ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2016 года по МПК D01F9/12 D01F9/32 F26B13/00 F27B9/00 

Изобретение относится к окислительной печи для окислительной обработки волокон, прежде всего для изготовления углеродных волокон, c:

а) корпусом, который за исключением проходных областей для углеродных волокон является газонепроницаемым,

б) находящейся во внутренней полости корпуса технологической камерой,

в) по меньшей мере одним устройством подачи воздуха, с помощью которого в технологическую камеру является вдуваемым горячий воздух,

г) обводными роликами, которые обрамляют технологическую камеру (28) и проводят волокна через технологическую камеру, лежащими рядом зигзагообразно в форме ковра, причем волоконный ковер образует между противолежащими обводными роликами соответственно одну плоскость.

В известных окислительных печах подобного типа обводные ролики могут быть расположены или во внутренней части корпуса, или за пределами корпуса. При этом устройство подачи приточного воздуха сконфигурировано так, что горячий воздух отдается в область между обводными роликами и технологической камерой в направлении технологической камеры. Это приводит к тому, что углеводородные волокна на своем пути через обводные ролики немного охлаждаются, так как они вышли из технологической камеры и больше не обдуваются горячим воздухом, который подается от устройства подачи воздуха.

После того как волокна будут перенаправлены обводным роликом и снова войдут в технологическую камеру, часть печной энергии сначала должна быть истрачена на то, чтобы снова нагреть волокна до температуры, которая требуется для процесса окисления.

Прежде всего, если обводные ролики находятся вне корпуса печи в окружающей окислительную печь атмосфере, то высокий процент, который в экстремальном случае может составлять до 80%, требуемой для работы окислительной печи энергии может тратиться только на то, чтобы снова нагреть волокна до требуемой температуры окисления.

Поэтому задачей изобретения является создание окислительной печи названного в начале типа, имеющей более положительный энергетический баланс.

Данная задача в окислительной печи названного в начале типа решена посредством того, что:

д) устройство подачи воздуха выполнено так, что горячий воздух направляется к противолежащей технологической камере стороне обводных роликов, вследствие чего горячий воздух обтекает там соответствующий обводной ролик и волокна, прежде чем они войдут в технологическую камеру.

Посредством такого направленного потока горячего воздуха температура обводных роликов и направляемых по ним волокон поддерживается на увеличенном значении, пока волокна снова не войдут в технологическую камеру. В идеальном случае волокна на своем пути через обводные ролики остаются при технологической температуре, при которой может происходить окисление.

При этом благоприятно, если обводные ролики расположены в корпусе в реверсивной области, которая по меньшей мере гидродинамически отделена от технологической камеры. Таким образом, независимо от потока в технологической камере может быть обеспечена неизменная температура на обводных роликах.

Во время процесса окисления из технологической камеры отводится отработанный воздух. С одной стороны, горячий воздух может дополнительно использоваться для компенсации выведенного объема. С другой стороны, горячий воздух способствует тому, чтобы энергоэффективно поддерживать технологическую температуру в технологической камере, так как область технологической камеры, в которой горячий воздух в нее входит, не охлаждается. Если между реверсивной областью и технологической камерой имеются средства направления потока, то горячий воздух из устройства подачи воздуха может целенаправленно направляться к технологической камере и соответствующим плоскостям волоконного ковра.

Если обводные ролики выполнены с возможностью экранирования посредством элемента корпуса от окружающей атмосферы окислительной печи, то либо теплообмен с окружающей окислительную печь не происходит, либо происходит уменьшенный теплообмен. За счет этого эффективность может быть увеличена.

Благоприятно, если элемент корпуса расположен на противолежащей технологической камере стороне таким образом, что между элементом корпуса и обводным роликом образован проточный канал для горячего воздуха.

Если элемент корпуса изготовлен из стекла, то реверсивная область может быть видна снаружи и всегда можно визуально проверить, надлежащим ли образом волокна движутся по обводным роликам или нет.

