一种超临界流体增压计量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种超临界流体增压计量装置，包括超临界流体发生部分和超临界流体计量部分；其超临界流体发生部分包括第一截止阀、第一电磁阀、调压阀、第一压力表、气体增压泵、排气阀、第二截止阀、第二压力表、安全阀、第三截止阀、第一压力传感器、超临界流体储罐、第四截止阀、控制单元；其超临界流体计量部分包括先导阀、第三压力表、低压气体压力控制器、高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第二电磁阀、溢流阀、第三压力传感器、第五截止阀、第三电磁阀、超临界流体回收储罐、控制单元；控制单元采用PID控制策略，超临界流体发生部分的气体增压泵，采用PID控制，超临界流体计量部分采用旁通回流方案。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种气体增压计量装置，特别涉及一种超临界流体的增压发生与精确计量输送的装置，可用于聚合物微孔发泡注塑等对超临界流体注入压力、流量等有严格要求的系统中。
技术介绍
微孔发泡塑料定义为泡孔尺寸在10 μ m以下，泡孔密度在IO9个/cm3以上、具有闭孔结构的聚合物材料。该材料主要设计思想在于当塑料中泡孔的尺寸小于材料内部的裂纹时，泡孔的存在将使材料原来存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，从而使材料的力学性能得到提高。微孔发泡的发泡剂有两种化学发泡剂和物理发泡齐U。由于采用化学发泡剂产生的泡孔尺寸大小不一且分布不均匀，而且容易造成环境污染，化学发泡剂已经逐渐被物理发泡剂所替代。上世纪90年代后，超临界流体作为微孔发泡的物理发泡剂已倍受关注。超临界流体(Supercritical Fluid,简称SCF)是指处于临界温度和临界压力之上的流体，其物理和化学性质介于液体和气体之间。常用于微孔发泡的超临界流体有超临界CO2 (压力高于7.1MPa，温度高于31 °C)和超临界N2 (压力高于3. 4MPa，温度高于-147°C )。此类发泡剂具有无毒无残留，易得廉价，安全环保等优点，对多数的聚合物溶解度高、低黏度低、扩散系数大，而且采用适当的控制方法和工艺参数，即可获得泡孔尺寸、分布均匀的聚合物材料，所得材料力学性能相比化学发泡材料有明显改善。目前，微孔挤出技术中的超临界流体发生计量控制已在国内外经形成较为成熟的解决方法，而在微孔注塑技术中，由于需要将连续稳定的超临界流体流转化成非连续的超临界流体流，这对超临界流体的发生计量控制提出更高的要求，是微孔注塑工艺研究的难点和热点问题。微孔注塑过程中，每一次注入的超临界流体与熔融的聚合物混合均匀形成单相溶液，然后以较大的压力降驱 动气泡在聚合物中的形核并长大，进而获得具有均匀分布微小泡孔的优质聚合物材料。该过程中对于注入到注塑机料筒的超临界流体要求1)需要达到足够高压力，以维持超临界状态，并防止机筒内熔融聚合物回流；2)需要尽量保持压力稳定，防止因压力不稳造成与熔融聚合物混合不均匀；3)需要精确计量，达到减重目标，并且保证气泡不过分长大。北京中拓机械责任有限公司在2009年9月2号申请的授权公开的中国专利CN201471668U《超临界流体发泡剂剂量控制装置》中揭示了一种可以按照设定流量向往复式螺杆塑化装置或者间歇式塑化装置中注入超临界流体的控制装置和方法。其方法是采用截断式输送方法将超临界流体流由连续变为非连续，在解决截断管路是造成的管道内压力突变方面采用的方法是限制发生压力突变管路容积在O. 01毫升到2毫升，再次开通管路时，该段气体压力升高通过下游管路保留的正常压力的气体中和。该方法虽然可以解决每次开启管路时超临界流体对塑化装置内熔融聚合物的冲击问题，但是没有完全消除输送管路中的压力波动，多次的压力突变会对管路上游的精密稳压装置造成冲击，影响设备寿命；由于管路内输送的一般为压力在IOMPa以上高压超临界流体，频繁的压力突变是系统存在安全隐患；专利没有给出因压力波动造成超临界流体与熔融聚合物混合不均匀的解决方案。而由上段叙述可知，形成混合均匀的单相溶液是获得优质聚合物材料的前提。所以，该专利在解决超临界流体输送压力稳定性上尚有不足。
技术实现思路
