УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ ШАРИКОВ ИЗ УДЛИНЕННЫХ ВОЛОКОН, ПЕРЕНОСИМЫХ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ Российский патент 2003 года по МПК D04H1/00 D04H1/42 D04H1/54 

Изобретение касается устройства для образования волокнистых шариков из удлиненных волокон, которые переносятся воздушным потоком. В частности это касается устройства, имеющего камеру статора с круглым поперечным сечением, в которой размещен соосно с ней ротор, также имеющий круглое поперечное сечение и который выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси и имеет на своей периферии множество разнесенных по окружности радиальных лопастей на небольшом расстоянии от внутренней стенки статора, благодаря чему волокна, переносимые воздушным потоком, направляются от входного отверстия на одном конце камеры статора в упомянутое промежуточное пространство и выводятся через выходное отверстие на противоположном конце роторной камеры для отделения волокнистых шариков от воздушного потока.

Волокна обычно используют в качестве набивки в обивочном материале. Чтобы сделать обивочный материал по возможности упругим, волокна часто формируют в упругие волокнистые шарики с довольно гладкой поверхностью так, чтобы шарики были эластичными, а также способными перемещаться относительно друг друга, чтобы делать набивку по возможности рыхлой. Известны устройства для образования шариков разрыхленных волокон, переносимых в воздушном потоке. Благодаря поверхностному трению разрыхленные волокна, которые переносятся в воздушном потоке, прикрепляются друг к другу, образуя хлопья различных размеров и форм. Эти хлопья не настолько подходят для набивочного материала, поскольку имеют выступающие из них концы волокон, легко прикрепляющиеся к волокнам, выступающим из других хлопьев. Поэтому хлопья предпочтительно формируют в шарики.

Такие устройства, образующие шарики, известны, например, из публикаций патентов США 4747550 и 5429783. В этих ранее известных устройствах разрыхленные волокна, переносимые в воздушном потоке, формируют в шарики в промежуточном пространстве, образованном внутренней стенкой цилиндрической камеры статора и периферией ротора, размещенного соосно внутри статора. На валу ротора располагают множество поперечных дисков на расстоянии друг от друга, в силу чего на внешних кромках дисков на взаимных периферийных расстояниях закреплены радиальные лопасти, внешние кромки которых заканчиваются на маленьком расстоянии от внутренней стенки роторной камеры. Воздух и волокна подаются в нижнюю часть роторной камеры и продуваются оттуда далее вверх, посредством чего волокна формируются в шарики в промежуточном пространстве, образованном внешними кромками лопастей и внутренней стенкой камеры статора, когда они переносятся вверх в этом промежуточном пространстве. Затем волокнистые шарики засасываются из верхней части камеры статора в циклонный сепаратор, где волокнистые шарики отделяются от переносящего воздуха.

Зазор между внешней кромкой лопастей и внутренней стенкой камеры статора в этих устройствах обычно составляет 4 мм, но его можно делать больше в зависимости от длины и других характеристик волокон, которые нужно подвергать обработке. Однако в этих устройствах изменение зазора является сложной и трудоемкой задачей. Чтобы отрегулировать лопасти, роторную камеру необходимо открыть и из нее извлечь ротор, после чего необходимо ослабить крепление каждой лопасти, отрегулировать и снова закрепить. Лопасти расположены во многих плоскостях, а каждая плоскость содержит много лопастей, и таким образом становится очевидным, что операция регулирования лопастей довольно сложная и занимает много времени.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства типа, раскрытого в преамбуле пункта 1 формулы изобретения, для образования волокнистых шариков из удлиненных волокон, переносимых воздушным потоком, которое устраняет вышеуказанный недостаток.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для образования волокнистых шариков из удлиненных волокон, переносимых воздушным потоком, содержащем раму, камеру статора, прикрепленную к раме и имеющую круглое поперечное сечение и внутреннюю стенку, ротор, также имеющий круглое поперечное сечение и размещенный соосно внутри камеры статора и выполненный с возможностью вращения вокруг своего вала, вследствие чего ротор имеет на своей периферии множество радиальных лопастей на взаимных периферийных расстояниях и на близком расстоянии от внутренней стенки статора для образования кольцевого промежуточного пространства, простирающегося по осевой длине ротора между внутренней стенкой статора и лопастями ротора, средства, прикрепленные к раме и функционально соединенные с валом ротора для вращения ротора, входное отверстие на одном конце камеры статора для направления волокон, переносимых воздушным потоком в промежуточное пространство в виде турбулентного потока, распространяющегося по спирали в направлении вала, и выходное отверстие на противоположном конце камеры ротора для перемещения и отделения от потока воздуха волокнистых шариков, образованных в промежуточном пространстве, камера статора и ротор по существу выполнены коническими с возможностью их взаимного расположения в осевом направлении.

