СПОСОБ НАГРЕВА СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА ШЛИХТОВАЛЬНОЙ МАШИНЫ ИЗНУТРИ ТОЧЕЧНЫМИ ПО СРАВНЕНИЮ С РАЗМЕРАМИ САМОГО БАРАБАНА ИСТОЧНИКАМИ НАПРАВЛЕННОГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F26B13/18 

Предлагаемое изобретение относится к текстильной технике и технологии, в частности к шлихтовальным машинам ткацкого производства при подготовке ткацкого навоя к ткачеству, а так же в других аналогичных производствах.

1. Уровень техники.

Известны способы нагрева сушильных барабанов путем непрерывной подачи в их внутреннюю полость перегретого пара с одновременным сливом конденсата [1, 2, 3, 4].

Известны способы нагрева путем подачи в полость барабана продуктов сгорания различных природных газов, в том числе сжигая газовые смеси внутри барабана [5, 6, 7, 8, 9, 10].

Известен способ нагрева барабана встроенным вращающимся трансформатором [11].

Известны способы нагрева барабанов токами высокой частоты [12, 13, 14, 15].

Известен способ контактного электрического нагрева цилиндрической стенки изнутри [16, 17].

Известны способы нагрева барабанов изнутри линейными излучателями инфракрасного излучения ограниченной длины [18, 19, 20, 21, 22].

Основным недостатком данных способов является сложность реализации за счет необходимости изготовления, монтажа и настройки отдельных отражателей на каждый линейный излучатель инфракрасного излучения ограниченной длины, например, на каждый ТЭН.

Известен способ нагрева сушильного барабана изнутри точечными по сравнению с размерами барабана источниками направленного инфракрасного излучения. В качестве излучателей используются инфракрасные электролампы накаливания ИКЗК-250, серийно выпускаемые ОАО "ЛИСМА", г.Саранск. Внутренняя зеркальная поверхность ламп позволяет фокусировать инфракрасное излучение спирали на внутреннюю поверхность нагреваемого барабана. Основными недостатками данного способа являются неремонтопригодность, малая надежность, высокая трудоемкость обслуживания и невозможность модернизации существующих в производстве сушильных барабанов.

2. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ нагрева сушильного барабана, реализованный в устройстве сушильного барабана шлихтовальной машины с инфракрасным нагревателем [23].

В данном способе точечные по сравнению размером самого барабана излучатели направленного инфракрасного излучения размещены на съемных диэлектрических планках, шестью равномерными рядами на плоских гранях шестигранной неподвижной оси внутри барабана и через регулятор напряжения подсоединены к электрической сети. Излучатели в форме инфракрасных ламп накаливания ИКЗК-250 установлены радиально к внутренней цилиндрической поверхности барабана, а планки - с возможностью их выема через сквозное торцевое отверстие в одной из торцевых крышек барабана.

Данный способ позволяет обеспечить удобство обслуживания сушильных барабанов шлихтовальных машин, повысить ремонтопригодность устройства для реализации способа, снизить трудоемкость обслуживания. Данное техническое решение позволяет также обеспечить модернизацию существующих в производстве сушильных барабанов шлихтовальных машин.

3. Причины, препятствующие получению технических результатов.

Основными причинами, препятствующими эффективному использованию известного способа, являются большая конструктивно-технологическая сложность, недостаточная надежность и долговечность работы электросистемы внутри барабана, а также избыточная энергоемкость.

3.1. Конструктивно-технологическая сложность обусловлена тем, что для равномерного (по окружности) прогрева стенки барабана в известных способах нагрева точечными излучателями направленного инфракрасного излучения, направленного радиально к его поверхности изнутри, наименьшее число рядов этих излучателей составляет шесть. Для установки шести рядов неподвижная полая ось выполняется шестигранной, с плоскими гранями, замкнутого профиля в поперечном сечении, что трудоемко в изготовлении. Для соединения этой оси с цапфами барабана-цапфы оси снабжают шестью опорными (для ребер оси) треугольными косынками. Это дополнительно усложняет конструкцию и изготовление устройства для реализации способа.

