УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА К МАШИНЕ ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Российский патент 1997 года по МПК D01D1/06 

Ближайшим аналогом изобретения является устройство для фильтрации прядильного раствора (патент США N 3480706, кл. D 01 D 1/10, 1969), содержащее полый цилиндрический корпус с патрубками подачи и отвода прядильного раствора, установленную вдоль оси корпуса фильтровальную свечу с радиальными отверстиями для нагнетания раствора в ее центральный канал и размещенным на наружной поверхности свечи фильтровальным материалом, средство для крепления свечи в корпусе. Полимер прокачивают под высоким давлением, превышающим 70 кгс/см² через фильтр с низким перепадом давления 14 56 кгс/см². Фильтрование осуществляют перед прокачиванием полимера через фильеру.

Недостатком известного устройства является отсутствие конструктивных элементов для разделения пространства в корпусе на зоны высокого и низкого давления, что не обеспечивает надежность герметизации стыка между корпусом, крышкой и патрубком отвода. На уплотняемые поверхности воздействует возрастающее с течением времени давление прядильного раствора, что способствует разуплотнению поверхностей за счет люфта в резьбовых соединениях.

Технической задачей изобретения является повышение надежности герметизации устройства за счет самоуплотнения эластичного кольца, расположенного между зонами неравного давления прядильного раствора, и за счет выборки люфта в стыке между резьбовой крышкой и корпусом устройства.

Указанная задача достигается за счет того, что в устройство для фильтрации прядильного раствора к машине формования химических волокон, содержащее полый цилиндрический корпус с патрубками для подачи и отвода прядильного раствора, оснащенный уплотнительной крышкой и фильтровальной свечой, установленной в полости корпуса вдоль оси и имеющей радиальные отверстия в боковых стенках для нагнетания раствора в ее центральный канал через фильтровальный материал, размещенный на наружной поверхности свечи, а также средство для крепления свечи в корпусе, снабженное эластичным уплотнительным кольцом, разделяющим полость корпуса на зоны неравного давления раствора, причем патрубки для подачи и отвода размещены в зонах высокого и низкого давления соответственно, дополнительно введен демпфирующий элемент, установленный в зоне низкого давления корпуса между уплотнительной крышкой и эластичным уплотнительным кольцом с возможностью одновременного силового взаимодействия с ними.

Средство для крепления свечи в корпусе может быть выполнено в виде кольцевого установочного фланца, жестко связанного с наружной поверхностью свечи в зоне высокого давления и втулки, свободно охватывающей свечу в зоне низкого давления и образующей совместно с фланцем в продольном сечении корпуса контур, замкнутый на эластичное уплотнительное кольцо и опирающийся на кольцевой буртик корпуса.

Демпфирующий элемент может быть выполнен в виде гибкой проволочной спирали, установленной с возможностью регулирования жесткости витков, свободно охватывающих свечу. При этом уплотнительная крышка оснащена эластичной мембраной из антифрикционного материала, смонтированной в поперечном сечении полости крышки с возможностью непосредственного контакта с одним из торцов проволочной спирали, причем другой ее торец контактирует со свободным торцом втулки, обращенным к зоне низкого давления.

Отличительными существенными признаками заявляемого объекта, по сравнению с прототипом, являются следующие:
1) введение в устройство демпфирующего элемента, установленного в зоне низкого давления между уплотнительной крышкой и эластичным уплотнительным кольцом с возможностью одновременного силового взаимодействия с ними;
2) исполнение средства для крепления свечи в виде контура, образованного кольцевым установочным фланцем свечи, жестко связанным с ней, и втулкой, свободно охватывающей свечу, и замкнутого на эластичное уплотнительное кольцо с возможностью опоры на кольцевой буртик корпуса;
3) исполнение демпфирующего элемента в виде гибкой проволочной спирали, установленной с возможностью регулирования жесткости витков, свободно охватывающих свечу;
4) оснащение полости крышки эластичной мембраной из антифрикционного материала, смонтированной в поперечном сечении крышки с возможностью непосредственного контакта с одним из торцов проволочной спирали;
5) связь другого торца спирали со свободным торцом втулки средства для крепления свечи в корпусе.

Положительный эффект заявляемого объекта, по сравнению с прототипом состоит в обеспечении надежной герметизации устройства посредством:
1) самоуплотнения эластичного уплотнительного кольца, размещенного в замкнутом контуре на границе зон неравного давления прядильного раствора;
2) легкость сборки устройства и надежность уплотнения стыка между крышкой и корпусом путем выбирания люфта в резьбовом соединении;
3) устранения условий, способствующий заклиниванию стыка между крышкой, корпусом и демпфирующим элементом.

