УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК D02J13/00 

Изобретение относится к производству химических волокон и нитей, а именно, к оборудованию для непрерывной термической обработки длинномерных материалов типа жгутов, нитей, пленок, тканых и нетканых материалов, и может быть использовано в химической, текстильной и легкой промышленности.

Известны устройства для непрерывной термической обработки длинномерного материала утюжного типа, которые очень широко используются в мире на крутильно-вытяжных машинах и даже на штапельных агрегатах при получении химических волокон и нитей. Типовое такое устройство по авт. свид. СССР 1057585, кл. D 02 J 1/22, Б.И. 44, 30.11.83. состоит из нагревателя, расположенного по одну сторону нити между верхним и нижним вытяжными дисками, рабочая поверхность которого параллельна нити с возможностью изменения площади контакта с нитью, блока стабилизации температуры нагревателя и чувствительного элемента.

Недостатки этого устройства следующие: большие теплопотери и энергопотребление из-за крайне малых площадей контакта движущихся по пластине рабочей поверхности нагревателя нитей или жгута по сравнению с общей поверхностью как нагреваемой пластины, так и наружной части нагревателя, его кожуха, что и ведет к интенсивному нагреву окружающего воздуха; частый выход из строя нагревательных чувствительных и регулирующих элементов, а также рабочей поверхности пластины нагревателя, которая покрывается налетом низкомолекулярных веществ (полимеры, замасливатели); крайне большой разброс температур как по поверхности одного нагревателя, так и по разным местам вытяжной машины все это ведет к неравномерности показателей готовой продукции (усадки, прочности, накрашиваемости и т.д.) и ухудшает проходимость и качество нити.

Известны устройства для бесконтактного нагрева длинномерных материалов. Одно из них устройство для обработки нитевидного материала по авт. свид. СССР 1350198, Б.И. 41, 07.11.87. кл. D 02 C 1/08, содержит корпус с рабочей поверхностью, вдоль которой движутся обрабатываемые нити. Для обеспечения постоянства температуры в объеме рабочей поверхности боковая заправочная щель в корпусе закрыта герметизирующей заслонкой в виде тела вращения с продольным пазом, в который вводят нить перед ее заправкой внутрь корпуса.

Недостатки этого устройства: низкая интенсивность прогрева нитей, большие габариты и энергопотери.

Известно также устройство для тепловой обработки непрерывно движущихся химических нитей по авт. свид. СССР 1015012, кл. D 02 J 13/00, Б.И. N 16, 30.04.83. содержащее теплоизолированный корпус с рабочим каналом и расположенными под и над ним камерами подогрева воздуха, каждая из которых имеет циркуляционный вентилятор, воздухонагреватель, установленный в средней части камеры, и средство для распределения воздушного потока, установленное на выходе из камеры и выполненое в виде концентричных лопаток с увеличивающимся по радиусу шагом, а также системы уплотнителей на входе и выходе из рабочего канала. Недостатки этого устройства обусловлены его конструкцией: крайне сложная конструкция, оно может использовано для крайне ограниченного ассортимента нитей, большие энегозатраты и потери, сложно в эксплуатации.

Известна бесконтактная термофиксационная камера из кн. А.Ф. Прошкова "Расчет и проектирование машин для производства химических волокон", М. "Легкая промышленность", 1982, с. 356 357, состоящая из медной трубки с винтовыми канавками, в которые уложена нихромовая спираль для нагрева, с термометром сопротивления датчиком температуры и теплоизоляцией. Трубка, внутри которой параллельно движется нить и количество трубок может быть различно, зафиксирована в корпусе с крышкой и стаканом с патрубком отсасывающей системы.

Недостатки устройства: низкая интенсивность нагрева из-за низкого коэффициента теплоотдачи, сложность конструкции, большие энергозатраты и потери.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и взятым нами за прототип является аппарат для непрерывной термической обработки жгутов волокон по авт. свид. СССР 1108152, кл. D 02 J 13/00, 1984.

