Устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А я В 29 Г 3/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМ,Г СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(66) 1, Шенкель Г, Шнековые прссы для пластмасс. Л., Госхимиздат, 1962, с. 294.2, Патент СШ,А2796632, кл. 425 в 1, 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 ЯО 102852 отвода тепла и повышения точности регулирования температуры перера(;:.-: г. ваемого 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 установлендроссель 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. 1Изобретение 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 материа ла, содержащее цилиндр, паронагреватель и устройство для водяного охлаждения 111. Известная конструкция устройства не позволяет избежать опасности перегрева термопластичного материала из-за низкой эффективности отвода тепла от перерабаты. ваемого материала, что ведет к снижению качества изделий.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому 1 результату является устройство для охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого в экструдере полимерного материала, содержащее установленную на цилиндре экструдера испарительную камеру конденсатор, датчик температуры, всасываю 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. 2массы, Кроме того, охлаждение требует большого количества проточной воды, вызывает коррозию теплообменников и их загрязнение, что также ведет к снижению теплоотвода. Цель изобретения - повышение произ.водительности экструдера за счет интенси. фикации 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 конденсатоп выполнен в виде камеры со змеевиком, между которыми установлен дроссель давления.Кроме того, с целью равномерного распределения хладагента испаритель смонтирован над охлаждающей рубашкой и снаб.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 хладагента соединен трубопроводом с испарителем.На фиг. 1 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 - 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.20 Внутренняя полость шнека 34 экструдера соединена с паросборником 35.Система нагрева - охлаждения зоны 2 25 загрузки снабжена вентилем 36 и манометром 37,Регулятор 19 давления (фиг. 4) состоитиз корпуса 38 и крышки 39. На втулках 40 установлена ось 41, изготовленная пз нержавеющего материала, На оси 41 смонтированы разноплечая заслонка 42 и коротко- замкнутый 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 проходапри малых отклонениях заслонки 42 от вертикального положения канал в корпусе 38 имеет углубление 49 (фиг. 5). 5 1 О 5 40 45 50 55 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 давлен:;я,:., в хлад. агента межд змеевиком 30 и камерой 32 конденсатора 3 установлен дроссель 33 давления. На участке корпуса 41 (фиг. 6) датчика 22 температуры длиной 1 расположен слой 42 теплоизолирующего материала, намотанного в виде ленты и закрепленного на корпусе 41 клеем, Длина . 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 вра 1028522шенис ш)скя экструдера имело направление От отверстия в сторону продолжения паза.Поскольку устройство системы нагреваохляждсние экструдера отличается от систсм дГ)угих машин л и и ь ислом циркуля 1 ионных контуров корпуса и шнеков, описания5 этих систем не приводится. Схема управления регулятором давления аналогична схеме тиристориого электропривода, является общеизвестной и поэтому не описывается. Б целях получения компактных устройств зя счет использования под приборы 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 смесител 51 периодического дсйстви 51. Каждый из корпусов имеет испарительную камеру 10, конденсатор 52 и охлаждающую рубанку 53 для отвода тепла конденсации Испярительная камера и конденсатор 52 имеот тепловую изоляцию. В корпусе 50 экструдера оня 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 яроводяные 57 нагреватели. Давление в испаритсльиых камерах регулируется регу- ,.5 торами 19 дсвлсния и дат)иками 20 мя 11 О- метр;1 ческо-емкостного действия. Для дросселировяиия служит дроссель 33 давления, Для поддержания в испарительных камерах единого уровня хлядагентя имеются регуляторы 58 урок)я, а для предварительного испярси 51 - ис)1 аритс,ь1 с ряспылитсльной трубкой 13. Охлажден)е нижней части