CN111361128B - 用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置和减振方法 - Google Patents

用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置和减振方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置和方法，装置整体呈连接套套体结构，其两端接流体输入和输出管路，套体两端分设第一和第二端盖，套体内有一段用于流体输送的流体通道，流体通道包括输入和输出端，输入端连接引自振动源的流体输入管路，输出端连接流体输出管路；流体通道为层状结构，其内壁为耐高温蠕变材料层，外侧由内到外依次包覆有导热性承压壳体、加热层；流体输入管路的外缘套设有第一承压弹簧，第一承压弹簧一端抵靠在流体输入管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在第一端盖内侧端；流体输出管路的外缘套设有第二承压弹簧，第二承压弹簧的一端抵靠在流体输出管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在第二端盖的内侧端。

Description

用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置和减振方法
技术领域
本发明涉及一种新型复合材料管道阻尼减振方法和减振装置，特别涉及一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置和减振方法。
背景技术
阻尼器或减振器是一种利用阻尼特性来减缓机械振动、或减缓机械振动影响、或消耗动能的装置。
工业上所用的一些机械和设备，如风机、空压机、冷冻机、水泵、振动筛、机床、内燃机、真空泵、金属锻压机、注射成型机及其他电驱动和往复式机械设备，常需要减振***来有效地隔离振源和减轻机械振动，尤其是当与之相连的是精密仪器设备时，传动轴接头和管道接头常设置减振元件或***。通常情况下，所传输的流体的温度、压力或腐蚀性在一定范围，或其中的一个参数很高，如高温低压流体，或常温高压流体，或高温腐蚀性流体，但在一些特殊行业，如塑料加工行业，涉及的流体是高温(达350℃)高压(大90MPa)，在此条件下提供减振***是一个挑战。
塑料薄膜是应用广泛的高分子材料制品。塑料薄膜可以用挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅以及使用狭缝机头直接挤出等方法制造，各种方法的特点不同，适应性也不一样。其中吹塑法成型塑料薄膜比较经济和简便，结晶型和非晶型塑料都适用，吹塑成型不但能成型簿至几微米的包装薄膜，也能成型厚达0.3mm的包装薄膜，既能生产窄幅，也能得到宽度达近20m的薄膜，这是其它成型方法无法比拟的。吹塑过程塑料受到纵横方向的拉伸取向作用，制品质量较高，因此吹塑成型在薄膜生产上应用十分广泛。
吹塑是在挤出工艺的基础上发展起来的一种热塑性塑料的成型方法。吹塑的实质就是在挤出的型坯内通过压缩空气吹胀后成型的，它包括吹塑薄膜和中空吹塑成型。在吹塑过程中，塑料从挤出机的机头口模挤出以致吹胀成膜，经历着粘度、相变等一系列的变化，与这些变化有密切关系的是挤出过程的各段物料的温度、螺杆的转速是否稳定，机头的压力和口模的结构、风环冷却及室内空气冷却以及吹入空气压力等。这些相互配合与协调的作用都直接影响薄膜性能的优劣和生产效率的高低。
此外，吹塑是一个复杂的多体耦合***，同时承受着多变的载荷，导致振动在吹塑中普遍存在，影响产品质量。例如螺杆挤出机中的电动机和变速箱的振动噪声通过管道传输到膜头，引起膜管的不规则振动对产品质量有较大的影响，这种不规则振动使膜管的直径难以稳定，形成不稳定的膜泡，造成泡(膜)管直径和壁厚不均，使薄膜起皱，发花等。
要保证这样耦合***在各种振动载荷下平稳地运行，减少振动是必须解决的关键问题之一。利用高分子材料的高阻尼特性在很宽的频率范围内起到抑制振动峰值实现阻尼减振是可行方法之一。但由螺杆挤出机输送到吹塑机的熔融塑料流体处于高温、高压的状态，在很多情况下是具有腐蚀性的，因此，同时满足这种情况的具有高阻尼特性的高分子材料还没有见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可实现高效地阻尼减振，确保所需减振***在振动允许的范围内运行的用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，整体呈一连接套套体结构，所述连接套套体的一端接入一引自振动源的流体输入管路，另一端接出一流体输出管路，沿流体的流动方向，所述连接套套体的两端分别设有第一端盖和第二端盖，其特点为，
