Устройство для охлаждения рабочих органов машин для переработки полимерных материалов

 

Использование: охлаждение рабочих органов машин для переработки полимеров в щинном и резинотехническом производстве . Сущность изобретения: устройство содержит контуры регулирования температуры рабочих органов. Каждый контур имеет источник тепла и датчик с регулятором температуры, управляющим трехходовым клапаном. Общий циркуляционный контур образован группой контуров регулирования, соединенных с напорным и сливным коллекторами. Они замкнуты между собою последовательно установленными водоструйным насосом, имеющим всасывающие патрубки для холодной воды и для слива теплоносителя из полости ротора, омагничивателем, центробежным очистителем и нагнетательным насосом. В контурах регулирования температуры рабочих органов выходы регуляторов соединены с трехлинейнымиклапанами через многополюсный размыкающийся контактор блока коммутации. Он управляется от кнопки Пуск насоса и регулятора температуры ротора. В контуре регулирования температуры теплоносителя выход регулятора соединен с трехлинейным клапаном через однополюсный контактор блока коммутации . Он управляется от кнопки Пуск насоса и регулятора контура регулирования, работающего при максимальной температуре . 4 з.п. ф-лы, 4 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 В 29 С 47/92, 47/78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ!

iQQ ,C)

1с) !

Ю M (2 1) 4946091/05 (22) 17.06,91 (46) 07.03.93. Бюл, N. 9 (76) В,Н.Хомяков (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1171329, кл. В 29 С 35/16, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 701829, кл. В 29 С 47/92, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: охлаждение рабочих органов машин для переработки полимеров в шинном и резинотехническом производстве. Сущность изобретения: устройство содержит контуры регулирования температуры рабочих органов. Каждый контур имеет источник тепла и датчик с регулятором температуры, управляющим трехходовым клапаном. Общий циркуляционный контур образован группой контуров

Изобретение относится к области переработки полимерных материалов и может использоваться в резинотехническом и шинном производстве.

Целью изобретения является повышение отвода тепла за счет обеспечения точного регулирования температуры и исключения гидравлических ударов при высокой скорости циркуляции теплоносителя.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема; на фиг. 2 — центробежный очисти тель; на фиг, 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг, 4 — датчик температуры ротора, В качестве примера исполнения на фиг.

1 изображена схема устройства для червячной машины, состоящего из шести перепу„„5U„„1801092 АЗ регулирования, соединенных с напорным и сливным коллекторами. Они замкнуты между собою последовательно установленными водоструйным насосом, имеющим всасывающие патрубки для холодной воды и для слива теплоносителя из полости ротора. омагничивателем, центробежным очистителем и нагнетательным насосом. В контурах регулирования температуры рабочих органов выходы регуляторов соединены с трехлинейными клапанами через многополюсный размыкающийся контактор блока коммутации, Он управляется от кнопки "Пуск насоса" и регулятора температуры ротора. В контуре регулирования температуры теплоносителя выход регулятора соединен с трехлинейным клапаном через однополюсный контактор блока коммутации. Он управляется от кнопки "Пуск насоса" и регулятора контура регулирования. работающего при максимальной температуре. 4 з.п, ф-лы, 4 ил. скных контуров регулировки: головки. зоны выдавливания, зоны пластификации. зоны загрузки, червяка (ротора) и общего циркуляционного контура. Каждый контур регулирования имеет источник тепла зон 1-4 (соответственно), кроме контуров регулирования температуры ротора и теплоносителя.

Источники тепла показаны в виде индукторов, представляющих собой катушки, одетые на участки корпуса, соответствующие функциональным его зонам. Кроме источника тепла головка, каждая зона корпуса, в том числе и контур регулирования температуры ротора, имеют средства для охлаждения циркулирующим теплоносителем. Общий циркуляционный контур и контур ротора ис1801092

10

55 точников тепла не имеют и в начале работы машины нагреваются теплоносителем, разогретым в головке и зонах корпуса, При работе машины регулирование в этих контурах производится охлаждением. Каждый из первых четырех контуров регулирования содер>кит трехходовой мембранный обычно открытый игольчатый клапан 5, трехлинейный обычно закрытый с электромагнитным управлением клапан 6, на выходе в атмосферу которого установлен замедлитель выпуска 7. Для плавного впуска теплоносителя в зону без гидравлического удара в линии управления трехходовым клапаном 5 на выходе трехлинейного клапана 6 установлен регулируемый дроссель 8, обеспечивающий плавное закрытие трехходового клапана, Трехходовой мембранный клапан 5 управляется через трехлинейный клапан 6 регулятором 9, представляющим собой регул и рующе-показывающий электронный прибор, работающий в паре с датчиком температуры. Циркулирующий под повышенным давлением в общем контуре теплоноситель подводится в головку и зоны корпуса через регулируемый, имеющий шкалу дроссель 10 и левое плечо трехходового клапана 5 из напорного коллектора 11 по трубопроводам 12 и 13, а отводится из зон в сливной коллектор 14 через трубопроводы 15. При прекращении подачи теплоносителя в зону при открытии правого плеча трехходового клапана теплоноситель перепускается по трубопроводу 16 в сливной коллектор 14. Наиболее термически напря>кенные и требующие интенсивного охлаждения; головка, зона выдавливания, ротор— червяк в целях использования динамического напора трубопроводами 12 и 15 подсоединяются к торцам напорного 11 и сливного

14 коллекторов. Общий циркуляционный контур образован группой контуров регулирования температуры головки, ротора, зоны выдавливания, зоны пластификации и зоны нагрузки, напорные трубопроводы 12 которых присоединены к напорному коллектору

11, а сливные трубопроводы 15 и перепускные трубопроводы 16 — к сливному коллектору 14. Общий контур замыкается последовательно установленными водоструйным насосом 17, входной патрубок которого соединен через трубопровод 18 со сливным коллектором; омагничивателем 19; центробежным очистителем 20 и нагнетательным насосом 21, заборный патрубок которого соединен трубопроводом 22 с выходом центробежного очистителя 20, а напорный патрубок — с входом напорного коллектора 11, Водоструйный насос 17 имеет всасывающие патрубки для холодной воды и для забора теплоносителя из продольной полости ротора. Это позволяет подавать холодную воду из водопровода с низким давлением s систему с повышенным давлением, а также ликвидировать подпорное давление в сливном трубопроводе ротора, что обеспечивает надежную работу уплотнения, Для исключения повышения давления в общем циркуляционном контуре выше номинального установлен предохранительный переливной клапан 23, настройка которого производится по манометру 24, Устройство центробежного очистителя показано на фиг. 2. Корпус 25 очистителя имеет цилиндрическую форму. В его верхней части имеются окна 26 с соплами 27 (фиг. 3) которые относительно внутренней поверхности корпуса имеют тангенциальное направление. С наружной части корпуса вместо окон имеется спиральный распределительный канал 28, поперечное сечение которого изменяется в зависимости от расхода теплоносителя через сопла. Со стороны максимального сечения распределительный канал имеет патрубок 29. Нижняя часть корпуса 25 (фиг. 2) закрыта отстойником 30, в центре которого жестко вмонтирован патрубок 31. Верхняя часть этого патрубка выполнена в виде воронки 32 с двойными стенками, между которыми установлены направляющие лопасти ЗЗ. Верхняя часть 34 корпуса имеет конусообразную форму и заканчивается сливным патрубком

35, соединенным со сливной магистралью

36 (фиг, 1).

Контур регулирования температуры ротора производит автоматическое поддержание заданной температуры ротора 37.

Контур ротора содержит трехходовой мембранный объемно-открытый игольчатый клапан 38, который управляется через трехлинейный обычно закрытый с электромагнитным управлением клапана 39 регулятором 40, работающим в паре с датчиком 41 температуры через блок коммутации 42.

Трехлинейный клапан 39, на выходе в атмосферу снабжен многокамерным замедлителем 43, имеющим, как и в других контурах регулирования, замедлители 7, различные по объему, разделенные диафрагмами на отсеки — камеры. Первая камера больше последующих, что обеспечивает в начале быстрое падение давления в мембранной камере клапана и, следовательно, быстрое открытие трехходового клапана Ilo расходу, близкое к номинальному требуемому, а затем замедленное открытие, обеспечивающее медленное падение температуры объекта регулирования, При этом сумма объемов отдельных камер должна быть не

1801092 более объема мембранной камеры трехходового клапана.

Такое изменение количества подачи теплоносителя исключает влияние инерционности средств регулирования при охлаждении, Для охлаждения ротора теплоноситель подается от насоса 21 в его продольную полость через регулируемый дроссель 10 по трубопроводу 44. Возврат теплоносителя идет по трубопроводу 45 через водоструйный насос 17 практически без подпорного давления, что обеспечивает надежную работу уплотнения ротора. Регулирование температуры теплоносителя производится с помощью датчика температуры 46, работающего в паре с регулятором

47. Подача холодной воды из водопровода в общий циркуляциднный контур идет по трубопроводу 48 через трехходовой мембранный клапан 49 и водоструйный насос 17.

Управление мембранным клапаном 49 осуществляется регулятором 47 через трехлинейный клапан 50, Подача сжатого воздуха, необходимого для управления мембранными клапанами осуществляется трехлинейными клапанами 6, 39 и 50 по трубопроводам 51 и 52, Блок коммутации 42 предназначен для автоматического электрического отключения трехлинейных клапанов 6 от регуляторов 9 и клапана 39 от регулятора 40 на время нагревания ротора 37; восстановления цепей управления трехходовыми клапанами 5 и 38 путем соединения трехлинейных клапанов 6 и 39 с регуляторами 9 и 40 при температуре ротора, равной заданной на регуляторе 40, работающем в паре с датчиком 41, установленным в продольной плоскости ротора. В начале работы машины блоком коммутации производится также шунтирование выходных контактов "Тепла мало" регулятора 47 по команде регулятора

9 контура регулирования, работающего при максимальной температуре (2 зона выдавливания), и прекращение шунтирования контактов регулятора 47 при достижении заданной температуры в зоне 2, работающей при максимальной температуре. Для отключения трехлинейных клапанов 6 и 39 в блоке имеется размыкающийся многополюсный контактор, с помощью которого разрываются цепи; регулятор 9 — трехлинейный клапан 6 и регулятор 40 — трехлинейный клапан 39, Контактор управляется от кнопки "Пуск насоса" и от контактов

"Тепла мало" регулятора 40. Для шунтирования контактов "Тепла мало" регулятора 47 в блоке установлен замыкающийся контактор, управляющийся от кнопки "Пуск насоса" и контактов "Тепла мало" регулятора 9

55 контура 2 регулирования зоной, работающей при максимальной температуре.

Датчик температуры ротора (фиг. 4) размещен в продольной полости 53 ротора 37.

Датчик 54 проволочного типа вмонтирован в пластмассовой втулке 55, жестко закрепленной на стальной втулке 56, имеющей для крепления ребра 57, которыми она приварена к трубке 58 для подачи теплоносителя в полость ротора для его охлаждения. Проводники от датчика 54 заключены в металлическую трубку 59, припаянную к трубке

58. Для герметизации место вывода датчика

54 из пластмассовой втулки 55 залито эпоксидной смолой 60. Передача тепла от ротора

37 датчику осуществляется через тонкий слой 61 в 0,1-0,3 мм теплоносителя, заключенного в камере 62 малого обьема, образованной зазором в 1-2 мм между втулкой 55 и стаканом 63 из металла. имеющего хорошуютеплопроводность. Камера 62 выполнена замкнутой от прямой циркуляции теплоносителя; для чего в продольной полости 53 установлены уплотнения 64. кольца

65 и упругий элемент 66, заменяющий собой пружину. Усилие сжатия уплотнения регулируется набором колец 67. Торцевая часть ротора закрыта наконечником 68 и герметизируется резиновым кольцом 69. На фиг. 2 поз,70 обозначены электроды. выполняющие роль датчиков уровня.

Работа устройства.

Перед пуском машина выводится на тепловой режим. Нажатием кнопки автомата электропривод и система теплоавтоматики получают питание. Поскольку машина холодная, все регуляторы температуры, находясь под напряжением, замыкают контакты "Тепла мало". Регуляторы 9, управляющие источниками тепла и трехходовыми клапанами 5, при замыкании этих контактов включают катушки 1 — 4 индукционного нагрева и подают напряжение на трехлинейные клапаны 6, электромагнитные приводы которых открывают проходы сжатого воздуха из трубопроводов 52 в мембранные трехходовые клапаны 5, вследствие чего клапаны 5 закрываются, Мембранные трехходовые клапаны 38 и 49 по команде регуляторов 40 и 47, действующих через трехлинейные клапаны 39 и 50. также закрываются.

Нажатием кнопки "Пуск насоса" включается насос и подается напряжение на размыкающийся многополюсный контактор и на замыкающийся однополюсный контактор блока коммутации 42. Размыкающимся многополюсным контактором разрываются электрические цепи от регуляторов 9 и 40 к трехлинейным клапанам 6 и 39, вследствие

1801092

15 чего трехлинейные клапаны закрывают доступ воздуха из трубопроводов 52 в мембранные приводы трехходовых клапанов 5 и

38, соединяя их с атмосферой, Под действием пружин трехходовые клапаны открываются — теплоноситель начинает циркулировать при включенных источниках тепла по общему циркуляционному контуру через все кбнтуры регулирования, нагреваясь при этом от источников тепла головки 1, зоны выдавливания 2, зоны пластификации

3, зоны загрузки 4, нагревая ротор 37, который не имеет источника тепла, При открытых трехходовых клапанах 5 и 38 теплоноситель от насоса 21 через напорный коллектор 11 распределяется по контурам регулирования, в которых через регулируемые дроссели 10,левое плечо трехходовых клапанов 5 и 38 по трубопроводам 13 и 44 направляется в теплообменные рубашки головки 1, зон 2 — 4 корпуса и продольную полость ротора 37, Из теплообменников теплоноситель под давлением по трубопроводам 15 поступает в сливной коллектор 14, из которого через трубопровод

18, водоструйный насос 17, омагничиватель

19 и центробежный очиститель 20 поступает в заборный патрубок насоса 21, Из продольной полости ротора теплоноситель возвращается в общий циркуляционный контур по трубопроводу 45 через водоструйный насос

17, Нажатием кнопки "Пуск насоса" одновременно напря>кение подается и на замыкающийся однополюсный контактор блока коммутации 42, которым шунтируются контакты "Тепла мало" регулятора 47. Это исключает открытие трехходового клапана 49 и преждевременное охлаждение теплоносителя. Практикой установлена оптимальная рабочая температура теплоносителя 40— о

60 С, Для нагрева ротора требуется температура теплоносителя 55 — 70 С, поэтому, если не зашунтировать контакты регулятора

47, он даст команду на охлаждение теплоносителя до рабочей температуры, Это нецелесообразно еще и потому, что за время нагрева зон корпуса теплоноситель остынет. Когда температура ротора поднимется до заданной, размыканием контактов регулятора 40 прекращает подачу напряжения в катушку размыкающегося многополюсного контактора, в результате чего восстанавливаются электрические связи: регуляторы 9— трехлинейные клапаны 6 и регулятор 40— трехлинейный клапан 39 до окончания работы машины, С этого времени в контурах регулирования рабочих органов трехходовые клапаны закрываются — продолжается нагревание. Когда температура в контуре

55 зоны 2, работающем при максимальнойтемпературе, достигает заданной, регулятором

9 этой зоны прекращается подача напряжения в катушку замыкающегося однополюсного контактора, вследствие чего прекращается шунтирование контактов регулятора 47 до окончания работы машины.

Машина выведена на тепловой режим: регуляторы контролируют температуру каждый в своем контуре, При работе машины вследствие образования диссипативного тепла ротор требуется только охлаждать. Температура пристенного слоя теплоносителя в замкнутой малого объема камере 62 (фиг. 4), гд установлен датчик 54 ротора, практически равна температуре ротора 37. При повышении температуры пристенного теплоносителя заданной регулятор 40 (фиг. 1) прекращает подачу напряжения на трехлинейный клапан 39, который прекращает подачу воздуха в мембранный привод трехходового клапана 38 и соединяет его через замедлитель 43 с атмосферой. В увеличенной камере замедлителя давление быстро уравняется с давлением мембранной камеры клапана 38 под действием его пружины, Клапан быстро приоткрывается на величину, близкую к номинальной, после чего вследствие наличия дросселей воздух медленно выходит из мембранной камеры и игольчатый клапан также медленно изменяет количество прокачиваемого теплоносителя через продольную полость ротора. Это исключает возможность теплового заноса, выражающегося в переохлаждении объекта регулирования, При достижении заданной температуры регулятор дает команду на закрытие клапана 38, В контурах регулирования в зависимости от изменения температуры регуляторы

9 при охлаждении открывают левое плечо клапанов 5 и теплоноситель по трубопроводам 13 прокачивается через рубашку зон.

При нагревании левое плечо трехходового клапана 5 закрывается, включается нагреватель, а теплоноситель перепускается через правое плечо клапана 5 и трубопровод 16 в общий циркуляционный контур через сливной коллектор 14.

В общем циркуляционном контуре температура регулируется путем охлаждения теплоносителя, который нагревается при отборе тепла от рабочих органов машины, При повышении его температуры регулятором

47 дается команда через трехлинейный клапан 50 клапану 49 на впуск холодной воды. которая подается в контур из водопроводной магистрали через водоструйный насос

17. Очистка воды и теплообменных поверх1801092

55 ностей производится с помощью омагничивателя 19 и центробежного очистителя 20.

Омагниченная вода растворяет накипь, которая выпадает в виде шлама; центробежный очиститель собирает шлам и выводит его из контура по трубопроводу 36, Центробежная очистка осуществляется за счет нагнетательного насоса 21, подающего теплоноситель через распределительный канал 28 (фиг. 2 и 3) и сопла 27 в корпус 25 очистителя. Струи, направленные по касательной, раскручивают с большой скоростью находящийся в корпусе теплоноситель. Под действием центробежных сил тяжелые частицы отбрасываются к стенке корпуса и оседают в отстойнике 30; легкие частицы, например, в виде шлама, масла собираются в центральной части и сливаются через патрубок 35 в сливную магистраль при разбэвлении теплоносителя холодной водой. Очищенный теплоноситель засасывается из средней части корпуса через патрубок 31, соединенный через трубопровод 22 (фиг, 1) с нагнетательным насосом 21, под действием которого теплоноситель непрерывно циркулирует.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать простыми средствами высокий теплоотвод, что обеспечивает повышение в

1,5 раза производительности и снижение на

0,75% брака. Омагничивание теплоносителя и непрерывная его центробежная очистка обеспечивают высокий и надежный отвод тепла в течение всего времени эксплуатации и исключают трудозатраты по очистке теплообменных поверхностей.

Ф ормула изобретения

1. Устройство для охлаждения рабочих органов машин для переработки полимерных материалов, содержащее нагнетательный насос, группу перепускных контуров регулирования червячной машины, каждый из которых имеет источник тепла и датчик с регулятором температуры, управляющим через трехлинейный с электромагнитным управлением клапан мембранным трехходовым клапаном, датчики ротора и температуры циркулирующего теплоносителя с регуляторами, управляющими мембранными, трехходовыми клапанами через трехлинейные клапаны, отл и ча ю щ ее с я тем, что, с целью повышения отвода тепла путем обеспечения точного регулирования температуры и исключения гидравлических ударов при высокой скорости циркуляции теплоносителя, группа перепускных контуров регулирования температуры соединена с напорным и сливным коллекторами с образованием общего циркуляционного кон5

45 тура, замкнутого последовательно установленными водоструйныM насосом, имеющим всасывающие патрубки для холодной воды и для слива теплоносителя из полости ротора омагничивателем, центробежным очистителем и нагнетательным насосом.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в контурах регулирования температуры рабочих органов машины выходы регуляторов соединены с трехлинейными клапанами через многополюсный размыкающийся контактор блока коммутации, управляемый от кнопки "Пуск насоса" и регулятора температуры ротора, а в контуре регулирования температуры теплоносителя выход регулятора соединен с трехлинейным клапаном через однополюсный контактор блока коммутации, управляемый от кнопки

"Пуск насоса" и регулятора контура регулирования, работающего при максимальной температуре.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено замедлителем выпуска воздуха с различными по объему отсеками, разделенными диафрагмами, причем объем первого из отсеков выбран большим, чем у последующих, а суммарный объем отсеков выбран не превышающим максимального объема мембранного клапана.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что центробежный очиститель выполнен в виде цилиндрического корпуса с окнами, тангенциально расположенными к внутренней поверхности корпуса соплами. с распределительным каналом переменного сечения для равномерного подвода из напорного пэтрубка теплоносителя в сопла, и с вертикально расположенным заборным патрубком, верхняя часть которого выполнена в виде воронки с двойными стенками и установленными между ними направляющими лопастями, при этом верхняя конусообразная часть корпуса снабжена сливным патрубком и электродами. выполняющими роль датчиков уровня.

5. Устройство по и.1.отл и ча ю ще ес я тем, что датчик температуры установлен в продольной полости ротора на расстоянии от 0,1 до 0,3 мм от вращающейся его внутренней поверхности и жестко закреплен на трубке подачи холодного теплоносителя в замкнутой от прямой циркуляции теплоносителя камере, образованной между внутренней стенкой установленного в роторе стакана и втулкой, в которой вмонтирован датчик. размещенный в стакане с зазором от 1 до2 мм.

1801092

1801092

ЯЪБ З

Рб 6i7 О Я

Редактор

Заказ 1l84 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

J в БАЮ Я д к М ((Составитель В.Хомяков

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи