Буферный накопитель для расплавов полимеров, в частности растворов целлюлозы
Формула / Реферат
1. Буферный накопитель для, по существу, постоянного снабжения выдавливающего устройства, в частности прядильной машины, расплавом полимера, в частности раствором целлюлозы, имеющий, по меньшей мере, одно впускное отверстие для расплава полимера, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для расплава полимера и, по меньшей мере, одну уравнительную камеру с изменяющимся объемом, находящуюся между впускным и выпускным отверстиями и обтекаемую расплавом полимера, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) между впускным отверстием для расплава полимера (3) и выпускным отверстием для расплава полимера (4) поделена, по меньшей мере, на две секции (5a, 5b), проходящие в направлении протекания.
2. Буферный накопитель по п.1, отличающийся тем, что в обычном режиме работы буферного накопителя (1) площадь поперечного сечения каждой секции камеры (5a, 5b), по которой проходит поток, по существу, соответствует площади поперечного сечения впускного отверстия (3) и/или выпускного отверстия (4), через которые проходит расплав полимера.
3. Буферный накопитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что секции камеры (5a, 5b), по которым проходит поток, имеют, по существу, одинаковые площади поперечных сечений.
4. Буферный накопитель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что секции камеры (5a, 5b) проходят, по существу, от впускного отверстия для расплава полимера (3) до выпускного отверстия для расплава полимера (4).
5. Буферный накопитель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что одна стенка уравнительной камеры (5), по меньшей мере, часть ее, образована поршнем (8), перемещающимся в буферном накопителе (1).
6. Буферный накопитель по п.5, отличающийся тем, что с той стороны поршня (8), которая находится на противоположной от уравнительной камеры (5) стороне, предусмотрена поршневая камера (9), наполненная текучей средой и имеющая подводящую линию для текучей среды (10) и отводящую линию для текучей среды (11), причем поршневая камера (9) выполнена с возможностью приема нагрузки устанавливаемого давления.
7. Буферный накопитель по п.5 или 6, отличающийся тем, что поршень связан с датчиком перемещений (12), который подает сигнал, по которому определяют объем уравнительной камеры (5).
8. Буферный накопитель по п.5, отличающийся тем, что на поршень (8) действует упругая сила механического пружинящего элемента.
9. Буферный накопитель по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) представляет собой кольцевую камеру.
10. Буферный накопитель по п.9, отличающийся тем, что поршень (8) представляет собой кольцевой поршень.
11. Буферный накопитель по п.9 или 10, отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и выпускное отверстие для расплава полимера (4) находятся в диаметрально противоположных областях кольцевой камеры.
12. Буферный накопитель по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что расплав полимера проходит через впускное отверстие (3) и/или выпускное отверстие (4) в уравнительную камеру (5), по существу, в направлении оси симметрии (2) уравнительной камеры (5).
13. Буферный накопитель по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и/или выпускное отверстие для расплава полимера (4) расположены в уравнительной камере (5) напротив поршня (8).
14. Буферный накопитель по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и выпускное отверстие для расплава полимера (4) расположены на одной и той же стороне уравнительной камеры (5).
15. Буферный накопитель, в частности, по п.1, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) снабжена, по меньшей мере, одним элементом для направления потока (14, 15, 21a-d), который входит в поток для создания наиболее оптимальных условий для его прохождения, и который по размеру меньше площади поперечного сечения уравнительной камеры (5), и благодаря которому, по меньшей мере, в отдельных областях выравнивается профиль скорости потока в направлении его прохождения в уравнительную камеру (5), при этом элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в той области уравнительной камеры (5), в которой при отсутствии элемента для направления потока (14, 15, 21a-d) наблюдается снижение скорости по сравнению со скоростью главной струи течения в уравнительной камере.
16. Буферный накопитель по п.15, отличающийся тем, что благодаря элементу для направления потока (14, 15, 21a-d) быстрая главная струя течения в уравнительной камере (5) проходит в направлении той области, в которой при отсутствии элемента для направления потока (14, 15, 21a-d) наблюдается замедленное течение по сравнению с течением главной струи.
17. Буферный накопитель по п.15 или 16, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в той области уравнительной камеры (5), где прохождение потока в уравнительной камере (5) имеет сильную кривизну пути.
18. Буферный накопитель по одному из пп.1-17, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) имеет такое поперечное сечение, в котором образован, по меньшей мере, один угол.
19. Буферный накопитель по п.18, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в области угла и что благодаря этому элементу для направления потока (14, 15, 21a-d) выравнивается течение в области угла, образующееся при прохождении потока в уравнительной камере (5).
20. Буферный накопитель по одному из пп.1-19, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен на стенке уравнительной камеры (5), находящейся против впускного отверстия для расплава полимера (3) и/или выпускного отверстия для расплава полимера (4).
21. Буферный накопитель по п.20, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15) имеет, по существу, форму носика, указывающего в направлении впускного отверстия для расплава полимера (3), предпочтительно форму радиально-симметричного носика.
22. Буферный накопитель по п.20 или 21, отличающийся тем, что носик расположен на поршне (8).
23. Буферный накопитель по одному из пп.1-22, отличающийся тем, что элемент для направления потока выполнен, по существу, в виде лопатки или крыла.
