СТАТИЧЕСКОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
STATIC MIXER AND METHOD OF ITS FABRICATION

Изобретение относится к статическому смесительному устройству, содержащему проточный канал и распределенные по поперечному сечению проточного канала смесительные элементы в виде расположенных на проходящей в направлении потока стенке обтекаемых тел, каждое из которых ограничено проходящей под углом к стенке, исходящей из проходящего поперек направления потока основания, сужающейся отклоняющей поверхностью и двумя выступающими из стенки, сходящимися в проходящей поперек оси канала кромке на противоположной основанию стороне обтекаемых тел направляющими поверхностями.
При экструдировании пластмассы получается, в частности, в связи с двухшнековыми экструдерами расплавленная пластмассовая заготовка с неравномерным распределением температур по поперечному сечению, что приводит, среди прочего, к различной толщине стенок пластмассовых профилей, которые формуются из этой расплавленной заготовки с помощью задающих форму насадок. Поэтому предпочтительно используются статические смесительные устройства различной конструкции, которые должны обеспечивать выравнивание температуры. Используемые для этой цели обычные смесительные устройства имеют выступающие в путь прохождения потока пластмассовой заготовки отклоняющие поверхности, которые, несмотря на различные возможности выполнения, предназначены для отклонения расплава поперек направления потока с целью обеспечения желаемого выравнивания температуры по поперечному сечению жидкой пластмассовой заготовки. Эти отклоняющие поверхности в виде направляющих поверхностей обусловливают дополнительно поддерживающее смешивание завихрение, которое, однако, для термически чувствительных пластмасс, например, на основе поливинилхлорида приводит к опасности местного повреждения пластмассы вследствие более длительного времени обработки.
Кроме того, для смешивания двух жидкостей друг с другом известно (EP 0619134 B1) использование смесительных элементов в виде обтекаемых тел, которые расположены на обеих сторонах предусмотренной в проточном канале разделительной стенки между подлежащими смешиванию жидкостями и состоят каждое из одной отклоняющей поверхности и двух боковых направляющих поверхностей, которые, расходясь от выступающей из разделительной стенки кромки, проходят с расхождением друг от друга в направлении оси канала до ориентированного поперек направления потока основания для отклоняющей поверхности, при этом отклоняющая поверхность поднимается от этого основания к кромке между обеими направляющими поверхностями. Таким образом, обтекаемые тела ограничены треугольными направляющими поверхностями, а также одной треугольной отклоняющей поверхностью, между которой и направляющими поверхностями образуется обтекаемая кромка, которая независимо от того, приходит ли поток к этим обтекаемым телам со стороны кромки между обеими боковыми направляющими поверхностями или со стороны основания отклоняющей поверхности, обеспечивает противоположное завихрение жидкости, так что в зоне сбега потока обтекаемых тел в продолжении заканчивающейся обтекаемыми телами разделительной стенки образуется основательное завихрение обеих жидкостей. Для обеспечения возможности полезного использования этого действия предпочтительно используется кольцеобразный проточный канал с кольцевой разделительной стенкой, по периметру которой расположены с распределением обтекаемые тела, а именно так, что обтекаемые тела на одной стороне кольцевой разделительной стенки расположены со смещением с образованием зазора относительно обтекаемых тел на противоположной стороне разделительной стенки, что обеспечивает не только возможность наложения друг на друга завихрений в продолжение кольцеобразной разделительной стенки, но также предотвращает высокие потери давления. Однако из-за желаемого завихрения подлежащих смешиванию жидкостей такие статические смесительные устройства не пригодны для смешивания термически чувствительных пластмассовых расплавов, таких как на основе поливинилхлорида.
Таким образом, в основу изобретения положена задача создания смесительного устройства, которое обеспечивает хорошее выравнивание температуры по проточному поперечному сечению экструдируемых пластмассовых заготовок, в частности, на основе поливинилхлорида, без опасности местных термических перегрузок пластмассовой заготовки.
Исходя из статического смесительного устройства указанного вначале вида, задача решена согласно изобретению тем, что расположенные на стенке канала обтекаемые тела в проекции в направлении оси канала заполняют проточное поперечное сечение за исключением проходных щелей между образующимися между направляющими поверхностями и отклоняющей поверхностью обтекаемыми кромками, и что, по меньшей мере, обтекаемые кромки между направляющими поверхностями и отклоняющей поверхностью обтекаемых тел скруглены.
