Барабан для производства тонких пленок
Изобретение относится к области полимерного машиностроения. Оно м.б. использовано в охлаждаемых и нагреваемых барабанах, гладильных каландрах, бумагоделательных и полиграфических машинах в оборудовании легкой промышленности. Цель изобретения - интенсификация процесса охлаждения за счет увеличения скорости циркуляции теплоносителя при обеспечении равномерного температурного его поля. Для этого в корпусе барабана установлены трубки охлаждения, основной и дополнительный элементы капиллярно-пористой структуры. Основной элемент выполнен непрерывным, а дополнительный - в виде ряда секций, секции размещены плотно по поверхности основного элемента. Концы секций расположены в накопителях, заполненных теплоносителем, эффективный радиус пор дополнительного элемента больше, чем у основного. Шаг установки накопителей обратно пропорционален эффективному радиусу пор дополнительного элемента. При работе тепловой поток от горячего материала направлен к основному и дополнительному элементам и накопителям, в которых находится теплоноситель. Он испаряется и конденсируется на поверхности трубок охлаждения. Конденсат стекает в нижнюю часть барабана, заполняя капиллярно-пористую структуру и накопитель. Цикл испарение-конденсация повторяется. Скорость циркуляции теплоносителя при этом увеличивается на 2-3 порядка. Увеличение скорости приводит к увеличению снимаемых тепловых нагрузок и интенсификации охлаждения. Дополнительный элемент способствует созданию равномерного температурного поля. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4237074/23-05 (22) 07.04.87 (46) 15.05.89. Бюл. № 18 (71) Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт по разработке машин и оборудования для переработки пластических масс, резины и искусственной кожи и Киевское производственное объединение полимерного машиностроения «Большевик» (72) Л. И. Бондаренко, В. Г. Зверлин, Е. В. Климкин, Л. P. Тисновский, В. А. Кудинов, Л. В. Чижская, М. И. Дудник и А. С. Лазарев (53) 678.057.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 457277, кл. В 29 В 7/82, 1971.
Авторское свидетельство СССР № 579154, кл. В 29 В 7/82, 1974. (54) БАРАБАН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ТОНКИХ ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к области полимерного машиностроения. Оно м. б. использовано в охлаждаемых и нагреваемых барабанах, гладильных каландрах, бумагоделательных и полиграфических машинах в оборудовании легкой промышленности.
Цель изобретения — интенсификация процесса охлаждения за счет увеличения скорости циркуляции теплоносителя при обеспе1
Изобретение относится к полимерному машиностроению и может быть использовано в охлаждаемых и обогреваемых валках, гладильных каландрах, бумагоделательных и полиграфических машинах, а также в оборудовании легкой промышленности.
Цель изобретения — интенсификация процесса охлаждения за счет увеличения скорости циркуляции теплоносителя при обеспечении равномерного температурного его поля.
„„SU„„1479282 А 1 (51) 4 В 29 В 7/82, В 29 С 71/02, 43/46 чении равномерного температурного его поля. Для этого в корпусе барабана установлены трубки охлаждения, основной и дополнительный элементы капиллярно-пористой структуры. Основной элемент выполнен непрерывным, а дополнительный — в виде ряда секций, секции размещены плотно по поверхности основного элемента. Концы секций расположены в накопителях, заполненных теплоносителем, эффективный радиус пор дополнительного элемента больше, чем у основного. Шаг установки накопителей обратно пропорционален эффективному радиусу пор дополнительного элемента. При работе тепловой поток от горячего материала направлен к основному и дополнительному элементам и накопителям, в которых находится теплоноситель. Он испаряется и конденсируется на поверхности трубок охлаждения. Конденсат стекает в нижнюю часть барабана, заполняя капиллярно-пористую структуру и накопитель. Цикл испарение — конденсация повторяется. Скорость циркуляции теплоносителя при этом увеличивается на 2 — 3 порядка. Увеличение скорости приводит к увеличению снимаемых тепловых нагрузок и интенсификации охлаждения. Дополнительный элемент способствует созданию равномерного температурного поля. 3 ил.
На фиг. 1 изображен барабан, поперечный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема выполнения разомкнутых секций.
Барабан для производства тонких пленок содержит полый корпус 1, по внутренней поверхности 2 которого расположен основной элемент 3 непрерывно капиллярнопористой структуры для заполнения теплоносителем, выполненный из стальной сетки в
<479282 виде одного или нескольких слоев, приваренных к ll<»l3< рхиости точечной сваркой.
