УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНО-ВОЛНОВОЙ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2015 года по МПК D01G21/00 

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к устройствам для первичной обработки волокнистых материалов, и может быть использовано в приготовительных цехах прядильных фабрик для подготовки технических волокон льна, конопли, джута.

Известно устройство для обработки лубоволокнистого материала, включающее ударно-волновой генератор в виде генератора импульсов тока для производства электроимпульсных разрядов в жидкости, разрядную камеру для жидкости с подвижной крышкой в виде колпака, на которой закреплены подводные разрядные электроды [1].

Недостатком известного устройства для обработки лубоволокнистого материала является практическая невозможность осуществления автоматизированного перемещения обрабатываемого волокна от зоны загрузки продукта к зоне его разгрузки из-за наматывания волокна на разрядную часть электродов, которая происходит при схлопывании газоразрядного пузыря, выполняющего функцию вакуумного насоса, втягивающего в эту область обрабатываемую массу волокна на последней (после канальной) стадии электрогидравлического воздействия. Это приводит к необходимости использования ручного труда для транспортировки волокнистой массы в процессе обработки, что существенно снижает производительность и повышает стоимость электрогидравлической обработки. Кроме того, вибрационная надежность жестко закрепленной конструкции невелика и для промышленных значений по стойкости не превышает нескольких дней до разрушения ее опорных узлов.

Наиболее близким к заявляемому техническому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для ударно-волновой обработки волокнистых материалов, включающее ударно-волновой генератор электроимпульсных разрядов в жидкости, несущую раму, приспособление для транспортировки волокнистого материала, блок управления, корпус ударно-волновой камеры с крышкой с не менее чем одним подводным разрядным электродом [2].

Недостатком известного устройства является объемная неоднородность по качеству обрабатываемой смеси «вода - волокно», поскольку уровень ударно-волновой нагрузки волокна в приэлектродном (т.е. на расстоянии 5-10 см от разрядного центра) пространстве существенно, на 20-30%, выше, чем аналогичный уровень в периферийных зонах обработки. Вследствие этого часть волокна может быть переизмельчена, а другая часть - недоработана до необходимого уровня разделения волокон (котонизации), что негативно сказывается на выходном качестве обработанного (котонизированного) продукта, т.е. неравномерное распределение энергии ударно-волнового воздействия по волокнистой массе в емкости отражается на качестве материала, а именно повышает гетерогенность физико-механических показателей технических волокон и их пучков по объему воздействия.

Кроме того, скапливание обрабатываемого материала в приэлектродной зоне за счет вакуумного всасывания продукта в охлопывающийся газоразрядный пузырь приводит не только к неравномерному распределению ударно-волновой энергии по объему, но затрудняет удаление обработанной массы из-под электродного пространства. Вследствие этого, а также из-за попадания остатков продуктов эрозии подводного электрода в объем смеси «вода - волокно», ухудшается качество выходного продукта (котонина), снижется производительность и, соответственно, возрастает энергоемкость ударно-волновой обработки. Кроме того, из-за отсутствия антивибрационного демпфирования и, соответственно, незначительного баллистического (имеется только волновое «встряхивание» среды) встряхивания объема смеси в ударно-волновой камере, снижается не только вибрационная надежность конструкции, но и ухудшаются условия для направленной транспортировки продукта из-под электродной зоны в зону разгрузки, что опять же негативно сказывается на производительности процесса обработки.

Именно на решение задачи повышения эффективности ударно-волнового воздействия при одновременном снижении вероятности повреждения надмолекулярной структуры волокнистого материала, а также уменьшения энергоемкости, увеличения производительности процесса обработки и надежности конструкции направлено настоящее изобретение.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для ударно-волновой обработки волокнистых материалов, включающем ударно-волновой генератор электроимпульсных разрядов в жидкости, несущую раму, приспособление для транспортировки волокнистого материала, блок управления, корпус ударно-волновой камеры с крышкой с не менее чем одним подводным разрядным электродом, согласно настоящему изобретению несущая рама снабжена пневмоблоками, а ударно-волновая камера - эластичной мембраной, закрепленной внутри корпуса ударно-волновой камеры по его периферии между подводным разрядным электродом и нижней частью ударно-волновой камеры, при этом пневмоблоки размещены с верхней и нижней сторон ударно-волновой камеры, причем верхний пневмоблок скреплен с крышкой, а нижний - с корпусом ударно-волновой камеры, а подводный разрядный электрод в крышке закреплен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности крышки.

