專利名稱：用于聚合物熔融液、特別是纖維素溶液的緩沖存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于基本恒定地向一擠出裝置供應(yīng)聚合物熔融液的緩沖存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器具有至少一個(gè)聚合物熔融液入口、至少一個(gè)聚合物熔融液出口和至少一個(gè)布置在聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口之間的、聚合物熔融液從中流過的均衡室，均衡室的體積可根據(jù)聚合物熔融液中所存在的壓力改變。
這類緩沖存儲(chǔ)器通常在擠出裝置中使用，該裝置盡可能用恒定的壓力供應(yīng)大多為高粘度的聚合物熔融液，在紡織工業(yè)中在噴絲設(shè)備(Spinnanlagen)和噴絲機(jī)(Spinnmaschinen)中，這類緩沖存儲(chǔ)器在擠出裝置中有特別的應(yīng)用，在噴絲設(shè)備和噴絲機(jī)中，聚合物熔融液是由纖維素、氨基氧化物-例如N-甲基嗎啉-N氧化物(NMMO)-和水組成的噴絲溶液。噴絲溶液通過噴絲機(jī)噴絲成長絲。緩沖存儲(chǔ)器的其它應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榇的C(jī)和深拉機(jī)和注塑機(jī)。
在噴絲機(jī)中，長絲的品質(zhì)主要取決于向噴絲機(jī)恒定地輸送聚合物熔融液。為了保證向噴絲機(jī)恒定地輸送聚合物熔融液，要采用緩沖存儲(chǔ)器，它緩沖聚合物熔融液供應(yīng)管路中的流量變化和壓力變化，其中，緩沖存儲(chǔ)器中的均衡室的體積可根據(jù)聚合物熔融液的流量變化和壓力變化而改變。
不過，采用緩沖存儲(chǔ)器產(chǎn)生新的問題。聚合物熔融液如纖維素熔融液的力學(xué)性能和化學(xué)性能是和時(shí)間有關(guān)的并且根據(jù)聚合物熔融液在緩沖存儲(chǔ)器和通向噴絲機(jī)的供應(yīng)管路中的滯留時(shí)間而變化。為了得到均勻的噴絲品質(zhì)，因此必須保證，聚合物熔融液盡可能均勻快速地流過緩沖存儲(chǔ)器的所有區(qū)域。
當(dāng)聚合物熔融液有高的粘度并且以較低的流動(dòng)速度流經(jīng)緩沖存儲(chǔ)器時(shí)，就產(chǎn)生問題。由于低的流動(dòng)速度和高的粘度，聚合物熔融液通過緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)主要是層流。
考慮到材料性能與時(shí)間的關(guān)系，層流流動(dòng)首先是嚴(yán)重的一方面，在層流流動(dòng)中，在壁的附近的流動(dòng)速度劇烈下降；另一方面，層流流動(dòng)有嚴(yán)重的分離危險(xiǎn)性。如果在緩沖存儲(chǔ)器中產(chǎn)生流動(dòng)分離，就會(huì)形成死水區(qū)或重復(fù)循環(huán)區(qū)。這兩個(gè)問題-不均勻的速度分布和流動(dòng)分離-導(dǎo)致聚合物熔融液在緩沖存儲(chǔ)器中的不同的滯留時(shí)間。其后果為，在緩沖存儲(chǔ)器中以較慢的流動(dòng)速度流動(dòng)因而在緩沖存儲(chǔ)器中較長地停留的區(qū)域，“老化”的聚合物熔融液的化學(xué)性能與力學(xué)性能相對于快速流過緩沖存儲(chǔ)器的聚合物熔融液有所改變。
聚合物熔融液流動(dòng)的分離區(qū)有時(shí)要通過在輸送聚合物熔融液時(shí)經(jīng)常發(fā)生的速度波動(dòng)并根據(jù)其不穩(wěn)定的性能至少部分地被沖洗。在該處被捕獲一段時(shí)間并“老化”的聚合物熔融液于是最終到達(dá)噴絲機(jī)并在該處被噴絲，由此，噴出的長絲的品質(zhì)強(qiáng)烈波動(dòng)。
根據(jù)WO 94/02408，使緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)均勻的措施在于安裝一個(gè)攪拌裝置，以便積極地通過緩沖存儲(chǔ)器運(yùn)輸和混合流動(dòng)。通過混合，流動(dòng)的速度曲線將均勻化，可以避免死水區(qū)和重復(fù)循環(huán)區(qū)。但是，由于聚合物熔融液的高粘度，攪拌裝置的驅(qū)動(dòng)裝置也需要很多的能量。在攪拌裝置設(shè)計(jì)不精確時(shí)，有這樣的危險(xiǎn)，即聚合物熔融液溫度升高。在此情況下，如果沒有昂貴的對策，聚合物熔融液的化學(xué)性能和力學(xué)性能在熱的影響下將發(fā)生變化。
在WO 96/05338中示出一種緩沖存儲(chǔ)器，聚合物熔融液從它沿軸向流過。在聚合物熔融液入口后面，均衡室按擴(kuò)散器形擴(kuò)展。均衡口成噴嘴形朝聚合物熔融液出口縮小。位于擴(kuò)散器段和噴嘴段之間的體積可根據(jù)聚合物熔融液中所要求的充滿水平加大或減小。
聚合物熔融液通過擴(kuò)散器與噴嘴的流動(dòng)有強(qiáng)烈分離的危險(xiǎn)性。因此，在WO 96/05338的緩沖存儲(chǔ)器中，為了使流動(dòng)均勻化和避免分離，在均衡室中安裝可從市場上得到的靜混合元件。該靜混合元件沿均衡室的整個(gè)橫截面延伸。
