CN109263029B - 吹膜机膜泡直径调控装置和调控方法 - Google Patents

Abstract

一种吹膜机膜泡直径调控装置，其挤出模头还配套设有进风管道和出风管道，进风管道连接有送风机，出风管道连接有抽风机；还设有检测膜泡内部气压的第一压力检测器、检测膜泡直径的直径检测器；还设有中转气室，中转气室设有抽气口、加气口和连通口，中转气室的连通口连接有内联气管，内联气管穿过挤出模头；内联气管串接有第一电磁阀；中转气室的加气口通过进气管连接有进气泵，进气管串接有第二电磁阀；中转气室的抽气口通过抽气管连接有抽气泵，抽气管串接有第三电磁阀；还设有检测中转气室内部气压的第二压力检测器。本发明还提供一种吹膜机膜泡直径调控方法。本发明能够简便快捷地调节膜泡直径。

Description

吹膜机膜泡直径调控装置和调控方法

技术领域

本发明属于塑料吹膜的技术领域，尤其涉及一种吹膜机膜泡直径调控装置和调控方法。

背景技术

塑料膜可以由塑料吹膜设备生产。图1所示，常规的吹膜设备包括挤出模头1，挤出模头设有圆环形挤出口10，靠近挤出模头1的上方设有冷却风环21，在远离挤出模头1的上方还设有人字形夹板2，人字形夹板2上方固定设有牵引夹辊4；挤出模头1还配套设有进风管道51和出风管道52，所述进风管道51连接有送风机53，所述出风管道52连接有抽风机54，进风管道的内端55和出风管道的内端56分别开口于挤出模头1的上表面中央区域；还设有检测膜泡内部气压的第一压力检测器61、检测膜泡直径的直径检测器7。上述结构在中国专利文献CN105522718A中有所记载。生产时，熔融的塑料物料由挤出模头1的圆环形挤出口10挤出后形成为膜泡8并向上运行，在运行过程中受到冷却风环21出风口吹出冷风的冷却而逐渐降温，当运行到达某一竖向位置时，膜泡8的温度降到凝结温度而发生凝结，该竖向位置称为冷凝线(位置如图1中虚线n所示)。在上述过程中，送风机53通过进风管道51向膜泡8中充入有带有一定压力的压缩空气，位于冷凝线之下的膜泡8由于尚未凝结，在压缩空气作用下会发生吹胀，从而使膜泡8直径逐渐拉大，从圆环形挤出口10到冷凝线之间的这一段膜泡称为吹胀段（如图1中的AC/BD段），该吹胀段近似呈倒立的圆台形，圆锥形吹胀段的高度h₁即为冷凝线与圆环形挤出口之间的竖向距离；膜泡8经过冷凝线之后，继续上行一段较长的距离而接触到人字形夹板2的下端，从冷凝线到人字形夹板下端之间这一段的膜泡8近似呈圆筒形，称为直筒段（如图1中的CE/DF段），直筒段的竖向高度为H，最后膜泡8向上运行经过人字形夹板2而被逐渐压扁，由牵引夹辊4压实后而成为双层片状薄膜80（如图1中的GK段），从人字形夹板2底端到牵引夹辊4之间这一段的膜泡称为压扁段（如图1中的EG/FG段），压扁段的高度为h₂，压扁段不是标准的几何体形状，但如果计算这一段因直径变化引起的体积变化时，可以采用圆台模型近似简化计算。由于膜泡具有吹胀段、直筒段、压扁段，本申请文件中，当涉及膜泡的体积、膜泡的直径测量或直径调控时，膜泡的直径是指直筒段的直径，也等于直筒段的半径的两倍。