Является особым преимуществом, если посредством элемента корпуса предусмотрена возможность обеспечения доступа снаружи по меньшей мере к одному обводному ролику. Это отвечает факту, что отдельные волокна при прохождении через окислительную печь могут порваться. Обычно свободный конец оборванного волокна в области обводных роликов связывается узлом с проходящим рядом волокном, посредством которого оборванное волокно протаскивается через печь. Но для этого требуется, чтобы обводные ролики были доступны снаружи.

Для этого зарекомендовало себя преимущественным, если по меньшей мере один элемент корпуса является выполненной с возможность поворота вокруг горизонтальной оси на опорах пластиной.

Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере один элемент корпуса может являться закрепленной разъемно с возможностью снятия пластиной.

Вновь альтернативно или дополнительно, по меньшей мере один элемент корпуса со стороны обводного ролика, которая противолежит технологической камере, может быть накрывающим поддонным элементом.

Кроме того, может быть преимуществом, если по меньшей мере один элемент корпуса является выполненным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси на опорах сегментным элементом.

Когда свободный конец оборванного волокна фиксируется обслуживающим персоналом и соединяется узлом с другим волокном, то температура в области обводных роликов, а также температура самих обводных роликов не должна быть настолько высокой, чтобы обслуживающий персонал мог бы получить травмы. По этой причине благоприятно, если устройство подачи воздуха выполнено так, что горячий воздух по выбору может быть направлен к противолежащей технологической камере стороне одного из обводных роликов или нет, или вместо горячего воздуха к противолежащей технологической камере стороне обводных роликов может быть направлен холодный воздух. Если воздушный поток может быть прерван или может быть подан холодный воздух, то область, которая должна быть достигнута обслуживающим персоналом, может быть охлаждена, и возможен безопасный доступ снаружи.

Для этого благоприятно, если устройство подачи воздуха включает в себя несколько воздушных питающих коробов, которые расположены между плоскостями волоконного ковра и запитываются от источника приточного воздуха.

Подобные воздушные питающие короба могут быть выполнены с возможность смещения в горизонтальном направлении между эксплуатационным положением, в котором они выдают горячий воздух на противолежащую технологической камере сторону обводных роликов, и отличающейся от ней позиции технического обслуживания.

Альтернативно, воздушные питающие короба могут взаимодействовать с выполненными с возможностью извлечения из реверсивной области коробами воздуховода. Тогда горячий воздух может быть направлен к обводным роликам только тогда, когда имеются короба воздуховодов.

В одной модификации устройство подачи воздуха включает в себя несколько откидных элементов, которые расположены между плоскостями волоконного ковра и запитываются от источника приточного воздуха, и выдают горячий воздух через выходную щель, причем откидные элементы выполнены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси между эксплуатационным положением, в котором выходная щель расположена вблизи плоскости волоконного ковра, и позицией технического обслуживания, в которой выходная щель расположена дальше от данной плоскости.

Далее примеры выполнения изобретения подробнее разъясняются на основании чертежей. На них показано:

Фиг.1 - вертикальное сечение окислительной печи для производства углеродных волокон в продольном направлении печи,

Фиг.2 - горизонтальное сечение окислительной печи согласно фиг.1 согласно указанной там линии сечения II-II,

Фиг.3 - соответствующие сечению согласно фиг.1 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи в увеличенном масштабе,

Фиг.4 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.3 вдоль указанной там линии сечения IV-IV, причем дутьевой короб показан частично удаленным,

Фиг.5 - соответствующие сечениям согласно фиг.3 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи согласно второму примеру выполнения,

Фиг.6 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.5 вдоль указанной там линии сечения VI-VI, причем дутьевые короба показаны частично удаленными,

Фиг.7 - соответствующие сечениям согласно фиг.3 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи согласно третьему примеру выполнения,