24. Агрегат, состоящий из устройства для выдавливания расплава полимера, по меньшей мере, одного насосного устройства для подачи расплава полимера к выдавливающему устройству и буферного накопителя, отличающийся тем, что буферный накопитель выполнен по одному из пп.1-23.
Текст
1 Изобретение относится к буферному накопителю для, по существу, постоянного снабжения выдавливающего устройства расплавом полимера, имеющему, по меньшей мере, одно впускное отверстие для расплава полимера, одно выпускное отверстие для расплава полимера и,по меньшей мере, одну уравнительную камеру,которая расположена между впускным и выпускным отверстиями, и через которую проходит расплав полимера, и объем которой изменяется в зависимости от давления, присутствующего в расплаве полимера. Подобные буферные накопители применяются повсюду в выдавливающих устройствах,которые должны снабжаться по возможности при постоянном давлении расплавом полимера,большей частью высоковязким. Особое применение такие буферные накопители для выдавливающих устройств находят в текстильной промышленности в области прядильных установок и прядильных машин, где расплав полимера представляет собой прядильный раствор из целлюлозы,аминоксидов,напримерNметилморфолин-N-оксида (NMМО), и воды. С помощью прядильных машин из прядильного раствора формуют нити. Другие области применения буферного накопителя - в пневматических формовочных машинах, в машинах для глубокой вытяжки и в машинах для литья под давлением. В прядильных машинах качество нитей зависит в значительной степени от постоянной подачи расплава полимера в прядильную машину. Для снабжения прядильной машины расплавам полимера применяют буферные накопители, которые улавливают колебания объемного потока и давления в трубопроводе, подающем расплав полимера, при этом объем уравнительной камеры в буферном накопителе изменяется в зависимости от колебаний объемного потока и/или давления в потоке расплава полимера. С применением буферного накопителя возникли, однако, новые проблемы. Механические и химические свойства расплавов полимеров, например раствора целлюлозы, зависят от времени и меняются с продолжительностью пребывания расплава полимера в буферном накопителе и в подающем трубопроводе для прядильной машины. Для достижения одинакового качества формования необходимо, чтобы расплав полимера одновременно быстро проходил по возможности через все области буферного накопителя. Проблемы возникают из-за того, что расплав полимера представляет собой высоковязкую текучую среду и проходит через буферный накопитель с относительно малой скоростью. Из-за малой скорости прохождения и своей высокой вязкости течение расплава полимера по буферному накопителю является в преобладающей степени ламинарным. 2 Ламинарное течение является критическим, прежде всего, с точки зрения зависимости качества материала от времени: во-первых, скорость потока при ламинарном течении сильно снижается вблизи стенок; во-вторых, при ламинарном течении существует большая опасность отрыва потока. Когда в буферном накопителе возникает отрыв потока, то образуются области мертвой воды или области рециркуляции. Эти обе проблемы - неравномерное распределение скорости и отрыв потока - приводят к различной продолжительности нахождения расплава полимера в буферном накопителе. В результате,изменяются химические и механические свойства постаревшего расплава полимера, который проходит через области буферного накопителя с более низкой скоростью, а поэтому дольше остается в буферном накопителе, в отличие от расплава полимера, который быстро проходит по буферному накопителю. Области отрыва потока расплава полимера, по меньшей мере, частично время от времени устраняются вследствие колебаний скорости,постоянно происходящих при подаче расплава полимера, и из-за его неустойчивых свойств. Находящийся там некоторое время постаревший расплав полимера попадает, наконец, в прядильную машину, где происходит процесс формирования, и в результате качество формируемых нитей сильно колеблется. Решение проблемы выравнивания прохождения потока по буферному накопителю заключается согласно WO 94/02408 в установке мешалок для активной транспортировки потока по буферному накопителю и его перемешивания. Благодаря перемешиванию скорость прохождения потока становится равномерной и не возникают области стоячей воды и рециркуляции. Конечно, приведение в действие мешалок требует больших энергетических затрат по причине высокой вязкости расплава полимера. При неточной установке мешалки существует опасность нагревания расплава полимера. Если не принять ответных мер, а это очень дорого, то в данном случае под воздействием тепла изменятся химические и механические свойства расплава полимера. В патенте FR 2570323 описано устройство с предопределенной, постоянной пропускной способностью, из которого выходит низковязкий эластомер. Пропускная способность должна достигаться и тогда, когда подачу эластомера на короткое время прерывают. Устройство должно,прежде всего, применяться для получения соединений из многослойных остеклений. В устройстве согласно FR 2570323 эластомер помещают в накопитель с изменяющимся объемом,причем внутри накопителя расположен цилиндр с поршнем. В направлении подъема поршня проходит канал, по которому низковязкий эластомер проходит через накопитель. На выходе 3 резервуара находится насос с двумя компрессионными устройствами. В WO 96/05338 описан буферный накопитель, по которому расплав полимера проходит в осевом направлении. За впускным отверстием для расплава полимера уравнительная камера имеет расширение в виде диффузора. В сторону выпускного отверстия для расплава полимера уравнительная камера имеет сужение в виде сопла. Объем между участком расширения и участком сужения может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от требуемого уровня расплава полимера. При прохождении расплава полимера через