СИСТЕМА И СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
FLUID DISTRIBUTION SYSTEM AND METHOD

Настоящее изобретение относится к системе распределения жидкости и более конкретно к управлению давлением потока циркулирующей жидкости в системе распределения жидкости, выполненной с возможностью переключения между режимом распределения и режимом циркуляции. Аналогично этому, изобретение также относится к способу, с помощью которого давление циркулирующей жидкости поддерживается в течение временного отключения системы распределения жидкости.
В последующем раскрытии изобретения термин "жидкость" широко используется для определения однокомпонентной или многокомпонентной жидкостной системы, пригодной для распределения в производственных процессах. С целью упрощения выражение "жидкость" должно пониматься здесь как охватывающее любой однородный или составной жидкий компонент, составляющий часть жидкостной системы, такой как связующее вещество, отвердитель, растворитель, разбавитель или любое другое жидкое вещество, содержащееся в жидкостной системе и которое может распределяться через одно или несколько выпускных отверстий.
Примеры систем распределения жидкости, в которых может осуществляться настоящее изобретение, включает, но не ограничиваются ими, системы для смешивания жидкостей или для нанесения жидкостей на подложку, такие как смесители, системы распределения клея, системы покраски и системы поверхностных покрытий, в целом.
Жидкость обычно распределяется через выпускное отверстие, к которому жидкость подается из резервуаров или контейнеров через линии устройств подачи. Насосы выполняются с возможностью подачи жидкости с управляемыми расходами из резервуара к выпускному отверстию.
В случае, например, системы распределения клея клеящий компонент обычно наносится на подложку, которая устанавливается так, чтобы двигаться относительно блока сопел, хотя в альтернативном варианте блок сопел может быть установлен так, чтобы двигаться относительно неподвижной подложки. В любом случае, распределение клея по подложкам включает повторяющиеся остановки между каждыми последующими подложками при последовательном производстве склеиваемых изделий. При применении в процессе склеивания настоящее изобретение полезно при большинстве реализаций, в которых клей и/или другой компонент системы склеивания распределяется в стартстопном процессе. Примерами являются, в частности, клееные ламинаты, мебельные фанерные плиты, паркетное покрытие, производство изделий двутаврового профиля и другие.
Циркуляция клея во время отключения является способом, применяемым на практике, чтобы предотвратить застаивание объемов и избежать нежелательного высокого импульса силы при ускорении застоявшегося объема клея при повторном запуске. Все существующие решения, однако, сосредоточены на управлении насосом, чтобы поддерживать циркулирующий поток на уровне рабочего потока.
Так как падение давления на распределительных соплах в системе распределения клея обычно является высоким, временные отключения сопел дают в результате снижение давления в линии устройства подачи в режиме циркуляции. Это дополнительно приводит к задержке, во время которой должно быть восстановлено давление, прежде чем при повторном запуске  цикла распределения клей будет снова распределяться через сопла при желательных величинах расхода и давления.
Патент US 7040555 раскрывает блок сопел, содержащий обратный канал, через который время от времени направляется поток клея, когда клей не направляется к соплам. Назначение обратного канала состоит в обеспечении постоянного потока  клея внутри сети распределительных каналов, предотвращающего засорение сети каналов.
Для уменьшения времени запуска после остановки были описаны попытки поддерживать нормальное давление распределения в линии устройства подачи клея посредством управления давлением насоса и работой клапанов во время отключения. Например, в патенте US 4420510 давление в линии подачи контролируется и сохраняется при неподвижном объеме клея во время остановки. Объем клея, остающегося в соплах при остановке, возвращается в резервуар через обратную линию. Обратная линия, однако, не участвует в непрерывной циркуляции клея во время остановки. Патент US 4420510, таким образом, никак не относится ни к управлению потоком во время остановки, ни к управлению давлением циркулирующего потока во время остановки, скорее, он касается просто управления давлением потока застойного объема клея перед блоком сопел.
