Двухкаскадный экструдер для полимерных материалов

Двухкаскадный экструдер для полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски

Социалистических

Республик (ii>903171

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 150230 (21) 2882735/23-05 (И)М Кп з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

В 29 F 3/01

В 29 F 3/02

Государственный комитет

ССС P. но делам изобретений и открытий,.Опубликовано 070282.Бюллетень ¹

l 3) УДК б 78 . 057, . 3 (088.8) Дата опубликования описания 070282 (72) Авторы изобретения

О M.Яхно Н П Тонконог Г В Давидчук, В

А.И.Чубовский.и Д.Д.Рябинин

Киевский ордена Ленина политехнический и У им.50-летия Великой Октябрьской социалис ичесйбй .;нттркА в (71) Заявитель (54) ДВУХКАСКАДНЫЙ ЭКСТРуДЕР ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области полимерного машиностроения и может быть использовано в агрегатах для получения изделий из полумеров на базе двухкаскадных экструдеров.

Известен червячный экструдер для полимерных материалов, содержащий корпус, размещенный в нем червяк с приводом вращения и загрузочное устройство (1).

Однако качество полученных в таком экструдере изделий недостаточно высоко,. что .обусловлено низкой степенью смешения и гомогенизации материала при перемещении его червяком в корпусе .экструдера.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к изоб" ретению является двухкаскадный экструдер для полимерных материалов, содержащий экструдеры первого и второго каскадов, соединенные между собой входным, выходным патрубками и переходником, выполненным с изогнутым каналом для прохода полимера, имеющим прямолинейные участки (2).

За счет последовательного перемешивания материала. сначала в экструдере первого каскада, а затем в экструдере второго каскада обеспечивается эффективная его гомогениза- ция. Однако надежность конструкции двухкаскадного экструдера недостаточна, что обусловлено жестким соединением переходника с входным и выходным патрубками и с экструдерами первого и второго каскадов и выпол.нением канала переходника постоянных размеров, благодаря чему возникают значительные осевые нагрузки на переходник и крепеж экструдера из-за температурного расширения его конструктивных элементов (так как рабочая температура в процессе

15 экструзии достигает 250 С) и из-за отсутствия возможности регулирования сопротивления канала переходника, что приводит к авариям, поломкам и снижает производительность экструдера.

Цель изобретения — повышение надежности и увеличение производительности двухкаскадного экструдера.

Достигается эта цель благодаря

25 тому, что в .двухкаскадном экструдере для полимерныХ материалов, содержащем экструдеры первого и второго каскадов, соединенные между собой входным,,выходным патрубками и переходником, выполненным с изогнутым

903171 каналом для прохода полимера, имеющим прямолинейные участки, переходник смонтирован с возможностью перемещения относительно входного и выходного патрубков, концы которых размещены на прямолинейных участках изогнутого канала и снабжен установленным в месте поворота изогнутого.. канала профильным вкладышем, смонтированным с возможностью перемещения относительно переходника на што- tO ке, выполненном с увеличивающимися в направлении течения полимера размерами и соединенном с входным патрубком посредством смонтированного . на его конце держателя, размещенного 15 в проточке, выполненной во входном патрубке.

Кроме того, канал входного патрубка, изогнутый канал переходника, ограниченный в месте его поворота поверхностью профильного вкладыша, и канал выходного патрубка выполнены с чередующимися в направлении течения полимера конфузно- диффузорными участками. В месте поворота изогнутого канала расположены сообщенные между собой диффуэорный и конфузорный участки.

На фиг. 1.показан двухкаскадный экструдер в разрезе; на фиг. 2 изогнутый канал переходника с чере.дующимися в направлении течения расплава полимера конфузорно-диффузорными участками в разрезе. двухкаскадный экструдер содержит экструдер 1 первого каскада и экструдер 2 второго каскада, соединенные входным 3 и выходным .4 патрубками с переходником 5. Переходник 5 установлен подвижно относительно входного 3 и выходного 4 патрубков и 40 своей внутренней поверхностью ограничивающей прямолинейные участки изогнутого канала, контактирует с внешними поверхностями входного 3 и выходного 4 патрубков и может пере- 45 мещаться по ним, как по направляющим. В изогнутом канале для прохода полимера переходника 5 установлен подвижно относительно переходника

