浅谈医药包装膜风环冷却系统

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摘要：汇总了药包袋吹塑生产过程中存在的常见问题，包括冷却效率低、能耗高，产品厚薄差距大，膜泡形状和冷却线变化大、产品质量不稳定，纵横向拉伸强度和纵横向断裂伸长率不匹配等方面，分析了其原理及原因，并提出了相应的解决方案。

关键词：风环冷却系统；吹塑；高效节能；原理

引言

医药包装膜一般采用三层共挤上吹风冷吹膜机组生产，其产品主要为洁净无菌医药包装袋。洁净无菌药包袋主要用于包装原料药、医用塑料接口、医用塑料组合盖、医用胶塞和垫片等。医药包装膜材生产过程中，塑料经过高温塑化挤出，在机头处多层融合成高温熔体的塑料胚体，通过风冷却—吹胀，再经过牵伸—冷却，得到定制规格尺寸的塑料薄膜制品。冷却风的风压、风量是影响产品产量和质量的关键，同时更是环保关注的焦点和痛点问题。

1老式风环冷却系统存在的缺陷和问题

1.1冷却效率低、能耗高

老旧风环组件主要包括电机、风扇、风包、连接管、风环冷却装置。冷却系统电机多采用普通2级电机，采用“星-角”启动，电机启动后一直满负荷运行，不节能。冷却系统风扇多采用高中压结构设计，以保证出风口有足够的风量，能够冷却机头高温胚料。冷却系统风包主要是配合风环多点式进风，风包与风扇一般采用直联方式，单进风口有保证多点出风均匀的增压减压分配装置，能量损失较大。吹膜机组机头与塑料挤出主机连接，风环安装在机头上方，电机和风扇距离风环较远，一般用耐高温风管连接，耐高温风管多为内衬钢丝的玻璃丝布制品，风阻较大，管线很长，能量损失较大。老式风环冷却装置，多点进风，缝隙风口出风吹拂塑料高温胚料和高温未定型薄膜。其内部结构是多点进风后，先进行降压“混风”，再增压出风。高温塑料胚料和未定型薄膜不能承受较高风压，但是需求较大风量才能迅速带走热量，达到冷却效果。老式风环风压较大，风量较低，能耗较大，造成冷却效率低，制品产量低，单位制造成本居高不下。

1.2产品厚薄差距大

老式风环采用的是中高压送风，同时风量较低，生产大规格薄膜制品过程中必须增加塑料挤出机的转速，增加牵伸比和吹胀比，需要的冷却风量也随之加大，这就需要增加风环缝隙开口度。风环缝隙出风口开口度增加的同时降低了多点进风“混风”效果，风管进风口处风压加大，风量增多，吹拂到局部高温膜胚上会造成膜胚急剧冷却，而附近膜胚冷却不良，在牵伸和吹胀过程中，过度冷却膜胚不容易牵伸和吹胀，从而会造成塑料薄膜制品厚度差距过大，均匀性不佳。

1.3膜泡形状和冷却线变化大、产品质量不稳定

老式风环冷却系统结构组件多，冷却风路径长且环节较多，随着外界春、夏、秋、冬和早、中、晚的温度变化，在塑料薄膜制品吹胀过程中，薄膜胚料的膜泡形状会出现“跳舞”波动情况，冷却的霜线也随之不固定、不稳定。冷却霜线的不稳定直接影响产品的光学性能和力学性能，而产品的透明性和力学强度不稳定，将直接影响盛装产品外观检测和运输储存的安全性。

1.4纵横向拉伸强度和纵横向断裂伸长率不匹配

老式风环冷却效率低，生产大规格尺寸塑料薄膜制品或高速生产时，薄膜胚料泡型为尖圆锥形，牵伸速度快，吹胀相对延迟，造成纵向断裂强度和断裂伸长率数据与横向断裂强度和断裂伸长率数据差别较大。纵横向力学指标差距较大，造成塑料制品在盛装原料药等药品时，包装袋容易因密封不良出现渗漏或破包。原料药或药品价值较高，一旦出现渗漏或破包，就会存在安全隐患，同时面临较大的经济损失和环境污染风险。

2新型高效节能风环冷却系统研究

2.1新型高效节能风环冷却系统的组成和工作原理

（1）新型高效节能风环冷却系统由电机、变频器、风环组成。（2）新型高效节能风环冷却系统工作原理：采用最节能的数字变频电机控制系统以及低噪声洁净过滤、低损耗、大口径、高能效的进风、混风、出风结构，从而最大限度地保证能量不丢失，达到高效节能的薄膜胚管冷却效果。新型高效节能风环冷却系统采用旋转切线侧向进风设计，大流量光洁方管输送风能，有效规避了进风不均匀，降低进风能量的问题。新型高效节能风环冷却系统采用的混风系统是大容积结构设计，垂直竖向“破旋”二次混风输送系统，既解决了小流道低通风量、高压力、能量严重损失的问题，又提高了风的均匀性。新型高效节能风环冷却系统的出风口及出风通道设计采用上下阶梯结构，大风口出风，出风均匀、阻力小，保证了高效节能。另外，风口设计倒流板，大风量冷却塑料薄膜胚管的同时，部分风量能沿着膜泡吹胀方向带走热能量，对流作用引导了风环风口周围空气做球型滚动，进一步加强了降温效果。

2.2新型高效节能风环的应用

新型高效节能风环冷却系统广泛应用于各种吹膜机组，可以吹制葡萄糖/氯化钠羟基淀粉等原料药包装袋、各种药品用组合盖、接口包装袋、药用组合盖垫片包装袋、预充式注射器和高分子预灌封注射器的活塞和护帽包装袋、农用棚膜和地膜、非危化品液体运输存储包装膜、工业用高透明阻隔功能薄膜、防渗漏土工膜材料等，特别适用于吹制厚度范围大、精度要求高的塑料薄膜产品。

2.3主要部件工作流程

数字变频风机—大口径风道—切线侧向进风口—竖向风流导向机构—溢出式出风口—产品冷却定型。

2.4结构示意图

新型高效节能风环为圆型结构（图1），套装在吹膜机组机头的上方，冷却风切线方向首先进入圆形结构的风环内部风室，采用大容量风室降低能耗（图2风板7—底板9），旋转的冷却风经过4级“破旋”后（图2挡风板7—挡风板4），进入缓冲风室（图2挡风板4—挡风板2），再经过6个挡风板混风均匀后（图2挡风板2—挡风板3），从出风口出风冷却产品。

2.5动作过程（原理）

数字变频低噪声风机上电，节能低压大流量风机启动。低压大流量洁净冷却风通过大通道切线方向低阻力进入进风口；进风部分将低压大流量洁净冷却风在高速旋转中送入圆形大容积混风部分，混风部分将送来的旋转大流量风能“破旋”形成直线定向大流量均匀的垂直冷却风。混风部分的垂直单流向冷却风经过风道引导进入出风口，出风口对冷却风进行再混合再减压，送出低压大流量洁净冷却风对产品进行冷却。

2.6新型高效节能风环冷却系统的优点

2.6.1结构新颖、成本低廉新风环结构为钢板焊接和模块化组装结构，老式风环多为铸铝上下片式结构。铸铝结构需要铸造模型，高温浇筑，不同机头配备不同尺寸的风环。浇筑模型多，造成铸铝风环价格高且污染环境。新型高效节能风环采用低噪声节能风机，技术成熟，比普通“蜗牛”风机节能环保。新型高效节能风环是大口径风道进风，流道结构简单，机械加工方便，内部组件模块化、标准化，使得加工成本更低。加强筋和隔热材料的使用，使得整个风环热变形系数小，结构稳定不变形。一系列的设计、结构、材料优势，成就了一款结构新颖、成本低廉的新型高效节能风环冷却系统。

2.6.2高效节能、降本增效新型高效节能风环冷却系统采用数字变频技术，根据塑料薄膜制品的规格尺寸，优化功率输出，采用节能磁力线电机进一步减低能耗。大口径进气道设计，进风阻力小，减少了能量消耗，最大限度地利用了冷却风，提高了冷却效率。能耗更低，产出更高，使得产品单位成本下降，产品市场竞争力提高，企业可以获得更高的经济效益。

2.6.3出风均匀、提高质量新型高效节能风环冷却系统出风均匀、流量大、风压低，能够高速生产膜厚范围大、精度要求高的产品。老式风环系统不能生产厚度在0.5mm以上的薄膜产品，也不能生产厚度均匀性要求高的产品。低压高效冷却实现了稳定高速生产，产品的均一性得到了保障。医药包装袋类产品，包装的产品价格昂贵、批量大，高速高效高品质的产品更能赢得市场。

3结语

根据对吹膜机组老式风环的解剖与研究，老式风环结构复杂、成本高、效率低、能耗高、成型加工难，影响产品质量和产量，因此研发新型高效节能风环冷却系统势在必行。通过优化设计，经过机械工厂加工生产，新型高效节能风环冷却系统已在山东花冠股份公司PES1300*EX-65吹膜机组试运行，效果优良，制造成本降低25%（加工数量增加，成本下降更大），风机电机降耗30%，生产效率提高20%。

作者：王洪祥 李秀梅 戚敏 薛俊梅 单位：山东永聚医药科技有限公司