УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Область применения
Полезная модель относится к устройствам непрерывного изготовления неметаллических труб за счет намотки длинномерного стекловолокнистого материала со связующим на вращающуюся самоподающую оправку с последующим отверждением связующего в полимеризационной камере.
Полезная модель может быть использована при производстве неметаллических труб большого или малого сечения из армированных полимеров (стеклопластиков).
Уровень техники
Известны установки непрерывного изготовления неметаллических труб см. патенты №№ SU 234650, SU 78327, SU 729077, SU 994276, SU 1388310, RU 2209731 и RU 2236350.
Прототипом предложенной полезной модели является устройство непрерывного изготовления неметаллических труб см. в книга «Изготовление стеклопластиковых труб» [см. Андреев Г.Я., Шержуков Г.Е., Шевченко В.Я., Дардык Я.И. - Харьков: Изд-во ХГУ, 1964 г., 80-84 с], содержащее:
- вращающуюся самоподающую оправку,
- средства укладки длинномерного стекловолокнистого материала и связующего на упомянутую оправку с последующим формированием перемещающейся заготовки непрерывной трубы,
- по меньшей мере одну полимеризационную камеру в которой расположен по меньшей мере один тепловой излучатель для отверждения связующего упомянутой заготовки с последующим формированием непрерывной трубы,
- систему питания упомянутой полимеризационной камеры,
- отрезное устройство для реза упомянутой сформированной непрерывной трубы.
Конструктивная особенность известного технического решения заключается в том, что полимеризационные камеры представляют собой печи сопротивления. При этом отверждение связующего в полимеризационных камерах осуществляется за счет конвекционного нагрева обеспечиваемого тепловым излучателем.
Недостатками известного технического решения являются:
- медленный прогрев и, как следствие, низкая скорость отверждения связующего заготовки непрерывной трубы в полимеризационной камере;
- низкая степень равномерности температуры в полимеризационной камере на внешней поверхности заготовки непрерывной трубы;
- сложность в поддержании заданной температуры в полимеризационной камере на внешней поверхности заготовки непрерывной трубы;
- большие затраты электрической энергии, связанные с отверждением связующего заготовки непрерывной трубы.
Суть полезной модели
Задачей предложенной полезной модели является увеличение производительности работы устройства непрерывного изготовления неметаллический труб.
Также задачей предложенной полезной модели является обеспечение равномерного поддержания температуры на внешней цилиндрической поверхности заготовки непрерывной трубы по всей длине полимеризационной камеры.
Другие задачи и преимущества заявляемой полезной модели будут рассмотрены ниже по мере изложения настоящего описания и чертежей.
Так, известно устройство непрерывного изготовления неметаллических труб содержащее,
- вращающуюся самоподающую оправку,
- средства укладки длинномерного стекловолокнистого материала и связующего на упомянутую оправку с последующим формированием перемещающейся заготовки непрерывной трубы,
- по меньшей мере одну полимеризационную камеру в которой расположен по меньшей мере один тепловой излучатель для отверждения связующего упомянутой заготовки с последующим формированием непрерывной трубы,
- систему питания упомянутой полимеризационной камеры,
- отрезное устройство для реза упомянутой сформированной непрерывной трубы,
согласно заявленной полезной модели, в качестве теплового излучателя полимеризационной камеры используют трубчатый источник инфракрасного излучения с отражателем, при этом в полимеризационной камере ось вращения заготовки также является местом расположения основного фокуса по отношению к по меньшей мере одному дополнительному фокусу, который находится за пределами поверхности заготовки и который совместно с основным фокусом образуют условный эллипс, а в месте расположения дополнительного фокуса параллельно оси вращения заготовки вдоль полимеризационной камеры установлен упомянутый трубчатый источник инфракрасного излучения, при этом часть эллипса, находящаяся за пределами поверхности заготовки, является образующей для рабочей поверхности упомянутого отражателя.
Также, согласно предложенной полезной модели, дополнительные фокусы расположены на одинаковом расстоянии от основного фокуса.
Также, согласно предложенной полезной модели, система питания полимеризационной камеры содержит по меньшей мере один датчик бесконтактного измерения температуры внешней поверхности заготовки непрерывной трубы расположенной в полимеризационной камере, при этом указанный датчик соединен с входом блока управления, который на выходе соединен с источником питания полимеризационной камеры.
Также, согласно предложенной полезной модели, в качестве датчика бесконтактного измерения температуры внешней поверхности заготовки непрерывной трубы используют пирометр.