Первые две возможности реализуются за счет введения в устройство демпфирующего элемента, установленного с возможностью взаимодействия как с эластичным уплотнительным кольцом в момент воздействия на него постоянно возрастающего давления раствора, размещенного в зоне высокого давления, так и с уплотнительной крышкой в момент заворачивания ее по резьбе в корпусе, когда под действием пружинной спирали происходит выборка люфта. Третья из вышеуказанных возможностей является результатом установки эластичной мембраны из антифрикционного материала, уменьшающей силу трения между поверхностями стальной спирали и стальной крышки.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства фильтрации прядильного раствора; на фиг. 2 узел I на фиг. 1 (размещение демпфирующего элемента и свечи относительно средства для крепления последней в корпусе).

Предлагаемое устройство для фильтрации прядильного раствора к машине формования химических волокон содержит полый цилиндрический корпус 1 с патрубками для подачи 2 и отвода 3 прядильного раствора. Корпус оснащен резьбовой уплотнительной крышкой 4, снабженной уплотнительной прокладкой 5, и фильтровальной свечой 6, установленной вдоль оси корпуса и его полости. Свеча 6 имеет центральный канал 7, а в ее боковых стенках выполнены радиальные отверстия 8 для нагнетания через них прядильного раствора и распределения раствора вдоль продольной оси корпуса. На наружной цилиндрической поверхности свечи 6 размещен фильтровальный материал 9 (например, байка и хлопчатобумажный шифон), навернутый в несколько слоев на свечу 6 и закрепленный наружной спиралью 10, выполненной, например, из жгутика химических волокон. Свеча 6 снабжена средством для ее закрепления в корпусе 1, оснащенным эластичным уплотнительным кольцом 11, предназначенным для разделения полости корпуса 1 на зоны неравного давления (P_в и P_н) прядильного раствора. Причем патрубки подачи 2 и отвода 3 размещены в зонах высокого P_в и низкого P_н давления соответственно.

Устройство снабжено демпфирующим элементом 12, установленным в зоне низкого давления P_н корпуса между уплотнительной крышкой 4 и эластичным уплотнительным кольцом 11 с возможностью силового взаимодействия с обоими элементами.

Средство для крепления свечи 6 в корпусе 1 выполнено в виде кольцевого установочного фланца 13 и втулки 14, размещенных друг за другом последовательно вдоль оси корпуса с возможностью охвата свечи 6 по окружности ее цилиндрической поверхности. Причем фланец 13 размещен в зоне высокого давления P_в с возможностью опоры на буртик A корпуса 1 и может быть выполнен как заодно целое с деталью свечи 6, так и в виде отдельной детали, жестко связанной с наружной поверхностью свечи, например, посредством сварки. Втулка 14 смонтирована в зоне низкого давления P_н с возможностью свободного охвата с зазором свечи 6 и образует совместно с фланцем 13 в продольном сечении корпуса 1 контур, замкнутый на эластичное уплотнительное кольцо 11.

Демпфирующий элемент 12 выполнен в виде гибкой проволочной спирали, смонтированной с возможностью свободного охвата цилиндрической поверхности свечи 6 и с возможностью регулирования жесткости витков (P_пр, в зависимости от величины воздействующего на них усилия P_в. При этом крышка 4 оснащена эластичной мембраной 15, выполненной из антифрикционного материала (например, фторопласт-4 или ПТФЭ). Мембрана 15 смонтирована на кольцевом уступе Б в поперечном сечении крышки 4 с возможностью непосредственного контакта с одним из торцов гибкой проволочной спирали 12 для исключения ее фрикционного "закручивания". Указанное "закручивание" имело бы место при непосредственном контакте вращающейся при заворачивании по резьбе стальной крышки 5 относительно стальной пружинной спирали 12 (в силу значительной величины коэффициента трения между стальными поверхностями), причем фрикционное "закручивание" препятствовало бы силовому замыканию крышкой 4 корпуса 1 из-за возможности заклинивания их на стыке. При этом другой торец спирали 12 контактирует со свободным торцом втулки 14, обращенным к зоне низкого давления P_н.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы гибкую проволочную спираль 12 демпфирующего элемента устанавливают на свечу 6 с возможностью ее свободного охвата, т.е. с зазором и с упором в торец свободной втулки 14, а затем заворачивают гаечным ключом резьбовую крышку 4 с уплотнительной прокладкой 5, осуществляя тем самым силовое замыкание всех элементов в корпусе 1. При этом кольцевой уступ Б крышки 4 эластичную мембрану 15 воздействует на витки проволочной спирали 12, регулируя величину шага t₁ расстояние между витками спирали 12, характеризующие величину начальной жесткости P_пр1 ее витков. Расчетная жесткость витков спирали определяется необходимостью надежного уплотнения эластичным кольцом 11 полости корпуса с учетом перепада расчетных давлений P_в и P_н прядильного раствора в зонах неравного давления соответственно, для чего усилие сжатия P_пр1 спирали 12 должно быть равным или более давления P_в в зоне высокого давления в корпусе 1.