Согласно изобретению промежуточное пространство между внутренней стенкой камеры статора и лопастями ротора можно быстро и просто отрегулировать так, чтобы оно оказалось подходящим для каждого сорта волокон, без необходимости открывания камеры статора для удаления из нее ротора, и без необходимости отпускания, регулировки и повторного закрепления лопастей, и без необходимости повторного расположения ротора в камере статора и закрывания камеры статора. Благодаря конической форме комбинации камеры статора и ротора упомянутое промежуточное пространство изменяется, когда камеру статора и/или ротор перемещают в осевом направлении. Изменения промежуточного пространства тем больше, чем больше угол конусности, и тем больше, чем больше осевое перемещение.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения лопасти размещены на множестве плоскостей в осевом направлении так, что лопасти на одной плоскости поперечно смещены в периферийном направлении относительно лопастей на соседней плоскости или соседних плоскостях. Угол смещения может составлять от 3 до 5^o, предпочтительно 4^o, относительно лопастей на следующей плоскости.

Далее, лопасти на различных плоскостях предпочтительно отделены друг от друга круговыми дисками, которые являются поперечными относительно вала ротора, из которых верхний диск имеет радиус, существенно меньше радиальной длины роторов ниже нее. Такие решения образования шариков из удлиненных волокон в настоящее время особенно целесообразны и эффективны. Лопасти на одной плоскости могут образовывать угол от 20 до 40^o к соседним лопастям. Обычно лопасти расположены на взаимном расстоянии 20^o в направлении периферии ротора, в силу чего лопасти целесообразно располагать на 4-6 плоскостях, например на 5 плоскостях.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения комбинация камеры статора и ротора находится по существу в вертикальном положении и расширяется вниз, вследствие чего входное отверстие находится в верхнем конце камеры статора. Благодаря конической форме комбинации камеры статора и ротора образуется так называемый эффект торнадо в промежуточном пространстве между камерой статора и ротором, когда поток газа ускоряется, поскольку он распространяется спиральным способом по направлению к более широкому концу конического сочетания камеры статора и ротора. Скорость газового потока растет по мере увеличения периферийного расстояния, но одновременно, время, используемое для одного оборота, остается по существу тем же. Поскольку скорость газового потока увеличивается, его давление соответственно уменьшается, другими словами, создается перепад давлений между концами комбинации камеры статора и ротора, и этот перепад давлений имеет тенденцию увеличивать поток в комбинации к тому ее концу, который имеет больший диаметр. Когда комбинация камеры статора и ротора расположена по существу в вертикальном положении и расширено книзу, вышеупомянутому эффекту помогает гравитация, и таким образом надежно гарантируется, что маленькие волокнистые шарики перемещаются к выходному отверстию в нижнем конце комбинации.

Было обнаружено, что образование шариков особенно эффективно, когда по меньшей мере часть лопастей скошена у внешних кромок на задней стороне по направлению вращения, вследствие чего угол скашивания кромки лопастей целесообразно делать приблизительно от 5 до 45^o. Однако возможным также является выполнение всех лопастей на одной плоскости или на множестве плоскостей скошенными у внешних кромок на задней стороне по направлению вращения, либо всех лопастей по меньшей мере на двух самых нижних плоскостях скошенными у внешних кромок на задней стороне по направлению вращения.

Далее, образование шариков можно сделать более эффективным посредством нагревательных элементов в кожухе камеры статора, предпочтительно нагревательными резисторами, покрывающими кожух, и посредством выступа, простирающегося вокруг внутренней стенки нижнего конца кожуха камеры статора.

Между выходным отверстием и нижним концом камеры статора кроме того предпочтительно расположена, по меньшей мере, одна собирающая воронка для приема волокнистых шариков. Воронка предпочтительно соединена с источником отрицательного давления для удаления волокнистых шариков из воронки и затем для отделения их от транспортирующего воздуха известным по существу способом.

