СМЕШИВАЮЩЕ-МЕСИЛЬНАЯ МАШИНА
MIXING-KNEADING MACHINE

Настоящее изобретение относится к смешивающе-месильной машине для процессов непрерывного производства, содержащей подающе-смешивающее устройство, которое содержит корпус, определяющий полую внутреннюю часть, в которой расположен вращающийся винтовой вал, перемещающийся предпочтительно одновременно поступательно, а также содержащей выпускное устройство, такое как выпускный экструдер.
Такие смешивающе-месильные машины, в частности, используют для изготовления пластичных и/или вязких масс. Например, их используют для обработки вязких масс, гомогенизации и пластификации пластмасс, внедрения наполнителей и армирующих материалов, а также для изготовления исходных материалов для пищевой промышленности. Таким образом, винтовой вал образует рабочий элемент, транспортирующий или перемещающий материал, подлежащий обработке, вперед в осевом направлении и, таким образом, смешивающий компоненты материала друг с другом.
Такие смешивающе-месильные машины, в частности, подходят для производства полимерного гранулята, полимерных экструдируемых профилей, полимерных формованных деталей и подобного при использовании подходящего выпускного устройства, такого как выпускный экструдер, и если оно соединено с гранулирующим устройством или подобным устройством, таким как устройство прерывистого резания, стренговая головка, профилирующий инструмент, листовая головка или подобное. Посредством подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины изготавливают однородный полимерный расплав или смесь (например, из ПВХ, каучука, пищевых продуктов, корма для животных, порошкового покрытия, ингибиторов горения, не содержащих галогена, фармацевтических веществ и т.д.), которую затем перемещают в выпускное устройство и, посредством него, - в гранулирующее устройство, например. Например, отдельные компоненты смеси смешивают друг с другом и гомогенизируют перед передней частью подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины, а из однородной смеси, изготовленной таким образом, производят расплав (при условии, что по меньшей мере один компонент смеси может быть расплавлен), при этом то же самое происходит в средней и задней части подающе-смешивающего устройства. Расплав, изготовленный таким образом, затем перемещают через выпускное устройство, например, к устройству для подводного гранулирования, в котором расплав сжимают под давлением 2 миллиона паскалей, например, посредством головок плиты матрицы, разрезают непосредственно на гранулят посредством вращающихся резцов после выхода из, и отверждают в гранулированные частицы посредством перетока технологической воды через переднюю часть плиты матрицы. Альтернативно, расплав или вязкая смесь (если расплав не произведен) могут также быть пропущены через экструдер или формующий инструмент под давлением для образования полимерного формованного изделия.
Подающие и смешивающие устройства таких смешивающе-месильных машин известны, например, из CH 278575 A и CH 464656.
Касательно этих смешивающе-месильных машин, винтовой вал подающе-смешивающего устройства предпочтительно не только выполняет вращательное перемещение, но также одновременно поступательно перемещается вперед и назад в осевом направлении, т.е. в направлении винтового вала. Таким образом, последовательность движения предпочтительно отличается тем, что винтовой вал выполняет качательное движение, наложенное на вращение, при рассмотрении в осевом направлении. Эта последовательность движения обеспечивает возможность внедрения внутренних устройств, а именно, месильных элементов, таких как месильные штифты или месильные гребни, в корпус подающе-смешивающего устройства. Благодаря наличию месильных штифтов или месильных гребней, винт расположен на основном валу, так называемом стержне вала, не проходит непрерывно (как показано на виде в разрезе стержня вала), а далее разделен на множество отдельных лопастных элементов, которые проходят вдоль определенного углового сектора окружности поперечного сечения стержня вала. Смежные лопастные элементы отстоят друг от друга в осевом направлении и в наружном окружном направлении стержня вала, т.е. в каждом случае образован зазор между смежными лопастными элементами в осевом направлении и в наружном окружном направлении стержня вала. Например, если весь стержень вала винтового вала или осевой участок стержня вала винтового вала, относительно окружности поперечного сечения, содержит три лопастных элемента, каждый из которых проходит по угловому сектору, например 100°, окружности поперечного сечения стержня вала, речь идет о трехлопастном винтовом валу или об участке трехлопастного винтового вала. Вращением и поступательным перемещением винтового вала в осевом направлении управляют таким образом, чтобы лопастные элементы приближались к соответствующим месильным элементам своими кромками для сжатия материала, подлежащего смешиванию и замешиванию, и для приложения к нему усилия сдвига, чтобы таким образом способствовать процессу смешивания и/или замешивания без столкновения месильных элементов и лопастных элементов. Кроме этого, месильные элементы настолько близко приближаются к лопастным элементам, что месильные элементы предотвращают образование отложений компонентов смеси на кромках лопастных элементов, чтобы при этом месильные элементы в конечном итоге обеспечивали очистку лопастных элементов. Разумеется, количество и геометрия лопастных элементов могут быть приспособлены к количеству месильных элементов. Традиционно, отдельные месильные элементы расположены на внутренней окружной поверхности корпуса подающе-смешивающего устройства (в осевом направлении) несколькими рядами, соответствующими геометрии и количеству лопастных элементов и проходящими по меньшей мере по одному участку внутренней окружной поверхности корпуса. Например, если на внутренней окружной поверхности корпуса расположены четыре ряда месильных элементов, винтовой вал на своей наружной окружной поверхности (при рассмотрении в поперечном разрезе) может содержать четыре лопастных элемента, между которыми, в каждом случае, обеспечено достаточно широкое пространство, чтобы обеспечивать возможность прохождения месильных элементов через эти пространства.
