Надежность регулятора температуры пресс-формы (РТП) напрямую зависит от надежности насоса внутри него. Нагреватель, ПИД-регулятор и трубопроводы из нержавеющей стали привлекают к себе основное внимание в маркетинге, но на реальном производстве литьевых форм или литьевых линий первым делом выходит из строя — и останавливает работу оборудования — почти всегда циркуляционный насос. Более десяти лет мы поставляем насосы производителям РТП в Китае, Индии, Германии и Юго-Восточной Азии, и неоднократно наблюдали одну и ту же закономерность: неправильный насос превращает высокопроизводительный регулятор температуры пресс-формы в источник проблем с обслуживанием. Правильный же насос работает годами.
Данное руководство написано с точки зрения производителя насосов, а не производителя контроллеров. В нем рассматривается вопрос выбора, подбора и герметизации насоса для контроллера температуры пресс-формы в условиях литья под давлением с использованием воды, масла и при высоких температурах, а также инженерные компромиссы, с которыми сталкиваются OEM-интеграторы при выборе насосов MTC.
1. Понимание роли насоса внутри контроллера температуры пресс-формы (MTC)
С механической точки зрения, регулятор температуры пресс-формы представляет собой замкнутый тепловой контур, состоящий из пяти компонентов: нагревателя, теплообменника, датчика, ПИД-регулятора и циркуляционного насоса. Насос MTC — единственная движущаяся часть, выполняющая непрерывную работу. Его задача проста — прокачивать теплоноситель (воду или термомасло) через каналы охлаждения пресс-формы с заданной скоростью потока и давлением, — но диапазон его работы очень жёсткий.
Типичный насос MTC работает 18–24 часа в сутки при температурах от 90°C до 350°C, преодолевая постоянно меняющееся противодавление со стороны пресс-формы, иногда через охлаждающие каналы уже 6 мм. В отличие от технологического насоса на химической линии, работающего в постоянном режиме, насос для регулирования температуры пресс-формы циклически реагирует на перерывы в нагреве, охлаждении и смене пресс-форм. Кроме того, от него ожидается устранение воздушных пробок при каждой замене пресс-формы.
Именно поэтому выбор насоса MTC не сводится к выбору насоса с правильным расходом и напором. Устройство также должно выдерживать термический шок, риск сухого пуска во время смены пресс-формы и не допускать утечек жидкости в системах на масляной основе. На практике этим параметрам соответствуют три категории насосов: вихревые насосы (регенеративно-турбинного типа), центробежные насосы и варианты с магнитным приводом или герметичным двигателем. Выбор подходящего типа зависит от рабочей среды, температуры и того, насколько велик риск утечек, который производитель готов компенсировать с помощью инженерных решений.
2. Анатомия спецификации: как параметры насоса MTC влияют на реальную производительность пресс-формы.
Пять параметров, которые фактически определяют работоспособность насоса MTC, — это расход, напор, рабочая температура, способ уплотнения и конфигурация двигателя. Первые два параметра связаны характеристикой насоса; остальные являются независимыми конструктивными решениями.
Расход (Q) Это определяется общим поперечным сечением каналов охлаждения пресс-формы и требуемой разницей температур. Общее эмпирическое правило для литьевых машин: на каждый 1 кВт охлаждающей нагрузки требуется примерно 3–15 л/мин потока воды в зависимости от желаемой разницы температур по всей пресс-форме — чем меньше ΔT, тем больше поток.
Голова (H) Напор определяется конструкцией каналов охлаждения — длинные каналы, резкие изгибы и сердечники малого диаметра увеличивают потери на трение. Для литьевых форм с большим количеством полостей и инструментов для литья под давлением с несколькими параллельными контурами требования к напору часто превышают 40 м водяного столба, после чего обычный центробежный насос начинает терять эффективность, и вихревой насос становится более подходящим решением.
