давлению. Загрузка углеродного порошка от 2,0 до 2,5 процента при степени дисперсии 3 или выше, время индукции окисления не менее 20 минут при 200 градусах Цельсия, удлинение при разрыве выше 350 процентов и вертикальное реверсирование ниже 3 процент��в — это материальные и производственные пороги, которые определяют, может ли заявленная пятидесятилетняя проектная служба быть выполнена. Гидростатическая среда 100 часов при 12,4 мегапаскаля, 165 часов при 5,5 мегапаскаля и 1000 часов при 5,0 мегапаскаля — это доказательство.
С точки зрения производства, рычаги, которые отделяют прибыльную линию от просто функциональной, последовательны: экструдер с резьбой для подачи с дисциплинированным охлаждением щита, пресс-форма без остатков швов, стадийное вакуумирование в калибровочной емкости, достаточно длительное, чтобы стенка успела охладиться, плавный отвод сервопривода со скоростью 0,3 метра в минуту и датчик толщины стенки с закрытым циклом, поддерживающий вес метра в пределах одного процента. Добавить изоляционные накладки на нагревательные ленты, двигатели переменного тока на вспомогательные насосы и целевую температуру расплава вблизи 200, а не 215 градусов Цельсия, и энергоемкость и расход смолы снижаются таким образом, что это сказывается на протяжении всего года.
Faygo, завод Wanplas с двадцать двумя годами опыта в производстве труб и профилей методом экструзии, тринадцать национальных патентов, включая восемь патентов на изобретение, оборудование, сертифицированное по стандартам CE и ISO, и тестирование непрерывной работы в течение семидесяти двух часов перед каждой поставкой, строит полные магистральные линии для систем орошения в полном диапазоне диаметров, необходимых для проектов поставки воды на сельскохозяйственные земли. Миссия бренда Wanplas, заключающаяся в том, чтобы обогревать глобальных клиентов китайским пластиковым оборудованием, здесь выражается в практических обязательствах: линия, конфигурированная в соответствии с диапазоном диаметров, который вы действительно продаете, а не максимальный каталог, планировка цеха и проектирование коммуникаций до установки первого фундаментного болта, обучение операторов до первого изменения размера, техническая поддержка в течение двадцати четырех часов, а также ежегодная бесплатная гарантия запасных частей. Производители, планирующие построить магистральную линию для систем орошения в 2026 году, приглашаются поделиться своим целевым диапазоном диаметров, классами давления и применимым стандартом продукта, чтобы линия могла быть рассчитана на ту работу, которую она действительно будет выполнять.