Фиг.8 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.7 вдоль указанной там линии сечения VIII-VIII, причем дутьевой короб показан частично удаленным,

Фиг.9 - частичный вид спереди реверсивные области согласно фиг.8,

Фиг.10 - соответствующие сечениям согласно фиг.3 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи согласно четвертому примеру выполнения,

Фиг.11 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.10 вдоль указанной там линии сечения XI-XI,

Фиг.12 - соответствующие сечениям согласно фиг.3 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи согласно пятому примеру выполнения,

Фиг.13 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.12 вдоль указанной там линии сечения XIII-XIII,

Фиг.14 - соответствующие сечениям согласно фиг.3 вертикальные сечения реверсивных областей на противолежащих концах окислительной печи согласно шестому примеру выполнения,

Фиг.15 - горизонтальное сечение шлюзовой реверсивной области согласно фиг.12 вдоль указанной там линии сечения XV-XV.

Сначала обратимся к фиг.1-4. На них показан первый пример выполнения окислительной печи для изготовления углеродных волокон.

Окислительная печь 10 включает в себя корпус 12, который ограничивает образующую внутреннюю часть окислительной печи 10 проходную камеру 14 посредством двух вертикальных продольных стенок 12а, 12b, одной стенки 12c перекрытия и одной стенки 12d днища. На своих торцовых сторонах 12е или же 12f корпус 12 имеет по одному отверстию 16, через которые проходная камера 14 принципиально доступна снаружи. Через постоянно остающиеся проходы 18b в области левого согласно фиг.1 и фиг.2 торцового конца 12е волокна вводятся в проходную камеру 14 и снова выводятся из нее.

Вертикальная продольная стенка 12b отделяет проходную камеру 14 от находящейся сбоку от нее воздухонаправляющей камеры 22, ограничение которой показано лишь частично на фиг.2 и там также обозначено лишь штриховкой.

Проходная камера 14, в свою очередь, разделена в продольном направлении на три области и включает в себя первую реверсивную область 24, которая расположена рядом с торцовым концом 12е, вторую реверсивную область 26, которая расположена рядом с противолежащим торцовым концом 12f, а также расположенную между реверсивными зонами 24, 26 технологическую камеру 28.

Подлежащие обработке волока 20 подаются в проходную камеру 14 окислительной печи 10, проходя параллельно, как “ковер”. Для этого волокна 20, направленные посредством опирающегося вне корпуса 12 печи направляющего ролика 30, поступают через имеющийся в нижней области отверстия 16 торцового конца 12е проход 18а в первую реверсивную область 24. Затем волокна 20 направляются через технологическую камеру 28 и через вторую реверсивную область 26 и оттуда снова возвращаются назад.

В общей сложности волокна 20 проходят сквозь технологическую камеру 28 зигзагообразно по следующим друг за другом снизу вверх обводным роликам 32, которые, следуя траектории волокон снизу вверх, обозначены 32а, 32b, 32c, 32d, 32e. При этом во второй реверсивной области 26 окислительной печи 10 предусмотрены три находящиеся друг над другом с параллельными осями обводных ролика 32а, 32c, 32e и в первой реверсивной области 24 - два подобных обводных ролика 32b, 32d. Между обводными роликами 32а, 32b, 32c, 32d, 32e волокна 20 образованного волоконного ковра образуют соответствующую плоскость.

После самого верхнего прохода через технологическую камеру 28 и первой реверсивной области 24 волокна 20 выходят из окислительной печи 10 через проход 18a, который остается в верхней области отверстия 16 торцового конца 12e. Эти волокна 20 за пределами корпуса 12 печи проводятся через дополнительный обводной ролик 34.

Тем самым первая реверсивную область 24 образует одновременно входной и выходной шлюз для волокон 20 в проходную камеру 14 или же в технологическую камеру 28.