Далее, может иметься перфорированная разделительная камера между входным отверстием и камерой статора для удаления избыточного воздуха из содержащего волокна воздушного потока прежде, чем он будет подан в упомянутое промежуточное пространство.

Ротор целесообразно располагать в осевом направлении относительно камеры статора так, чтобы промежуточное пространство составляло от 4 до 10 мм. Угол конусности комбинации камеры статора и ротора предпочтительно выбирают так, что осевое смещение, равное 10 мм между ротором и камерой статора, соответствует изменению промежуточного пространства, равному приблизительно от 0,1 до 1,5 мм, например 1 мм.

Далее, угловой скоростью ротора целесообразно управлять бесступенчатым способом. Соответствующее изобретению устройство выполнено так, чтобы его можно было быстро и легко отрегулировать для обеспечения соответствия для волокон очень разных длин и характеристик.

Для увеличения времени сохранения, можно последовательно соединить множество обладающих признаками изобретения устройств, и предпочтительно так, чтобы угловой скоростью каждого устройства можно было управлять индивидуально.

Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид сбоку с частичным разрезом предпочтительного варианта осуществления изобретения;
фиг.2 изображает вид сзади того же устройства, без верхней части;
фиг. 3а и 3b изображают в поперечном разрезе вертикальный вид комбинации соосно регулируемых камеры статора и ротора в различных положениях;
фиг.3с и 3d изображают детали фиг.3а;
фиг.4 изображает вид сверху статора; и
фиг.5 изображает вид сбоку с частичным разрезом показанного на фиг.1 устройства с его внешними устройствами.

На фиг.1 и 2 корпус устройства в целом обозначен позицией 4. На корпусе 4 закреплена с возможностью съема по существу вертикальная камера 1 статора усеченной конической формы так, что камера скошена по направлению вверх, в силу чего кожух камеры статора содержит электрически нагреваемый резистивный элемент 23, который предусмотрен по существу для увеличения эффекта образования шариков. Внутри камеры 1 статора имеется ротор 2, выполненный с возможностью вращения вокруг вертикального вала 3, благодаря чему ротор имеет ту же форму, что и камера 1 статора, но расположен ниже нее. Ротор 2 дополнительно можно регулировать в осевом направлении, чтобы регулировать ширину промежуточного пространства 14, образованного между внутренней стенкой 1' камеры 1 статора и периферией ротора 2 согласно длине и другим характеристикам волокон, подлежащих формированию в шарики. Устройство регулирования положения и управления более подробно не описано, поскольку такие средства известны специалистам в данной области техники и весьма обычны в промышленности. Сетчатая воронка 6 размещена в верхнем конце камеры 1 статора и имеет входное отверстие 5 в верхней части для направления разрыхленных волокон, переносимых транспортирующим воздухом в камеру 1 статора, и для удаления избыточного воздуха через отверстия в сетчатой воронке 6 перед этим. В нижнем конце камеры 1 статора имеется дополнительный узкий выступ 24, простирающийся вокруг ее внутренней стенки 1', который создан для улучшения образования шариков. Далее, ниже нижнего конца камеры 1 статора и к корпусу 4 прикреплены две воронки 11, в нижних концах которых имеются выходные отверстия 7 для отсасывания волокнистых шариков и транспортирующего воздуха и направления их к ранее известному циклонному сепаратору (не показан) для восстановления волокнистых шариков. Далее, на валу 3 ротора 2 имеется верхний подшипник 15 и нижний подшипник 16 (показанные на фиг.3а и 3b), и кроме того, на нижнем конце вала 3 имеется шкив 10, которым вал ротора с возможностью вращения соединен посредством ремня 9 с механизмом 8 привода, прикрепленным к корпусу 4 для вращения ротора 2 вокруг вала 3.

Комбинация камеры 1 статора и ротора 2 показана более подробно на фиг.3а и 3b. На фиг.3а ротор 2 расположен в более высоком положении, а на фиг.3b - в более низком положении для увеличения промежуточного пространства 14. Можно заметить, что углы конусности камеры 1 статора и ротора 2 являются идентичными, однако ротор 2 находится ниже, чем камера 1 статора.