диффузор или сопло существует угроза отрыва потока. Поэтому в буферном накопителе,описанном в WO 96/05338, для выравнивания прохождения потока и во избежание его отрыва в уравнительную камеру помещены элементы статической мешалки, имевшейся в продаже. Элементы статической мешалки установлены по всему поперечному сечению уравнительной камеры. Объем уравнительной камеры нужно, однако, увеличить, с тем чтобы в нее можно было поместить элементы статической мешалки. Поэтому буферный накопитель со статическими мешалками может оказаться для применения во многих случаях слишком большим. Из-за большой длины пути, по которому проходит поток,и больших размеров смесительных элементов во много раз возрастает, кроме прочего, гидравлическое сопротивление в буферном накопителе,так что возрастает потребление энергии для подачи расплава полимера. Таким образом возрастает и опасность нагревания расплава полимера. Недостаток буферного накопителя, представленного в WO 96/05338, заключается в том,что поток в области диффузора и сопла склонен к отрыву, если апертурный угол соответственно диффузора и сопла становится слишком большим. Эта опасность существует как раз при медленном течении высоковязкого расплава полимера. В оторванном потоке возникает вихревой срыв и образуются области мертвой воды,в которых высоковязкий расплав полимера застаивается. Кроме того, для различных условий прохождения потока в разных установках постоянно требуется новое развертывание и новый расчет апертурного угла, т.к. отрыв потока зависит от скорости его прохождения. В основе изобретения стоит задача создания буферного накопителя, в котором учтены указанные недостатки и который имеет лучшие качества с точки зрения механики жидкостей, а также принятия мер для равномерного прохождения потока по буферному накопителю, не требующих изменения размеров и гидравлического сопротивления в буферном накопителе или требующих лишь незначительных изменений. 4 Эта задача решается согласно изобретению для буферного накопителя указанного типа благодаря тому, что уравнительная камера, находящаяся между впускным отверстием для расплава полимера и выпускным отверстием для расплава полимера, поделена, по меньшей мере,на две секции, проходящие в направлении течения потока. Это очень простое решение и его выгода заключается в том, что можно отказаться от расширения в виде диффузора и сужения в виде сопла поперечного сечения, по которому проходит поток: благодаря разделению уравнительной камеры, по меньшей мере, на две секции площадь поперечного сечения секций камеры,по которым проходит поток, может оставаться малой, так что для впускного отверстия и выпускного отверстия не требуется теперь большого изменения площади поперечного сечения. Следовательно, в заявленном буферном накопителе четко уменьшается наклон для образования областей отрыва потока в отличие от уровня техники. Общая площадь поперечного сечения, по которой проходит поток, все же относительно велика, так что гидравлическое сопротивление в буферном накопителе незначительно. Размеры буферного накопителя можно оставить без изменений. Согласно еще одному выгодному варианту выполнения изменение площади поперечного сечения особенно незначительно, если в нормальном режиме работы буферного накопителя площадь поперечного сечения каждой секции камеры, по которой проходит поток, по существу, соответствует площади поперечного сечения впускного отверстия и/или выпускного отверстия, через которые течет расплав полимера. Буферный накопитель находится при этом в нормальном режиме работы, если расплав полимера беспрепятственно поступает в прядильную машину, а объем уравнительной камеры, по существу, соответствует среднему ее объему,определенному за долгое время эксплуатации. Исходя из этого среднего значения, объем уравнительной камеры изменяется при повышении или понижении давления, а также при колебаниях объемного потока расплава полимера. Для изменения объема уравнительной камеры одна ее стенка, по меньшей мере, часть ее,может быть образована поршнем. Этот поршень перемещается в буферном накопителе, и благодаря его перемещению объем уравнительной камеры может изменяться. В другом выгодном варианте выполнения на стороне поршня, которая является противоположной относительно уравнительной камеры, можно предусмотреть поршневую камеру, наполненную текучей средой, т.е. газом или жидкостью, и имеющую подводящую и отводящую линии для этой среды. В эту поршневую камеру можно подавать давление, которое можно регулировать и тем самым изменять давление в уравнительной камере, т.е. 5 давление, присутствующее в расплаве полимера, или объем уравнительной камеры. Через отводящую линию для текучей среды при повышении давления или увеличении объемного потока полимерного расплава и связанном с этим увеличении объема уравнительной камеры воздух можно отводить из поршневой камеры. Через подводящую линию для текучей среды при уменьшении объема уравнительной камеры воздух подается в поршневую камеру. В качестве альтернативы или в дополнение к поршневой камере, заполненной текучей средой, можно предусмотреть механический пружинящий элемент, с помощью которого формируется упругая сила, действующая на поршень. Согласно другому варианту выполнения поршень может быть связан с датчиком перемещений, с помощью которого подается сигнал. По этому сигналу можно рассчитать объем уравнительной камеры. Этот сигнал может поступать в устройство для обработки данных с целью контроля за работой прядильной установки, частью которой является буферный накопитель. Еще в одном выгодном варианте выполнения уравнительная камера может быть выполнена кольцевой, а поршень соответственно кольцевым. Выполнение уравнительной камеры в виде кольцевой камеры выгодно, если впускное и выпускное отверстия для расплава полимера находятся в диаметрально противоположных областях кольцевой камеры. Кольцевая уравнительная камера разделяется, таким образом, на две секции одинаковой длины, благодаря чему обеспечивается одинаковое время прохождения потока независимо от того, по какой секции камеры течет расплав полимера. В другом выгодном варианте выполнения впускное отверстие для расплава полимера и/или выпускное отверстие для расплава полимера могут входить в кольцевую камеру в осевом направлении, т.