УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НИТЕЙ ИЗ ХИМИЧЕСКОГО И НАТУРАЛЬНОГО ВОЛОКОН Российский патент 1995 года по МПК F26B13/06 

Изобретение относится к сушке, в частности к объектам, использующим электрообогрев сопротивлениями, например, при непрерывной термофиксации нити на однопроцессных машинах ложной крутки и может быть использовано в промышленности химического волокна.

Известны установки для термообработки нитей, содержащие термическую камеру, выполненную в виде стеклянной трубки, на наружной поверхности которой размещена спираль из провода с высоким удельным сопротивлением [1]
Недостатками таких установок являются сложности, возникающие, преимущественно, при заправке нити в полость трубки и очистке ее поверхности, низкая производительность, ограниченная проходным сечением трубки и конвективностью метода тепломассообмена.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для термообработки нитей из химического и натурального волокон, содержащее приводные ролики для перемещения нити, теплоаккумулирующие элементы с нагревателями, размещенными внутри, установленными симметрично и греющими поверхностями, обращенными к нити, в котором теплоаккумулирующие элементы снабжены приводами поступательного перемещения для осуществления контактов с нитью, экранированные теплоизолирующей камерой с дополнительной щелью, а приводы поступательного перемещения включают установленные в температурно активной зоне направляющие элементы колодок, электромагниты с сердечниками и пружины, в зоне также размещены и приводные ролики нити [2] Известное устройство способствует улучшению заправки нити и очистки поверхности теплоаккумулирующего элемента, что обусловлено его выполнением в виде колодки с нагревательным элементом, размещенным внутри, и греющей поверхностью, обращенной к нити. Согласно изобретению заправка нити сводится лишь к укладке ее в пазы приводных роликов. Снабжение теплоаккумулирующих элементов приводами поступательного перемещения обеспечивает их контакт с теплоаккумулирующими элементами, что способствует реализации контактного тепломассообмена. Вместе с тем, достижение такого тепломассообмена способствует увеличению производительности, обусловленной преимущественно интенсификацией сушки и сокращением времени на заправку нити независимо от длины теплоаккумулятора.

Однако, известное устройство сложно, еще недостаточно надежно и производительно. Сложность изобретения поясняется содержанием в конструкции теплоизолирующего корпуса с дополнительной щелью, приводов поступательного перемещения колодок (с электрическими цепями питания электромагнитов, направляющими элементами и пружинами теплоаккумулирующих элементов).

Недостаточная надежность обусловлена размещением в температурной зоне, например, под теплоизолирующим корпусом, механически активных элементов конструкции, таких как приводные ролики нити, пружины, направляющие колодок, а также электромагниты с сердечниками. Режим сухого трения наряду с температурным расширением упомянутых механически активных элементов конструкции и влияние температуры камеры на обмотку электромагнита сокращают время наработки известного устройства на отказ.

Производительность объекта сдерживается, преимущественно, ограничением интенсификации тепломассообмена и малым КПД теплофикации, обусловленным, в основном, большим объемом корпуса и утечкой тепла через дополнительную щель.

Цель изобретения упрощение, повышение надежности и производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для термообработки нитей из химического и натурального волокон, содержащем приводные ролики для перемещения нитей, теплоаккумулирующие элементы с нагревателями, размещенными внутри, установленными симметрично и греющими поверхностями, обращенными к нитям, согласно изобретению, теплоаккумулирующие элементы выполнены цилиндрическими и установлены аксиально с возможностью образования радиального зазора, при этом образующая поверхности наружного теплоаккумулирующего элемента снабжена продольным вырезом для ввода и вывода нитей.

Отсутствие новых конструктивных элементов видоизменение и введение новых связей среди ограничительных признаков позволило предельно упростить известное устройство. В частности, исключена необходимость использования теплоизолирующей камеры, и устанавливаемых в температурной зоне механически активных элементов, таких, как направляющие, связанные с перемещаемыми колодками, приводы перемещения колодок (теплоаккумуляторов), выполненные в виде электромагнитов с цепями управления, пружины, а также дополнительной щели в теплоизолирующей камере и приводных роликов нити.

