УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ РАСПЛАВОВ
DEVICE FOR FILTRATION OF POLYMER MELTS

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к полимерной промышленности, а именно к технологическому оборудованию для изготовления изделий из пластмасс.
Уровень техники
Известно устройство для фильтрации расплава полимерных материалов (патент РФ №2213007, 27.09.2003), содержащее корпус, передвижной блок со сменными фильтрующими ситами, систему передвижения указанного блока расплавом полимера, находящегося под давлением экструзии, и переходные фланцы. Переходные фланцы служат для крепления корпуса на экструдере и формирующей головки на корпусе. Система передвижения блока со сменными фильтрующими ситами включает установленные с двух сторон корпуса цилиндры с поршнями. Цилиндры соединены с каналами связанного с формирующей головкой переходного фланца посредством каналов с запорными клапанами. Цилиндры снабжены запорными шиберами, а корпус - съемными заглушками, устанавливаемыми на нем при смене фильтрующих сит. Переходные фланцы, цилиндры, каналы, соединяющие цилиндры с переходным фланцем, и запорные клапаны снабжены нагревательными элементами. Площадь фильтрующего сита больше площади внутреннего сечения цилиндра. Расстояние между фильтрующими ситами в передвижном блоке не более 0,1 D, где D - диаметр фильтрующей поверхности сита.
Недостатком известного устройства является относительно низкая производительность фильтрации расплава полимерных материалов.
Наиболее близким к предлагаемому по назначению и совокупности существенных признаков является устройство фильтрации экструзионной линии (авторское свидетельство СССР №1691122, 15.11.1991), в корпусе которого с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси головки смонтирована цилиндрическая оболочка. Последняя снабжена центральным сердечником, торцовыми заглушками для крепления фильтрации элементов. Они образуют с оболочкой и заглушками накопительные и выгрузные камеры. Камеры сообщены с каналами корпуса подающими, разгрузочными, подпиточными и сливными каналами, выполненными в центральном сердечнике. При этом подпиточные каналы выполнены по наружной поверхности центрального сердечника с выходными сечениями, совмещенными с входными сечениями подающих каналов. Сливные каналы выполнены по наружной поверхности сердечника диаметрально противоположно подпиточным каналам с входными сечениями, совмещенными с выходными сечениями разгрузочных каналов. Перепускной канал корпуса расположен диаметрально противоположно его дренажному каналу и имеет Ш-образную форму.
Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и обслуживания, а также относительно низкая производительность и эффективность устройства для фильтрации расплава полимерных материалов.
Раскрытие изобретения.
Задачей настоящего изобретения является создание высокопроизводительного компактного, эргономичного и надежного устройства для фильтрации расплава полимерных материалов, обеспечивающего возможность замены фильтрующих элементов.