3.2. Малая надежность и долговечность работы электросистемы внутри барабана вызвана тем, что нагреваемый изнутри цилиндрический корпус барабана частично и непрерывно отражает часть инфракрасного излучения между рядами излучателей на неподвижную ось. Кроме этого, нагреваясь (и в разогретом состоянии), стенка барабана непрерывно излучает тепловое излучение (во всем его спектре) вовнутрь, на неподвижную ось. Вследствие цилиндрической формы внутренней поверхности барабана эти два вида излучения фокусируются на неподвижную ось, из-за чего эта ось вместе с электропроводкой и электропатронами нагревается в 1,5-2 раза больше, чем наружная поверхность сушильного барабана.

Данное обстоятельство приводит к температурному разрушению изоляции электропроводов и к изменению хрупкости (прочности) электропатронов инфракрасных ламп накаливания (точечных излучателей). Поскольку шлихтовальные машины ткацкого производства работают в непрерывном режиме - перегрев неподвижной оси происходит непрерывно и, в первые 2-3 месяца работы шлихтовальной машины с известным способом нагрева изоляция проводов разрушается, а керамические электропатроны становятся настолько хрупкими, что выкрашиваются от вибраций ламп при вращении барабанов. Это приводит в вынужденному останову шлихтовальной машины и к необходимости осуществлять внеплановый ее ремонт.

3.3 Высокая энергоемкость известного способа обусловлена большим количеством инфракрасных электроламп в шести рядах излучателей. Кроме этого отражение части инфракрасно излучения в направлении оси барабана приводит к тому, что эта часть его энергии расходуется на нагрев неподвижной оси, а не на нагрев цилиндрической стенки сушильного барабана шлихтовальной машины. Это требует дополнительной электроэнергии для компенсации теплопотерь.

4. Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым предлагаемым изобретением.

Инфракрасное излучение от излучателей направляют радиально к внутренней поверхности барабана от его оси, размещая излучатели неподвижно равномерными рядами на плоских гранях его неподвижной оси с одинаковым угловым расстоянием между рядами и подключая излучатели электропроводкой внутри барабана к внешней электросети через регулятор напряжения.

5. Задачами предлагаемого изобретения являются следующие технические результаты:

5.1. Конструктивно-технологическое упрощение процесса непрерывного нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины.

5.2. Повышение надежности и долговечности при осуществлении нагрева и в процессе работы шлихтовальной машины.

5.3. Снижение энергоемкости на нагрев(на работу шлихтовальной машины).

6. Эти технические результаты в заявляемом способе нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри точечными по сравнению с размерами самого барабана источниками направленного инфракрасного излучения, аналогичными электролампам ИКЗК-250, в котором это излучение направляют радиально к внутренней поверхности барабана от его оси, размещая излучатели неподвижно равномерными рядами на плоских гранях его неподвижной оси с одинаковым угловым расстоянием между рядами и подключая излучатели электропроводкой внутри барабана к внешней электросети через регулятор напряжения, отражаемое внутренней поверхностью барабана и излучаемое этой поверхностью тепловое излучение отражают противоположно, направляя это отражаемое излучение равномерно на внутреннюю поверхность барабана между рядами излучателей, размещая между рядами неподвижно выгнутые к этой поверхности по дуге окружности соосно барабану вдоль всей его рабочей длины с зазором относительно излучателей отражатели, дуги которых располагают на радиусе от оси барабана, одинаковом с радиусом максимальных выпуклостей стеклянных колб излучателей, причем количество рядов излучателей и число отражателей одинаково и равно трем, а излучатели в рядах установлены без зазоров между их колбами.

7. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фигурах 1-5 показаны схемы устройства для реализации заявляемого способа нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины. На чертежах показано:

на фиг.1 - схема сушильного барабана шлихтовальной машины в продольном разрезе;

на фиг.2 - схема сушильного барабана шлихтовальной машины в поперечном разрезе;

на фиг.3 - схема взаимодействия излучателей и отражателей с излучением от внутренней стенки барабана;

на фиг.4 - схема крепления излучателей на выдвижных планках;

на фиг.5 - электрическая схема параллельного соединения точечных излучателей к электросети с подключением каждого ряда излучателей звездой, каждый ряд к одной фазе трехфазной сети, с общей нейтралью (с общим нулевым проводом) через регулятор напряжения (например, через трехфазный ЛАТР).