Как описано, на конце, расположенном далее по потоку (при рассмотрении в направлении передачи), подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машин расположено выпускное устройство для передачи однородной смеси, образованной в подающе-смешивающем устройстве, для дальнейшей обработки из подающе-смешивающего устройства, например, в дополнительное устройство обработки, такое как гранулирующее устройство. Для соединения корпуса подающе-смешивающего устройства с выпускным устройством соединительный элемент обычно расположен на дальнем по потоку переднем конце корпуса подающе-смешивающего устройства, при рассмотрении в направлении передачи. В целом соединительный элемент представляет собой кромку. Задача соединительного элемента заключается в соединении расположенного далее по потоку конца корпуса и впускной стороны выпускного устройства так, чтобы обеспечивать возможность передачи смеси из подающе-смешивающего устройства в выпускное устройство таким образом, чтобы обеспечивать возможность передачи указанной смеси далее в этом направлении без повреждения указанной смеси механическим или термическим воздействиями при передаче. Таким образом, винтовой вал, расположенный в корпусе подающе-смешивающего устройства, полностью проходит через соединительный элемент для передачи смеси через соединительный элемент непосредственно на выпускное устройство.
В известных смешивающе-месильных машинах из смеси или расплава, образованного в подающе-смешивающем устройстве, удаляют газ до передачи в выпускное устройство для удаления содержащихся газов и других летучих компонентов, таких как остаточная влага и мономеры, из смеси или расплава. В одном варианте известных смешивающе-месильных машин для этой цели обеспечено устройство для удаления газов на расположенном далее по потоку конце (при рассмотрении в направлении передачи) корпуса подающе-смешивающего устройства, причем указанное устройство для удаления газов прикладывает отрицательное давление к расплаву или смеси (если расплав не образован) для отвода летучих компонентов из расплава или смеси таким образом (если расплав не образован). Однако в этом есть несколько недостатков, в частности, относящихся к термически малоустойчивым расплавам или смесям. С другой стороны, в этом случае месильные элементы больше не могут использоваться далее по потоку от устройства для удаления газов, т.е. в самой последней части корпуса и в соединительном элементе, так как в противном случае, в уже не содержащий газов расплав или смесь (если расплав не образован) будет введено слишком много энергии, что приведет к повышению температуры расплава и, вследствие этого, к термическому повреждению расплава, не содержащего газов. Поэтому известные смешивающе-месильные машины этого варианта больше не оснащают месильными элементами в секции корпуса, расположенной далее по потоку от устройства для удаления газов, и, в частности, в соединительном элементе, в результате чего область подающе-смешивающего устройства, находящаяся далее по потоку, в которой больше не размещают месильные элементы, является по меньшей мере в значительной степени неиспользованной с точки зрения смешивания компонентов смеси и гомогенизации смеси. Вместо этого, таким образом, она только содержит секцию передачи. Другой недостаток этого варианта заключается в том, что смесь, подлежащая удалению газов, должна представлять собой расплав или смесь (если расплав не образован) еще до проникновения в выпускное устройство, а именно, непосредственно ранее по потоку от соединительного элемента в секции корпуса, в которой находится устройство для удаления газов, так как, в противном случае, эффективное удаление газов невозможно. Это также приводит к тому, что часть подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины, находящаяся далее по потоку от устройства для удаления газов и через которую проходит винтовой вал, может быть использована только как секция передачи. Также на расплав в соединительном элементе, находящемся далее по потоку, несмотря на отсутствие месильных элементов, дополнительно воздействует усилие сдвига, что может приводить к повышению температуры расплава или даже к термическому повреждению расплава, например, в случае термически малоустойчивых материалов, в частности, таких как поливинилхлорид (ПВХ). Кроме этого, в этом варианте невозможна полная очистка всех кромок лопастных элементов винтового вала вследствие отсутствия месильных элементов в соединительном элементе. Это приводит к образованию отложений на кромках лопастных элементов и на переходе лопастных элементов в стержень вала. В результате этого, в свою очередь, промывка смешивающе-месильной машины отнимает много времени, а количество отходов при замене исходных материалов становится значительным в связи с отсутствием «эффекта самоочищения», достигаемого месильными штифтами. Часто требуется открытие и очистка всего подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины для предотвращения отложения отходов, если нет возможности успешного применения промывки, или даже для обеспечения возможности замены исходных материалов.
В другом варианте известных смешивающе-месильных машин между соединительным элементом подающе-смешивающего устройства и выпускным устройством образован купол для удаления газов, из-за которого после выхода из подающе-смешивающего устройства смесь вводят сверху в цилиндрический накопитель, внутри которого она спадает вниз на винт выпускного устройства. Однако этот вариант плохо подходит или совсем не подходит для обработки расплава. Кроме этого, винт выпускного устройства должен иметь большие размеры для передачи всего материала, выпадающего из него в купол для удаления газов. Это приводит к высоким первоначальным затратам для этого варианта.
Следовательно, в отличие от этого, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении подходящей смешивающе-месильной машины для процессов непрерывного производства, например, в частности, для производства гранулята, экструдируемых профилей или формованных деталей, например, полимерного гранулята, полимерных экструдируемых профилей или полимерных формованных деталей, причем указанная машина обеспечивает оптимальное смешивание и гомогенизацию компонентов смеси при минимальной длине подающе-смешивающего устройства, в результате чего смешивающе-месильная машина отличается оптимальной эффективностью относительно длины подающе-смешивающего устройства, и которая также упрощает самоочищение подающе-смешивающего устройства при замене исходных материалов, используемых в смешивающе-месильной машине.
В соответствии с изобретением эта задача достигается смешивающе-месильной машиной для процессов непрерывного производства, например, в частности, для производства гранулята, экструдируемых профилей или формованных деталей, например, полимерного гранулята, полимерных экструдируемых профилей или полимерных формованных деталей, содержащей подающе-смешивающее устройство и содержащей выпускное устройство, при этом подающе-смешивающее устройство содержит корпус, винтовой вал и соединительный элемент, при этом соединительный элемент расположен на передней части корпуса и также соединен с выпускным устройством, при этом в каждом случае полая внутренняя часть выполнена в корпусе и в соединительном элементе, а винтовой вал проходит по меньшей мере в поперечном сечении в осевом направлении через внутреннюю часть корпуса, а также по меньшей мере в поперечном сечении в осевом направлении через внутреннюю часть соединительного элемента, при этом корпус содержит множество месильных элементов, проходящих от внутренней окружной поверхности корпуса во внутреннюю часть, и при этом смешивающе-месильная машина отличается тем, что на внутренней окружной поверхности соединительно элемента также расположены месильные элементы, проходящие во внутреннюю часть соединительного элемента, и выпускное устройство содержит устройство для удаления газов.
Это решение основано на знании, что при изначальном расположении устройства для удаления газов на выпускном устройстве, а не на расположенном далее по потоку, при рассмотрении в направлении передачи, конце корпуса подающе-смешивающего устройства, расплав или смесь (если расплав не образован) должен быть сначала образован далее по потоку, чтобы месильные элементы могли быть также расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента, даже без термического повреждения термически малоустойчивых материалов, таких как ПВХ, обрабатываемой в нем смеси. В смешивающе-месильной машине в соответствии с изобретением удаление газов происходит не в области быстро вращающегося и качающегося винтового вала в подающе-смешивающем устройстве, а в выпускном устройстве, т.е. далее по потоку от быстро вращающегося и качающегося винтового вала в подающе-смешивающем устройстве. Благодаря тому, что месильные элементы также присоединены к внутренней окружной поверхности соединительного элемента, эта область подающе-смешивающего устройства также доступна для осуществления смешивания компонентов смеси и для гомогенизации смеси, причем длина подающе-смешивающего устройства может быть соответственно уменьшена с обеспечением такого же уровня смешивания и гомогенизации, как и в случае с соответственно более длинным подающе-смешивающим устройством, в котором соединительный элемент не содержит месильных элементов. Таким образом, не только обеспечивается существенное снижение первоначальных затрат на смешивающе-месильную машину, но и эксплуатационных расходов, в частности, так как подающе-смешивающее устройство подвергается меньшему износу и требует меньше пространства вследствие меньшей общей длины. Как указано, в смешивающе-месильной машине в соответствии с изобретением, когда требуется обработка расплава или смеси (если расплав не образован), также достаточно изначально образовывать расплав или смесь (если расплав не образован) далее по потоку, при рассмотрении в направлении передачи, от соединительного элемента. Это также способствует тому, что при одинаковом уровне смешивания и гомогенизации, общая длина подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины может быть существенно уменьшена. Кроме этого, смешивающе-месильная машина в соответствии с изобретением обеспечивает полную очистку всех кромок лопастных элементов винтового вала вплоть до их расположенного далее по потоку конца благодаря тому, что соединительный элемент также содержит месильные элементы. Таким образом также обеспечивается надежное предотвращение образования отложений в соединительном элементе на кромках лопастных элементов и на переходе лопастных элементов в стержень вала винтового вала. Это также приводит к значительному сокращению времени промывки для смешивающе-месильной машины при замене исходных материалов. В целом, настоящее изобретение обеспечивает подходящую смешивающе-месильную машину для процессов непрерывного производства, например, в частности, для производства гранулята, экструдируемых профилей или формованных деталей, например, полимерного гранулята, полимерных экструдируемых профилей или полимерных формованных деталей, которая обеспечивает возможность оптимального смешивания и гомогенизации исходных материалов смеси при минимальной длине подающе-смешивающего устройства так, что смешивающе-месильная машина отличается оптимальной эффективностью относительно длины подающе-смешивающего устройства, и которая также облегчает очистку подающе-смешивающего устройства при замене компонентов, используемых в смешивающе-месильной машине.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения выпускное устройство предпочтительно представляет собой двухвинтовой экструдер противоположного вращения. В случае двухвинтового экструдера, камеры образованы между винтами при вращении обоих винтов, причем обеспечивается передача смеси в выпускном устройстве вперед через указанные камеры. Это происходит благодаря тому, что нарезка винта и стержни валов двухвинтовых экструдеров выполнены ответными друг другу и расположены в перекрывающемся порядке так, чтобы при вращении двух винтов образовывать камеры, которые перемещаются в направлении передачи между нарезкой винта и гребенчатыми стержнями двух валов. Это приводит к принудительной передаче, которая позволяет двум винтам медленно вращаться и все же надежно перемещать смесь через выпускное устройство лишь с минимальным обратным потоком части смеси, противоположным направлению передачи. Вследствие медленного вращения двух винтов, смесь в выпускном устройством, т.е. в области удаления газов, имеет относительно большое время удержания и большую поверхность удаления газов, чтобы обеспечивать эффективное удаление газов без внедрения высоких усилий сдвига в смесь. Таким образом, надежно предотвращается термическое повреждение смеси. Следовательно, устройство для удаления газов, перемещенное в выпускное устройство, синергически функционирует с предпочтительной конструкцией выпускного устройства в качестве двухвинтового экструдера противоположного вращения. Другое преимущество двухвинтового экструдера заключается в существенном снижении образования отложений компонентов смеси по сравнению с экструдером с одним валом, так как нарезки винта на двухвинтовом экструдере перекрываются.
В этой связи, особенно хорошие результаты достигаются, если выпускное устройство представляет собой двухвинтовой экструдер противоположного вращения. Они имеют преимущество возможности наращивания высокого давления от 250 до 300 бар при длине винта от 2 до 3 D (т.е. при длине, превышающей диаметр винтового вала в два или три раза), в то же время демонстрируя минимальное повышение температуры расплава или смеси (если расплав не образован). В свою очередь, однонаправленные двухвинтовые экструдеры имеют высокую скорость вращения и вследствие этого прикладывают бóльшие усилия сдвига и наращивают значительно меньшее давление, чем двухвинтовые экструдеры противоположного вращения.
Винты двухвинтовых экструдеров противоположного вращения могут быть расположены параллельно друг другу.
В качестве развития идеи изобретения предложено, чтобы два винта двухвинтового экструдера были расположены, при рассмотрении в осевом направлении, наклоненными по направлению друг к другу под углом от 0,1 до 10°, предпочтительно от 0,5 до 7,5°, более предпочтительно от 2 до 5° и наиболее предпочтительно от 2 до 3°, при этом, предпочтительно, два винта сходятся в направлении передачи. В этом варианте реализации глубина резьбы может быть выполнена уменьшающейся или однородной по всей длине винта в направлении передачи. В такой конструкции винтов двухвинтового экструдера, камеры, образованные между двумя винтами, постепенно уменьшаются при работе выпускного устройства в направлении передачи, или уменьшается объем этих камер. Обеспечивается сжатие смеси, передаваемой в камерах, в возрастающей степени в направлении передачи так, чтобы обеспечивать прижатие летучих компонентов, таких как, в частности, газ, остаточная влага и мономеры, остающихся в смеси, в направлении, противоположном направлению передачи выпускного устройства по направлению к устройству для удаления газов таким образом. Это в значительной мере способствует удалению газов, еще больше усиливая синергическое взаимодействие устройства для удаления газов, перемещенного в выпускное устройство, благодаря выполнению выпускного устройства в форме двухвинтового экструдера.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения обеспечено коническое прохождение винтов выпускного устройства, при этом винты сужаются в направлении передачи. Это способствует эффекту вышеуказанного варианта реализации, в котором два винта двухвинтового экструдера расположены не параллельно, а под углом относительно друг друга при рассмотрении в осевом направлении.
Для обеспечения экономии пространства и существенного уменьшения длины смешивающе-месильной машины, с точки зрения длины всей машины, в качестве развития идеи изобретения предложен изгиб двух винтов (относительно их осевого продольного направления) выпускного устройства в горизонтальной плоскости относительно винтового вала подающе-смешивающего устройства на 45°-135°, предпочтительно на 60°-120°, более предпочтительно на 80°-100°, еще более предпочтительно на 85°-95° и наиболее предпочтительно на 90°, чтобы передний конец винтового вала, проходящий в соединительный элемент, был ориентирован по направлению к наружным окружным поверхностям винтов выпускного устройства. Таким образом, выпускное устройство расположено под прямыми углами к подающе-смешивающему устройству. Кроме обеспечиваемой таким образом экономии пространства, этот вариант реализации имеет преимущество в том, что смесь, образованная в подающе-смешивающем устройстве, может передаваться винтовым валом от конца соединительного элемента, противоположного корпусу подающе-смешивающего устройства, непосредственно между двумя винтами выпускного устройства. Таким образом, обеспечивается эффективная передача смеси от подающе-смешивающего устройства в выпускное устройство, в результате чего исключается отложение или припекание компонентов смеси на других компонентах. Благодаря возможности расположения устройства для удаления газов на противоположной стороне выпускного устройства, удаление газов может также происходить непосредственно после проникновения смеси в выпускное устройство.
Как описано, месильные элементы также расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента подающе-смешивающего устройства, которые проходят во внутреннюю часть соединительного элемента, и с лопастными элементами, расположенными на стержне вала, не только обеспечивают оптимальное смешивание и гомогенизацию смеси, передаваемой винтовым валом, но также, в частности, предотвращают отложение или припекание компонентов смеси на кромках лопастных элементов и, в частности, на переходе кромок лопастных элементов в наружную окружную поверхность стержня вала. Предпочтительно, месильные элементы проходят, при рассмотрении в осевом направлении соединительного элемента, глубоко в соединительный элемент для наилучшего использования длины соединительного элемента таким образом с целью смешивания и гомогенизации смеси. Дополнительно, предпочтительно, месильные элементы расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента по меньшей мере в двух рядах, проходящих в осевом направлении по меньшей мере по одной секции внутренней окружной поверхности соединительного элемента, чтобы таким образом обеспечивать возможность использования секции многолопастного винтового вала в соединительном элементе. Предпочтительно, зазор от первого до последнего месильного элемента покрывает по меньшей мере один ряд в соединительном элементе по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 70%, более предпочтительно по меньшей мере на 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере на 90% и наиболее предпочтительно по всей осевой длине внутренней окружной поверхности соединительного элемента. Предпочтительно, расстояния от первого до последнего месильного элемента покрывают все ряды в соединительном элементе по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 70%, более предпочтительно по меньшей мере на 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере на 90% и наиболее предпочтительно по всей осевой длине внутренней окружной поверхности соединительного элемента.
В пределах значения изобретения, ряд, проходящий в осевом направлении соединительного элемента или корпуса подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины по меньшей мере по одной секции внутренней окружной поверхности соединительного элемента или корпуса, подразумевает, что соединительная линия, проходящая через месильные элементы, расположенные на расстоянии друг от друга в осевом направлении, по существу представляет собой по меньшей мере прямую линию, при этом максимальное отклонение соединительной линии от прямой линии составляет менее 10°, предпочтительно менее 5° и более предпочтительно менее 2° относительно окружности поперечного сечения внутренней окружной поверхности соединительного элемента или корпуса подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения обеспечено расположение месильных элементов на внутренней окружной поверхности корпуса по меньшей мере в двух рядах, проходящих в осевом направлении по меньшей мере по одной секции внутренней окружной поверхности корпуса. Ряды месильных элементов на внутренней окружной поверхности по меньшей мере расположенного далее по потоку конца корпуса могут быть таким образом выровнены с рядами месильных элементов на внутренней окружной поверхности соединительного элемента, если в обеих секциях используются одинаковые геометрии лопасти винтового вала. Однако это не требуется, так как, например, в расположенном далее по потоку конце корпуса в соединении может быть использована секция трехлопастного винтового вала и секция четырехлопастного винтового вала и наоборот.
Обычно, подающие и смешивающие устройства смешивающе-месильной машины, описанные в настоящем документе, разделены на различные технологические участки, при этом в каждом технологическом участке винтовой вал занят в соответствии с задачами, присвоенными технологическому участку во время его работы, лопастными элементами соответствующего количества и геометрии, а внутренняя окружная поверхность стенки корпуса занята определенным количеством месильных элементов, приспособленных для этой задачи. Например, известной практикой является проектировать винтовой вал секционно с тремя лопастями и секционно с четырьмя лопастями, и, соответственно, оснащать соответствующие секции внутренней стенки корпуса смешивающе-месильной машины тремя или четырьмя рядами месильных элементов. В зависимости от того, проходит ли технологический участок по расположенному далее по потоку концу корпуса и расположенной ранее по потоку области соединительного элемента подающе-смешивающего устройства или технологический участок завершается на расположенном далее по потоку конце корпуса и следующий технологический участок начинается на расположенной ранее по потоку области соединительного элемента, ряды месильных элементов на внутренней окружной поверхности по меньшей мере расположенного далее по потоку конца корпуса выравнены с рядами месильных элементов на внутренней окружной поверхности соединительного элемента или нет.
Предпочтительно, от 2 до 8, более предпочтительно от 2 до 6 и наиболее предпочтительно 2, 3, 4 или 6 рядов месильных элементов, проходящих в направлении внутренней окружной поверхности соединительного элемента, расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента. Кроме того, предпочтительным является расположение от 2 до 8, более предпочтительно от 2 до 6 и наиболее предпочтительно 2, 3, 4 или 6 рядов месильных элементов, проходящих в осевом направлении внутренней окружной поверхности соединительного элемента, на внутренней окружной поверхности корпуса. Следовательно, не все секции корпуса должны содержать одинаковое количество рядов, при рассмотрении в осевом направлении в длину корпуса. Вместо этого, отдельные секции корпуса могут иметь разное количество месильных элементов, но при этом, предпочтительно, все секции содержат от 2 до 8, более предпочтительно от 2 до 6 и наиболее предпочтительно 2, 3, 4 или 6 месильных элементов.
Также для эффективного смешивания и гомогенизации смеси в области соединительного элемента и для обеспечения эффективной передачи смеси от подающе-смешивающего устройства в выпускное устройство, в качестве развития идеи изобретения предложено, чтобы винтовой вал проходил от передней стороны корпуса, на которой на корпусе расположен соединительный элемент при рассмотрении в осевом направлении, по меньшей мере по 50%, предпочтительно по меньшей мере по 70%, более предпочтительно по меньшей мере по 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере по 90% и наиболее предпочтительно по все осевой длине соединительного элемента.
Как описано, в соответствии с изобретением обеспечено, что удаление газов не происходит в расположенном далее по потоку конце корпуса подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины, а сначала в выпускном устройстве. Следовательно, в соответствии с изобретением обеспечено, что соединительный элемент и по меньшей мере область корпуса, которая граничит по меньшей мере с соединительным элементом и которая проходит по меньшей мере по 20%, предпочтительно по меньшей мере по 40%, более предпочтительно по меньшей мере по 60% и наиболее предпочтительно по всей осевой длине соединительного элемента, не содержит никакого устройства для удаления газов. Это обеспечивает возможность, в зависимости от конкретного применения, наличия дополнительного устройства для удаления газов в находящейся ранее по потоку области корпуса, что, все же, не является предпочтительным.
Соответственно, особенно предпочтительно, чтобы все подающе-смешивающее устройство не содержало устройства для удаления газов.
Как описано, смешивающе-месильная машина в соответствии с изобретением, в частности, приспособлена для производства гранулята, полимерных экструдируемых профилей или полимерных формованных деталей. Следовательно, предпочтительно, чтобы смешивающе-месильная машина на выпускном конце выпускного устройства, т.е. на расположенном далее по потоку конце выпускного устройства при рассмотрении в направлении передачи, содержала устройство, выбранное из группы, состоящей из гранулирующих устройств, фильтров, режущих устройств, стренговых головок, профилирующих инструментов, листовых головок и их сочетаний. Это обеспечивает возможность превращения однородной смеси, такой как однородный полимерный расплав, в частности, образованный в подающе-смешивающем устройстве и выведенный выпускным устройством, в полимерный гранулят, полимерные экструдируемые профили или полимерные формованные детали.
Предпочтительно, устройство для подводного гранулирования или стренговое гранулирующее устройство расположено на выпускном конце выпускного устройства. Воздушное/водное гранулирующее устройство может состоять, например, из корпуса экструдера, содержащего нагреваемую гранулирующую плиту матрицы, гранулирующий режущий инструмент и привод режущего инструмента, а также корпус накопления гранулята, содержащий соединение на впуске воздуха, воздушно/тонкораспыленной среды или воды. Такое гранулирующее устройство приспособлено, в частности, для ПВХ, эластомеров и других расплавов высокой вязкости или высоконаполненных полимерных соединений. Альтернативно, на выпускном конце выпускного устройства в качестве гранулирующего устройства расположено устройство для подводного гранулирования, содержащее плиту матрицы и примыкающую к ней водяную ванну. Устройство для подводного гранулирования, в частности, приспособлено для липких и/или низковязких расплавов. Альтернативно, на выпускном конце выпускного устройства в качестве гранулирующего устройства расположено стренговое гранулирующее устройство, содержащее, например, стренговую головку, водяную ванну и стренговый гранулятор, содержащий приемные ролики и ролики режущего инструмента. Стренговое гранулирующее устройство, в частности, приспособлено для низковязких расплавов.
Альтернативно, на выпускном конце выпускного устройства может быть также расположено промежуточное режущее устройство, стренговая головка, листовая головка, профилирующий инструмент или подобное устройство.
Настоящее изобретение не ограничено конструкцией устройства для удаления газов. Соответственно, могут быть использованы все устройства для удаления газов, которые могут быть присоединены к выпускному устройству смешивающе-месильной машины. Предпочтительно, устройство для удаления газов содержит устройство для генерации отрицательного давления. Альтернативно, устройство для удаления газов может также быть присоединено к устройству для генерации положительного давления.
Например, было доказано, что наличие отверстия в выпускном корпусе устройства для удаления газов выпускного устройства, купола для удаления газов, вакуумного узла, соединенного с куполом для удаления газов, сепаратора, соединенного с куполом для удаления газов, необязательно клапана утечки воздуха, необязательно одного или более смотровых стекол и необязательно индикатора отрицательного давления является подходящим. Как сепаратор, так и вакуумный узел могут содержаться в количестве два или более. Вакуумный насос предпочтительно используют как вакуумный узел. Например, сухие насосы (такие как шестеренчатые компрессоры, компрессоры с боковым каналом, кулачково-зубчатые насосы и т.д.) или водоструйные насосы являются подходящими в качестве вакуумных насосов. Если требуется откачивание больших количеств газа и/или жидкости, и/или если требуется установка относительно низкого конечного давления менее 50 мбар, предпочтительно, используют два или более вакуумных насосов, соединенных последовательно.
Следовательно, устройство для удаления газов может быть сконфигурировано как прямоточная система или как циркуляционная система. Прямоточная система может содержать, например, купол для удаления газов, содержащий соединительный шланг, сепаратор, вакуумный насос и источник пресной воды, при этом источник пресной воды может состоять из соединения на впуске воды, расходомера, 2/2 магнитного клапана и дроссельного клапана для регулирования количества воды. Циркуляционная система как система с открытой циркуляцией может содержать, например, купол для удаления газов, содержащий соединительный шланг, сепаратор, вакуумный насос и емкость, содержащую теплообменник. Вакуумный насос откачивает воду из емкости и передает воду и любые компоненты, извлеченные из смеси, обратно в емкость. Воду в емкости охлаждают посредством теплообменника. Осуществляют наблюдение за уровнем воды в емкости, и добавляют воду при необходимости. Для исключения переполнения емкости обеспечено безнапорное переливное устройство.
В качестве развития идеи изобретения предложено такое выполнение устройства для удаления газов, при котором обеспечивается возможность регулирования и поддержания абсолютного давления в выпускном устройстве, составляющего менее 800 мбар, более предпочтительно менее 600 мбар, еще более предпочтительно от 50 до 500 мбар и наиболее предпочтительно от 200 до 400 мбар.
Дополнительный объект настоящего изобретения представляет собой способ производства гранулята, экструдируемых профилей или формованных деталей, например, полимерного гранулята, полимерных экструдируемых профилей или полимерных формованных деталей, который осуществляют в вышеописанной смешивающе-месильной машине.
Настоящее изобретение более подробно описано ниже со ссылками на чертежи, на которых:
На фиг. 1 показан схематический вид сверху смешивающе-месильной машины в соответствии с настоящим изобретением,
На фиг. 2 показан перспективный вид корпуса с используемым винтовым валом подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины, показанной на фиг. 1,
На фиг. 3 показан схематический вид в разрезе секции расположенной далее по потоку части подающе-смешивающего устройства, а также выпускного устройства смешивающе-месильной машины, показанной на фиг. 1,
На фиг. 4 показан перспективный вид в частичном разрезе расположенной далее по потоку части подающе-смешивающего устройства смешивающе-месильной машины, показанной на фиг. 1,
На фиг. 5 показан схематический вид секции устройства для удаления газов, выполненного в форме прямоточной системы, содержащей вакуумный насос и сепаратор,
На фиг. 6 показан схематический вид секции устройства для удаления газов, выполненного в форме циркуляционной системы, содержащей вакуумный насос и сепаратор,
На фиг. 7 показан схематический вид в разрезе секции расположенной далее по потоку части подающе-смешивающего устройства, а также выпускного устройства смешивающе-месильной машины в соответствии с известным уровнем техники.
Смешивающе-месильная машина 10 в соответствии с настоящим изобретением, показанная на схематическом виде сверху по фиг. 1, содержит подающе-смешивающее устройство 12, выпускное устройство 14, а также устройство 16 для подводного гранулирования. Подающе-смешивающее устройство 12 содержит корпус 18, на верхней стороне которого расположены верхнее загрузочное устройство 20, а также загрузочная воронка 20’ для подачи исходных материалов, подлежащих смешиванию и замешиванию. Подающе-смешивающее устройство 12 подробно показано на перспективном виде в разложенном состоянии на фиг. 2, а расположенный далее по потоку конец, при рассмотрении в направлении передачи, подающе-смешивающего устройства 12 показан в разрезе на фиг. 3 и 4. На расположенном ранее по потоку конце корпуса 18 расположен приводной блок 22, содержащий двигатель, а также редуктор. Дополнительно, корпус 18 содержит соединительный элемент 24, примыкающий сбоку к передней стороне расположенного далее по потоку конца корпуса. В соответствии с изобретением на выпускном устройстве 14 расположено устройство 26 для удаления газов, в частности, на стороне выпускного устройства 14, противоположной соединительному элементу 24. Кроме того, выпускное устройство 14 также содержит приводной блок 22’.
Как подробно показано на фиг. 2 - 4, корпус 18 содержит две половины 28, 28’ корпуса, которые на внутренней стороне покрыты так называемой оболочкой 30 корпуса, состоящей из нескольких частей 32, 32’, 32’’ оболочки корпуса, расположенных смежно в осевом направлении. Следовательно, в настоящей патентной заявке оболочка 30 корпуса считается частью корпуса 18. При смыкании двух половин 28, 28’ корпуса внутренняя окружная поверхность корпуса 18 граничит с цилиндрической полой внутренней частью, в которой расположен винтовой вал 34. Винтовой вал 34 содержит стержень 36 вала, на окружной поверхности которого расположены лопастные элементы 38. Месильные элементы 40, выполненные как месильные штифты 40, образованы на внутренней окружной поверхности двух половин 28, 28’ корпуса. Каждый из этих месильных элементов выполнен с возможностью установки в отверстие, образованное в каждом случае в стенке корпуса 18, причем указанное отверстие проходит от внутренней окружной поверхности оболочки 30 корпуса через стенку корпуса 18. Нижний радиальный внутренний конец каждого углубления 42 может быть выполнен с квадратным поперечным сечением, при этом каждый месильный штифт 40 содержит конец, точно помещающийся в квадратный радиальный внутренний конец приемников 42 и, таким образом, в рабочем состоянии фиксируется в приемнике 42 без возможности вращения. На своем конце, расположенном в приемнике 42, месильный штифт 40 соединен с крепежным элементом, используемым в перекрывающем конце приемника 42 посредством ввинчивания. Как, в частности, показано на фиг. 2, месильные штифты 40, каждый из которых расположен на равном расстоянии друг от друга, проходят в каждую из двух половин 28, 28’ корпуса при рассмотрении в осевом направлении, в форме трех рядов 44, 44’, 44’’. Регулирование температуры корпуса 18 предпочтительно осуществляется посредством одного или более термических устройств или он выполнен с возможностью нагревания с использованием электрических нагревательных сменных элементов или нагревательных пластин, прикрепленных снаружи корпуса, и выполнен с возможностью охлаждения водой или воздухом, при необходимости также с охлаждением другой текучей средой, такой как масло, другая жидкость или специальный газ.
Как показано на фиг. 2, смешивающе-месильная машина разделена в осевом направлении на несколько ступеней 46, 46’, 46’’ технологического процесса, при этом каждая ступень 46, 46’, 46’’ технологического процесса приспособлена для выполнения функции отдельных ступеней 46, 46’, 46’’ технологического процесса с точки зрения количества месильных штифтов 40, а также количества и размеров лопастных элементов 38 на стержне 34 вала. Как показано на фиг. 2, в левой секции 46 и в правой секции 46’’ верхней половины 28 корпуса два ряда из трех рядов 44, 44’, 44’’ приемников 42 для месильных штифтов 40, более конкретно, верхний ряд 44 и нижний ряд 44’’, оснащены месильными штифтами 40, а средний ряд 44’ не оснащен месильными штифтами 40. В свою очередь, в средней секции 46’ верхней половины 28 корпуса, один ряд из трех рядов 44, 44’, 44’’ приемников 42 для месильных штифтов 40, более конкретно, средний ряд 44’, оснащен месильными штифтами 40, в то время как верхний ряд 44 и нижний ряд 44’’ не оснащены месильными штифтами 40.
Как показано на фиг. 7, на которой изображена смешивающе-месильная машина в соответствии с известным уровнем техники, устройство 26 для удаления газов выполнено в смешивающе-месильных машинах этого типа в соответствии с известным уровнем техники на расположенном далее по потоку конце корпуса 18 с целью удаления газов в смеси или расплаве, образованном в подающем и смешивающее устройстве 12 перед перемещением в выпускное устройство 14 для удаления газов, содержащихся в смеси или расплаве, а также других летучих компонентов, таких как остаточная влага и мономеры. Вследствие такого расположения устройства 26 для удаления газов, месильные элементы 40 больше не расположены в соединительном элементе 24 этой смешивающе-месильной машины, так как в противном случае в уже не содержащий газов расплав будет введено слишком много энергии, что привело бы к повышению температуры расплава и, следовательно, к термическому повреждению. В результате этого, расположенная далее по потоку область подающе-смешивающего устройства 12, в которой больше не расположены месильные элементы 40, в значительной степени потеряна с точки зрения смешивания компонентов смеси и гомогенизации смеси. Еще один недостаток этого варианта заключается в том, что смесь для удаления газов уже должна представлять собой расплав до проникновения в выпускное устройство, в частности, уже ранее по потоку от соединительного элемента 24 в секции корпуса 18, в которой находится устройство 26 для удаления газов, так как в противном случае эффективное удаление газов невозможно. Это также приводит к тому, что в этом случае участок подающе-смешивающего устройства 12, в который проникает винтовой вал 34 и который расположен далее по потоку от устройства 26 для удаления газов, может быть использован только как передающая секция. Дополнительно, полная очистка всех кромок лопастных элементов 38 винтового вала 34 невозможна вследствие отсутствия месильных элементов 40 в соединительном элементе 24. Это приводит к образованию отложений на кромках лопастных элементов 38 и на переходе лопастных элементов 38 в стержень 36 вала. Это, в свою очередь, приводит к большему времени промывки для смешивающе-месильной машины и большему количеству отходов при замене исходных материалов.
Для преодоления этих недостатков, в соответствии с изобретением, как показано на фиг. 1, 3 и 4, обеспечено устройство 26 для удаления газов на выпускном устройстве 14, и месильные элементы 40, которые проходят во внутреннюю часть соединительного элемента 24, также расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента 24. Таким образом, в смешивающе-месильной машине в соответствии с изобретением удаление газов происходит не в области быстро вращающегося и качающегося винтового вала 34 в подающе-смешивающем устройстве 12, а в выпускном устройстве 14, т.е. далее по потоку от быстро вращающегося и качающегося винтового вала 34 в подающе-смешивающем устройстве 12. Благодаря изначальному расположению устройства 26 для удаления газов на выпускном устройстве 14 вместо его расположения на расположенном далее по потоку конце корпуса 18 подающе-смешивающего устройства 12, сначала требуется образование расплава далее по потоку, чтобы месильные элементы 40 также могли быть расположены на внутренней окружной поверхности соединительного элемента 24 даже без термического повреждения термически малоустойчивых материалов, таких как ПВХ, обрабатываемой в нем смеси. Таким образом, длина подающе-смешивающего устройства 12 может быть соответственно уменьшена, благодаря чему существенно снижаются первоначальные затраты, а также эксплуатационные расходы на смешивающе-месильную машину 10. Дополнительно, кроме других преимуществ, также обеспечивается надежное предотвращение образования отложений на кромках лопастных элементов 38 и на переходе лопастных элементов 38 в стержень 36 вала винтового вала 34, а также в соединительном элементе 24.
Как показано на фиг. 3 и 4, выпускное устройство 14 представляет собой такой двухвинтовой экструдер противоположного вращения, который содержит два винта 48, 48’, проходящих и перекрывающихся в продольном направлении, выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу при работе выпускного устройства 14. Винты 48, 48’ имеют нарезки 50, 50’ винта и стержни 52, 52’ вала, при этом винты 48, 48’ выполнены так, чтобы соответствовать друг другу и расположены перекрывающимся образом, чтобы при вращении двух винтов обеспечивать образование камер между нарезками 50, 50’ винта и стержнями 52, 52’ вала двух валов 48, 48’ и их перемещение в направлении передачи. Это приводит к принудительной передаче, которая позволяет двум винтам 48, 48’ медленно вращаться и все же надежно перемещать смесь через выпускное устройство с минимальным обратным потоком части смеси, противоположным направлению передачи. Вследствие медленного вращения двух винтов, смесь в выпускном устройстве 14, т.е. в области удаления газов, имеет относительно большое время удержания и большую поверхность удаления газов, чтобы обеспечивать эффективное удаление газов без внедрения высоких усилий сдвига в смесь. Таким образом, надежно предотвращается термическое повреждение смеси.
Как показано на фиг. 4, два винта 48, 48’ двухвинтового экструдера, при рассмотрении в осевом направлении, не являются параллельными, но расположены так, чтобы быть наклоненными по направлению друг к другу под углом 0,1-20°, предпочтительно 0,5-10° и более предпочтительно 2-5°, при этом два винта 48, 48’ сходятся в направлении передачи.
Как также показано на фиг. 3 и 4, устройство 26 для удаления газов выпускного устройства 14 содержит купол 54 для удаления газов, соединенный посредством отверстия (не показано) с корпусом 56 выпускного устройства 14. Устройство 60, содержащее вакуумный насос и сепаратор, расположено на куполе 54 для удаления газов посредством шланга 58. Дополнительно, купол 54 для удаления газов содержит смотровое стекло 62, индикатор 64 отрицательного давления, а также клапан 66 утечки воздуха. Отрицательное давление, требуемое в куполе 54 для удаления газов, регулируют вакуумным насосом, которым оснащено устройство 60, при этом остаточный газ и/или остаточную жидкость извлекают и выделяют из купола 54 для удаления газов посредством сепаратора, обеспеченного в устройстве 60. Таким образом, устройство 60 может быть выполнено как прямоточная система, как показано на фиг. 5, или как циркуляционная система, как показано на фиг. 6.
В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения устройство 60, показанное на фиг. 5 и выполненное как прямоточная система, содержит водоструйный насос в качестве вакуумного насоса 68, а также сепаратор 70, соединенные друг с другом посредством гибкой линии 72. Дополнительно, с целью подачи пресной воды устройство 60 этой конструкции содержит соединение 74 на впуске воды, расходомер 76, 2/2 магнитный клапан 78 и дроссельный клапан 80 для регулирования количества воды.
В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения устройство 60, показанное на фиг. 6 и выполненное как циркуляционная система, содержит водоструйный насос в качестве вакуумного насоса 68, а также сепаратор 70. Дополнительно, устройство 60 согласно этому варианту реализации содержит емкость, содержащую теплообменник 81, соединение 74 на впуске воды для подачи пресной воды, сетчатый фильтр 82, регулирующий клапан 84, 2/2 отсечной клапан 86, спускной клапан 88, переливное устройство 90, обратный клапан 92, а также устройство 94 для регулирования температуры. Вакуумный насос 68 откачивает воду из емкости 81 и передает воду и любые компоненты, извлеченные из смеси, обратно в емкость 81. Воду в емкости 81 охлаждают посредством теплообменника. Осуществляют наблюдение за уровнем воды в емкости 81, и снова добавляют воду при необходимости. Для исключения переполнения емкости 81 обеспечено безнапорное переливное устройство 90.
Список условных обозначений
10 - Смешивающе-месильная машина
12 - Подающе-смешивающее устройство
14 - Выпускное устройство
16 - Устройство для (подводного) гранулирования
18 - Корпус
20 - Верхнее загрузочное устройство
20‘ - Загрузочная воронка
22, 22‘ - Приводной блок
24 - Соединительный элемент
26 - Устройство для удаления газов
28, 28‘ - Половины корпуса
30 - Оболочка корпуса
32, 32‘, 32‘‘ - Часть оболочки корпуса
34 - Винтовой вал
36 - Стержень вала
38 - Лопастные элементы
40 - Месильные элементы / месильные штифты
42 - Приемник для месильного элемента
44, 44‘, 44‘‘ -Ряд месильных элементов
46, 46‘, 46‘‘ - Технологические участки
48, 48‘ - Винты выпускного устройства
50, 50‘ - Нарезка винта выпускного устройства
52, 52‘ - Стержень вала винта выпускного устройства
54 - Купол для удаления газов
56 - Корпус выпускного устройства
58 - Шланг
60 - Устройство, содержащее вакуумный насос и сепаратор
62 - Смотровое стекло
64 - Индикатор отрицательного давления
66 - Клапан утечки воздуха
68 - Вакуумный насос
70 - Сепаратор
72 - Гибкая линия
74 - Соединение на впуске (пресной) воды
76 - Расходомер
78 - 2/2 магнитный клапан
80 - Дроссельный клапан
81 - Емкость с теплообменником
82 - Сетчатый фильтр
84 - Регулирующий клапан
86 - 2/2 отсечной клапан
88 - Спускной клапан
90 - Переливное устройство
92 - Обратный клапан
94 - Устройство для регулирования температуры.