不過，均衡室的體積必須明顯加大，從而在該處可容納靜混合元件。由此，具有靜混合器的緩沖存儲(chǔ)器對許多應(yīng)用場合就變得太大。此外，由于長的流動(dòng)路徑和靜混合元件的大尺寸，緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)阻力也增加許多倍，以致用于輸送聚合物熔融液的能量消耗也增加。由此，也加大了聚合物熔融液升溫的危險(xiǎn)。
WO 96/05338的緩沖存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)為，當(dāng)擴(kuò)散器與噴嘴的開口角各自太大時(shí)，在擴(kuò)散器與噴嘴的區(qū)域的流動(dòng)有分離的傾向。這種危險(xiǎn)性恰在高粘度的聚合物熔融液緩慢流動(dòng)時(shí)存在。在分離的流動(dòng)中，形成分離渦旋并產(chǎn)生死水區(qū)，在該死水區(qū)中，高粘度聚合物熔融液停滯。此外，在不同的設(shè)備中，對于不同的流動(dòng)情況，常常需要重新設(shè)計(jì)和計(jì)算開口角，這是因?yàn)椋蛛x與流動(dòng)的速度有關(guān)。
考慮到這些缺點(diǎn)，本發(fā)明以這樣的任務(wù)為基礎(chǔ)，即提供一在流體力學(xué)上有利的緩沖存儲(chǔ)器，并涉及一種用于使緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)均勻的措施，它們不會(huì)或只是不大地改變緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)尺寸和流動(dòng)阻力。
按照本發(fā)明，對于前述類型的緩沖存儲(chǔ)器，此任務(wù)將如此解決，即在聚合物熔融液入口與聚合物熔融液出口之間，將均衡室分割成至少兩個(gè)沿流動(dòng)方向延伸的分室。
這種解決辦法簡單，并且有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以去掉流動(dòng)截面的擴(kuò)散器式的擴(kuò)大和噴嘴式的縮小通過將均衡室分割成至少兩個(gè)分室，可使分室的流動(dòng)截面仍然是小的，以致與聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口相比，不再需要有大的面積。其結(jié)果為，在按照本發(fā)明的緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)中，與現(xiàn)有技術(shù)水平相比，形成分離區(qū)的傾向明顯減小。由兩個(gè)分室形成的總流動(dòng)截面仍然較大，以致緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)阻力是小的。緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)尺寸可保持不變。
按照另一種有益的結(jié)構(gòu)，當(dāng)緩沖存儲(chǔ)器處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)分室的流動(dòng)截面基本與聚合物熔融液入口和/或聚合物熔融液出口的流動(dòng)截面相當(dāng)時(shí)，截面突變特別小。此時(shí)，當(dāng)聚合物熔融液無故障地被送到噴絲機(jī)，并且均衡室的體積基本對應(yīng)于均衡室的通過長的運(yùn)行時(shí)間確定的平均體積時(shí)，緩沖存儲(chǔ)器就處于其正常的運(yùn)行。當(dāng)聚合物熔融液的壓力升高或下降以及體積流量波動(dòng)時(shí)，均衡室的體積在平均值附近變化。
為了改變均衡室的體積，均衡室的壁可至少分段地由一活塞形成。此活塞可在緩沖存儲(chǔ)器中移動(dòng)，通過其移動(dòng)可以改變均衡室的體積。在另一有利的結(jié)構(gòu)中，可在活塞的離開均衡室的一側(cè)設(shè)置一具有流體輸入管路和一流體排放管路的充灌流體-即充灌氣體或液體一的活塞室。此活塞室可被施加以可調(diào)節(jié)的壓力，通過該壓力，在均衡室中的壓力即在聚合物熔融液中存在的壓力或均衡室的體積可以改變。通過流體排放管路，可在聚合物熔融液中有一壓力升高或體積流量加大以及與此相連的均衡室的體積加大時(shí)，將空氣從活塞室中排出。通過流體輸入管路，可在衡室的體積縮小時(shí)，向活塞室送入空氣。
另一種方案或?qū)Τ涔嗔黧w的活塞空間作一補(bǔ)充，可以設(shè)置一機(jī)械彈簧元件，通過它，產(chǎn)生一作用在活塞上的彈簧力。
在另一結(jié)構(gòu)中，活塞可與一位移傳感器連接，通過該傳感器可以發(fā)出信號。通過該信號，可以算出均衡室的體積。此信號可送至一數(shù)字處理設(shè)備，以便監(jiān)控一噴絲機(jī)設(shè)備，緩沖存儲(chǔ)器構(gòu)成該設(shè)備的一部分。
在另一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)中，均衡室可構(gòu)造成環(huán)形空間，而活塞則相應(yīng)地構(gòu)造成環(huán)形活塞。
