Барабан для производства тонких пленок Советский патент 1989 года по МПК B29B7/82 B29C71/02 B29C43/46 

(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. Р. 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.

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 капиллярно- пористой структуры для заполнения теплоносителем, выполненный из стальной сетки в

с «

(л

4

1

со ю

оо

виде одного ити нескольких слоев, приваренных к поверхности точечной сваркой.

Дополнительный элемент 4 капиллярно- пористой 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 трубок, внутренние полости которых заполнены любой пористой структурой, насыщенной теплоносителем, Накопители 5 прикреплены к концам секций дополнительного элемента 4 и удерживаются за счет сил упругости. Накопители 5 могут дополнительно поджиматься распорным кольцом (не показано). Они могут выполняться любой геометрической формы: прямоугольной, треугольной 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 пор 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 формуле свободно падающих капель: W

1 2gh;, где hi изменяется от верхнего мак симального значения п«акс до минимальных

значений 1ъ В среднем высоту h можно

оценить как внутренний радиус барабана

(фиг. 1). тогда V V2gRc; и, например при радиусе мм 9,8-0,,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 основ( ном величиной скрытой теплоты парообразования, выражение для удельной плотности теплового потока имеет вид

,(1)

где V -средняя скорость циркуляции жид jкости;

г - удельная теплота парообразования. Следовательно, увеличение средней скорости приводит к увеличению снимаемых тепловых нагрузок. Сопротивлением при движении капель в паре можно пренебречь

0 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

5

(2)

где АР - давление, обусловленное капиллярным напором;

ДРЯ - давление, обусловленное действием гравитационных сил. Раскрывая значения входящих величин, получаем

2pgh,(3)

К Ф

где а - коэффициент поверхностного натяжения конденсата;

R-аф - эффективный радиус капиллярно- пористой структуры; р - плотность конденсата; h - высота подъема конденсата против действия сил тяжести и равная

из (3);

h lfe(4)

Таким образом, высота подъема жидкости в самом неблагоприятном случае (подъем против сил тяжести по вертикали) служит шагом для выбранной конструкции накопителей. Количество накопителей 5 рассчитывается по формуле

.. 2яН

.(5)

где R - внутренний радиус стенки барабана. Как следует из выражения (4), шаг установки накопителей 5 обратно пропорциоГП|

(6)

нален эффективному радиусу дополнительного элемента 4 капиллярной структуры. Количество жидкости, необходимое для отвода подводимого количества тепла, равно

Ц/от в ГР

где QOTB - отводимое количество тепла.

Общее количество жидкости, необходимое для заполнения барабана, равно

т т|+гп2+гпз-т-т4,

где mi - количество жидкости, необходимое

для тепла;

rri2 - количество жидкости в элементах 3 и 4 капиллярной структуры; тз - количество жидкости в накопителях 5; т4 - количество жидкости, находящейся в паровой фазе.

Таким образом, за счет дополнительного количества жидкости, находящейся в накопителях 5 и поступающей затем по ка- пиллярной 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 капиллярно- пористой 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 ка- пиллярно-пористой структуры с небольшим эффективным радиусом пор. Дополнительный элемент 4 капиллярно-пористой структуры необходим для отвода без препятствий пара при высоких тепловых потоках. Так, при плотностях теплового потока 4-5 ВТ/см2 на участке непосредственного полива расплава с температурой 280°С (на

ю

2025

354045 30

пример, для пленки полиэтилентерефталат- ной) 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 больший эффективный радиус пор (п Ф 100-120 мкм), поступает к капиллярной структуре элемента 3 с меньшим- эффективным радиусом пор (гэр 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 .

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.

Формула изобретения

Барабан для производства тонких пленок, содержащий корпус, расположенный по его внутренней поверхности основной элемент непрерывной капиллярно-пористой структуры для заполнения его теплоносителем и устройство подачи хладагента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса охлаждения за счет увеличения скорости циркуляции теплоносителя при обеспечении равномерного температурного его поля, барабан снабжен дополнительным элементом капиллярно-пористой структуры с большим, чем у основного элемента, эффективным радиусом пор и накопителями для 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 накопителях, шаг установки которых в корпусе обратно пропорционален эффективному ра- ди-усу пор дополнительного элемента.

Bb/xoff

Фиг.1

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.

Фиг. 2