Технический результат - повышение производительности, эргономичности и эффективности работы устройства для фильтрации полимерных расплавов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для фильтрации полимерных расплавов содержит корпус с входным, выходным и дренажными каналами, на внешней поверхности которого имеются обогревательные элементы, смонтированный в корпусе фильтрующий блок, сообщающийся с каналами корпуса, причем согласно изобретению, корпус представляет собой полый стальной цилиндр; фильтрующий блок представляет собой кассету, состоящую из сменного фильтрующего элемента, опорной решетки, дренажного цилиндра, головки и фланца кассеты, при этом все элементы кассеты, кроме сменного фильтрующего элемента, собираются в единый неразборный блок; дренажный цилиндр реализован в виде цельнометаллического стержня, соединенного с фланцем кассеты с одной стороны и головкой кассеты - с другой, наружная поверхность дренажного цилиндра покрыта усеченными пирамидальными элементами, причем с одной стороны дренажного цилиндра точение пирамидальных элементов не доходит до края и цилиндр в этом месте имеет гладкую поверхность; сменный фильтрующий элемент представляет собой тканое стальное сито, обернутое и стянутое вокруг опорной решетки,опорная решетка представляет собой перфорированный стальной лист, скатанный в цилиндрическую обечайку; головка кассеты представляет собой стальной цилиндр, конструктивно выполненный в виде поршня с отверстиями по кругу; фланец кассеты представляет собой глухой металлический диск, выполненный таким образом, чтобы кассета, частью которой он является, имела возможность многократно выниматься и вставляться в корпус, при этом надежно крепится к корпусу, фланец корпуса представляет собой металлический диск; по торцам корпуса с обеих сторон предусмотрено соединение с фланцем кассеты с одной стороны и фланцем корпуса с другой таким образом, чтобы обеспечить надежное крепление, причем с обоих торцов корпус имеет кольцевую проточку для создания уплотнительного соединения типа «шип - паз» с прокладкой. Причем фланец корпуса может содержать в центре металлического диска выходное отверстие. Достижение технического результата обеспечивается:
- за счет конструктивной особенности камеры высокого давления и распределения потоков пластической массы многократно увеличивается «грязеемкость» (количественная характеристика объема выделенной из расплава грязи и удерживаемой в пределах камеры высокого давления);
- за счет конструктивной особенности сменных кассет многократно увеличилась «фактическая площадь фильтрации» (количественная характеристика площади поверхности фильтрующего элемента, которой он соприкасается с камерой высокого давления);
- за счет конструктивной особенности сменных кассет, многократно увеличилась «площадь активной поверхности фильтрующего элемента» (количественная характеристика задействованной поверхности «фактической площади фильтрации» фильтрующего элемента, через который одномоментно продавливается пластическая масса);
- за счет большой «площади активной поверхности фильтрующего элемента» многократно снижается сопротивление току пластмассы, что приводит к увеличению производительности экструзионных линий в целом;
- за счет снижения сопротивления току пластмассы увеличивается потенциал использования в процессе фильтрации, фильтрующих элементов со сверхмалыми фильтрующими ячейками, что приводит к улучшению тонкости (чистоты) фильтрации;
- за счет конструктивной особенности сменных кассет, камеры высокого давления и распределения потоков пластической массы многократно увеличилась «эффективная площадь фильтрации» (количественная характеристика произведения «площади активной поверхности фильтрующего элемента» и «грязеемкости»);
- за счет конструктивных особенностей устройства в целом позволяющего быстро и удобно менять сменные кассеты, улучшается производительность и эргономичность использования;
- за счет простоты геометрических форм, устройство приобретает высокую технологичность и низкую себестоимость производства на металлорежущих станках.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 изображена общая схема устройства для фильтрации полимерного расплава.
На фиг.2 изображена общая схема устройства для фильтрации полимерного расплава с альтернативным выходом.
На фиг.3 изображен дренажный цилиндр с массивом пирамидальных элементов.
На фиг.4 показана сборочная схема устройства для фильтрации полимерного расплава.
Осуществление изобретения
Устройство для фильтрации полимерных расплавов содержит корпус 1 с обогревательным элементом 6, торцевой фланец 8, уплотнительное соединение 9. Центральная часть устройства фильтрации, именуемая кассетой, представляет собой эргономичный сменный фильтрующий блок, состоящий из следующих элементов: фильтрующий элемент 2, опорная решетка 3, дренажный цилиндр 4, головка кассеты 5, фланец кассеты 7. Устройство для фильтрации полимерных расплавов имеет две камеры и две зоны, на фигурах 2 и 3 они маркированы соответствующим образом:
- камера высокого давления - темно-серым;
- камера низкого давления - светло-серым;
- зона грязного расплава - в черную точку;
- зона чистого расплава - без точек.
Корпус 1 устройства фильтрации предназначен для формирования камеры высокого и низкого давления, сдерживания давления пластической массы, обеспечения крепления торцевого фланца 8 и кассеты в сборе.
