中空吹塑机生产线的辅助设备与智能化生产线构成（下）

邱睿 邱建成

（承接本刊2020年第五期）

2. 压缩空气的致冷与干燥系统

2.1 空气冷干机工作原理及概述

工业上曾有三种方法用于压缩空气的干燥处理。第一种是利用吸附剂对压缩空气中的水蒸气进行选择性的吸附进行脱水干燥。例如，吸附式压缩空气干燥机，它的工作原理是通过“压力变化”；来达到干燥效果。

由于空气中容纳水汽的能力与压力成反比，干燥后的一部分空气减压膨胀至大气压，这种压力变化会使膨胀空气变得更干燥，然后让它流过未接通气流的需再生的干燥剂层，干燥的再生气洗出干燥剂里的水分，将其带出干燥器来达到除湿的目的。两塔循环工作，连续向用户用气系统提供干燥的压缩空气。吸附式压缩空气干燥机有无热再生吸附式干燥机和微热再生吸附式干燥机之分。

图12两种吸附式压缩空气干燥机的外形图。

第二种是利用某些化学物质的潮解特性进行脱水干燥，如潮解式压缩空气干燥机。

图12 两种吸附式压缩空气干燥机外形图

第三种是当温度下降时，空气的含水能力亦下降，原为气态的水分将变为液态。例如，冷冻式压缩空气干燥机，它的工作原理是：首先对压缩空气作冷却处理，使其中的气态水分变为液态，再通过分离器使气液分离，最后由排水阀将水分排出，从而获得干燥的压缩空气。冷冻式压缩空气干燥机是现在使用最多的一种产品。

2.2 冷冻式压缩空气干燥机（冷干机）的使用

正确使用冷干机是获得所需露点压缩空气、节约再生能耗及延长设备使用寿命的重要前提。冷干机很少单独使用，几乎在所有气动管网中冷干机都是与过滤器配套使用的。这既是满足用气质量的需要，也是冷干机本身能够正常工作的需要。一个典型的冷干机系统需在冷干机进气口前设置两台过滤器，在排气口后设置一台过滤器。

1） 主管路过滤器——它的作用是除去压缩空气进气中粒径较大的液态水滴和固体颗粒。冷干机如果长期处于大量液态水及固体杂质的状态下，将逐渐降低除湿能力，所以除水过滤器的设置非常必要，其精度一般在3～25 μm间选取。

2） 油雾过滤器——如果进入冷干机的空气中含有大量的油膜，会降低冷干机中换热器的换热效果，长此以往，冷干机的除水效果必将大打折扣，同时出口露点也会上升。一般空压机的排气含油量（油雾及油蒸汽）都在几十ppm以上，即使是国产无油空压机的排气含油量也难以做到绝对无油，只有当空压机排气绝对无油时（如离心式空压机），才可以不用油雾过滤器。

3） 微油雾过滤器——经冷干机处理后去除了绝大部分水分，但由于各种原因空气中可能还存在一定的杂质，或达不到工艺上要求的空气质量，此时就需要在冷干机出口处再安装一个微油雾过滤器。

其中精密过滤器精细分级：

① 主管路过滤器能除去大量的液体及3 μ m以上固体微粒，达到最低残留油分含量仅5 ppm，有少量的水分、灰尘和油雾。用于空压机，后部冷却器之后，其它过滤器之前，作一般保护之用；用于冷干机之前，作前处理装置。

② 空气管路过滤器能滤除小至1 μm的液体及固体微粒，达到最低残油分含量仅0.5 ppm，有微量水分、灰尘和油雾。用于A级过滤器之前作前处理之用；冷干机和吸干机之后，进一步提高空气质量。

③ 超高效除油过滤器能滤除小至0.01 μm的液体及固体微粒，达到最低残油含量仅0.001 ppm，几乎所有的水分、灰尘和油都被去除。用于H级过滤和吸干机之前，起保护作用，冷干机之后，确保空气中不含油。

④ 活性炭微油雾过滤器能滤除小至0.01 μ m的油雾及碳氢化合物，达到最低残油含量仅0.003 ppm，不含水分、灰尘和油，无臭无味。起最后一道过滤作用，供一些必须使用高质量空气的单位，如食品工业、呼吸、无菌包装等。

