СПОСОБ ШЛИХТОВАНИЯ ОСНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК D06B3/00 

Изобретение относится к текстильной промышленности, а более конкретно к технологиям ткацко-подготовительного производства, особенно к шлихтованию основ марлевой группы.

Преимущественная область применения способа и устройства текстильные фабрики, вырабатывающие разреженные хлопчатобумажные ткани.

Одновременная технология и техника шлихтования (покрытия защитным клеевым слоем перед ткачеством) нитей основ будущих тканей ориентирована на основы тканей массового ассортимента, поэтому при обработке основ, отличающихся, в частности, низкой поверхностной плотностью, например, марлевых, наблюдается снижение эффективности обработки. В частности, марлевая основа значительно разреженней и гигроскопичней, чем у других тканей, и потому может обрабатываться на значительно больших скоростях. Но сдерживает пропитка, поскольку применяемые в известных технологиях средства интенсификации пропитки полотна основы шлихтовальным раствором на разреженных основах не срабатывают. Получается так, что даже наиболее "узкое" место шлихтовальной машины сушка позволяет поднять скорость, а пропитка не успевает. Устранение этого противоречия и есть предмет настоящей заявки.

К сожалению, опробованная нами и послужившая основой настоящей заявки идея "гидродинамического крыла" в патентных материалах позднее 60-х годов не появлялась, поэтому приведенные нами аналоги и прототипы стары по возрасту. Вероятно, неудача с этой идеей в те годы, когда рабочие скорости машин не достигали эффективного порога, надолго сделали ее неинтересной для изобретательства. Сейчас положение изменилось.

Известны способ шлихтования основ и устройство для его осуществления: способ, включающий размотку нитей основы с паковок, пропускание их через горячий раствор шлихты, отжим валами, сушку и наматывание на ткацкий навой, и устройство, содержащее источник нитей основы, ванну для шлихтовального раствора с замещенными в ней перекатным роликом и нагревателем, отжимные валы, сушильное и наматывающее приспособления. Нагреватель в ванне расположен у дна ванны и предназначен для подогрева всего объема раствора /1/.

Недостатком этих способа и устройства является низкая эффективность из-за того, что разреженность основы как предпосылка дополнительной интенсификации пропитки полотна основы шлихтовальным раствором не используется совсем. Температура пропитки является универсальным интенсификатором, и на плотных основах, наверное, и единственным, но на разреженных все же остается много неиспользованных резервов. В частности, плотные, проницаемые в поперечном направлении основы еще хорошо реагируют на гидродинамический режим пропитки, что данный способ-аналог совсем не использует.

Более прогрессивны следующие способ и устройство шлихтования основ: способ, включающий размотку нитей основы с паковок, пропускание их через турбулентные потоки раствора шлихты, причем турбулентные потоки раствора шлихты при пропускании через них основы формируют в непосредственной близости от места входа основы на перекатной ролик, установленный в ванне для изменения направления движения основы, отжим валами, сушку и наматывание на ткацкий навой; и устройство, содержащее источник нитей основы, ванну для шлихтовального раствора с размещенными в ней перекатным роликом и турбулизатором в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения основы неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения, отжимные валы, сушильное и наматывающее приспособления. Турбулизатор размещен перед перекатным роликом и на стороне, обращенной к основе, имеет профиль, эквидистантный полотну основы /2/.

Эти способ и устройство наиболее близки к предлагаемым и приняты за прототип.

Хотя турбулизация потока раствора значительно интенсифицирует пропитку проницаемых основ, поскольку раствор начинает двигаться не только параллельно основе, но и сквозь ее, эффективность способа-прототипа все же далека от идеала. Дело в том, что место формирования турбулентных потоков выбрано не совсем оптимальное, поскольку после ролика имеется открытое пространство, где поток разрушается совсем без пользы. К тому же в способе-прототипе поток турбулизируется расположенной близко и на постоянном расстоянии от основы пластиной-турбулизатором, значит, поток на всем протяжении его взаимодействия с основой имеет постоянную плотность. Это неважно при данном местонахождении потока, но становится существенным тормозом, когда пытаешься оптимизировать это место, исключив свободное пространство впереди, тогда лишаешься возможности использовать динамический напор потока, "сработать" его на преграде в скачок давления.