Патент US 4530465 раскрывает способ и устройство  калибровки регулируемого распылителя потока. Расход регулируется с помощью части потока, возвращающейся в резервуар для хранения через линию, содержащую регулирующий клапан.
Поскольку системы распределения клея, как известно, испытывают изменения размеров гибких линий и шлангов, вызванные изменением давления и температуры, усталостью и т.д., системы распределения клея обычно тоже управляются таким образом, чтобы распределять избыточное количество клея при повторном запуске для гарантии, что на всю подложку нанесено достаточное количество клея.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении управления давлением циркулирующего потока жидкости, за счет чего избегают распределения чрезмерного количества жидкости и распределение с соответствующими давлением и расходом обеспечивается немедленно при повторном запуске цикла распределения.
Эта задача решается в описанных здесь системе распределения жидкости и способе распределения жидкости.
Один аспект изобретения касается системы распределения жидкости, способной переключаться между режимом распределения и режимом циркуляции. Система содержит: резервуар для жидкости; линию устройства подачи жидкости от резервуара к выпускному отверстию; насос, работающий для подачи жидкости из резервуара для распределения через выпускное отверстие при давлении распределения и расходе распределения; управляемый клапан для переключения между режимом распределения и режимом циркуляции, в которой в режиме циркуляции выпускное отверстие отделяется от потока жидкости и жидкость возвращается через обратную линию непрерывно работающим насосом. Система дополнительно снабжена сужением площади поперечного сечения потока, расположенным в обратной линии и имеющим размеры, позволяющие создавать в обратном потоке падение давления, по существу равное падению давления, создаваемому выпускным отверстием в режиме распределения, сохраняя, таким образом, во время режима циркуляции систему распределения жидкости при давлении,  соответствующем режиму распределения.
Изобретение избавляет от необходимости повышения давления и проблемы задержки процедур запуска, так как оно, поддерживая давление жидкости в системе во время режима циркуляции, обеспечивает, что рабочие давление и расход становятся доступными немедленно, как только система распределения жидкости переключается в режим распределения.
Ни при каких обстоятельствах нет необходимости поддерживать идентичными давления во время циркуляции и распределения, но обычно приемлемыми являются изменения до ±15% или до ±10%. Предпочтительно падение давления, созданное сужением площади поперечного сечения потока в обратной линии, может, таким образом, отличаться от падения давления, создаваемого выпускным отверстием, до 15% или до 10%.
В варианте осуществления сужение площади поперечного сечения потока динамически регулируется в ответ на давление в системе, определенное в режиме распределения. При этом сужение площади поперечного сечения потока осуществляется в виде клапана регулировки давления, установленного в обратной линии и управляемого для регулировки давления циркулирующей жидкости в ответ на определение давления, выполняемое в режиме распределения датчиком, установленным в  линии устройства подачи жидкости к выпускному отверстию. Таким образом, давление и расход в режиме циркуляции непрерывно адаптируются к изменениям параметров системы, таким как изменение вязкости или изменение температуры, износ шлангов и оборудования и т.д.
В варианте осуществления, в котором система распределения жидкости выполняется для распределения жидкости на подложке, предпочтительно обеспечивается датчик контроля прохождения подложек относительно блока сопел. При этом клапан регулировки давления предпочтительно управляется в ответ на опорное давление в системе, определяемое по мере того, как задний край подложки проходит мимо датчика контрольного устройства. Таким образом, обеспечивается, что в режиме циркуляции всегда обеспечиваются соответствующие опорные значения для управления давлением.
Блок управления предпочтительно выполняется для управления работой насоса, переключения переключающего клапана и дросселирования клапана регулировки давления в ответ на опорное давление в системе, принятое блоком управления от датчика давления синхронно с контролируемой подачей подложек. Блок управления позволяет оператору управлять согласованием работы системы распределения жидкости и достигнуть существенного сокращения отходов в варианте осуществления, в котором режимы распределения и циркуляции синхронизируются с контролируемой подачей подложек. Блок управления дополнительно обеспечивает программируемое или управляемое оператором переключение между различными типами продукции.
