مضخات التفريغ لآلات التصفيح: الأنواع ونافذة EVA

يُحكم على آلة التصفيح بناءً على الإنتاجية، وتُحدد الإنتاجية إلى حد كبير بواسطة مكوّن واحد نادراً ما ينظر إليه المشترون أثناء زيارة المصنع: مجموعة مضخة التفريغ. فالخطأ في اختيارها ينتج فقاعات دقيقة لا يمكن لأي قدر من الفحص اللاحق إزالتها.

تصنيع وحدات الطاقة الشمسية · عملية التصفيح · بقلم جيري، Ooitech

1. نافذة EVA التي تحدد كل شيء آخر

لا يكتفي إيثيلين فينيل أسيتات بالانصهار والبقاء ثابتاً. بل يمر بمرحلتين متميزتين، والفجوة بينهما هي الوقت المتاح لنظام التفريغ للعمل فيه.

كل ما يلي هو نتيجة للفترة الفاصلة بين هاتين الدرجتين. إذا كانت الغرفة ساخنة بالفعل عند انصهار الفيلم، تكون فترة الانصهار إلى الانشطار قصيرة. في عملية ذات غرفة واحدة تكون الغرفة عادةً فوق 140 °C، مما يترك فقط حوالي 60 إلى 90 ثانية للوصول إلى التفريغ المطلوب. إذا فاتت هذه النافذة، يبقى الهواء محتجزاً في مادة التغليف، مكوناً فقاعات دقيقة وعيوباً تظهر لاحقاً في الوحدة النهائية.

الشكل 1: آلة تصفيح مع مجموعة مضخة التفريغ المثبتة بجانبها على أرضية المصنع. المضخات عبارة عن تركيب منفصل له أنابيبه الخاصة ووعاء الاستقبال ومنفذ الصيانة، ولهذا يسهل التغاضي عنها أثناء تخطيط التخطيط ويكون نقلها لاحقاً مكلفاً.

2. لماذا توجد آلات التصفيح ذات الغرفتين

تصميم الغرفتين هو في الأساس وسيلة لكسب الوقت. فمن خلال إبقاء الغرفة الأولى في نطاق 100 إلى 120 °C، تنصهر مادة التغليف ببطء أكبر ويبدأ الانشطار لاحقاً، مما يوسع نافذة إزالة الغازات إلى ما هو أبعد بكثير مما تسمح به غرفة ساخنة واحدة. ثم تُنقل الوحدة إلى غرفة ثانية أكثر حرارة لإكمال الانشطار.

هذا هو السبب المتعلق بالعملية وراء قرار يبدو خلاف ذلك خياراً ميكانيكياً بحتاً. كما يفسر لماذا لا يُعد نظام التفريغ ملحقاً ثانوياً: فهو الجزء من الآلة الذي يجب أن يعمل ضمن النافذة التي يخلقها التصميم الحراري. ويُغطى السياق الأوسع لخطوة التصفيح في مرحلة التصفيح في عملية الإنتاج، والآلة نفسها في دليلنا لآلة تصفيح الألواح الشمسية.

الشكل 2: غرفة آلة تصفيح مع الغطاء مفتوحاً. يحدد حجم الغرفة وحالة الإحكام وسرعة الضخ معاً مدى سرعة الوصول إلى التفريغ المطلوب، وبالتالي ما إذا كانت نافذة إزالة الغازات ستُلبى أم ستُفوَّت.

3. الأنواع الثلاثة من المضخات التي ستجدها على آلة التصفيح

المضخة الدوارة ذات الريش

المضخة الدوارة ذات الريش المزيتة هي حصان العمل في أنظمة تفريغ التصفيح. عادةً ما تضخ وحدة واحدة بمعدل 60 إلى 100 لتر في الثانية. داخل جسم المضخة يُثبَّت دوار بشكل غير مركزي، يحمل ريشاً تدفعها النوابض وقوة الطرد المركزي للخارج لتبقى ملاصقة للتجويف. وتُقسَّم المسافة الهلالية بين الدوار والتجويف إلى عدة غرف متغيرة الحجم.