所述连接套套体内部至少包括一段可用于流体输送的流体通道，所述流体通道包括输入端和输出端，所述输入端连接所述引自振动源的流体输入管路，所述输出端连接所述流体输出管路；所述流体通道为层状结构，其内壁为耐高温蠕变材料层，外侧由内到外依次包覆有导热性承压壳体或导热性承压层、加热层；所述流体输入管路的外缘套设有一第一承压弹簧，所述第一承压弹簧的一端抵靠在所述流体输入管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在所述第一端盖的内侧端；所述流体输出管路的外缘套设有一第二承压弹簧，所述第二承压弹簧的一端抵靠在所述流体输出管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在所述第二端盖的内侧端。
作为本技术方案的进一步改进，所述耐高温蠕变材料层的外径不小于所述流体输入管路及其外壁凸起物的外径。
作为本技术方案的更进一步改进，相邻的所述流体输入管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层非完全触接，并保持两者相邻处设有用于所述耐高温蠕变材料层变形后的缓冲空间。
也作为本技术方案的更进一步改进，相邻的所述流体输出管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层非完全触接，并保持两者相邻处设有用于所述耐高温蠕变材料层变形后的缓冲空间。
还作为本技术方案的更进一步改进，所述导热性承压壳体或导热性承压层与所述流体输入管路间设有弹性隔离件；所述导热性承压壳体或导热性承压层与所述流体输出管路间设有弹性隔离件。
作为本发明的优选实施例之一，所述加热层外侧还包覆有保温层。
作为本发明的另一优选实施例，相邻的所述流体输入管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层至少靠近流体的一侧相触接。
作为本发明的又一优选实施例，相邻的所述流体输出管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层至少靠近流体的一侧相触接。
同样作为本技术方案的更进一步改进，所述耐高温蠕变材料层为硅橡胶、含氟橡胶和含苯环橡胶中的一种或几种的混合物。
其中，所述耐高温蠕变材料层优选FFMK橡胶。
同样，所述各弹性隔离件优选FFMK橡胶O型圈。
同样作为本技术方案的更进一步改进，所述导热性承压壳体为金属壳体。
此外，所述导热性承压壳体或导热性承压层的承压范围为5-90MPa；优选10-30MPa。
另外，所述耐高温蠕变材料层的耐温范围为0-350℃；优选20-250℃。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振方法。
该方法包括：
(1)、采用层状复合流体通道作为流体输入管路和输出管路的连接通道；所述连接通道的最内层设有用于吸收振动波的具有蠕变特性的耐高温材料层，外层依次包覆有承压壳体和加热功能层；
(2)、沿流体输送方向，在所述连接通道两侧设置用于吸收和调节所述具有蠕变特性的耐高温材料层产生变形的能量的承压弹簧。
作为该方法的进一步改进，还包括采用弹性体来抵消流体输入管路和流体输出管路与承压壳体间碰撞振动波的步骤。
采用上述技术方案的新型复合管道阻尼减振方法和***装置，具有良好的耐热性和耐压性，对需要减振的设备***有减振及降低噪音的性能，具有平衡减缓机械振动、或减缓机械振动影响、或消耗动能的优异性能。
附图说明
图1为本发明所提供的处理体系的一个示意图；
图2为本发明管道阻尼减振装置的结构示意图；
图中：100——振动源 101——由振动源传输的流体及管道 200——减振***201——减振后的流体及管道 300——需减振运行的***
1——金属承压壳体 11、12——连接孔 2——阻尼部件 21、22——缓冲腔31——流体输入管道 32——流体输出管道 33、34——凸台 41、42——端部压盖 43、44——内侧面 45、46——连接孔 51、52——承压弹簧 6——加热器 71、72、73、74——O型弹性体 8——流体
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。
如图1所示，本申请所涉及的体系包括三部分，第一部分是振动源100，第二部分是减振***200，第三部分是需减振(环境下)运行的***300，三个***传递的是高温高压流体。振动源100通过由振动源传输的流体及管道101连接减振***200，减振***200通过减振后的流体及管道201与需减振运行的***300相连。
如图2所示，为减振***200所涉及的用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置的结构示意图。其实质上是一种复合材料管道阻尼减振***。
高温高压的流体8由A端流向B端，A端接振动源(如挤出机或动力输出的设备)，则振动波沿着连接管路的A端向柔性体(即阻尼部件2)传递，柔性体阻尼部件具有吸收振动波的能力，即柔性体阻尼部件具有减少振动的功能，连接管路的B端接收的振动波相比较A端降低许多，从而保证了B端连接设备的平稳运行。其目的是为了解决高温、高压下的可能具有耐腐蚀性流体***的减振问题。
具体结构上，整个装置呈连接套套体/套管的结构特性。高温高压的流体8沿流体输入管道31进入***，经中段的阻尼部件2的内腔所形成的流体通道流过，最后经流体输出管道32到达相应的需减振运行***。