直接或间接影响膜泡直径的因素比较多，比如膜泡温度、物料配方、挤出速度、牵引速度、膜泡内部气压等，但最直接最明显的调控手段是膜泡内部气压。上述送风机和抽风机的形成的气流，其主要作用之一是保持膜泡内气压。膜泡自身的物理化学性质决定了其凝结时的屈服强度，屈服强度即是膜泡被吹胀的临界强度，当膜泡内外气压差超过凝结线部位的膜泡屈服强度时，膜泡将产生塑性形变而被水平周向拉伸，即吹胀，于是膜泡体积增加，内部气压降低，直至膜泡内外气压差产生的拉伸力和凝结线部位的膜泡屈服强度两者重新达到平衡，反之也类似，当膜泡内外气压差下降，则膜泡吹胀程度将降低，于是膜泡直径和体积缩小，直至膜泡内外气压差产生的拉力和凝结线部位的膜泡屈服强度两者重新达到平衡。可见，凝结线部位的膜泡屈服强度从最终结果的角度影响并限定了膜泡内外气压差，即从最终结果的角度决定了膜泡内部气压值。之所以强调是从最终结果影响，是因为从产生源头的角度讲，膜泡内部气压主要来源于送风机和抽风机的工作。但即使送风机和抽风机能够提供很大的气压，也因为膜泡屈服强度的因素导致膜泡内部无法真正实现该很大的气压值。

由于膜泡内部气压值主要来源于送风机和抽风机的工作，因此上述吹膜过程中，当生产工艺参数稳定时，送风速度必须精确等于抽风机的排风速度，才能保持膜泡内部气压和膜泡直径不变。在现有技术中，当需要调节改变膜泡直径时，主要依靠调节改变送风机的风力大小来控制进风量的大小，从而使膜泡直径发生调节改变，上述调控方式在中国专利文献CN105522718A中也有记载。但上述控制方式存在如下问题：当膜泡直径调节改变到设定数值之后，原有的出风量和进风量精确平衡已被打破，即变得不平衡，如果任由这种不平衡发展下去，膜泡直径势必持续发生单向变化，这是不允许的，因而必须再调节抽风机的风力大小，使抽风量与进风量在新的平衡点达到精确平衡；然而，这绝不是一件简单容易的事，必须经过多次反复来回调试，调节花费时间较长，而且这段时间内挤出的膜泡直径就难以保证符合要求，对于经验不足的技术人员来说，调节尤其困难；这就如同要将两个水龙头的流水速度拧到一模一样、使其长时间内流出的水和流入的水数量达到精确平衡，其实不是一件能够一蹴而就的简便快捷的事，而是比较费时和难以把控的一件事，需要依靠经验和水平甚至运气，其难度犹如实现精准的“定点停车”的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种吹膜机膜泡直径调控装置和调控方法，它能够简便快捷地调节膜泡直径。

其目的可以按以下方案实现：一种吹膜机膜泡直径调控装置，包括挤出模头，挤出模头设有圆环形挤出口，挤出模头的上方设有冷却风环，冷却风环的上方还设有人字形夹板，在人字形夹板上方设有牵引夹辊；挤出模头还配套设有进风管道和出风管道，进风管道连接有送风机，出风管道连接有抽风机；进风管道的内端和出风管道的内端开口分别位于于挤出模头的上表面中央区域；还设有检测膜泡内部气压的第一压力检测器、检测膜泡直径的直径检测器；

其特征在于，还设有中转气室，中转气室设有抽气口、加气口和连通口，中转气室的连通口连接有内联气管，内联气管穿过挤出模头，内联气管的内端开口位于挤出模头的上表面中央区域；内联气管串接有第一电磁阀；中转气室的加气口通过进气管连接有进气泵，进气管串接有第二电磁阀；中转气室的抽气口通过抽气管连接有抽气泵，抽气管串接有第三电磁阀；还设有检测中转气室内部气压的第二压力检测器。