تُنفذ كل غرفة دورة مستمرة من ثلاث مراحل. تُفتح نحو المدخل أثناء التمدد، فتسحب الغاز إلى الداخل. ثم تُغلق وتتقلص، فتضغط الغاز المحتجز. وأخيراً يتجاوز الضغط الضغط الجوي فيرفع الغاز صمام العادم، ماراً عبر طبقة الزيت وإلى الخارج. هذه مضخة إزاحة موجبة: تنقل أحجاماً ثابتة من الغاز بدلاً من الاعتماد على أي آلية أخرى.

الزيت يفعل أكثر من التزييت. فهو يحكم إغلاق الخلوصات بين الريش والتجويف حتى لا يتسرب الغاز إلى الخلف، ويزيت الأجزاء المتحركة، ولأن صمام العادم يقع تحت الزيت، فإنه يمنع الجو من التدفق عائداً إلى الغرفة عند توقف المضخة. جميع هذه الوظائف الثلاث مهمة في نظام التصفيح، حيث يؤدي التدفق العكسي إلى تلويث الوحدة.

مضخة روتس

نادراً ما تُستخدم مضخة روتس بمفردها. على آلة التصفيح تعمل كمرحلة معززة، والتكوين الشائع للغرفة الأولى هو مضختان دوارتان ذات ريش مع مضخة روتس واحدة. سرعات الضخ التي تتجاوز 1,200 لتر في الثانية هي المعتادة، ولهذا تُستخدم حيث يجب نقل الحجم بسرعة.

الآلية عبارة عن دوارين على شكل الرقم ثمانية، يُداران بتروس للدوران في اتجاهين متعاكسين بتزامن. لا يتلامس الدواران أبداً مع بعضهما أو مع التجويف؛ الخلوصات في حدود 0.1 إلى 0.3 مم, لذا لا حاجة للزيت للإحكام أو التزييت داخل غرفة الضخ.

نتيجة هذا التصميم هي مفتاح فهم مكانه المناسب. مضخة روتس ليس لديها ضغط داخلي: يُحتجز الغاز في حيز ثابت ويُنقل إلى المنفذ دون ضغط. وعندما يُفتح ذلك الحيز نحو العادم، يتدفق الغاز ذو الضغط الأعلى عائداً، لذا لا تستطيع المضخة بمفردها الوصول إلى نسبة ضغط عالية أو التصريف إلى الجو. تحتاج إلى مضخة داعمة لخفض النظام إلى ضغط تعمل فيه مرحلة روتس بكفاءة. هذا هو السبب الحقيقي لاقتران مضخة روتس بالمضخات الدوارة ذات الريش بدلاً من استبدالها.

الشكل 3: مضخة روتس مع محرك تشغيلها. سرعة ضخ كبيرة، لا تلامس بين الدوارات، ولا قدرة على العمل ضد الضغط الجوي بمفردها. إنها مضخة معززة بالتصميم، وليس بالعرف.

مضخة لولبية جافة

مضخة اللولب الجاف هي تصميم إزاحة موجبة خالٍ تماماً من الزيت، وفي التطبيقات الراقية هي بديل المضخات المختومة بالزيت وليست إضافة إليها. لا شيء في غرفة الضخ يستخدم الزيت أو الماء كوسيط إحكام أو تشحيم، والنتيجة هي فراغ نظيف دون انتقال الزيت إلى العملية.

في الداخل، يتم تشغيل زوج من الدوارات الحلزونية المتوازية ذات الاتجاهين المتعاكسين بواسطة تروس توقيت دقيقة وتدور بسرعة في اتجاهين متعاكسين. كما في تصميم روتس، لا تتلامس الدوارات مع بعضها البعض أو مع الهيكل، لذلك لا حاجة لمواد تشحيم في مسار الغاز. يتم احتجاز الغاز بين اللولب والهيكل ونقله نحو المخرج، وينخفض الحجم بثبات على طول الطريق، لذلك يتم ضغط الغاز قبل التفريغ.