е. в направлении оси симметрии кольцевой камеры. При таком выполнении буферный накопитель нужно просто поместить в уже имеющуюся систему трубопроводов. Такое выполнение выгодно, кроме прочего, в частности, в сочетании с поршнем, если впускное отверстие для расплава полимера и/или выпускное отверстие для расплава полимера расположены в уравнительной камере напротив поршня: даже при самом малом объеме в уравнительной камере поршень, перемещающийся в буферном накопителе, не мешает закрывать впускное и/или выпускное отверстие для расплава полимера. Установка буферного накопителя в существующую систему трубопроводов и извлечение его оттуда осуществляется просто, если согласно еще одному выгодному варианту выполнения впускное и выпускное отверстия для расплава полимера расположены на одной и той же 6 стороне кольцевой камеры. При таком выполнении присоединительные элементы буферного накопителя находятся на одной стороне и поэтому легко доступны. Задача, стоящая в основе изобретения, решается согласно изобретению для буферного накопителя указанного типа еще и с помощыо того, что уравнительная камера снабжена, по меньшей мере, одним элементом для направления потока, входящим в поток расплава полимера для создания наиболее благоприятных условий для его прохождения, причем элемент для направления потока по размеру меньше площади поперечного сечения уравнительной камеры,которая омывается потоком, и с помощью этого элемента выравнивается, по меньшей мере, в отдельных областях, профиль скорости прохождения потока в направлении уравнительной камеры. При применении элементов для направления потока уравнительную камеру можно не делить на секции. При такой форме выполнения элемент для направления потока позволяет целенаправленно влиять на критические области прохождения потока в буферном накопителе, т.е. на те области, в которых случаются отрывы потока или в которых скорость прохождения потока по поперечному сечению очень неравномерная, т.е. наблюдается большая разница в скорости. Для оказания целенаправленного влияния на критическую область внутри уравнительной камеры нужен лишь маленький элемент для направления потока, размер которого специалист может определить путем простых экспериментов с учетом частного случая: исходя из определенного размера элемента для направления потока, который позволяет добиться выравнивания потока в избранной критической области и надежно избежать случаев неравномерного распределения скорости или отрыва потока, размеры элемента для направления потока постепенно уменьшают. При каждом новом размере элемента для направления потока путем расчетов или экспериментальным путем определяют, будет ли еще достигнут желаемый эффект оптимального прохождения потока. Минимальный размер элемента для направления потока - это тот, при котором еще имеет место оптимальное прохождение потока, т.е. выравнивание течения в отсутствие областей отрыва потока и областей рециркуляции в избранной критической области. Размеры элементов для направления потока,полученные в результате ряда опытов, оказались неожиданно малыми, и они, эти элементы,не представляют собой упомянутых препятствий для главной струи течения в уравнительной камере, так как занимают лишь незначительную часть площади поперечного сечения, по которому проходит поток. В отличие от статических мешалок, описанных в уровне техники, которые полностью занимают уравнительную камеру и влияют на 7 общее прохождение потока, согласно изобретению имеет место лишь локальное, ограниченное влияние на течение. Элемент для направления потока, необходимый для такого локального влияния на течение и оптимального прохождения потока, очень мал по сравнению со статическими мешалками. Таким образом, при применении заявленных элементов для направления потока размер буферного накопителя остается,по существу, без изменений. Возврат потерь в потоке, достигнутый в результате предотвращения областей рециркуляции и мертвой воды, равен примерно гидравлическому сопротивлению элемента для направления потока, так что гидравлическое сопротивление в буферном накопителе не возрастает. При известных условиях возможно даже уменьшение гидравлического сопротивления в буферном накопителе. В области отрыва потока, в областях рециркуляции и мертвой воды скорость прохождения по сравнению со скоростью главной струи течения расплава полимера в уравнительной камере сильно снижается и может даже иметь отрицательные значения. Местами в буферном накопителе возникает встречное течение, так называемый противоток. Согласно особенно выгодному варианту выполнения изобретения элемент для направления потока можно расположить в той области уравнительной камеры, где возникает отрыв потока или сильное снижение скорости течения расплава полимера. Эти области специалист может очень просто определить и без установки в уравнительной камере элемента для направления потока - экспериментальным путем или путем расчетов. Если элемент для направления потока находится в уравнительной камере, то он целенаправленно влияет в этих областях на оптимально благоприятное прохождение потока. Особенно в тех областях, в которых линия обтекания уравнительной камеры, т.