Целью изобретения является повышение эффективности шлихтования основ разреженной структуры.

Для достижения этой цели при шлихтовании основ по способу, включающему размотку нитей основы с паковок, пропускание их через турбулентные потоки раствора шлихты, отжим валами, сушку и наматывание на ткацкий навой, согласно изобретению турбулентные потоки раствора шлихты при пропускании через них основы формируют в непосредственной близости от места входа основы в отжимные валы и уплотняют их в направлении движения основы, локально обогревая зону турбулентных потоков.

У одного из отжимных валов формируют и поддерживают дополнительную зону турбулентных потоков, аналогично основной также локально обогреваемую и уплотняемую в направлении к месту соприкосновения с валом обрабатываемой основы.

Температуру в нижней части зоны турбулентных потоков у основы и в верхней части зоны таких потоков у вала поддерживают на уровне точки кипения раствора.

Способ обладает необходимым изобретательским уровнем. Известен способ шлихтования основ, где раствор турбулизируют перед отжимными валами /3, фиг. 1/. Однако турбулизацию производят перекатным роликом, который огибает основа перед попаданием ее в жало валов отжима, для чего ролик выполнен ребристым. Поэтому турбулизация производится не в непосредственной близости от места входа в отжим, а на достаточно большом расстоянии, отчего на преграде, каковой является жало валов, никаких турбулентных потоков нет, они распадаются значительно раньше. Происходит интенсификация только ванны, эффект перехода скорости в скачок давления не используется. Кроме того, турбулентные потоки, производимые ребристым роликом, движутся не параллельно основе, как в предлагаемом способе, а перпендикулярно, поэтому их контакт с основой кратковременный и эффективность низкая. В практике этот способ в шлихтовании не прижился, зато был первым средством интенсификации при промывке, пока скорость движения ткани в промывных машинах не достигла критической и ткань сама не стала производить параллельные себе более эффективные турбулентные потоки. Сейчас никаких машин с ребристыми роликами не производится. В предлагаемом способе изменено место и направление турбулизации.

Известен также способ шлихтования основ, включающий локальный подогрев основы в непосредственной близости от жала валов отжима /4/. Однако в этом способе шлихтование производится вообще без раствора, т.е. "сухим" способом, когда от нагрева шлихта оплавляется с вала и переходит на ткань. Налицо применение в предлагаемом способе этого известного признака по новому назначению для снижения вязкого трения и усиления тем самым эффекта турбулизации потоков раствора, разгона их до больших скоростей.

В предлагаемом устройстве для шлихтования основ, содержащем источник нитей, основы, ванну для шлихтовального раствора с размещенными в ней перекатным роликом и турбулизатором в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения основы неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения, отжимные валы, сушильное и наматывающее приспособления, согласно изобретению турбулизатор размещен между перекатным роликом и отжимными валами, имеет профиль сечения, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к плоскости движения основы, и снабжен внутренней полостью со штуцерами для подвода в полость турбулизатора пара и отвода оттуда конденсата.

Турбулизатор на части своей поверхности, обращенной к поверхности отжимного вала, имеет профиль, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к поверхности вала.

Устройство снабжено регулятором подачи пара в полость турбулизатора.

Таким образом, предлагается устройство, в котором в сравнении с известными изменено местоположение турбулизатора, его форма и введены средства его подогрева.

Устройство обладает необходимым изобретательским уровнем. Известно устройство для шлихтования основ, содержащее установленный в ванне для шлихтовального раствора перед отжимными валами турбулизатор в виде ребристого ролика, огибаемого основой /3, фиг.1/. В предлагаемом устройстве турбулизатор выполнен другим по форме, закреплен на ванне неподвижно и имеет средства подогрева. Эти отличия наряду с интенсификацией процесса шлихтования (массообмена) также упрощают и удешевляют конструкцию. Известно также устройство /4/, где имеются средства локального подогрева перед отжимными валами на шлихтовальной машине. Но это средство выполнено в виде паровой камеры, окружающей отжимные валы. В сравнении с этим в предлагаемом устройстве средство нагрева совмещено с турбулизатором, что позволяет достигать эффекта аномально низкого вязкостного трения при движении турбулентных потоков по поверхности турбулизатора. Таким образом, имеются отличия как в конструктивном решении, так и в достигаемой цели.

