Устройство для фильтрации полимерных расплавов фкрпс-2000

Полезная модель относится к полимерной промышленности. 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 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 диаметром 130±10 мм и длиной 500±10 мм, 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. Технический результат - повышение производительности, эргономичности и эффективности работы устройства для фильтрации полимерных расплавов.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель 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 на изобретение 2213007, опубл. 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 на изобретение 1691122, опубл. 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 полезной модели

Задачей настоящей полезной модели 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 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 диаметром 130±10 мм и длиной 500±10 мм, 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 полезной модели

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 диаметром 130±10 мм и длиной 500±10 мм 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»). 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 замены 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 с обеих 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 «B» 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 «A». 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 «B».

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 заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства для фильтрации полимерных расплавов, не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявляемого устройства для фильтрации полимерных расплавов в полимерной промышленности, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

1. Устройство для фильтрации полимерных расплавов, содержащее корпус с входным, выходным и дренажными каналами, на внешней поверхности которого имеются обогревательные элементы, смонтированный в корпусе фильтрующий блок, сообщающийся с каналами корпуса, отличающееся тем, что 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 диаметром 130±10 мм и длиной 500±10 мм, 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фланец корпуса содержит в центре металлического диска выходное отверстие.