корпуса Осунес гвлистс пакетами плястинчатых желобов 59 с кяпиллярными канавками. По:1 вод хля;)ге 11 тя в испярительную камеру 10 Осуществляется через штуцер 60, ввернутый в корпус 50 1 ерез гильзу 61 с винтовыми ребрами, Штуцср герметизируется с торца уплопит 1:льным кольцом 62. Трубопроводы 63 для цсдя и хлядягента в испарительные камеры 10 имсОт диафрагмы 64 с калиброванными отверстиями. Хладагент в охляждяк)шие рубашки подается о трубопроводам 65 и 66. Устро)1 ство для Охлаждения и регулирования температуры перерабатываемого материала ряботяст слсдук)щим образом,Г 1 е 1)сд началом работы включается систмя телс)автомят 11 ки с компрессором 29 (фиг. 1) и с помощью зядятчика задается давленн в испярительной кямерс, соответ- ств 5 ЛОш е темерят ре нерерябатывяемого мятср и ал 11. Вссс цирк),: я ци О н 1 ые к 051 тур )1 системы ряботяОт ия нагреваие, поскольку темисрятуря кор).усов иижс задан)юй, а МСТЕ 1)1 я, ф 1 цСс 1 С ЗСружяСТСя. В рсжИМЕ Те)ля мял) по команде регулирующих 10 15 20 25 30 З 5 40 45 50 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 4-4 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 2710285227подается в конденсатор 31. Сжатый компрес- сасором пар имеет высокую температуру, ко- поторая частично используется для подогре- ЗЗва засасываемого компрессором пара в це- далях повышения КПД процесса охлаждения. прВышедший из конденсатора 3 сжиженный 5 кипод давлением хладагент за счет дроссели- Прования в дросселе 33 охлаждается до 4 - ло6 С и подается в камеру 32 конденсатора 31для отбора тепла конденсации, после чего изподогретый до 30 - 90 С (в зависимости от 10 пррежима работы) по трубопроводу 24 через терегуляторы уровня подается снова в испа- снрительные камеры 10. исВследствие уноса хладагента в виде па- дура уровень его в испарительной камере 10 мпонижается. При опускании поплавок 15 15открывает клапан 14. Хладагент через от- мверстия распылительной трубки 13 струей чиподается на наклонные тарелки 12 и запол- доняет чашу, образованную верхними ребрами7 охлаждающей рубашки 6. Хладагент, пе- торетекая по тарелкам 12 и ребрам 7 охлаж- рьдающей рубашки, испаряется. Испарение шпроисходит и на цилиндрическом участке прохлаждающей рубашки 6, к которой хлад- воагент через отверстия 16 поступает снизу по оркапиллярным канавкам 9 желоба 8. 25 вЗона 2 питания экструдера не требует этточного контроля по температуре и нагрева- ниния цилиндра 1 экструдера до высоких тем- оператур, поэтому циркуляционный контур прэтой зоны не имеет регулятора 19 давления мс электронным измерительно-регулирующим З 0 ньприбором 21 и нагревателя 18. Нагревание мэтой зоны в начале работы происходит за охсчет теплопроводности. Требуемая темпера- втура устанавливается по давлению в испа- торительной камере 10 с помощью вентиля 36 ди манометра 37. Процесс поддержания тем- го35пературы осуществляется автогенно, т. е. дчем больше тепловыделения, тем больше теп- челоотвод,. нРабота циркуляционного контура шнека ч34 аналогична работе циркуляционного кон ктура цилиндра 1 экструдера и отличается члишь тем, что испарение хладагента ведет- нся в продольной полости шнека 34, а пары тек регулятору 19 давления подаются через рпаросборник 35.45 Работа системы нагрев-охлаждение с групповым отсосом пара и оборудованием с многокамерными корпусами (фиг. 8) состоит в следующем,Пары хладагента из испарительных камер 1 О 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 конден 1 тора 52 хладагент по трубопроводам 65 д давлением пропускается через дроссельдавления и за счет расширения охлажется. Охлажденный хладагент по трубооводам подается в охлаждающие рубаш 53 для охлаждения конденсатора 52,роцессы охлаждения и регулирования анагичны ранее описанному.Положительный эффект от внедренияобретения 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 повышаетчность 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. Приом исключается возможность возникновея перегрева материала и сигнализируется сбое автогенного регулирования или неавильного задания температурного режиа по зонам, что не обеспечивается извест.ми системами. По сравнению с известны.и системами, где изменение интенсивности лаждения ведется с помощью вентилс й 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.