Устройство обладает необходимым изобретательским уровнем и по отношению к смежным отраслям текстильной техники. В шлихтовальном оборудовании, как было показано, нет известных технических решений, порочащих уровень предлагаемых объектов. Но когда речь идет об устройстве, следует проанализировать и такие области техники, как красильное и промывное оборудование, где могут достигаться аналогичные цели на аналогичных устройствах. Найдено 5 патентных описаний, посвященных устройствам, содержащим признаки, похожие на отличительные признаки предлагаемого устройства.

Известно устройство для непрерывной обработки ткани /5/. Здесь также имеется турбулизатор в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения ткани неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения зигзагообразной формы. Но, во-первых, он имеет другую форму, а во-вторых, размещен вертикально между двумя перекатными роликами.

Известно также устройство для обработки текстиля /6/, где имеется турбулизатор в виде плоской стенки, механически движущейся возвратно-вращательно. Размещен он также между роликами и профиль его сечения плоский. Этот турбулизатор уже сжимает потоки жидкости, но только на половине цикла движения. На второй половине, наоборот, растягивает. Для такой малопроницаемой структуры, как ткань, это оптимально. Предлагаемое устройство снабжено турбулизатором неподвижным и постоянно сжимающим, что экономичнее и эффективнее для проницаемых основ, когда жидкость может свободно проходить сквозь нее, обтекая нити.

Известно также устройство /7/, признаки которого еще ближе к признакам предлагаемого устройства. Имеется турбулизатор неподвижный в виде волнистых пластин, но эквидистантных плоскости ткани и размещенных также между роликами.

Наибольший интерес представляет устройство /8/, в котором уже имеется турбулизатор в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения ткани неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения, снабженный паропроводной трубой со штуцерами для подвода в полость турбулизатора пара и отвода оттуда конденсата. Но в отличие от предлагаемого в этом устройстве турбулизатор также приспособлен к тканям, т.е. не имеет профиля, приближающегося по мере движения ткани к ее плоскости, и не обеспечивает сжатия потока. Нагрев осуществляется точечный, а не всей поверхности турбулизатора (паровая труба установлена в середине турбулизатора, а не весь турбулизатор выполнен в виде паровой трубы, фасонного профиля, как в предлагаемом устройстве), что сдерживает рост скорости потока. И, как в ранее рассмотренных аналогах, турбулизатор установлен не перед отжимом, где для потока имеется неподвижное препятствие, на котором он мог бы превратить свою кинетическую энергию в скачок давления, а опять между роликами в оптимальном для непроницаемых структур месте. Это устройство формально имеет больше общих признаков с предлагаемым (на один нагрев паром), чем другое устройство /2/, однако решает иную задачу отделка ткани, поэтому в качестве прототипа все же более подходит упоминавшееся шлихтовальное устройство /2/.

Таким образом, в предлагаемом изобретении нет прямого заимствования признаков по их прямому назначению. Все отличительные признаки так или иначе отличаются от признаков аналогов и формой, и местом расположения.

На фиг. 1 изображена схема устройства, вид спереди; на фиг.2 схема пропиточной части в увеличенном масштабе (узел 1 фиг.1); на фиг.3 показан разрез по оси турбулизатора (по А-А фиг.2).

Устройство содержит источник 1 нитей основы 2 в виде шпулярника или стойки со сновальными валиками, ванну 3 для шлихтовального раствора 4 с размещенными в ней перекатным роликом 5 и турбулизатором 6 в виде расположенного под уровнем раствора 4 в непосредственной близости от плоскости движения основы 2 неподвижного твердого тела с переменным профилем "П" сечения, отжимные валы 7 и 8, сушильное 9 и наматывающее 10 приспособления. Новым является то, что турбулизатор 6 размещен между перекатным роликом 5 и отжимными валами 7 и 8, имеет профиль "П" сечения, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы 2 на отжимной вал 7 к плоскости движения основы 2, и снабжен внутренней полостью 11 со штуцерами 12 и 13 для подвода в полость турбулизатора пара и отвода оттуда конденсата.

Турбулизатор 6 на части своей поверхности, обращенной к поверхности отжимного вала 7, имеет профиль, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы 2 на отжимной вал 7 к поверхности вала 7.

Устройство снабжено регулятором 14 подачи пара в полость турбулизатора.

