ДУТЬЕВАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1995 года по МПК C03B37/06 

Изобретение относится к устройствам для получения супертонкого волокна из силикатных расплавов и может найти применение в промышленности строительных материалов.

Известна дутьевая головка, содержащая корпус с патрубком для ввода энергоносителя, стакан, крышку с центральным отверстием для подачи расплава и сопловым патрубком, досопловую и подсопловую камеры, соединенные между собой тангенциальными каналами, и генератор акустических колебаний [1]
Недостатком известной головки является неустойчивость эжекции при горизонтальном способе раздува расплава, а при переработке расплавов с коротким интервалом вязкости, например муллитокремнеземистых, зашлаковывание резонирующей полости. Кроме того, в дутьевых головках этого типа наблюдается интенсивная ультразвуковая эрозия подсопловой камеры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является дутьевая головка, содержащая корпус с патрубком для ввода энергоносителя, стакан с фланцем, крышку с центральным отверстием и сопловым патрубком, кольцевое сопло образованное стаканом и сопловым патрубком, досопловую и подсопловую камеры, соединенные между собой посредством кольцевого сопла и тангенциальных каналов, выполненных во фланце стакана, и генератор акустических колебаний [2]
Недостатком этой дутьевой головки, особенно головок большой мощности, является интенсивная ультразвуковая эрозия подсопловой камеры как при вертикальном, так и при горизонтальном способе раздува, что приводит к необходимости частой замены стакана.

Цель изобретения защита подсопловой камеры от ультразвуковой эрозии при одновременном увеличении мощности головки.

Цель достигается тем, что в дутьевой головке, содержащей корпус с патрубком для ввода энергоносителя, стакан с фланцем, крышку с центральным отверстием для подачи расплава и сопловым патрубком, кольцевое сопло, образованное стаканом и сопловым патрубком, досопловую и подсопловую камеры, соединенные между собой посредством кольцевого сопла и тангенциальных каналов, выполненных во фланце стакана, и генератор акустических колебаний, стакан выполнен, по крайней мере, с одной нишей в стенке со стороны подсопловой камеры в форме резко расширяющегося кольцевого уступа, в своде которого выполнены прямоструйные сопла, оси которых расположены под углом 0-45^о к оси головки. Отношение проходного сечения кольцевого сопла и прямоструйных сопел составляет 0,3-1,6, отношение диаметра кольцевого сопла и длины стакана подсопловой камеры 0,25-2,0, отношение диаметра ниши и диаметра выходного отверстия стакана подсопловой камеры 1,0-1,56. Стакан выполнен разъемным. Досопловая камера снабжена цилиндрической перфорированной перегородкой, установленной коаксиально оси головки. Корпус головки снабжен продувочным устройством, выполненным в виде отверстия в его теле, с завинчивающейся пробкой.

На фиг. 1 показана дутьевая головка, продольный разрез; на фиг. 2 схема распределения струй, энергоносителя и расплава в дутьевой головке.

Дутьевая головка содержит корпус 1 с патрубком 2 ввода энергоносителя, установленный в корпусе 1 коаксиально ему стакан 3 с фланцем 4, крышку 5 с центральным отверстием 6 для подачи расплава и сопловым патрубком 7, кольцевое сопло 8, образованное стаканом 3 и сопловым патрубком 7, досопловую и подсопловую камеры 9 и 10, соединенные между собой посредством тангенциальных каналов 11, выполненных во фланце 4, и кольцевого сопла 8, и генератор 12 акустических колебаний, образованный кольцевой проточкой во фланце 4. В стенке стакана 3, который может быть выполнен разъемным, со стороны подсопловой камеры 10 выполнены ниши 13 в форме резко расширяющегося кольцевого уступа (в рассматриваемом примере две ниши по высоте стакана). В сводовой части 14 ниш 13 размещены дополнительные прямоструйные сопла 15, установленные под углом 0-45^о. Элементы раздува подсопловой камеры связаны следующими соотношениями min-max: проходные сечения акустического сопла и дополнительных прямоструйных сопел 0,3-1,6; диаметр акустического сопла и длина стакана подсопловой камеры 0,25-2,0; диаметр ниши и диаметр выходного отверстия подсопловой камеры 1,0-1,56.

В досопловой камере 9 коаксиально оси головки установлена цилиндрическая перфорированная перегородка 16 для очистки энергоносителя от механических примесей. Для удаления отфильтрованных перегородок 16 механических примесей головка снабжена продувочным устройством, выполненным в виде отверстия 17 в корпусе 1, с завинчивающейся пробкой 18. Снизу корпус 1 закрыт прижимной крышкой 19.

Головка работает следующим образом. Струя расплава, выдаваемая из плавильного агрегата, эжектируется через приемное центральное отверстие 6 крышки 5 в подсопловую камеру 10. Туда же направляется поступающий в подсопловую камеру 10 энергоноситель с давлением 4-7 кгс/см², например перегретый пар. Очищенный с помощью цилиндрической перфорированной перегородки 16 от механических примесей энергоноситель поступает из досопловой камеры 9 в подсопловую камеру 10 двумя потоками, первый из которых (основной) последовательно проходит через тангенциальные каналы 11, выполненные во фланце 4, генератор 12 акустических колебаний и кольцевое сопло 8 к корню факела раздува, второй по дополнительным прямоструйным соплам 15 непосредственно в камеру 10, экранируя при этом ультразвуковую периферию акустического потока.

