Смесительно-дозирующее устройство

- S О
Смесительно-дозирующее устройство
Полезная модель относится к технологии изготовления продукции из многокомпонентных полимеров.
Известны смесительно-дозирующие устройства для изготовления продукции из многокомпонентных полимеров, описанные в 1, стр. 70. Эти устройства содержат рабочие баки для жидких компонентов полимеров, насосы объемного действия (поршневые, плунжерные, винтовые или шестеренные) для подачи и объемного дозирования компонентов в заданной пропорции, приводы насосов, нагнетающие магистрали для подачи компонентов в смесительную головку, магистрали рециркуляции компонентов, смесительную головку, в которой компоненты перемешиваются, присоединительный элемент для подвода смеси от смесительной головки в заполняемую форму, элементы контроля и управления, трубопроводы или шланги, соединяющие гидравлические элементы между собой. В таких устройствах готовая смесь подается из устройства в объем, где производится ее полимеризация.
Основным требованием, предъявляемым к устройствам такого типа, является обеспечение точности объемного дозирования компонентов, с тем чтобы смешивание компонентов осуществлялось в определенной пропорции, заданной производителем полимерных компонентов. Несоблюдение требуемой пропорции смешивания приводит к ухудшению свойств получаемого полимера, и даже к неполной полимеризации состава, что отрицательно сказыМПК В05С 5/00
вается на характеристиках изделий. В известных устройствах необходимая точность дозирования компонентов осуществляется путем применения специальных насосов, имеющих высокую точность объемной подачи, и при помощи микропроцессорных схем управления, регулирующих скорости насосов. Это ведет к существенному усложнению и удорожанию конструкции.
Известно устройство 2, в котором для повышении точности дозирования установлен дозатор компонентов, состоящий из двух блоков, включающих распределительное устройство с золотником. Сложная конструкция дозатора увеличивает стоимость устройства и не способствует его надежности.
В качестве дозирующих насосов наибольшее применение находят шестеренные и плунжерные или поршневые насосы. Плунжерные или поршневые насосы менее чувствительны к противодавлению, чем шестеренные. Смесительно-дозирующие устройства на основе порииневых насосов известны, например, из 3 и 4. В описанных-там устройствах для повышения точности дозирования применены привод поршней с помощью ходовых винтов, приводимых в действие зубчатыми колесами, и регулятор хода поршней. Существенный недостаток смесительно-дозирующих устройств с плунжерными и поршневыми насосами состоит в том, что эти насосы имеют неравномерную подачу и низкую производительность. Неравномерность подачи можно уменьшить путем применения многоплунжерных насосов, но в этом случае конструкция усложняется и становится существенно дороже. Шестеренные насосы имеют более простую конструкцию и позволяют обеспечить более высокий расход жидкости. Они имеют достаточно равномерную подачу, что позволяет рассматривать создаваемый насосом поток жидкости как квазистационарный. Протечки жидкости по поверхности вершин зубьев и по
торцам шестерен снижают объемный к.п.д. насоса и увеличивают погрешность дозирования вследствие чувствительности этих насосов к противодавлению в нагнетающей магистрали 5. Поэтому в качестве дозирующих насосов обычно используют высокоточные шестеренные насосы, у которых внутренние протечки минимальны.
Задача поддержания точности объемного дозирования осложняется тем, что, во-первых, пропорции смешивания для разных полимерных компонентов различны, а во-вторых, жидкие полимерные компоненты имеют различные физические характеристики, в частности, различные значения динамической вязкости. Различие динамических вязкостей дозируемых компонентов имеет следствием то, что даже при абсолютно одинаковых характеристиках насосов соотношение дозируемых компонентов изменяется при изменении давления на входе в смесительную головку. Таким образом, применение высокоточных насосов само по себе не решает проблему точности дозирования. Применение микропроцессорных схем управления для регулирования скоростей насосов предполагает непрерывный контроль фактических расходов, их сравнивание и выработку на основании этого управляющих сигналов для приводных двигателей. Это позволяет выдерживать точность дозирования в заданных пределах, но требует дорогостоящей аппаратуры для измерения расходов, обработки входных сигналов и регулирования скоростей насосов. Кроме того, подобные системы регулирования обладают значительной инерционностью, обусловленной прежде всего инерционностью привода насосов.
