[发明专利]用于橡胶混炼过程的胶片风冷节能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶加工过程的胶片风冷方法，尤其是一种用于橡胶混炼过程的胶片风冷节能控制方法。

背景技术

橡胶工业在国民经济中占重要的地位。人们的生活处处离不开橡胶制品，小到我们常用的橡皮、运动鞋，大到巨型轮胎等等，均由橡胶制成。

橡胶混炼是指将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的过程，是橡胶加工工艺中最基本和最重要的工艺过程之一。生胶(如天然橡胶等)和各种添加剂首先在密炼机中经过混炼。混炼主要在密炼机中进行，混炼胶排出后经过冷却，然后经过挤出、压延、成型等工序，进而制成各种橡胶制品。

密炼机混炼通常采用一段混炼和分段混炼两种方法：

一段混炼是从加料于密炼室中开始到混炼完毕一次完成混炼，然后排料至压片机下片冷却，停放备用。采用这种混炼方法，胶料在混炼过程中间不需排料下片、冷却停放。

分段混炼分为母炼和最终混炼两步。在两次混炼之间，胶料必须经过压片冷却和停放，然后才能重新进行混炼。这种方法是先在密炼机上进行除硫磺以外的母胶混炼，下片冷却并停放一定时间后，再重新投入密炼机并加入硫磺混炼。第一次混炼方法与一段混炼法一样，唯时间稍短。

无论采用上述哪种混炼方法，胶片冷却都是必不可少的。目前普遍采用的胶片冷气机可对胶片进行输送、涂隔离剂、风冷、干燥、裁断及折叠等连续生产作业，都是采用风冷的冷却方式。由于风冷冷却传热系数较低，为确保冷却效果，现有设备往往采用较长的冷却线，风机台数偏多并全年运转，胶片冷却过程消耗大量电能。因此设计新型、节能的胶片风冷控制方法对橡胶生产的节能具有重要意义。

针对胶片冷却过程的节能，国内外近年来相关的技术解决思路主要采用变频器调速，但变频器价格昂贵，分解出的高次谐波对电网有一定的污染，因此交流变频技术在橡胶制造业中的应用比较少。目前国内尚未有针对橡胶混炼过程胶片风冷节能控制方法方面的成果。

发明内容

为了克服已有现有橡胶加工过程的胶片风冷方法的能耗大、使用寿命短、改造成本高的不足，本发明提供一种能够降低能耗、提高设备的使用寿命、改造成本低的用于橡胶混炼过程的胶片风冷节能控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于橡胶混炼过程的胶片风冷节能控制方法，包括以下步骤：1)、输入风机的工作参数、胶片的传输速率m_橡、胶片冷却目标温度T_out和环境状态数据，所述风机的工作参数包括风机直径D和送风量，所述环境状态数据包括环境温度T_a和相对湿度

2)、根据所述输入的参数求解热量衡算方程和传热速率方程，即首先计算胶片的放热量Q，并根据风机射流的流动状态求解出胶片风冷的平均努塞尔准数Nu，得到相应的传热系数h；再计算胶片上水分汽化所带走的热量Q_w和空气对流流动所带走的热量Q_h；

根据热量平衡方程：

求解传热面积F：

其中，ΔT_m为传热温差，h为空气冷却的对流传热系数，H_胶片为胶片表面温度下空气的饱和湿度，H为空气的湿度，r_胶片为胶片表面温度下水的汽化潜热；

F＝4lbn，l、b分别为沿空气流动方向胶片的长度、射流主体短断面半径，b≈r₀，r₀为风机半径，n为完成胶片冷却所需的风机台数；

完成胶片冷却所需的风机台数n为：

n＝F/2lD                      (7)

其中D为风机直径；

3)、根据步骤2)的计算结果来控制风机的启停。

作为优选的一种方案：在所述步骤2)中，计算胶片放热量Q的算式为：

Q＝c_橡·m_橡·(T_in-T_out)(1)

上式(1)中：c_橡为胶片的比热容，J/(kg·K)；m_橡为胶片传输的质量速率，kg/s；T_in为胶片进口温度，℃；T_out为胶片冷却目标温度，℃。

进一步，在所述步骤2)中，风机射流的流动状态为湍流圆射流，计算胶片风冷冷却的传热系数h的过程包括：

设定壁温恒定、物性数据不变，形成湍流边界层平板传热的平均努塞尔准数由下式求得：