其中，中间的柔性体阻尼部件2是由耐高温、耐腐蚀的材料组成，金属承压壳体1包覆柔性体阻尼部件2，从而承受高温流体传递的压力；由阻尼部件2(减振主件，主要为径向)产生变形的能量通过两侧流体输入管道31和流体输出管道32外缘所套设的承压弹簧51和52(用于调节轴向和径向压力)以及端部压盖41和42(也可以为法兰)来完成吸收调节。金属承压壳体1与连接管道AB端防碰撞振动波则由O型弹性体71、72、73、74抵消。包覆在金属承压壳体1外部的加热器6则用于维持管道内流体的工艺温度。
结构上，阻尼部件2两侧与流体输入管路31及流体输出管路32的连接采用错位接的台阶式结构，其中，靠近流体的一侧，阻尼部件2与相应的管路紧密接触，而远离流体的一侧台阶处，阻尼部件2分别与流体输入管路31和流体输出管路32形成了缓冲腔21和22，以作为阻尼部件2变形后的缓冲变形空间。
承压弹簧51的一侧抵靠在流体输入管路31外缘凸出的凸台33的台阶面上，另一侧抵靠在端部压盖41的内侧面43上。相应的承压弹簧52的一侧抵靠在流体输出管路32外缘凸出的凸台34的台阶面上，另一侧抵靠在端部压盖41的内侧面43上。
端部压盖41和流体输入管路31间设有O型弹性体71，端部压盖42和流体输出管路32间设有O型弹性体74。流体输入管路31和金属承压壳体1间设有O型弹性体72，流体输出管路32和金属承压壳体1间设有O型弹性体73。各O型弹性体的材料优选FFMK橡胶。各O型弹性体的作用为振动隔离(非密封作用)。
两侧端部压盖41和42分别通过连接孔45和46与金属承压壳体1上对应的连接孔11和12并经连接部件连接固定。进而保持整个减振装置形成了一个相对封闭的连接套/连接管结构。
本发明所使用高性能减振复合材料管道，其中内部的阻尼部件具有良好的耐高温、耐腐蚀性及蠕变功能，外部包覆的金属管道具有耐压性，这种复合材料管道起到输送流体和对设备***减振及降低噪音的功能，具有平衡和调整***振动等优异性能，将在航天、航空、医疗、化工等行业领域有广泛的应用。
由于本发明待处理的流体参数为：工作温度350℃—0℃，耐腐蚀，工作介质为熔融塑料或热空气、化学气体等气体介质，产品的工作压力为小于90MPa。
相应的，形成阻尼部件2的耐高温蠕变材料可选用硅橡胶、含氟橡胶、含苯环的橡胶材料或者几种的混合物，其工作温度在350℃—0℃之间，即耐高温防腐蚀，可蠕变。其耐温范围为0-350℃，更优在20-250℃。优选FFMK橡胶。
外部作为包覆材料的金属承压壳体1可选用金属材料或替换为其他合适材料，目的是承受由内部流体传导的压力。承压在5-90MPa，更优在10-30MPa。
加热器6的目的在于维持***恒温，有加热功能，防止熔融流体冷却。相应的，在加热器6外部，最好包覆一层保温层，进而使该层状管道变为4层结构。
由上所述，内部材料的特点是高粘弹性，除了分子的弹性变形之外，高分子链之间还会发生“蠕变”或分子滑移，使它在缓冲、减振和动态使用方面具有优异性能，即具有滞后、阻尼以及能进行可逆的蠕变性。
例如硅橡胶的弹力完全是由卷曲分子结构的变化产生，由于硅胶分子间的相互作用会妨碍分子链的运动，表现为粘性，以至于应力与应变处于非平衡状态。作用于硅橡胶分子上的力，一部分用于克服分子之间的粘性阻力，在粘性摩擦的过程中吸收部分能量，另一部分才使分子链发生变形，二者构成了硅橡胶的粘弹性。
为了保证柔性体(即阻尼部件2)的伸展变形，还需要阻尼部件2与金属承压壳体1之间有弹性变形的承压弹簧51和52及两侧的流体输入/输出管路来吸收由阻尼部件变形产生的振动，***承压能力也由承压弹簧及连接管路来调节；而各O型弹性体则负责抵消振动而非密封。
具体地，本发明提出的高性能减振复合材料管道使机械振动和管道振动产生的有害因素通过内部弹性体材料特性和外部管道的特殊结构分化降低。复合材料管的两部分相辅相成，内部橡胶部分由于高性能的弹性蠕变起到阻尼作用，同时抵御高温、腐蚀，外部金属部分起到增强和支撑作用，耐压保温。
本发明涉及的新型复合材料管道阻尼减振方法和***装置，特别用于挤出和吹塑联动***中高温高压流体介质传输时的阻尼减振，提供的高性能减震复合材料管道，其中管道的最内层具有良好的耐热性起阻尼作用，外面包覆材料具有耐压性，用于承受高压，特点在于外层包覆内层，但内层可蠕变产生阻尼效果。减振部件用于吸收内层阻尼部件所产生的变形应力，并且***有调整压力变化的功能。这种复合材料管道起到输送流体和对设备***减振及降低噪音的功能。复合材料管道阻尼减振***附属部件包括管道连接部分、内层阻尼材料生成振动的衰减部分、密封部分、加热维持恒温部分，和运行参数调节部分(指弹簧的弹性压力选择)。本方法和***可高效地阻尼减振，确保所需减振***在振动允许的范围内运行。
另外，其连接的振动源可以是1个或多个。需要减振运行的***也可以是1个或多个。减振***也可以是1个或多个，当多个时可串联或并联或其组合方式。

Claims (18)

1.一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，整体呈一连接套套体结构，所述连接套套体的一端接入一引自振动源的流体输入管路，另一端接出一流体输出管路，沿流体的流动方向，所述连接套套体的两端分别设有第一端盖和第二端盖，其特征在于，