所述第一电磁阀为比例电磁阀。

一种吹膜机膜泡直径调控方法，采用所述吹膜机膜泡直径调控装置；在生产过程中，熔融的塑料物料由挤出模头的圆环形挤出口挤出后而形成为膜泡并向上运行，向上运行过程中逐渐吹胀，向上运行一段竖向距离后到达冷凝线而凝结并停止吹胀，然后继续上行而接触到人字形夹板，经过人字形夹板之后被逐渐压扁，最后由牵引夹辊压实后成为双层片状薄膜，其中，从圆环形挤出口到冷凝线之间这一段的膜泡近似呈倒立圆台形，这一段的膜泡称为膜泡吹胀段，其竖向高度为h₁；从冷凝线到人字形夹板底端之间这一段的膜泡呈直立的圆筒形，这一段的膜泡称为膜泡直筒段，其竖向高度为H；从人字形夹板底端到牵引夹辊这一段的的膜泡称为膜泡压扁段，其竖向高度为h₂；

在膜泡直径保持不变的正常生产过程中，送风机通过进风管道向膜泡内腔持续吹入压缩空气，抽风机通过出风管道持续将膜泡内腔的空气抽走，送风机的吹气速度和抽风机的抽气速度保持精确平衡，膜泡的直径保持为2r，膜泡内腔气压保持为气压值为P, 第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀处于闭合状态；

其特征在于，当需要将膜泡的直径由2r调节改变为2R时，进入调节过程，其中r为直径检测器在调节前检测得到的膜泡直径实际值的1/2，即膜泡半径，而 R为期望调节得到的膜泡半径目标值；

在调节过程中，送风机保持通过进风管道向膜泡内腔持续吹入压缩空气，抽风机保持通过出风管道持续将膜泡内腔的空气抽走，送风机的吹气速度和抽风机的抽气速度仍然保持不变，两者仍然保持精确平衡，另外，调节过程还再包括以下步骤：

（1）、若R＞r则启动进气泵并打开第二电磁阀，使外界的空气通过进气管被压送进入中转气室内部；若R＜r则启动抽气泵并打开第三电磁阀，使中转气室内部的空气通过抽气管被抽走；中转气室内部的气压值P_x不断改变，第二压力检测器不断检测中转气室内部的气压值P_x；

（2）、当中转气室内部的气压值P_x符合公式P_x = P + Pπ ( R² H －r²H + R² h₁ /3－ r² h₁ /3+ R² h₂/3 － r² h₂ /3) /V时，关闭步骤（1）中启动的对应气泵及电磁阀，其中，P为膜泡内腔气压值，r 为调节前膜泡半径值，R为膜泡半径调节目标值，h₁为膜泡吹胀段的竖向高度，H为膜泡直筒段的竖向高度，h₂为膜泡压扁段的竖向高度，V为中转气室的内腔体积；

（3）、打开第一电磁阀，使中转气室和膜泡内腔通过内联气管连通，中转气室和膜泡之间通过内联气管发生空气流动，膜泡内腔气压仍然保持为气压值P，膜泡的直径随之改变，中转气室的气压值最终也改变成为气压值P，最后关闭第一电磁阀，完成膜泡直径调控过程，于是膜泡直径变化接近于目标值2R。

所谓人字形夹板底端，是指在膜泡向上运行过程中，接触到膜泡的人字形夹板部位的最下端。

本发明具有以下优点和效果：

一、本发明利用膜泡直径调控前后的膜泡内部气体温度、压强基本保持不变的性质，在调控膜泡直径之前，事先确定直径目标值2R，据此预测膜泡直径调控前后引起的膜泡内部气体物质量变化值；在实际操作中,第一步先将中转气室和膜泡内腔隔绝，利用气泵（进气泵或抽气泵）快速地改变中转气室里面的气压和空气质量，使中转气室的气压变为P_x，且中转气室里面压力值为P_x的空气物质量与原来压力值为P时的空气物质量之差大致等于下一步的膜泡内部因直径调控变化引起的气体物质量变化值，最后将中转气室与外界隔绝，并将中转气室与膜泡内腔连通，于是中转气室与膜泡内腔发生气体流动，膜泡吹胀程度会改变，即改变直径而保持内部气压值不变，且变化后的直径最终值将会大致等于目标直径值2R。

二、 调节过程非常快速，操作非常容易，一蹴而就，一步到位，不需反复调试。

三、调节过程无需改动送风机的送风速度或抽风机的抽风速度，可确保这两者在整个生产过程中一经调定后就一直保持不变、一直保持平衡，无需打破这种平衡，更无需为了这两者达到的新平衡而反复调试。