تستخدم العديد من التصاميم خطوة متغيرة على طول الدوار. وهذا يوزع الضغط بشكل أكثر توازناً ويمنح الغاز فرصة أكبر للتبريد أثناء نقله، مما يحافظ على درجة حرارة جسم المضخة تحت السيطرة. في آلة التصفيح، حيث يحمل تيار الغاز مواد متطايرة من EVA عند درجة حرارة مرتفعة، فإن هذه الإدارة الحرارية جزء من ملاءمة المضخة للمهمة وليست تحسيناً اختيارياً.

4. مقارنة الثلاثة

عند قراءتها كقرار شرائي وليس كتصنيف تقني، فإن المقايضة واضحة. تكلفة مجموعة الريشة الدوارة أقل ومفهومة جيداً، مقابل تغيير الزيت والفلاتر وإدارة التدفق العكسي. مضخة روتس المعززة ليست اختيارية في الغرف الأكبر، لأن مضخات الريشة وحدها لا تستطيع تحريك الحجم بسرعة كافية داخل النافذة. مضخة اللولب الجاف تزيل الزيت من مسار الغاز تماماً وعادة ما يتم اختيارها حيث يكون خطر التلوث أو عبء الصيانة هو العامل الحاسم.

5. لماذا تنتمي مجموعة المضخات إلى مواصفات آلة التصفيح

لأن تكوين المضخة يتم تحديده وفقاً لحجم الغرفة ونافذة إزالة الغاز، فإنه بند في مواصفات آلة التصفيح، وليس شراءً منفصلاً. ثلاثة أسئلة تحسم معظم الأمر.

• ما هو حجم الغرفة والضغط المستهدف؟ مع طول النافذة، يحدد هذا سرعة الضخ المطلوبة وبالتالي ما إذا كانت مضخة ريشة واحدة كافية أم أن هناك حاجة إلى معزز روتس.
• غرفة واحدة أم مزدوجة؟ آلة ذات غرفتين تشغل غرفة أولى أبرد، مما يطيل النافذة ويخفف متطلبات السرعة اللحظية، لكنه يضيف غرفة ثانية للتفريغ. يتم تغطية هذا بشكل أكبر في كيفية اختيار ماكينة تصفيح وحدات الطاقة الشمسية المناسبة.
• ما هي خطة الصيانة؟ فترات الزيت والفلاتر في مجموعة الريشة، مقابل التكلفة الرأسمالية الأعلى والعبء الاستهلاكي الأقل للولب الجاف. على مدى عمر عشر سنوات، يكون الإجماليان أقرب مما توحي به أسعار الشراء.

نظام فراغ أصغر من اللازم للغرفة لا يفشل فوراً. إنه ينتج وحدات تجتاز الفحص النهائي وتفشل لاحقاً، وبصمة العيب — الفقاعات الدقيقة والفراغات في مادة التغليف — هي موضوع ليست كل فقاعة في الصفيحة خطأ مادة التغليف. يتفاعل اختيار مادة التغليف مع نفس النافذة، كما هو موضح في دليلنا حول أفلام التغليف EVA وPOE وEPE.

الأسئلة الشائعة

لماذا تشغل آلة التصفيح ذات الغرفتين غرفتها الأولى عند درجة حرارة أقل؟

لإطالة نافذة إزالة الغاز. يذوب EVA عند حوالي 70 إلى 80 °C ويبدأ التشابك عند حوالي 130 °C. الحفاظ على الغرفة الأولى عند حوالي 100 إلى 120 °C يبطئ المرحلتين، مما يمنح نظام الفراغ وقتاً أطول لإزالة الهواء المحتجز قبل أن تبدأ مادة التغليف في التصلب.

لماذا تقترن مضخة روتس بمضخات الريشة الدوارة في آلات التصفيح؟

لأن مضخة روتس لا يمكنها التفريغ إلى الغلاف الجوي بمفردها. دواراتها تحتجز الغاز في حجم ثابت دون ضغطه، لذلك يتدفق الغاز للخلف عند المخرج ولا يمكنها تحقيق نسبة ضغط عالية بمفردها. إنها توفر سرعة ضخ عالية بالنسبة لحجمها، وتوفر مضخات الريشة الدوارة الضغط الذي يخرج الغاز. مضختا ريشة بالإضافة إلى مضخة روتس واحدة هو ترتيب شائع للغرفة الأولى.

ماذا يفعل الزيت في مضخة الريشة الدوارة؟

ثلاثة أشياء. إنه يحكم الخلوص بين الريش وتجويف المضخة حتى لا يتسرب الغاز للخلف، ويشحم الأجزاء المتحركة، ولأن صمام العادم مغمور في الزيت فإنه يمنع الغلاف الجوي من التدفق مرة أخرى إلى الغرفة عندما لا تكون المضخة قيد التشغيل.

هل تستحق مضخة اللولب الجاف التكلفة الإضافية؟

يعتمد على ما تحاول تحسينه. مضخة اللولب الجاف لا تحتوي على زيت أو ماء في غرفة الضخ، لذلك يكون الفراغ نظيفاً ولا يوجد انتقال للزيت نحو الوحدة، والعبء الاستهلاكي أقل. مقابل ذلك، التكلفة الرأسمالية أعلى. حيث يكون خطر التلوث أو عدد أفراد الصيانة هو القيد، فإن الحساب عادة ما يفضلها؛ وحيث تكون رأس المال محدوداً والعملية محكمة السيطرة، تظل مجموعة الريشة قابلة للتطبيق.

لماذا تهم درجة حرارة EVA نظام الفراغ إلى هذا الحد؟

لأن المرحلتين الحراريتين تحددان الموعد النهائي. لا يطلق الفيلم الهواء المحتجز بفعالية إلا بعد الذوبان، ويتوقف عن ذلك بحرية بمجرد بدء التشابك. يجب أن يصل نظام الفراغ إلى الضغط المطلوب خلال تلك الفترة، والتي قد تكون في عملية ذات غرفة واحدة فوق 140 °C قصيرة تصل إلى 60 إلى 90 ثانية.

ماذا يحدث إذا لم يتم تفريغ الغرفة بسرعة كافية؟

يبقى الهواء محتجزًا داخل مادة التغليف أثناء تصلبها، مما ينتج فقاعات دقيقة وفراغات. ولا تكون هذه مرئية دائمًا عند مخرج آلة التصفيح، مما يجعل المشكلة سهلة التفويت حتى تكشفها بيانات الإنتاجية أو مرتجعات الميدان. والعيب هو مشكلة أداء مضخة بقدر ما هو مشكلة مادة تغليف.

أفكار ختامية

مجموعة مضخات التفريغ هي النقطة التي يصبح فيها التصميم الحراري لآلة التصفيح متطلبًا ميكانيكيًا. تنصهر مادة EVA عند 70 إلى 80 °C وتتشابك ابتداءً من حوالي 130 °C، ويجب على نظام التفريغ إخلاء الغرفة خلال الفترة الفاصلة بينهما. ولهذا السبب تشغّل الآلات ذات الغرفتين غرفة أولى أبرد، ولهذا تظهر معززات Roots على الغرف الأكبر، ولهذا يستحق الضخ الخالي من الزيت النظر فيه حيث يكون التلوث أو الصيانة هو القيد. عند تحديد مواصفات آلة تصفيح، اطلب حجم الغرفة وتكوين المضخة وسرعات الضخ وزمن الضخ الممكن الوصول إليه كمجموعة — فالآلة المسعّرة دونها آلة لا يمكنك التنبؤ بإنتاجيتها. إذا كنت تقيّم آلات تصفيح لخط جديد، فأرسل إلينا تنسيق الوحدة والإنتاجية المستهدفة وسنعمل معك على تحديد حجم الغرفة والمضخة. لرؤية الآلة في سياقها، تغطي صفحة OTCY-2754DD single-layer double-chamber laminator ترتيب الغرفة بالتفصيل.