е. прохождение потока через уравнительную камеру, имеет сильную кривизну, при ламинарном течении существует опасность отрыва потока и образования больших завихрений. Поэтому в следующем выгодном варианте выполнения можно предусмотреть размещение элемента для направления потока в той области уравнительной камеры, в которой прохождение потока по уравнительной камере имеет сильную кривизну пути. Элементы для направления потока могут быть выполнены в виде отдельных деталей, которые закрепляются в уравнительной камере или выполнены за одно целое с корпусом или поршнем буферного накопителя и расположены на стенке уравнительной камеры как их часть. Другие условия обтекания, представляющие собой проблему для равномерного прохождения потока, могут иметь место, если уравнительная камера имеет поперечное сечение, которое образует, по меньшей мере, один угол. В 8 таком углу при прохождении потока в уравнительной камере может образоваться замедленное угловое течение. Чтобы его ускорить и избежать слишком долгого пребывания расплава полимера в углах, в другом выгодном варианте выполнения в области угла можно разместить элемент для направления потока. При таком расположении угловое течение, образующееся при прохождении потока в уравнительной камере, выравнивается благодаря элементу для направления потока. Это может произойти, например, благодаря тому, что в углах находится элемент для направления потока, который сглаживает углы уравнительной камеры для оптимально благоприятного прохождения потока. Области, в которых расплав полимера втекает в уравнительную камеру и вытекает из нее,могут, в частности, способствовать неравномерному течению, если впускное и выпускное отверстия для расплава полимера расположены в направлении оси симметрии кольцевого пространства. Затем на стенку уравнительной камеры, находящуюся непосредственно против впускного отверстия для расплава полимера, набегает расплав полимера, текущий в уравнительную камеру, что приводит к неравномерной скорости течения в области впускного отверстия. В области вытекания из уравнительной камеры потоки из обеих секций камеры встречаются друг с другом и должны изменить направление. Для того чтобы в таких случаях сделать течение наиболее оптимальным, можно согласно другому варианту выполнения разместить элемент для направления потока на стенке уравнительной камеры, находящейся против впускного и/или выпускного отверстия для расплава полимера. При этом элемент для направления потока может иметь, по существу, форму носика, указывающего в сторону впускного отверстия для расплава полимера, предпочтительно форму радиально-симметричного носика. Благодаря такому носику поток расплава полимера, проходящий от впускного отверстия в уравнительную камеру, благоприятным образом разделяется и проходит в направлении уравнительной камеры,при этом не возникает ни отрыв потока расплава полимера, ни рециркуляция. В качестве альтернативы или в дополнение к такому выполнению элемент для направления потока в другом варианте может иметь, по существу, форму носика, указывающего в сторону выпускного отверстия для расплава полимера,предпочтительно форму радиальносимметричного носика. При таком выполнении вытекающий из уравнительной камеры поток расплава полимера также постепенно и не образуя областей мертвой воды и рециркуляции проходит в направлении выпускного отверстия. При этом в другом варианте выполнения заявленного буферного накопителя носик можно расположить на поршне. 9 В другом выгодном варианте выполнения элемент для направления потока можно выполнить в виде лопатки или крыла. И такое выполнение элемента для направления потока может целенаправленно влиять на прохождение потока в буферном накопителе в критических областях. Элемент для направления потока можно выполнить, например, в виде направляющей лопатки. Такая направляющая лопатка направляет быструю главную струю течения в медленно обтекаемые области или формирует в спутной струе завихрение, с которым поток смешивается и выравнивается. Изобретение относится также к агрегату для вылавливающего устройства, который состоит из устройства для вылавливания расплава полимера и, по меньшей мере, одного насосного устройства для подачи расплава полимера к выдавливавшему устройству. Названная выше задача решается в таком агрегате с помощью буферного накопителя согласно одному из перечисленных выгодных вариантов выполнения. В частности, вылавливающее устройство может представлять собой прядильную машину для формования волокна из полимерного расплава. В этом случае расплав полимера может представлять собой прядильный раствор, в частности раствор целлюлозы с NMMO. В целях обеспечения равномерной подачи расплава полимера, по меньшей мере, к одному насосному устройству выгодно, если буферный накопитель расположен в направлении подачи расплава полимера перед этим, по меньшей мере, одним насосным устройством. Далее описываются конструкция и функция заявленного буферного накопителя на основе второго примера выполнения. Фиг. 1 - первый пример выполнения заявленного буферного накопителя в первом радиальном сечении; фиг. 2 - пример выполнения фиг. 1 во втором радиальном сечении перпендикулярно радиальному сечению фиг. 1; фиг. 3 - второй пример выполнения заявленного буферного накопителя в радиальном сечении; фиг. 4 - пример выполнения фиг. 3 во втором радиальном сечении перпендикулярно радиальному сечению фиг. 3. Прежде всего, описывается конструкция примера выполнения фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлен буферный накопитель 1, который выполнен, по существу, симметричным относительно продольной оси 2. Сечение фиг. 1 проходит диаметрально через впускное отверстие для расплава полимера 3 и выпускное отверстие для расплава полимера 4. Впускное отверстие для расплава полимера 3 и выпускное отверстие для расплава полимера 4 расположены диаметрально друг против друга на стороне кольцевой уравнительной камеры 5. 10 В примере выполнения фиг. 1 продольные оси впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 проходят параллельно продольной оси 2. Впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4 входят, следовательно, перпендикулярно в уравнительную камеру 5. За впускным отверстием для расплава полимера уравнительная камера 5 делится в направлении течения на две секции 5 а и 5b. Секции камеры 5 а и 5b проходят в направлении течения расплава полимера по уравнительной камере. В примере выполнения имеются две секции камеры 5 а и 5b, изогнутые в форме кругового сегмента, которые вместе образуют общую кольцевую камеру 5. Площадь поперечного сечения каждой секции камеры 5 а, 5b в обычном режиме работы буферного накопителя примерно соответствует площади поперечного сечения впускного отверстия для расплава полимера 3 и выпускного отверстия для расплава полимера 4. Благодаря примерно одинаковой площади поперечного сечения соответственно впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 и каждой секции камеры 5 а, 5b предотвращаются скачки в размерах поперечного сечения,которые могут привести к отрыву потока расплава полимера. В то же время общая площадь поперечного сечения обеих секций камеры 5 а,5b, по которым проходит поток, настолько велика, что расплав полимера течет по буферному накопителю 1 медленно. Благодаря низкой скорости течения и высокой вязкости расплава полимера сохраняется ламинарное и постоянно равномерное течение в буферном накопителе 1,что снижает гидравлическое сопротивление. Через впускное отверстие 3 высоковязкий расплав полимера, предпочтительно из целлюлозы, воды и аминоксида, поступает в направлении стрелки 6 в уравнительную камеру 5. Через выпускное отверстие 4 расплав полимера после прохождения уравнительной камеры 5 выходит в направлении стрелки 7. Буферный накопитель 1 имеет, кроме того, кольцевой поршень 8, который удерживается в буферном накопителе 1 с возможностью перемещения в направлении продольной оси 2. Объем уравнительной камеры 5 может изменяться в зависимости от положения кольцевого поршня 8. Фиг. 1 представляет буферный накопитель 1 в обычном режиме работы, когда буферный накопитель 1 нормально работает и объем уравнительной камеры 5 изменяется. На той стороне кольцевого поршня 8, которая находится по другую сторону от уравнительной камеры 5, буферный накопитель 1 имеет герметичную поршневую камеру 9. Поршневая камера 9 имеет подводящую линию для текучей среды 10 и отводящую линию для текучей среды 11, через которые текучую среду, т.е. газ или жидкость, можно подводить или отводить в зависимости от положения кольцевого поршня 8. В поршневую камеру 9 можно подавать на 11 грузку через подводящую линию 10 или отводящую линию 11 также с заранее определенным давлением, которое затем воздействует на расплав полимера в уравнительной камере 5. Вместо поршневой камеры 9 и подводящей и отводящей линий 10, 11, можно предусмотреть также механический упругий элемент, который воздействует на поршень 8. Помимо этого, кольцевой поршень 8 снабжен датчиком перемещений 12, с помощью которого регистрируется положение кольцевого поршня 8 на данный момент и в виде сигнала передается дальше по сигнальному проводу 13 в устройство для обработки данных (не показано). В устройстве для обработки данных можно определять или вычислять с помощью сигнала датчика перемещений 12 объем уравнительной камеры 5 в настоящее время. Кроме того, в буферном накопителе 1 с помощью элемента, чувствительного к давлению (здесь не показан), можно регистрировать давление, присутствующее в поршневой камере 9, и передавать данные в виде сигнала. Помимо этого, в буферном накопителе предусмотрен термометр (также не показан), с помощью которого можно определять температуру расплава полимера и/или температуру в поршневой камере 9. В области впускного отверстия для расплава полимера 3 буферный накопитель оснащен элементом для направления потока 14. Элемент для направления потока 14 выполнен в виде носика, проходящего в направлении продольной оси 2, указывающего в сторону впускного отверстия 3 и сужающегося в этом направлении. Такой же носик 15 находится в области выпускного отверстия 4. Носик 15 также проходит в направлении продольной оси 2 в сторону выпускного отверстия 4. Оба элемента для направления потока 14, 15 расположены на параллельных осях 16, 17 впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 и имеют круговые поперечные сечения, расположенные перпендикулярно этим осям 16, 17. Для стабилизации температуры расплава полимера, находящегося в буферном накопителе 1, предусмотрена нагревательная рубашка 18,которая окружает уравнительную камеру внутри и снаружи. Нагревательную рубашку 18 обтекает жидкая среда, имеющая предопределенную, устанавливаемую и отрегулированную температуру. На фиг. 2 показан пример выполнения фиг. 1 в радиальном сечении перпендикулярно радиальному сечению фиг. 1 с видом на выпускное отверстие для расплава полимера 4, выполненное в виде фланца. С помощью фиг. 1 и 2 ниже описывается функция заявленных элементов для направления потока 14, 15. В области перехода от впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 к уравнитель 003547 12 ной камере 5 расплав полимера течет вертикально в уравнительную камеру 5 и должен повернуть. Чтобы в этих переходных областях изменить направление потока расплава полимера, по возможности, без потерь и образования областей мертвой воды и выровнять его, в этих областях, как было упомянуто выше, предусмотрели по одному элементу для направления потока 14, 15 в виде носика. Через носик 14 поток проходит в направлении уравнительной камеры 5, не образуя областей мертвой воды и не возвращаясь обратно. В области выпускного отверстия 4 поток расплава полимера равномерно проходит через носик 15 в выпускное отверстие 4, также не образуя завихрений, ведущих к потерям в потоке,или областей мертвой воды и не возвращаясь назад. Это схематично показано на фиг. 2 стрелкой 19. Форма элементов для направления потока 14, 15 может быть выбрана оптимально благоприятной в зависимости от соответствующей геометрии уравнительной камеры и впускного и выпускного отверстий, от соответствующего