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 N°2523808, опубл. 27.07.2014), содержащее корпус, сменные кассеты.

Сменная кассета представляет собой единый цилиндрический неразборный блок, на поверхности которого фиксируется фильтрующий элемент (сетка). Кассета состоит из дренажного цилиндра, опорной решетки, головки кассеты и резьбового фланца кассеты. Расплав пластической массы, пройдя сменный фильтрующий элемент и опорную решетку попадает, в снабженный сетью каналов, дренажный цилиндр. Далее расплав движется сквозь головку кассеты и попадает в камеру низкого давления (очищенного расплава), ограниченную головкой кассеты и торцевым фланцем корпуса.

В указанном патенте приведены две возможные схемы движения расплава полимеров и выхода очищенного материала. В одном варианте выход осуществляется через торцевой фланец корпуса, а в другом отверстие располагается в боковой поверхности самого корпуса, а фланец остается глухим. В обоих вариантах корпус представляет собой полый цилиндр, снабженный сетью внутренних каналов подвода грязного продукта, служит для сдерживания внутреннего давления. Согласно конструкции корпус принимает на себя как радиальное растягивающее усилие, так и осевое, передаваемое через торцевой фланец кассеты, с одной стороны, и торцевой фланец корпуса с другой.

Жестко зафиксированные глухие торцевые элементы, предназначенные для сдерживания внутреннего давления, не позволяют кассете свободно перемещаться в вдоль оси корпуса, как следствие, автоматизация и механизация процессов втягивания и выталкивания кассеты из корпуса, становятся крайне затруднительными.

Главным недостатком данной конструкции является сложность в обслуживании, выражающаяся:

- в отсутствие автоматизации и механизации процессов втягивания и выталкивания кассеты из корпуса фильтра;

в наличие ручного труда при демонтаже и извлечении кассеты из корпуса фильтра;

в необходимости полного извлечения кассеты из корпуса фильтра.

Вышеперечисленные характеристики, влияют на производительность, ограниченную скоростью и физическими возможностями оператора, а также на невозможность увеличения технических параметров фильтра путем масштабирования (увеличения габаритов), также связанного с наличием ограничений накладываемых на ручной труд.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание высокопроизводительного компактного, эргономичного и надежного устройства для фильтрации расплава пластмассы, обеспечивающего возможность масштабирования фильтра при использовании средств механизации и автоматизации процесса извлечения, фильтрующих элементов при их замене. Технический результат:

повышение производительности;

улучшение эргономичности и эффективности работы устройства;

- облегчение ручного труда при периодической смене фильтрующих элементов;

обеспечение надежности и безотказности работы базовых элементов фильтра, находящихся под высоким внутренним давлением.

Указанный технический результат достигается за счет использования конструкции, включающей в себя: корпус представляющий собой полый стальной цилиндр с входным А, выходным Б отверстиями, внутренними дренажными каналами, на внешней поверхности которого имеются обогревательные элементы; размещенную (в рабочем состоянии) внутри корпуса кассету, сообщающуюся с внутренними дренажными каналами корпуса. Согласно изобретению, корпус, представляющий собой сквозной цилиндр в виде толстостенной трубы, не ограничен фланцами, либо другими аналогичными торцевыми элементами, обеспечивая тем самым осевую степень свободы при перемещении кассеты. Кассета состоит из:

- дренажного цилиндра, реализованного в виде цельнометаллического кругляка, наружная поверхность которого покрыта опорными элементами;

опорной решетки представляющей собой перфорированный стальной лист, скатанный в цилиндрическую обечайку;

- сменного фильтрующего элемента, представляющего собой тканое стальное сито, обернутое и стянутое вокруг опорной решетки;

головки

торцевого поршня. Дренажный цилиндр соединен с торцевым поршнем кассеты с одной стороны и головкой кассеты - с другой. В состав головки и торцевого поршня входят прижимной диск уплотнительное кольцо.