В таблице ниже приведено краткое описание рабочих параметров, которые мы обычно указываем в проектах MTC OEM:
| Середина | Максимальная рабочая температура | Типичный расход (Q) | Типичная голова (H) | Рекомендуемый тип насоса |
| Вода под давлением | 120 °C | 40–200 л/мин | 15–25 м | Стандартная центробежная нержавеющая сталь |
| Вода под давлением | 160 °C | 30–150 л/мин | 25–50 м | Вихревой насос с высоким напором |
| Вода под давлением | 180 °C | 30–120 л/мин | 30–60 м | Вихревой насос с магнитным приводом |
| Термомасло | 200 °C | 30–200 л/мин | 25–50 м | Центробежное уплотнение для горячего масла |
| Термомасло | 320 °C (литье под давлением) | 40–250 л/мин | 30–60 м | Соединённый насос горячего масла или магнитный привод |
| Термомасло | 400 °C | 30–200 л/мин | 25–50 м | Высокотемпературный комбинированный насос |
Кривая производительности насоса всегда находится в точке пересечения кривых со стороны насоса и со стороны системы. Общий расход через каналы охлаждения пресс-формы — это то, что должен обеспечивать насос MTC; общее падение давления в этих каналах — это минимальный напор, который должен обеспечивать насос. Постройте рабочую точку — если она находится ниже кривой насоса, у агрегата есть запас мощности; если она находится выше, насос недостаточно мощный, и пресс-форма не достигнет заданного значения.
Для более подробного ознакомления с принципом работы центробежных насосов, в частности, см. наше руководство по эффективности промышленных центробежных насосов.
3. Насосы для перекачки воды и масла: почему выбор насоса зависит от рабочей среды.
Большинство покупателей контроллеров температуры пресс-форм рассматривают выбор типа жидкости (вода или масло) как бинарное решение, определяемое температурой. Однако внутри насоса все гораздо сложнее — вода и термомасло — это две совершенно разные жидкости, и насос должен быть выбран соответствующим образом.
Водяные насосы MTC Работают в замкнутом контуре под давлением. Стандартные водонапорные установки, рассчитанные на 120 °C, используют центробежные насосы с медным или нержавеющим рабочим колесом и обычными механическими уплотнениями — это экономичный вариант по умолчанию. Как только система должна нагреться до температуры выше 140 °C, вода переходит в режим, в котором обычные центробежные насосы быстро теряют напор, а любое механическое уплотнение становится компонентом высокого риска из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения. При 160 °C и выше стандартным решением в отрасли MTC в настоящее время является вихревой насос с высоким напором (также называемый регенеративным турбинным насосом), часто изготовленный из нержавеющей стали 304 или 316L. При 180 °C производители оборудования почти всегда указывают вихревой насос с магнитным приводом, чтобы полностью исключить динамическое уплотнение.
Масляные насосы MTC Термомасло работает при температуре 200–350 °C. Термомасло имеет меньшую плотность, меньшую удельную теплоемкость и меньшее давление пара, чем вода, но оно также имеет сильную склонность к обугливанию в местах перегрева, разрушению эластомеров уплотнений и воспламенению при попадании на горячую поверхность. Роль насоса здесь не только гидравлическая; это компонент безопасности. В стандартных маслонасосных установках до 200 °C могут использоваться центробежные насосы для горячего масла с механическими уплотнениями с твердым покрытием. При температуре выше 230 °C стандартными в отрасли становятся насосы с магнитным приводом или с муфтовым соединением для горячего масла. При 320 °C — типичной рабочей точке алюминиевого литьевого оборудования — почти во всех современных установках используется конструкция привода без уплотнений.
Причина проста. Утечка в термостате с водой при температуре 100 °C — это проблема поддержания порядка. Утечка в термостате с маслом при температуре 320 °C представляет собой пожарную опасность. Именно поэтому наш клиент в Индии, заказывающий оборудование для литья под давлением, специально запросил магнитових вихревых насосов MDW и сварочных насосов серии WD для контуров контроля температуры пресс-форм — требование отсутствия утечек является обязательным в ячейках непрерывного литья.
Что касается маслонасосных систем, наша команда более подробно рассмотрела вопросы выбора в руководствах по выбору насосов для перекачки горячего масла и по выбору циркуляционных насосов для термомасла.
