SU1028522A1 - Устройство дл охлаждени и регулировани температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала - Google Patents

Abstract

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, отличающеес  тем, что, с целью повышени  производительности экструдера за счет интенсификации д отвода тепла и повыщени  точности регулировани  температуры перерабз гыЕ.емого полимерного материала, оно снабженр смонтированной на цилиндре экструдера охлаждающей рубашкой с наклонными ребрами и прорез ми и установленным в нижней части охлаждаюшей рубашки желобом с капилл рными канавками, регул тором давлени , установленным на выходе из испарительной камеры, испарителем с регул тором уровн  хладагента, пароподогревателем с камерой и змеевиком, соединенной с камерой пароподогревател  паровой рубашкой дл  всасывающего трубопровода и компрессором , подключенным напорной ступенью к камере пароподогревател , причем конденсатор выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссель давлени . гз

Description

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью равномерного распределени  хладагента, испаритель смонтирован над охлаждающей рубашкой и снабжен наклонными тарелками с прорез ми, а наклонные ребра охлаждающей рубащки выполнены ввиде чаши с прорез ми, расположенными в шахматном пор дке.

3.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  давлени  пара в испарительной камере, регул тор давлени  выполнен в виде гер-метично смонтированного в корпусе статора и размещенного в нем ротора, на оси которого установлена разноплеча  заслонка.

4.Устройство по п. 1, отличающеес  тем. что, с целью повышени  точности измерени  и регулировани  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, отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  габаритов экструдера, испарительна  камера и конденсатор смонтированы в одном корпусе и разделены теплоизол ционной перегородкой , а регул тор уровн  хладагента соединен трубопроводом с испарителем.

1

Изобретение относитс  к переработке пластмасс , и может быть использовано в экструдерах и других-машинах дл  переработки полимеров.

Известно устройство дл  охлаждени  и регулировани  температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала ,- содержащее цилиндр, паронагреватель и устройство дл  вод ного охлаждени  1.

Известна  конструкци  устройства не позвол ет 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  вл етс  устройство дл  охлаждени  и регулировани  температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру конденсатор, датчик температуры, всасывающий трубопровод и нагреватели. В этом устройстве обогрев осуществл етс  от электрических нагревателей, а охлаждение - паром. Дл  регулировани  температуры в рубащку конденсатора подаетс  холодна  вода через запорный электромагнитный вентиль, управл емый датчиком температуры соответствующей зоны экструдера 2.

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

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

Цель изобретени  - повыщение производительности экструдера за счет интенсификации отвода тепла и повышени  точности регулировани  температуры перерабатываемого полимерного материала.

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  охлаждени  и регулировани  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 рубащкой с наклонными ребрами и прорез ми и установленным в нижней части охлаждающей рубашки желобом с капилл рными канавками, регул тором давлени , установленным на выходе из испарительной камеры, испарителем с регул тором уровн  хладагента, пароподогревателем с камерой и змеевиком, соединенной с камерой пароподогревател  паровой рубашкой дл  всасывающего трубопровода и компрессором, подключенным напорной ступенью к камере пароподогревател , причем конденсатор выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссель давлени .

