Двухкаскадный экструдер для полимерных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 903171 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет В 29 Р 3/01 В 29 Г 3/02 Государственный комитет ССС Р. по делим изобретений и открытий.3(088.8) Дата опубликования описания 070282 72 Авторыизобретения о, Н.П.Тонконог, Г.В,Давидчук,А,И.Чубовский.и Д.Д.РябининО,М.Я Киевский ордена им.50-летия Вел нина п й Октя технический ской социал 1) Заявитель Уичесй(зй.;Иц (ич 54 К о- с 5 тому 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 вт рого каскадов, соединенные между с бой 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 обеспечиНЫЙ ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ вается эффективная его гомогениза-ция, Однако надежность конструкциидвухкаскадного экструдера недостаточна, что обусловлено жестким соединением переходника с входным и выходным патрубками и с экструдерамипервого и второго каскадов и выпол.- нением канала переходника постоянных размеров, благодаря чему возникают значительные осевые нагрузкина переходник и крепеж экструдераиз-за температурного расширения егоконструктивных элементов (так какрабочая температура в процессе 5 экструзии достигает 250 С) и из-заотсутствия возможности регулирования сопротивления канала переходника, что приводит к авариям, полом"кам и снижает производительность2 О экструдера.Цель изобретения - повышение надежности и увеличение производительности двухкаскадного экструдера.Достигается эта цель благодаря 2что в .двухкаскадном экструдере для полимерныХ материалов, содержащем экструдеры первого и второгокаскадов, соединенные между собойвходнымвыходным патрубками и пере- О ходником, выполненным с изогнутымканалом для прохода полимера, имеющим прямолинейные участки, переходник смонтирован с возможностью перемещения относительно входного ивыходного патрубков, концы которыхразмещены на прямолинейных участках 5изогнутого канала и снабжен установленным в месте поворота изогнутогоканала профильным вкладышем, смонтированным с возможностью перемещения относительно переходника на што 10ке, выполненном с увеличивающимисяв направлении Течения полимера размерами и соединенном с входным патрубком посредством смонтированного .на его конце держателя, размещенного 15в проточке, выполненной во входномпатрубке.Кроме того, канал входного патрубка, изогнутый канал переходника,ограниченный в месте его поворотаповерхностью профильного вкладыша,и канал выходного патрубка выполнены с чередующимися в направлениитечения полимера конфузно-диффузорными участками. В месте поворотаизогнутого канала расположены сообщенные между собой диффуэорный иконфузорный участки.На фиг. 1 показан двухкаскадныйэкструдер в разрезе; на фиг. 2изогнутый канал переходника с чере.дующимися в направлении течения расплава полимера конфузорно-диффузорными участками в разрезе.двухкаскадный экструдер содержитэкструдер 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 40своей внутренней поверхностью ограничивающей прямолинейные участкиизогнутого канала, контактирует свнешними поверхностями входного 3 ивыходного 4 патрубков и может перемещаться по ним, как по направляющим. В изогнутом канале для проходаполимера переходника 5 установленподвижно относительно переходника5 профильный вкладыш б, который соединен с патрубком 3 штоком 7 выполненным с размерами, увеличивающимися в направлении течения расплаваполимера. Их соединение осуществляется следующим образом. Во входнойчасти канала патрубка 3 выполненапроточка 8, в которой установлен держаТель 9 с отверстиями, связанныйсо ф штоком 7. В профильном вкладышеб выполнено сквозное отверстие 10,через которое проходит шток 7. Наконце штока 7 установлено средстводля перемещения относительно переходника 5 профильного вкладыша б,включающее резьбовую часть 11 штока7 и гайку 12. 65 Патрубки 3 и 4 и вкладыш б снабженыуплотнительными элементами 13 - 16.Патрубки 3 и 4 и вкладыш б, шток 7и изогнутый канал переходника 5образуют гидравлическое поворотноеколено с кольцевым участком 17следующим за ним расширяющимся кольцевым участком 18, цилиндрическимучастком 19, площадь. поперечного сечения которого больше площади поперечного сечения участка 18,и цилиндрическим участком 20, Изогнутый каналпереходника 5 выполнен таким образом, что в месте поворота потокарасплава полимера происходит увеличение площади проходного сеченияизогнутого канала. В варианте конструкции ( см.фиг,2) кольцевой участок 17 выполнен в виде кольцевогоконфузора, кольцевой участок 18в 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 происходитрасширение элементов конструкции.