УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ПОЛИМЕРНОГО РАСПЛАВА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR POLYMER MELT DEGASSING (VERSIONS)

Область техники.
Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов методом экструзии.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известна конструкция шнекового экструдера для получения полимерного расплава (аналог - см. US 4088307, публ. 09.05.1978 г., МКИ2 B29B 1/10), снабженная корпусом с отверстием для выпуска газа и двумя шнеками, установленными в корпусе. При этом вал каждого из шнеков снабжен участком поверхности с полусферическими выступами, расположенными напротив вышеупомянутого отверстия. В процессе переработки полимерный расплав, попадающий между выступами, подвергается сжатию, благодаря чему газ, содержащийся в массе полимерного расплава, прорывается наружу и выходит через отверстие выхода газа.
К недостаткам вышеописанного экструдера относится громоздкость конструкции, а также забивание полимерным расплавом отверстия выпуска газа.
В качестве ближайшего аналога принято устройство для размягчения и гомогенизации каучуковых смесей (см. US 6361200 B2, МПК B01F 7/00, публ. 26.03.2002 г.), включающее в себя корпус, снабженный: входным каналом; выходным каналом; рабочей камерой, выполненной по форме в виде восьмерки, в которой установлены с возможностью вращения две шевронные или косозубые шестерни, зацепленные друг с другом зубьями; каналами выхода газа, выполненными со стороны входного канала напротив зон, где зубья шестерен не взаимодействуют между собой. Вышеописанное устройство выполнено компактным, имеет относительно простую конструкцию, обусловленную исполнением на базе шестеренчатого насоса.
Недостатком устройства является то, что каучуковые смеси могут скапливаться у торцов шестерен, продавливаться и забивать каналы выхода газа, что приводит к нарушению процесса дегазации.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения направлена на усовершенствование устройства для дегазации полимерного расплава, которое было бы лишено указанных выше недостатков.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности устройства, обеспечивающего беспрепятственный отвод газов из корпуса.
Совокупность признаков заявляемого устройства для дегазации полимерного расплава находится в причинно-следственной взаимосвязи с достигаемым техническим результатом и представлена в независимом пункте формулы изобретения.
Указанный технический результат согласно первому варианту исполнения достигается в устройстве для дегазации полимерного расплава, содержащем корпус, снабженный входным и выходным каналами для полимерного расплава, каналами выхода газа, рабочей камерой, в которой установлены с возможностью вращения две шевронные шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом, согласно изобретению каждая из шестерен снабжена ограничительными элементами, установленными на валу и сопряженными с ее торцами, при этом каждый из ограничительных элементов выполнен диаметром, превышающим диаметр окружности впадин зубчатого венца, но не превышающим диаметр делительной окружности шестерни, а боковые участки ограничительных элементов выполнены с отталкивающими расплав канавками и сопряжены с корпусом со стороны выходного канала.
Ограничительные элементы, сопряженные с торцами шестерен, могут быть выполнены цилиндрической формы или в виде дисков.
Боковые участки ограничительных элементов сопряжены с телом крышек корпуса.
Указанный технический результат согласно второму варианту исполнения достигается в устройстве для дегазации полимерного расплава, содержащем корпус, снабженный входным и выходным каналами для полимерного расплава, каналами выхода газа, рабочей камерой, в которой установлены с возможностью вращения две косозубые шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом, согласно изобретению, каждая из шестерен снабжена ограничительным элементом, установленным на валу и сопряженным с ее торцом, при этом ограничительный элемент выполнен диаметром, превышающим диаметр окружности впадин зубчатого венца, но не превышающим диаметр делительной окружности шестерни, и расположен вблизи канала выхода газа, а боковые участки ограничительных элементов выполнены с отталкивающими расплав канавками и сопряжены с корпусом со стороны выходного канала.
Ограничительный элемент, сопряженный с торцом шестерни, может быть выполнен цилиндрической формы или в виде дисков.
Боковые участки ограничительных элементов сопряжены с телом крышки корпуса.
Краткое описание поясняющих фигур
Фиг.1 - изображено предлагаемое устройство;
фиг.2 - изображено предлагаемое устройство без крышки;
фиг.3 - изображены детали предлагаемого устройства с шевронными шестернями;
фиг.4 - изображена шевронная шестерня с ограничительными элементами на торцах;
фиг.5 - изображены в зацеплении шевронные шестерни, расположенные на одной из крышек корпуса;
фиг.6 - схематически изображено предлагаемое устройство в разрезе;
фиг.7 - изображено сечение А-А фиг.6 с шевронными шестернями;
фиг.8 - изображено сечение А-А фиг.6 с косозубыми шестернями;
фиг.9 - увеличенный фрагмент фигур 7, 8.
На вышеуказанных фигурах представлены:
1 - корпус;
2 - входной канал;
3 - выходной канал;
4 - рабочая камера;
5 - шевронная шестерня;
5a - косозубая шестерня;
6 - шевронная шестерня;
6a - косозубая шестерня;
7 - вал шестерни;
8 - вал шестерни;
9 - крышка корпуса 1;
10 - отверстие;
11 - отверстие;
12 - отверстия выхода газа;
13 - каналы выхода газа;
14 - ограничительные элементы;
14a - периферийный участок ограничительного элемента;
14b - боковой участок ограничительного элемента;
15 - канавка;
16 - выступ.
Следует понимать, что специалисты в данной области техники смогут предложить другие варианты осуществления изобретения и что некоторые его детали можно изменять в различных других аспектах, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, поясняющие фигуры 1-9 и подробное описание устройства для дегазации полимерного расплава носят иллюстративный, но не ограничительный характер.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Устройство для дегазации полимерного расплава, представленное на фигурах 1-9, содержит корпус 1, в котором выполнены: входной канал 2 для поступления полимерного расплава; выходной канал 3 для выхода полимерного расплава; рабочая камера 4 с установленными шестернями 5 и 6, размещенными на соответствующих валах 7 и 8.
Корпус 1 может быть выполнен из нескольких деталей, неподвижно соединенных между собой. В конкретном примере исполнения корпус 1 включает в себя центральный участок, в котором выполнена рабочая камера 4, и две противоположно расположенные крышки 9, в которых выполнены отверстия 10 и 11 для установки валов 7 и 8 соответствующих шестерен 5 и 6, отверстия 12 и каналы 13 выхода газа.
Рабочая камера 4 выполнена по форме фигурной в виде восьмерки с криволинейными поверхностями, охватывающими большую часть длины окружности зубьев шестерен 5 и 6, находящихся в зацеплении друг с другом.
Зубья шестерен 5, 6 выполняют функцию скребков, расслаивающих полимерный расплав на множество тонких полос, из которых газ прорывается и удаляется через каналы 13 и отверстия 12 выхода газа.
Согласно первому варианту шестерни 5 и 6 выполнены шевронными. С обоих концов валов 7, 8 установлены ограничительные элементы 14, сопряженные без зазора с торцами шестерен 5, 6. При этом диаметр каждого из ограничительных элементов 14 превышает диаметр окружности впадин зубчатого венца, но не превышает диаметр делительной окружности шестерни 5, 6, с которой он сопряжен. Ограничительные элементы 14 со стороны торцов шестерен 5, 6 перекрывают своим периферийным участком 14a канавки между зубьями упомянутых шестерен 5, 6, препятствуя выходу полимерного расплава в каналы 13 и отверстия 12 выхода газа. Таким образом, отверстия 12 и каналы 13 выхода газа не забиваются расплавом и остаются чистыми.
Ограничительные элементы 14 могут быть выполнены отдельными деталями цилиндрической формы с центральными отверстиями для размещения валов 7, 8. Ограничительные элементы 14 могут быть соединены с шестернями 5, 6 посредством неразъемного, например, сварочного соединения, или разъемного соединения посредством крепежных элементов, например, болтов. Не исключается возможность выполнения каждой из шестерен 5, 6 единой цельной с ограничительными элементами 14.
В конкретном примере исполнения ограничительные элементы 14 выполнены в виде дисков, установленных на валах 7, 8 и неразъемно соединенных с торцами шестерен 5, 6 посредством сварочного соединения.
Шестерни 5 и 6 могут быть выполнены как одного диаметра, как изображено на поясняющих фигурах, так и разного диаметра (на фигурах не изображено). В случае выполнения шестерен 5, 6 разного диаметра, ограничительные элементы 14 выполняются в соответствии с размерами шестерни 5, 6, с которой они сопряжены без зазора или соединены.
Вышеупомянутые каналы 13 выхода газа выполнены в крышках 9 корпуса 1 со стороны входного канала 2. В конкретном примере исполнения каналы 13 выхода газа выполнены по дуге окружности.
Для предотвращения поступления расплава в отверстия 12 выхода газа за пределы ограничительных элементов 14 боковые участки 14b упомянутых ограничительных элементов 14 содержат отталкивающие расплав канавки 15 и сопряжены (без зазора) с корпусом 1 со стороны выходного канала 3 (в зоне высокого давления). В конкретном примере исполнения боковые участки 14b ограничительных элементов 14 сопряжены с телом крышек 9 корпуса 1, в частности, с локальными выступами 16, выполненными по дуге окружности. Упомянутые выступы 16 максимально приближены к боковым участкам 14b, чтобы исключить зазор между ними, т.е. выступами 16 и боковыми участками 14b, при этом выступы 16 не должны препятствовать вращению ограничительных элементов 14 с шестернями 5, 6. Канавки 15 выполнены правосторонними и левосторонними соответственно направлению зубьев шестерен 5, 6. Например, если ограничительный элемент 14 сопряжен с торцом шестерни с правосторонними зубьями, то и канавка 15 выполнена правосторонней, если же ограничительный элемент 14 сопряжен с торцом шестерни с левосторонними зубьями, то и канавка 15 выполнена левосторонней.
Входной канал 2 выполняют высотой h1, не превышающей ширины венца h2 шестерни 5, 6, что предотвращает выход полимерного расплава в каналы 13 и отверстия 12 выхода газа. Входной канал 2 может быть выполнен круглой или прямоугольной формы поперечного сечения.
Согласно второму варианту шестерни выполнены косозубыми 5a и 6a. В этом случае каждая из косозубых шестерен 5a, 6a снабжена одним ограничительным элементом 14, установленным на соответствующем валу 7, 8 и сопряженным с одним ее торцом. При этом ограничительный элемент 14 выполнен диаметром, превышающим диаметр окружности впадин зубчатого венца, но не превышающим диаметр делительной окружности шестерни 5a, 6a, с которой он сопряжен. Вышеупомянутые ограничительные элементы 14 расположены вблизи канала 13 выхода газа. А боковые участки 14b ограничительных элементов 14 сопряжены с телом крышки 9 корпуса 1, в частности с ранее упомянутыми локальными выступами 16.
Каналы 13 и отверстия 12 выхода газа в устройстве с косозубыми шестернями 5a, 6a расположены только с одной стороны корпуса 1.
Далее будет описана работа устройства с шевронными шестернями 5 и 6.
Полимерный расплав, поступающий через входной канал 2 в полость 4 корпуса 1, захватывается зубьями вращающихся шестерен 5, 6 и перемещается вдоль цилиндрических участков стенок рабочей камеры 4 в канал 3 выхода полимерного расплава. Часть полимерного расплава перемещается по канавкам между зубьями к торцам шестерен 5, 6 и упирается в периферийные участки 14a ограничительных элементов 14, перекрывающих нижнюю часть упомянутых канавок. Таким образом, периферийные участки 14a препятствуют выходу полимерного расплава в каналы 13 и отверстия 12 отвода газа. В зоне высокого давления со стороны выходного канала 3 расплав, проникший между боковыми участками 14b рядом расположенных ограничительных элементов 14 шестерен 5 и 6, выводится по канавкам 15 в зону между зубьями шестерен 5, 6.
В частном случае реализации устройства 1 газ может удаляться из каналов 13 посредством вакуумного насоса, подключенного к отверстиям 12.
Предлагаемое устройство отличается повышенной надежностью, поскольку каналы 13 и отверстия 12 выхода газа не забиваются перерабатываемым полимерным расплавом и остаются чистыми, в результате улучшается качество дегазации полимерного расплава. При этом устройство пригодно для переработки самого широкого спектра полимерных материалов, таких как полиэтилен высокого и низкого давления, полистирол, полипропилен, каучуковые смеси и др.