Конструкция, поясняющая реализацию способа, включает в себя:

1 - цилиндрический корпус сушильного барабана шлихтовальной машины (далее по тексту - корпус-1);

2 - разъемное соединение (например винтовое) корпуса 1 с торцевыми крышками 3 барабана (на чертежах не обозначен);

3 - торцевые крышки барабана (далее по тексту - крышки 3);

4 - точечные по сравнению с размерами барабана излучатели направленного инфракрасного излучения, например инфракрасные электролампы накаливания ИКЗК-250, (далее по тексту - излучатели 4);

5 - электропатроны излучателей 4;

6 - полая, неподвижная, трехгранная ось с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника, соосная корпусу 1 (далее по тексту - ось 6), фиг.1-4;

6А - вариант выполнения оси 6 из трех плоских граней с неподвижным креплением электропатронов 5 по серединам граней 6А вдоль всей их длины, фиг.1-3;

6Б - вариант выполнения оси 6 из трех плоских граней, снабженных по середине и на всей длине ручьем 6В, выдавленным к центру сечения оси 6, фиг.4;

6В - поперечное сечение ручья, выдавленного в плоской грани 6Б, фиг.4;

7 - державки отражателей 8, выполненные в виде плоских полок с длиной, одинаковой с длиной граней 6А, 6Б;

8 - выгнутые к внутренней поверхности корпуса 1 по радиусу R (фиг.2, 3) и прочно соединенные каждый со своей державкой 7 отражатели, смонтированные державками 7 неподвижно на оси 6 в ее ребрах с равномерным зазором относительно внутренней поверхности корпуса 1, коаксиально ей, в форме трехлучевой звезды;

9 - виды прочного соединения державок 7 с осью 6 в ее ребрах:

9А - клепочное соединение (неразъемное, на заклепках);

9Б - винтовое соединение (разъемное, винт-гайка);

9В - болтовое соединение (разъемное, болт-гайка), фиг.2;

9Г - сварочное соединение (неразъемное, сварочный шов), фиг.3;

10 - подшипники, соединяющие цапфы барабана (крышек 3) с неподвижным корпусом станины шлихтовальной машины, аналогично прототипу (на чертежах не обозначены);

11 - подшипники, соединяющие цапфы оси 6 внутри цапф крышек 3 с возможностью вращения корпуса 1 с крышками 3 относительно неподвижной оси 6 аналогично прототипу (цапфы оси 6 на чертежах не обозначены), фиг.1;

12 - звездочка (шестерня) привода сушильного барабана шлихтовальной машины (на чертежах не показан) для вращения барабана с угловой скоростью - w;

13 - условно обозначен (показан) фиксатор оси 6, обеспечивающий возможность угловых поворотов оси 6 (относительно корпуса 1) с последующей ее фиксацией, аналогично прототипу, фиг.1;

14 - трехфазный регулятор напряжения (например, трехфазный ЛАТР), фиг.5;

15 - съемные (выдвижные) диэлектрические планки, аналогичные прототипу.

На фигурах так же обозначено:

I, II, III - ряды излучателей 5 с электропатронами 4, в которых излучатели 5 размещены вдоль плоских граней 6А, 6Б, радиально к внутренней поверхности корпуса 1, по центру плоскостей этих граней, в виде трехлучевой звезды, с одинаковым угловым расстоянием между рядами, а излучатели 4 размещены в рядах беззазорно фиг.1, 2, 3;

w - угловая скорость вращения сушильного барабана;

R - радиус максимальных выпуклостей стеклянных колб излучателей 5 и, одновременно, радиус кривизны наружной поверхности отражателей 8, фиг.3;

ИИ - инфракрасное излучение, направленное излучателями 4 радиально на внутреннюю поверхность корпуса 1, вращающуюся относительно излучателей 4 с угловой скоростью w, фиг.3;

ТИС - тепловое излучение стенки корпуса 1 в направлении его оси (внутрь корпуса 1);

ТИО - тепловое излучение, отраженное отражателями 8 в направлении внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 сушильного барабана шлихтовальной машины, фиг.3;

ЭП - электропроводка, электрически соединяющая излучатели 4 между собой и с регулятором напряжения 14, фиг.1, 3, 5. ЭП прокладывают либо внутри полой оси 6 (фиг.1, 3), либо на наружней поверхности планок 15 (на чертежа не показана) аналогично прототипу.