所述连接套套体内部至少包括一段可用于流体输送的流体通道，所述流体通道包括输入端和输出端，所述输入端连接所述引自振动源的流体输入管路，所述输出端连接所述流体输出管路；所述流体通道为层状结构，其内壁为耐高温蠕变材料层，耐高温蠕变材料层的外侧由内到外依次包覆有导热性承压壳体或导热性承压层、加热层；所述流体输入管路的外缘套设有一第一承压弹簧，所述第一承压弹簧的一端抵靠在所述流体输入管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在所述第一端盖的内侧端；所述流体输出管路的外缘套设有一第二承压弹簧，所述第二承压弹簧的一端抵靠在所述流体输出管路外壁的凸起物上，另一端抵靠在所述第二端盖的内侧端。
2.根据权利要求1所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述耐高温蠕变材料层的外径不小于所述流体输入管路及其外壁凸起物的外径。
3.根据权利要求1或2所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，相邻的所述流体输入管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层非完全触接，并保持两者相邻处设有用于所述耐高温蠕变材料层变形后的缓冲空间。
4.根据权利要求1或2所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，相邻的所述流体输出管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层非完全触接，并保持两者相邻处设有用于所述耐高温蠕变材料层变形后的缓冲空间。
5.根据权利要求1或2所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述导热性承压壳体或导热性承压层与所述流体输入管路间设有弹性隔离件；所述导热性承压壳体或导热性承压层与所述流体输出管路间设有弹性隔离件。
6.根据权利要求1或2所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述加热层外侧还包覆有保温层。
7.根据权利要求3所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，相邻的所述流体输入管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层至少靠近流体的一侧相触接。
8.根据权利要求3所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，相邻的所述流体输出管路与所述流体通道的耐高温蠕变材料层至少靠近流体的一侧相触接。
9.根据权利要求1或2所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述耐高温蠕变材料层为硅橡胶、含氟橡胶和含苯环橡胶中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述耐高温蠕变材料层为FFMK橡胶。
11.根据权利要求5所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述各弹性隔离件为耐高温蠕变材料O型圈。
12.根据权利要求1所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述导热性承压壳体为金属壳体。
13.根据权利要求1或12所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述导热性承压壳体或导热性承压层的承压范围为5-90MPa。
14.根据权利要求13所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述导热性承压壳体或导热性承压层的承压范围为10-30MPa。
15.根据权利要求1所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述耐高温蠕变材料层的耐温范围为0-350℃。
16.根据权利要求15所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振装置，其特征在于，所述耐高温蠕变材料层的耐温范围为20-250℃。
17.一种用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振方法，其特征在于，包括：
(1)、采用层状复合流体通道作为流体输入管路和流体输出管路的连接通道；所述连接通道层状结构的最内层设有用于吸收振动波的具有蠕变特性的耐高温材料层，外层依次包覆有承压壳体和加热功能层；
(2)、沿流体输送方向，在所述连接通道两侧设置用于吸收和调节所述具有蠕变特性的耐高温材料层产生变形的能量的承压弹簧。
18.根据权利要求17所述用于挤出和吹塑联动***的管道阻尼减振方法，其特征在于，还包括采用弹性体来抵消流体输入管路和流体输出管路与承压壳体间碰撞振动波的步骤。
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