Для первой реверсивной области 24 предназначено первое устройство 36 подачи воздуха и для второй реверсивной области 26 предназначено второе устройство 38 подачи воздуха, которые проходят волокна 20 на своем соответствующем пути через первую или же вторую реверсивную область 24 или 26. Посредством устройств 36, 38 подачи воздуха в процесс подается предварительно подогретый приточный воздух, далее устройства 36, 38 будут подробнее описаны еще раз.

Между реверсивными областями 24, 26 и технологической камерой 28 в качестве средств направления потока находятся расположенные друг над другом воздухонаправляющие заслонки 40, которые размещены между соответствующими образованными волоконным ковром 20 плоскостями и простираются между продольными стенками 12а, 12b корпуса 12 печи. Каждая воздухонаправляющая заслонка 40 выполнена с возможностью поворота индивидуально или посредством соединения рычажным механизмом вокруг горизонтальной оси 42 поворота, которая проходит сквозь продольные стены 12а, 12b корпуса 12 печи и расположена на опорах за его пределами. Это видно на фиг.2.

В технологической камере 28 поддерживаются два встречных воздушных потока. Для этого в центральной области технологической камеры 28 расположены дутьевое устройство 44 и в обеих, расположенных снаружи концевых областях технологической камеры 28 по одному вытяжному устройству 46, которые размещены рядом с соответствующими воздухонаправляющими заслонками 40. Дутьевое устройство 44 включает в себя несколько дутьевых коробов 44а, и вытяжные устройства 46 включают в себя несколько вытяжных коробов 46а, которые расположены между соответствующими образованными волоконным ковром 20 плоскостями и простираются между продольными стенками 12а, 12b корпуса 12 печи, и только некоторые из них снабжены ссылочными обозначениями.

Начиная, например, от вытяжных устройств 46 воздух транспортируется в воздухонаправляющую камеру 22, в которой не представляющим здесь интереса способом подготавливается и кондиционируется. От воздухонаправляющей камеры 22 воздух попадает соответственно к дутьевому устройству 44. Оно отдает кондиционированный воздух, текущий противоположно, в направлении к реверсивным областям 24 и 28 в технологическую камеру 28. В ней воздух противоположно течет к вытяжным устройствам 46, благодаря чему два контура циркуляции воздуха замкнуты, что на фиг.2 обозначено соответствующими стрелками.

Во время зигзагообразного прохождения волокон 20 через технологическую камеру 28 они омываются горячим кислородосодержащим воздухом и при этом окисляются. Точная конструкция как дутьевого устройства 44, так и вытяжных устройств 46, а также траектория потока воздуха от дутьевого устройства 44 к вытяжным устройствам при этом в данном случае дополнительного значения не имеют.

Кроме того, в области воздухонаправляющей камеры 22 предусмотрены два выходных отверстия 48. Через них отводятся те объемы газа или же воздуха, которые либо возникают при окислительном процессе, либо в качестве приточного воздуха через устройства 36, 38 подачи воздуха попадают в технологическую камеру 28, чтобы сохранять состав воздуха в окислительной печи 10. Отведенные газы, которые содержат, в том числе, также и ядовитые компоненты, подаются на термическое дожигание. Полученное при этом тепло может использоваться по меньшей мере для предварительного нагрева подаваемого в окислительную печь 10 приточного воздуха.

Относительно устройств 36, 38 подачи воздуха и дутьевого устройства 44 во взаимодействии с вытяжными устройствами 46 и воздухонаправляющей камерой реверсивной области 24, 26 и технологическая камера 28 тем самым посредством воздухонаправляющих заслонок гидродинамически отделены друг от друга.

На фиг.3 показаны реверсивные области 24, 26, и на фиг.4 - первая реверсивная область 24 в увеличенном масштабе.

