醫(yī)藥包裝膜風環(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過程中存在的常見問題，包括冷卻效率低、能耗高，產品厚薄差距大，膜泡形狀和冷卻線變化大、產品質量不穩(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，并提出了相應的解決方案。

關鍵詞：風環(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冷吹膜機組生產，其產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)藥包裝膜材生產過程中，塑料經過高溫塑化擠出，在機頭處多層融合成高溫熔體的塑料胚體，通過風冷卻—吹脹，再經過牽伸—冷卻，得到定制規(guī)格尺寸的塑料薄膜制品。冷卻風的風壓、風量是影響產品產量和質量的關鍵，同時更是環(huán)保關注的焦點和痛點問題。

1? ? 老式風環(huán)冷卻系統(tǒng)存在的缺陷和問題

1.1? ? 冷卻效率低、能耗高

老舊風環(huán)組件主要包括電機、風扇、風包、連接管、風環(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)風扇多采用高中壓結構設計，以保證出風口有足夠的風量，能夠冷卻機頭高溫胚料。冷卻系統(tǒng)風包主要是配合風環(huán)多點式進風，風包與風扇一般采用直聯(lián)方式，單進風口有保證多點出風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，風環(huán)安裝在機頭上方，電機和風扇距離風環(huán)較遠，一般用耐高溫風管連接，耐高溫風管多為內襯鋼絲的玻璃絲布制品，風阻較大，管線很長，能量損失較大。

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

1.2? ? 產品厚薄差距大

老式風環(huán)采用的是中高壓送風，同時風量較低，生產大規(guī)格薄膜制品過程中必須增加塑料擠出機的轉速，增加牽伸比和吹脹比，需要的冷卻風量也隨之加大，這就需要增加風環(huán)縫隙開口度。風環(huán)縫隙出風口開口度增加的同時降低了多點進風“混風”效果，風管進風口處風壓加大，風量增多，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、產品質量不穩(wěn)定

老式風環(huán)冷卻系統(tǒng)結構組件多，冷卻風路徑長且環(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)定直接影響產品的光學性能和力學性能，而產品的透明性和力學強度不穩(wěn)定，將直接影響盛裝產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

老式風環(huán)冷卻效率低，生產大規(guī)格尺寸塑料薄膜制品或高速生產時，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。縱橫向力學指標差距較大，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，同時面臨較大的經濟損失和環(huán)境污染風險。

2? ? 新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)研究

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

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

（2）新型高效節(jié)能風環(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、混風、出風結構，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)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)采用旋轉切線側向進風設計，大流量光潔方管輸送風能，有效規(guī)避了進風不均勻，降低進風能量的問題。新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)采用的混風系統(tǒng)是大容積結構設計，垂直豎向“破旋”二次混風輸送系統(tǒng)，既解決了小流道低通風量、高壓力、能量嚴重損失的問題，又提高了風的均勻性。新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)的出風口及出風通道設計采用上下階梯結構，大風口出風，出風均勻、阻力小，保證了高效節(jié)能。另外，風口設計倒流板，大風量冷卻塑料薄膜胚管的同時，部分風量能沿著膜泡吹脹方向帶走熱能量，對流作用引導了風環(huán)風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)能風環(huán)的應用

新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)廣泛應用于各種吹膜機組，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、預充式注射器和高分子預灌封注射器的活塞和護帽包裝袋、農用棚膜和地膜、非危化品液體運輸存儲包裝膜、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品。

2.3? ? 主要部件工作流程

數(shù)字變頻風機—大口徑風道—切線側向進風口—豎向風流導向機構—溢出式出風口—產品冷卻定型。

2.4? ? 結構示意圖

新型高效節(jié)能風環(huán)為圓型結構（圖1），套裝在吹膜機組機頭的上方，冷卻風切線方向首先進入圓形結構的風環(huán)內部風室，采用大容量風室降低能耗（圖2風板7—底板9），旋轉的冷卻風經過4級“破旋”后（圖2擋風板7—擋風板4），進入緩沖風室（圖2擋風板4—擋風板2），再經過6個擋風板混風均勻后（圖2擋風板2—擋風板3），從出風口出風冷卻產品。

2.5? ? 動作過程（原理）

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

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

2.6.1? ? 結構新穎、成本低廉

新風環(huán)結構為鋼板焊接和模塊化組裝結構，老式風環(huán)多為鑄鋁上下片式結構。鑄鋁結構需要鑄造模型，高溫澆筑，不同機頭配備不同尺寸的風環(huán)。澆筑模型多，造成鑄鋁風環(huán)價格高且污染環(huán)境。新型高效節(jié)能風環(huán)采用低噪聲節(jié)能風機，技術成熟，比普通“蝸牛”風機節(jié)能環(huán)保。新型高效節(jié)能風環(huán)是大口徑風道進風，流道結構簡單，機械加工方便，內部組件模塊化、標準化，使得加工成本更低。加強筋和隔熱材料的使用，使得整個風環(huán)熱變形系數(shù)小，結構穩(wěn)定不變形。一系列的設計、結構、材料優(yōu)勢，成就了一款結構新穎、成本低廉的新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)。

2.6.2? ? 高效節(jié)能、降本增效

新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)采用數(shù)字變頻技術，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。大口徑進氣道設計，進風阻力小，減少了能量消耗，最大限度地利用了冷卻風，提高了冷卻效率。能耗更低，產出更高，使得產品單位成本下降，產品市場競爭力提高，企業(yè)可以獲得更高的經濟效益。

2.6.3? ? 出風均勻、提高質量

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

3? ? 結語

根據(jù)對吹膜機組老式風環(huán)的解剖與研究，老式風環(huán)結構復雜、成本高、效率低、能耗高、成型加工難，影響產品質量和產量，因此研發(fā)新型高效節(jié)能風環(huán)冷卻系統(tǒng)勢在必行。

通過優(yōu)化設計，經過機械工廠加工生產，新型高效節(jié)能風環(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），風機電機降耗30%，生產效率提高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。