醫(yī)藥包裝膜風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)研究

王洪祥 李秀梅 戚敏 薛俊梅

摘要：匯總了藥包袋吹塑生產(chǎn)過程中存在的常見問題，包括冷卻效率低、能耗高，產(chǎn)品厚薄差距大，膜泡形狀和冷卻線變化大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，縱橫向拉伸強度和縱橫向斷裂伸長率不匹配等方面，分析了其原理及原因，并提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng);吹塑;高效節(jié)能;原理

0? ? 引言

醫(yī)藥包裝膜一般采用三層共擠上吹風(fēng)冷吹膜機組生產(chǎn)，其產(chǎn)品主要為潔凈無菌醫(yī)藥包裝袋。潔凈無菌藥包袋主要用于包裝原料藥、醫(yī)用塑料接口、醫(yī)用塑料組合蓋、醫(yī)用膠塞和墊片等。醫(yī)藥包裝膜材生產(chǎn)過程中，塑料經(jīng)過高溫塑化擠出，在機頭處多層融合成高溫熔體的塑料胚體，通過風(fēng)冷卻—吹脹，再經(jīng)過牽伸—冷卻，得到定制規(guī)格尺寸的塑料薄膜制品。冷卻風(fēng)的風(fēng)壓、風(fēng)量是影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵，同時更是環(huán)保關(guān)注的焦點和痛點問題。

1? ? 老式風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)存在的缺陷和問題

1.1? ? 冷卻效率低、能耗高

老舊風(fēng)環(huán)組件主要包括電機、風(fēng)扇、風(fēng)包、連接管、風(fēng)環(huán)冷卻裝置。冷卻系統(tǒng)電機多采用普通2級電機，采用“星-角”啟動，電機啟動后一直滿負荷運行，不節(jié)能。冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇多采用高中壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，以保證出風(fēng)口有足夠的風(fēng)量，能夠冷卻機頭高溫胚料。冷卻系統(tǒng)風(fēng)包主要是配合風(fēng)環(huán)多點式進風(fēng)，風(fēng)包與風(fēng)扇一般采用直聯(lián)方式，單進風(fēng)口有保證多點出風(fēng)均勻的增壓減壓分配裝置，能量損失較大。吹膜機組機頭與塑料擠出主機連接，風(fēng)環(huán)安裝在機頭上方，電機和風(fēng)扇距離風(fēng)環(huán)較遠，一般用耐高溫風(fēng)管連接，耐高溫風(fēng)管多為內(nèi)襯鋼絲的玻璃絲布制品，風(fēng)阻較大，管線很長，能量損失較大。

老式風(fēng)環(huán)冷卻裝置，多點進風(fēng)，縫隙風(fēng)口出風(fēng)吹拂塑料高溫胚料和高溫未定型薄膜。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是多點進風(fēng)后，先進行降壓“混風(fēng)”，再增壓出風(fēng)。高溫塑料胚料和未定型薄膜不能承受較高風(fēng)壓，但是需求較大風(fēng)量才能迅速帶走熱量，達到冷卻效果。老式風(fēng)環(huán)風(fēng)壓較大，風(fēng)量較低，能耗較大，造成冷卻效率低，制品產(chǎn)量低，單位制造成本居高不下。

1.2? ? 產(chǎn)品厚薄差距大

老式風(fēng)環(huán)采用的是中高壓送風(fēng)，同時風(fēng)量較低，生產(chǎn)大規(guī)格薄膜制品過程中必須增加塑料擠出機的轉(zhuǎn)速，增加牽伸比和吹脹比，需要的冷卻風(fēng)量也隨之加大，這就需要增加風(fēng)環(huán)縫隙開口度。風(fēng)環(huán)縫隙出風(fēng)口開口度增加的同時降低了多點進風(fēng)“混風(fēng)”效果，風(fēng)管進風(fēng)口處風(fēng)壓加大，風(fēng)量增多，吹拂到局部高溫膜胚上會造成膜胚急劇冷卻，而附近膜胚冷卻不良，在牽伸和吹脹過程中，過度冷卻膜胚不容易牽伸和吹脹，從而會造成塑料薄膜制品厚度差距過大，均勻性不佳。

1.3? ? 膜泡形狀和冷卻線變化大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定

老式風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組件多，冷卻風(fēng)路徑長且環(huán)節(jié)較多，隨著外界春、夏、秋、冬和早、中、晚的溫度變化，在塑料薄膜制品吹脹過程中，薄膜胚料的膜泡形狀會出現(xiàn)“跳舞”波動情況，冷卻的霜線也隨之不固定、不穩(wěn)定。冷卻霜線的不穩(wěn)定直接影響產(chǎn)品的光學(xué)性能和力學(xué)性能，而產(chǎn)品的透明性和力學(xué)強度不穩(wěn)定，將直接影響盛裝產(chǎn)品外觀檢測和運輸儲存的安全性。

1.4? ? 縱橫向拉伸強度和縱橫向斷裂伸長率不匹配

老式風(fēng)環(huán)冷卻效率低，生產(chǎn)大規(guī)格尺寸塑料薄膜制品或高速生產(chǎn)時，薄膜胚料泡型為尖圓錐形，牽伸速度快，吹脹相對延遲，造成縱向斷裂強度和斷裂伸長率數(shù)據(jù)與橫向斷裂強度和斷裂伸長率數(shù)據(jù)差別較大?？v橫向力學(xué)指標(biāo)差距較大，造成塑料制品在盛裝原料藥等藥品時，包裝袋容易因密封不良出現(xiàn)滲漏或破包。原料藥或藥品價值較高，一旦出現(xiàn)滲漏或破包，就會存在安全隱患，同時面臨較大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染風(fēng)險。

2? ? 新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)研究

2.1? ? 新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)的組成和工作原理

（1）新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)由電機、變頻器、風(fēng)環(huán)組成。

（2）新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)工作原理：采用最節(jié)能的數(shù)字變頻電機控制系統(tǒng)以及低噪聲潔凈過濾、低損耗、大口徑、高能效的進風(fēng)、混風(fēng)、出風(fēng)結(jié)構(gòu)，從而最大限度地保證能量不丟失，達到高效節(jié)能的薄膜胚管冷卻效果。新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)切線側(cè)向進風(fēng)設(shè)計，大流量光潔方管輸送風(fēng)能，有效規(guī)避了進風(fēng)不均勻，降低進風(fēng)能量的問題。新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)采用的混風(fēng)系統(tǒng)是大容積結(jié)構(gòu)設(shè)計，垂直豎向“破旋”二次混風(fēng)輸送系統(tǒng)，既解決了小流道低通風(fēng)量、高壓力、能量嚴(yán)重損失的問題，又提高了風(fēng)的均勻性。新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)的出風(fēng)口及出風(fēng)通道設(shè)計采用上下階梯結(jié)構(gòu)，大風(fēng)口出風(fēng)，出風(fēng)均勻、阻力小，保證了高效節(jié)能。另外，風(fēng)口設(shè)計倒流板，大風(fēng)量冷卻塑料薄膜胚管的同時，部分風(fēng)量能沿著膜泡吹脹方向帶走熱能量，對流作用引導(dǎo)了風(fēng)環(huán)風(fēng)口周圍空氣做球型滾動，進一步加強了降溫效果。

2.2? ? 新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)的應(yīng)用

新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種吹膜機組，可以吹制葡萄糖/氯化鈉羥基淀粉等原料藥包裝袋、各種藥品用組合蓋、接口包裝袋、藥用組合蓋墊片包裝袋、預(yù)充式注射器和高分子預(yù)灌封注射器的活塞和護帽包裝袋、農(nóng)用棚膜和地膜、非?；芬后w運輸存儲包裝膜、工業(yè)用高透明阻隔功能薄膜、防滲漏土工膜材料等，特別適用于吹制厚度范圍大、精度要求高的塑料薄膜產(chǎn)品。

2.3? ? 主要部件工作流程

數(shù)字變頻風(fēng)機—大口徑風(fēng)道—切線側(cè)向進風(fēng)口—豎向風(fēng)流導(dǎo)向機構(gòu)—溢出式出風(fēng)口—產(chǎn)品冷卻定型。

2.4? ? 結(jié)構(gòu)示意圖

新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)為圓型結(jié)構(gòu)（圖1），套裝在吹膜機組機頭的上方，冷卻風(fēng)切線方向首先進入圓形結(jié)構(gòu)的風(fēng)環(huán)內(nèi)部風(fēng)室，采用大容量風(fēng)室降低能耗（圖2風(fēng)板7—底板9），旋轉(zhuǎn)的冷卻風(fēng)經(jīng)過4級“破旋”后（圖2擋風(fēng)板7—擋風(fēng)板4），進入緩沖風(fēng)室（圖2擋風(fēng)板4—擋風(fēng)板2），再經(jīng)過6個擋風(fēng)板混風(fēng)均勻后（圖2擋風(fēng)板2—擋風(fēng)板3），從出風(fēng)口出風(fēng)冷卻產(chǎn)品。

2.5? ? 動作過程（原理）

數(shù)字變頻低噪聲風(fēng)機上電，節(jié)能低壓大流量風(fēng)機啟動。低壓大流量潔凈冷卻風(fēng)通過大通道切線方向低阻力進入進風(fēng)口;進風(fēng)部分將低壓大流量潔凈冷卻風(fēng)在高速旋轉(zhuǎn)中送入圓形大容積混風(fēng)部分，混風(fēng)部分將送來的旋轉(zhuǎn)大流量風(fēng)能“破旋”形成直線定向大流量均勻的垂直冷卻風(fēng)?；祜L(fēng)部分的垂直單流向冷卻風(fēng)經(jīng)過風(fēng)道引導(dǎo)進入出風(fēng)口，出風(fēng)口對冷卻風(fēng)進行再混合再減壓，送出低壓大流量潔凈冷卻風(fēng)對產(chǎn)品進行冷卻。

2.6? ? 新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點

2.6.1? ? 結(jié)構(gòu)新穎、成本低廉

新風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)為鋼板焊接和模塊化組裝結(jié)構(gòu)，老式風(fēng)環(huán)多為鑄鋁上下片式結(jié)構(gòu)。鑄鋁結(jié)構(gòu)需要鑄造模型，高溫澆筑，不同機頭配備不同尺寸的風(fēng)環(huán)。澆筑模型多，造成鑄鋁風(fēng)環(huán)價格高且污染環(huán)境。新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)采用低噪聲節(jié)能風(fēng)機，技術(shù)成熟，比普通“蝸?！憋L(fēng)機節(jié)能環(huán)保。新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)是大口徑風(fēng)道進風(fēng)，流道結(jié)構(gòu)簡單，機械加工方便，內(nèi)部組件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得加工成本更低。加強筋和隔熱材料的使用，使得整個風(fēng)環(huán)熱變形系數(shù)小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變形。一系列的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、材料優(yōu)勢，成就了一款結(jié)構(gòu)新穎、成本低廉的新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)。

2.6.2? ? 高效節(jié)能、降本增效

新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)采用數(shù)字變頻技術(shù)，根據(jù)塑料薄膜制品的規(guī)格尺寸，優(yōu)化功率輸出，采用節(jié)能磁力線電機進一步減低能耗。大口徑進氣道設(shè)計，進風(fēng)阻力小，減少了能量消耗，最大限度地利用了冷卻風(fēng)，提高了冷卻效率。能耗更低，產(chǎn)出更高，使得產(chǎn)品單位成本下降，產(chǎn)品市場競爭力提高，企業(yè)可以獲得更高的經(jīng)濟效益。

2.6.3? ? 出風(fēng)均勻、提高質(zhì)量

新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)出風(fēng)均勻、流量大、風(fēng)壓低，能夠高速生產(chǎn)膜厚范圍大、精度要求高的產(chǎn)品。老式風(fēng)環(huán)系統(tǒng)不能生產(chǎn)厚度在0.5 mm以上的薄膜產(chǎn)品，也不能生產(chǎn)厚度均勻性要求高的產(chǎn)品。低壓高效冷卻實現(xiàn)了穩(wěn)定高速生產(chǎn)，產(chǎn)品的均一性得到了保障。醫(yī)藥包裝袋類產(chǎn)品，包裝的產(chǎn)品價格昂貴、批量大，高速高效高品質(zhì)的產(chǎn)品更能贏得市場。

3? ? 結(jié)語

根據(jù)對吹膜機組老式風(fēng)環(huán)的解剖與研究，老式風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率低、能耗高、成型加工難，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，因此研發(fā)新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)勢在必行。

通過優(yōu)化設(shè)計，經(jīng)過機械工廠加工生產(chǎn)，新型高效節(jié)能風(fēng)環(huán)冷卻系統(tǒng)已在山東花冠股份公司PES1300*EX-65吹膜機組試運行，效果優(yōu)良，制造成本降低25%（加工數(shù)量增加，成本下降更大），風(fēng)機電機降耗30%，生產(chǎn)效率提高20%。

收稿日期：2020-04-26

作者簡介：王洪祥（1972—），男，山東淄博人，工程師，研究方向：輕工機械。