Как видно на фиг.3, в первой реверсивной области 24 на соответствующем уровне под нижним обводным роликом 32b, между обоими обводными роликами 32b, 32d и над верхним обводным роликом 32d расположены подающие воздушные короба 50 первого устройства 36 подачи воздуха с прямоугольным поперечным сечением, которые простираются между продольными стенами 12а, 12b корпуса 12 печи и перпендикулярно ему.

Во второй реверсивной области 26 на соответствующем уровне над нижним обводным роликом 32а, между обоими обводными роликами 32а, 32c и над верхним обводным роликом 32e расположены соответствующие подающие воздушные короба 38 второго устройства 38 подачи воздуха также с прямоугольным поперечным сечением.

Каждый подающий воздушный короб 50 посредством собственного канального штуцера 52 с запорной крышкой соединен с источником 54 приточного воздуха, из которого подающие воздушные короба 50 могут запитываться кондиционированным предварительно нагретым приточным воздухом. Подающие воздушные короба 50 на своей указывающей в направлении торцовых концов 12е или же 12f корпуса 12 печи стороне имеют по одной выходной щели 50а, которые проходят в продольном направлении соответствующего подающего воздушного короба 50 и посредством которой поданный приточный воздух выступает вверх и/или вниз.

При этом только расположенный в первой реверсивной области 24 под самой верхней плоскостью волоконного ковра 20 подающий воздушный короб имеет две выходные щели 50a, благодаря чему горячий воздух выступает как вверх, так и вниз. Все остальные подающие воздушные короба 50 имеют только одну выходную щель 50a, через которую горячий воздух отдается вниз на проходящую под соответствующим подающим воздушным коробом 50 плоскость волоконного ковра 20. На фиг.3 это обозначено соответствующими стрелками в реверсивных областях 24, 26, которые не снабжены отдельным обозначением.

Кроме того, подающие воздушные короба опираются на направляющие рельсы 56, которые проходят горизонтально и расположены на продольных стенах 12а, 12b корпуса 12 печи. На направляющих рельсах 56 подающие воздушные короба 50 могут быть горизонтально перемещены между эксплуатационным положением и положением технического обслуживания. В своем эксплуатационном положении подающие воздушные короба 50 соединены с соответствующим канальным штуцером 52 и ориентированы так, что выходящий из выходных щелей 50а приточный воздух направляется к той стороне 58 обводных роликов 32а, 32b, 32c, 32d, 32e, которая противолежит технологической камере 28. Там горячий воздух обтекает соответствующий обводной ролик 32а, 32b, 32c, 32d, 32e и волокна 50, прежде чем он войдет в технологическую камеру 28, и затем течет дальше через реверсивную область 24 или же 26к воздухонаправляющим заслонкам 40. На фиг.3 это показано на примере соответственно обоих подающих воздушных коробов 50 в реверсивных областях 24, 26.

В позиции технического обслуживания подающие воздушные короба 50 выведены в направлении от обводных роликов 32b, 32d или же 32а, 32c, 32e и надвинуты на воздухонаправляющие заслонки 40, причем они отделены от соответствующих канальных штуцеров 52, как это показано на фигурах на примере соответственно самых нижних подающих воздушных коробов 50 в реверсивных областях 24, 26. В позиции технического обслуживания в подающие воздушные короба 50 горячий приточный воздух больше не подается.

В одной модификации канальный штуцер 52 также может быть выполнен гибким и перемещаться вместе с соответствующим подающим воздушным коробом 50.

Перед каждым обводным роликом 32b, 32d или же 32а, 32c, 32e на торцовых концах 12е, 12f корпуса 12 печи на опорах размещены соответствующие, выполненные с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 60 между положением открывания и положением закрывания стеклянные пластины 62. На фиг.3 стеклянные пластины 62 перед обводными роликами 32d и 32е показаны в положении закрывания и стеклянные пластины 62 перед обводными роликами 32а, 32b, 32c показаны в положении открывания.