5 профильный вкладыш б, который соединен с патрубком 3 штоком 7 выполненным с размерами, увеличивающи» мися в направлении течения расплава полимера. Их соединение осуществляется следующим образом. Во входной части канала патрубка 3 выполнена проточка 8, в которой установлен держатель 9 с отверстиями, связанный со юштоком 7. В профильном вкладыше б выполнено сквозное отверстие 10, через которое проходит шток 7. На . 60 конце штока 7 установлено средство для перемещения относительно переходника 5 профильного вкладыша б, включающее резьбовую часть 11 штока

7 и гайку 12. 65

Патрубки 3 и 4 и вкладыш б снабжены уплотнительными элементами 13 — 16.

Патрубки 3 и 4 и вкладыш б, шток 7 и изогнутый канал переходника 5 образуют гидравлическое поворотное . колено с кольцевым участк эм 17, следующим за ним расширяющимся кольцевым участком 18, цилиндрическим участком 19, площадь. поперечного сечения которого больше площади поперечного сечения участка 18,и цилиндри» ческим участком 20. Изогнутый канал переходника 5 выполнен таким образом, что в месте поворота потока расплава полимера происходит увеличение площади проходного сечения изогнутого канала. В варианте конструкции (см.фиг.2) кольцевой участок 17 выполнен в виде кольцевого конфузора, кольцевой участок 18 в виде кольцевого диффузора, цилиндрический участок 19 — в виде конфузора и цилиндрический участок 20— в виде диффузора, При работе двухкаскадного экстру" дера обеспечивается заданный температурный режим. При этом происходит расширение элементов конструкции.

Наличие подвижного соединения переходника 5 с входным 3 и выходным 4 патрубками позволяет им -перемещаться относительно друг друга вследствие температурного расширения и не при/ водит в этом случае к нежелательным напряжениям конструкции, что имело бы место при неподвижном соединении этих элементов. Расплав полимера из экструдера 1 первого каскада поступает через держатель 9 с отверстиями в кольцевой участок 17 канала патрубка 3 и затем в расширяющийся кольцевой участок 18 изогнутого канала переходника 5, обтекая при этом шток 7. На кольцевом участке

18 происходит уменьшение скорости течения расплава полимера и релаксация напряжений, возникающих в полимере. Нарастают нормальные напряжения, действующие в радиальном направлении. При дальнейшем течении расплава полимера вследствие увеличения размеров штока 7 и уменьшения проходного сечения кольцевого участка 18 увеличивается сопротивление этого участка в осевом направлении и создается перепад давления для поворота потока расплава полимера, так как сопротивление цилиндрического участка 19 канала меньше,чем сопротивление участка 18. При этом также имеют место перемещения переходника 5 относительно патрубков 3 и 4. Элементы конструкции.самоустанавливаются относительно друг друга, выбирая при этом необходимые линейные перемещения. Вследствие подвижного соединения укаэанных элементов . происходит уменьшение напряжения, 903171

ЗР

40

ЬО

65 т.е. уменьшаются усилия, действующие на переходник 5 в осевом направлении, котОрые стараются оторвать переходник 5 от экструдеров 1,2.

Осевые усилия от давления расплава полимера воспринимает вкладыш б, рациональный профиль которого позволяет также осуществить плавный поворот потока расплава полимера.

На переходник 5 действуют только радиальные усилия, которые не могут привести к отрыву переходника 5 от экструдеров 1,2. Вкладыш б через держатель 9 штока. 7, расположенный в проточке 8, передает осевые усилия на патрубок 3. Вследствие того, что осевые усилия действуют и на торец (фаску) патрубка 3, расположенный .на входе в участок 18 канала в направлении, противоположном действию осевого усилия на вкладыш 6, происходит частичное уравновешивание сил, действующих на патрубок 3 со стороны держателя 9 штока 7 и расплава полимера на участке 18 канала. При перемещении вкладыша б с помощью резьбовой части 11 штока 7 и гайки

12 изменяется сопротивление на участке 18 aH a, H cTaHa HaaeT его рациональная величина для данной производительности экструзии. Из цилиндрического участка 19 канала расплав полимера поступает в цилиндрический участок 20 канала и запитывает экструдер 2. При работе двухкаскадного экструдера утечки расплава полимера через гарантированные зазоры предотвращают уплотнительные элементы 13 - 16, .

