Способ проектирования и производства распределительного элемента для нанесения вязкой вспенивающейся жидкой смеси на ламинатор - RU2017112018A
Код документа: RU2017112018A
Формула
1. Способ (3000) проектирования и производства распределительного элемента (210, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300), имеющего центральный впуск (2) для приема заданной вязкой вспенивающейся жидкой смеси при заданной скорости потока (Qtotal) и имеющего заданное четное число (Nholes) выпусков (p1-p12), соединенных по текучей среде с вышеупомянутым впуском через основной канал (5), причем данные выпуски разнесены друг от друга на равные расстояния по заданной длине (Lbar),
причем распределительный элемент имеет такую геометрическую форму, что, когда соотношение заданной скорости потока (Qtotal), поступающего в центральный впуск, и заданной длины (Lbar) составляет, по меньшей мере, 1,00⋅10-4 м2/с, смесь будет выходить из каждого из выпусков (p1-p12) со средней скоростью, которая является постоянной для каждого из выпусков в пределах заданного допустимого интервала, составляющего не более чем +/- 5%;
причем данный способ включает следующие стадии:
a) выбор (3001) геометрической формы для изготавливаемого распределительного элемента и определение множества параметров, соответствующих физической форме и размерам вышеупомянутого распределительного элемента;
b) присвоение (3002) значений геометрическим параметрам;
c) создание (3003) виртуальной модели вышеупомянутой геометрической формы, имеющей вышеупомянутые присвоенные значения;
d) моделирование (3005) потока жидкой смеси в вышеупомянутой виртуальной модели посредством осуществления компьютерного моделирования динамики текучей среды (CFD) с учетом (3004) в моделировании модели неньютоновской разжижающейся при сдвиге текучей среды и заданного параметра (n, m) снижения вязкости при сдвиге вышеупомянутой вязкой вспенивающейся жидкой смеси;
e) оценка (3006) того, удовлетворяет ли моделируемый поток заданному критерию, и если результат вышеупомянутой оценки является отрицательным, повтор стадий (b)-(e); а если результат вышеупомянутой оценки является положительным, повтор стадий (b)-(e) или переход к стадии (f);
f) изготовление (3007) физического распределительного элемента, имеющего геометрическую форму, которая удовлетворяет заданному критерию.
2. Способ по п. 1, в котором модель неньютоновской разжижающейся при сдвиге текучей среды выбирается из группы, состоящей из следующих моделей: Оствальда - де Виля, Кросса, Карро - Яшида, Гершеля - Балкли, Бингама, Берда - Карро и Кассона.
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия (a) включает:
- выбор геометрической формы для основного канала (5), и определение первого множества параметров (Ddev, α, Lmin или Hmin), которые представляют физическую форму и физические размеры основного канала;
- выбор геометрической формы для множества выпусков (p1-p12) и определение второго множества параметров (L[i]; A[i]), которые представляют физическую форму и физические размеры множества выпусков.
4. Способ по п. 3, дополнительно включающий стадию выбора параметризованной аналитической функции, имеющей только два параметра (k, a) для определения вышеупомянутого числа второго множества параметров (L[i]; A[i]); и при этом стадия (b) включает присвоение значений вышеупомянутым параметрам (k, a) и вычисление геометрических параметров для каждого из данного числа выпусков (p1-p12) с использованием вышеупомянутой аналитической функции.
5. Способ по п. 4, в котором вышеупомянутая параметризованная аналитическая функция только двух переменных может выражаться следующей функцией или представлять собой ее эквивалент:
L(z)=B+k⋅(z/W)a,
или может выражаться следующей функцией или представлять собой ее эквивалент:
A(z)=B+k⋅(z/W)a,
где B и W представляют собой константы, z представляет собой расстояние в направлении длины распределительного элемента, L представляет собой длину выпуска, A представляет собой площадь поперечного сечения выпуска, и k и a представляют собой параметры.
6. Способ по п. 4 или 5, в котором стадия (e) повторяется для заданного числа сочетаний вышеупомянутых двух параметров (k, a).
7. Способ по любому из предшествующих пунктов,
в котором стадия (e) включает вычисление средней скорости на выпуске (v_avg[i]) для каждого выпуска и вычисление изменчивости этих средних скоростей на выпуске;
и причем заданный критерий заключается в том, что вычисляемая изменчивость средних скоростей на выпуске находится в пределах допустимого интервала, составляющего не более чем +/- 5%.
8. Способ по п. 7, в котором заданный критерий дополнительно включает проверку того, что каждая из средних скоростей на выпуске находится в интервале от 2,5 до 3,5 м/с.
9. Способ по п. 7 или 8, в котором допустимый интервал составляет не более чем +/- 4%, или не более чем +/- 3%, или не более чем +/- 2%.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором вязкая вспенивающаяся жидкая смесь содержит исходные материалы для образования полиуретана (PUR) или полиизоцианурата (PIR).
11. Способ по любому из пп. 1-9, в котором вязкая вспенивающаяся жидкая смесь содержит исходные материалы для образования полиуретана (PUR) или полиизоцианурата (PIR), и в причем модель неньютоновской разжижающейся при сдвиге текучей среды представляет формула: μ=mγ'n-1, где m представляет собой значение в интервале от 0,80 до 1,40 и n представляет собой значение в интервале от 0,50 до 0,90.
12. Способ по любому из пп. 1-9, в котором вязкая вспенивающаяся жидкая смесь содержит исходные материалы для образования полиуретана (PUR) в присутствии вводимого воздуха или полиизоцианурат (PIR) в присутствии вводимого воздуха, и в причем модель неньютоновской разжижающейся при сдвиге текучей среды представляет формула: μ=mγ'n-1, где m=m0/(1-1,16⋅φ0,424), и n=n0-0,59⋅φ), m0 представляет собой значение в интервале от 0,80 до 1,40 и n0 представляет собой значение в интервале от 0,50 до 0,90, и φ представляет собой объемную долю вводимого воздуха.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия (b) включает присвоение таких значений, что оценочное значение средней продолжительности пребывания (tdev) вязкой вспенивающейся текучей смеси в основном канале составляет менее чем 150 мс, и в котором стадия (e) дополнительно включает вычисление средней продолжительности пребывания (tdev) вязкой вспенивающейся текучей смеси в основном канале и подтверждение того, что вычисленная средняя продолжительность пребывания (tdev) составляет менее чем 150 мс.
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия (a) включает выбор геометрической формы для основного канала как трубчатой и сужающейся по направлению к наружным концам.
15. Способ по любому из пп. 1-14, в котором стадия (a) включает:
- выбор основного канала (5), имеющего форму поперечного сечения, выбранную из группы, которую составляют: круг, эллипс, треугольник, треугольник с закругленными сторонами, квадрат, квадрат с закругленными сторонами, прямоугольник, прямоугольник с закругленными сторонами, пятиугольник, пятиугольник с закругленными сторонами, шестиугольник, шестиугольник с закругленными сторонами, восьмиугольник, восьмиугольник с закругленными сторонами, многоугольник, многоугольник с закругленными сторонами, и в котором площадь поперечного сечения основного канала (5) изменяется непрерывно с расстоянием от центра.
16. Способ по любому из пп. 1-14, в котором стадия (a) включает:
- выбор основного канала (5), имеющего круглое поперечное сечение с первым внутренним диаметром (Ddev) в середине распределительного элемента и вторым внутренним диаметром (α⋅Ddev) у его наружных концов, причем диаметр уменьшается непрерывным образом между центром и наружными концам, причем соотношение (α) второго диаметра и первого диаметра представляет собой значение в интервале от 50% до 95%.
17. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором:
- геометрическая форма основного канала (5) выбирается таким образом, что имеется прямая центральная линия (6); и
- геометрическая форма выпусков (p1-p12) выбирается таким образом, что они представляют собой цилиндрические трубы, имеющие постоянный внутренний диаметр (Dhole), причем данные трубы имеют переменную длину (L[i]).
18. Способ по любому из пп. 1-16, в котором:
- геометрическая форма основного канала (5) выбирается таким образом, что имеется изогнутая центральная линия (6);
- геометрическая форма выпусков (p1-p12) выбирается таким образом, что они представляют собой цилиндрические трубы, имеющие постоянный внутренний диаметр (Dhole), причем выпускные отверстия каждой из труб (p1-p12) располагаются в одной плоскости.
19. Способ по любому из пп. 1-16, в котором:
- геометрическая форма основного канала (5) выбирается таким образом, что имеется прямая центральная линия (6); и
- геометрическая форма выпусков (p1-p12) выбирается таким образом, что они представляют собой выпускные щели, имеющие постоянное поперечное сечение (Bslot, Wslot) на протяжении своей длины, причем данное поперечное сечение представляет собой прямоугольник или прямоугольник с закругленными сторонами, и они имеют переменную длину (L[i]).
20. Способ по любому из пп. 1-16, в котором:
- геометрическая форма основного канала (5) выбирается таким образом, что имеется прямая центральная линия (6); и
- геометрическая форма выпусков (p1-p12) выбирается таким образом, что они представляют собой воронки, имеющие одинаковое выпускное отверстие (Dhole), причем данные воронки имеют различные площади поперечного сечения (A[i]) на своей поверхности соприкосновения с основным каналом (5).
21. Способ по любому из пп. 1-20, в котором изготовление на стадии (f) включает инжекционное формование с использованием таких материалов, как полиамид 6 (PA6) или акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS).
22. Способ по любому из пп. 1-20, в котором изготовление на стадии (f) включает стереолитографическое аддитивное производство с использованием таких материалов, как Tusk XC2700.
23. Способ по любому из пп. 1-20, в котором изготовление на стадии (f) включает аддитивное производство с моделированием методом наплавления с использованием таких материалов, как акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS).
24. Способ по любому из пп. 1-20, в котором изготовление на стадии (f) включает фрезерование с числовым программным управлением (CNC) с использованием металлических материалов или металлических сплавов.
25. Способ по п. 24, в котором материал выбирается из группы, которую составляют алюминий, сталь, алюминиевые сплавы, легированная сталь, нержавеющая сталь.
26. Способ проектирования и производства распределительного элемента для использования на производственной линии для изготовления практически однородного пеноматериала, причем данная производственная линия имеет одну или более смесительных головок, выполненных с возможностью подачи неньютоновской разжижающейся при сдвиге вязкой вспенивающейся жидкой смеси при заданной скорости потока (Qtotal), и ламинатор, имеющий заданную ширину и выполненный с возможностью работы при линейной скорости (Vline), составляющей, по меньшей мере, 15 м/мин, причем соотношение заданной скорости потока (Qtotal) и заданной ширины ламинатора составляет, по меньшей мере, 1,00⋅10-4 м2/с, причем данный способ включает следующие стадии:
i) оценка или определение четного числа (Nholes) выпусков распределительного элемента или оценка или определение расстояния (d) между двумя соседними выпусками с учетом линейной скорости и реакционной способности смеси;
ii) вычисление длины (Lbar) распределительного элемента на основании вышеупомянутого числа (Nholes) или вышеупомянутого расстояния (d);
iii) вычисление и производство распределительного элемента с определенным четным число выпусков (Nholes) и вычисленной длиной (Lbar) и вышеупомянутой заданной скоростью потока (Qtotal) для распределения вышеупомянутой вязкой вспенивающейся жидкой смеси с использованием способа по любому из пп. 1-25.
27. Распределительный элемент (210, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300), имеющий центральный впуск (2) для приема заданной вязкой вспенивающейся жидкой смеси при заданной скорости потока (Qtotal) и имеющий заданное четное число (Nholes) выпусков (p1-p12), соединенных по текучей среде с вышеупомянутым впуском через основной канал (5), причем данные выпуски разнесены друг от друга на равные расстояния по заданной длине (Lbar),
отличающийся тем, что данный распределительный элемент имеет такую геометрическую форму, при которой, когда соотношение заданной скорости потока (Qtotal), поступающего в центральный впуск, и заданной длины (Lbar) составляет, по меньшей мере, 1,00⋅10-4 м2/с, смесь будет выходить из каждого из выпусков (p1-p12) со средней скоростью, которая является постоянной для каждого из выпусков в пределах заданного допустимого интервала, составляющего не более чем +/- 5%.
28. Производственная линия, включающая:
- одну или более смесительных головок, выполненных с возможностью подачи неньютоновской разжижающейся при сдвиге вязкой вспенивающейся жидкой смеси при заданной скорости потока (Qtotal);
- ламинатор, имеющий заданную ширину (Wpanel) и выполненный с возможностью работы при линейной скорости (Vline), составляющей, по меньшей мере, 15 м/мин;
- распределительный элемент, спроектированный и изготовленный по любому из пп. 1-25, причем данный распределительный элемент присоединен через свой впуск (2) к одной или более смесительным головкам для приема вышеупомянутой вязкой вспенивающейся жидкой смеси и установлен над вышеупомянутым ламинатором для нанесения вышеупомянутой вязкой вспенивающейся жидкой смеси на вышеупомянутый ламинатор через свои выпуски (p1-p12);
причем соотношение заданной скорости потока (Qtotal) и ширины ламинатора составляет, по меньшей мере, 1,00⋅10-4 м2/с.
29. Производственная линия по п. 28, в которой ламинатор выполнен с возможностью работы при линейной скорости, составляющей, по меньшей мере, 20 м/мин, или, по меньшей мере, 25 м/мин, или, по меньшей мере, 30 м/мин, или, по меньшей мере, 35 м/мин, или, по меньшей мере, 40 м/мин, или, по меньшей мере, 45 м/мин, или, по меньшей мере, 50 м/мин.
30. Компьютерный программный продукт для проектирования и производства распределительного элемента по любому из пп. 1-25, который при исполнении на компьютерной системе, включающей компьютерное устройство и управляемое компьютером производственное устройство, отличается тем, что:
- компьютерное устройство включает программное обеспечение для компьютерного моделирования динамики текучей среды (CFD) и программный драйвер для управления вышеупомянутым производственным устройством;
- и фрагменты программного кода для осуществления, по меньшей мере, стадии (d), (e) и (f) способа.
31. Компьютерный программный продукт по п. 30, в котором устройство для управляемого компьютером производства выбирается из группы, которую составляют устройство для управляемого компьютером инжекционного формования, устройство для управляемого компьютером стереолитографического аддитивного производства, устройство для управляемого компьютером аддитивного производства с моделированием методом наплавления и устройство для фрезерования с числовым программным управлением (CNC).