При этом крышка имеет совмещенные друг с другом отверстия для залива жидкости и снижения избыточного давления газов при производстве электроимпульсных разрядов.

Кроме того, часть крышки около подводного разрядного электрода выполнена из диэлектрического материала.

Благодаря тому что несущая рама снабжена пневмоблоками, каждый из которых размещен с верхней и нижней сторон ударно-волновой камеры, причем верхний пневмоблок скреплен с крышкой, а нижний - с корпусом ударно-волновой камеры, осуществляется идеология «парящего в воздушном пространстве объекта», т.е. подвешенной в воздухе ударно-волновой камеры с подводными разрядными электродами, что приводит не только к повышению вибрационной надежности конструкции, но и улучшению условий транспортировки продукта под электродами за счет преобразования (после соприкосновения ударной волны и гидропотока со стенками емкости) ударно-волнового воздействия в баллистическое, осуществляющее встряхивание продукта в миллисекундном (сотни) диапазоне времени, а не микросекундном (десятки), характерном для электроимпульсного разряда в жидкости с элементами электрогидравлического эффекта.

За счет наличия эластичной мембраны, закрепленной внутри ударно-волновой камеры по ее периферии между электродами и нижней частью ударно-волновой камеры и подводным разрядным электродом, закрепленном на крышке с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности крышки, создаются не только условия для повышения вибрационной надежности, но и условия для производства последовательности разрядов с изменяемым (в пределах 2-6 см) расстоянием центра разряда относительно слоя продукта, что позволяет повысить эффективность обработки участков волокна с различными физико-механическими свойствами и, соответственно, качество обработанного волокна. При этом, поскольку наличие эластичной мембраны не позволяет продукту попадать в приэлектродную разрядную область за счет вакуумирующего эффекта всасывания от охлопывающегося газоразрядного пузыря, то обеспечиваются комфортные (отсутствует «наматывание» волокна на электроды) условия для транспортировки продукта из зоны обработки в зону разгрузки, что существенно (в 1,3-1,5 раза) увеличивает производительность, снижает энергоемкость и за счет более равномерных (нет переизмельчения и недоработки волокна) амплитуд воздействия по объему (подэлектродному слою) массы волокнистого материала повышается качество обработанного волокна. При этом упругие свойства мембраны способствуют поддержанию инерционного характера встряхивания продукта при его обработке.

Благодаря тому что крышка имеет совмещенные друг с другом отверстия для залива жидкости и снижения избыточного давления газов при производстве электроимпульсных разрядов, возможно осуществление регулируемого усилия прогиба эластичной мембраны в зависимости от вида (конопля, лен, джут) продукта и, соответственно, изменение уровня инерционности встряхивания продукта при его обработке, что влияет как на качество выходного продукта, так и на производительность устройства.

Вместе с тем, поскольку часть крышки около (в зоне с ⌀ 6-12 см) электрода выполнена из диэлектрического материала, то существенно (как минимум в несколько раз) снижается (возбуждаемый при протекании импульсных токов с амплитудами ~15-20 кА) уровень электромагнитных «наводок» на элементы разрядного контура и блока управления, что положительно влияет на надежность работы электротехнических элементов устройства и, соответственно, на его общую надежность.