Другой аспект изобретения касается способа распределения жидкости, включающего непрерывное управление насосом устройства подачи жидкости и переключение между режимом распределения и режимом циркуляции, причем упомянутый режим распределения включает подачу жидкости из резервуара к выпускному отверстию, упомянутый режим циркуляции включает отключение подачи жидкости от выпускного отверстия и циркуляцию ее обратно в резервуар через обратную линию, снабженную сужением площади поперечного сечения потока, создающим падение давления, по существу равное падению давления, создаваемому выпускным отверстием. Таким образом, жидкость может циркулировать в режиме циркуляции по существу при том же самом давлении за счет непрерывной работы насоса устройства подачи жидкости. В режиме распределения жидкость может отключаться от обратной линии.
В варианте осуществления способ дополнительно включает этапы определения давления в системе в режиме распределения и динамического регулирования в режиме циркуляции площади поперечного сечения потока упомянутого сужения в ответ на определенное давление.
Способ распределения жидкости по подложке предпочтительно включает дополнительные этапы контроля прохождения подложек относительно блока сопел и регулирования площади поперечного сечения потока упомянутого сужения в ответ на давление в системе, определяемое при прекращении каждого цикла распределения.
В конкретном варианте осуществления способа распределения жидкости на подложке последовательное управление системой распределения жидкости в режимах циркуляции и распределения можно обобщить как включающее следующие этапы, на которых:
- контролируют прохождение подложек, двигающихся относительно блока распределительных сопел;
- инициируют распределение жидкости посредством переключения в режим распределения непосредственно перед прохождением передней части подложки;
- определяют давление в линии устройства подачи жидкости к блоку сопел и запоминают его в блоке управления технологическим процессом в качестве опорного значения, причем  давление определяется при прохождении задней части подложки;
- осуществляют переключение в режим циркуляции, направляя поток жидкости в обратную линию при непрерывной работе насоса устройства подачи жидкости;
- сравнивают опорное значение с давлениями, непрерывно определяемыми в линии устройства подачи в режиме циркуляции и в ответ на это производят регулировку площади поперечного сечения потока с помощью клапана регулировки давления, установленного в обратной линии.
Было обнаружено, что управляя давлением циркулирующей жидкости во время отключения, как здесь описано, новые система и способ распределения жидкости могут избежать чрезмерной подачи жидкости при инициировании каждого последующего цикла распределения и получить выгоду от снижения жидких отходов хотя бы до примерно 10% или больше от общего количества потребляемой жидкости.
Изобретение применимо для любых систем распределения жидкости, в которых жидкость распределяется в процессе, содержащем повторяющееся управление запуском и остановкой, но оно особенно предпочтительно для систем и способов, в которых жидкостью является клей. В варианте осуществления система и способ распределения могут содержать, например, продолжительности цикла в диапазоне до десятков секунд как при распределении, так и при отключении, такие как 0,1-30 секунд для режима распределения и 0,2-60 секунд для режима остановки. Скорость подачи подложек обычно не превышает одну подложку в секунду, которая может продвигаться вперед со скоростью в диапазоне до 150 м/мин или выше. Размер подложек может иметь, например, ширину 2-600 мм и длину 20-60000 мм. Клей может распределяться, например, при рабочем давлении 5 бар или ниже при расходе 5-50000 г/мин. Рабочая температура может быть любой температурой, пригодной для жидкости, например нормальной комнатной температурой (от приблизительно 20°С до приблизительно 40°C). Рабочие параметры, приведенные выше в качестве примеров, пригодны для систем распределения клея, таких, которые содержат меламин, мочевину, формальдегид, фенол, резорцин, поливинил ацетат и т.д., которые специалисты в данной области техники часто упоминают как сокращения MUF, MF, UF, PRF, PF и PVAC.
