Спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу

Реферат: Спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу, в якому вимірюють значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу, перетворюють виміряні сигнали на цифрові коди, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора. При цьому додатково, на основі математичного опису процесу охолодження екструдованого матеріалу й виміряних значень, у режимі реального часу обчислюють розподіл температури по товщині екструдованого матеріалу й довжині зони охолодження, і відповідне зображення синтезують на панелі оператора. UA 78567 U (54) СПОСІБ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ ПРОЦЕСУ ОХОЛОДЖЕННЯ ЕКСТРУДОВАНОГО МАТЕРІАЛУ UA 78567 U UA 78567 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до полімерпереробного обладнання, зокрема до способів охолодження суцільних і порожнистих безперервних і погонних матеріалів, одержуваних екструзією, наприклад, полімерних труб, стренг і профілів різного поперечного перерізу. Під час виробництва екструдованих виробів обмеженою стадією їх технології є процес охолодження від температури формування до температури в зоні приймального пристрою (тобто на "холодному" кінці лінії). Крім того, інтенсивність охолодження істотно впливає на якісні характеристики екструдованих виробів, зокрема їх форму і міцнісні параметри. Тому контроль температури по товщині екструдованого виробу та його довжині є достатньо актуальним завданням для одержання продукції високої якості. Так, відомий спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу, за якого вимірюють значення температури поверхні екструдованого матеріалу, наприклад труби, по його довжині, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора [Лукач Ю.Е., Доброногова С.И., Ружинская Л.И. Алгоритм расчета устройств для термообработки изделий из термопластов: учеб. пособ. - К.: КПИ, 1984. - С. 8]. Зазначений спосіб дає змогу ефективно контролювати температуру зовнішньої поверхні екструдованого матеріалу, проте цей спосіб не дає можливості контролювати температуру по його товщині, що в разі значної товщини екструдованого матеріалу та/або складної форми його поперечного перерізу може призвести до передчасного закінчення охолодження, подальшого перерозподілу температури між внутрішніми й зовнішніми шарами екструдованого матеріалу та отримання продукції низької якості. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого технічного рішення є спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу, за якого вимірюють значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу, наприклад труби, а також значення температури поверхні екструдованого матеріалу, перетворюють виміряні сигнали на цифрові коди, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора [Раувендааль К. Экструзия полимеров. - СПб.: Профессия, 2006. - С. 125-127]. Порівняно з аналогом, що розглянуто, цей спосіб дає змогу додатково контролювати температуру розплаву перед його формуванням у екструдований виріб, а отже більш широкі можливості для вчасного реагування оператора або системи керування на зміну температурного режиму процесу перероблення. Проте цьому способу в цілому притаманний той самий недолік, що і першому аналогу. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу, у якому забезпечується ефективний контроль температури екструдованого матеріалу як по його товщині, так і по його довжині, а отже, і надійний контроль процесу охолодження екструдованого матеріалу по всій довжині ділянки охолодження технологічної лінії. Поставлена задача вирішується тим, що в способі візуалізації роботи системи охолодження екструзійної лінії, за якого вимірюють значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу, наприклад труби, перетворюють виміряні сигнали на цифрові коди, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора, згідно з пропонованою корисною моделлю новим є те, що додатково на основі математичного опису процесу охолодження екструдованого матеріалу й виміряних значень у режимі реального часу обчислюють розподіл температури по товщині екструдованого матеріалу й довжині зони охолодження, і відповідне зображення синтезують на панелі оператора. Числове моделювання процесу охолодження екструдованого матеріалу різного поперечного перерізу розроблено авторами і докладно розглянуто в монографіях: Мікульонок І.