УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ
DEVICE FOR MANUFACTURING AND COOLING OF POLYMER PIPES

Изобретение относится к переработке полимеров и изготовлению из них труб.
Экструзия - наиболее производительный и распространенный процесс переработки, применимый практически для всех известных термопластов и их композиций. Переработка термопласта в изделие с точки зрения физики состоит в его нагреве и охлаждении.
Для охлаждения труб применяют оросительные ванны с интенсивным и равномерным поливом трубы водой. Однако такой вид охлаждения требует больших производственных площадей. Максимальная длина ванн, которую может себе позволить изготовитель труб, составляет 50 м, а длина вакуумирования не может быть меньше 24 м. Интенсификация процесса охлаждения труб за счет использования дополнительного внутреннего охлаждения полости труб позволяет значительно повысить производительность при их производстве.
Внутреннее охлаждение обычно осуществляют путем ввода в полость трубы какой-либо испаряющейся от тепла заготовки жидкости, имеющей высокое значение теплоты испарения, например, распыленной воды, сжиженной углекислоты и жидкого азота. Углекислота и азот, в отличие от воды, испаряются необратимо, однако их теплота испарения на порядок ниже теплоты испарения воды, и для эффективного проведения охлаждения требуется огромное количество сжиженного газа.
Воды требуется распылять значительно меньшее количество, однако образующийся пар следует немедленно выводить из внутренней полости трубы, иначе при обратной конденсации отнятое тепло будет вновь отдано трубе на более поздних этапах охлаждения.
Известно устройство для изготовления пластмассовой трубы большого диаметра, раскрытое в SU 1823818 A3, 23.06.1993 /1/. В устройстве применяется наружное охлаждение и внутреннее охлаждение трубы путем подачи охлаждающей среды через трубку, установленную по оси дорна, используемого для оформления внутренней полости трубной заготовки. На конце дорна выполнено отсасывающее отверстие для охлаждающей среды.
Известно устройство для изготовления и охлаждения полимерной трубы, раскрытое в US 5422063 А1, 06.06.1995 /2/. Согласно /2/ производят выдавливание из экструзионной головки расплавленной заготовки трубы, калибровку ее по наружному диаметру и охлаждение с наружной и внутренней стороны. Внутреннее охлаждение проводят путем распыления воды с помощью форсунок.
Недостатком устройств /1/ и /2/ является то, что образующийся пар передается вперед по ходу процесса, где труба холодная, где он вновь конденсируется, возвращая отобранное ранее тепло (происходит обратная конденсация), что практически уничтожает весь эффект внутреннего охлаждения, приводит к снижению эффективности процесса и необходимости использования дополнительных средств для удаления конденсата из зоны обработки.
Наиболее близким к предложенному является устройство для изготовления и охлаждения полимерных труб, содержащее экструзионную головку, средство внешнего охлаждения трубы и средство внутреннего охлаждения трубы, включающее трубку с форсункой на конце для распыления воды и трубчатый элемент, размещенный в центральном канале экструзионной головки и присоединенный одним концом к всасывающему патрубку вентилятора с размещением другого его конца выступающим за передний торец экструзионной головки, причем трубчатый элемент расположен вблизи стенки экструдируемой трубы (SU 1412985, 1988).
В данном устройстве трубчатый элемент осуществляет отсос продуктов испарения вблизи стенки трубы, что приводит к неравномерному охлаждению трубы отсасываемым потоком, что сказывается на ее геометрии, структуре стенки, внутренних напряжениях и в конечном итоге на эксплуатационных свойствах готового изделия. Кроме того, такое расположение отсасывающего патрубка не может обеспечить достаточно мощный продув воздуха через трубу, поток воздуха нагревается слабо и поступает в трубчатый элемент мимо зоны расположения форсунки. Распыляемые капли воды подаются в зону с холодным воздухом и, попадая на поверхность трубы, испаряются на ней, неравномерно охлаждают ее и приводят к ее дефектам.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат, полученный при решении указанной задачи, заключается в повышении равномерности охлаждения трубы и повышении таким образом ее качества.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения полимерной трубы путем экструзии, содержащем экструзионную головку, средство внешнего охлаждения трубы и средство внутреннего охлаждения трубы, включающее трубку с форсункой на конце для распыления воды и трубчатый элемент, размещенный в центральном канале экструзионной головки и присоединенный одним концом к всасывающему патрубку вентилятора с размещением другого его конца выступающим за передний торец экструзионной головки, согласно изобретению указанная трубка с форсункой установлена внутри трубчатого элемента таким образом, что она выступает за свободный торец трубчатого элемента.
На чертеже схематично показано устройство, обеспечивающее внутреннее охлаждение в процессе изготовления трубы.
Экструзионная головка 1 имеет центральный канал 2 диаметром 150-200 мм, в котором установлен тонкостенный трубчатый элемент 3, свободный конец которого выступает за передний торец экструзионной головки 1, в зависимости от размера получаемой трубы, на 0,2-1,0 м, а другой конец присоединен к всасывающему патрубку высокопроизводительного промышленного вентилятора (не показан). Сквозь трубчатый элемент 3 пропущена трубка 4, соединенная одним концом со средством для подачи воды, имеющая форсунку 5 на другом ее конце для распыления подаваемой воды. Трубка 4 выступает на расстояние 0,5-4,0 м от переднего торца экструзионной головки и соответственно на 0,3-3,0 м от свободного торца трубчатого элемента 3.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Из экструзионной головки 1 непрерывно выдавливается расплавленная заготовка 6 трубы, которая обычным образом калибруется по наружному диаметру и охлаждается с внешней стороны. С помощью всасывающего вентилятора, расположенного перед экструзионной головкой 1, сквозь внутреннюю полость заготовки 6 трубы непрерывно прогоняется воздух, который засасывается со стороны переднего конца трубы, продувается навстречу направлению экструзии и отводится через тонкостенный трубчатый элемент 3, соединенный с всасывающим патрубком вентилятора. При этом мощный поток воздуха нагревается от стенок трубы, равномерно охлаждая их.
При прокачке через полость трубы воздух, нагревшись, берет на себя до 20% тепла, запасенного в расплавленной заготовке 6 трубы.
Если в воздух добавить с помощью форсунки 5 водяную пыль, которая при попадании в нагретый отсасываемый воздух превращается в пар, то отсасываемый воздух при этом охлаждается и количество тепла, отведенного им от внутренней поверхности трубы, достигнет 40-50%. При этом на стенки трубы попадает незначительное количество капель, и их испарение не оказывает существенного влияния на равномерность охлаждения стенок трубы.
Поскольку поток воздуха, перемещающийся, например, при изготовлении трубы диаметром 630 мм со скоростью около 2 м/с, будет относить пар назад в более горячую зону, обратной конденсации происходить не будет, а перегретый пар будет выведен за пределы процесса с помощью того же вентилятора через всасывающий патрубок.
Таким образом, предложенный способ изготовления полимерных труб и устройство для его осуществления обеспечивают достижение указанного технического результата повышения равномерности охлаждения и качества изготавливаемых труб.