4. Критически важный вопрос герметизации: механическое уплотнение, магнитный привод или герметичный двигатель для насосов, регулирующих температуру пресс-форм.
Если спросить опытного специалиста по обслуживанию MTC, откуда берется 80% отказов насосов, ответ будет: сальник вала. Постоянные термические циклы, периодический сухой ход во время смены пресс-форм и воздействие деградировавшей теплоносителя — все это разрушает уплотнительные поверхности. Для решения этой проблемы существует три варианта конструкции:
Насосы с механическим уплотнением Это самый дешевый вариант, и они по-прежнему доминируют на рынке MTC начального уровня. Уплотнительные пары из твердого карбида кремния могут выдерживать температуру воды до 180 °C, если промывка уплотнения спроектирована должным образом. Недостаток неизбежен: уплотнения являются изнашивающимися компонентами и со временем выйдут из строя. Для производителя MTC, выпускающего 1000 единиц в год, каждая единица, отгруженная с механическим уплотнением, представляет собой потенциальный гарантийный случай.
Насосы с магнитным приводом Передача крутящего момента осуществляется через синхронную магнитную муфту в неподвижном защитном кожухе. Динамическое уплотнение отсутствует — технологическая жидкость полностью заключена внутри. Это стандартное решение для высокотемпературных водонагревательных установок, маслонагревательных установок с температурой выше 230 °C и любых применений, где утечка жидкости недопустима. Наши серии MDH, MDW и MDC разработаны на основе этого принципа, и мы интегрировали их в конструкции установок для клиентов в Индии, Германии и Южной Корее.
Насосы с герметичным двигателем Мы развиваем концепцию без уплотнений еще дальше: ротор двигателя вращается внутри рабочей жидкости, а тонкий металлический корпус отделяет его от статора. Нет муфты, нет внешнего вала, нет открытых подшипников — насос герметично закрыт. Мы используем эту конструкцию в нашей серии герметичных вихревых насосов PWH/PWD/PWM, которые используются в агрегатах MTC, работающих с летучими теплоносителями, в низкотемпературных системах и контурах охлаждения полупроводниковых материалов высокой чистоты.
Простая матрица принятия решений:
| Приложение | Рекомендуемая конфигурация уплотнения |
| Температура воды MTC, ≤ 120 °C, чувствительна к стоимости. | Механическое уплотнение, центробежное из нержавеющей стали |
| Температура плавления воды (MTC), 140–180 °C | Вихревой насос с магнитным приводом |
| Температура плавления в масле (MTC), ≤ 200 °C, стандартное литье под давлением | Масляный насос с механическим уплотнением (с охлаждающей камерой) |
| Масло MTC, 230–320 °C, литье под давлением | Насос горячего масла с магнитным приводом или муфтовый насос |
| Масляный MTC, > 320 °C, большие литейные ячейки | Сопряженный высокотемпературный термомасляный насос |
| Криогенная или фторированная охлаждающая жидкость MTC | Вихревой насос с герметичным двигателем |
Для получения более подробной информации о технических аспектах выбора магнитного привода, в нашем руководстве по выбору насосов с магнитным приводом рассматриваются потери на магнитной связи, вихревые токи и момент развязки.
5. Выбор вихревого насоса для применения в системах с высоким напором и низким расходом при высоких температурах пресс-форм.
Каналы охлаждения пресс-форм редко требуют огромного расхода. Им необходим постоянный напор при колеблющемся сопротивлении системы — и именно здесь вихревой насос (регенеративный турбинный насос) превосходит стандартную центробежную конструкцию.
Физический принцип: вихревое рабочее колесо передает энергию жидкости в несколько этапов по периферии, обеспечивая напор в 4–8 раз больший, чем у центробежного насоса сопоставимого размера при той же частоте вращения. Для производителя многопозиционных пресс-форм это означает возможность достижения напора 40–60 м, необходимого для пресс-форм с большим количеством полостей, без необходимости использования более мощного двигателя или многоступенчатого насосного агрегата. Насос остается компактным, площадь, занимаемая двигателем, невелика, а шкаф многопозиционной пресс-формы остается удобным для обслуживания.