压缩空气精密过滤器外观图与滤芯外观图见图13，左图为各种滤芯图片。

图13 压缩空气精密过滤器外形图与滤芯外观图

2.3 冷干机制冷系统

图14 压缩空气冷干机工作原理图

冷干机是靠冷冻原理工作的，所以制冷系统对设备的正常运行至关重要。

1） 在制冷过程中，制冷压缩机是冷干机的动力源及心脏，为确保产品可靠和稳定的使用效果，避免压缩机漏氟，应选用高质量的制冷压缩机。为保护制冷压缩机，在使用过程中，要避免制冷压缩机受到强烈的碰撞、振动、倾覆等。

2） 如果选用风冷式冷干机，则一定要注意环境温度不能太高，而且空气中不能有太多的灰尘，要保证通风口通风通畅。如果选用水冷型冷干机，一定要保证水源中不能有太多的杂质和污垢，同时要安装过滤器和进行软化处理，以保证水质。

3） 选择冷干机容量时，一般应该选择2～3倍理论需要量的冷干机，以确保生产过程中有足够的压缩空气经过冷却，从而确保生产的需要。

图15 两种压缩空气冷干机外观图

2.4 模具的温度控制与除湿设备

吹塑模具的冷却方式现在主要有三种：第一种是利用自然水对模具进行冷却；第二种是采用冷却水塔对循环水进行散热后，再用水泵对循环水进行加压，输送到模具冷却水道，然后对模具进行冷却；第三种是采用冷水机对循环水进行制冷后，冷却模具。冷水机是一种水冷却设备，能提供恒温、恒流、恒压的冷却水设备。

冷水机的工作过程是：先向机内水箱中注入一定量的水，通过制冷系统将水冷却，再由水泵将低温冷却水送入需冷却的设备或是模具，冷冻水将模具的热量带走时，会造成冷却水温度升高再回流到水箱，起到冷却作用。冷却水温可根据要求自动调节，长期使用可节约用水。

因此，冷水机是一种标准的节能设备。采用普通水冷却（即自然水和水塔散热）方式不能达到高精度、高效率控制运行温度的目的，因为自然水和水塔散热都不同避免的受到自然气温的影响，冬天水温低，夏天水温高。如果气温在30℃的情况下，需要冷却水温度达到10℃左右，这几乎是不可能的，因此，采用这种方式控制其生产工艺过程是极不稳定的。

冷水机与一般采用的水冷却设备完全不同，因为冷水机具有完全独立的制冷系统，不会受到气温及环境的影响，水温可以在5～30℃范围内调节控制，因而可以达到高精度、高效率控制冷却水温度的目的。

冷水机设有独立的水循环系统，冷水机内的水循环使用，可大量节约模具冷却用水。如图16所示为两种冷水机外形图。

图16 两种冷水机外形图

2.5 工业冷水机的冷却工作原理

图17 水冷式工业冷水机工作原理图

工业冷水机主要由三个相互关联的系统组成，即制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。

1） 制冷剂循环过程

蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加），气态制冷剂通过冷凝器（风冷或水冷）吸收热量，凝结成液体，通过热力膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。

2） 制冷剂循环系统

主要由压缩机、冷凝器、贮液器、干燥过滤器、热力膨胀阀、蒸发器、制冷剂等组成。

① 压缩机。压缩机是整个制冷剂循环系统中的核心部件，也是制冷剂压缩的动力源。它的作用是将输入的电能转化为机械能，将制冷剂压缩。

② 冷凝器。在制冷过程中冷凝器起着输出热能并使制冷剂得以冷凝的作用。从制冷压缩机中排出的高压过热蒸气进入冷凝器后，将其在工作过程中吸收的全部热量，包括从蒸发器和制冷压缩机中，以及在管道内所吸收的热量都传递给周围介质（水或空气）带走，制冷剂高压过热蒸气重新凝结成液体。根据冷却介质和冷却方工的不同，冷凝器可分为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器、蒸发式冷凝器三类。

③ 贮液器。贮液器安装在冷凝器之后，与冷凝器的排液管是直接连通的。冷凝器的制冷剂液体应畅通无阻地流入到贮液器中，这样就可以充分利用冷凝器的冷却面积。另一方面，当蒸发器的热负荷变化时，制冷剂液体的需要量也随之变化，此时，贮液器便起到调剂和贮存制冷剂的作用。对于小型制冷装置系统，往往不安装贮液器，而是利用冷凝器来调剂和贮存制冷剂。

④ 干燥过滤器。在制冷循环中必须预防水分和污物（油污、铁屑、铜屑）等进入，水分的来源主要是新添加的制冷剂和润滑油所含的微量水分，或由于检修系统时空气进入而带来的水分。如果系统中的水分未排除干净，当制冷剂通过节流阀（热力膨胀阀或毛细管）时，因压力及温度的下降，有时水分会凝固成冰，使通道阻塞，影响制冷装置的正常运作。因此，在制冷系统中必须安装干燥过滤器。

⑤ 热力膨胀阀。热力膨胀阀在制冷系统中既是流量的调节阀，又是制冷设备中的节流阀，安装在干燥过滤器和蒸发器之间，它的感温包包轧在蒸发器的出口处。它的主要作用是使高压常温的制冷剂液体在流经热力膨胀阀时节流降压，变为低温低压制冷剂湿蒸气（大部分是液体，小部分是蒸气）进入蒸发器，在蒸发器内汽化吸热，达到制冷的目的。

⑥ 蒸发器。蒸发器是依靠制冷剂液体的蒸发（实际上是沸腾）来吸收被冷却介质热量的换热设备。它在制冷系统中的功能是吸收热量（又称输出冷量）。为了保证蒸发过程能稳定持久的进行，必须不断地用制冷压缩机将蒸发的气体抽走，以保持一定的蒸发压力。

⑦ 制冷剂。在现代工业中使用的大多数工业冷水机均使用R22或R12作为制冷剂。制冷剂是制冷系统里的流动物质，它的主要作用是携带热量，并在状态变化时实现吸热和放热。

3） 水循环系统

水循环系统是由水泵将水从水箱抽出到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷却水箱中。

4） 电器自控系统

电器自控系统包括电源部分和自动控制部分。

① 电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供电。

② 自动控制部分包括小型PLC控制器、温控器、压力保护电路、延时器、继电器、各类电磁阀、过载保护电路等，通过相互组合达到根据水温自动启动和停止、保护等功能。

风冷式工业冷水机工作原理图见图18。

其工作原理与水冷式基本相同，只是冷凝器采用了风冷式的，可在一些接冷却水管不方便的地方使用。

图18 风冷式工业冷水机工作原理图

3. 模具除湿

常用的消除模具模腔冷凝水珠的方法包括：

1） 适当提高模具冷却水的温度。这是最简单、最节约的方法。但是这样可能会延长产品冷却的时间周期，从而降低生产率。

2） 在模具的上方加装热风环装置，使经过温度控制的加热空气吹向模腔表面，从而防止模腔的表面产生冷凝水珠现象。这种方法对于生产高质量表面的吹塑产品显得较为重要。

3） 在合模机周围设置局部的隔离空间，在这个隔离空间里面进行空气的恒温恒湿处理，空气隔离可以采用空气幕的方式进行，在一些高速吹塑机生产线上采用这种方法较好。

4. 回料的粉碎设备与输送、存储

4.1 粉碎机

在塑料制品加工的过程中，不可避免的会产生废品和边废料，需要塑料粉碎设备将它粉碎成较小的颗粒，以便及时回收利用。在塑料制品的吹塑加工中，高质量的粉碎设备显得尤为重要。如图19所示为两种塑料粉碎机的外型图。

塑料粉碎机的类型可分为剪切式粉碎机、冲击式粉碎机、压缩式粉碎机、研磨式粉碎机等。

塑料粉碎机的选用主要取决于被粉碎物料的种类、形状以及所需的粉碎程度，不同材质的塑料或者废旧塑料应采用不同的粉碎机。

图19 塑料粉碎机外型图

硬质聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯树脂等是一类脆性塑料，质脆易碎，受到压缩力、冲击力的作用，极易脆裂，破碎成小块，对于这类塑料适宜采用压缩式或冲击式粉碎设备进行粉碎；而对于在常温下就具有较高延展性的韧性塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、ABS塑料等，则只适宜采用剪切式粉碎机，因为它们受到外界压缩、折弯、冲击等力的作用时，一般不会开裂，难以破碎，不宜采用脆性塑料所使用的粉碎设备。此外，对于弹性村料、软质材料，最好采用低温研磨式粉碎机。挤出吹塑中空成型机一般配套选择剪切式粉碎机。

塑料粉碎机动刀与定刀的间隙调整：粉碎不同的产品时粉碎机定刀和动刀的间隙可以不同，如粉碎各种塑料瓶类产品时，动刀和定刀的间隙可调整为1～2 mm；粉碎块类的塑料时，动刀和定刀的间隙可调整为2～4 mm。此外，筛板落孔直径的大小也需要根据料块的不同来确定。

图20国内某公司研制的高强度塑料粉碎机示意图。

图20所示的高强度塑料粉碎机的工作过程：中空成型过程中产生的塑料回用料从进料斗9送入，进入上箱体8遇到被电动机10通过皮带带动皮带轮11，皮带轮安装在主轴5上，主轴5安装有可以作高速旋转的转动刀台3，转动刀台3安装有多组动刀4，动刀4与定刀7产生高速切割作用，将塑料回用料切割成为小型颗粒，从出料斗2排出。

图20 国内某公司研制的高强度粉碎机示意图

国内某公司已成功研制出系列的高强度塑料粉碎机，可破碎厚度达15～25 cm厚的高强度塑料料块。这种粉碎机可以配套自动输送料块的输送机和自动收集粉碎料的风送系统以及冷却水系统，可实现单机的自动化生产。

对于25～100 L系列的塑料桶可以直接放进粉碎机进行粉碎，避免麻烦的锯割过程，减低了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。该高强度粉碎机主要配套于200 L塑料桶以上的大型吹塑机生产线，从实际应用的情况看，与超大型中空吹塑机生产线配套使用良好，大块塑料边料在粉碎中效果很好。此外，该机采用了双层设计，循环水冷却，噪声小，粉碎效率高。

近几年来，随着大型、超大型挤出中空吹塑制品的不断问世，采用常规的塑料粉碎机来粉碎吹塑制品成型过程中的废品和边料已经显得效率低下，因此在大型的塑料撕碎机正得到较快的发展与应用，与塑料粉碎机连成生产线对大中型塑料制品进行撕碎与粉碎处理，对于改变传统的废塑料制品处理方式会产生较大的影响。同时，在减轻操作人员的劳动强度与保障安全操作方面能够发挥较好的作用，近年来在一些大中型、超大型的吹塑制品的生产方面将会得到更多的推广与应用。如图21所示为塑料撕碎机与粉碎机配套运行的示意图。

塑料撕碎机与塑料粉碎机联动生产线，图22一种塑料撕碎机塑料粉碎机联动生产线外观图。

图21 塑料撕碎机与粉碎机配套运行的示意图

图22 一种塑料撕碎机粉碎机联动生产线外观图

4.2 回料的输送、存储

从粉碎机料仓下来的回料一般通过风力输送到储料罐中以便回收再利用。风力的来源一般采用离心风机，随着风力的流动将粉碎好的回料带到储料罐。如图23所示为一种离心风机和储料罐的外形图。

图23 一种离心风机和储料罐的外形图

5. 结语

随着中空成型机生产线的智能化发展，组成智能化生产线需要的辅机设备越来越多了，除了上述这些辅机以外，还有以下辅机也在智能化吹塑机生产线中出现。如：称重机，贴标机，去飞边机（装置），印刷机，气密检测机，打孔机，打包机，输送机等等。吹塑机智能化生产线的发展将会要求更多的智能设备投入使用，而得以减少人工的使用，以提高生产效率及产品质量。吹塑机智能化生产线将会获得更快的发展。