При использовании предложенной полезной модели вся лучистая энергия инфракрасного диапазона излучения падает под прямым углом на внешнюю цилиндрическую поверхность заготовки непрерывной трубы в результате чего:
- происходит максимально возможное поглощение (и максимально возможный прогрев) инфракрасного излучения, что приводит к уменьшению затрат электроэнергии на отверждение связующего в полимеризационной камере, а также приводит к уменьшению времени отверждения связующего в полимеризационной камере;
- инфракрасное излучение максимально проникает в оболочку заготовки непрерывной трубы и тем самым обеспечивает эффективное и равномерное отверждение связующего по толщине оболочки заготовки непрерывной трубы;
- происходит равномерное поддержание температуры на внешней поверхности заготовки непрерывной трубы по всей длине полимеризационной камеры, что также улучает условия отверждения связующего заготовки непрерывной трубы и тем самым улучшает качественные характеристики оболочки сформированной трубы.
Фигуры
При рассмотрении вариантов осуществления настоящей полезной модели используется узкая терминология. Однако настоящая полезная модель не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же задач.
Настоящая полезная модель изображена на следующих фигурах:
Фиг. 1 - условно изображено устройство непрерывного изготовления неметаллических труб, согласно предложенной полезной модели.
Фиг. 2 - изображен общий вид полимеризационной камеры устройства непрерывного изготовления неметаллических труб изображенного на фиг. 1.
Фиг. 3 - изображена полимеризационная камера фиг. 2 с открытой крышкой.
Фиг. 4 - изображен вид сбоку полимеризационной камеры фиг. 2 в которой расположена заготовка непрерывной трубы (согласно первого варианта реализации полезной модели).
Фиг. 5 - изображен вид фиг. 4 на котором показано падение инфракрасного излучения под прямым углом на внешнюю цилиндрическую поверхность заготовки непрерывной трубы (согласно первого варианта реализации полезной модели).
Фиг. 6 - изображена система питания полимеризационной камеры.
Фиг. 7 - изображен вид сбоку полимеризационной камеры фиг. 2 в которой расположена заготовка непрерывной трубы (согласно второго варианта реализации полезной модели).
Пример реализации
На фиг. 1 изображено устройство непрерывного изготовления неметаллических труб, а именно, главный привод 1, вращающаяся самоподающая оправка 2, средство укладки 3 длинномерного стекловолокнистого материала и связующего на оправку 2, полимеризационные камеры 4, заготовка 5 непрерывной трубы, отрезное устройство 6, сформированная непрерывная труба 7, датчики 8 бесконтактного измерения температуры внешней поверхности заготовки 5, блоки управления 9 и источник питания 10 полимеризационных камер 4.
1
На фигурах 2 и 3 изображено полимеризационная камера 4, которая содержит откидную крышку 4 для быстрого осмотра и очистки полимеризационной камеры 4. Датчик 8 бесконтактного измерения температуры внешней поверхности заготовки непрерывной трубы в полимеризационной камере 4. Трубчатый источник 11 инфракрасного излучения и отражатель 12.
0
1
2
1
2
На фиг. 4 изображен вид сбоку полимеризационной камеры 4 в которой расположена заготовка 5 непрерывной трубы. Также на фиг. 4 изображен основной фокус F (который расположен на оси вращения заготовки 5) и два дополнительных фокуса F, F (в которых вдоль полимеризационной камеры 4 параллельно оси вращения заготовки 5 установлены трубчатые источники 11 инфракрасного излучения), которые образуют два условных эллипса части которых находятся за пределами поверхности заготовки 5 и являются образующими рабочих поверхностей E, E отражателей 12.
0
1
2
На фиг. 5 наглядно изображено падение инфракрасного излучения излучаемое трубчатыми источниками 11 (которые расположены параллельно оси вращения заготовки 5 (основной фокус F) в местах расположения двух дополнительных фокусов F, F) под прямым углом на внешнюю цилиндрическую поверхность заготовки 5.
На фиг. 6 условно изображена система питания полимеризационной камеры 4, в которой датчик 8 бесконтактного измерения температуры внешней поверхности заготовки 5 связан с входом блока управления 9, который на выходе соединен с источником питания 10.
1
0
1
2
3
4
5
1
2
3
4
На фиг. 7 изображен второй вариант реализации предложенной полезной модели, а именно изображен вид сбоку полимеризационной камеры 4 с откидной крышкой 4. При этом в полимеризационной камере расположена заготовка 5. Также на фиг. 7 изображен основной фокус F и пять дополнительных фокусов F, F, F, F, F, которые образуют пять условных эллипсов части которых находятся за пределами поверхности заготовки 5 и являются образующими рабочих поверхностей E, E, E, E, E5, отражателей 12.
Пример 1
На фигурах 4 и 5 изображено предложенная полезная модель, согласно первого примера реализации, которое работает следующим образом, а именно через главный привод 1 (фиг. 1) приходит в работу вращающаяся самоподающая оправка 2. С помощью средств 3 происходит формирование заготовки 5 непрерывной трубы. Детально способ работы самоподающей оправки 2 и формирование заготовки непрерывной трубы изложен в патентах №№ SU 729076, RU 2091232, RU 2116888.