объемного потока и вязкости расплава полимера путем простых экспериментальных тестов, например визуализации потока, при которых закрутка потока и области мертвой воды делаются видимыми, или с помощью вычислительных программ. Для этого можно закруглить ребра 20 между уравнительной камерой 5 и впускным отверстием 3 или выпускным отверстием 4. Таким образам предотвращается отрыв потока расплава полимера в области ребер 20. Элементы для направления потока 14, 15 представляют собой по сравнению с площадью поперечного сечения уравнительной камеры 15 маленькие детали, которые влияют на обтекание уравнительной камеры 5 только в области впускного отверстия 3 или выпускного отверстия 4 и не препятствуют прохождению главной струи течения по уравнительной камере 5. Они способствуют значительному выравниванию профиля скорости обтекания и снижению потерь в потоке, возникающих вследствие его закрутки. Избегая возникновения областей мертвой воды и возврата потока или рециркуляции, с помощью элементов для направления потока 14,15 можно добиться обтекания уравнительной камеры 5 примерно с постоянной продолжительностью нахождения расплава полимера в буферном накопителе 1. Благодаря малым размерам элементов для направления потока 14, 15 выравнивается, кроме прочего, гидравлическое сопротивление, созданное ими, в результате восстановления потерь в потоке. Элементы для направления потока 14, 15 настолько малы, что их можно установить в уже имеющемся буферном накопителе 1 без дополнительных работ по переоборудованию. Следующий пример выполнения заявленного буферного накопителя с элементами для 13 направления потока, делающими прохождение потока оптимально благоприятным, представлен на фиг. 3 и 4 в том же сечении, что и на фиг. 1 и 2. Одинаковые конструктивные элементы фиг. 1, 2 и фиг. 3, 4 обозначены одинаковыми позициями. Пример выполнения фиг. 3 и 4 отличается от примера выполнения фиг. 1 и 2, по существу,наличием дополнительных элементов для направления потока в углах уравнительной камеры. С помощью этих элементов для направления потока должно быть предотвращено формирование углового течения. В углах уравнительной камеры 5 течение сильно замедляется. Следовательно, имеется опасность старения расплава полимера в углах. Для воздействия на угловое течение можно принять, в принципе, различные меры, например с помощью элементов для направления потока, имеющих форму лопатки или крыла, направлять быструю главную струю течения в уравнительной камере 5 в направлении углов. И эти меры, насколько знает изобретатель, неизвестны из уровня техники, относящейся к буферным накопителям. В примере выполнения фиг. 3 и 4 представлен, однако, другой вариант: как видно на фиг. 4, в каждом углу уравнительной камеры 5,имеющей прямоугольное поперечное сечение,расположен закругленный элемент для направления потока 21 а, 21b, 21 с и 21d, занимающий весь угол. Эти элементы для направления потока, находящиеся в углах поперечного сечения,препятствуют возникновению медленного углового течения. Радиус кривизны элементов для направления потока можно легко определить в ходе эксперимента или путем вычислений, проведя визуальное выявление или измерение сопротивления. Элементы для направления потока 21a-d расположены соответственно на окружности кольцевой камеры в виде кольца в соответствующих углах. Оба верхних элемента для направления потока 21 с и 21d укреплены на поршне 8 и перемещаются вместе с ним в зависимости от объема уравнительной камеры 5 вверх и вниз. Элементы для направления потока 21a-d могут быть помещены дополнительно также в уже имеющийся буферной накопитель. В области впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4 элементы для направления потока 21a-d взаимодействуют преимущественно с имеющимися там носиками 14 и 15, плавно переходя внутренним и наружным краями в носики 14, 15, как это видно на фиг. 3. Элементы для направления потока 14, 15 действуют так же, как в примере выполнения фиг. 1 и 2. Поэтому их функцию во втором примере выполнения нет необходимости описывать еще раз. И в примере выполнения фиг. 3 и 4 элементы для направления потока 21a-d малы по сравнению с площадью поперечного сечения 14 уравнительной камеры 5. Их сопротивление потоку равно примерно возврату потерь в потоке, проходящем через углы. Таким образом, они совсем не увеличивают или несущественно увеличивают потери в потоке в буферном накопителе 1 и не требуют также увеличения размеров буферного накопителя 1. В области впускного отверстия 3 и выпускного отверстия 4, где поток имеет сильную кривизну пути, можно, как показано на фиг. 4,сформировать плавный переход каждого нижнего элемента для направления потока 21 а и 21b к впускному отверстию 3 или выпускному отверстию 4. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Буферный накопитель для, по существу,постоянного снабжения выдавливающего устройства, в частности прядильной машины, расплавoм полимера, в частности раствором целлюлозы, имеющий, по меньшей мере, одно впускное отверстие для расплава полимера, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для расплава полимера и, по меньшей мере, одну уравнительную камеру с изменяющимся объемом, находящуюся между впускным и выпускным отверстиями и обтекаемую расплавом полимера, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) между впускным отверстием для расплава полимера (3) и выпускным отверстием для расплава полимера (4) поделена, по меньшей мере, на две секции (5 а, 5b), проходящие в направлении протекания. 2. Буферный накопитель по п.1, отличающийся тем, что в обычном режиме работы буферного накопителя (1) площадь поперечного сечения каждой секции камеры (5 а, 5b), по которой проходит поток, по существу, соответствует площади поперечного сечения впускного отверстия (3) и/или выпускного отверстия (4),через которые проходит расплав полимера. 