Это устройство состоит из кожуха с расположенными внутри него электропроводящими теплоизолированными коаксиальными трубами с электрически изолированными боковыми поверхностями, соединенными между собой и подключенными к источнику тока, при этом коаксиальные трубы в сечении имеют форму эллипса с соотношением длины осей 3 10 1, а наружная труба состоит из двух частей, каждая из которых соединена одним торцом с торцом внутренней трубы, а другим с источником тока. Внутри трубы строго по центру вдоль оси коаксиальных труб располагается жгут.

Недостатки известного устройства следующие: невысокая интенсивность нагрева из-за низкого коэффициента теплоотдачи вследствие малых конвективных потоков газа в трубе, что вызывает необходимость увеличения габаритов аппарата и ограничение технологических возможностей устройства только для жгутов, а также ведет к большим энергозатратам и потерям.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса нагрева длинномерного материала, уменьшение энергопотерь и затрат, расширение технологических возможностей устройства при одновременном улучшении качества готовой продукции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для непрерывной термической обработки длинномерного материала, состоящем из кожуха, одной или нескольких труб с расположенным внутри них длинномерным и волокнистым материалом, термонагревательных и регулирующих элементов, труба имеет зеркальную внутреннюю поверхность и перемешивающие внутри нее нагретую газообразную среду средства, а также в ней размещают параллельно длинномерному материалу термонагревательный элемент. Перемешивающие газообразную среду внутри трубы средства могут быть выполнены в виде сопла, ориентированного внутри и внутрь трубы под углами 90 60^o к продольной оси трубы и 1 - 30^o в плоскости сечения к касательной трубы. Сопло подсоединено к вентилятору.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 разрез А-А изобретение на фиг. 1; на фиг. 3 показаны варианты размещения термонагревательных элементов и длинномерного материала внутри трубы (а, б) и труб внутри корпуса (в, г).

Устройство состоит (фиг.1) из кожуха 1, внутри которого расположена одна или несколько труб 2, покрытых снаружи теплоизоляцией 3, а изнутри имеющих зеркальную поверхность 4. Внутри трубы, параллельно оси ее, пропускают длинномерный волокнистый материал 5 и теплонагревательные элементы 6. Последние крепятся к боковым пластинам 7, снаружи покрытым, как и трубы, теплоизоляцией. Пластины 7 имеют отверстия 8 для прохождения длинномерного материала 5, транспортируемого с помощью узлов 9, например роликов. Перемешивающие средства могут быть выполнены по-разному, например, по типу мешалки 10, с приводом 11 или в виде сопел 12. Сопла ориентируют внутри и внутрь трубы 2 под углом 90 60^o к продольной оси трубы и 1 30^o к линии сечения трубы, например к касательной эллипса, окружности или более сложной замкнутой линии см. фиг. 2 3. Благодаря этому достигается интенсивное перемешивание воздуха внутри трубы 2. Зеркальная внутренняя поверхность 4 трубы обеспечивает максимальное поглощение энергии от теплоэлементов 6 длинномерным материалом 5. Циркуляция воздуха в трубе от сопла осуществляется за счет подсоединенного к нему вентилятора 13. При использовании в трубе нескольких сопел, они могут подсоединены как к одному, так и к нескольким вентиляторам. Для заправки длинномерного материала 5 через трубу могут быть предусмотрены герметичные продольные дверцы 14. Материал 5 и термоэлементы 6 могут размещаться внутри трубы 2 по разному, например при эллипсной форме сечения трубы в фокусах (фиг. 2), а также в фокусах, центре, а на равных расстояниях от центра (фиг. 3). Терморегулирующие элементы на фиг. 1 3 не показаны.

Устройство работает следующим образом.