Кроме того, с целью равномерного распределени  хладагента испаритель смонтирован над охлаждающей рубащкой и снабжен наклонными тарелками с прорез ми, а наклонные ребра охлаждающей рубашки выполнены в виде чаши с прорез ми, расположенными в шахматном пор дке. С целью повышени  точности регулировани  давлени  пара в испарительной камере регул тор давлени  выполнен в виде герметично смонтированного в корпусе статора и размеш.енного в нем ротора, на оси которого установлена равноплеча  заслонка . С целью повышени  точности измерени  и регулировани  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 уменьшени  габаритов экструдера испарительна  камера и конденсатор смонтированы в одном корпусе и разделены теплоизол ционной перегородкой, а регул тор уровн  хладагента соединен трубопроводом с испарителем. На фиг. I изображена схема устройства дл  охлаждени  и регулировани  температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала; на фиг. 2 - испаритель, испарительна  камера и регул тор уровн  хладагента; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - регул тор давлени ; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - датчик температуры; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 6; на фиг. 8 - схема устройства дл  охлаждени  и регулировани  температуры перерабатываемого материала, экструдера, снабженного смесителем. Устройство дл  охлаждени  и регулировани  температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала содер жит экструдер с цилиндром 1. Экструдер имеет зоны загрузки 2, пластикации 3, выдавливани  4 и формующую головку 5 (фиг. 1). На цилиндре 1 экструдера (фиг. 2) установлена охлаждающа  рубашка 6 с наклонными ребрами 7 с прорез ми дл  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 капилл рные канавки 9 (фиг. 3). Концентрично охлаждающей рубашке 6 установлена испарительна  камера 10. Сверху охлаждающей рубашки 6 смонтирован испаритель 11 с расположенными внутри него наклонными тарелками 12 и распылительной трубкой 13, через которую подаетс  хладагент при открытии клапана 14 регул тора уровн  под действием поплавка 15. В нижней части охлаждающей рубашки 6 выполнены отверсти  16 дл  стока хладагента . Каждый циркул ционный контур системы нагрев - охлаждение (фиг. 1) состоит из камеры-секции 17 с электрическим нагревателем 18, испарительной камеры 10. испарител  11, регул тора 19 давлени , датчика 20 манометрцчески-емкостного действи , 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 пароподогревател  27. Всасывающий трубопровод соединен со змеевиком 28 пароподогревател  27, который соединен с компрессором 29. Напорна  ступень компрессора 29 соединена через камеру 26 пароподогревател  27 со змеевиком 30 конденсатора 31. Камера 32 конденсатора соединена с нагнетательным трубопроводом 24. Дл  дросселировани  давлени  iiajbr B хладагента между змеевиком 30 и камерой 32 конденсатора 31 установлен дроссель 33 давлени . Внутренн   нолость шнека 34 экструдера соединена с паросборником 35. Система нагрева - охлаждени  зоны 2 загрузки снабжена вентилем 36 и манометром 37. Регул тор 19 давлени  (фиг. 4) состоит из корпуса 38 и крышки 39. На втулках 40 установлена ось 41, изготовленна  из нержавеющего материала. На оси 41 смонтированы разноплеча  заслонка 42 и короткозамкнутый ротор 43. Статор 44 с полюсными катущками 45 вмонтирован в корпус и герметизирован уплотнительными кольцами 46. В корпусе 38 выполнены каналы 47 и 48 охлаждени  регул тора давлени . цел х обеспечени  изменени  прохода при малых отклонени х заслонки 42 от вертикального положени  канал в корпусе 38 имеет углубление 49 (фиг. 5). На участке корпуса 41 (фиг. 6) датчика 22 температуры длиной L расположен слой 42 теплоизолирующего материала, намотайного в виде ленты и закрепленного на корпусе 41 клеем. Длина L выбираетс  из услови  равенства времени нагрева корпуса 41 и наконечника 43, установленногов гнездо цилиндра 1 экструдера и снабженного стоем теплоизол тора 44. Наконечник 43 выполнен из материала с высокой теплопроводностью , например из меди, а наружна  часть дл  обеспечени  износоустойчивости имеет хромовое покрытие. Дл  установки датчика предназначены нажимна  шайба 45, гайка 46 и уплотнительные кольца 47 и 48. Дл  исключени  нагрева наконечника 43 от пристенного скольжени  материала по колпачку в цилиндре 1 экструдера выполнен серповидный паз 49 по ширине, равной диаметру отверсти  (фиг. 7), так, чтобы вращение iuiiCKii экструдера имело 1 апра1 ленне от отверсти  в сторону продолжени  паза. Поскольку устройство системы нагреваох .