Поскольку устройство имеет источник ультразвуковых волн с дополнительной камерой с входным и выходным окнами, последнее из которых сопряжено с приспособлением для транспортировки волокнистого материала в виде подающего конвейера, то продукт, проходя непосредственно перед ударно-волновой обработкой совмещенную с замачиванием очистку от примесей (костры, солей, остатков почвы и т.п.) с одновременным ослаблением пектиносодержащих связей, обрабатывается быстрее (необходимо меньшее количество разрядных импульсов) и качественнее (он более однороден), что напрямую влияет на повышение производительности и улучшение качества выходного продукта (котонина).

Таким образом, указанная совокупность существенных признаков настоящего изобретения позволяет достичь заявленный технический результат - необходимые для промышленного производства качество продукта, надежность устройства и его производительность.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для ударно-волновой обработки волокнистых материалов, которое имеет блок 1 управления (например, в виде пульта с персональным компьютером или процессором, не показаны), ударно-волновой генератор 2 для инициации электроимпульсных разрядов в жидкости, состоящий из источника высоковольтного питания 3, импульсных конденсаторов 4, управляемого коммутатора 5, кабельной группы 6 и подводного разрядного электрода 7, который упруго закреплен в крышке 8 ударно-волновой камеры 9, корпус 10 которой установлен на несущей раме 11 при помощи верхних 12 и нижних 13 пневмоблоков, выполненных, например, в виде пневматических цилиндров (верхние пневмоблоки 12) или пневматических управляемых рессор (нижние пневмоблоки 13), при этом верхние пневмоблоки 12 сопряжены с крышкой 8, а нижние пневмоблоки 13 - с корпусом 10 через опорный стол 14 и участок 15 обработки подающего конвейера 16. В корпусе 10 по его периферии (периметру) между подводным электродом 8 и нижней (донной) частью 17 ударно-волновой камеры 9 расположена эластичная мембрана 18, выполненная из материала с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению воды, например из силиконовых или латексных смесей, а также композитных силиконо-арамидных или латексно-арамидных смесей, причем в последних арамидное (параарамидное) волокно выполняет роль каркаса, создающего повышенную прочность, а значит, и надежность работы мембраны 18. В крышке 8 выполнены отверстия 19 для залива воды и снижения (или отвода) избыточного давления газов при производстве электроимпульсных разрядов. Часть 20 крышки 8 выполнена из диэлектрического материала (обычно, полиамид ПА-6, т.е. капролон). Устройство имеет источник 21 ультразвуковых волн с дополнительной камерой 22 с входным 23 и выходным 24 окнами, последнее из которых сопряжено с приспособлением для транспортировки волокнистого материала в виде подающего конвейера 16. Конвейер 16 выполнен в виде секционных участков (не показаны), размеры которых идентичны участку 15 обработки.

В качестве рабочей среды в надмембранной полости 25 может использоваться как стандартная техническая вода, так и дистиллированная или деионизированная вода, при этом основное требование к рабочей среде в рабочей полости достаточно простое - удельная электропроводность должна быть не более 8-10 мкСм/м для устойчивого производства высоковольтного разряда. В подмембранной полости 26 используется любой вид пресной воды, поскольку эта вода смешивается с обрабатываемым волокном и нет необходимости доведения ее свойств до условий среды, в которой осуществляется электроимпульсный разряд в жидкости. Площадь подмембранного участка 15 обработки при использовании одного разрядного электрода 8 составляет 0,4 м² и пропорционально возрастает при увеличении количества электродов 7. В такой же пропорции возрастает ширина конвейера 16 и площадь мембраны 18. Для предотвращения утечек воды из участка 15 обработки рама 11 и конвейер 16 имеют бортовое ограждение 27, высота бортов которого превышает расстояние от мембраны 18 до опорного стола 14.

Работа устройства для ударно-волновой обработки волокнистых материалов осуществляется следующим образом.

В качестве исходного сырья для ударно-волновой обработки используется короткое лубяное волокно (льна, технической конопли и джута), т.е. сырье, прошедшее росяную мочку и предварительную обработку на трепально-мяльных агрегатах и грубочесальных машинах с обеспечением закостренности сырья в 8-12%.