Отсутсвие неподвижных соединений входного 3 и выходного 4 патрубков и держателя 9 с переходником

5 осущественно облегчает монтаж и наладку экструдера.

При выполнении изогнутого канала, гидравлического поворотного колена с чередующимися в направлении течения расплава полимера конфузорно-диффу« зорными участками из экструдера 1 первого каскада поступает неоднородный по сечению йотока расплав полимера, так как в данной конструкции на выходе из экструдера 1 первого каскада отсутствуют фильтрующие элементы. Протекая в конфузорный кольцевой участок 17 канала, расплав полимера сжимается по длине канала и становится более однородным. При этом увеличивается диссипация энергии, компенсируя некоторое увеличение сопротивления на этом участке снижением вязкости расплава полимера. Основные гидравлические потери энергии возникают на участках 18 и

19 канала в месте поворота потока.

На участке 18 кольцевого диффузора уменьшается скорость течения распла- ва полимера. Известно, что гидравлические потери энергии на местных сопротивлениях типа поворотного колена пропорциональны квадрату скорости. Поэтому при уменьшении скорости течения расплава полимера происходит существенное уменьшение гидравлических потерь энергии на участке поворота потока, так как затем расплав полимера поступает в конфузорный участок 19 канала. При течении вязких жидкостей через местные. сопротивления типа поворотного колена возникают вторичные потоки, приводящие к неоднородности потока и повышающие сопротивление экструзии.

Для обеспечения нормальных условий запитки экструдера 2 на выходе из конфузорного участка 19 канаЛа поток сжимается, что приводит к интенсификации диссипативных процессов в полимере и повышению однородности потока. На диффузионном участке 20 канала поток расплава полимера расширяется для запитки экструдера 2 °

Испытания опытного образца двух каскадного экструдера показали возможность увеличения производительности экструзии путем уменьшения осевых усилий, действующих на переходник и-крепеж конструкции, и регулирования сопротивления экструзии, предотвращения опасности разрушения и аварии при запуске и работе двухкаскадного экструдера. Это позволяет снизить удельные показатели энергозатрат и увеличить производительность экструзии в 1,5 — 2 раза при надежной работе двухкаскадного экструдера, что дает экономический эффект около 10 тыс. рублей на одном типоразмере изделия.

Формула изобретения

1. Двухкаскадный экструдер для полимерных материалов, содержащий экструдеры первого и второго каскадов, соединенные между собой входным выходным патрубками и переходником, выполненным с изогнутым каналом .. для прохода полимера, имеющим прямолинейные. участки, о т л и ч а.ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения производительности двухкаскадного экструдера, переходник смонтирован с воэможностью перемещения относительно входного и выходного патрубков, концы которых размещены на прямолинейных участках изогнутого канала, и снабжен установленным в месте по,ворота изогнутого. канала профильным вкладышем, смонтированным с возможностью перемещения относительно переходника на штоке, выполненом с увеличивающимися в направлении течения полимера размерами и соединенном с входным патрубком посредством смонтированного на его конце держателя, 903171 размещенного в проточке, выполненной во входном патрубке.

2. Экструдер по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что канал входного патрубка, изогнутый канал переходника, ограниченный в месте его поворота поверхностью профильного вкладыша, и канал выходного патрубка выполнены с чередующимися в направлении течения полимера конфузорно-диффуэорными участками, причем в месте поворота изогнутого канала расположены сообщенные между союой диффузорный и конфуэорный участки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Завгородний В.К. Механизация и автоматизация переработки пластических масс. М. Машиностроение, 19 7 0 c . .44-45.

2. Патент США Р 3860220, кл. 259-192, опублик. 1975 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 12537/25

Тираж 673 Подписное филиал ППП "Патент",, г. УжГород, ул. Проектная,4