лаждение экструдера отличаетс  от систем других машин лишь числом циркул ционных контуров корпуса и шнеков, описани  этих систем не приводитс . Схема управлени  регул тором давлени  аналогична схеме тиристорного электропривода,  вл етс  обнхеизвестной и поэтому не описываетс . В цел х получени  компактных устройств за счет использовани под прьборы места, запимаемого конденсатором и компрессором, может оказатьс  целесообразным корпусы обо;)удовани  выполнить многокамерными, а компрессором обслуживать группу оборудоваии  (фиг. 8) многокамерной конструкции: корпус 50 черв чной машины и корпус 5i смесител  периодического действи . Каждый из корпусов имеет испарительную камеру К), конденсатор 52 и охлаждаюшую рубан1ку 53 дл  о.твОл1а тепла конденсации Испарительна  камера и конденсатор 52 имеют тепловую изол цию. В корпусе 50 экструдера она выполнена в виде гильзы 54, в корпусе 51 смесител  - в виде пластины 55. Дл  нагрева корпусов 50 и 51 в начале работы служат водоэлектрические 56 и наровод ные 57 нагреватели. Давление в испарительных камерах регулируетс  регул торами 19 давлени  и датчиками 20 .мапометрическо-емкостного действи . Дл  дроссе лироваии  служит дроссель 33 давлени . Дл  поддержани  в испарительных камерах единого уровн  хладагента имеютс  регул торы 58 ypOBiiH, а дл  предварительного испарени  -- испаритель П с распылительной трубкой 13. Охлаждение ижпей части корпуса осунюсгвл етс  пакетами пластинчатых желобов 59 с капилл рными канав ками. Подвод хладагента в испарительную камеру 10 осуществл етс  через штуцер 60, ввернутый в корпус 50 через гильзу 61 с винтовыми ребрами. Штуцер герметизируетс  с торца уплотнительпым кольцом 62. Трубопроводы 63 дл  подачи хладагента в испарительные камеры 10 имеют диафрагмы 64 с калиброванными отверсти ми. Хладагент в охлаждаюнцие рубашки подаетс  но .трубонроводам 65 и 66. стройотво дл  ох.лаждени  и регулировани  температуры нерерабатываемого материала работает следующим образом. Перед началом работы включаетс  система теплоавтоматики с компрессором 29 (фиг. Г) и с нрмощью задатчика задаетс  давлеп1 е в испарительной камере, соответствующее температуре перерабатываемого материала. Все циркул ционные контуры системы |}аботают на нагревание, поскольку тем1;ература KopiiycoB ниже заданной, а материал eni,e не за|-ружаетс . В режиме «Тен.и; ма.ю по команде регулирующих приборов 21 закрываютс  заслонки 42 регул торов 19 давлени  и включаютс  нагреватели 18. При нагревании хладагента, наполн ющего корпусы нагревателей и частично испарительные камеры 10, он начинает испар тьс , нагрева  цилиндр 1 экструдера. При этом теплые частицы за счет разности объемных весов поднимаютс  вверх, а охлажденные частицы опускаютс  вниз. Под действием обратного крут щего момента заслонка регул тора давлени  закрыта до тех пор, пока давление пара в испарительной камере 10 не превысит заданное. С этого момента в циркул ционном контуре начинаетс  регулирование давлени  и охлаждение. Нагреватель 18 этого контура отключаетс  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 определ етс  по сигнальным лампочкам , размещенным на пульте машины, включаетс  привод машины, машина загружаетс  материалом дл  его переработки. Загруженный холодный материал охлаждает цилиндр 1 экструдера и датчик 22 температуры . Контур выходит в режим «Уорма. Дальнейшее регулирование температуры ведетс  автогенно в пределах допуска на точность регулировани , например ±4°С. Автогенное регулирование температуры перерабатываемого материала одновременно с его охлаждением производитс  за счет поддержани  давлени  пара в испарительной камере 10, соответствующего заданной температуре перерабатываемого материала, с помощью регул тора 19 ..давлени  и датчика 20 манометрическо-емкостного действи . При работе машины, вследствие превращени  механической энергии в тепловую, температура цилиндра 1 экструдера начинает нодниматьс , увеличиваетс  процесс испарени  хладагента. С увеличением испарени  идет нарастание давлени , за счет чего заслонка 42 регул тора 19 давлени  поворачиваетс , пар из испарительной камеры отсасываетс  компрессором 29 в больших количествах, повышаетс  теплоотдача за счет уноса тепла паром. При падении давлени  в испарительной камере, а следовательно , и при снижении температуры цилиндра 1 экструдера, заслонка 42 регул тора 19 давлени  закрываетс . В случае неправильной задачи давлени  задатчиком или при сбое автогенного регулировани , вследствие неисправности , регулирующий прибор 21 дает команду на регул тор давлени  и зажигает ту или иную сигнальную лампу. Пар, выпущепный регул торами 19 давлени , засасываетс  через трубопровод 23, компрессором 29 сжимаетс  до давлени  конденсации и но трубопроводу через пароподогреватель 27 подаетс  в конденсатор 3. Сжатый компрессором пар имеет высокую температуру, котора  частично используетс  дл  подогрева засасываемого компрессором пара в цел х повышени  КПД процесса охлаждени . Вышедший из конденсатора 31 сжиженный под давлением хладагент за счет дросселировани  в дросселе 33 охлаждаетс  до 4- 6°С и подаетс  в камеру 32 конденсатора 31 дл -отбора тепла конденсации, после чего подогретый до 30-90°С (в,зависимости от режима работы) по трубопроводу 24 через регул торы уровн  подаетс  снова в испарительные камеры 10. Вследствие уноса хладагента в виде пара уровень его в испарительной камере 10 понижаетс . При опускании поплавок 15 открывает клапан 14. Хладагент через отверсти  распылительной трубки 13 струей подаетс  на наклонные тарелки 12 и заполн ет чашу, образованную верхними ребрами 7 охлаждаюш.