附图说明

图1是吹膜机结构和工作原理示意图。

图2是本发明具体实施例的整体结构和工作原理示意图。

具体实施方式

实施例一

图2所示，该吹膜机膜泡直径调控装置包括挤出模头1，挤出模头1设有圆环形挤出口10，挤出模头1的上方设有冷却风环21，冷却风环21的上方还设有人字形夹板2，冷却风环21比较靠近挤出模头1而人字形夹板2比较远离挤出模头1，在人字形夹板2上方设有牵引夹辊4；挤出模头1还配套设有进风管道51和出风管道52，进风管道51连接有送风机53，所述出风管道52连接有抽风机54；

进风管道的内端开口55和出风管道的内端开口56分别位于挤出模头1的上表面中央区域；还设有检测膜泡内部气压的第一压力检测器61、检测膜泡直径的直径检测器7；

还设有中转气室9，中转气室设有抽气口93、加气口92和连通口91，中转气室的连通口91连接有内联气管3，内联气管3穿过挤出模头1，内联气管的内端开口30位于挤出模头1的上表面中央区域；内联气管3串接有第一电磁阀31，该第一电磁阀31为比例电磁阀；中转气室9的加气口92通过进气管36连接有进气泵34，进气管36串接有第二电磁阀32；中转气室的抽气口93通过抽气管37连接有抽气泵35，抽气管37串接有第三电磁阀33；还设有检测中转气室内部气压的第二压力检测器62。

实施例二

一种吹膜机膜泡直径调控方法，采用实施例一的吹膜机膜泡直径调控装置， 在生产过程中，熔融的塑料物料由挤出模头的圆环形挤出口10挤出后而形成为膜泡8并向上运行，向上运行过程中逐渐吹胀，向上运行一段竖向距离后到达冷凝线而凝结并停止吹胀，然后继续上行而接触到人字形夹板2，经过人字形夹板2之后被逐渐压扁，最后由牵引夹辊4压实后成为双层片状薄膜80（如图1、图2中GH所示），其中，从圆环形挤出口11到冷凝线之间这一段的膜泡8（如图1、图2中的AC/BD段）近似呈倒立圆台形，这一段的膜泡称为膜泡吹胀段，其竖向高度为h₁；从冷凝线到人字形夹板2底端之间这一段的膜泡（如图1、图2中的CE/DF段）呈直立的圆筒形，这一段的膜泡称为膜泡直筒段，其竖向高度为H；从人字形夹板底端到牵引夹辊这一段的膜泡称为膜泡压扁段，其竖向高度为h₂，如图2所示；

在膜泡8直径保持不变的正常生产过程中，送风机53通过进风管道51向膜泡8内腔持续吹入压缩空气，抽风机54通过出风管道52持续将膜泡8内腔的空气抽走，送风机53的吹气速度和抽风机54的抽气速度保持精确平衡，膜泡8的直径保持为2r，膜泡8内腔气压保持为气压值为P, 第一电磁阀31、第二电磁阀32、第三电磁阀33处于闭合状态；

当需要将膜泡8的直径由2r调节改变为2R时，进入调节过程，其中r为直径检测器7在调节前检测得到的膜泡直径实际值的1/2，即膜泡半径，而 R为期望调节得到的膜泡直径目标值的1/2，即膜泡半径目标值；

在调节过程中，送风机53保持通过进风管道51向膜泡8内腔持续吹入压缩空气，抽风机54保持通过出风管道52持续将膜泡内腔的空气抽走，送风机53的吹气速度和抽风机54的抽气速度仍然保持不变，两者仍然保持精确平衡，另外，调节过程还再包括以下步骤：

