Установка для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу

Реферат: Установка для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу містить шафу для попереднього нагрівання відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу із закріпленими по товщині його стінки термоелектричними перетворювачами, підключеними до входу інформаційної системи, посудину для розміщення в ній відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, магістраль подачі рідкого теплоносія на зовнішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засоби вимірювання температури та об'ємної витрати рідкого теплоносія. Посудину споряджено магістралями подачі рідкого й газоподібного теплоносіїв на внутрішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засобами вимірювання температури та об'ємної витрати зазначених рідкого й газоподібного теплоносіїв, при цьому як інформаційну систему застосовано комп'ютер з програмою для перетворення сигналів термоелектричних перетворювачів на табличні та/або графічні дані як функції часу охолодження. UA 105172 U (12) UA 105172 U UA 105172 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до навчальних і науково-дослідних установок для експериментального дослідження процесу охолодження порожнистого матеріалу, одержуваного екструзією, зокрема одно- та двостороннього процесу охолодження полімерних труб різного типорозміру за різних умов процесу та визначення ефективності застосування різних способів і холодоагентів. Порожнисті полімерні матеріали, передусім полімерні труби (гладкі й гофровані) є одним з поширених виробів, одержуваних із термопластичних полімерів методом екструзії. При цьому процес виготовлення таких виробів є доволі ресурсо- та енергоємним. Під час виробництва порожнистих матеріалів екструзією обмеженою (лімітуючою) стадією зазвичай є процес їх охолодження після формування через низьку теплопровідність полімерів. У разі виробництва труб великого діаметра зі значною товщиною стінки зона охолодження може складати десятки метрів, що потребує використовувати велику кількість охолодної води та енергії на її охолодження, особливо влітку. Відомі дослідження, спрямовані на інтенсифікацію процесу охолодження порожнистих полімерних виробів після їх формування, що дасть можливість підвищити продуктивність технологічної лінії в цілому [Вознюк В. Т., Мікульонок І. О. Інтенсифікація процесу виготовлення екструдованих полімерних труб: монографія. - К.: НТУУ "КПІ", 2012.-142 с.]. Одним з перспективних шляхів інтенсифікації і зниження собівартості виробництва порожнистих полімерних виробів є застосування двосторонньої системи їх охолодження. Двостороннє охолодження також може поліпшити якість форми виробу та його внутрішньої поверхні. Проте відпрацювання раціональних параметрів процесу охолодження для різних типорозмірів порожнистих полімерних виробів безпосередньо у виробничих умовах є надзвичайно недоцільним підходом. Саме тому з цією метою пропонується застосовувати установку для дослідження процесу охолодження одержуваного екструзією порожнистого матеріалу. Найбільш близьким аналогом є установка для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу, що містить шафу для попереднього нагрівання відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу із закріпленими по товщині його стінки термоелектричними перетворювачами, підключеними до входу інформаційної системи, посудину для розміщення в ній відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, магістраль подачі рідкого теплоносія на зовнішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засоби вимірювання температури та об'ємної витрати рідкого теплоносія [Исследование нестационарной теплопроводности: метод, указания к проведению НИРС по курсу "Процессы и аппараты химической технологии" / сост. В.Г. Доброногов, Л.Б. Радченко. К.: КПИ, 1990.-16 с.]. Ця установка забезпечує дослідження процесу охолодження одержуваного екструзією порожнистого матеріалу, проте лише за однакових умов охолодження як з боку його зовнішньої, так і з боку внутрішньої поверхні, що істотно звужує технологічні можливості установки. Крім того, застосування самописця температури як інформаційної системи може призвести до значних похибок вимірювання, а також потребує витрати спеціального діаграмного паперу. В основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу вдосконалити установку для дослідження процесу охолодження одержуваного екструзією порожнистого матеріалу, у якій її нове виконання ванни забезпечує можливість незалежного змінювання умов охолодження відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу як з боку його зовнішньої поверхні, так і з боку внутрішньої, а також зручність у подальшому обробленні отриманих експериментальних даних. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу, що містить шафу для попереднього нагрівання відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу із закріпленими по товщині його стінки термоелектричними перетворювачами, підключеними до входу інформаційної системи, посудину для розміщення в ній відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, магістраль подачі рідкого теплоносія на зовнішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засоби вимірювання температури та об'ємної витрати рідкого теплоносія, згідно з пропонованою корисною моделлю, новим є те, що посудину споряджено магістралями подачі рідкого й газоподібного теплоносіїв на внутрішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засобами вимірювання температури та об'ємної витрати зазначених рідкого й газоподібного теплоносіїв, при цьому як інформаційну систему застосовано комп'ютер з програмою для перетворення сигналів термоелектричних перетворювачів на табличні та/або графічні дані як функції часу охолодження. Використання пропонованої установки із зазначеними суттєвими ознаками дає змогу незалежного змінювання умов охолодження відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу як 1 UA 105172 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 з боку його зовнішньої поверхні, так і з боку внутрішньої поверхні (змінювання виду теплоносія: вода, повітря, водно-повітряна суміш, а також його параметрів: температури, швидкості, напрямку обтікання охолоджуваної поверхні тощо). Крім того, істотно зростає зручність подальшого оброблення отриманих експериментальних даних, оскільки дані, що зберігаються в пам'яті комп'ютера, можуть бути подані в будь-якій зручній для користувача формі (у вигляді плоского або об'ємного графіка, таблиці тощо). Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено принципову схему установки. Установка для дослідження процесу охолодження одержуваного екструзією порожнистого матеріалу містить шафу 1 для попереднього нагрівання відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2 із закріпленими по товщині його стінки термоелектричними перетворювачами 3, підключеними до входу інформаційної системи - комп'ютера 4 з програмою для перетворення сигналів термоелектричних перетворювачів на табличні та/або графічні дані як функції часу охолодження, посудину 5 для розміщення в ній відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2, магістраль 6 подачі рідкого теплоносія на зовнішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2, а також засоби вимірювання температури 7 та об'ємної витрати 8 рідкого теплоносія. Посудину 5 також споряджено магістралями 9 і 10 подачі рідкого й газоподібного теплоносіїв на внутрішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2. Крім того, є засоби вимірювання температури 11 і 12 та об'ємної витрати 13 і 14 зазначених рідкого й газоподібного теплоносіїв, відповідно. Установка для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу працює в такий спосіб. Зовнішнє охолодження відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2 реалізують за умов вільної конвекції зануренням його в шар проточної води або зрошенням труби водою в посудині 5. Внутрішнє охолодження здійснюють повітрям, водою або повітряно-водяною сумішшю, що утворюється під час розпилення води у порожнині відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу 2. Регулювання витрати води в системі внутрішнього охолодження здійснюють відповідно до показань засобу вимірювання об'ємної витрати 8, а в системі зовнішнього охолодження відповідно до показань засобу вимірювання об'ємної витрати 13. Повітря для внутрішнього охолодження подають вентилятором 15, а його витрату регулюють відповідно до показань засобу вимірювання об'ємної витрати 14. Магістралі 6 і 9 подачі рідкого теплоносія, а також в магістралі 10 подачі газоподібного теплоносія можуть бути споряджені пристроями зміни температури відповідних потоків (зокрема нагрівниками або холодильниками). Зміна температури в стінці труби залежно від часу вимірюється термоелектричними перетворювачами 3, сигнал від яких надходить до комп'ютера 4.При цьому заміри температури записуються кожну секунду. Оброблення та відображення зміни температури здійснюють за допомогою програми в графічному середовищі програмування Lab VIEW 8.5. У налагодженні установки та проведенні на ній досліджень активну участь брали студенти Олексій Аркадійович Алфьоров, Євгеній Юрійович Виноградов та Юрій Олександрович Кравченко. Використання пропонованої установки надає змогу достатньо швидко й надійно визначати в лабораторних умовах раціональні параметри процесу охолодження безперервного або погонного порожнистого матеріалу, одержуваного методом екструзії, без зайвих витрат матеріальних, енергетичних і людських ресурсів, притаманних виробничим процесам перероблення полімерів і пластичних мас. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Установка для дослідження процесу охолодження, одержуваного екструзією порожнистого матеріалу, що містить шафу для попереднього нагрівання відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу із закріпленими по товщині його стінки термоелектричними перетворювачами, підключеними до входу інформаційної системи, посудину для розміщення в ній відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, магістраль подачі рідкого теплоносія на зовнішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засоби вимірювання температури та об'ємної витрати рідкого теплоносія, яка відрізняється тим, що посудину споряджено магістралями подачі рідкого й газоподібного теплоносіїв на внутрішню поверхню відрізка досліджуваного порожнистого матеріалу, а також засобами вимірювання температури та об'ємної витрати зазначених рідкого й газоподібного теплоносіїв, при цьому як 2 UA 105172 U інформаційну систему застосовано комп'ютер з програмою для перетворення сигналів термоелектричних перетворювачів на табличні та/або графічні дані як функції часу охолодження. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3