А, В, С - фазные провода питающей электросети;

"0" - нулевой провод (нейтраль) питающей электросети.

Ряды I, II, III излучателей 4 соединены электрически пофазно, с общим нулевым проводом "0" в форме звезды, а излучатели в каждом ряду соединены с нулевым и фазным проводом параллельным соединением.

Конструкция, состоящая из корпуса 1, крепежа 2 и крышек 3 с подшипниками 10 и звездочкой 12, является непосредственно сушильным барабаном шлихтовальной машины.

Конструкция, состоящая из трех рядов I, II, III излучателей 4 с патронами 5, прочно закрепленными на трехгранной пустотелой оси 6, в ребрах которой так же прочно смонтированы выгнутые по дуге окружности радиуса R отражатели 8; из электропроводки ЭП с регулятором напряжения 14 и подшипники 11 является непосредственно инфракрасным нагревателем сушильного барабана изнутри точечными по сравнению с размерами самого барабана источниками направленного инфракрасного излучения ИИ, с регулируемой интенсивностью излучения.

8. Реализация заявляемого способа нагрева сушильного барабана осуществляется следующим образом.

При запуске шлихтовальной машины в работу ее привод включают на малую скорость, одновременно включая подачу электороэнергии на регулятор напряжения 14. Этим регулятором 14 вначале устанавливают максимальное напряжение, подаваемое в электропроводку ЭП. При этом медленно вращаются СБШМ и на полную мощность работает ИН. ИИ, излучаемое рядами I, II, III излучателей 4, воздействуют на внутреннюю поверхность корпуса 1, одновременно нагревая ее и отражаясь от нее (ТИС) в направлении отражателей 8, фиг.3. Отражатели 8 направляют ТИС (отражают в противоположном направлении) на внутреннюю поверхность корпуса 1, дополнительно нагревая ее изнутри. По мере оборотов СБШМ и воздействия излучения ИИ стенка корпуса 1 нагревается все больше и прогревается до заданной температуры наружной поверхности корпуса 1, после чего регулятором 14 уменьшают напряжение до номинального и осуществляют заправку разогретых СБШМ (9-11 штук) прошлихтованным (влажным) ткацким навоем (на чертежах не показан) и включают рабочую скорость w барабанов СБШМ осуществляя сушку ткацкого навоя.

По мере разогрева СБШМ интенсивность ИИ излучателей 4 не меняется, а интенсивность ТИС по мере разогрева стенки корпуса 1 непрерывно возрастает. Одновременно возрастает интенсивность ТИО на внутреннюю поверхность корпуса 1. Вследствие полного отражения ТИС на внутреннюю поверхность корпуса 1 по всей поверхности отражателей 8 тепловое и инфракрасное излучение стенки значительно возрастает, замыкается на стенке, не проникая за границы отражателей 8, не нагревая ось 6, электропроводку ЭП и электропатроны 5.

Таким образом достигается значительный технический эффект в предлагаемом изобретении - повышается надежность и долговечность осуществления способа без термического разрушения изоляции ЭП и электропатронов 5 по сравнению с прототипом и аналогами.

Трехгранная полая ось 6 из простых плоских граней, пластин 6А, 6Б, значительно проще и технологичнее шестигранной оси, а установка отражателей 8 в ребрах оси 6 соединениями типа 9А, 9Б, 9В, 9Г удобно и легко осуществимо.

Расположение излучателей 4 в три ряда, расположенных форме трехлучевой звезды, на трех плоских гранях оси 6, с одинаковым угловым расстоянием между рядами позволяет, с одной стороны, обеспечить равномерность нагрева цилиндрической стенки корпуса 1, а с другой стороны, в двое уменьшить число рядов излучателей, их монтаж, сборку и отладку; уменьшить количество ЭП, упростить сборку, монтаж и наладку ИН.