Где размещаются вихревые насосы в системе подачи воздуха для регулирования температуры пресс-формы:
● Высоконапорные, низкопоточные многоконтурные литьевые машины, подающие литьевую матрицу в многоконтурные формы.
● Термостаты с горячей водой под давлением в диапазоне температур 140–180 °C
● Компактные шкафообразные модули с ограниченным пространством для установки.
● Применение в самовсасывающих системах, где MTC может выдерживать небольшое количество захваченного воздуха.
На что следует обратить внимание: вихревые насосы чувствительны к абразивным частицам. Если насос MTC работает с плохо отфильтрованной водой (накипь, частицы ржавчины), малый зазор между рабочим колесом и корпусом быстро изнашивается, и напор падает. Производителям насосов MTC мы обычно рекомендуем использовать насос в паре с входным сетчатым фильтром с размером ячейки 50–80 меш.
Наши вихревые насосы серии WD из латуни/нержавеющей стали, вихревые насосы серии WH из нержавеющей стали и вихревые насосы высокого напора WK разработаны с учетом этого режима работы. Вихревой насос WD является наиболее распространенным агрегатом, интегрируемым OEM-производителями в термостаты для воды с температурой 120–160 °C; вихревой насос WH из нержавеющей стали используется, когда важна коррозионная стойкость; вихревой насос высокого напора WK предназначен для случаев с напором более 40 м. Для работы с водой под давлением при температуре 180 °C и выше магнитный вихревой насос MDW полностью заменяет динамическое уплотнение.
Более подробное техническое описание вихревой гидравлики содержится в нашем руководстве по выбору промышленных вихревых насосов.
6. Подбор насосов для горячего масла к системам MTC для литья под давлением и высокотемпературным масляным контурам.
Контроль температуры литейной формы — наиболее сложная задача для термомасляного насоса. Рабочая температура постоянно поддерживается на уровне 280–320 °C. Само масло стареет, а его вязкость падает по мере карбонизации. Цикл включает в себя постоянные изменения потока при открытии, закрытии и выбросе литейной формы. А последствия утечки для безопасности проявляются незамедлительно.
Три варианта конструкции насосов MTC для горячего масла:
Соединенные насосы для горячего масла Для поддержания температуры механического уплотнения значительно ниже температуры рабочей жидкости используется длинный вал и воздухоохлаждаемая изоляционная камера. Двигатель расположен на значительном расстоянии от горячей зоны, часто с дополнительным вентилятором. Это отраслевой стандарт для работы с термомаслом при температуре 300–400 °C в ячейках непрерывного литья под давлением. Наш высокотемпературный термомасляный насос WRY-H с механическим уплотнением рассчитан на температуру до 400 °C и является конфигурацией, которую большинство крупных производителей литьевых машин с механическим уплотнением выбирают для литья алюминия под давлением.
Насосы для горячего масла с магнитным приводом Полностью исключить динамическое уплотнение. Это увеличит стоимость, а магнитная связь может разъединиться при резких скачках вязкости, но для производителей оригинального оборудования, чьи клиенты используют автоматизированные литейные цеха без обслуживающего персонала, гарантия отсутствия утечек того стоит.
Центробежные насосы с механическим уплотнением для горячего масла Допустимые температуры составляют до 200 °C в масляных термопластичных компаундах, предназначенных для стандартного литья под давлением конструкционных термопластов (PEEK, PPS, PEI). При температурах выше этого диапазона необходимо перепроектировать конструкцию уплотнения и системы охлаждения или заменить насос на вариант с магнитным приводом или муфтой.
Прямое техническое сравнение центробежных и шестеренчатых насосов для горячего масла приведено в нашем руководстве «Центробежные и шестеренчатые насосы для горячего масла». Более подробную информацию о применении в высокотемпературных условиях см. на нашей странице, посвященной решениям для высокотемпературных насосов.
7. Практический метод расчета размеров насосов для инженеров MTC и OEM-интеграторов.