Наиболее близким к предлагаемому-устройству является смесительно-дозирующее устройство для изготовления продукции из многокомпонентных полимеров описанное в 1 на стр. 111. Оно содержит рабочие баки для жидких компонентов, дозирующие насосы по числу компонентов с общим или раздельным приводом, смесительную головку, соединенную с помощью присоединительного устройства с заполняемым объемом. В устройствепрототипе дозирующие насосы соединены с рабочими баками магистралями рециркуляции, снабженными регулируемыми дросселями, а со смесительной головкой дозирующие насосы соединены нагнетающими магистралями , снабженными расходомерными дросселями и дифференциальными манометрами. Нагнетающие магистрали и магистрали рециркуляции выполнены в виде трубопроводов и шлангов.
Недостаток устройства- прототипа состоит в том, что если компоненты полимера имеют различные значения динамической вязкости, то изменение противодавления в заполняемой форме в процессе заполнения или изменение гидравлического сопротивления смесительной головки, соединительного шланга и присоединительного устройства будет вызывать различные отклонения величин объемной подачи компонентов, что вызовет нарушение заданной пропорции дозирования компонентов и снижение качества готовой продукции.
Задачей данной полезной модели является повышение точности дозирования смесительно-дозирующего устройства при заполнении многокомпонентным полимером открытых или замкнутых объемов.
Для решения поставленной задачи в смесительно-дозирующее устройство для изготовления продукции из многокомпонентных полимеров, содержащее рабочие баки для жидких компонентов, дозирующие насосы по числу компонентов с общим или раздельным приводом, смесительную головку, соединенную с помощью присоединительного устройства с заполняемым объемом, причем дозирующие насосы соединены с рабочими баками магистралями рециркуляции, снабженными регулируемыми дросселями, а со смесительной головкой дозирующие насосы соединены нагнетающими магистралями , снабженными расходомерными дросселями и дифференциальными манометрами, введены новые признаки, а именно: нагнетающие магистрали снабжены дополнительными регулируемыми дросселями, при этом регулируемые дроссели магистралей рециркуляции и дополнительные регулируемые дросселями нагнетающих магистралей выполнены с возможностью одновременного регулировании их гидравлического сопротивления . В частном случае изготовления продукции из двухкомпонентного полимера смесительно-дозирующее устройство содержит два рабочих бака для первого и второго жидких компонентов, два дозирующих насоса, при этом имеется возможность одновременного регулирования гидравлического сопротивления дросселей магистралей рециркуляции и дополнительных регулируемых дросселей нагнетающих магистралей с обеспечением следующих соотношений:
К,„А-Г л-QUA ,„в- 7й-ео«. KA-nA-QoA Kg-rje-Qo
где   динамические вязкости первого второго компонентов, соответственно,
К„,,К„, - суммарные гидравлические сопротивления нагнетающих
магистралей, определяемые суммой гидравлических сопротивлений расходомерных дросселей и регулируемых дросселей, при прохождении через них первой и второй компонентов , соответственно,
K,Kg - суммарные гидравлические сопротивления включенных параллельно насоса и магистрали рециркуляции для первого и второго компонентов, определяемые из следующих соотношений :
1 1 1
рА нА
111
В  нВ
где К,К - гидравлические сопротивления дросселей магистралей рециркуляции, для первого и второго компонентов
- гидравлические сопротивления неплотностей насосов для
первого и второго компонентов.
Техническим результатом от использования предложенной полезной
модели является повышение точности дозирования жидких компонентов при изготовлении изделий из многокомпонентных полимеров. Этот результат достигается тем, что величины гидравлических сопротивлений дросселей в нагнетающих магистралях и магистралях рециркуляции выбирают в зависимости от динамических вязкостей компонентов и требуемой пропорции дозирования такими, что заданная пропорция дозирования сохраняется независимо от величины давления на входе в смесительную головку и, тем самым, от величины противодавления в форме (при заполнении закрытых форм) и падения давления на смесительной головке, соединительном шланге и присоединительном устройстве (при заполнении открытых или закрытых форм).
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где приведена гидравлическая схема смесительно-дозирующего устройства для двух компонентов полимеров.