1
2
0
1
2
Сформированная заготовка 5 с самоподающей оправки 2 перемещается в полимеризационную камеру 4 в которой в местах расположения дополнительных фокусов F, F расположены трубчатые источники 11 параллельно оси вращения (основной фокус F) заготовки 5. При этом на внешних частях (которые выходят за пределы поверхности заготовки 5) двух условных эллипсов расположены рабочие поверхности E, E отражателей 12.
1
2
1
2
В процессе работы полимеризационной камеры 4 часть инфракрасного излучения излучаемое трубчатыми источниками 11 (которые расположены в местах расположения дополнительных фокусов F, F) непосредственно падает под прямым углом на внешнюю поверхность заготовки 5 (см. фиг. 5), а оставшаяся часть инфракрасного излучения преломляется через рабочие поверхности E, E отражателей 12 и также падает под прямым углом на внешнюю поверхность заготовки 5 (см. фиг. 5).
Следует дополнительно отметить, что количество полимеризационных камер 4, т.е. длина зоны полимеризации, выбирается в зависимости от вида применяемого связующего, толщины оболочки заготовки 5 и других факторов.
Под воздействием инфракрасного излучения происходит быстрый прогрев и максимальное поглощение инфракрасного излучения и, как следствие, отверждение связующего заготовки 5 из которой формируется непрерывная труба 7 рез которой на выходе из полимеризационных камер 4 осуществляется с помощью отрезного устройства бив результате чего получают трубы заданной длинны.
При использовании предложенной полезной модели происходит максимально возможное проникновение и поглощение инфракрасного излучения оболочкой заготовки 5, а также одновременно осуществляется равномерное распределение потока инфракрасного излучения на цилиндрической поверхности заготовки 5 по всей длине полимеризационной камеры 4.
В процессе отверждения связующего заготовки 5 система питания полимеризационной камеры 4 работает следующим образом, с датчика 8 в блок управления 9 поступают данные о фактической температуре внешней поверхности заготовки 5, которая находится в полимеризационной камере 4. При этом в качестве датчика 8 может быть применен пирометр. На основании полученных данных блок управления 9 сравнивает фактические данные с расчетными данными (которые определены для каждого вида применяемого связующего) на основании сравнения фактических и расчетных данных блок управления 9 определяет и вырабатывает команду на источник питания 10 полимеризационной камеры 4 для поддержания расчетной температуры на внешней поверхности заготовки 5, которая находится в полимеризационной камере 4, что обеспечивает адоптивное поддержание заданных (наиболее оптимальных) температур для эффективного отверждения связующего заготовки 5.
Использование предложенной схемы регулирования температуры позволит увеличить надежность работы датчиков регулирования т.к. при предложенной схеме датчики расположены вне зоны полимеризации и это не приводит к образованию нагара связующего на их поверхности в сравнении с известным уровнем техники, что также приводит к увеличению точности измерения и надежности работы при изготовлении неметаллических труб. Также расположение датчиков вне зоны полимеризации позволит уменьшить работы по осмотру и очистки полимеризационных камер 4.
Съем температуры с помощью датчика 8 с внешней поверхности заготовки 5 обеспечивает получение непосредственно температуры связующего и тем самым позволяет поддерживать наиболее оптимальный диапазон температур для наиболее эффективного отверждения связующего заготовки 5, что тем самым улучшает условия и процесс отверждения связующего в полимеризационной камере 4, а также оптимизирует расход затрат электроэнергии на отверждение связующего в полимеризационной камере 4.
Пример 2
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
На фигуре 7 изображено устройство согласно второго примера реализации, согласно предложенной полезной модели, которое в отличие от указанного примера 1 содержит пять дополнительных фокусов F, F, F, F, F, которые образуют пять условных эллипсов части которых находятся за пределами поверхности заготовки 5 и являются образующими рабочих поверхностей E, E, E, E, E, отражателей 12.
Сравнение работы устройства непрерывного изготовления неметаллических труб в котором используется конвективный нагрев заготовки связующего по сравнению с предложенной полезной моделью представлен в таблице №1.
Таблица №1
Показатель
Ед. измерения
Известный уровень техники
Предложенная полезная модель
1
2
3
4
Расход электричества на отверждение связующего
Вт/ч
2000
270
Производительность по получению труб
м/ч
6
7
Из таблицы 1 видно, что при использовании предложенной полезной модели происходит существенное уменьшение затрат электроэнергии с 2000 Вт/ч до 270 Вт/ч на отверждение связующего в полимеризационной камере, а также происходит увеличение производительности на 10-15%.
Понятно, что выше представлено два возможных примера реализации заявляемой полезной модели. Полезная модель не ограничивается примерами, которые представлены выше.
Технический результат
Техническим результатом предложенной полезной модели является увеличение производительности работы устройства непрерывного изготовления неметаллических труб.
Также техническим результатом предложенной полезной модели является уменьшение энергетических затрат на отверждение связующего заготовки непрерывной трубы.