卡塞爾導熱油加熱器在壓延工藝中的應用

一、壓延機的簡介

   壓延機是塑料、橡膠制品生產過程中的基本設備，紡織物的貼膠與鋼絲簾布的貼膠、擦膠、塑膠料的壓片及壓

型、簾布貼隔離膠片和多層膠片的貼合等都有用到壓延機。一般可以按工藝用途和輥筒數量及輥筒排列形式進行分

類：

(a)壓延機按輥筒排列形式可分為I型壓延機、F型壓延機、L型壓延機、z型壓延機、斜z型壓延機、s型壓延機、△

型壓延機及其它形式的壓延機等。壓延機的主要零部件為：輥筒、輥筒軸承、機架、傳動系統、輥距調節與指示裝

置、輥筒撓度補償裝置、輥筒加熱與冷卻溫度控制系統、潤滑系統、電氣控制系統及附屬裝置等。

(b)壓延機按輥筒數量可分為兩輥壓延機、三輥壓延機、四輥壓延機、五輥壓延機及多輥壓延機等。

(c)壓延機按工藝用途可分為貼膠壓延機、擦膠壓延機、壓型壓延機、壓片壓延機、貼合壓延機和試驗用壓延機等

。

二、導熱油加熱器的溫度控制
1 輥筒的導熱油加熱與冷卻溫度控制系統

1 1 輥筒的導熱油加熱與冷卻方式及其結構形式根據輥筒的結構導熱油加熱與冷卻方式有以下兩種：電熱棒加熱(

冷卻靜態導熱油)和燃煤、燃油、燃氣加熱(冷卻循環導熱油)。前一種主要用于中空結構的輥筒，后一種則主要用

于鉆孔結構的輥筒。

1 2 各種壓延機過程都需要在一定的溫度下進行，輥筒溫度的變化和不均勻性對壓延制品質量有很大的影響，不同

品種的塑膠料和不同的工藝方法對輥筒有不同的溫度要求。大多數塑膠料的壓延溫度在160～180℃之間，個別特殊

塑料溫度在50～120℃以上，在壓延過程中不僅要設法維持工藝上所需要的輥筒溫度，而且應力求輥筒整個工作面

溫度均勻一致，并能進行準確控制。因此，壓延機應設置一套效果良好、反應靈敏和操作方便的導熱油加熱與冷卻

裝置及其溫度控制系統。

(1)電熱棒加熱與冷卻結構

優點:結構簡單、價格低廉；缺點是溫度不均勻、調溫不方便。這種結構主要有用于中空結構的輥筒，在輥筒空腔

中充以導熱油，并裝入管狀電熱棒，通過電加熱將輥筒內的靜態導熱油加熱，使輥筒升溫。同時，輥筒內腔還裝有

葉片式冷卻器，需要時可通入冷態導熱油使輥筒降溫。

(2)導熱油循環加熱與冷卻結構

目前新型壓延機均采用鉆孔輥筒，而鉆孔輥筒通常采用導熱油進行循環加熱與冷卻。導熱油循環加熱一般采用電加

熱油爐將導熱油加熱后，用熱油循環泵將熱態導熱油通過管道、輥筒端部的旋轉接頭及中心管進入輥筒內腔，導熱

油再沿輥筒內的斜孔流入靠近輥面的孔中，將輥面加熱，然后又通過斜孔及中心管和輥筒內腔之間經旋轉接頭排出

輥筒，重新回到熱油爐。根據所需的輥溫，再將導熱油加熱。如此不斷循環，把輥筒表面加熱到工藝所需的溫度。

導熱油循環加熱與冷卻裝置有如下特點：

(a)加熱與冷卻反應靈敏，輥面溫度比較均勻。

(b)提高溫度時不必提高油壓，熱油溫度為180～220~C時，熱油壓力僅為0．3～0．5MPa，由于工作壓力較低，可方

便壓延機和管路的制造、使用和維修。

(c)不必經常清洗壓延機和管道，可免去水處理設備。

2 輥簡的導熱油加熱與冷卻計算分析

2．1 加熱計算

壓延機需要對輥筒進行加熱有以下幾點：

(a)在壓延過程中塑膠料變形產生的熱量小于壓延過程中物料帶走和散失的熱量。輥筒的導熱油加熱時所需的熱量

可以按下列方法進行計算。

(b)壓延機工作開始前，將輥筒從室溫預熱到工藝所需的溫度，該溫度根據塑膠料與工藝要求而定，一般在160～

180℃ 范圍內，個別溫度在70～ 120oC之間。

(1)壓延機預熱時輥筒所需的熱量

壓延機預熱時輥筒達到工藝溫度所需的總熱量

Q，kJ／h

Q=n(Q +Q：+2Q )+Q (1)

式中n— — 輥筒數量

q —— 輥筒從室溫預熱到工藝溫度所需熱

量，kJ／h

Q =[G C( 一T1)]／t (2)

式中G — — 輥筒重量，kg

C—— 輥筒材質的比熱容，kJ／(kg·K)

— — 輥筒預熱需達到工藝溫度，K

— — 輥筒始溫，K

￡—— 設定升溫時間，h

Q ——加熱過程中輥面向周圍散失的熱量，

kJ／h

Q2=Q對流+Q輻射

= 3．6( K+ )A ( 筒一T空氣) (3)

式中 — — 對流給熱系數，W／(m ·K)

K=1．163 (T輥筒一 氣)／D (4)

式中 筒— —輥筒表面溫度，K

審 — — 輥筒周圍空氣溫度，K

D——輥筒工作部分直徑，m

OL ——輻射給熱系數，W／(m ·K)

等 ㈣

式中A——輥筒工作表面散熱面積，m

A=~rDL (6)