Перед началом процесса ударно-волновой обработки заполняют надмембраную и подмембранную полости 25 и 26 соответствующей водой, полость 25 - дистиллированной, а полость 26 - обычной водопроводной, при этом гидродинамический модуль смеси «вода-волокно» поддерживают в диапазоне соответственно от 1: 2 до 1: 5. Затем на блоке 1 управления устанавливают необходимые для того или иного вида сырья режимы обработки, обычно это частота (от 1 до 2,5 Гц) подачи и количество (50 до 700) подаваемых импульсов, при зарядной энергии конденсаторов 4 от 0,5 до 2,5 кДж.

В процессе обработки сырье любым из известных способов подается через входное окно 23 в дополнительную камеру 22 с технической водой, в которой она обрабатывается ультразвуковым полем с частотой 21-22 кГц от источника 21 и затем через выходное окно 24 поступает на подающий конвейер 16 и участок 15 ударно-волновой обработки. После этой обработки (с установленными заранее режимами обработки) волокно поступает в обезвоживатель (не показан), в котором влажность волокна приводится к 40-50%, далее в сушильную камеру (не показана), после чего волокно с влажностью 14-16% поступает в тонкочесальную машину (например, типа ЧМД - КЛ, не показана) и выходит из последней в виде котонизированного волокна с закостренностью не более 1%.

Использование устройства для ударно-волновой обработки волокнистых материалов на базе совокупности электрофизических и механических методов воздействия позволяет получить модифицированные (котонин) волокнистые материалы с необходимыми качественными характеристиками (например, линейной плотностью не более 0,4 текс для короткого льна и не более 1,5 текс для технической конопли) при оптимальном уровне производительности, надежности, энергоемкости процесса обработки и качества разволокнения. Полученные волокнистые материалы могут быть использованы не только в высококачественной смесовой пряже и нетканых материалах, но и в качестве составляющей (армирующей) композиционных полимерных материалов и целлюлозной основы в медицинской продукции.

Источники информации

1. Патент РФ №2280720, МПК⁷, D01B 1/10, D01G 21/00, опубл. 27.07.2006.

2. Патент РФ №2371527, МПК ⁷, D01G 21/00, D01B 1/00, опубл. 27.10.2009.

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к устройствам для первичной обработки волокнистых материалов. Устройство для ударно-волновой обработки волокнистых материалов содержит ударно-волновой генератор электроимпульсных разрядов в жидкости, несущую раму, приспособление для транспортировки волокнистого материала, блок управления, корпус ударно-волновой камеры с крышкой и не менее чем одним подводным разрядным электродом, закрепленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности крышки, и пневмоблоки с нижней и верхней сторон ударно-волновой камеры, внутри которой по ее периферии расположена эластичная мембрана. Использование изобретения на базе совокупности электрофизических и механических методов воздействия позволяет получить модифицированные (котонин) волокнистые материалы высокой степени разволокнения при оптимальном уровне производительности, надежности и энергоемкости процесса обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для ударно-волновой обработки волокнистых материалов, включающее ударно-волновой генератор электроимпульсных разрядов в жидкости, несущую раму, приспособление для транспортировки волокнистого материала, блок управления, корпус ударно-волновой камеры с крышкой с не менее чем одним подводным разрядным электродом, отличающееся тем, что несущая рама снабжена пневмоблоками, а ударно-волновая камера - эластичной мембраной, закрепленной внутри корпуса ударно-волновой камеры по его периферии между подводным разрядным электродом и нижней частью ударно-волновой камеры, при этом пневмоблоки размещены с верхней и нижней сторон ударно-волновой камеры, причем верхний пневмоблок сопряжен с крышкой, а нижний - с корпусом ударно-волновой камеры, а подводный разрядный электрод в крышке закреплен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности крышки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крышка имеет совмещенные друг с другом отверстия для залива жидкости и снижения избыточного давления газов при производстве электроимпульсных разрядов.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что часть крышки около подводного разрядного электрода выполнена из диэлектрического материала.