Цилиндрическая форма теплоаккумулирующих элементов позволяет ввести один из них в полость другого и аксиально зафиксировать с возможностью образования камеры в радиальном зазоре. Упрощение заключается в том, что указанное исполнение устройства позволяет наружному аккумулятору, кроме греющей функции, выполнить свойства теплоизолирующего корпуса, а выполнение продольного выреза на его цилиндрической образующей способствует исключению дополнительной щели, ибо заправка нити сводится к получению кольцевой траектории вокруг греющей поверхности внутреннего цилиндрического теплоаккумулятора, в соответствии с которой каждая нить выходит из радиального зазора (камеры) на участке вхождения. Согласно предложению, упомянутый вырез выполняет функции входной и выходной щели теплоизолирующей камеры. Выполнение устройства в виде цилиндрических теплоаккумуляторов, связанных аксиально, позволило уменьшить объем теплоизоли- рованной камеры, организовать ее в виде радиального зазора и освободить тем самым полость камеры от теплопоглощающих механически активных элементов. Указанное выполнение устройства не требует использования приводных узлов тепло- аккумуляторов, так как конструкция устройства обеспечивает их фиксированную аксиальную ориентацию и иную более производительную схему заправки и позволяет приводные ролики нитей установить за ее пределами.

Повышение надежности устройства достигается преимущественно упрощением конструкции. Не вызывает сомнения, что устранение электромагнитов в схеме привода колодок, установленных в температурной зоне, вынос за пределы устройства приводных роликов нитей, поддающихся температурному расширению и износу сухим трением, а также исключение остальных элементов (пружинонаправляющих) отвечает поставленной цели.

Выполнение теплоаккумулирующих элементов цилиндрическими и установка их в аксиальном положении с возможностью образования радиального зазора между ними информирует об отсутствии относительного перемещения последних и дополнительном притоке тепла внутрь зазора. В соответствии с предложением стабилизация теплового режима в зазоре достигается теплотой наружного теплоаккумулятора. Снижение объема камеры позволяет при меньшей потребляемой мощности увеличить удельную теплоемкость зазора, а следовательно, интенсифицировать сушку. Исключение подвижности теплоаккумуляторов, наряду со стабилизацией температурного режима в зазоре и повышением удельной теплоемкости отвечает цели технического решения.

Снижение количества щелей для входа и выхода нитей, компенсированных продольным вырезом на поверхности образующей наружного теплоаккумулятора, снижает утечку тепла, что способствует повышению надежности устройства в работе.

Повышение производительности объясняется преимущественно реализацией конвективного и контактного методов тепломассообмена, увеличением КПД теплофикации путем повышения удельной теплоемкости и исключения источника утечки тепла. Так, упрощение устройства позволило высвободить объем камеры от механизмов, поглощающих тепловую энергию. Размещение же теплоаккумуляторов, выполненных цилиндрическими, аксиально, с возможностью образования радиального зазора, позволило уменьшить объем "камеры" до минимального, что повысило удельную теплоемкость в зазоре. Количество тепла, излучаемого аккумуляторами в зазоре, суммируется таким образом, что отсутствие теплоизолирующей камеры на работе устройства не сказывается. Использование упомянутого продольного выреза, равно как и устранение из полости камеры энергопоглощающих механизмов, относится к снижению утечки тепла, что вместе с формированием радиального зазора, в котором суммируется тепловая энергия теплоаккумуляторов, повышает КПД теплофикации и способствует повышению производительности.

Заправка нитей сводится к укладыванию петель через торцы теплоаккумуляторов и продольный вырез без разборки теплоаккумулирующего корпуса и пропускания их через дополнительную щель кольцевой траектории, что составляет приращение производительности.

Следовательно, сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Каждый из приведенных в описании признаков необходим, а их отсутствие не позволит получить эффект, направленный одновременно на упрощение, повышение надежности и производительности конструкции.

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и другими известными объектами не позволило выявить в них признаков, отличающих предполагаемое изобретение от прототипа. Следовательно, оно соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 и 3 продольные разрезы.

Устройство для термообработки нитей из химического и натурального волокон включает приводные ролики нитей 1, симметрично которым размещены теплоаккумулирующие элементы 2, 3. Теплоаккумулирующие элементы 2, 3 выполнены цилиндрическими и зафиксированы аксиально. Внутри тепло- аккумулирующих элементов 2, 3 размещены нагревательные элементы (не показаны), а их греющие поверхности 4 и 5 обращены к нити. Фиксация теплоаккумулирующих элементов 2, 3 в аксиальном положении образует между греющими поверхностями 4, 5 радиальный зазор 6 для теплофикации нитей. На образующей цилиндрической поверхности наружного теплоакку- мулирующего элемента 2 выполнен продольный вырез 7 для ввода и вывода нитей. Теплоаккумулирующие элементы 2, 3 фиксируются в аксиальном положении с помощью элементов крепления 8, 9 к несущему элементу (не показан), являющихся одновременно клеммами энергоснабжения теплоаккумуляторов 2, 3.