Дополнительный элемент 4 капиллярнопористой структуры, которым снабжен барабан, выполнен в виде ряда отдельных разомкнутых секций, наружняя поверхность которых плотно прилегает к внутренней поверхности основного элемента 3 за счет точечной сварки, а концы каждой секции соединены с накопителями 5,, выполненными, например, в виде разрезных капиллярно-пористых трчбок, внутренние полости которых заполнены любой пористой структурой, насыщенной теплоносителем, Накопители 5 прикреплены к концам секций дополнительного элемента 4 и удерживаются за счет сил чпругости. Накопители 5 могут доиолHèòåëüíо поджиматься распорным кольцом (не показано). Они могут выполняться любой геометрической формы: прямоугольной, тречгольной и т. д. В этом случае,они крепятся к концам секций точечной сваркой, что создает удобство монтажа.
Устройство 6 подачи хладагента представляет собой коллектор с набором трубок, по наружной поверхности которых нарезаны капилярные винтовые канавки с шагом, равным диаметру трубок, и механически выполнены кольцевые пережатия диаметра (кольцевые турбулизаторы). В рабочем режиме (режиме охлаждения) внутренняя поверхность 2 с основным 3 и дополнительным 4 элементами и накопителями 5 является зоной испарения, а устройство 6 — зоной конденсации. Пористая структура дополнительного элемента имеет больший радиус пор, чем структура основного элемента 3.
Шаг установки накопителей 5 в корпусе 1 обратно пропорционален эффективному радиусу иор дополнительного элемента 4.
Барабан работает следующим образом.
В рабочем режиме (режиме охлаждения) тепловой поток от горячего материала направлен к поверхности 2, основному 3 и дополнительному 4 элементам и накопителям 5, в которых находится теплоноситель. Теплоноситель испаряется и конденсируется на наружной поверхности трубок устройства 6 охлаждения, внутри которых проходит охлаждаемый агент. Образовавшийся конденсат стекает под действием массовых сил в виде свободно падающих капель и попадает в нижнюю часть барабана, заполняя при этом основной 3 и дополнительный 4 элементы, а также накопители 5.
Цикл испарение — конденсация повторяется.
Таким образом, зоны испарения и конденсации не связаны между собой посредством капиллярных торцовых стенок, создающих дополнительное сопротивление движению конденсата. Скорость циркуляции жидкости в цикле испарение — конденсация намного выше и оценивается по формчле свободно падающих капель: W=
2о — =2pgh, Яэ(» (3) коэффициент поверхностного натяжения конденсата; эффективный радиус каииллярнопористой структуры; плотность конденсата; высота подъема конденсата против действия сил тяжести и равная из (3): где о—
R »вЂ” р—
h—
h= (4)
КэФ рЩ
Таким образом, высота подъема жидкости в самом неблагоприятном случае (подъем
50 против сил тяжести по вертикали) служит шагом для выбранной конструкции накопителей. Количество накопителей 5 рассчитывается по формуле
2лК
h (5) 55 где R — внутренний радиус стенки барабана.
Как следует из выражения (4), шаг vcтановки накопителей 5 обратно проиорцио= U 2gh;, где h; изменяется от верхнего мак симального значения h.axe до минимальных значений Ь . В среднем высоту h можно оценить как внутренний радиус барабана (фиг. ) ), тогда V= 2gR и нап имер при радиусе <х=300 мм V= 2-9,8., =2,3 м/с.
В случае движения жидкости под действием капиллярных сил ее скорость оценочно равна 1 — 20 мм/с. Поскольку количество переносимого тепла определяется в основном величиной скрытой теплоты парообразования, выражение для удельной плотности теплового потока имеет вид
g= гр71, (() где V — средняя скорость циркуляции жид15 кости;
r — удельная теплота парообразования.
Следовательно, увеличение средней скорости приводит к увеличению снимаемых тепловых нагрузок. Сопротивлением при движении капель в паре можно пренебречь ввиду низких плотностей пара внутри барабана. Таким образом, скорость возврата конденсата при выбранной высоте на 2 — 3 порядка больше, чем при движении по пористой стенке той же высоты (длины).
Количество накопителей 5 важно для обеспечения нормальной работы барабана.