當(dāng)聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口布置在環(huán)形空間的沿徑向相對的區(qū)域中時(shí)，將均衡室構(gòu)造成環(huán)形空間是有利的。由此，環(huán)形均衡室分岔成兩個(gè)同樣長的分室，由此，它保證有一同樣長的流過時(shí)間，而不管聚合物熔融液通過哪一個(gè)分室流動(dòng)。
在另一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)中，聚合物熔融液入口和/或聚合物熔融液出口沿軸向、也就是沿環(huán)形空間的對稱軸線的方向在環(huán)形空間中接通。在這種結(jié)構(gòu)中，緩沖存儲(chǔ)器可以簡單地與現(xiàn)有的管路系統(tǒng)做成一體。當(dāng)聚合物熔融液入口和/或聚合物熔融液出口在均衡室中與活塞相對布置，則這種結(jié)構(gòu)與一活塞組合時(shí)特別有利即使在均衡室中有最小的體積時(shí)，聚合物熔融液入口和/或聚合物熔融液出口也不會(huì)被可在緩沖存儲(chǔ)器中移動(dòng)的活塞蓋住。
當(dāng)按照另一有利的結(jié)構(gòu)，將聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口布置在環(huán)形空間的同一側(cè)時(shí)，則緩沖存儲(chǔ)器在現(xiàn)有的管路系統(tǒng)中的安裝與拆卸都是簡單的。在此結(jié)構(gòu)中，緩沖存儲(chǔ)器的接頭放置在一側(cè)，因此易于接近。
對于前述類型的緩沖存儲(chǔ)器，按照本發(fā)明，本發(fā)明的任務(wù)將如此解決，即均衡室設(shè)置至少一個(gè)伸入至聚合物熔融液的流動(dòng)中的流動(dòng)導(dǎo)向元件，以優(yōu)化流動(dòng)，該導(dǎo)向元件小于均衡室的流動(dòng)截面，并通過它沿均衡室的流動(dòng)方向至少局部地使速度曲線均勻化。在采用流動(dòng)導(dǎo)向元件時(shí)，也可以不必將均衡室分割成分室。
采用這種結(jié)構(gòu)，就使之能在緩沖存儲(chǔ)器中針對性地影響流動(dòng)的臨界區(qū)，該區(qū)域是這樣的區(qū)域，在其中產(chǎn)生分離，或在其中沿流動(dòng)截面的速度曲線非常不均勻，也就是有大的速度差異。
為了在均衡室中針對性地影響臨界流動(dòng)區(qū)，只需要一個(gè)小的流動(dòng)導(dǎo)向元件，其結(jié)構(gòu)尺寸可由專家通過簡單的適應(yīng)于各自的單獨(dú)情況的試驗(yàn)來確定根據(jù)流動(dòng)導(dǎo)向元件的特定的尺寸，用該元件可在一選取的臨界區(qū)可靠地達(dá)到流通的均勻化，并能可靠地避免發(fā)生不均勻的速度分布或分離，就可成功地減小流動(dòng)導(dǎo)向元件。用流動(dòng)導(dǎo)向元件的各自的新結(jié)構(gòu)尺寸，就可以確定-用數(shù)字或試驗(yàn)，是否已經(jīng)達(dá)到所希望的優(yōu)化的流動(dòng)效果。流動(dòng)導(dǎo)向元件的最小尺寸是這樣的結(jié)構(gòu)尺寸，這時(shí)，正好產(chǎn)生流動(dòng)優(yōu)化-就是說在所選擇的臨界區(qū)流動(dòng)均勻化和避免分離區(qū)和重復(fù)循環(huán)區(qū)。通過此試驗(yàn)系列得到的流動(dòng)導(dǎo)向元件的結(jié)構(gòu)尺寸出奇地小，并不會(huì)造成重大地妨礙通過均衡室的核心流動(dòng)，這是因?yàn)?，它們只占?jù)流動(dòng)截面的一小部分。
與完全充滿均衡室并對緩沖存儲(chǔ)器的整個(gè)流動(dòng)起作用的現(xiàn)有技術(shù)水平的靜混合器相反，按照本發(fā)明，只產(chǎn)生局限性的流動(dòng)影響。與靜混合器相比，此局部流動(dòng)影響和流動(dòng)優(yōu)化所需的流動(dòng)導(dǎo)向元件做得相當(dāng)小。由此，在采用按照本發(fā)明的流動(dòng)導(dǎo)向元件時(shí)，緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)尺寸基本不變。
通過避免重復(fù)循環(huán)區(qū)和死水區(qū)得到的流動(dòng)損耗回饋在于流動(dòng)導(dǎo)向元件的流動(dòng)阻力的數(shù)量級小，故緩沖存儲(chǔ)器的阻力不會(huì)加大。有時(shí)甚至還可能減小緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)阻力。
與聚合物熔融液通過平衡室的核心流動(dòng)相比，在分離區(qū)，在重復(fù)循環(huán)區(qū)和死水區(qū)，速度大大降低，甚至可以采取負(fù)值。于是產(chǎn)生一與緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)相反的流動(dòng)，即所謂的回流。
按照本發(fā)明的一個(gè)特別有利的結(jié)構(gòu)，可以將流動(dòng)導(dǎo)向元件布置在均衡室的一些區(qū)域的周圍，在該區(qū)域，在聚合物熔融液流動(dòng)中產(chǎn)生分離或嚴(yán)重的速度降低。這些區(qū)域?qū)＜覀兒苋菀子迷囼?yàn)和數(shù)值知道，不需要有裝在均衡室中的流動(dòng)導(dǎo)向元件。如果在均衡室中放置流動(dòng)導(dǎo)向元件，則它們在這些區(qū)域就可針對性地產(chǎn)生流動(dòng)優(yōu)化。
特別是在均衡室的流動(dòng)的流線即路徑有嚴(yán)重的彎曲的區(qū)域，在層流時(shí)有分離和形成大的渦旋的危險(xiǎn)。因此，在另一有利的結(jié)構(gòu)中規(guī)定，將流動(dòng)導(dǎo)向元件設(shè)置在均衡室的一定區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域，均衡室的流動(dòng)有嚴(yán)重的彎曲。流動(dòng)導(dǎo)向元件可作為單獨(dú)的部分形成，固定在均衡室中，或作為緩沖存儲(chǔ)器的外殼或活塞的一部分在均衡的壁上做成一體。
當(dāng)均衡室有一至少形成一個(gè)角部的流動(dòng)截面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生對均衡室的均勻流動(dòng)成問題的流動(dòng)狀況。在這種角部中，可能在均衡室的流動(dòng)中形成一滯后的角流。為了加速角流并從而避免聚合物熔融液在角部中的過長的滯留時(shí)間，可在另一有利的結(jié)構(gòu)中的角部區(qū)布置流動(dòng)導(dǎo)向元件。采用這種布置，則在均衡室的流動(dòng)中形成的角流可通過流運(yùn)導(dǎo)向元件均勻化。這例如可以如此完成，即在角部設(shè)置一流動(dòng)導(dǎo)向元件，該元件將均衡室的角部做成圓的，以對流動(dòng)有利。
在聚合物熔融液流入均衡室和流出均衡室的區(qū)域，當(dāng)聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口沿環(huán)形空間的對稱軸線的方向布置時(shí)，可能特別造成不均勻的流動(dòng)。此時(shí)，均衡室的直接對著聚合物熔融液入口的壁將通過流入均衡室的聚合物熔融液直接被噴吹，這樣，就在聚合物熔融液入口區(qū)造成不均勻的速度曲線。為了將在此情況下的流動(dòng)優(yōu)化，按照另一有利的結(jié)構(gòu)，可將流動(dòng)導(dǎo)向元件布置在均衡室的與聚合物熔融液入口和/或聚合物熔融液出口相對的壁上。
此時(shí)，流動(dòng)導(dǎo)向元件可基本有一朝著聚合物熔融液入口的方向的、最好是徑向?qū)ΨQ的突起的形狀。通過這一突起，從聚合物熔融液入口進(jìn)入均衡室的流動(dòng)可對流動(dòng)有利地被分開并沿均衡室的方向被導(dǎo)向，而不會(huì)產(chǎn)生聚合物熔融液的流動(dòng)分離和重復(fù)循環(huán)。
另一方案或?qū)Υ私Y(jié)構(gòu)作補(bǔ)充，在另一有利的結(jié)構(gòu)中，流動(dòng)導(dǎo)向元件基本有一朝聚合物熔融液入口的方向的、最好為徑向?qū)ΨQ的突起。采用這種結(jié)構(gòu)，從均衡室出來的流動(dòng)同樣逐漸地被導(dǎo)向，并且不會(huì)沿聚合物熔融液出口的方向形成死水區(qū)和重復(fù)循環(huán)區(qū)。
此時(shí)，在按照本發(fā)明的緩沖存儲(chǔ)器的發(fā)展結(jié)構(gòu)中，該突起布置在活塞上。
在另一有利的結(jié)構(gòu)中，流動(dòng)導(dǎo)向元件可構(gòu)造成槳葉或翼片的形狀。流動(dòng)導(dǎo)向元件的這些構(gòu)件也可以針對性地影響在臨界區(qū)域中經(jīng)過緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)。流動(dòng)導(dǎo)向元件也可以構(gòu)造成導(dǎo)向槳葉。這種導(dǎo)向槳葉將快速的核心流動(dòng)導(dǎo)入緩慢流動(dòng)的區(qū)域或在其尾部產(chǎn)生一渦旋，該渦旋徹底混合流動(dòng)并使其均勻化。
本發(fā)明還涉及一用于擠出設(shè)備的組合件，該擠出設(shè)備由一用于擠出聚合物熔融液的擠出機(jī)和至少一個(gè)用于向擠出機(jī)輸送聚合物熔融液的泵裝置組成。
在這種組合件中，前述任務(wù)將通過一按照上述有利的結(jié)構(gòu)之一的緩沖存儲(chǔ)器來解決。
特別是，擠出機(jī)可以是一個(gè)用于噴聚合物熔融液絲的噴絲機(jī)。在此情況下，聚合物熔融液可以是一種溶液特別是具有NMMO的纖維素溶液。
為了保證聚合物熔融液向至少一個(gè)泵裝置的輸送均勻化，此時(shí)，當(dāng)緩沖存儲(chǔ)器沿聚合物熔融液的輸送方向布置在此至少一個(gè)泵裝置的前面時(shí)，是有利的。
下面借助于兩個(gè)實(shí)施例說明按照本發(fā)明的緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和功能。
其中

圖1用第一徑向剖視圖示出按照本發(fā)明的緩沖存儲(chǔ)器的第一實(shí)施例；圖2用垂直于圖1的徑向剖視圖的第二徑向剖視圖示出圖1的實(shí)施例；
圖3用徑向剖視圖示出按照本發(fā)明的緩沖存儲(chǔ)器的第二實(shí)施例；圖4用垂直于圖3的徑向剖視圖的第二徑向剖視圖示出圖3的實(shí)施例。
首先描述圖1和2的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
圖1示出一緩沖存儲(chǔ)器1，它基本繞縱向軸線2對稱地構(gòu)成。圖1的剖視圖沿徑向通過聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4。聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4彼此沿徑向相對地布置在一環(huán)形均衡室5的一側(cè)。在圖1的實(shí)施例中，聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4的縱向軸線平行于縱向軸線2延伸。因此，聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4垂直地通入均衡室5中。
在聚合物熔融液入口的后面，均衡室5沿流動(dòng)方向分割成兩個(gè)分室5a和5b。分室5a和5b沿聚合物熔融液的流動(dòng)方向通過均衡室延伸。在實(shí)施例中，有兩個(gè)彎曲成扇形的分室5a、5b，它們共同形成一連續(xù)的環(huán)形空間5。每個(gè)分室5a、5b的橫截面在緩沖存儲(chǔ)器的正常運(yùn)行狀態(tài)下差不多相當(dāng)于聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4的橫截面。由于聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4的橫截面與每個(gè)分室5a、5b的橫截面大致相等，故可避免橫截面突變，該突變可能造成聚合物熔融液流動(dòng)的分離(Abloesung)。同時(shí)，兩個(gè)分室5a、5b的總流動(dòng)截面如此之大，使得聚合物熔融液緩慢地流過緩沖存儲(chǔ)器1。由于聚合物熔融液為低流動(dòng)速度和高粘度，故得到緩沖存儲(chǔ)器1的層狀的和恒定的均勻流動(dòng)，降低了緩沖存儲(chǔ)器的流動(dòng)阻力。
高粘度聚合物熔融液，尤其是由纖維素、水和氨基氧化物組成，通過聚合物熔融液入口3沿箭頭方向6進(jìn)入均衡室5。聚合物熔融液在流過均衡室5以后通過聚合物熔融液出口4沿箭頭方向7出來。緩沖存儲(chǔ)器1還另外設(shè)有一環(huán)形活塞8，該活塞支承在緩沖存儲(chǔ)器1中，可沿縱向軸線2的方向移動(dòng)。該均衡室5的體積可根據(jù)環(huán)形活塞8的位置改變。
圖1示出處于正常運(yùn)行狀態(tài)的緩沖存儲(chǔ)器1，在該狀態(tài)，緩沖存儲(chǔ)器1正常地運(yùn)行，均衡室5的體積在其附近改變。
在環(huán)形活塞8的離開均衡室5的一側(cè)，緩沖存儲(chǔ)器1設(shè)置一被密封的活塞空間9?；钊臻g9設(shè)有一流體輸入管路10和一流體排放管路11，通過它們，流體也就是氣體或液體可根據(jù)環(huán)形活塞8的位置被輸入或排出?；钊?還可通過輸入管路10和排放管路11被施加以預(yù)定的壓力，該壓力以后就在均衡室5中作用在聚合物熔融液上。也可以設(shè)置一作用在活塞8上的機(jī)械彈簧元件，以代替具有活塞室9和輸入管路與排放管路10、11的結(jié)構(gòu)。
另外，環(huán)形活塞8設(shè)置一位移傳感器12，通過它可以記錄環(huán)形活塞8的瞬時(shí)位置，并通過一信號線路13用信號的形式進(jìn)一步將其送至一數(shù)字處理設(shè)備(未示出)。在數(shù)字處理設(shè)備中，可通過位移傳感器12的信號確定或計(jì)算均衡室5的當(dāng)時(shí)的體積。
另外，緩沖存儲(chǔ)器1還設(shè)置一未示出的壓力檢測元件，通過它可以記錄活塞空間9中的壓力并用信號的形式輸出。此外，在緩沖存儲(chǔ)器中設(shè)置一同樣未示出的溫度計(jì)，通過它可以記錄聚合物熔融液的溫度和/或活塞空間9中的溫度。
在聚合物熔融液出口3的區(qū)域，緩沖存儲(chǔ)器設(shè)有一流動(dòng)導(dǎo)向元件14。該流動(dòng)導(dǎo)向元件14做成沿縱向軸線2的方向延伸并朝著聚合物熔融液入口3，同時(shí)沿此方向縮小的突起15的形狀。在聚合物熔融液出口4處存在著一同樣的突起15。該突起15同樣構(gòu)造成沿縱向軸線2的方向朝聚合物熔融液出口4延伸。這兩個(gè)流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15布置成與聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4的軸線16、17共軸線，并且有各自垂直于這些軸線15、16的圓形橫截面。
為了使位于緩沖存儲(chǔ)器1中的聚合物熔融液的溫度穩(wěn)定，設(shè)置一加熱套18，它在外面和里面包圍均衡室。加熱套18有一流體流過，該流體具有預(yù)定的、可以調(diào)節(jié)并控制的溫度。
圖2用一垂直于圖1的徑向剖視圖的徑向剖視圖示出圖1的實(shí)施例，圖中可看出按法蘭形構(gòu)成的聚合物熔融液出口4。
下面根據(jù)圖1和圖2說明按照本發(fā)明的流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15的功能。
在從聚合物熔融液入口3和聚合物熔融液出口4至均衡室5的過渡區(qū)，聚合物熔融液垂直地流入均衡室5中，并且必須被偏轉(zhuǎn)。為了使聚合物熔融液在此過渡區(qū)中的流動(dòng)盡可能無損耗地并且不形成死水區(qū)地改道，并且使流動(dòng)均勻化，就如同在上面說明的那樣，在此區(qū)域中各自設(shè)置一突起形式的流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15。通過此突起14，流動(dòng)就可以不產(chǎn)生死水區(qū)地或者不沿均衡室5的方向回流地被導(dǎo)向。
同樣在聚合物熔融液出口區(qū)4，聚合物熔融液的流動(dòng)可通過突起15均勻地向聚合物熔融液出口4被導(dǎo)向，不形成產(chǎn)生損耗的渦旋，不產(chǎn)生回流或死水區(qū)5。這在圖2中示意地通過箭頭19示出。
其中，流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15的形狀可根據(jù)均衡室和入口和出口各自的幾何形狀，根據(jù)各自的體積流量，并根據(jù)聚合物熔融液的各自的粘度通過簡單的試驗(yàn)如流動(dòng)可見性化(Stroemungssichtbarmachungen)或通過計(jì)算程序來優(yōu)化，在該流動(dòng)可見性化中，使渦旋和死水區(qū)成為可見的。對此，可將均衡室5和聚合物入口3或聚合物出口4之間的邊緣20做成圓角。由此可避免聚合物熔融液流動(dòng)在邊緣20處分離。
與均衡室5的流動(dòng)截面相比，流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15算是小的阻擋體(Einbauten)，它只在聚合物熔融液入口區(qū)3或聚合物熔融液出口區(qū)4影響均衡室5的流動(dòng)，并不防礙通過均衡室5的核心流動(dòng)。它們造成流動(dòng)的速度曲線的顯著的均勻化，并降低通過渦旋產(chǎn)生的流動(dòng)損耗。
由于避免了死水區(qū)和回流區(qū)或重復(fù)循環(huán)區(qū)，故可以通過流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15在緩沖存儲(chǔ)器1中實(shí)現(xiàn)聚合物熔融液以幾乎不變的滯留時(shí)間流過均衡室5。此外，通過流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15的小的結(jié)構(gòu)形狀，還可以通過回饋流動(dòng)損失來補(bǔ)償由其產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15如此之小，以致它們不用進(jìn)一步的改裝措施就可以裝在現(xiàn)有的緩沖存儲(chǔ)器1中。
按照本發(fā)明的具有優(yōu)化流動(dòng)的流動(dòng)導(dǎo)向元件的緩沖存儲(chǔ)器的另一實(shí)施例用如圖1和2的同樣的剖面圖示于圖3和4中，對于同樣的或類似的結(jié)構(gòu)元件采用了如圖1和2的同樣的參考符號。
圖3和4的實(shí)施例與圖1和2的實(shí)施例主要通過在均衡室的角部的附加的流動(dòng)導(dǎo)向元件來區(qū)別。通過這些流動(dòng)導(dǎo)向元件，可以避免形成角流。在角部，均衡室5的流動(dòng)嚴(yán)重滯后。因此，有這樣的危險(xiǎn)，即聚合物熔融液在角部老化。
為了修正角流，原則上可以有不同的措施，例如可以通過槳葉形或翼片形流動(dòng)導(dǎo)向元件朝角部方向引導(dǎo)來自經(jīng)過均衡室5的核心流動(dòng)的快速流動(dòng)。據(jù)本發(fā)明人所知，這一措施按現(xiàn)有技術(shù)水平在緩沖存儲(chǔ)器中也還是未為人知的。
不過，在圖3和4的實(shí)施例中，采取另一種途徑如同在圖4中看到的那樣，在均衡室5的矩形流動(dòng)截面的每個(gè)角上布置一填滿角部的做成圓角的流動(dòng)導(dǎo)向元件21a、21b、21c和21d。這些與流動(dòng)截面的角部相配的流動(dòng)導(dǎo)向元件防止產(chǎn)生緩慢的角流。流動(dòng)導(dǎo)向元件的曲率半徑可容易地用試驗(yàn)或數(shù)字計(jì)算確定，其中，可以進(jìn)行流動(dòng)可見化或阻力測量。
流動(dòng)導(dǎo)向元件21a-21d各自沿環(huán)形空間的周向成環(huán)形地延伸至相應(yīng)的角部中。兩個(gè)上面的流動(dòng)導(dǎo)向元件21c和21c固定在活塞8上，并根據(jù)均衡室5的體積隨活塞上下移動(dòng)。流動(dòng)導(dǎo)向元件21a-21d可以補(bǔ)充地裝在現(xiàn)有的緩沖存儲(chǔ)器中。
在聚合物熔融液入口區(qū)3和聚合物熔融液出口區(qū)4，流動(dòng)導(dǎo)向元件21a-21d最好與在該處安裝的突起14和15共同作用，其中，如同圖3所示的那樣，它們在內(nèi)緣和外緣上無縫地過渡至突起14、15。流動(dòng)導(dǎo)向元件14、15此時(shí)有與在圖1和2的實(shí)施例中的相同的作用。因此，在第二實(shí)施例中，不再討論它們的功能。
在圖3和4的實(shí)施例中，與均衡室5的流動(dòng)截面相比，流動(dòng)導(dǎo)向元件21a-21d也是小的。其流動(dòng)阻力在角流的流動(dòng)損耗回饋的數(shù)量級以內(nèi)。由此，它們根本不會(huì)或只是很少地提高緩沖存儲(chǔ)器1中的流動(dòng)損耗，并且不會(huì)加大緩沖存儲(chǔ)器1的結(jié)構(gòu)尺寸。
在流動(dòng)強(qiáng)烈彎曲的聚合物入口區(qū)3和聚合物出口區(qū)4，可如圖4所示，形成各個(gè)下部流動(dòng)導(dǎo)向元件21a和21b至聚合物熔融液入口3或聚合物熔融液出口4的平滑的過渡。
權(quán)利要求
1.用于基本恒定地向一擠出裝置特別是一噴絲機(jī)供應(yīng)聚合物熔融液特別是纖維素溶液的緩沖存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器具有至少一個(gè)聚合物熔融液入口、至少一個(gè)聚合物熔融液出口和至少一個(gè)布置在聚合物熔融液入口和聚合物熔融液出口之間的、聚合物熔融液從中流過的均衡室，均衡室的體積可以改變，其特征為，在聚合物熔融液入口(3)與聚合物熔融液出口(4)之間，均衡室(5)被分割成至少兩個(gè)沿流動(dòng)方向延伸的分室(5a、5b)。
2.如權(quán)利要求1的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，當(dāng)緩沖存儲(chǔ)器(1)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，每個(gè)分室(5a、5b)的流動(dòng)截面基本與聚合物熔融液入口(3)和/或聚合物熔融液出口(4)的流動(dòng)截面相當(dāng)。
3.如權(quán)利要求1或2的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，分室(5a、5b)有基本相同的流動(dòng)截面。
4.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，分室(5a、5b)基本從聚合物熔融液入口(3)延伸，基本至聚合物熔融液出口(4)。
5.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，均衡室(5)的壁至少分段地由一在緩沖存儲(chǔ)器(1)中移動(dòng)的活塞(8)形成。
6.如權(quán)利要求5的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，在活塞(8)的離開均衡室(5)的一側(cè)設(shè)置一具有流體輸入管路(10)和流體排放管路(11)的充灌流體的活塞室(9)，其中，活塞室(9)可被施加以可調(diào)節(jié)的壓力。
7.如權(quán)利要求5或6的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，活塞與一位移傳感器(12)連接，通過該傳感器，可以發(fā)出信號，通過該信號，可以計(jì)算均衡室(5)的體積。
8.如權(quán)利要求5的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，活塞(8)上被施加以由一機(jī)械彈簧元件產(chǎn)生的彈簧力。
9.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，均衡室(5)構(gòu)造成環(huán)形空間。
10.如權(quán)利要求9的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，活塞(8)構(gòu)造成環(huán)形活塞。
11.如權(quán)利要求9或10的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，聚合物熔融液入口(3)和聚合物熔融液出口(4)布置在環(huán)形空間的沿徑向相對的區(qū)域中。
12.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，聚合物熔融液通過聚合物熔融液入口(3)和/或聚合物熔融液出口(4)基本沿均衡室(5)的對稱軸線(2)的方向被引導(dǎo)入均衡室(5)中。
13.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，聚合物熔融液入口(3)和/或聚合物熔融液出口(4)在均衡室(5)中與活塞(8)相對布置。
14.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，聚合物熔融液入口(3)和聚合物熔融液出口(4)在均衡室(5)的同一側(cè)布置。
15.緩沖存儲(chǔ)器，特別是如權(quán)利要求1的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，均衡室(5)設(shè)置至少一個(gè)伸入至聚合物熔融液的流動(dòng)中的流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)，以優(yōu)化流動(dòng)，該流動(dòng)導(dǎo)向元件小于均衡室(5)的流動(dòng)截面，并通過它沿均衡室(5)的流動(dòng)方向至少局部地使速度曲線均勻化，其中，流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)布置在均衡室(5)的一定區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域中，沒有流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)，就會(huì)產(chǎn)生相對于均衡室的核心流動(dòng)的速度降。
16.如權(quán)利要求15的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，通過該流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)，可將均衡室(5)的流動(dòng)的核心流動(dòng)沿一定區(qū)域的方向?qū)?，在該區(qū)域中，沒有流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)，就會(huì)產(chǎn)生比核心流動(dòng)遲緩的流動(dòng)。
17.如權(quán)利要求15或16的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)布置在均衡室(5)的一定區(qū)域中，在該區(qū)域中，均衡室(5)的流動(dòng)有強(qiáng)烈的彎曲。
18.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，均衡室(5)有一流動(dòng)截面，該截面構(gòu)成一角部。
19.如權(quán)利要求18的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)布置在角部區(qū)中，通過該流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)，可使在均衡室(5)的流動(dòng)中形成的角流均勻化。
20.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15、21a-21d)布置在均衡室(5)的與聚合物熔融液入口(3)和/或聚合物熔融液出口(4)相對的壁上。
21.如權(quán)利要求20的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15)基本有一朝著流動(dòng)入口(3)方向的、最好是徑向?qū)ΨQ的突起的形狀。
22.如權(quán)利要求20或21的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，突起布置在活塞(8)上。
23.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的緩沖存儲(chǔ)器，其特征為，流動(dòng)導(dǎo)向元件基本構(gòu)造成槳葉形或翼片形。
24.一組合件，它由一用于擠出聚合熔融液的擠出機(jī)、由至少一個(gè)用于向擠出機(jī)和一緩沖存儲(chǔ)器輸送聚合物熔融液的泵裝置組成，其特征為，緩沖存儲(chǔ)器按照上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一緩沖存儲(chǔ)器,例如主要用于保證向一噴絲機(jī)恒定地供應(yīng)聚合物熔融液的存儲(chǔ)器。該緩沖存儲(chǔ)器設(shè)有均衡室(5)。上述室的體積可根據(jù)聚合物熔融液的壓力和體積流量的波動(dòng)改變。聚合物熔融液從一聚合物熔融液入口經(jīng)過上述均衡室至一聚合物熔融液出口流動(dòng)。本發(fā)明的目的在于使流過均衡室的流動(dòng)均勻化,并從而防止聚合物熔融液在均衡室中的滯留時(shí)間有大的離散,從而產(chǎn)生具有不規(guī)則的品質(zhì)的長絲,這種品質(zhì)是由于聚合物熔融液隨時(shí)間而改變的力學(xué)性能和化學(xué)性能引起的,而上述長絲是由噴絲機(jī)生產(chǎn)的。為達(dá)到此目的,均衡室設(shè)有至少一個(gè)流動(dòng)導(dǎo)向元件(14、15),它們伸入聚合物熔融液的流動(dòng)中,并用于優(yōu)化流動(dòng)。采用上述元件,沿流動(dòng)方向經(jīng)過均衡室,速度曲線至少部分地均勻化。
文檔編號D01F2/00GK1374902SQ00812942
公開日2002年10月16日 申請日期2000年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月8日
發(fā)明者斯特凡·濟(jì)凱利, 邁克爾·隆金, 弗里德里?！ぐ？?申請人:齊默爾股份公司