本技术根据上述现有技术的不足之处，提出一种超临界流体增压发生、精确计量、稳压稳流的装置，选用气体驱动的增压泵作为超临界流体发生系统的主要装置，提出了旁通回流式高压流体输送管路设计方案，解决了截断式输送管路的压力突变问题，采用PID闭环控制策略，来保证每个塑化周期内向料筒注入发泡剂剂量的恒定和注入过程的稳定，从而保证发泡工艺的稳定性。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案。本实施例的超临界流体增压计量装置包括超临界流体发生部分和超临界流体计量部分。超临界流体发生部分包括第一截止阀(截止阀可以是气动截止阀)、第一电磁阀、调压阀、第一压力表、气体增压泵(可以是气动增压泵)、排气阀、第二截止阀、第二压力表、安全阀、第三截止阀(截止阀可以是高压截止阀)、第一压力传感器、超临界流体储罐、第四截止阀(截止阀可以是高压截止阀)、控制单元。其中，压缩空气源通过管路与第一截止阀、第一电磁阀、第一压力传感器、先导阀、第二电磁阀、第三电磁阀连接；排气阀和第二截止阀的进口通过三通管路接头与氮气源连接；第一截止阀、调压阀、第一压力表依次连接，调节气体增压泵的驱动气体压力；第二截止阀和第二压力表连接后一路与气体增压泵、第三截止阀、超临界流体储罐、第四截止阀依次通过压力管路连接，组成超临界流体增压管路，另一路连接超临界流体回收储罐；第四截止阀还与高压气体压力控制器连接；安全阀与超临界流体储罐的排气口连接，除了可以保护储罐压力处在安全范围内，也可在长时间停用该装置时用安全阀排出储罐内高压流体；第一压力表用于监测气体增压泵的入口压力，第一压力传感器用于获取超临界流体储罐内部压力，并通过数据线路连接控制单元；第一电磁阀的出口与第一截止阀的先导气体接口连接，并且通过数据线路连接控制单元。超临界流体计量部分包括先导阀、第三压力表、低压气体压力控制器(可以是电子压力控制器)、高压气体压力控制器(可以是气控调压阀)、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第二电磁阀、溢流阀、第三压力传感器、第五截止阀(截止阀可以是气动截止阀)、第三电磁阀、超临界流体回收储罐、控制单元。其中控制单元接收注塑机信号，第五截止阀与注塑机的料筒连接；先导阀、第三压力表、低压气体压力控制器依次连接，调节高压气体压力控制器的驱动气体压力；高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第三压力传感器、第五截止阀依次连接组成高压管路；第三压力表用于监测低压气体压力控制器的入口压力，第二压力传感器、第三压力传感器分别用于获取高压气体压力控制器出口处、第五截止阀入口处的压力，并通过数据线路连接控制单元；第二电磁阀、第三电磁阀的出口分别与旁通阀、第五截止阀的先导气体接口连接，并且通过数据线路连接控制单元；低压气体压力控制器通过数据线路连接控制单元；超临界流体回收储罐还通过溢流阀与旁通阀连接。所述超临界流体发生部分的控制单元与超临界流体计量部分的控制单元系同一>J-U ρ α装直。所述的控制单元采用PID控制策略，控制单元接收压力、注塑机的反馈信号，根据预先设计的数据关系控制低压气体压力控制器的输出压力，控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的通闭进而控制第一截止阀、旁通阀、第五截止阀的动作，完成超临界流体的增压发生，实现每个塑化循环周期发泡剂注入剂量的恒定和注入压力、流率的稳定。所述的超临界流体发生部分的主要增压设备为气体增压泵，采用PID控制，设定超临界流体压力上下限，自动开闭。所述的超临界流体计量部分采用旁通回流方案，旁通阀的回路出口和溢流阀的入口连接，溢流阀出口与超临界流体回收储罐入口连接，超临界流体回收储罐出口连接气体增压泵的输入口组成旁通回流管路，其中，溢流阀溢流压力设为超临界流体向注塑机料筒注入的注入压力。保持流体的一直流通，是本专利装置区别于截止式控制装置的根本特征。所述的调压阀和低压气体压力控制器的压力控制范围优选为O. 4 O.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界流体增压计量装置，其特征是，包括超临界流体发生部分和超临界流体计量部分；?超临界流体发生部分包括第一截止阀、第一电磁阀、调压阀、第一压力表、气体增压泵、排气阀、第二截止阀、第二压力表、安全阀、第三截止阀、第一压力传感器、超临界流体储罐、第四截止阀、控制单元；?