Головка кассеты представляет собой стальной цилиндр, конструктивно выполненный в виде двух последовательно расположенных спаренных поршней, при этом в поршне, прилегающем к дренажному цилиндру, выполнены радиально расположенные сквозные отверстия для прохождения очищенной пластмассы, кроме того указанные поршни имеют конструктивные элементы (канавки), обеспечивающие герметичность камер высокого и низкого давления. Головка кассеты выполнена таким образом, чтобы кассета, частью которой она является, имела возможность многократно производить обратно-поступательные движения внутри корпуса. Крайний поршень головки кассеты имеет конструктивную особенность для фиксации уплотнительного кольца (прокладки). Торцевой поршень кассеты представляет собой одинарный глухой металлический диск с конструктивными элементами, обеспечивающими герметичность камеры высокого давления, аналогичными тем, что выполнены на поршнях головки кассеты, (выполненный таким образом, чтобы кассета, частью которой он является, имела возможность многократно производить обратно-поступательные движения внутри корпуса). Прижимной диск, представляющий собой резьбовой элемент (гайку большого диаметра) накручиваясь на торцевой поршень кассеты с одной стороны и на головку кассеты с другой, он прижимает уплотнительное кольцо, деформация и обтюрация которого и обеспечивает требование герметичности камеры с расплавом пластической массы. При этом все элементы кассеты, кроме сменного фильтрующего элемента, уплотнительных колец (прокладок) и прижимных дисков, собираются в единый неразборный блок.

Толкатель устройства может быть выполнен в виде ручной винтовой передачи, а также с механической передачей, приводимой в движение электродвигателем или с гидравлическим устройством.

Реализация данного изобретения стала возможна за счет замены фиксированных торцевых элементов (фланец корпуса, фланец кассеты) подвижными поршнями кассеты, взявшими на себя функцию сдерживания расплава пластической массы и деформирующих нагрузок внутри камер высокого и низкого давлений.

Достижение технического результата обеспечивается за счет использования конструкции, в которой происходит перераспределение нагрузок, вызванных высоким давлением, сопровождающим процесс экструзии пластмассы, новым, технологичным и сбалансированным способом, в частности:

- за счет конструктивных особенностей дренажных каналов корпуса, позволяющих вводить в камеру высокого давления и выводить из камеры низкого давления расплав пластмассы, без использования фиксируемых торцевых элементов;

- за счет использования видоизмененной головки кассеты и наличия торцевого поршня кассеты, как конструктивных элементов сдерживания внутреннего давления (теперь головка кассеты разделяет не только камеру высокого и низкого давления, но и камеру низкого давления с внешней средой, образуя, таким образом, камеру низкого давления);

- за счет конструктивных особенностей устройства в целом обеспечивается свобода осевого перемещения кассеты фильтра, дающая возможность механизации и автоматизации процесса неполного извлечения и последующего втягивания кассеты, что позволяет быстро и удобно менять фильтрующий элемент без полного вынимания сменной кассеты из корпуса фильтра (улучшается производительность и эргономичность использования);

- за счет возможности ухода от ручного, полного извлечения сменной кассеты не возникает никаких ограничений связанных с физическими возможностями оператора процесса фильтрации (появляется возможность масштабирования элементов фильтра;

за счет простоты геометрических форм (подавляющее большинство деталей - это фигуры вращения), устройство приобретает высокую технологичность при изготовлении, надежность, ремонтопригодность и низкую себестоимость производства на металлорежущих станках.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена общая схема устройства для фильтрации пластмассы.

На фиг.2 показана сборочная схема устройства для фильтрации пластмассы.

Осуществление изобретения

Устройство, для фильтрации пластмассы представленное на фигуре 1, содержит корпус 1 с обогревательными элементами 10. Центральная часть устройства фильтрации, именуемая кассетой, представляет собой эргономичный подвижный фильтрующий блок, состоящий из следующих элементов: дренажный цилиндр 2, головка кассеты 3, торцевой поршень 4, опорная решетка 6. Эти базовые элементы образуют единый неразборный блок. Поверх опорной решетки 6 крепится сменный фильтрующий элемент 7. Резьбовые прижимные диски 9 накручиваются на головку кассеты 3 и торцевой поршень 4. Устройство для фильтрации полимерных расплавов имеет две камеры и две зоны, на фигуре 1 они маркированы следующим 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, центрирования собранной кассеты.