На гидравлической схеме (фиг. 1) представлены основные функциональные элементы устройства. Устройство содержит рабочие баки 1, 2 для
дозируемых компонентов, привод 3 , выполненный в виде одного или нескольких электродвигателей с механическими передачами для вращения шестеренных дозирующих насосов 4, 5. Насосы 4, 5 соединены с нагнетающими магистралями б, 7 и в магистралями 8, 9 рециркуляции. Нагнетающие магистрали 6, 7 соединены со смесительной головкой 10 для смешивания компонентов. Конструкции смесительных головок известны и далее не рассматриваются.
Магистрали 8, 9 рециркуляции снабжены регулируемыми дросселями 11, 12, позволяющими менять гидравлические сопротивления магистралей 8, 9 рециркуляции. Нагнетающие магистрали 6, 7 снабжены расходомерными дросселями 13, 14 и дифференциальными манометрами (расходомерами) 15, 16, которые позволяют осуществлять непрерывный контроль текущего значения расхода в каждой из нагнетающих магистралей. Манометр 17 служит для контроля давления на входе в смесительную головку 10. Смесительная головка 10 соединена соединительным шлангом 18с присоединительным устройством 19, которое подсоединяют к заполняемому объему (не показана).
Нагнетающие магистрали 6, 7 снабжены дополнительными регулируемыми дросселями 20, 21, которые позволяют менять гидравлические сопротивления нагнетающих магистралей 6, 7. Совместная регулировка дросселей 11,12 магистралей 8, 9 рециркуляции и дросселей 20, 21 нагнетающих магистралей 6, 7 позволяет добиться такого соотношения суммарных гидравлических сопротивлений нагнетающих магистралей 6, 7 и магистралей 8, 9 рециркуляции, что отношение расходов в нагнетающих магистралях 8, 9 остается постоянным, независимо от величины, давления на входе в смесительную головку 10, и тем самым, от величины противодавления в форме (при заполнении закрытых форм) и падения давления на смесительной головке, соединительном шланге и присоединительном устройстве (при заполнении открытых или закрытых форм).
Предлагаемое устройство работает следующим образом: после включения привода 3 первый и второй компоненты полимера из баков 1, 2 вращением шестеренных насосов 4 и 5 через нагнетательные магистрали б, 7 подаются в смесительную головку 10, где происходит их смешивание до образования однородной смеси.
Соотношения, которым должны удовлетворять суммарные гидравлические сопротивления нагнетающих магистралей 6, 7 и магистралей 8, 9 рециркуляции, вытекают из гидравлического расчета системы, представленной на фиг. 1 для двухкомпонентного полимера. Если считать течение жидкости в элементах гидравлической системы ламинарным, то зависимость расхода от перепада давления на участке гидравлической сети описывается формулой Пуазейля :
е,(1)
где R - радиус участка трубопровода, А - перепад давлений, L - длина участка трубопровода, /7 - динамическая вязкость жидкости. В случае некруглого поперечного сечения участка вычисляют гидравлический радиус, который равен: R  - ,
2А
и - смоченный периметр.
Если ввести в рассмотрение коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый геометрическими параметрами участка трубопровода:
Кто формулу (1) можно переписать в виде: (2)
Характеристика насоса (зависимость давления от расхода) с достаточно высокой степенью точности описывается уравнением:
.(а-0.(3)
где А/, - перепад давления, развиваемый насосом,
„ - коэффициент гидравлического сопротивления неплотностей насоса,
QO - теоретический расход насоса (расход при нулевом давлении),
Q - текущий расход насоса.
Составив и решив систему уравнений для приведенной гидравлической схемы, можно определить все требуемые параметры устройства. В частности, отсюда следует зависимость расхода в каждой из ветвей устройства от давления на входе в смесительную головку:
ОР
О - мi™(4)
Аvf
7() К.
где К„,,К,„, - суммарные гидравлические сопротивления нагнетающих магистралей 6, 7 от насосов 4, 5 до смесительной головки 10, где индекс А характеризует первый компонент полимера, протекающий по первой ветви, состоящей из элементов гидравлической схемы 4, б, 8, а индекс В, соответственно, второй компонент полимера, протекающий по второй ветви, состоящей из элементов гидравлической схемы 5, 7, 9;
K.,Kg - суммарные гидравлические сопротивления соответствующих включенных параллельно насоса 4, 5 и магистрали 8, 9 рециркуляции, определямые из следующих соотношений:
1 1 1
рА нА
111
В рВ нВ
где K,Kpg - гидравлические сопротивления магистралей 8, 9 рециркуляции, определяемые в основном гидравлическими сопротивлениями дросселей 11, 12.