О. Обладнання і процеси переробки термопластичних матеріалів з використанням вторинної сировини. - К.: ІВЦ "Видавництво "Політехніка»", 2009.-265 с., а також Вознюк В.Т., Мікульонок І.О. Інтенсифікація процесу виготовлення екструдованих полімерних труб. - К.: НТУУ "КПІ", 2012.-144 с. У зазначених монографіях розглянуто математичне моделювання температурного поля екструдованих матеріалів різного поперечного перерізу за умови мінімальних вихідних даних, що дає змогу наочно візуалізувати роботу системи охолодження екструзійної лінії, а точніше зміну температури екструдованого матеріалу по його товщині і довжині. У разі перевищення допустимого середнього або локального значення температури на "холодному" кінці лінії (в зоні приймального пристрою) стає можливим ефективно впливати на процес охолодження з метою зниження зазначеної температури до допустимого значення. 1 UA 78567 U 5 10 15 20 25 30 35 Так, наприклад, вихідними даними для обчислення температурного поля екструдованого матеріалу є: вимірювані значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу, а також такі дані як умови термообробки (вільна або вимушена конвекція); тип теплоносія (вода, повітря, водно-повітряна суміш); форма і розміри поперечного перерізу матеріалу; температура теплоносія; властивості теплоносія (теплопровідність, кінематична в'язкість, характеристичне число Прандтля) як функції температури; теплофізичні властивості оброблюваного матеріалу (густина, масова теплоємність, теплопровідність) як функції температури (або відповідні властивості компонентів матеріалу, а також його якісний і кількісний склад); якщо конвекція вимушена, то швидкість руху теплоносія і напрям його руху відносно екструдованого матеріалу; довжина ділянки охолодження; допустима кінцева середня або локальна температура екструдованого матеріалу. Спосіб реалізується за допомогою пристрою, сутність якого пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - поздовжній розтин ванни охолодження; на Фіг. 2 - фрагмент візуалізації температурного поля охолоджуваної гофрованої полімерної труби на екрані оператора. Спосіб реалізується таким чином. Екструдований матеріал, наприклад, полімерну трубу 1 пропускають крізь ванну охолодження 2 з торцевими карманами 3 і 4, які унеможливлюють витікання рідкого холодоагенту 5 за межі ванни охолодження 2 (Фіг. 1). Під час руху екструдованої полімерної труби 1 крізь ванну охолодження 2 здійснюється її охолодження. Вимірювані значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу перетворюють на цифрові коди, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора (не показано). Також, додатково, на основі математичного опису процесу охолодження екструдованого матеріалу [див. вказані монографії авторів] і виміряних значень зазначених параметрів, у режимі реального часу обчислюють розподіл температури по товщині екструдованого матеріалу й довжині зони охолодження, і відповідне зображення синтезують на панелі оператора. Так, на Фіг. 2 наведено фрагмент візуалізації на панелі оператора температурного поля охолоджуваної гофрованої двошарової полімерної труби на екрані оператора (характеристики труби: обидва шари (внутрішній гладкий і зовнішній гофрований - з поліетилену ПЕ80); зовнішній діаметр труби 160 мм; розміри гофрів (ширина × висота) - 8×11 мм; товщина внутрішнього шару труби 0,9 мм; товщина зовнішнього шару труби 0,7 мм; швидкість руху труби 0,067 м/с; відстань від початку ванни охолодження 0,517 м. Зазначене технічне рішення забезпечує ефективний контроль температури екструдованого матеріалу та надійне дотримання його допустимої температури в зоні приймального пристрою технологічної лінії, а отже і одержання продукції високої якості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб візуалізації процесу охолодження екструдованого матеріалу, за якого вимірюють значення температури розплаву на виході з екструдера й швидкості руху екструдованого матеріалу, наприклад труби, перетворюють виміряні сигнали на цифрові коди, передають їх по каналу зв'язку на пульт оператора й відображають виміряні значення на панелі оператора, який відрізняється тим, що додатково, на основі математичного опису процесу охолодження екструдованого матеріалу й виміряних значень, у режимі реального часу обчислюють розподіл температури по товщині екструдованого матеріалу й довжині зони охолодження, і відповідне зображення синтезують на панелі оператора. 2 UA 78567 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3