Корпус 1 представляет собой полый стальной цилиндр (например, отрезок толстостенной трубы), на внешней поверхности которого имеются обогревательные элементы 10. В корпусе 1 имеются отверстия входа и выхода продукта. Внутри корпуса 1 имеется сеть каналов перераспределения, как грязного расплава пластической массы, так и очищенного, отфильтрованного.

Кассета как отдельная сборочная единица выполняет функцию объединения отдельных деталей в один эргономичный элемент, удобный при периодическом, неполном извлечении из корпуса 1.

Дренажный цилиндр 2 не претерпел видоизменений (патент РФ Ν°2523808) и реализован в виде цельнометаллического цилиндра с резьбовыми отверстиями с обеих сторон для вкручивания торцевого поршня 4 кассеты и головки кассеты 3. В отдельных случаях может быть предусмотрена частичная выборка металла из центральной части дренажного цилиндра 2 в целях облегчения кассеты. Наружная поверхность дренажного цилиндра 2 покрыта сетью (массивом) опорных элементов, причем с одной стороны дренажного цилиндра 2 точение опорных элементов не доходит до края и цилиндр 2 в этом месте имеет гладкую поверхность («недорез»), см. фиг. 2. Данная гладкая поверхность необходима для плотного прилегания опорной решетки 6 и обеспечения герметичности фильтрующего элемента по краям, ширина ее минимальна.

Дренажный цилиндр 2 воспринимает на себя основную нагрузку от расплава пластической массы на сжатие. Конструктивная особенность, связанная с выполнением «недореза» опорных элементов с одного края дренажного цилиндра 2 обусловлена заданием направленности движения отфильтрованного потока к головке кассеты 3. Таким образом производится отведение чистого расплава непосредственно из области фильтрации.

Верхние части опорных элементов дренажного цилиндра 2 служат участками соприкосновения с опорной решеткой 6, воспринимают и распределяют всю нагрузку от давления расплава пластической массы.

Опорная решетка 6 представляет собой перфорированный стальной лист, скатанный в цилиндрическую обечайку и прихваченный продольным прерывистым сварным швом. Данная конструкция опорной решетки 6 обеспечивает формообразующую и поддерживающую функцию для сменного фильтрующего элемента 7, одновременно пропуская сквозь себя очищенный расплав.

Головка кассеты 3 представляет собой стальной цилиндр, конструктивно выполненный в виде двух последовательно расположенных (спаренных) поршней со сквозными отверстиями по кругу в теле поршня, прилегающего к дренажному цилиндру. С одной стороны резьбовым соединением головка кассеты 3 вкручивается в дренажный цилиндр 2. Отверстия, расположенные в одной из торцевых плоскостей, совпадают по уровню с каналами, образованными сетью опорных элементов дренажного цилиндра 2, и выходят непосредственно в камеру низкого давления, расположенную внутри головки и в пространстве, ограниченном ею и внутренней поверхностью корпуса 1. Наружный диаметр головки 3 ограничен внутренним диаметром корпуса 1.

Головка кассеты 3 за счет своего конструктивного решения осуществляет несколько функций.

Во-первых, она предназначена для разделения камеры высокого давления и камеры низкого давления, в которую перетекает чистый расплав пластической массы по отверстиям в головке.

Во-вторых, головка кассеты образует в пространстве, ограниченном ею и внутренней поверхностью корпуса камеру низкого давления, предназначенную для перераспределения и направления очищенного (отфильтрованного) расплава в сеть каналов корпуса к выходу из него.

В-третьих, выполняет функцию подвижного (отличительный признак) торцевого элемента, уравновешивая и компенсируя сдвигающую силу внутреннего высокого давления, обеспечивая тем самым сдерживание осевого растягивающего усилия, снимаемого с корпуса 1.

Благодаря вышеизложенным конструктивным особенностям в торце головки кассеты 3 возможно закрепление толкателя 5 различными способами (например, резьбовой др.), обеспечивающего приложение усилия для перемещения кассеты механизированным способом.