Отсюда видно, что даже при абсолютном равенстве характеристик насосов 4, 5 и гидравлических сопротивлений нагнетающих магистралей 6, 7 расходы для потоков компонентов с различными значениями динамической вязкости будут различны. Путем регулирования гидравлических сопротивлений магистралей 8, 9 рециркуляции при помощи дросселей 11,12 можно добиться заданного соотношения расходов при постоянном заданном давлении на входе в смесительную головку. При изменении давления на входе в смесительную головку 10 вследствие изменения противодавления в форме или изменения гидравлического сопротивления смесительной головки, соединительного шланга или присоединительного устройства заданная пропорция дозирования нарушается.
Для того, чтобы избежать этого, нагнетающие магистрали 6, 7 дополнительно снабжены регулируемыми дросселями 20, 21, с помощью которых устанавливают следующие соотношения между суммарными гидравлическими сопротивлениями нагнетающих магистралей б, 7 и магистралей 8, 9 рециркуляции:
K:,,A-nA-QoA K,,,,-TJs-Qo,,(5)
А-Пл-QOA KB- B-QoB .
где К,„,К„,д - суммарные гидравлические сопротивления нагнетающих магистралей 6, 7, в основном определяемые суммой гидравлических сопротивлений расходомерных дросселей 13, 14 и регулируемых дросселей 20,21.
Если выполнены условия (5), то из формул (4) следует, что
-  , т.е. отношение расходов будет постоянным при любом значении
iSB ОВ
давления на входе в смесительную головку. Точность дозирования (отношение величин расходов) может контролироваться при помощи дифференциальных манометров (расходомеров) или путем контрольного слива в мерные емкости. Таким образом, предложенное решение обеспечивает точное выдерживание заданной пропорции дозирования независимо от противодавления в форме и падения давления в смесительной головке, соединительном шланге и присоединительном устройстве. Следовательно, поставленную задачу можно считать решенной.
В общем случае, при числе компонентов больше двух, для устройства, имеющего число ветвей , соответствующее числу компонентов, значения гидравлических параметров ветвей, обеспечивающих равенство гидравлических сопротивлений, в принципе могут быть получены аналогично, расчетным путем или экспериментально.
В качестве регулируемых дросселей 11, 12; 20, 21 в нагнетающих магистралях и магистралях рециркуляции могут быть предусмотрены сменные дросселирующие втулки или шайбы с калиброванными отверстиями, имеющие фиксированные гидравлические сопротивления, соответствующие значениям динамических вязкостей используемых жидкостей. Поскольку применяемые жидкости имеют определенные значения вязкости и строго заданные соотношения дозирования, то для каждого .вида применяемых жидкостей можно иметь набор сменных дросселирующих втулок, которые могут быть легко заменены при использовании жидкостей с другими значениями динамических вязкостей. Кроме того, такие втулки меньше подвержены засорению и могут быть в случае необходимости легко извлечены для очистки. Конструктивно эти втулки могут быть выполнены, например, в форме цилиндрических втулок с цилиндрическими отверстиями. Для обеспечения ламинарного течения жидкости отверстия в этих втулках должны иметь длину, превышающую их диаметр, и должны быть снабжены коническими переходными участками, предотвращающими возникновение завихрений на входе в дроссель и выходе из него.
Источники информации
1. Любартович С.А., Морозов Ю.Л., Третьяков О.Б. Реакционное формование полиуретанов. - М.: Химия, 1990. - 288 с.: ил. 2.. Авторское свидетельство СССР № 757202, МПК В 05 В 7/26
3.Авторское свидетельство СССР № 1034789, МПК В 05 С 5/02.
4.Авторское свидетельство СССР № 1623786, МПК В 05 С 5/00
5.Нефедов А.С., Апанасенко Э.Я., Кондауров А.Л. и др. Оборудование для производства РТИ методом жидкого формования. М.: ЦИНТИ
ХИМ-НЕФТЕМАШ, 1979. Сер. ХМ-2. 54 с.