В прототипе энергоноситель после кольцевой полости генератора акустических колебаний 12, пройдя сопло 8, поступает в подсопловую камеру 10 в виде вращающейся вихревой трубки. В осевой зоне трубчатого вихря в силу его аэродинамических особенностей создается низкое разрежение, которое стягивает стенки потока на геометрическую ось трубки с образованием пережима. В точке пережима диспергированный расплав испытывает эффект веретена, при котором часть микрочастиц, сталкиваясь, вновь сливается в макроструи, что приводит к снижению удельного выхода волокна и появлению в вате балласта в виде корольков и грубых волокон. После пережима поток энергоносителя на коротком участке трансформируется в струю с положительным осевым давлением, сохраняя вращение и направленность, последнее обстоятельство приводит к резкому центробежному раскрытию струи. Визуально трансформация потока энергоносителя в подсопловой камере прототипа имеет форму, близкую к конусу второго порядка. Раскрывающийся конус является источником абразивного износа стенок на выходе подсопловой камеры.

Для устранения недостатков прототипа поступающий через дополнительные сопла 15 второй поток энергоносителя вносит в подсопловую камеру 10 мощные струйные возмущения, препятствуя образованию пережима акустического потока и защищая стенки подсопловой камеры от ультразвуковой эрозии (фиг. 2). Дополнительные сопла сохраняют высокий удельный выход волокна, повышают в целом производительность дутьевой головки.

Оси дополнительных прямоструйных сопел относительно оси головки могут быть ориентированы как параллельно, так и под сходящимися углами в пределах 0-45^о. Величины углов могут быть одного и того же значения для всех сопел, например 30^о, или иметь варианты, например, часть сопел 0^о, часть 15^о, часть 45^о, и т. п. в зависимости от технологической потребности. При углах более 45^о головка запирается с потерей эжекции.

Многорядное (каскадное) расположение кольцевых ниш позволяет варьировать направленность воздействия сопел на часть или всю зону активного раздува расплава как в отношении угла подачи и количества энергоносителя, так и его скоростей. Элементы раздува подсопловой камеры связаны следующими соотношениями min-max: проходные сечения акустического сопла S и дополнительных прямоструйных сопел Z _S -S/E_s 0,3.1,6; диаметр акустического сопла D и длина стакана подсопловой камеры L D/L 0,25.2,0; диаметр ниши D^I и диаметр выходного отверстия стакана подсопловой камеры d D¹ /d 1,0.1,56.

Для очистки энергоносителя от механических включений типам окалины, сварочного шлака и т.п. в досопловой камере коаксиально оси головки установлена цилиндрическая перфорированная перегородка, диаметр отверстий которой не превышает наименьший диаметр сопел. В стенке головки выполнено продувочное отверстие для удаления накапливаемого шлама.

Сущность изобретения: дутьевая головка содержит корпус с патрубком для ввода энергоносителя, стакан с фланцем, крышку с центральным отверстием для подачи расплава с сопловым патрубком, кольцевое сопло, образованное стаканом и сопловым патрубком, досопловую и подсопловую камеры, соединенные между собой посредством кольцевого сопла и тангенциальных каналов, выполненных во фланце стакана, и генератор акустических колебаний. Стакан выполнен по крайней мере с одной нишей в стенке со стороны подсопловой камеры в форме резко расширяющегося кольцевого уступа, в своде которого выполнены прямоструйные сопла, оси которых расположены под углом 0 - 45° к оси головки. Отношение проходного сечения кольцевого сопла и прямоструйных сопел составляет 0,3 - 1,6, отношение диаметра кольцевого сопла и длины стакана подсопловой камеры - 0,25 - 2,0, отношение диаметра ниши и диаметра выходного отверстия стакана подсопловой камеры - 1,0 - 1,56. Стакан выполнен разъемным. Досопловая камера снабжена цилиндрической перфорированной перегородкой, установленной коаксиально оси головки. Корпус головки снабжен продувочным устройством, выполненным в виде отверстия в его теле, с завинчивающейся пробкой. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ДУТЬЕВАЯ ГОЛОВКА, содеражащая корпус с патрубком для ввода энергоносителя, стакан с фланцем, крышку с центральным отверстием для подачи расплава с сопловым патрубком, кольцевое сопло, образованное стаканом и сопловым патрубком, досопловую и подсопловую камеры, соединенные между собой посредством кольцевого сопла и тангенциальных каналов, выполненных во фланце стакана, и генератор акустических колебаний, отличающаяся тем, что стакан выполнен по крайней мере с одной нишей со стороны подсопловой камеры в форме резко расширяющегося кольцевого уступа, в своде которого выполнены прямоструйные сопла, оси которых расположены под углом 0 45^o к оси головки, при этом отношение проходного сечения кольцевого сопла и прямоструйных сопел составляет 0,3 1,6, отношение диаметра кольцевого сопла и длины стакана подсопловой камеры 0,25 2,0, отношение диаметра ниши и диаметра выходного отверстия стакана подсопловой камеры 1,0 1,56. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что стакан выполнен разъемным. 3. Головка по п.1, отличающаяся тем, что досопловая камера снабжена цилиндрической перфорированной перегородкой, установленной коаксиально оси головки. 4. Головка по п.1, отличающаяся тем, что корпус головки снабжен продувочным устройством, выполненным в виде отверстия в его теле, с завинчивающейся пробкой.