5 Тепловые расчёты

Все расчёты в данной части проекта выполнены в соответствии с методическими указаниями.

Материальный цилиндр

Задача состоит в определении необходимой мощности нагревателей материального цилиндра инжекционного узла, работающего в расчётном режиме, и сопоставлении её с табличной мощностью обогревателей выбранной серийной машины Sintesi 300/1600 E4. Для правильно выбранной литьевой машины должно соблюдаться неравенство:

(20)

где N_расч − расчётная тепловая мощность потребляемая нагревателями, кВт;

N_табл − табличная тепловая мощность потребляемая нагревателями, кВт.

Расчёт ведут по уравнению теплового баланса:

(21)

где N_G − тепловая мощность, расходуемая на нагрев полимерного материала, кВт;

N_п − тепловая мощность, расходуемая на потери через боковую поверхность материального цилиндра, кВт;

N_охл − тепловая мощность, расходуемая на охлаждение зоны загрузки материального цилиндра, кВт;

N_мех − тепловая мощность, выделяемая за счёт преобразования механической энергии, кВт.

Решая относительно N_расч , получим:

(22)

Тепловая мощность, выделяемая за счёт преобразования механической энергии (N_мех) определяется по уравнению, полученному опытным путём, поскольку червяк потребляет только часть энергии, которую может развивать привод червяка:

, кВт (23)

где Q − расчётная пластикационная производительность, кг/ч;

с₁ − удельная теплоёмкость полимерного материала, Дж/кг*град;

t₁ и t₂ − температура в зоне загрузки и в зоне дозирования.

В данном случае принимаем:Q = 151,2 кг/ч;

С₁ =1.5×*10 ³Дж/кг*град;

t₁=80°С;

t₂=250 °С.

кВт = 12,7 кВт

Тепловая мощность, расходуемая на охлаждение зоны загрузки материального цилиндра (N_охл) :

Вт, (24)

где C_г − теплоёмкость воды, Дж/кг*град;

∆t_в − перепад температуры воды на входе и выходе из зоны охлаждения;

G_в − количество протекающей воды, кг/с.

В данном случае принимаем:

C_г = 4.19 кДж/кг*град;

∆t_в = 7°C.

Количество протекающей воды (G_в) рассчитывается по формуле:

(25)

Здесь f − площадь сечения подводящих трубок, м²;

V − скорость течения воды, м/с;

ρ − плотность воды, кг/м³.

В нашем случае принимаем:

ρ = 998 кг/м³;

V = 0.1 м/с.

Площадь сечения подводящих трубок (f) рассчитывается:

(26)

м²

кг/с

Вт = 0,91 кВт

Тепловая мощность, расходуемая на потери через боковую поверхность материального цилиндра рассчитывается по формуле:

, Вт (27)

где F − площадь наружной поверхности материального цилиндра;

t_к и t_в − температура наружной поверности кожуха материального цилиндра и окружающей среды;

α − коэффициент теплоотдачи, ( Вт/м²*град), оцениваемый по эмпирической формуле:

(28)

Площадь наружной поверхности материального цилиндра (F) рассчитывается по формуле:

(29)

где D_ц − наружный диаметр материального цилиндра;

L_ц − длина материального цилиндра.

В данном случае принимаем:

D_ц = 0.66 м;

L_ц = 1.66 м;

t_к = 60°С;

t_в = 20° С.

м ²

°С

Вт/м ²*град,

Вт = 1,7 кВт

Тепловая мощность, расходуемая на нагрев полимерного материала (N_G) рассчитывается по формуле:

(30)

где Q − расчётная пластикационная производительность, кг/ч;

С₁ − удельная теплоёмкость полимерного материала, Дж/кг*град;

t₁ и t₂ − температура в зоне загрузки и в зоне дозирования.

В расчёте принимаем:

С₁= 1.5×*10 ³ Дж/кг*град;

t₁ = 80°С;

t₂ = 250°С.

Вт = 10,1 кВт

Тепловая мощность, потребляемая нагревателями материального цилиндра инжекционного узла (N_расч) рассчитывается по формуле (22), тогда:

Вт

Неравенство (20) выполняется:

Таким образом, мощность нагревательных элементов выбранного ТПА достаточна для расплавления и гомогенизации гранул ABS в материальном цилиндре литьевой машины.