Длинномерный волокнистый материал 5, нить или несколько нитей, жгут, пленка, ткань, нетканый материал пропускаются через трубку 2, которая может иметь боковую герметичную продольную дверцу 14 (как показано на фиг. 2). При помощи транспортирующих узлов 9 материал 5 перемещается с заданной скоростью через трубу 2. На термонагревательные элементы подается энергия, которая излучается внутри трубы 2, отражаясь от ее зеркальной поверхности 4 и равномерно перераспределяется во всем объеме трубы 2. Подаваемый от вентилятора 13 через сопла воздух или инертный газ обеспечивают интенсивное перемещение энергии внутри трубы. Сопла ориентируются в трубе таким образом, чтобы максимально интенсифицировать теплообмен и в то же время уменьшить выброс энергии из трубы во внешнюю среду. Поэтому пределы угла 1 30^o к касательной линии сечения трубы обеспечивают оптимальную циркуляцию воздуха, газа по образующей трубы. Если угол 0^o соответствует касательной и в этом случае газ просто не попадает внутрь трубы. Даже 1^o требует высокой точности изготовления канала, в который вводится сопло, но уже в этом случае газ попадает внутрь трубы 2 и движется по линии, описывающей поперечное сечение трубы. С увеличением угла упрощается закрепление сопла. К боковой стенке трубы 2, но при угле более 30^o наблюдается ухудшение процесса нагрева материала 5. Надо отметить, что количество подаваемого через сопла и отводимого через сопла и вентилятор 13 газа одинаковое. Пределы угла 90 - 60^o обусловлены тем, что сопла ориентированы также и вдоль оси трубы. При 90^o сопла направлены перпендикулярно к оси трубы. При угле более 90^o сопла будут направлены как бы наружу, а не внутрь трубы. Особенно это нежелательно для сопел, размещенных на входе и на выходе из трубы 2, т.к. нарушается тепловой режим, увеличивается выброс газа и тепла из трубы. С уменьшением угла (< 90^o) поток газа, закручиваясь вдоль трубы, интенсивнее перемешивает тепловые потоки и сильнее интенсифицируют теплообмен, однако при угле наклона сопла менее 60^o интенсивность теплообмена падает, газ быстро проходит вдоль трубы и выходит из нее. Сочетание ориентации сопел как бы в двух взаимодополняющих направлениях обеспечивает оптимальный теплообмен между термонагревательными элементами 6 и материалом 7. При использовании средства перемешивания в виде мешалки с приводом 11 перемешивание воздуха осуществляется за счет вращающейся в плоскости сечения трубы мешалки. Размещая термоэлементы 6 в одном фокусе, а материал 5 в другом фокусе эллипсообразной трубы 2, удается дополнительно интенсифицировать термонагрев материала 7. В качестве термоэлементов 6 можно использовать разные нагреватели, даже проволоку. Термоэлементы 6 внутри трубы 2 можно располагать по-разному, добиваясь максимальной теплоотдачи при минимальном расходе электроэнергии. При размещении в одном корпусе нескольких труб, можно одновременно прогреть несколько длинномерных материалов.

Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом следующие:
интенсификация процесса теплообмена позволяет равномерно прогревать материал и, следовательно, улучшить качество обрабатываемого материала, равномерность, физико-механических и физико-химических свойств;
значительно расширены технологические возможности термонагревательного устройства для обработки длинномерного материала, появляется возможность обрабатывать самые различные длинномерные материалы: нити, пленки, жгуты, ткани, полотна, повысить скорости движения материалов, т.е. интенсифицировать теплообменные процессы;
уменьшить энергопотери и затраты до 10% за счет интенсификации теплообмена между нагревателем и материалом.

Устройство для непрерывной термической обработки длинномерного материала предназначено для получения химических волокон, а именно на стадии прогрева комплексных нитей, волокон, мононитей, пленок в химической промышленности. Сущность изобретения: длинномерный волокнистый материал подвергают непрерывной бесконтактной термической обработке в одной или нескольких трубах, имеющих внутреннюю зеркальную поверхность, от расположенных внутри трубы и параллельно длинномерному материалу термонагревательных элементов при интенсивном перемешивании газообразной среды в трубе. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для непрерывной термической обработки длинномерного волокнистого материала, содержащее кожух, внутри которого расположена по меньшей мере одна теплоизолированная труба с проходящим через нее обрабатываемым длинномерным материалом, по меньшей мере один нагревательный элемент, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства для перемешивания внутри трубы нагретой газообразной среды, при этом внутренняя поверхность трубы выполнена зеркальной, а нагревательные элементы размещены внутри трубы параллельно направлению перемещения обрабатываемого материала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемешивания нагретой газообразной среды выполнено в виде сопла, подсоединенного к вентилятору и направленного внутрь трубы под углом 60 90^o к продольной ее оси и 1 30^o в плоскости сечения к касательной трубы в месте входа сопла. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство перемешивания нагретой газообразной среды выполнено в виде мешалки с приводом.