Корпус 1 представляет собой полый стальной цилиндр (например, отрезок толстостенной трубы), на внешней поверхности которого имеются обогревательные элементы 6. На внутренней поверхности с обеих сторон имеются резьбовые соединения для крепления фланца кассеты 7 с одной стороны и для фланца корпуса 8 камеры низкого давления с другой. С обоих торцов корпус 1 имеет кольцевую проточку для создания уплотнительного соединения 9 типа «шип - паз» с прокладкой.
Кассета как отдельная сборочная единица выполняет функцию объединения отдельных деталей в один эргономичный сменный элемент, удобный при периодическом извлечении из корпуса 1.
Дренажный цилиндр 4 реализован в виде цельнометаллического стержня с резьбовыми отверстиями с обеих сторон для вкручивания фланца кассеты 7 и головки кассеты 5. В отдельных случаях может быть предусмотрена частичная выборка металла из центральной части в целях облегчения кассеты. Наружная поверхность дренажного цилиндра 4 покрыта сетью (массивом) усеченных пирамидальных элементов, причем с одной стороны дренажного цилиндра 4 точение пирамидальных элементов не доходит до края и цилиндр 4 в этом месте имеет гладкую поверхность («недорез») 10. Данная гладкая поверхность необходима для плотного прилегания опорной решетки 3 и обеспечения герметичности фильтрующего элемента по краям, ширина ее минимальна.
Дренажный цилиндр 4 воспринимает на себя основную нагрузку от расплава пластической массы на сжатие. Конструктивная особенность, связанная с выполнением «недореза» пирамидальных элементов с одного края дренажного цилиндра 4 обусловлена заданием направленности движения отфильтрованного потока к головке кассеты 5. Таким образом производится отведение чистого расплава непосредственно из области фильтрации.
Верхние части пирамидальных элементов служат участками соприкосновения с опорной решеткой 3, воспринимают и распределяют всю нагрузку от давления расплава пластической массы.
Опорная решетка 3 представляет собой перфорированный стальной лист, скатанный в цилиндрическую обечайку и прихваченный продольным прерывистым сварным швом. Данная конструкция опорной решетки 3 обеспечивает формообразующую и поддерживающую функцию для сменного фильтрующего элемента 2, одновременно пропуская сквозь себя очищенный расплав.
Головка кассеты 5 представляет собой стальной цилиндр, конструктивно выполненный в виде поршня с отверстиями по кругу. С одной стороны резьбовым соединением головка кассеты 5 вкручивается в дренажный цилиндр 4. Отверстия, расположенные в одной из торцевых плоскостей, совпадают по уровню с каналами, образованными сетью пирамидальных элементов дренажного цилиндра 4, и выходят непосредственно в камеру низкого давления. Наружный диметр головки 5 ограничен внутренним диаметром корпуса 1.
Головка кассеты 5 за счет своего конструктивного решения осуществляет несколько функций. Прежде всего, она предназначена для разделения камеры высокого давления и камеры низкого давления, в которую перетекает чистый расплав пластической массы по отверстиям в головке.
Ширина наружного диаметра головки кассеты 5 создает необходимую герметичность за счет высокой вязкости расплава, а также замыкающей способности ее конструктивных элементов, выполненных в виде кольцевых проточек, нанесенных на поверхности максимального диаметра. Благодаря этому представляется возможным уход от излишней прецизионной точности в изготовлении внутреннего диаметра корпуса 1 и наружного диаметра головки кассеты 5. Решается важная задача  - обеспечение герметичности между камерой высокого давления и камерой низкого давления.
Фланец кассеты 7 представляет собой глухой металлический диск, который надежно крепится к дренажному цилиндру 4. Вместе с дренажным цилиндром 4 и другими элементами кассеты он представляет собой единый неразборный блок-кассету, соединенный с корпусом 1, и уплотняется между ними прокладкой, уложенной в уплотнительное соединение 9 (кольцевая проточка типа «шип - паз»).