Тем самым достигается очень существенный технический эффект в заявляемом способе - конструктивно-технологическая простота по сравнению с прототипом и аналогами.

Ранее отмечено, что по мере разогрева СБШМ мощность излучения от отражателей 8 на стенку корпуса 1 непрерывно увеличивается, дополнительно и интенсивно разогревая стенку изнутри между рядами I, II, III излучателей 4, вследствие большой площади отражающей поверхности между рядами излучателей 4 - общая мощность отраженного ТИО (теплового и инфракрасного) одинакова или превышает мощность излучения одного ряда излучателей 4 по эффективности нагрева вращающейся стенки корпуса 1.

После перевода режима вращения w СБШМ на рабочий (от 40 до 60 об/мин) центробежные силы воздушного потока, вращающегося внутри корпуса 1, поджимают этот поток к внутренней поверхности корпуса 1. Уплотняясь вблизи этой поверхности и нагреваясь, этот горячий вращающийся поток воздуха дополнительно поджимается отражателями 8 к этой поверхности, выравнивая температуру поверхности в пограничном с поверхностью слое и устраняя неконтролируемое рассеивание тепла от этой внутренней поверхности корпуса 1, фиг.3.

Устранение дополнительных трех рядов излучателей и замена их отражателями 8, выполненными выгнутыми к корпусу 1 по дуге радиуса R (фиг.3), одинакового с радиусом максимальных выпуклостей стеклянных колб излучателей 4, все тепловое излучение и инфракрасное излучение направляется на внутреннюю поверхность корпуса 1. Уплотненным к этой поверхности и вращающимся вместе с корпусом 1 потоком (слоем) воздуха выравнивается температура этой поверхности и исключается неконтролируемое рассеяние тепла о поверхности.

Наличие трех рядов излучателей уменьшает общую энергоемкость инфракрасного нагревателя ИН, а беззазорное размещение излучателей 4 в рядах исключает проникновение отраженного ИИ и ТИС в зазоры между излучателями 4 на ось 6 (исключается ненужный нагрев с расходом энергии на него) в процессе работы сушильных баранов шлихтовальной машины.

Таким образом достигается третий технический эффект (результат) в предлагаемом изобретении, а именно - более чем в 1,5-2 раза меньшая энергоемкость нагрева по сравнению с прототипом и аналогами.

Радиус R наружной поверхности отражателей 8 относительно геометрической оси СБШМ совпадает с тем же радиусом R максимальной кривизны стеклянных колб излучателей 4 (электроламп ИКЗК-250) поскольку эта кривизна (на этом расстоянии от цоколя ламп) ограничивает отражающий и направляющий излучение зеркальный слой внутри стеклянных колб излучателей 4. В этом случае отражатели 8 и отражатели внутри излучателей 4 образуют как бы одну цилиндрическую отражающую поверхность, коаксиальную внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1.

Источники информации

1. Техническое описание и инструкция по монтажу и наладке машины ШБ 11/180-К-3М-2. Изд. Завод "Вичугмаш", г.Вичуга, Ивановской обл., 1992 г.

2. Патент RU №2037588, кл. D06В 21/00, опубл. 19.06.95.

3. Патент США №4949475, кл. F26В 13/16, 21.08.90.

4. Патент GB №1238757, кл. F26В 13/14.

5. Авт. свид. СССР №1605085, кл. F26В 13/06, опубл. 1991 г.

6. Авт. свид. СССР №579689, кл. F26В 13/16, опубл. 1971 г.

7. Патент США №4683015, кл. F26В 3/24, 1987 г.

8. Авт. св. СССР №118224, кл. F26В, 1972 г.

9. Патент RU №2027131, кл. F26В 13/14, опубл. 20.01.95.

10. Патент RU №2137996, кл. F26В 13/14.

11. Авт.св. СССР №90517, кл. F26В 13/14, опубл. 1959 г.

12. Авт.св. СССР №220744, кл. F26В 5/02, 1952 г.

