اختصاصی بسپار/ مبانی اندازه‌گیری فشار برای رانشگر(اکسترودر)های تکماردان
بسپار/ ایران پلیمر اندازه‌گیری فشار در مکان‌های کلیدی یک خط رانشگر (اکسترودر) به شما کمک می‌کند تا فرایند را تحلیل کنید و در عین حال ایمنی را افزایش دهید. در ادامه، نکاتی که باید بدانید مرور خواهد شد.
اندازه‌گیری فشار در مکان‌های کلیدی یک خط رانشگر برای تحلیل و ایمنی فرایند بسیار مهم است. مهم‌ترین محل برای اندازه‌گیری فشار، بدون تردید محل خروجی و با استفاده از یک تراگردان فشار (Pressure Transducer/Sensor) است. اگر فشار خروجی بیش از حد افزایش یابد، مسائل ایمنی می‌توانند نگران‌کننده باشند، زیرا تعویض‌کننده‌های توری، پمپ‌های دنده‌ای و ریژه (دای) باید در فشارهای کمتر از بیشینه فشار طراحی شده کار کنند.
هم‌چنین، اگر فشار برون‌داد رانشگر به یک پمپ دنده‌ای بیش از حد کاهش یابد، ممکن است پمپ دچار کمبود خوراک شده و این امر باعث سایش بیش از حد یاتاقان‌ها شود. علاوه بر این، فشار برون‌داد امکان برآورد شیو (گرادیان) فشار را در ناحیه اندازه‌گیری (ناحیه‌ای که در آن عمق نواحی ماردان ثابت است، مترجم) فراهم می‌کند که به نوبه خود به شما کمک می‌نماید تا جریان ناشی از شیو فشار در ناحیه اندازه‌گیری را محاسبه کنید.
داده‌های گذرای فشار اغلب سطحی از تغییرپذیری را نشان می‌دهند. نمونه‌ای از داده‌های فشار برون‌داد معمولی در شکل ۱ نشان داده شده است. این داده‌ها مربوط به یک تراگردان فشار هستند که در یک خط انتقال، نزدیک به نوک ماردان، برای یک رانشگر تکماردان با قطر ۶ اینچ که ABS را فراورش می‌کند، قرار داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود، فشار برون‌داد پایدار ولی حدود psi ۴۰± است که در اطراف این مقدار متوسط نوسان دارد. این نوسانات در اینجا ناشی از ترکیبی از خطای تراگردان و افزایش فشاری است که در اثر چرخش ماردان ایجاد می‌شوند.
فشار در سمت پیش‌برنده (pushing side) ناحیه پیمایش با فشار در سمت پیرو (trailing side) متفاوت است. این تفاوت در فشار موضعی باعث ایجاد نوسان (افزایشی) شدید فشار می‌شود. یک تراگردان که در پایین‌دست‌تر قرار دارد، مثلا جلوی یک ریژه یا پس از بسته‌ی توری، نوسان شدید این فشار ناشی از چرخش را نشان نخواهد داد.
جمع‌آوری داده‌های رقمی برای فشار در بسامد‌های نمونه‌برداری کم، معمولا تغییرپذیری مانند شکل ۱ را نشان می‌دهد. در اینجا، علامت فشار از تراگردان، یک علامت آنالوگ (آنالوگ یعنی موجی فیزیکی با تغییرات پیوسته-مترجم) است که متناسب با فشار و معمولا جریانی در محدوده ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است. دستگاه جمع‌آوری یا نمایش داده، علامت آنالوگ را نمونه‌برداری کرده و آن را در بسامد‌های انتخابی به خروجی رقمی تبدیل می‌کند.
به عنوان مثال، داده‌های شکل ۱ دارای بسامد اندازه‌گیری یک بار در هر ۱۰ ثانیه (1/0 هرتز) هستند. یعنی علامت آنالوگ هر ۱۰ ثانیه یک بار نمونه‌برداری شده و به خروجی رقمی تبدیل می‌شود. نتیجه، یک بررسی فشار نوسانی است. فشار به دلیل چرخش ماردان و خطای اندازه‌گیری تراگردان، نوسان می‌کند.
شکل 1. فشار برون‌داد برای یک رانشگر با قطر ۶ اینچ که ABS را فراورش می‌کند. تراگردان فشار درست در پایین‌دست نوک ماردان قرار داشته است.
استفاده از تراگردان‌ها برای عیب‌یابی
تراگردان‌های فشار قرار گرفته روی سلیندر می‌توانند برای عیب‌یابی یک فرایند بسیار مفید باشند. محل‌های رایج نصب شامل میانه‌ی بخش ذوب و ورودی ناحیه پیمایش هستند. برای ماردان‌های دو مرحله‌ای، قرار دادن یک مبدل در ورودی ناحیه پیمایش مرحله دوم، اطلاعاتی در مورد میزان پر شدن آن مرحله و احتمال جریان در ناحیه راهک خروج گاز (vent)، ارائه می‌دهد. این تراگردان‌ها نوع دیگری از جهش فشار را نشان می‌دهند. که ناشی از عبور از پر‌ه‌ی ماردان و موقعیت بستر جامد در ناحیه ذوب است.