Известно, что для гарантированной работы устройства с капиллярными структурами в поле сил тяжести должно выполняться условие
30 ЛР<,=2ЛР, (2) где ЛР<, — давление, обусловленное капиллярным напором;
ЛР— давление, обусловленное действием гравитационных сил.
Раскрывая значения входящих величин, получаем
1479282
Формула изобретенсся
Барабан для производства тонких пленок, содержащий корпус, расположенный по его внутренней поверхности основной элемент непрерывной капиллярно-пористой структуры для заполнения его теплоносите."см и устройство подачи хладагента, от.сссчасасссиссся тем, что, с целью !.нтеHc èôètcëïèè процесса охлаждения за счет увеличения c êoрости циркуляции теплоносителя при опеспечении равномерного температурного его поля, барабан снабжен дополнительным элементом капиллярно-пористой структуры с большим, чем у основного элемента, эффективным радиусом пор и накопителями для
4О теплоносителя, причем дополнительный элемент выполнен в виде ряда отдельных разомкнутых секций, размещенных плотно наружной поверхностью по внутренней поверхности основного элемента, при этом концы каждой секции расположены в накопи45 телях, шаг установки которых в корпусе обратно пропорционален эффективному радиусу пор дополнительного элемента.
5 нален эффективному радиусу дополнительного элемента 4 капиллярной структуры.
Количество жидкости, необходимое для отвода подводимого количества тепла, равно ()отв
m) /б) гр где Я-. — отводимое количество тепла.
Общее количество жидкости, необходимое для заполнения барабана, равно
m — m1+m2+mз+m4 где m — количество жидкости, необходимое для тепла;
m2 — количество жидкости в элементах 3 и 4 капиллярной структуры; тз — количество жидкости в накопителях 5;
m4 — количество жидкости, находящейся в паровой фазе.
Таким образом, за счет дополнительного количества жидкости, находящейся в накопителях 5 и поступающей затем по капиллярной структуре дополнительного элемента к капиллярной структуре основного элемента 3 в верхней части вращающегося барабана, всегда гарантирован приток конденсата, исключающий осушение пористой структуры.
Основной элемент капиллярно-пористой структуры должен плотно прилегать к внутренней поверхности 2 корпуса 1. Он выполняется непрерывным и должен иметь эффективный радиус пор капилляра, достаточный для удержания жидкости. Выполнение дополнительного элемента 4 капиллярнопористой структуры в виде разомкнутых секций не обеспечивает плотного прилегания в местах Б (фиг. 3) по всей внутренней поверхности 2 корпуса 1 барабана, что может приводить к образованию центров кипения и оттеснению потока жидкости от поверхности теплообмена. Чтобы это исключить необходимо основной элемент 3 выполнить в виде непрерывной капиллярно-пористой структуры с небольшим эффективным радиусом пор. 3ополнительный элемент 4 капиллярно-пористой структуры необходим для отвода без препятствий пара при высоких тепловых потоках.
Так, при плотностях теплового потока
4 — 5 ВТ/см- на участке непосредственного полива расплава с температурой 280 С (на5
6 пример, для пленки полиэтилентерефталатной) содержащаяся в капиллярных слоях элементов 3, 4 жидкость интенсивно испаряется и поэтому необходимо компенсировать унос массы в виде пара жидкостью, поступающей из накопителей 5.
Жидкость из накопителей 5 по капиллярной структуре элемента 4, имеющей болыпий эффективный радиус пор (r ф=100 — 20 мкм), поступает к капиллярной структуре элемента 3 с меньшим эффективным радиусом пор (г„=60 — 80 мкм), контактирующей с теплоотдающей поверхностью 2. Капиллярная структура с большим R- выбирается для уменьшения гидравлического сопротивления перетоку жидкости к капиллярной структуре с меньшим г.4.
Таким образом, данное решение позволяет интенсифицировать процесс охлаждения, что расширяет диапазон снимаемых тепловых нагрузок. Кроме того. дополнительный элемент капиллярно-пористой структуры способствует созданию равномерного температурного поля, а также увеличению рабочей части, поверхности барабана за счет исключения брака кромок по ширине изделия.
1479282
Состав и гель Л. Кольцова
Редактор Т, !азаренко Текрсд И. Верее Корректор Э. Лончакова
3ако<< >483< 14 1 и раж 536 Подписное
ВНИИ! IИ 1 <><. x.<арс> в< ииоп> ко»итета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
I l 3Î3,>, Мо< ва, Ж 35, Рву инская наб., д. 4/5
Производственн<>-издате.