3. Буферный накопитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что секции камеры (5 а, 5b), по которым проходит поток, имеют, по существу,одинаковые площади поперечных сечений. 4. Буферный накопитель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что секции камеры(5 а, 5b) проходят, по существу, от впускного отверстия для расплава полимера (3) до выпускного отверстия для расплава полимера (4). 5. Буферный накопитель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что одна стенка уравнительной камеры (5), по меньшей мере,часть ее, образована поршнем (8), перемещающимся в буферном накопителе (1). 6. Буферный накопитель по п.5, отличающийся тем, что с той стороны поршня (8), которая находится на противоположной от уравнительной камеры (5) стороне, предусмотрена поршневая камера (9), наполненная текучей средой и имеющая подводящую линию для те 15 кучей среды (10) и отводящую линию для текучей среды (11), причем поршневая камера (9) выполнена с возможностью приема нагрузки устанавливаемого давления. 7. Буферный накопитель по п.5 или 6, отличающийся тем, что поршень связан с датчиком перемещений (12), который подает сигнал,по которому определяют объем уравнительной камеры (5). 8. Буферный накопитель по п.5, отличающийся тем, что на поршень (8) действует упругая сила механического пружинящего элемента. 9. Буферный накопитель по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) представляет собой кольцевую камеру. 10. Буферный накопитель по п.9, отличающийся тем, что поршень (8) представляет собой кольцевой поршень. 11. Буферный накопитель по п.9 или 10,отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и выпускное отверстие для расплава полимера (4) находятся в диаметрально противоположных областях кольцевой камеры. 12. Буферный накопитель по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что расплав полимера проходит через впускное отверстие (3) и/или выпускное отверстие (4) в уравнительную камеру (5), по существу, в направлении оси симметрии (2) уравнительной камеры (5). 13. Буферный накопитель по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и/или выпускное отверстие для расплава полимера (4) расположены в уравнительной камере (5) напротив поршня (8). 14. Буферный накопитель по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что впускное отверстие для расплава полимера (3) и выпускное отверстие для расплава полимера (4) расположены на одной и той же стороне уравнительной камеры (5). 15. Буферный накопитель, в частности, по п.1, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) снабжена, по меньшей мере, одним элементом для направления потока (14, 15, 21ad), который входит в поток для создания наиболее оптимальных условий для его прохождения,и который по размеру меньше площади поперечного сечения уравнительной камеры (5), и благодаря которому, по меньшей мере, в отдельных областях выравнивается профиль скорости потока в направлении его прохождения в уравнительную камеру (5), при этом элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в той области уравнительной камеры (5), в 16 которой при отсутствии элемента для направления потока (14, 15, 21a-d) наблюдается снижение скорости по сравнению со скоростью главной струи течения в уравнительной камере. 16. Буферный накопитель по п.15, отличающийся тем, что благодаря элементу для направления потока (14, 15, 21a-d) быстрая главная струя течения в уравнительной камере (5) проходит в направлении той области, в которой при отсутствии элемента для направления потока (14, 15, 21 а-d) наблюдается замедленное течение по сравнению с течением главной струи. 17. Буферный накопитель по п.15 или 16,отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в той области уравнительной камеры (5), где прохождение потока в уравнительной камере (5) имеет сильную кривизну пути. 18. Буферный накопитель по одному из пп.1-17, отличающийся тем, что уравнительная камера (5) имеет такое поперечное сечение, в котором образован, по меньшей мере, один угол. 19. Буферный накопитель по п.18, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен в области угла и что благодаря этому элементу для направления потока (14, 15, 21a-d) выравнивается течение в области угла, образующееся при прохождении потока в уравнительной камере (5). 20. Буферный накопитель по одному из пп.1-19, отличающийся тем, что элемент для направления потока (14, 15, 21a-d) расположен на стенке уравнительной камеры (5), находящейся против впускного отверстия для расплава полимера (3) и/или выпускного отверстия для расплава полимера (4). 21. Буферный накопитель по п.20, отличающийся тем, что элемент для направления потока(14, 15) имеет, по существу, форму носика, указывающего в направлении впускного отверстия для расплава полимера (3), предпочтительно форму радиально-симметричного носика. 22. Буферный накопитель по п.20 или 21,отличающийся тем, что носик расположен на поршне (8). 23. Буферный накопитель по одному из пп.1-22, отличающийся тем, что элемент для направления потока выполнен, по существу, в виде лопатки или крыла. 24. Агрегат, состоящий из устройства для выдавливания расплава полимера, по меньшей мере, одного насосного устройства для подачи расплава полимера к выдавливающему устройству и буферного накопителя, отличающийся тем, что буферный накопитель выполнен по одному из пп.1-23.
МПК / Метки
МПК: B29C 47/92
Метки: расплавов, растворов, частности, накопитель, полимеров, целлюлозы, буферный
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-3547-bufernyjj-nakopitel-dlya-rasplavov-polimerov-v-chastnosti-rastvorov-cellyulozy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Буферный накопитель для расплавов полимеров, в частности растворов целлюлозы</a>
Предыдущий патент: Новые способы лечения нервных расстройств
Следующий патент: Устройство для загрузки и разгрузки самолетов
Случайный патент: Ветродвигатель многороторный и способ его работы