其中，压缩空气源通过管路与第一截止阀、第一电磁阀、第一压力传感器、先导阀、第二电磁阀、第三电磁阀连接；排气阀和第二截止阀的进口通过三通管路接头与氮气源连接；第一截止阀、调压阀、第一压力表依次连接，调节气体增压泵的驱动气体压力；第二截止阀和第二压力表连接后一路与气体增压泵、第三截止阀、超临界流体储罐、第四截止阀依次通过压力管路连接，组成超临界流体增压管路，另一路连接超临界流体回收储罐；第四截止阀还与高压气体压力控制器连接；安全阀与超临界流体储罐的排气口连接，除了可以保护储罐压力处在安全范围内，也可在长时间停用该装置时用安全阀排出储罐内高压流体；第一压力表用于监测气体增压泵的入口压力，第一压力传感器用于获取超临界流体储罐内部压力，并通过数据线路连接控制单元；第一电磁阀的出口与第一截止阀的先导气体接口连接，并且通过数据线路连接控制单元；?超临界流体计量部分包括先导阀、第三压力表、低压气体压力控制器、高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第二电磁阀、溢流阀、第三压力传感器、第五截止阀、第三电磁阀、超临界流体回收储罐、控制单元；?其中控制单元接收注塑机信号，第五截止阀与注塑机的料筒连接；先导阀，第三压力表，低压气体压力控制器依次连接调节高压气体压力控制器的驱动气体压力；高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第三压力传感器、第五截止阀依次连接组成高压管路；第三压力表用于监测低压气体压力控制器的入口压力，第二压力传感器、第三压力传感器分别用于获取高压气体压力控制器出口处、第五截止阀入口处的压力，并通过数据线路连接控制单元；第二电磁阀、第三电磁阀的出口分别与旁通阀、第五截止阀的先导气体接口连接，并且通过数据线路连接控制单元；低压气体压力控制器通过数据线路连接控制单元；超临界流体回收储罐还通过溢流阀与旁通阀连接；?所述超临界流体发生部分的控制单元与超临界流体计量部分的控制单元系同一装置。...

【技术特征摘要】
1.一种超临界流体增压计量装置，其特征是，包括超临界流体发生部分和超临界流体计量部分；超临界流体发生部分包括第一截止阀、第一电磁阀、调压阀、第一压力表、气体增压泵、 排气阀、第二截止阀、第二压力表、安全阀、第三截止阀、第一压力传感器、超临界流体储罐、 第四截止阀、控制单元；其中，压缩空气源通过管路与第一截止阀、第一电磁阀、第一压力传感器、先导阀、第二电磁阀、第三电磁阀连接；排气阀和第二截止阀的进口通过三通管路接头与氮气源连接； 第一截止阀、调压阀、第一压力表依次连接，调节气体增压泵的驱动气体压力；第二截止阀和第二压力表连接后一路与气体增压泵、第三截止阀、超临界流体储罐、第四截止阀依次通过压力管路连接，组成超临界流体增压管路，另一路连接超临界流体回收储罐；第四截止阀还与高压气体压力控制器连接；安全阀与超临界流体储罐的排气口连接，除了可以保护储罐压力处在安全范围内，也可在长时间停用该装置时用安全阀排出储罐内高压流体；第一压力表用于监测气体增压泵的入口压力，第一压力传感器用于获取超临界流体储罐内部压力，并通过数据线路连接控制单元；第一电磁阀的出口与第一截止阀的先导气体接口连接， 并且通过数据线路连接控制单元；超临界流体计量部分包括先导阀、第三压力表、低压气体压力控制器、高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第二电磁阀、溢流阀、第三压力传感器、第五截止阀、第三电磁阀、超临界流体回收储罐、控制单元；其中控制单元接收注塑机信号，第五截止阀与注塑机的料筒连接；先导阀，第三压力表，低压气体压力控制器依次连接调节高压气体压力控制器的驱动气体压力；高压气体压力控制器、第二压力传感器、定量阀、旁通阀、第三压力传感器、第五截止阀依次连接组成高压管路；第三压力表用于监测低压气体压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国群，董桂伟，张磊，管延锦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
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