За счет предпочтительно поднимающихся в направлении потока отклоняющих поверхностей жидкая пластмассовая заготовка отклоняется к оси канала, что приводит к вытеснению радиально наружу проходящих в зоне проходных щелей между обтекаемыми телами частичных потоков, так что происходит соответствующее перемешивание по поперечному сечению потока и тем самым максимальное выравнивание температуры. За счет скругления, по меньшей мере, обтекаемых кромок между направляющими поверхностями и отклоняющей поверхностью обтекаемых тел можно сохранять ламинарный поток жидкой пластмассовой заготовки, тем более что направляющие поверхности, примыкающие к отклоняющей поверхности вдоль проходных щелей и пересекающиеся в зоне отдельных обтекаемых тел в проходящей по существу в радиальном направлении кромке, исключают мертвые пространства потока и вместе с противоположными направляющими поверхностями соответствующих соседних обтекаемых тел ограничивают постоянно расширяющийся в направлении потока путь прохождения потока, в котором за счет направляемых вдоль отклоняющей поверхности внутрь частичных потоков другие частичные потоки испытывают радиальное отклонение наружу. Поскольку обтекаемые тела заполняют проточное поперечное сечение проточного канала в проекции в направлении оси канала за исключением проходных щелей, то смесительные элементы захватывают по существу все поперечное сечение жидкой пластмассовой заготовки, что является немаловажной предпосылкой для радиального перемещения частичных потоков с целью максимального выравнивания температуры по поперечному сечению пластмассовой заготовки. Хотя предпочтительно набегание потока на смесительные элементы от основания отклоняющей поверхности обтекаемых тел, возможно также набегание потока с противоположной стороны, поскольку вследствие условий ламинарного потока обеспечиваются сравнимые эффекты смешивания при прохождении потока через смесительное устройство в противоположном направлении.
Хотя смесительное устройство в значительной степени не зависит от поперечного сечения проточного канала, однако особенно предпочтительные условия смешивания обеспечиваются, когда проточный канал выполнен кругло цилиндрическим, причем отклоняющие поверхности обтекаемых тел лежат на конусной поверхности с осью конуса, совпадающей с осью канала, так что образуется мало препятствующий потоку жидкой пластмассовой заготовки переход от круглого проточного поперечного сечения к проточному каналу смесительного устройства, что положительно сказывается на потребности в давлении смесительного устройства. В этой связи получаются особенно простые конструктивные соотношения, если обтекаемые тела расположены симметрично вокруг оси канала как оси вращения, что приводит к симметричным условиям смешивания. Если ожидаются несимметричные распределения температуры по поперечному сечению пластмассовой заготовки, то может быть предусмотрено учитывающее это несимметричное распределение температуры, несимметричное распределение обтекаемых тел, соответственно различное выполнение проходных щелей между отдельными обтекаемыми телами.
Особенно простые условия изготовления статических смесительных устройств, содержащих проточный канал и распределенные по поперечному сечению проточного канала смесительные элементы в виде расположенных на проходящей в направлении потока стенке обтекаемых тел, каждое из которых ограничено одной проходящей наклонно относительно стенки, исходящей из проходящего поперек направления потока основания, сужающейся отклоняющей поверхностью и двумя направляющими поверхностями, выступающими из стенки, сходящимися в проходящей поперек оси канала кромке на противоположной основанию стороне обтекаемых тел, получаются за счет того, что имеющее наружную форму проточного канала сплошное основное тело обрабатывают в несколько стадий в любой последовательности, причем эти стадии включают образование осевых щелей, пересекающихся на оси основного тела, доходящих до внутренней поверхности проточного канала и разделяющих друг от друга обтекаемые тела в окружном направлении, а также создание, с одной стороны, отклоняющих поверхностей с помощью электроэрозионного провода, который удерживается одним концом на оси основного тела и направляется вдоль расположенного на торцевой стороне ограничения внутренней поверхности проточного канала, и, с другой стороны, направляющих поверхностей также с помощью электроэрозионного провода, который одним своим концом удерживается в соответствующей осевой щели на внутренней поверхности проточного канала в зоне отклоняющих поверхностей и направляется вдоль проходящей поперек оси канала кромки соответствующих направляющих поверхностей. Если удерживаемый одним концом на оси основного тела электроэрозионный провод для формирования отклоняющих поверхностей направляется вдоль расположенного на торцевой стороне ограничения внутренней поверхности проточного канала, то от звездообразно разделенного осевыми щелями основного тела отделяются имеющие форму сектора конусные участки, при этом остающиеся полые конусные поверхности образуют отклоняющие поверхности обтекаемых тел. Направляющие поверхности, ограничивающие эти обтекаемые тела на противоположной отклоняющим поверхностям в направлении потока стороне, можно обрабатывать аналогичным простым образом с помощью электроэрозионных проводов, посредством направления этих электроэрозионных проводов, удерживаемых на внутренней стенке проточного канала в соответствующей осевой щели в зоне отклоняющих поверхностей, вдоль кромки между отклоняющими поверхностями и затем вдоль торцевой внутренней окружности проточного канала.
При этом кромки между направляющими поверхностями отдельных обтекаемых тел лежат предпочтительно в плоскости, перпендикулярной оси основного тела, что, однако, не обязательно.
На чертежах показан в качестве примера предмет изобретения:
фиг.1 - статическое смесительное устройство согласно изобретению, вид сверху в направлении потока;
фиг.2 - смесительное устройство на виде против направления потока;
фиг.3 - разрез по линии III-III на фиг.1;
фиг.4 - разрез по линии IV-IV на фиг.1;
фиг.5 - обтекаемое тело в изометрической проекции и
фиг.6 - разрез обтекаемого тела по линии VI-VI на фиг.1.