Относительно вала 3 ротор 2 разделен на пять плоскостей поперечными дисками 13 при взаимных осевых расстояниях, причем диск, находящийся наверху, имеет значительно меньший диаметр, чем другие диски, как показано более подробно на фиг.4. Между дисками 13 закреплены лопасти 12, 12' так, чтобы они были вертикальными и направленными радиально от вала 3, чтобы их внешние кромки заканчивались на близком расстоянии от внутренней стенки 1' роторной камеры 1. В каждой плоскости имеется 18 лопастей 12, 12', которые образуют угол 20^o между лопастями. Кроме того, лопасти на одной плоскости смещены в сторону относительно лопастей на следующей плоскости, в силу чего угол смещения между плоскостями составляет 4^o, как показано более подробно на фиг.4.

На фиг.3с и 3d показано, что лопасти 12 на верхних плоскостях несколько отличаются от лопастей 12' на нижних плоскостях, которые имеют внешние кромки, скошенные на задней стороне по направлению вращения, показанном стрелкой, что нашли особенно эффективным в дальнейшем формировании шариков. Угол скашивания кромки предпочтительно составляет приблизительно 30^o.

Когда ротор 2 вращается вокруг своего вала 3, он образует в камере 1 статора направленный вниз спиралевидный поток между ротором и внутренней стенкой 1' камеры 1 статора, вследствие чего скорость потока увеличивается при его прохождении вниз, потому что расстояние одного оборота увеличивается, даже если время, требуемое на один оборот сохраняется по существу одинаковым. В соответствии с этим давление потока уменьшается, и таким образом создается перепад давлений между верхним и нижним концами промежуточного пространства 14, и этот перепад давлений помогает потоку воздуха переносить волокна и волокнистые шарики вниз к воронкам 11.

На фиг. 5 изображено соответствующее изобретению устройство с внешними устройствами до и после него. На фиг.5 в целом показано устройство 17, разрывающее волокнистые пучки, из которого разрыхленные волокна падают на устройство 18 взвешивания, и оттуда предварительно заданное взвешенное количество волокон продувается по трубе 19 к входному отверстию 5 у верхней части роторной камеры 1.

Из выходного отверстия 7 в нижней части воронки 11 волокнистые шарики направляются по трубе 20 непосредственно к устройству заполнения подушек или соответствующих изделий, в соответствии с чем устройство заполнения в целом обозначено позицией 21. Устройство заполнения 21 является предпочтительно непрерывно работающим устройством, вследствие чего оно имеет, по меньшей мере, два места заполнения, к которым поочередно подаются волокнистые шарики. Транспортирующий воздух отделяется от волокнистых шариков посредством всасывания воздуха через подлежащее заполнению покрытие всасывающим устройством, расположенным после места заполнения.

Очевидно, что изобретение не ограничено вариантом осуществления, показанным на прилагаемых чертежах, и его можно в значительной степени изменять, не выходя за рамки объема, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, например, количество, форма и месторасположение лопастей в роторе, а также и количество плоскостей можно существенно изменять. Возможно также расширение комбинации камеры статора и ротора вверх, вследствие чего выходное отверстие находится у верхнего конца камеры статора, а входное отверстие - у нижнего конца. При таком решении легче управлять образованием шариков. Угол конусности комбинации камеры статора и ротора может также быть каким-то другим углом, отличающимся от угла, показанного на чертежах, и внутренняя стенка камеры статора не обязательно должна быть точно прямой, а она может быть немного выпуклой или вогнутой таким же образом, как периферия ротора. Однако с точки зрения технологий изготовления целесообразно, чтобы стенка была прямой.