式中 ——輥筒工作表面長度，m

Q ——軸承體與軸瓦帶走和散失的熱量，

kJ／h

Q3=3．6 ㈩

輥筒～ 』軸承

式中A — — 軸瓦導熱系數，w／(m ·K)

A：——軸承體導熱系數，w／(m ·K)

— — 軸瓦與軸頸的接觸長度，m

d — —軸瓦內徑，m

— — 軸瓦外徑，m

承——軸承體溫度，K

q —— 壓延機運轉時間，軸承等處潤滑油

帶走的熱量，kJ／h

Q4：g油( 回油一 進油)C1 (8)

式中g油—— 潤滑油耗量，kg／h

回油——潤滑油回油溫度，K

油—— 潤滑油進油溫度，K

C — — 潤滑油比熱容，l(J／( ·K)

為了簡化計算，忽略了壓延機運行中軸在所產生的摩擦熱量。

(2)壓延機工作時輥筒所需的加熱量在壓延過程中，壓延機所消耗的功率除少部分為傳動系統摩擦損失外，大部分

被轉化為壓延塑膠料所需的熱能及其有關損耗與自然散失。若轉化的

熱能尚不足以補償脫粒升溫要求及各種散失時，則輥筒需加熱；若能達成平衡，則可不用加熱。如果輥筒轉速較高

，塑膠料剪切變形和摩擦生熱過多時，則輥筒應冷卻，以維護所需輥溫。厚壁圓筒變形與應力的相容性分析壓延過

程中由所耗功率轉化成的熱量Q功，kJ／h

Q功=3600N~7 (9)式中 壓延機實際消耗的功率，kW——傳動系統的機械效率

在壓延過程中消耗的熱量Q耗，kJ／hQ耗=Q膠料+Q空氣 (10)式中Q膠料——壓延過程中所膠料所帶走的熱量，

k1／h

Q膠料=qC2( 一T1) (11)

式中g—— 壓延機產量，kg／h

C：—— 膠料比熱容，kl／(kg·K)

— — 壓延后膠料溫度，K

。— — 壓延前(供料)膠料溫度，K

Q宰與—— 輥筒表面及膠層向周圍空氣散失的

熱量，kJ／h；

Q空氣=n(Q對流+Q輻射)

=n[(0[k+0[ )A( 輥筒一 空氣)] (12)

式中凡— —輥筒數量

0[ 見式(4)，0[ 見式(5)。

在壓延過程中所需的總加熱量Q kJ／h

Q 總=Q膠料+Q空氣一Q功 (13)

上述計算中，尚需考慮壓延工作過程中其它方

面的損失，如管路損失、機架的散熱等，故在考慮

所需總加熱量Q 時，應根據計算值增加10％ ～

20％ ，即：

Q 1．1Q 總～1．2Q 總 (14)

(3)導熱油加熱計算

若輥筒為中空結構，采用導熱油加熱時，根據

熱量平衡的原則，預熱時的導熱油消耗量 熱，

m ／h；

We熱=n[Q／(C熱△ 熱)] (15)

式中凡— — 輥筒數量

Q—— 預熱時加熱每個輥筒所需的熱量，

kJ／h

C執——預熱時導熱油的比熱容，

kJ／(kg·K)

△卜預熱時導熱油的進口與出口溫差，K

y熱— — 預熱時導熱油的密度，kg／m

在壓延過程中的熱態導熱油循環量 熱，m ／h；

日熱=Q ／(c熱△ 熱) (16)

式中 Q —— 壓延過程中所需的總熱量，kJ／h

C執—— 加熱是熱態導熱油的比熱容，

kJ／(kg·K)

△ 加熱時熱態導熱油的進口與出口溫

差，K

y熱— —加熱時熱態導熱油的密度，kg／m

(4)導熱油冷卻計算

當壓延過程中所消耗的功能，包括塑膠料摩擦熱量，轉化成熱能的熱量大于塑膠料吸收帶走的熱量及各種熱耗時，

為保持工藝溫度，防止塑膠料燒焦，輥筒必須通入冷態導熱油將多余的熱量導走。需要導走的熱量Q導，kJ／h；

Q導=Q功一Q膠料一Q空氣 (17)

則冷態導熱油的循環量w冷卻，m ／h

Wn卻=Q導／(c冷△ 冷) (18)

式中C玲—— 冷態導熱油的比熱容，kJ／(kg·K)

△卜冷態導熱油的進口與出口溫差，K

y冷—— 冷態導熱油的密度，kg／m

4 結束語

 
    導熱油的循環加熱與冷卻系統可分為單用式和共用式兩種。單用式是一臺壓延機每個輥筒有一組獨立的加熱與

冷卻裝置及循環系統；共用式是一臺壓延機數個輥筒合用一組加熱與冷卻裝置及循環系統。共用式的優點是結構比

較簡單，管路不復雜，設備費用較少。但缺點是各個輥筒相互之間的加熱與冷卻有影響，不能單獨控制，故只適用

于各個輥筒工作溫度相差不多的情況。壓延機的輥筒工作表面溫度的控制和調節，是根據壓延工藝的要求由溫度控

制儀自動進行控制。首先在儀表上預先給定所需的溫度值，然后通過設在輥筒出口處和進口處的測溫電阻或熱電隅

，測出輥筒出口溫度和進口溫度，并將其訊號輸入溫度控制儀，與溫度控制儀內的設定值進行比較，然后輸出比較

后的訊號，從而通過調節閥控制輸入的熱態導熱油或是冷態導熱油，并調節輸入的導熱油循環流量。此外，整個導

熱油循環加熱與冷卻裝置的密封結構必須良好，且使用一段時間后需換新的導熱油。