Самый простой способ подобрать насос регулятора температуры пресс-формы, который не приведет к проблемам с гарантией, — это рассчитать его, исходя из фактической нагрузки на систему охлаждения пресс-формы. Вот протокол, который используют наши инженеры-технологи, когда производитель пресс-форм отправляет нам запрос на подбор насоса:
Шаг 1 — Определите тепловую нагрузку. Используйте базовый тепловой баланс: Q = m × Cp × ΔT, где Q — количество отводимого тепла в кВт, m — массовый расход, Cp — удельная теплоемкость среды (4,18 кДж/кг·К для воды, ~2,1 кДж/кг·К для типичного термомасла), а ΔT — разница температур на подаче и возврате расплава в форму.
Шаг 2 — Преобразование в объемный расход. Для воды рабочая формула выглядит следующим образом: Q [л/мин] ≈ 14,3 × кВт / ΔT [°C]. Таким образом, для нагрузки в 10 кВт при разнице температур в 3 °C требуется примерно 48 л/мин. Для обеспечения турбулентного потока в узких каналах охлаждения следует применить множитель 1,5–2× — ламинарный поток снижает эффективность теплопередачи.
Шаг 3 — Рассчитайте системный напор. Суммируйте статическое давление, потери на трение в подающих и обратных линиях, а также падение давления в каналах охлаждения пресс-формы. Последний фактор является доминирующим — для многоконтурных литьевых форм с сердечниками диаметром менее 8 мм следует ожидать только падения давления в 2–4 бар.
Шаг 4 — Добавьте запас прочности. Укажите напор насоса на 15–25% выше расчетного системного напора. Это учитывает образование накипи, регулировку клапанов и ограничение потока в каналах охлаждения с течением времени.
Шаг 5 — Подберите температуру и класс герметизации. Сравните результаты с таблицей рабочих температур в разделе 2 и матрицей герметизации в разделе 4.
Шаг 6 — Проверка с помощью реальной кривой производительности. Попросите поставщика насоса предоставить фактическую заводскую тестовую кривую (а не кривую из каталога) в рабочей точке. Они не всегда совпадают.
Для производителей, использующих MTC-системы и желающих получить предварительно подготовленные данные для обсуждения условий эксплуатации, мы предоставляем формы, описывающие все шесть этапов на одной странице. Многие из наших OEM-партнеров, включая производителей, поставляющих продукцию на европейский рынок терморегуляторов для пресс-форм в соответствии с европейскими нормами экодизайна насосов, используют этот метод для стандартизации закупок насосов.
8. Типичные отказы насосов для регулирования температуры пресс-форм и способы их предотвращения при разработке конструктивных решений производителя.
После более чем десяти лет работы с OEM-производителями в MTC, наблюдаемые нами виды отказов можно разделить на пять повторяющихся категорий. Каждого из них можно избежать, сделав правильный выбор в конструкции на начальном этапе:
Перегрузка насоса во время смены формы. Когда оператор меняет пресс-формы, не выпуская воздух из системы, всасывающая линия насоса заполняется воздухом. Двигатель потребляет полный ток, рабочее колесо кавитирует, и температура подшипников резко возрастает в течение нескольких минут. Решение: выбрать насос со встроенной функцией отвода воздуха (вихревые насосы лучше переносят небольшие пузырьки воздуха, чем центробежные) и интегрировать сигнализацию о низком расходе в контроллер MTC.
Выход из строя механического уплотнения в масляных теплообменниках. Термомасло разрушает эластомеры, и камера промывки уплотнения со временем теряет охлаждение. В течение 6000–8000 часов работы твердое механическое уплотнение на масляном насосе, работающем при температуре 250 °C, начнет протекать. Решение: с самого начала проектировать MTC на основе насоса с магнитным приводом или муфты, а более высокую себестоимость использовать в качестве гарантии.
Эрозия изношенных колец вследствие плохого качества воды. Накипь и частицы ржавчины разрушают узкие зазоры внутри корпуса вихревого насоса. Через несколько месяцев напор падает, и MTC больше не может достигать заданного значения. Решение: в стандартную комплектацию следует включить сетчатый фильтр с размером ячейки 50–80 меш и указать рекомендуемые интервалы удаления накипи в руководстве пользователя. Более подробную информацию о влиянии на качество воды см. в руководстве по предотвращению кавитации насоса.
Магнитная развязка. Насосы с магнитным приводом могут терять передачу крутящего момента при резком повышении вязкости — например, когда холодное масло находится в системе во время холодного пуска. Ведомый магнит останавливается, ведущий магнит продолжает вращаться, и насос не создает потока. Решение: выбрать двигатель с плавным пуском, блокировку маслоподогревателя и магнит с запасом крутящего момента 20–30% выше, чем при холодном пуске.
Сгорание двигателя из-за перегрева. Когда контур со стороны пресс-формы полностью блокируется, поток прекращается, и температура корпуса насоса быстро повышается. Без термопредохранителя обмотки двигателя сгорают в течение 10–15 минут. Решение: интегрировать датчик PTC двигателя и термопару корпуса насоса в логику ПИД-регулятора MTC.
В руководстве по сроку службы деталей химических насосов и техническому обслуживанию более подробно рассматриваются некоторые из этих видов отказов, включая планирование интервалов обслуживания.
9. Почему производители оборудования MTC в Азии и Европе выбирают насосы Aulank?
Более 17 лет мы занимаемся разработкой насосов для промышленной перекачки жидкостей в экстремальных условиях, и контроль температуры пресс-форм является одним из наших наиболее глубоких направлений. Среди наших активных OEM-партнеров — производители оборудования для литья под давлением в Индии, использующие термомасляные контуры с температурой 320 °C, немецкие линии нанесения покрытий на сепараторы литиевых батарей с использованием магнитових вихревых насосов MDH, производители чиллеров для полупроводниковых изделий в Южной Корее и на Тайване, а также производители сварочного оборудования в России и Турции.
Что именно получает от нас застройщик MTC:
● Полная матрица насосов для работы в режиме MTC. — Вихревые насосы WD/WH/WK/WL/WM для работы с водой при температуре 120–200 °C, магнитные вихревые насосы MDH/MDW/MDS/MDK для применений, где критически важна герметичность, насосы WRY-H для горячего масла, соединенные с системой литья под давлением при температуре 300–400 °C, герметичные вихревые насосы PWH/PWD/PWM для работы с нулевым уровнем выбросов.
● Индивидуальная настройка OEM — Специальное напряжение и частота (110 В, 220 В, 380 В, 415 В, 50/60 Гц, постоянный ток), взрывозащищенные конфигурации двигателей, нестандартные размеры фланцев в соответствии с существующими трубопроводами MTC, конструктивные модификации для нестандартных конфигураций шкафов.
● Технология синхронного привода с постоянными магнитами — одна из наших 10 основных технологий, используемая для снижения потерь в двигателе и повышения тепловой эффективности в насосах MTC непрерывного действия.
● Документированный контроль качества — Каждое устройство поставляется с протоколами проверки и данными испытаний параметров, а наши насосы с магнитным приводом имеют сертификат TÜV CE.
● Завод в Куньшане с производственными и испытательными мощностями площадью более 10 000 м²., что позволяет производить насосы различных моделей, небольшими партиями и по индивидуальным заказам без увеличения сроков поставки, характерных для насосов для проектов от европейских поставщиков.
Если вы являетесь производителем насосов MTC и оцениваете источник питания, практической отправной точкой является предоставление нам информации об условиях эксплуатации — рабочей среде, температуре, расходе, напоре, компоновке пресс-формы и предпочтительных типах уплотнений — и наша инженерная команда предоставит вам рекомендации по конфигурации и коммерческое предложение в течение двух рабочих дней.
Получите индивидуальную конфигурацию насоса MTC
Независимо от того, стандартизируете ли вы закупку насосов для новой линейки контроллеров температуры пресс-форм или заменяете проблемный насос на существующей платформе, наша инженерная команда сможет подобрать подходящую архитектуру насоса в соответствии с вашими условиями эксплуатации.
Свяжитесь с нашей командой: Связаться с нами | WhatsApp: +86 13773157367 | Электронная почта: [email protected]
Ознакомьтесь с полным ассортиментом насосов для регуляторов температуры пресс-форм и других тепловых применений: