Устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала

Устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО В ЭКСТРУДЕРЕ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру, конденсатор , датчик температуры, всасывающий трубопровод и нагреватели, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности экструдера за счет интенсификации д отвода тепла и повыщения точности регулирования температуры перерабз гыЕ.емого полимерного материала, оно снабженр смонтированной на цилиндре экструдера охлаждающей рубашкой с наклонными ребрами и прорезями и установленным в нижней части охлаждаюшей рубашки желобом с капиллярными канавками, регулятором давления , установленным на выходе из испарительной камеры, испарителем с регулятором уровня хладагента, пароподогревателем с камерой и змеевиком, соединенной с камерой пароподогревателя паровой рубашкой для всасывающего трубопровода и компрессором , подключенным напорной ступенью к камере пароподогревателя, причем конденсатор выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссель давления. гз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

3(511 В 29 F 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3341436/23-05 (22) 19.08.81 (46) 15.07.83. Бюл. № 26 (72) В. Н. Хомяков (53) 678.057.375 (088.8) (56) 1. Шенкель Г. Шнековые прссы для пластмасс. Л., Госхимиздат, 1962, с. 294..

2. Патент СШ,А № 2796632, кл. 425 — 144, опублик. 1957 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО В ЭКСТРУДЕРЕ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру, конденсатор, датчик температуры, всасывающий трубопровод и нагреватели, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности экструдера за счет интенсификации

Рд

„„SU„„1028522 A отвода тепла и повышения точности регулирования температуры перср".(,:-: г.- вае.1ого полимерного материала, оно снабжено смонтированной на цилиндре экструдера охлаждающей рубашкой с наклонными ребрами и прорезями и установленным в нижней части охлаждающей рубашки желобом с капиллярными канавками, регулятором давления, установленным на выходе из испарительной камеры, испарителем с регулятором уровня хладагента, пароподогревателем с камерой и змеевиком, соединенной с камерой пароподогревателя паровой рубашкой для всасывающего трубопровода и компрессором, подключенным напорной ступенью к камере пароподогревателя, причем конденсатор выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссель давления.!

028522

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью равномерного распределения хладагента, испаритель смонтирован над охлаждающей рубашкой и снабжен наклонными тарелками с прорезями, а наклонные ребра охлаждающей рубашки выполнены в виде чаши с прорезями, расположенными в шахматном порядке.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования давления пара в испарительной камере, регулятор давления выполнен в виде герметично смонтированного в корпусе статора и размещенного в нем ротора, на оси которого установлена разноплечая заслонка.

Изобретение относится к переработке пластмасс и может быть использовано в экструдерах и других-машинах для переработки полимеров.

Известно устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала, содержащее цилиндр, паронагреватель и устройство для водяного охлаждения (1) .

Известная конструкция устройства не позволяет избежать опасности перегрева термопластичного материала из-за низкой эффективности отвода тепла от перерабатываемого материала, что ведет к снижению качества изделий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого B экструдере полимерного материала, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру конденсатор, датчик температуры, всасываю- 2О щий трубопровод и нагреватели. В этом устройстве обогрев осуществляется от электрических нагревателей, а охлаждение — паром.

Для регулирования температуры в рубашку конденсатора подается холодная вода через запорный электромагнитный вентиль, управляемый датчиком температуры соответствующей зоны экструдера (2).

Недостатком такого устройства является неинтенсивный отвод тепла от перерабатываемого полимерного материала, что приводит к падению производительности экструдера и ухудшению качества изделий вследствие перегрева термопластичной

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения и регулирования температуры, корпус датчика температуры на части своей длины снабжен слоем теплоизолирующего материала и установлен в гнезде, выполненном в цилиндре экструдера, причем в месте выхода гнезда выполнен серповидный паз.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов экструдера, испарительная камера и конденсатор смонтированы в одном корпусе и разделены теплоизоляционной перегородкой, а регулятор уровня хладагента соединен трубопроводом с испарителем.

2 массы. Кроме того, охлаждение требует большого количества проточной воды, вызывает коррозию теплообменников и их загрязнение, что также ведет к снижению теплоотвода.

Цель изобретения — повышение производительности экструдера за счет интенсификации отвода тепла и повышения точности регулирования температуры перерабатываемого полимерного материала.

Указанная цель достигается тем, что устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру, конденсатор, датчик температуры, всасывающий трубопровод и нагреватели, согласно изобретению, снабжено смонтированной на цилиндре экструдера охлаждающей рубашкой с наклонными ребрами и прорезями и установленным в нижней части охлаждающей рубашки желобом с капиллярными канавками, регулятором давления, установленным на выходе из испарительной камеры, испарителем с регулятором уровня хладагента, пароподогревателем с камерой и змеевиком, соединенной с камерой пароподогревателя паровой рубашкой для всасывающего трубопровода и компрессором, подключенным напорной ступенью к камере пароподогревателя, причем конденсатор выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссел ь да вл ен и я.

Кроме того, с целью равномерного распределения хладагента испаритель смонтирован над охлаждающей рубашкой и снаб1028522 жен наклонными тарелками с прорезями, а наклонные ребра охлаждающей рубашки выполнены в виде чаши с прорезями, расположенными в шахматном порядке.

С целью повышения точности регулирования давления пара в испарительной камере регулятор давления выполнен в виде герметично смонтированного в корпусе статора и размещенного в нем ротора, на оси которого установлена разноплечая заслонка.

С целью повышения точности измерения и регулирования температуры корпус датчика температуры на части своей длины снабжен слоем из теплоизолирующего материала и установлен в гнезде, выполненном в цилиндре экструдера, причем в месте выхода гнезда выполнен серповидный паз.

С целью уменьшения габаритов экструдера испарительная камера и конденсатор смонтированы в одном корпусе и разделены теплоизоляционной перегородкой, а регулятор уровня хлада гента соеди нен трубопроводом с испарителем.

На фиг. изображена схема устройства для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала; на фиг. 2 — испаритель, испарительная камера и регулятор уровня хладагента; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4 — регулятор давления; на фиг. 5 — разрез Б — Б на фиг. 4; на фиг. 6 — датчик температуры; на фиг. 7— разрез  — В на фиг. 6; на фиг. 8 — схема устройства для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого материала, экструдера, снабженного смесителем.

Устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала содержит экструдер с цилиндром 1. Экструдер имеет зоны загрузки 2, пластикации 3, выдавливания 4 и формующую головку 5 (фиг. 1).

На цилиндре 1 экструдера (фиг. 2) установлена охлаждающая рубашка 6 с наклонными ребрами 7 с прорезями для стока хладагента. В верхней части охлаждающей рубашки 6 два ребра установлены так, что образуют чашу. К нижней части охлаждающей рубашки 6 плотно установлен желоб 8, имеющий на своей внутренней поверхности капиллярные канавки 9 (фиг. 3).

Концентрично охлаждающей рубашке 6 установлена испарительная камера 10.

Сверху охлаждающей рубашки 6 смонтирован испаритель 11 с расположенными внутри него наклонными тарелками 12 и распылительной трубкой 13, через которую подается хладагент при открытии клапана 14 регулятора уровня под действием поплавка

15. В нижней части охлаждающей рубашки 6 выполнены отверстия 16 для стока хладагента.

Внутренняя полость шнека 34 экструдера соединена с пар«сборником 35.

Система нагрева — охлаждения зоны 2

25 загрузки снабжена вентилем 36 и манометром 37.

Регулятор 19 давления (фиг. 4) состоит из корпуса 38 и крышки 39. На втулках 40 установлена ось 41, изготовленная пз нержавеющего материала. На оси 41 смонтированы разноплечая заслонка 42 и короткозамкнутый ротор 43. Статор 44 с полюсными катушками 45 вмонтирован в корпус и герметизирован уплотнительными кольцами

46. В корпусе 38 выполнены каналы 47 и 48 рубашки охлаждения регулятора давления.

В целях обеспечения изменения прохода при малых отклонениях заслонки 42 от вертикального положения канал в корпусе 38 имеет углубление 49 (фиг. 5).

10 !

Каждый циркуляционный контур системы нагрев — охлаждение (фиг. 1) состоит из камеры-секции 17 с электрическим нагревателем 18, испарительной камеры 10, испарителя 11, регулятора 19 давления, датчика

20 манометрически-емкостного действия, электронного измерительно-регулирующего прибора 21, термоэлектрического датчика

22 температуры, всасывающего 23 и нагнетательного 24 трубопроводов. Всасывающий трубопровод снабжен паровой рубашкой 25 (на фиг. 1 обозначен пунктиром) и соединен с камерой 26 пароподогревателя 27. Всасывающий трубопровод соединен со змеевиком 28 пароподогревателя 27, который соединен с компрессором 29. Напорная ступень компрессора 29 соединена через камеру 26 пароподогревателя 27 со змеевиком 30 конденсатора 31. Камера 32 конденсатора соединена с нагнетательным трубопроводом 24.

Для дросселирования давлени: —.,;;:.;. «в хладагента межд змеевиком 30 и камерой 32 конденсатора 31 установлен дроссель 33 давления.

На участке корпуса 41 (фиг. 6) датчика

22 температуры длиной L расположен слой

42 теплоизолирующего материала, намотанного в виде ленты и закрепленного на корпусе 41 клеем. Длина L выбирается из условия равенства времени нагрева корпуса 41 и наконечника 43, установленного в гнездо цилиндра 1 экструдера и снабженного слоем теплоизолятора 44 . Наконечник 43 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, а наружная часть для обеспечения износоустойчивости имеет хромовое покрытие. Для установки датчика предназначены нажимная шайба

45, гайка 46 и уплотнительные кольца

47 и 48 .

Для исключения нагрева наконечника 43 от пристенного скольжения материала по колпачку в цилиндре 1 экструдера выполнен серповидный паз 49 по ширине, равной диаметру отверстия (фиг. 7). так, чтобы вра1028522 щеIIHE шнека экструдера имело направление

От отверстия в сторону продолжения паза.

Поскольку устройство системы нагреваох„ iàæëcíHc экструдера отличается от систt. м jp Гих машин лиIнь числом циркуля!!ионных контуров корпуса и шнеков, описания этих систем не приводится. Схема управления регулятор< м давления аналогична схеме тиристорного электронривода, является общеизвестной и поэтому не описывается.

Б целях получения компактных устройств зя счет использования под прьборы места, занимаемого конденсатором и компрессором, может оказаться целесообразным корпусы оборудования выполнить многокамерными, а компрессором обслуживать группу оборудования (фиг. 8) многокямерной конструкции: корпус 50 червячной машины и корпус

5 с иесителя нериодичс ского деЙствия. Каждый из корпусов имеет испарительную камеру 10, конденсатор 52 и охлаждающую рубашку 53 для отвода тепла конденсации

Испярительная камера и конденсатор 52 име от тепловую изоляцию. В корпусе 50 экструдера QHcl выполнена в виде гильзы 54, в корпусе 51 смесителя — в виде пластины

55. Для нагрева корпусов 50 и 5! в начале работы служат водоэлектрические 56 и няроводяные 57 нагреватели. Давление в испарительных камерах регулируется регуляторами 19 дявлениЯ и датчиками 20 мянометргп1еско-емкостного действия. Для дросселироняния служит дроссель 33 давления.

Для поддержания в испарительных камерах единого уровня хлядагентя имеются pcióë iторы 58 уровня, а для предварительного испарения — иснаритель 11 с распылительной трубкой 13. Охлаждение нижней части корпуса Осун есгвлистс» пакетами плястинчаTb1.E iKc:IîáîH 59 с кяниллярными канавками.

Подво I хля:гагентя в иснярительную камеру

10 осуществляется через штуцер 60, ввернутый в корпус 50 через гильзу 61 с винтовыми ребрами. Штуцер герметизируется с торца уплотн ительн ы м кольцом 62. Трубопроводы 63 для нсдячи хлядягентя в иснарительные камеры 10 имс от диафрагмы 64 с калиброванными отверстиями. Хладагент в охлаждающие рубашки подается «о трубопроводам 65 и 66.

Устрой тво для Охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого материала ряботяст следующим образом.

Перед ня галом работы включается сист«мя тенлоавтомятики с компрессором 29 (фиг. 1) и с помощью зядятчика задается давленщ в иснярительной кямерс, соответств кинге температуре гсрерябатывяемого материала. Все цирк) ляционные контуры системы работа от ня нагревяние, поскольку Tcмнсрятуря корпусов нижс задан.юй, а мятерня„l .: це не загружается. В режиме ((Тен,! я мяло>> НО команде pt Гулирую1цих

55 приборов 21 закрываются заслонки 42 регуляторов 19 давления и включаются нагреватели 18. При нагревании хладагента, наполняющего корпусы нагревателей и частично испарительные камеры 10, он начинает испаряться, нагревая цилиндр 1 экструдера.

При этом теплые частицы за счет разности объемных весов поднимаются вверх, а охлажденные частицы опускаются вниз. Под действием обратного крутящего момента заслонка регулятора давления закрыта до тех пор, пока давление пара в испарительной камере 10 не превысит заданное. С этого момента в циркуляционном контуре начинается регулирование давления и охлаждение.

Нагреватель 18 этого контура отключается тогда, когда температура корпуса 41 датчика 22 температуры, установленного на измерение температуры перерабатываемого материала, достигает за счет передачи тепла хладагента от нагретой части гнезда верхнего предела заданной температуры.

После выхода системы на рабочий режим, что определяется по сигнальным лампочкам, размещенным на пульте машины, включается привод машины, машина загружается материалом для его переработки.

Загруженный холодный материал охлаждает цилиндр 1 экструдера и датчик 22 температуры. Контур выходит в режим «1 орма».

Дальнейшее регулирование температуры ведется автогенно в пределах допуска на точность регулирования, например +4 С.

Автогенное регулирование температуры перерабатываемого материала одновременно с его охлаждением производится за счет поддержания давления пара в испарительной камере 10, соответствующего заданной температуре перера баты ваемого материала, с помощью регулятора 19 давления и датчика

20 манометрическо-емкостного действия.

При работе машины, вследствие превращения механической энергии в тепловую, температура цилиндра 1 экструдера начинает подниматься, увеличивается процесс испарения хладагента. С увеличением испарения идет нарастание давления, за счет чего заслонка 42 регулятора 19 давления поворачивается, пар из испарительной камеры отсасывается компрессором 29 в больших количествах, повышается теплоотдача за счет уноса тепла паром. При падении давления в испарительной камере, а следовательно, и при снижении температуры цилиндра 1 экструдера, заслонка 42 регулятора 19 давления закрывается. В случае неправильной задачи давления задатчиком или при сбое автогенного регулирования, вследствие неисправности, регулирующий прибор 21 дает команду на регулятор давления и зажигает ту или иную сигнальную лампу. Пар, выпущенный регуляторами 19 давления, засасывается через трубопровод 23, компрессором

29 сжимается до давления конденсации и по трубопроводу через пароподогреватель 27

1028522

7 подается в конденсатор 31. Сжатый компрес- са сором пар имеет высокую температуру, ко- по торая частично используется для подогре- 33 ва засасываемого компрессором пара в це- да лях повышения КПД процесса охлаждения. пр

Вышедший из конденсатора 31 сжиженный 5 ки под давлением хладагент за счет дроссели- П рования в дросселе 33 охлаждается до 4 — ло

6 С и подается в камеру 32 конденсатора 31 для.отбора тепла конденсации, после чего из подогретый до 30 — 90 С (в зависимости от lð пр режима работы) по трубопроводу 24 через те регуляторы уровня подается снова в испа- сн рительные камеры 10. ис

Вследствие уноса хладагента в виде па- ду ра уровень его в испарительной камере 10 м понижается. При опускании поплавок 15 открывает клапан 14. Хладагент через от- м верстия распылительной трубки 13 струей чи подается на наклонные тарелки 12 и запол- до няет чашу, образованную верхними ребрами

7 охлаждающей рубашки 6. Хладагент, пе- то ретекая по тарелкам 12 и ребрам 7 охлаж- рь дающей рубашки, испаряется. Испарение ш происходит и на цилиндрическом участке пр охлаждающей рубашки 6, к которой хлад- во агент через отверстия 16 поступает снизу по ор капиллярным канавкам 9 желоба 8. 25 в

Зона 2 питания экструдера не требует эт точного контроля по температуре и нагрева- ни ния цилиндра 1 экструдера до высоких тем- о ператур, поэтому циркуляционный контур пр этой зоны не имеет регулятора 19 давления м с электронным измерительно-регулирующим ЗО нь прибором 21 и нагревателя 18. Нагревание этой зоны в начале работы происходит за ох счет теплопроводности. Требуемая темпера- в тура устанавливается по давлению в испа- то рительной камере 10 с помощью вентиля 36 д и манометра 37. Процесс поддержания тем- го

35 пературы осуществляется автогенно, т. е. д чем больше тепловыделения, тем больше теп- че лоот вод,. н

Работа циркуляционного контура шнека ч

34 аналогична работе циркуляционного кон- 4О к тура цилиндра 1 экструдера и отличается ч лишь тем, что испарение хладагента ведет- н ся в продольной полости шнека 34, а пары те к регулятору 19 давления подаются через паросборник 35.

50

Работа системы нагрев-охлаждение с групповым отсосом пара и оборудованием с многокамерными корпусами (фиг. 8) состоит в следующем.

Пары хладагента из испарительных камер 10 и испарителей 11 по трубопроводам

23 через регуляторы 19 давления отсасываются компрессором 29, сжимаются до давления конденсации и направляются по трубопроводам 24 в конденсатор 52. После конден1 тора 52 хладагент по трубопроводам 65 д давлением пропускается через дроссель давления и за счет расширения охлажется. Охлажденный хладагент по трубооводам подается в охлаждающие рубаш53 для охлаждения конденсатора 52. роцессы охлаждения и регулирования анагичны ранее описанному.

Положительный эффект от внедрения обретения достигается за счет повышения оизводительности оборудования путем ипнсификации отвода тепла от материала, ижения брака от подгорания смесей, от ключения расходов на охлаждающую вои повышения надежности работы систеы нагрев-охлаждение.

Интерсификация отвода тепла с поощью предлагаемого устройства обеспет повышение производйтельности оборувания в два раза и снизит отходы в брак.

Автогенное регулирование повышает чность поддержания заданной температуперерабатываемого материала. Повыение точности обеспечивается динамикой оцесса охлаждения, увеличивая теплоотд в зависимости от нагревания рабочих ганов и, наоборот, уменьшая теплоотвод случае снижения тепловыделений. При ом исключается возможность возникновея перегрева материала и сигнализируется сбое автогенного регулирования или неавильного задания температурного режиа по зонам, что не обеспечивается известями системами. По сравнению с известныи системами, где изменение интенсивности лаждения ведется с помощью вентилс и ручную, что не обеспечивает удобств и чности, изменение интенсивности охлажения путем изменения обратного крутящемомента регулятора давления произвоится задатчиком по прибору с учетом колиственного показателя — силы тока. Замкутая система нагрев — охлаждение исклюает возможность насыщения хлада гента ислородом и углекислым газом, что исклюает коррозию трубопроводов и теплообменых аппаратов. Использование вторичного пла способствует экономии энергетических есурсов.

Положительным эффектом является и то, что в качестве хладагента используется вода, которая в отличие от фреонов исключает вредные воздействия на организм и, особенно, на сохраняемость способности воздушной атмосферы к переходным процессам из углекислого газа в кислород и обратно.

Система нагрев — охлаждение может быть использована для оборудования экструдеров больших типоразмеров с большими по объему испарительными камерами и конденсаторами.

1028522

1028522

1028522

Составитель В. Иванов

Редактор Л. Алексеенко Техред И. Верес Корректор Л. Бокшан

Заказ 4869/14 Тираж 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4