Затем открывают кран перед подающим патрубком 2 и прядильный раствор поступает (нагнетается) из дозирующего насоса машины формования волокон (не показаны) в полость корпуса 1 под давлением P_в, равным давлению раствора в насосе P_нас. По мере заполнения раствором зоны высокого давления корпуса 1 начинается фильтрация его через ячейки фильтровального материала 9 и распределение отфильтрованного раствора по радиальным отверстиям 8, через которые раствор нагнетается в центральный канал 7 свечи 6.

По мере заполнения центрального канала 7 отфильтрованный прядильный раствор устремляется в зону низкого давления P_н (на чертеже в верхнюю часть устройства), проникает из центрального канала 7 через верхние радиальные отверстия 8 в промежутки между витками спирали 12, винтообразно перемешиваясь, в полость корпуса 1 с зоной низкого давления P_н, а затем отводится через патрубок 3 далее по своей траектории, например, к фильерному комплекту (не показан).

В процессе фильтрации прядильного раствора с течением времени происходит засорение фильтровального материала 9, в связи с чем возрастает его гидравлическое сопротивление и соответственно увеличивается давление раствора в зоне высокого давления в корпусе 1 с P_в до P_в1. Давление P_в1 стремится протолкнуть раствор в зону низкого давления, минуя засоренный фильтр и фильтровальную свечу 6, прямо через разделительное уплотнение эластичное кольцо 11. При этом давление P_в1 преодолевая вес фильтровальной свечи 6, поднимает ее посредством силы, воздействующей на фланец 13 с буртика А корпуса 1 (фиг. 2). В этом случае происходит сжатие демпфирующего элемента, т.е. сокращаются расстояния t₁ до величины t₂ между витками проволочной спирали 12 (уменьшаются промежутки), и увеличивается жесткость ее витков. Теперь спираль 12 давит на втулку крепления 14 с большим усилием, чем прежде,
т.е. P_пр.2>P_пр.1.

Причем усилие спирали P_пр.2 противодействует усилию высокого давления P_в1, т.е. они направлены в противоположные стороны, и при равенстве величин P_пр.2 P_в1 подъем свечи 6 прекратится.

При этом эластичное кольцо 11, будучи сдавленным с двух взаимно-противоположных направлений вышеуказанными усилиями сжатой спирали 12 и постоянно возрастающего давления прядильного раствора (в зоне высокого давления), еще сильнее уплотнит разделяемые им полости зон неравного давления в корпусе 1. Таким образом, введение в конструкцию предлагаемого устройства демпфирующего элемента позволит, по сравнению с прототипом, осуществить принцип самоуплотнения разделенных между собой в полости корпуса зон неравного давления в случае засорения фильтровального материала или иной причины, вызывающей добавочное повышение давления раствора в зоне высокого давления в корпусе. Указанное преимущество по самоуплотнению зон неравного давления будет результатом возрастания жесткости спирали демпфирующего элемента при воздействии на нее (спираль) добавочного давления раствора со стороны зоны высокого давления. С увеличением жесткости спирали сила ее противодействия давлению раствора, естественно, увеличится, что приведет к двустороннему воздействию на эластичное уплотнительное кольцо силового контура как со стороны зоны высокого давления раствора, так и со стороны спирали, и в конечном счете, приведет к усилению герметизации. В конструкции прототипа, лишенного, в отличии от предлагаемого устройства, демпфирующего элемента, может произойти в подобном случае (добавочного повышения давления в зоне высокого давления) прорыв уплотнительного эластичного кольца между зонами неравного давления ввиду большой разницы усилий, воздействующих на него по двум взаимно-противоположным направлениям.