13. Патент GB №2227823 А, кл. F26В 13/14.

14. Авт. св. СССР №731234, кл. F26В 13/18, опубл. 30.04.80.

15. Патент RU №2177129, кл. F26В 13/18, опубл. 20.12.2001.

16. Авт. св. СССР №514177, кл. F26В 13/18, опубл. 15.05.76.

17. Патент DM №122б287, НКИ 39аз 7/14, 1966 г.

18. Авт. св. СССР №596795, кл. F26В 13/18, опубл. 05.03.78.

19. SU 1781523 А1, 15.12.1992.

20. GB 1389992 А, 1975.

21. US 3601902 А, 31.08.1971.

11. Авт. св. СССР №90517, кл. F26В 13/14, опубл. 1959 г.

12. Авт. св. СССР №220744, кл. F26В 5/02, 1952 г.

13. Патент GB №2227823 А, кл. F26В 13/14.

14. Авт. св. СССР №731234, кл. F26В 13/18, опубл. 30.04.80.

15. Патент RU №2177129, кл. F26В 13/18, опубл. 20.12.2001.

16. Авт. св. СССР №514177, кл. F26В 13/18, опубл. 15.05.76.

17. Патент DM №1226287, НКИ 39аз 7/14, 1966 г.

18. Авт. св. СССР №596795, кл. F26В 13/18, опубл. 05.03.78.

19. SU 1781523 А1, 15.12.1992.

20. GB 1389992 А, 1975.

21. US 3601902 А, 31.08.1971.

22. Заявка RU №2004112583/06(013583) "Способ нагрева сушильного барабана, например шлихтовальной машины", дата поступления в ФИПС (приоритет) 26.04.2004.

23. Заявка RU №2004133244/06(036063) "Сушильный барабан шлихтовальной машины с инфракрасным нагревателем", дата поступления в ФИПС (приоритет) 12.11.2004.

Способ нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины относится к текстильной технике и технологии и непосредственно к шлихтовальным машинам ткацкого производства при подготовке ткацкого навоя к ткачеству. С небольшими изменениями это техническое решение может быть использовано на бумагоделательных машинах и на сушильных машинах отделочного производства в каландровых валах. Согласно способу отражаемое внутренней цилиндрической поверхностью барабана и излучаемое этой поверхностью тепловое излучение отражают противоположно, направляя это отражаемое излучение равномерно на внутреннюю поверхность барабана между рядами излучателей, размещая неподвижно между рядами излучателей выгнутые к этой поверхности по дуге окружности, соосной барабану с зазором относительно излучателей, отражатели, дуги которых располагают на радиусе от оси барабана, одинаковом с радиусом максимальных выпуклостей стеклянных колб излучателей. Количество рядов излучателей и число отражателей устанавливают одинаковым и равным трем. Излучатели устанавливают в рядах без зазоров между их колбами. Способ позволяет одновременно конструктивно-технологически упростить процесс непрерывного нагрева сушильного барабана, повысить надежность и долговечность электросистемы внутри барабана. 5 ил.

Способ нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри точечными по сравнению с размерами самого барабана источниками направленного инфракрасного излучения, аналогичными электролампам ИКЗК-250, в котором это излучение направляют радиально к внутренней поверхности барабана от его оси, размещая излучатели неподвижно равномерными рядами на плоских гранях его неподвижной оси и подключая излучатели электропроводкой внутри барабана к внешней электросети через регулятор напряжения, отличающийся тем, что отражаемое внутренней цилиндрической поверхностью барабана и излучаемое этой поверхностью тепловое излучение отражают противоположно, направляя это отражаемое излучение равномерно на внутреннюю цилиндрическую поверхность барабана между рядами излучателей, размещая между рядами неподвижно выгнутые к этой поверхности по дуге окружности соосно барабану вдоль всей его рабочей длины с зазором относительно излучателей отражатели, дуги которых располагают на радиусе от оси барабана одинаковом с радиусом максимальных выпуклостей стеклянных колб излучателей, причем количество рядов излучателей и число отражателей устанавливают одинаковым и равным трем, а излучатели в рядах монтируют без зазоров между их колбами.