ей рубашки 6. Хладагент, перетека  по тарелкам 12 и ребрам 7 охлаждающей рубашки, испар етс . Испарение происходит и на цилиндрическом участке охлаждаюш.ей рубашки 6, к которой хладагент через отверсти  16 поступает снизу по капилл рным канавкам 9 желоба 8. Зона 2 питани  экструдера не требует точного контрол  по температуре и нагревани  цилиндра 1 экструдера до высоких температур , поэтому циркул ционный контур этой зоны не имеет регул тора 19 давлени  с электронным измерительно-регулируюшим прибором 21 и нагревател  18. Нагревание этой зоны в начале работы происходит за счет теплопроводности. Требуема  температура устанавливаетс  по давлению в испарительной камере 10 с помощью вентил  36 и манометра 37. Процесс поддержани  температуры осуществл етс  автогенно, т. е. чем больше тепловыделени , тем больше теплоотвод . Работа циркул ционного контура шнека 34 аналогична работе циркул ционного контура цилиндра 1 экструдера и отличаетс  лишь тем, что испарение хладагента ведетс  в продольной полости шнека 34, а пары к регул тору 19 давлени  подаютс  через паросборник 35. 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 регул торы 19 давлени  отсасываютс  компрессором 29, сжимаютс  до давлени  конденсации и направл ютс  по трубопроводам 24 в конденсатор 52. После конденсатора 52 хладагент по трубопроводам 65 под давлением пропускаетс  через дроссель 33 давлени  и за счет расширени  охлаждаетс . Охлажденный хладагент по трубопроводам подаетс  в охлаждаюшие рубашки 53 дл  охлаждени  конденсатора 52. Процессы охлаждени  и регулировани  аналогичны ранее описанному. Положительный эффект от внедрени  изобретени  достигаетс  за счет, повышени  производительности оборудовани  путем интенсификации отвода тепла от материала, снижени  брака от подгорани  смесей, от исключени  расходов на охлаждающую воду и повышени  надежности работы системы нагрев-охлаждение. Интерсификаци  отвода тепла с помошью предлагаемого устройства обеспечит повышение производительности оборудовани  в два раза и снизит отходы в брак. Автогенное регулирование повышает точность поддержани  заданной температуры перерабатываемого материала. Повышение точности обеспечиваетс  динамикой процесса о.клаждени , увеличива  теплоотвод в зависимости от нагревани  рабочих органов и, наоборот, уменьша  теплоотвод в случае снижени  тепловыделений. При этом исключаетс  возможность возникновени  перегрева материала и сигнализируетс  о сбое автогенного регулировани  или неправильного задани  температурного режима по зонам, что не обеспечиваетс  известными системами. По сравнению с известными системами, где изменение интенсивности охлаждени - ведетс  с помощью вентилей вручную, что не обеспечивает удобств и точности, изменение интенсивности охлаждени  путем изменени  обратного крут щего момента регул тора давлени  производитс  задатчиком по прибору с учето.м количественного показател  - силы тока. Замкнута  система нагрев - охлаждение исключает возможность насыщени  хладагента кислородом и углекислым газом, что исключает коррозию трубопроводов и теплообменных аппаратов. Использование вторичного тепла способствует экономии энергетических ресурсов. Положительным эффектом  вл етс  и то, что в качестве хладагента используетс  вода, котора  в отличие от фреонов исключает вредные воздействи  иа организм и, особенно, на сохран емость способности воздущной атмосферы к переходным процессам из углекислого газа в кислород и обратно. Система нагрев -- охлаждение может быть использована дл  оборудовани  экструдеров больших типоразмеров с большими по объему испарительными камерами и конденсаторами .

Ш us.l A-A

Ь S

,

дзиг.д

12

2

фигЛ

дзие. 7

Claims (5)

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 отвода тепла и повышения точности регулирования температуры перерабатываемого 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.

2. Устройство по π. 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 π. 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.

4. Устройство по π. 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 π. 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.