Кроме того, предлагаемая конструкция средства для крепления свечи в виде контура, замкнутого на эластичное уплотнительное кольцо, позволит оптимальным образом реализовать вышеуказанное взаимодействие двух противодействующих усилий (демпфирующего элемента и добавочного давления прядильного раствора) за счет возможности отрыва установочного фланца свечи от буртика корпуса с последующим продольным подъемом свечи, приводящим к сжатию спирали и ее противодействием подъему, в конечном счете вызывающим самоуплотнение эластичного кольца.

Помимо вышеуказанных преимуществ, исполнение демпфирующего элемента в виде гибкой проволочной спирали позволит получить дополнительный эффект по герметизации крышки в корпусе, связанный с тем, что сила противодействия спирали при заворачивании крышки будет обеспечивать выбирание люфта в резьбовом соединении крышки и корпуса. При этом введение эластичной мембраны из антифрикционного материала позволит нейтрализовать силу трения между стальными поверхностями крышки и спирали демпфирующего элемента в момент завинчивания крышки. Наличие значительного тормозного момента от сил трения между указанными поверхностями затруднило бы силовое замыкание корпуса с крышкой и даже могло бы привести к заклиниванию стыка между ними, что нарушило бы нормальную легкую сборку и уплотнение корпуса через уплотнительную прокладку с крышкой.

Прямого экономического эффекта внедрение предлагаемого устройства не даст, но повышение надежности герметизации улучшит условия эксплуатации устройства и в конечном итоге повысит его производительность.

Изобретение относится к производству химических волокон на машинах для формирования, в частности к устройствам для фильтрации прядильных растворов. Устройство содержит полый цилиндрический корпус с патрубками для подачи и отвода раствора, оснащенный уплотнительной крышкой и фильтровальной свечой, размещенной в полости корпуса вдоль его продольной оси. В боковых стенках свечи выполнены радиальные отверстия для нагнетания раствора в ее центральный канал, а на наружной поверхности свечи закреплен фильтровальный материал. Средство для крепления свечи в корпусе снабжено эластичным уплотнительным кольцом, разделяющим полость корпуса на зоны неравного давления раствора. Патрубки для подачи и отвода размещены в зонах высокого и низкого давления соответственно. Устройство снабжено демпфирующим элементом, установленным в зоне низкого давления корпуса между уплотнительной крышкой и эластичным уплотнительным кольцом с возможностью силового взаимодействия с ними. Средство для крепления свечи в корпусе выполнено в виде кольцевого установочного фланца, жестко связанного с наружной поверхностью свечи в зоне высокого давления, и втулки, свободно охватывающей свечу в зоне низкого давления, и образующей совместно с фланцем контур, замкнутый на эластичное уплотнительное кольцо. Демпфирующий элемент в виде гибкой проволочной спирали, установленной с возможностью регулирования жесткости витков, свободно охватывающих свечу. Уплотнительная крышка снабжена эластичной мембраной из антифрикционного материала. При этом один из торцов спирали контактирует с мембраной, а другой - с торцом втулки средства для крепления свечи в корпусе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для фильтрации прядильного раствора к машине формирования химических волокон, содержащее полый цилиндрический корпус, имеющий зоны высокого и низкого давления, в полости которого вдоль оси установлена фильтровальная свеча, имеющая радиальные отверстия для нагнетания раствора в ее центральный канал и размещенный на наружной поверхности фильтровальный материал, средство крепления свечи в корпусе, патрубки подачи и отвода прядильного раствора, размещенные соответственно в зонах высокого и низкого давлений, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит демпфирующий элемент, установленный в зоне низкого давления, при этом корпус оснащен уплотнительной крышкой, а средство крепления свечи эластичным уплотнительным кольцом, разделяющим зоны высокого и низкого давления, причем демпфирующий элемент установлен между уплотнительной крышкой и уплотнительным кольцом с возможностью силового взаимодействия с ними. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство крепления свечи в корпусе имеет кольцевой фланец, жестко связанный с наружной поверхностью свечи, установленный в зоне высокого давления на выполненный для него в корпусе буртик, и втулки, установленной в зоне низкого давления, свободно охватывающей свечу, при этом и фланец и втулка сопряжены с эластичным уплотнительным кольцом. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде гибкой проволочной спирали, свободно охватывающей свечу и установленной с возможностью регулирования жесткости витков, при этом уплотнительная крышка оснащена эластичной мембраной из антифрикционного материала, смонтированной в полости крышки с возможностью контакта с одним из торцов спирали, другой торец которой контактирует с обращенным к нему торцом втулки средства крепления свечи.