（1）、如果R＞r，即准备将膜泡8直径调大，则启动进气泵34并打开第二电磁阀32，而第一电磁阀31和第三电磁阀33保持关闭，使外界的空气通过进气管36被压送进入中转气室9内部，使得中转气室9内部的气压值P_x不断增大；如果R＜r，即准备将膜泡8直径调小，则启动抽气泵35并打开第三电磁阀33，而第一电磁阀31和第二电磁阀32保持关闭，使中转气室9内部的空气通过抽气管37被抽走，使得中转气室9内部的气压值P_x不断降低；第二压力检测器62不断检测中转气室9内部的气压值P_x；

（2）、当中转气室9内部的气压值P_x符合公式P_x = P + Pπ ( R² H －r²H + R² h₁ /3 － r² h₁ /3+ R² h₂/3 － r² h₂ /3) /V时，关闭步骤（1）中启动的对应气泵及电磁阀；具体地说，如果步骤（1）中启动进气泵34及第二电磁阀32，则步骤（2）中关闭进气泵34及第二电磁阀32；如果步骤（1）中启动抽气泵35及第三电磁阀33，则步骤（2）中关闭抽气泵35及第三电磁阀33；

（3）、打开第一电磁阀31，使中转气室9和膜泡8内腔通过内联气管3连通，中转气室9和膜泡8之间通过内联气管3发生空气流动，膜泡8内腔气压仍然保持为气压值P，膜泡8的直径随之改变，中转气室9的气压值最终也改变成为气压值P，最后关闭第一电磁阀31，完成膜泡8直径调控过程，最后得到的膜泡直径接近于目标值2R。

上述实施例二的原理如下：

根据克拉伯龙方程方程pV = nRT（其中nR为常数），在温度不变T的情况下，气体物质的量n（简称气体物质量）可以利用体积和压强的积进行表示。在步骤（3）中,由于在打开第一电磁阀之前，膜泡和中转气室两者的气压不同，所以当打开第一电磁阀之后，空气将在膜泡和中转气室两者之间将发生单向流动，由于膜泡和中转气室两者的总气体量不变，因此膜泡里面的气体量变化值必定等于中转气室里面的气体量变化值；另一方面，由于在膜泡抗拉伸物理性能的限定下，膜泡内部气压保持不变，因此在打开第一电磁阀之后，膜泡直径将会发生变化，且膜泡直径最终会演变成为R，以满足公式P_x V = P V + Pπ (R² H －r²H+R² h₁ /3 － r² h₁ /3+ R² h₂/3－ r² h₂ /3)，即P_x V－ P V =(PπR² H +PπR² h₁ /3+PπR²h₂/3) －(Pπr² H +Pπr² h₁ /3+Pπr² h₂/3) ；上述公式中，P_xV代表打开第一电磁阀之后中转气室里面压力值为P_x的空气气体量，PV代表打开第一电磁阀之前中转气室里面压力值为P的空气气体量，（PπR² H +PπR² h₁ /3+PπR² h₂/3）代表在打开第一电磁阀之后膜泡的气体量，（Pπ r ² H +Pπ r² h₁ /3+Pπ r ² h₂/3）代表在打开第一电磁阀之前膜泡的气体量，P_xV－ P V代表在打开第一电磁阀前后的中转气室气体量变化值，(PπR² H +PπR² h₁ /3+PπR²h₂/3) －(Pπr² H +Pπr² h₁ /3+Pπr² h₂/3) 代表膜泡里面空气在打开第一电磁阀前后的气体量变化值。

上述公式中，虽然用πR² h₂/3代表膜泡压扁段在调控后的体积有所粗略偏差，但用πr² h₂/3代表膜泡压扁段在调控前的体积也同样有所粗略偏差，且两者偏差情况相同，因而两者相减后，偏差部分基本互相抵除，且膜泡压扁段占整个膜泡的体积比例不大，因而上述计算模型的粗略偏差对整体结果影响不大，对实际直径调控操作的误差影响基本可以忽略不计。

Claims (3)

1.一种吹膜机膜泡直径调控装置，包括挤出模头，挤出模头设有圆环形挤出口，挤出模头的上方设有冷却风环，冷却风环的上方还设有人字形夹板，在人字形夹板上方设有牵引夹辊；挤出模头还配套设有进风管道和出风管道，进风管道连接有送风机，出风管道连接有抽风机；进风管道的内端和出风管道的内端开口分别位于于挤出模头的上表面中央区域；还设有检测膜泡内部气压的第一压力检测器、检测膜泡直径的直径检测器；

其特征在于还设有中转气室，中转气室设有抽气口、加气口和连通口，中转气室的连通口连接有内联气管，内联气管穿过挤出模头，内联气管的内端开口位于挤出模头的上表面中央区域；内联气管串接有第一电磁阀；中转气室的加气口通过进气管连接有进气泵，进气管串接有第二电磁阀；中转气室的抽气口通过抽气管连接有抽气泵，抽气管串接有第三电磁阀；还设有检测中转气室内部气压的第二压力检测器。

2.根据权利要求1所述的吹膜机膜泡直径调控装置，其特征在于：所述第一电磁阀为比例电磁阀。

3.一种吹膜机膜泡直径调控方法，采用权利要求1所述吹膜机膜泡直径调控装置；在生产过程中，熔融的塑料物料由挤出模头的圆环形挤出口挤出后而形成为膜泡并向上运行，向上运行过程中逐渐吹胀，向上运行一段竖向距离后到达冷凝线而凝结并停止吹胀，然后继续上行而接触到人字形夹板，经过人字形夹板之后被逐渐压扁，最后由牵引夹辊压实后成为双层片状薄膜，其中，从圆环形挤出口到冷凝线之间这一段的膜泡近似呈倒立圆台形，这一段的膜泡称为膜泡吹胀段，其竖向高度为h₁；从冷凝线到人字形夹板底端之间这一段的膜泡呈直立的圆筒形，这一段的膜泡称为膜泡直筒段，其竖向高度为H；从人字形夹板底端到牵引夹辊这一段的的膜泡称为膜泡压扁段，其竖向高度为h₂；

在膜泡直径保持不变的正常生产过程中，送风机通过进风管道向膜泡内腔持续吹入压缩空气，抽风机通过出风管道持续将膜泡内腔的空气抽走，送风机的吹气速度和抽风机的抽气速度保持精确平衡，膜泡的直径保持为2r，膜泡内腔气压保持为气压值为P, 第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀处于闭合状态；

其特征在于，当需要将膜泡的直径由2r调节改变为2R时，进入调节过程，其中r为直径检测器在调节前检测得到的膜泡直径实际值的1/2，即膜泡半径，而 R为期望调节得到的膜泡半径目标值；

在调节过程中，送风机保持通过进风管道向膜泡内腔持续吹入压缩空气，抽风机保持通过出风管道持续将膜泡内腔的空气抽走，送风机的吹气速度和抽风机的抽气速度仍然保持不变，两者仍然保持精确平衡，另外，调节过程还再包括以下步骤：

（1）、若R＞r则启动进气泵并打开第二电磁阀，使外界的空气通过进气管被压送进入中转气室内部；若R＜r则启动抽气泵并打开第三电磁阀，使中转气室内部的空气通过抽气管被抽走；中转气室内部的气压值P_x不断改变，第二压力检测器不断检测中转气室内部的气压值P_x；

（2）、当中转气室内部的气压值P_x符合公式P_x = P + Pπ ( R² H －r²H + R² h₁ /3 －r² h₁ /3+ R² h₂/3 － r² h₂ /3) /V时，关闭步骤（1）中启动的对应气泵及电磁阀，其中，P为膜泡内腔气压值，r 为调节前膜泡半径值，R为膜泡半径调节目标值，h₁为膜泡吹胀段的竖向高度，H为膜泡直筒段的竖向高度，h₂为膜泡压扁段的竖向高度，V为中转气室的内腔体积；

（3）、打开第一电磁阀，使中转气室和膜泡内腔通过内联气管连通，中转气室和膜泡之间通过内联气管发生空气流动，膜泡内腔气压仍然保持为气压值P，膜泡的直径随之改变，中转气室的气压值最终也改变成为气压值P，最后关闭第一电磁阀，完成膜泡直径调控过程。

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