Ниже изобретение будет дополнительно объясняться со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором на фиг. 1 схематично показана установка системы распределения жидкости, соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показаны основные компоненты системы распределения жидкости, содержащей резервуар 1, линию 5 устройства подачи жидкости, ведущую от резервуара к выпускному отверстию 10, насос 2, подающий жидкость из резервуара к выпускному отверстию через линию устройства подачи, и клапан 6, расположенный перед выпускным отверстием по ходу потока, как видно в направлении потока жидкости. Клапан 6 выполнен с возможностью отключения для переключения системы из режима распределения в  режим циркуляции посредством отключения выпускного отверстия от потока жидкости, чтобы направлять жидкость в циркулирующий поток через обратную линию 8, предпочтительно в резервуар или другое место, расположенное до впускного отверстия в насос 2 по ходу потока. Переключающий клапан 6 предпочтительно является трехходовым клапаном, хотя возможна и другая структура клапана или комбинация открывающихся/закрывающихся клапанов, не изменяющая сущность настоящего изобретения. Очевидно, что клапан 6 также выполнен с возможностью переключения системы распределения жидкости обратно из режима циркуляции при запуске цикла распределения.
В соответствии с изобретением сужение 7 устанавливается в обратной линии 8 после переключающего клапана 6 по ходу потока. Сужение 7 выполнено с возможностью ограничения площади поперечного сечения потока обратной линии, так чтобы ограничивать поток жидкости через обратную линию 8. Сужение 7 имеет такие размеры, чтобы создавать в обратном потоке падение давления, по существу равное падению давления, создаваемому выпускным отверстием в режиме распределения. Ограничивая площадь потока в обратной линии во время режима циркуляции, как здесь описано, в то время, как насос работает непрерывно, система распределения жидкости поддерживается при давлении и расходе, соответствующих режиму распределения. Поскольку поток жидкости через выпускное отверстие более или менее прямо пропорционален давлению до переключающего клапана по ходу потока, рабочий поток жидкости при повторном запуске достигается немедленно. Таким образом, поддерживая давление распределения во время циркуляции, как здесь объяснено, добавочное повышение давления в системе при повторном запуске режима распределения больше не требуется и система непрерывно поддерживается при более низком давлении в системе.
В этой связи следует указать, что обратная линия 8 в отношении ее длины и внутреннего диаметра имеет размеры, обеспечивающие по существу противодавление, которое ниже, чем самое низкое давление при распределении в системе распределения жидкости. Следует также указать, что система распределения жидкости на практике может подвергаться изменениям давления, вызванным условиями, связанными с конкретным применением, и что во время работы давление при распределении также может в некоторой степени изменяться или требовать регулирования. Поэтому нет необходимости при любых обстоятельствах точно поддерживать идентичные давления во время циркуляции и во время распределения. Чтобы достигнуть технического эффекта и получить выгоду от изобретения, в некоторых применениях должно быть достаточным поддерживать в режиме циркуляции давление, соответствующее приблизительно 95-105% давления в режиме распределения. При других применениях давление во время циркуляции, соответствующее 90-110% давления при распределении, может быть достаточным для получения выгоды от изобретения. Задача настоящего изобретения будет, таким образом, все еще также достигаться, если на практике давление в режиме циркуляции содержит изменения давления порядка 0%-10% или даже больше при применениях, в которых абсолютное управление распределением менее критично.
Предпочтительно сужение является клапаном 7 регулировки давления, который динамически управляется в ответ на давление в линии устройства подачи, определяемое датчиком 3, установленным в линии 5 устройства подачи до выпускного отверстия 10 по ходу потока и переключающего клапана 6.
Рабочий расход и давление при распределении могут, таким образом, поддерживаться для непрерывного потока жидкости во время остановки между двумя последовательными циклами распределения жидкости. Когда цикл распределения закончен, выпускное отверстие 10 отключается от потока жидкости за счет срабатывания клапана 6. Насос 2 продолжает накачивать жидкость обратно в резервуар 1 через обратную линию 8, содержащую клапан 7 регулировки давления. Клапан 7 регулировки давления управляется, чтобы регулировать/дросселировать поток циркулирующей жидкости в соответствии с непрерывным определением давления, выполняемым датчиком 3, установленным в линии 5 устройства подачи, подающей жидкость к выпускному отверстию. Клапан 7 регулировки давления устанавливается в ответ на рабочее давление, определяемое в линии устройства подачи во время распределения, и управляется датчиком 3, чтобы поддерживать соответствующее давление в системе распределения жидкости во время циркуляции.
Между циклами распределения управление клапаном регулировки давления и давлением в системе может основываться на рабочем давлении при распределении, которое определяется во время каждого последующего цикла распределения. В частности, системой можно управлять, чтобы поддерживать давление, которое определяется в конце каждого предшествующего цикла распределения.
В системе распределения жидкости на подложках датчик 9 может быть установлен так, чтобы контролировать поочередную подачу подложек 11 относительно выпускного отверстия 10, причем последнее в этом варианте осуществления выполнено в виде блока 10 сопел, содержащего одно или несколько индивидуальных сопел. Контрольный датчик 9 может располагаться до блока сопел по ходу потока, как видно на направлении подачи подложек, на расстоянии опережения или припуска, которое учитывается в функции определения давления. Определенные значения давления и рабочего расхода подаются на блок 12 управления, координирующий работу клапанов 6 и 7, а также работу насоса 2, в соответствии с опорным давлением в системе, принятым от датчика 3 давления, синхронно с контролируемой подачей подложек.
Другими словами, площадь рециркулирующего потока ограничивается после переключающего клапана 6 по ходу потока, чтобы управлять давлением потока жидкости перед переключающим клапаном по ходу потока. Падение давления на клапане 7 регулировки давления должно быть равным или по существу равным потере давления, вызванной блоком сопел в цикле распределения, поддерживая, таким образом, соответствующее давление как в режиме распределения, так и в режиме циркуляции.
Соответствующее управление давлением может альтернативно быть достигнуто посредством статического сужения, введенного в обратный поток. Динамически управляемое сужение обеспечивает, однако, дополнительное преимущество гибкой системы, состоящее в том, что она легко адаптируется к изменениям рабочих параметров, таких как температура, износ, замена частей и оборудования системы, переключение между различными типами жидкости, имеющими различную вязкость и т.д., и является поэтому предпочтительным вариантом осуществления.
Заметное преимущество, обеспечиваемое настоящим изобретением, состоит в том, рабочие части, встроенные в систему распределения жидкости, могут быть из числа оборудования, имеющегося на складах и хорошо известного специалистам в данной области техники. В случае распределения жидкости на подложках, выпускное отверстие может быть блоком распределения любого типа, хотя обычно блок распределения должен содержать по меньшей мере одно индивидуальное сопло или набор индивидуальных сопел, действующих для нанесения параллельных линий или аэрозольного распыления жидкости по подложке, принимающей жидкость. Шланги, зажимы и т.д. являются тем, что обычно применяется в системах распределения жидкости. Соответствующий переключающий клапан 6 может быть любым быстродействующим трехходовым клапаном, который по существу исключает любой насосный эффект при движениях закрывания и открывания, хотя возможны и другие типы клапанов или комбинаций клапанов. Соответствующий клапан 7 регулировки давления может быть любым плавно регулируемым клапаном, которым можно точно управлять. Датчик 3 давления предпочтительно является датчиком с высокой разрешающей способностью, осуществляющим связь в цифровой форме по протоколу связи или с помощью аналоговых сигналов. Контрольный датчик 9 может быть фотодатчиком, лазерным световым датчиком, ультразвуковым датчиком или любым другим быстродействующим датчиком. Соответствующий насос 2 может в большинстве случаев быть нагнетательным поршневым насосом, обеспечивающим постоянный расход при каждом ходе или обороте, хотя может использоваться любой тип насоса, который управляется и способен обеспечивать давление соответствующего вещества и желаемые расходы.
Блок 12 управления обычно содержит процессор, принимающий данные от датчиков 3 и 9 давления и контроля через линии 13, 14 ввода соответственно. Основываясь на вводе данных, процессор создает соответствующие данные управления, управляющие работой переключающего клапана 6, клапана 7 регулировки давления и насоса 2 через выходные линии 15, 16 и 17 соответственно. Процессор, содержащийся в блоке 12 управления, может быть компьютером, установленным для управления оператором через клавиатуру и дисплей, доступные с внешней стороны блока управления. Процессор блока 12 управления может дополнительно устанавливаться для выполнения программного продукта, программируемого через клавиатуру или через внешний компьютер и запомненного на считываемом компьютером носителе данных, который может вставляться или как-либо иначе подключаться к блоку 12 управления.
Последовательная работа системы распределения жидкости инициируется выводом сигнала от блока 12 управления, который производит переключение клапана 6 в режим распределения. Во время распределения определенное значение давления в линии устройства 5 подачи непрерывно принимается блоком управления. Как вариант, может быть установлен расходомер 4 для ввода в блок управления также данных расхода как в режиме распределения, так и в режиме циркуляции. Работой насоса 2 управляют так, чтобы поддерживать рабочий расход и давление в соответствии с этими входными данными. Прохождение подложек, на которые должна распределяться жидкость, при соответствующей реализации изобретения контролируется датчиком 9, с помощью которого прохождение заднего края подложки определяется и регистрируется в блоке 12 управления. Текущее давление в линии 5 устройства подачи затем регистрируется в блоке управления как опорное значение. Чтобы воспользоваться опережающим расположением контрольного датчика 9, распределение продолжается какое-то время, которое определяется расстоянием между местоположением контрольного датчика и блоком распределительных сопел, с одной стороны, и относительной скоростью подложек, с другой стороны. При соответствующей задержке во времени блок управления переключает переключающий клапан 6 в режим остановки/циркуляции, направляя жидкость в циркулирующий поток через обратную линию 8. В режиме циркуляции определение давления и управление насосом продолжаются. Если определенный уровень давления в линии устройства подачи падает ниже опорного значения, блок управления управляет клапаном 7 регулировки давления в направлении закрывания, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения потока в обратной линии 8 соответственно. В обратном случае блок управления управляет клапаном 7 регулировки давления в направлении открывания, чтобы увеличить площадь поперечного сечения потока в обратной линии 8, причем, соответственно, определенный уровень давления в линии устройства увеличивается выше опорного значения. Управление с обратной связью клапаном 7 регулировки давления и насосом 2 продолжается до тех пор, пока передний край следующей подложки не будет обнаружен контрольным датчиком 9, за счет чего, после соответствующей задержки во времени, инициируется новый цикл распределения.
Приведенное здесь раскрытие является примером установки системы распределения жидкости, в которой в рамках объема изобретения возможны изменения подробной конструкции и установки, определяющие новое решение.
Хотя настоящее изобретение раскрыто частично как система, выполненная с возможностью распределения жидкости на подложках через блок сопел, должно быть понятно, что этот вариант осуществления является просто одним из нескольких полезных применений изобретения. Другие потенциально возможные применения, которые следует упомянуть, содержат, например:
- распределение жидких компонентов для смешивания, где выпускное отверстие соединяется с впускным отверстием, в смесителе, который может быть статическим смесителем или устройством смесителя с приводом любого рода;
- распределение жидких компонентов для заполнения контейнеров для жидкостей, например, в фармацевтической отрасли и отрасли производства пищевых продуктов;
- распределение жидких компонентов, таких как топливо/ракетное топливо, замедлитель или катализатор, в химических процессах или процессах сгорания;
- распределение жидких компонентов, таких как жидкие полимеры, в процессах литья под давлением,
и другие.
В заключение, система и способ распределения жидкости, соответствующие настоящему изобретению, могут найти широкое применение в любом процессе распределения жидкости, который характеризуется повторяющимися стартстопными операциями и требованием высокой точности.