Дополнительно на фиг.2 обозначены: 15 турбулентные потоки на турбулизаторе со стороны основы; 16 то же со стороны отжимного вала 7; 17 - зона подъема раствора вследствие максимального уплотнения.

Устройство работает следующим образом.

Основа 2 будущей марли формируется с бобин или сновальных валиков в источнике 1 нитей основы и подается в ванну 3 со шлихтовальным раствором 4 под ролик 5. С высокой скоростью (до 200 м/мин) основа огибает ролик 5 (фиг. 2) и ложится на нижний отжимной вал 7. Ролик, основа и вал образуют клинообразную полость, в которой, не касаясь ничего, установлен турбулизатор 6. Основа и рядом расположенная поверхность турбулизатора образуют в гидродинамическом смысле стенки эжекторного насоса, в котором движущей силой служит движение одной из его стенок основы. Узость канала вовлекает в движение жидкость, находящуюся в канале. Это облегчается тем, что внутренняя полость турбулизатора подогревается паром от регулятора 14: вязкостное трение на поверхности турбулизатора от тепла снижается и скорость потока растет. Образуются вследствие высоких скоростей и узости канала турбулентные, т.е. завихренные, потоки 15. Турбулизатор имеет профиль сечения, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к плоскости движения основы, поэтому канал, в котором движутся потоки, по ходу движения сужается, давление в нем от этого растет, и потоки начинают интенсивно проходить сквозь неплотное полотно основы, все это происходит в считанных миллиметрах от жала валов 7-8, потоки 15 образуют зону уплотнения 17, которая на большой скорости ударяется в жало валов, порождая там, где входит основа, микрозону повышенного гидростатического давления, отчего и имеет место интенсификация массообмена между основой и раствором. Аналогичное явление имеет место и в канале между турбулизатором и валом 7, но там нет основы, и образующиеся там турбулентные потоки 16 лишь на выходе из канала усиливают основные потоки 15, смешиваясь в ними под очень острым углом.

Для того чтобы не перегреть турбулизатор и не допустить кипения, способного сорвать процесс турбулизации, служит регулятор 14.

Исследования показали, что предлагаемые способ и устройство позволяют поддерживать хорошее качество шлихтования марлевых основ на обычной шлихтовальной машине при скорости до 200 м/мин, тогда как до этого она могла работать не более, чем на 120 м/мин (см. прилагаемый акт).

Главным вопросом для любого сравнения способов шлихтования является выбор критерия сравнения, позволяющего объективно оценить действие новых признаков. Таким критерием, безусловно, является обрывность в ткачестве. Тот способ шлихтования лучше, который обеспечивает меньшую обрывность, потому что уменьшать ее и есть задача шлихтования. Но на деле этот критерий нереален, т. к. требует огромного объема экспериментов на промышленном оборудовании. А этой возможности на стадии изобретения нет. Поэтому предложен более доступный критерий, для выявления которого достаточно лабораторного опыта, и который, тем не менее, хорошо согласуется с обрывностью, поскольку целиком ее определяет. Это эффективность шлихтования Σ = 1-S₂/S₁ где S₂ площадь полотна основы со следами непрошлихтованности в общей площади образца S₁.

Исследованиями специалистов фирмы Benninger (см.проспект системы BEN-SIZETEC) показано, что непрошлихтованные участки нитей, видимые на образцах визуально по наличию распушенного волокнистого ореола вокруг нити, являются причиной обрывности на ткацких станках по вине основы. В наших лабораторных исследованиях находилась средняя величина Σ для каждого способа шлихтования в равных условиях и на этом основании способ оценивался по отношению к другим.

Пример 1. На стенде, позволяющем менять турбулизатор, шлихтовалась основа марлевой поверхностной плотности на скорости 200 м/мин по двум вариантам: базовому с неподогреваемым эквидистантным турбулизатором по способу-прототипу, и новому со сжатием потоков и также без подогрева их. Сжатие потоков осуществлялось в канале с зазором на входе 27 и на выходе у отжима 8 мм, т. е. степень сжатия 1:3.375. В результате получены S₁= 0,873 и Σ₂= 0,968 Предлагаемый способ без локального подогрева качественнее способа-прототипа, но все же не обеспечивает 100% качества.