Фланец кассеты 7 выполняет две функции: это составной неразборный элемент кассеты, воспринимающий на себя часть внутреннего давления среды и препятствующий выходу расплава наружу за счет торцевого уплотнительного соединения 9 с корпусом 1. Фланец 7 соединен с корпусом 1 через резьбовое соединение, тем самым обеспечивая возможность эргономичного периодического извлечения кассеты с отработанным сменным фильтрующим элементом и замену на другую кассету с новым фильтрующим элементом, целиком.
Фильтрующий элемент 2 представляет собой тканое стальное сито, обернутое и стянутое вокруг опорной решетки 3. Фильтрующий элемент 2 предназначен для разделения грязного расплав за счет разности его давления собеих сторон, и способности фильтрующих ячеек удерживать механические примеси, имеющие более твердую структуру, чем расплав с одной стороны, а очищенный расплав пропускать на другую.
Фланец корпуса 8 аналогично фланцу кассеты 7 представляет собой металлический диск, который соединен с корпусом 1 и уплотняется прокладкой, уложенной в кольцевую проточку типа «шип - паз». Фланец корпуса может содержать в центре металлического диска выходное отверстие.
Фланец корпуса 8 является элементом ограничения камеры низкого давления, а также выполняет функцию направления отфильтрованного потока через отверстие «В» для следующей стадии переработки и формования очищенного расплава.
Устройство для фильтрации полимерных расплавов работает следующим образом.
Расплав пластической массы, движущийся из экструдера по технологической линии, попадает в камеру высокого давления через отверстие в корпусе «А». Далее происходит заполнение камеры высокого давления пластической массой. В процессе заполнения, пластмасса равномерно обжимает фильтрующий элемент 2 вокруг опорной решетки 3. Далее, по мере роста давления начинается продавливание грязного расплава сквозь фильтрующий элемент 2 и отверстия в опорной решетке 3. В момент прохождения расплава пластической массы через фильтрующий элемент 2, все механические загрязнения более размеров фильтрующей ячейки, задерживаются на поверхности фильтрующего элемента 2. После прохождения опорной решетки 3 очищенный расплав попадает в сеть усеченных пирамидальных элементов, сформированных на поверхности дренажного цилиндра 4. Находясь в зоне усеченных пирамид, за счет разницы давлений пластическая масса перераспределяется в направлении основного потока, направленного на выход из кассеты к камере низкого давления. Основной поток пластической массы движется вдоль дренажного цилиндра 4, по образованным массивом усеченных пирамид каналам. Пройдя дренажный цилиндр 4, расплав попадает в кольцевой зазор между дренажным цилиндром 4 и вкрученной в него головкой кассеты 5, где происходит его разделение и распределение по отдельным отверстиям в головке и дальнейшее его движение в камеру низкого давления. В камере низкого давления происходит смешивание и перераспределение отдельных потоков по направлению к выходу через отверстие «В».
По мере загрязнения фильтрующего элемента, приближается время для замены кассеты. После полного засорения фильтрующего элемента производится остановка линии, и отработанная кассета вынимается из корпуса, а на ее место вставляется другая сменная, с чистым фильтрующим элементом. Далее цикл повторяется, а отработанная кассета идет на замену сменного фильтрующего элемента.
Таким образом, предложено новое решение конструкции устройства для фильтрации полимерных расплавов, а именно то, что корпус вместе с фильтрующим элементом реализован в виде цилиндра. В результате производительность устройства для фильтрации повышается в разы, например, по сравнению с фильтрующими устройствами шиберного и дискового исполнения, у которых рабочая поверхность представлена только в одной плоскости.
Разработанная конструкция обеспечивает значительное повышение производительности и эффективности работы устройства для фильтрации полимерных расплавов.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства для фильтрации полимерных расплавов, не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявляемого устройства для фильтрации полимерных расплавов в полимерной промышленности, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».