Наличие подвижного соединения переходника 5 с входным 3 и выходным 4патрубками позволяет им перемещатьсяотносительно друг друга вследствиетемпературного расширения и не при/водит в этом случае к нежелательнымнапряжениям конструкции, что имелобы место при неподвижном соединенииэтих элементов. Расплав полимера изэкструдера 1 первого каскада поступает через держатель 9 с отверстиями в кольцевой участок 17 каналапатрубка 3 и затем в расширяющийсякольцевой участок 18 изогнутогоканала переходника 5, обтекая приэтом шток 7. На кольцевом участке18 происходит уменьшение скороститечения расплава полимера и релаксация напряжений, возникающих в полимере. Нарастают нормальные напряжения, действующие в радиальномнаправлении. При дальнейшем течениирасплава полимера вследствие увеличения размеров штока 7 и уменьшения проходного сечения кольцевогоучастка 18 увеличивается сопротивлениеэтого участка в осевом направлениии создается перепад давления дляповорота потока расплава полимера,так как сопротивление цилиндрического участка 19 канала меньше,чемсопротивление участка 18. При этомтакже имеют место перемещения переходника 5 относительно патрубков 3и 4. Элементы конструкции самоустанавливаются относительно дРуг друга,выбирая при этом необходимые линейные перемещения, Вследствие подвижного соединения укаэанных элементов .происходит уменьшение напряжения,т.е. уменьшаются усилия, действующие на переходник 5 в осевом направлении, котОрые стараются оторватьпереходник 5 от экструдеров 1,2.Осевые усилия от давления расплаваполимера воспринимает вкладыш б,рациональный профиль которогопозволяет также осуществить плавныйповорот потока расплава полимера.На переходник 5 действуют толькорадиальные усилия, которые не могутпривести к отрыву переходника 5 отэкструдеров 1,2. Вкладыш б черездержатель 9 штока 7, расположенныйв проточке 8, передает осевые усилияна патрубок 3. Вследствие того, чтоосевые усилия действуют и на торец(фаску) патрубка 3, расположенныйна входе в участок 18 канала. в направлении, противоположном действиюосевого усилия на вкладыш б, происходит частичное уравновешивание сил,действующих на патрубок 3 со стороны держателя 9 штока 7 и расплаваполимера на участке 18 канала. Приперемещении вкладыша б с помощьюрезьбовой части 11 штока 7 и гайки12 изменяется сопротивление на участке 18 канала,и устанавливается егорациональная величина для даннойпроизводительности экструзии. Изцилиндрического участка 19 каналарасплав 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 переходником5 осущественно облегчает монтажи наладку экструдера.При выполнении изогнутого канала,гидравлического поворотного коленас чередующимися в направлении течениярасплава полимера конфузорно-диффузорными участками из экструдера 1первого каскада поступает неоднородный по сечению йотока расплавполимера, так как в данной конструкции на выходе из экструдера 1 первого каскада отсутствуют фильтрующиеэлементы. Протекая в конфузорныйкольцевой участок 17 канала, расплавполимера сжимается по длине каналаи становится более однородным, Приэтом увеличивается диссипация энергии, компенсируя некоторое увеличение сопротивления на этом участкеснижением вязкости расплава полимера. Основные гидравлические потериэнергии возникают на участках 18 и19 канала в месте поворота потока,На участке 18 кольцевого диффузорауменьшается скорость течения распла-ва полимера, Известно, что гидравлические потери энергии на местныхсопротивлениях 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 2Испытания 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 экономи- . ческий эффект около 10 тыс. рублей на одном типоразмере изделия. 40 1. Двухкаскадный экструдер для полимерных материалов, содержащий экструдеры первого и второго каскадов, соединенные между собой входным выходным патрубками и переходником, выполненным с изогнутым каналомдля прохода полимера, имеющим прямолинейные. участки, о т л и ч а.ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и увеличения производительности двухкаскадного экструдера, переходник смонтирован с воэможностью перемещения относитель" но 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 пе" реходника на штоке, выполненом с увеличивающимися в направлении течения полимера размерами и соединенном с входным патрубком посредством смонтированного на его конце держателя,45 50 55 ЬО 65 5 30 15 20 25 ЗР 35 Формула изобретения903171 ИИПИ Заказ 12537/25раж 673 Подписное размещенного в проточке, выполненной во входном патрубке.2. Экструдер по п.1, о т л и ч аю щ и й с я 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. Механизацияи автоматизация переработки пластических масс. М.Машиностроение1970 с. 44-45,2. Патент США Р 3860220, кл. 259-192, опублик. 1975 (прототип). филиал ППП фПатент"г.ужГород, ул.Проектна