Показанное статическое смесительное устройство имеет круговую цилиндрическую боковую оболочку 1, внутренняя поверхность которой образует проточный канал 3 для жидкой пластмассовой заготовки, в частности, на основе поливинилхлорида, которая подводится и отводится через круговые цилиндрические трубопроводы 4, 5, как показано на фиг.3 штрихпунктирными линиями. Из внутренней поверхности 2 оболочки 1 в проточный канал 3 выступают смесительные элементы. Эти смесительные элементы имеют форму обтекаемых тел 6, одно из которых подробно показано на фиг.5 и 6. Как показано на фиг.5 и 6, обтекаемые тела 6 имеют в соответствии с выбранным в примере выполнения направлением 7 потока, которое, однако, не обязательно, наклоненную от проходящего поперек направления 7 потока основания к оси 8 проточного канала 3 отклоняющую поверхность 9 и две боковые направляющие поверхности 10, которые сходятся к выступающей из внутренней поверхности 2 в радиальном направлении кромке 11. Образованные между направляющими поверхностями 10 и отклоняющей поверхностью 9 обтекаемые кромки 12 скруглены, как показано, в частности, на фиг.6.
На фиг.1 и 2 можно видеть, что в проекции в направлении оси 8 канала обтекаемые тела 6 по существу заполняют проточное поперечное сечение и оставляют между собой лишь проходные щели 13. За счет симметричного расположения обтекаемых тел 6 относительно оси 8 проточного канала 3 как оси вращения образуется самый узкий проход между обтекаемыми телами 6 между скругленными обтекаемыми кромками 12 соседних смесительных элементов. От этого самого узкого проходного поперечного сечения пути прохождения потока непрерывно расширяются между расходящимися в направлении 7 потока направляющими поверхностями 10 до достижения на стороне выхода снова полного кругового поперечного сечения проточного канала 3.
За счет указанного выполнения обтекаемых тел 6 подаваемая через трубопровод 6 круглая в поперечном сечении жидкая пластмассовая заготовка отклоняется в примыкающих к отклоняющим поверхностям 9 зонах вдоль этих отклоняющих поверхностей 9 к оси 8 проточного канала 3 для прохождения со смещением внутрь в радиальном направлении относительно зоны набегания через проходные щели 13 между обтекаемыми телами 6. Оттесненные к оси 8 канала зоны заготовки приводят к тому, что другие зоны заготовки внутри образованных с примыканием к самым узким местам проходных щелей расходящихся проточных участков вытесняются в радиальном направлении наружу, что приводит к смешиванию пластмассовой заготовки по ее поперечному сечению и тем самым к значительному выравниванию температуры. Благодаря непрерывно расширяющимся за счет скругленных обтекаемых кромок 12 и примыкающих к этим обтекаемым кромкам проточным участкам можно обеспечивать внутри смесительного устройства ламинарный поток, который является существенной предпосылкой для обеспечения возможности смешивания также термически чувствительных пластмассовых заготовок, таких как на основе поливинилхлорида, без термической перегрузки в некоторых зонах. Кроме того, давление подачи может оставаться ограниченным допустимыми для этих пластмасс диапазонами.
Изготовление показанного смесительного устройства является сравнительно простым, поскольку ограничивающие обтекаемые тела 6 поверхности 9, 10 могут быть образованы из прямых линий, так что смесительное устройство может быть изготовлено из сплошного основного тела, образующего наружную окружность проточного канала, посредством электроэрозионной обработки с помощью электроэрозионных проводов. Для этого цилиндрическое основное тело можно сначала снабжать осевыми щелями, которые соответствуют самому узкому проходу проходных щелей 13 и поэтому пересекаются на оси 8 проточного канала 3. С помощью электроэрозионного провода 14, который, как показано на фиг.3, удерживается неподвижно в зоне одной торцевой стороны основного тела по оси обтекаемого тела 3 и проходит через осевую щель до расположенной на торцевой стороне внутренней окружности 2 на противоположной торцевой стороне, можно отделять от снабженного щелями основного тела конус, когда электроэрозионный провод 14 направляется вдоль окружности на торцевой стороне внутренней поверхности 2. Таким образом, между осевыми щелями образуются лежащие на общей конусной поверхности отклоняющие поверхности 9. Для образования примыкающих к отклоняющим поверхностям 9 в направлении 7 потока направляющих поверхностей 10 необходимо соответствующий электроэрозионный провод 15 удерживать, как показано на фиг.4, в зоне осевых щелей на противоположной кромкам 11 стороне в зоне отклоняющих поверхностей 9 на внутренней поверхности 2 для направления при прохождении от этой неподвижной точки 16 вдоль обтекаемой кромки 12 к оси 8 сначала вдоль кромки 11 между направляющими поверхностями 10 обтекаемого тела 6 и затем вдоль внутренней поверхности 2 проточного канала 3. Хотя за счет выполнения осевых щелей в сплошном основном теле, что также можно осуществлять с помощью электроэрозионной обработки, нет необходимости в последующем выполнении отверстий для ввода электроэрозионных проводов 14, соответственно 15, вовсе не требуется указанная последовательность стадий обработки. Отдельные поверхности обтекаемых тел 6 можно обрабатывать в любой последовательности.