Пример 2. Опыт по предлагаемому способу, но в полной мере, т.е. с локальным подогревом турбулизатора. Подогрев осуществлялся путем подачи во внутреннюю полость турбулизатора насыщенного водяного пара с температурой 142^oC. Подача пара дозировалась таким образом, чтобы температура на поверхности турбулизатора, погруженного в раствор шлихты, не превышала 96-100^oC для того чтобы не возникало образования паровых пузырей в зоне пропитки, способных сорвать потоки и также ухудшить пропитку при прохождении основы через пар вместо шлихты. Опыт во всех случаях не выявил непрошлихтованных участков совсем, т.е. данный способ способен обеспечить снижение обрывности на ткацком станке настолько, насколько это зависит от шлихтования.

Таким образом, предлагаемый способ может быть применим для шлихтования основ с проницаемой структурой.

Способ и устройство находятся в стадии промышленной проверки экспериментального образца, техническая документация разработана. Промышленное освоение намечено в 1996 г.

Изобретение относится к текстильной промышленности, а более конкретно - к технологиям ткацко-подготовительного производства, особенно к шлихтованию основ тканей марлевой группы. Преимущественная область применения способа и устройства - текстильные фабрики, вырабатывающие разреженные хлопчатобумажные ткани. Способ шлихтования основ включает размотку нитей основы с паковок, пропускание их через турбулентные потоки раствора шлихты, отжим валами, сушку и наматывание на ткацкий навой. Устройство для осуществления способа содержит источник нитей основы, ванну для шлихтовального раствора с размещенными в ней перекатным роликом и турбулизатором в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения основы неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения, отжимные валы, сушильное и наматывающее приспособления. Турбулентные потоки раствора шлихты при пропускании через них основы формируют в непосредственной близости от места входа основы в отжимные валы и уплотняют их в направлении движения основы, локально обогревая зону турбулентных потоков. У одного из отжимных валов формируют и поддерживают дополнительную зону турбулентных потоков, аналогично основной также локально обогреваемую и уплотняемую в направлении к месту соприкосновения с валом обрабатываемой основы. Температуру в нижней части зоны турбулентных потоков у основы и в верхней части зоны таких потоков у вала поддерживают на уровне точки кипения раствора. Турбулизатор размещен между перекатным роликом и отжимными валами, имеет профиль сечения, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к плоскости движения основы, и снабжен внутренней полостью со штуцерами для подвода в полость турбулизатора пара и отвода оттуда конденсата. Турбулизатор на части своей поверхности, обращенной к поверхности отжимного вала, имеет профиль, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к поверхности вала. Устройство снабжено регулятором подачи пара в полость турбулизатора. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ шлихтования основ, включающий размотку нитей основы с паковок, пропускание их через турбулентные потоки раствора шлихты, отжим валами, сушку и наматывание на ткацкий навой, отличающийся тем, что турбулентные потоки раствора шлихты при пропускании через них основы формируют в непосредственной близости от места входа основы в отжимные валы и уплотняют их в направлении движения основы, локально обогревая зону турбулентных потоков. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что у одного из отжимных валов формируют и поддерживают дополнительную зону турбулентных потоков, аналогично основной также локально обогреваемую и уплотняемую в направлении к месту соприкосновения с валом обрабатываемой основы. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру в нижней части зоны турбулентных потоков у основы и в верхней части зоны таких потоков у вала поддерживают на уровне точки кипения раствора. 4. Устройство для шлихтованияо основ, содержащее источник нитей основы, ванну для шлихтовального раствора с размещенными в ней перекатным роликом и турбулизатором в виде расположенного под уровнем раствора в непосредственной близости от плоскости движения основы неподвижного твердого тела с переменным профилем сечения, отжимные валы, сушильное и наматывающее приспособления, отличающееся тем, что турбулизатор размещен между перекатным роликом и отжимными валами, имеет профиль сечения, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к плоскости движения основы, и снабжен внутренней полостью со штуцерами для подвода в полость турбулизатора пара и отвода оттуда конденсата. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что турбулизатор на части своей поверхности, обращенной к поверхности отжимного вала, имеет профиль, приближающийся по мере уменьшения расстояния до места входа основы на отжимной вал к поверхности вала. 6. Устройство для шлихтования основ по пп.1 и 3, отличающееся тем, что снабжено регулятором подачи пара в полость турбулизатора.