برای یک تراگردان قرار گرفته روی سیلندر در بالای ناحیه پیمایش، فشار به عوامل متعددی از جمله، میانگین فشار کانال، سرعت ماردان، شیو فشار موضعی، فشار عرضی کانال و گران‌روی بسپار بستگی دارد. شکل 2 یک تغییر فشار معمولی را برای پلی‌اتیلن کم‌چگالی (LDPE) با گران‌روی متوسط نشان می‌دهد که با سرعت ماردان ۶۰ دور در دقیقه و شیو (گرادیان) فشار مثبت در ناحیه پیمایش فراورش می‌شود.
شکل 2. الگوی فشار شبیه‌سازی شده با سرعت زیاد برای یک ناحیه پیمایش با شیب تغییر فشار مثبت: الف) طرحواره‌ای از مقطع عرضی یک رانشگر که از سمت برون‌داد دیده می‌شود، و ب) داده‌های فشار با سرعت زیاد که مکان‌های سطوح پره را نشان می‌دهند.
همان‌طور که مشاهده می‌شود، قله‌های فشار هر یک ثانیه یک بار یا به عبارتی در هر دور کامل ماردان با سرعت ۶۰ دور در دقیقه رخ می‌دهند. یکی از ویژگی‌های کلیدی این شکل این است که فشار در پره پیش‌برنده (Pushing flight) بیش‌تر و در پره پیرو (Trailing flight) کمتر است. این موضوع به دلیل شیو (گرادیان) فشار مثبت در ناحیه پیمایش است. همان‌طور که ماردان می‌چرخد تراگردان، ابتدا فشار را در پره پیش‌برنده اندازه‌گیری می‌کند، سپس از روی تاج پره عبور می‌کند و سپس فشار را در قسمت پیرو اندازه‌گیری می‌کند. قسمت پیرو پره در این نمودار، یک دور در بالادست پره پیش‌برنده قرار دارد. به دلیل تغییر فشار مثبت، فشار در سمت پیش‌برنده بالاتر است. همان‌طور که انتظار می‌رود، با اندازه‌گیری فشار توسط تراگردان روی بسپار مذاب در ناحیه پیمایش، فشار تقریبا به صورت خطی کاهش می‌یابد.
الگوی فشار پیچیده
همان‌طور که در شکل ۳ برای یک ماردان معمولی نشان داده شده است، الگوی فشار در بخش ذوب ماردان به دلیل وجود بستر جامد بسپار، حتی پیچیده‌تر است. به طور معمول، شیو فشار در بخش ذوب مثبت است، همان‌طور که در شکل ۳ دیده می‌شود. در اینجا نیز مانند قبل، فشار در سمت پیش‌برنده پره بیش‌ترین و در سمت پیرو کم‌ترین مقدار را دارد. شیو (گرادیان) فشار در هنگام چرخش در قسمت بالای بستر جامد بیش‌تر و در بالای حوضچه مذاب کمتر است. محل مرز میان سمت بستر جامد و ابتدای حوضچه مذاب را می‌توان از طریق تغییر در شیو فشار به دست آورد. شیو فشار برای شکل‌های ۲ و ۳ مدل‌سازی شده‌اند تا مشاهدات حالت ناپایدار که همیشه در داده‌های رانشگری وجود دارند، حذف شوند.
شکل3. الگوی فشار با سرعت زیاد در بخش ذوب یک ماردان معمولی: الف) طرحواره‌ای از مقطع عرضی یک رانشگر که از سمت برون‌داد دیده می‌شود، و ب) داده‌های فشار با سرعت زیاد.
تغییرات فشار را می‌توان در یک رانشگر در حال کار با اتصال یک سامانه جمع‌آوری داده‌ی پر سرعت به یک تراگردان قرار گرفته بر روی سیلندر در بالای نواحی اندازه‌گیری و ذوب ماردان مشاهده کرد. بسامد جمع‌آوری داده‌ها باید آنقدر بالا باشد تا ویژگی‌های فشار حین چرخش را ثبت کند. معمولا حدود ۵۰ نقطه‌ی داده در هر دور سطح قابل‌قبولی محسوب می‌شود.
همان‌طور که در شکل ۴ نشان داده شده است، برای مشاهده‌ی فشار در بخش‌های پیمایش و ذوب یک رانشگر با قطر حدود 63,5 میلی‌متر (2,5 اینچ) که ABS را با سرعت ماردان ۳۰ دور بر دقیقه فراورش می‌کرد، از جمع‌آوری داده‌ی پرسرعت استفاده شد. همان‌طور که انتظار می‌رفت، در یک دوره ۲۰ ثانیه‌ای، ۱۰ قله دیده می‌شود. هر قله کمابیش مشابه قله‌های دیگر است، اما کمی تغییرات به ویژه برای بخش ذوب، قابل مشاهده است. الگوی این شکل‌ها بسیار شبیه به الگوی شکل‌های ۲ و ۳ است که در آن‌ها کانال‌ها شیو فشار مثبت دارند. تغییرات جزئی در شکل قله‌ها احتمالا به دلیل تغییرات جزئی در دمای بسپار مذاب است.
(ادامه دارد …)
برگرداننده: مهندس پوریا نفعی/ porya.nafie.pn333@gmail.com
متن کامل این مقاله را در شماره 289 ماهنامه بسپار که در نیمه آبان 1405 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