Изобретение касается устройства для образования волокнистых шариков из удлиненных волокон, переносимых воздушным потоком. Устройство содержит камеру 1 статора, которая закреплена на раме и которая имеет круглое поперечное сечение, и соосно внутри нее размещен ротор 2, также имеющий круглое поперечное сечение и выполненный с возможностью вращения вокруг своего вала 3, в силу чего ротор имеет на своей периферии множество радиальных лопастей 12, 12' на взаимных периферийных расстояниях и на коротком расстоянии от внутренней стенки 1' статора 1 для образования кольцевого промежуточного пространства 14, простирающегося по осевой длине ротора между внутренней стенкой 1' статора 1 и лопастями 12, 12' ротора 2. Дополнительно к раме прикреплены и функционально соединены с валом 3 ротора средства 8-10 для вращения ротора, кроме того, устройство содержит входное отверстие 5 на одном конце камеры 1 статора и выходное отверстие 7 на противоположном конце роторной камеры 1 для удаления и отделения от воздушного потока волокнистых шариков, образованные в промежуточном пространстве 14. Согласно изобретению камера 1 статора и ротор 2 имеют по существу конические формы и расположены в осевом направлении так, что позволяет регулировать ширину промежуточного пространства без необходимости удаления ротора 2 из камеры 1 статора для регулирования лопастей 12, 12'. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для образования волокнистых шариков из удлиненных волокон, переносимых воздушным потоком, содержащее раму (4), камеру статора (1), прикрепленную к раме и имеющую круглое поперечное сечение и внутреннюю стенку (1’), ротор (2), также имеющий круглое поперечное сечение и размещенный соосно внутри камеры (1) статора и выполненный с возможностью вращения вокруг своего вала (3), вследствие чего ротор имеет на своей периферии множество радиальных лопастей (12, 12’) на взаимных периферийных расстояниях и на близком расстоянии от внутренней стенки (1’) статора (1) для образования кольцевого промежуточного пространства (14), простирающегося по осевой длине ротора между внутренней стенкой (1’) статора (1) и лопастями (12, 12’) ротора (2), средства (8-10), прикрепленные к раме (4) и функционально соединенные с валом (3) ротора (2) для вращения ротора, входное отверстие (5) на одном конце камеры (1) статора для направления волокон, переносимых воздушным потоком в промежуточное пространство (14) в виде турбулентного потока, распространяющегося по спирали в направлении вала (3), и выходное отверстие (7) на противоположном конце камеры (1) ротора для перемещения и отделения от потока воздуха волокнистых шариков, образованных в промежуточном пространстве (14), отличающееся тем, что камера (1) статора и ротор (2) по существу выполнены коническими с возможностью их взаимного расположения в осевом направлении.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти (12, 12’) размещены на множестве плоскостей в осевом направлении так, что лопасти на одной плоскости поперечно смещены в периферийном направлении относительно лопастей на соседней плоскости или соседних плоскостях.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что лопасти (12, 12’) смещены на угол 3-5°, предпочтительно 4°, относительно лопастей на следующей плоскости.4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что лопасти (12, 12’) на различных плоскостях отделены друг от друга круговыми дисками (13), расположенными поперек относительно вала (3) ротора (2).5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что лопасти (12, 12’) на одной плоскости образуют угол 20-40° к соседним лопастям.6. Устройство по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что лопасти (12, 12’) размещены на 4-6 плоскостях.7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что комбинация камеры статора и ротора (1, 2) находится, по существу, в вертикальном положении и расширяется вниз, вследствие чего входное отверстие (5) находится в верхнем конце камеры (1) статора.8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере часть лопастей (12’) скошена у их внешних кромок на задней стороне по направлению вращения.9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что все лопасти (12’) на одной плоскости или на множестве плоскостей скошены у их внешних кромок на задней стороне по направлению вращения.10. Устройство по п.7 или 9, отличающееся тем, что все лопасти (12’) по меньшей мере на двух самых нижних плоскостях скошены у их внешних кромок на задней стороне по направлению вращения.11. Устройство по любому из пп.8-10, отличающееся тем, что угол скашивания кромки лопастей (12’) составляет приблизительно 5-45°.12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит нагревательные элементы, предпочтительно нагревательные резисторы (23) в кожухе камеры (1) статора.13. Устройство по любому из пп.7-12, отличающееся тем, что содержит выступ (24), простирающийся вокруг внутренней стенки (1’) нижнего конца кожуха камеры (1) статора.14. Устройство по любому из пп.7-13, отличающееся тем, что между выходным отверстием (7) и нижним концом камеры (1) статора расположена, по меньшей мере, одна воронка (11) для приема волокнистых шариков, вследствие чего воронка удобно соединена с источником отрицательного давления для удаления волокнистых шариков из воронки (11) и для отделения их от транспортирующего воздуха.15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что ротор (2) расположен в осевом направлении относительно камеры (1) статора так, чтобы промежуточное пространство (14) составляло 4-10 мм.16. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что угол конусности комбинации камеры статора и ротора (1, 2) установлен таким, что осевое смещение на 10 мм между ротором (2) и камерой (1) статора соответствует изменению на 0,5-1,5 мм, предпочтительно на 1 мм, промежуточного пространства (14).17. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что ряд таких устройств для увеличения времени сохранения соединен последовательно, предпочтительно так, чтобы вращательной скоростью каждого устройства управлять индивидуально.