Для осуществления устройства в качестве внутреннего теплоаккумулятора 3 целесообразно использовать резисторы типа МОУ-100, МОУ-200 или другие, с тепловой мощностью рассеивания не менее 50 Вт. Наружный теплоаккумулятор 2 рекомендуется выполнить из керамики со встроенной внутрь нихромовой спиралью. Формовка наружного теплоаккумулирующего элемента выполняется с учетом наружного диаметра резистора, используемого в качестве внутреннего теплоаккумулирующего элемента 3 с тем, чтобы высота радиального зазора 6 между греющими поверхностями 4, 5 составила 5-7 мм. Ширина продольного выреза 7 в наружном теплоаккумулирующем элементе составляет 9-15 мм и зависит, в основном, от габаритов теплоаккумулирующих элементов 2, 3 и расстояния между роликами 1. Угол охвата нитями теплоаккумулирующего элемента составляет 330-350^о.

Для заправки нитей в устройство каждую из них в виде петли подают последовательно через торцы теплоаккумуляторов 2, 3 в радиальный зазор 6, а концы выводят через вырез 7, пропускают через ролики 1. В зависимости от длины и мощности теплоаккумуляторов 2, 3 и количества пар роликов 1, установленных за пределами устройства, возможна заправка нескольких десятков нитей.

Температурный режим зазора предлагаемого устройства может составлять 60-120^оС и зависит от физико-механических свойств нитей из химического и натурального волокон и подвергается регулировке.

После заправки нитей в зазор 6 и укладки их на греющую поверхность 5 теплоаккумулятора 3 через вырез 7, включают приводное устройство (не показано). В процессе перемещения нить контактирует с греющей поверхностью 5 теплоаккумулятора 3 и подвергается тепловой фиксации одновременно контактным и конвективным методами обогрева. В дальнейшем нить после выхода из зазора 6 через вырез 7 направляется в крутильной механизм машины (не показан).

Предлагаемое устройство позволит осуществить высокоэффективные процесс термообработки движущихся нитей при работе текстурирующих машин ложного кручения на больших скоростях. Выполнение термоаккумулирующих элементов цилиндрическими и установка их между собою аксиально с возможностью образования радиального зазора исключает необходимость использования в температурной зоне приводного механизма и термоизолирующего корпуса, что упрощает конструкцию. Предлагаемое размещение теплоаккумуляторов позволяет наружному теплоаккумулятору проявить теплоизолирующие свойства наряду с нагревательными. Наличие выреза, выполненного на его поверхности, способствует при выполнении теплоаккумуляторов в виде цилиндров исключению источника теплопотерь-дополнительной щели.

Вырез выполняет функцию впускной и выпускной щели одновременно, что упрощает конструкцию. Упрощение конструкции, в результате которого достигнуто уменьшение объема камеры, позволило вынести за пределы устройства приводные ролики, устранить влияние сухого трения и температурного расширения на ряд механизмов и электромагнитное реле, что удовлетворяет требованиям высокой надежности. Повышение производительности обусловлено упрощением заправки нитей, преимущественно повышением интенсификации и КПД теплофикации, связанных, в частности, с уменьшением объема камеры, сокращением объектов, потребляющих тепловую энергию, сокращением утечек тепла и, в особенности, суммированием энергии источников контактного и конвективного нагревов. Сверхсуммарный эффект этого заключается в том, что поле источника конвективной теплофикации использовано для тепловой изоляции зоны обработки нитей от перепада температур окружающей среды. Большим резервом производительности является увеличение площади контактирования, (т. е. возможность заправки нитей перпендикулярно совмещенным продольным осям цилиндрических теплоаккумуляторов).

Увеличение производительности машин для текстурирования движущейся нити согласно предложению возможно в 1,8-2,0 раза на одну заправленную нить.

Устройство может быть успешно реализовано при сушке окрашенных нитей их химического и натурального волокон. Его дополнительные преимущества перед известными это компактность, низкая материало- и энергоемкость, удобство эксплуатации.

Использование: сушка нитей натуральных и химических волокон в легкой промышленности. Сущность изобретения: высушиваемая нить волокна перемещается с помощью приводных роликов 1 в радиальном зазоре 6, образованном центральным и внешним теплоаккумулирующими элементами 2 и 3. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НИТЕЙ ИЗ ХИМИЧЕСКОГО И НАТУРАЛЬНОГО ВОЛОКОН, содержащее приводные ролики для перемещения нитей, теплоаккумулирующие элементы с размещенными симметрично внутри них нагревателями и греющие поверхности, обращенные к нитям, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и производительности и упрощения конструкции, теплоаккумулирующие элементы выполнены в виде центрального и внешнего цилиндров, установленных аксиально с образованием между ними радиального зазора для перемещения нити, при этом внешний цилиндр снабжен продольным вырезом для заправки нити.