Ширина наружного диаметра второго поршня головки кассеты 3 имеет конструктивные элементы, аналогичные первому поршню. Что также создает необходимую герметичность между камерой низкого давления (чистого продукта) и внешней средой, препятствует выходу расплава наружу за счет уплотнительного кольца 8 и прижимного диска 9. Фильтрующий элемент 7 представляет собой тканое стальное сито, обернутое и стянутое вокруг опорной решетки 6. Фильтрующий элемент 7 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.

Торцевой поршень 4 аналогично головке кассеты 3 представляет собой металлический диск, который соединен с дренажным цилиндром 2 и уплотняется кольцом 8 под действием прижимного диска 9.

Устройство для фильтрации расплавов пластмассы 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 7 вокруг опорной решетки 6. Далее, по мере роста давления начинается продавливание грязного расплава сквозь фильтрующий элемент 7 и отверстия в опорной решетке 6. В момент прохождения расплава пластической массы через фильтрующий элемент 7, все механические загрязнения более размеров фильтрующей ячейки, задерживаются на поверхности фильтрующего элемента 7. После прохождения опорной решетки 6 очищенный расплав попадает в сеть опорных элементов, сформированных на поверхности дренажного цилиндра 2. Находясь в зоне опорных элементов, за счет разницы давлений пластическая масса перераспределяется в направлении основного потока, направленного на выход, к камере низкого давления. Основной поток пластической массы движется вдоль дренажного цилиндра 2, по образованным массивом опорных элементов каналам. Пройдя дренажный цилиндр 2, расплав попадает в кольцевой зазор между дренажным цилиндром 2 и вкрученной в него головкой кассеты 3, 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, и их движение по внутренним дренажным каналам корпуса 1 в направлении к выходу через отверстие «Б».

По мере загрязнения фильтрующего элемента, приближается время для замены кассеты. После полного засорения фильтрующего элемента производится остановка линии, посредством толкателя 5 отработанная кассета частично извлекается из корпуса, заменяется фильтрующий элемент 7 и затягивается обратно в корпус 1. Далее цикл повторяется.

Заявленное устройство отличается принципиально от устройства, описанного в патенте N°2523808 тем, что нагрузки от внутреннего давления распределяются новым, оптимальным образом: всю осевую нагрузку теперь сдерживает кассета, тогда как корпус удерживает только радиальную, в то время как в прототипе корпус сдерживал нагрузки во всех направлениях.

Как следствие, в данном изобретении появляется возможность механизации и автоматизации процесса извлечения и втягивания сменной кассеты.

Благодаря вышеизложенным конструктивным особенностям при закреплении толкателя 5 в торце головки кассеты 3 (фиг. 1), становится возможным приложение усилия к кассете и свободного осевого перемещения внутри корпуса. Уход от полного вынимания отработанной кассеты при смене фильтрующего элемента, увеличение скорости его замены, улучшение качества и условий работы оператора на линии.

Возможность масштабирования фильтра и, соответственно, увеличение производительности установки фильтрации не только за счет количества фильтров, но и за счет увеличения фактической площади фильтрации.

Отсутствие резьбовых и других устройств фиксации кассеты внутри корпуса во время работы фильтра с внутренним избыточным давлением.

Простота и ремонтопригодность при замене уплотнительных колец - основных элементов износа в процессе эксплуатации, в отличие от сопутствующего износа резьбового соединения у прототипа.

Таким образом, предложено решение конструкции устройства для фильтрации расплава пластмассы, а именно то, что корпус вместе с фильтрующим элементом реализован в виде цилиндра. В результате производительность устройства для фильтрации повышается за счет скорости и удобства смены фильтрующего элемента (сетки). Появляется возможность механизации и частичной автоматизации процесса фильтрации. Повышается качество работы оператора линии фильтрации и условия его труда.

Разработанная конструкция обеспечивает возможность значительного повышения производительности и эффективности работы устройства для фильтрации расплавов пластмассы за счет масштабирования элементов фильтра и увеличения поверхности фильтрации.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства для фильтрации расплавов пластмассы, 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 расплава пластмассы в полимерной промышленности, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».