Стеклянные пластины экранируют реверсивной области 24, 26 от окружающей окислительную печь 10 атмосферы. Кроме того, через стеклянные пластины 62 имеется возможность наблюдения за реверсивными областями 24, 26 снаружи, благодаря чему можно постоянно проверять, надлежащим ли образом волокна 20 направляются обводными роликами 32.

Если стеклянные пластины 62 на торцовых концах 12е, 12f принимают свое положение закрывания, то между двумя соседними в вертикальном направлении стеклянными пластинами 52 остается соответствующее расстояние 64, порядок величины которого примерно соответствует высоте подающих воздушных коробов 50. В этот промежуток 64 входят подающие воздушные короба, создавая уплотнение, если они принимают свое эксплуатационное положение. Для этого контуры стеклянных пластин 62 и подающих воздушных коробов 50 во взаимодействующих областях выполнены комплиментарными друг к другу и снабжены уплотнительными средствами, как это само по себе известно.

В нормальном режиме работы окислительной печи 10 подающие воздушные короба 50 занимают свое эксплуатационное положение, и стеклянные пластины 62 опрокинуты в свое положение закрывания. За исключением упомянутых проходов 18a, 18b для волокон 20 отверстия 16 на торцовых концах 12e, 12f корпуса 12 печи при таком расположении подающих воздушных коробов 50 и стеклянных пластин газонепроницаемо закрыты. Посредством взаимодействующих компонентов так выполнены торцовые стены корпуса 12 печи.

Запорные крышки в канальных штуцерах 52 открыты и тем самым в подающие воздушные короба 50 устройств 36, 38 подачи воздуха из источника 54 приточного воздуха подается горячий приточный воздух. Этот горячий приточный воздух из выходных щелей 50а подающих воздушных коробов 50 сначала струится на противолежащую технологической камере 28 сторону обводных роликов 32а, 32b или же 32c, 32d, 32e и мимо внутренней поверхности стеклянных пластин 62, прежде чем он будет струиться к воздухонаправляющим заслонкам 40 и далее в технологическую камеру 28.

При этом обводные ролики 32b, 32d или же 32а, 32c, 32e и направляемые по ним волокна 20 полностью омываются горячим приточным воздухом. Это предотвращает, что обводные ролики 32b, 32d или же 32а, 32c, 32e и направляемые по ним волокна 20 в реверсивных областях 24, 26 за пределами технологической камеры 28 остывают и затем при первичном или последующем входе в технологическую камеру 28 снова должны быть нагреты до технологической температуры, которая требуется для процесса окисления.

К тому же внутренние поверхности стеклянных пластин 62 нагреваются горячим приточным воздухом, благодаря чему предотвращается, что на них там осядет нежелательный конденсат, который выделяется из углеродных волокон 20.

Если корпус 12 печи имеет дополнительные, например расположенные сбоку, стеклянные окна для обеспечения просмотра или доступа к реверсивным областям 24, 26, то подающие воздушные короба могут иметь дополнительные соответствующим образом расположенные выходные отверстия, через которые горячий воздух может быть направлен на эти стеклянные окна, чтобы предотвратить образование конденсата и на них.

Каждая воздухонаправляющая заслонка 40 при работе окислительной печи 10 принимает положение, в котором остается лишь небольшой зазор между ее верхней или же нижней кромкой и проходящим мимо волоконным ковром 20, чтобы отделить области 24, 26 посредством максимально высокой скорости потока втекающего горячего воздуха от технологической камеры 28. Дополнительно может быть обеспечен хороший контакт волоконного ковра 20 с горячим приточным воздухом.

При наступлении упомянутого выше случая, что углеродное волокно 20 рвется, тем не менее, можно при идущем процессе окисления соединить узлом оборванное волокно 20 с соседним волокном 20, так как, с одной стороны, реверсивные области 24 и 26 доступны снаружи через стеклянные пластины 62 и, с другой стороны, устройства 36, 38 подачи воздуха направлены так, что обводные ролики 32b, 32d или же 32а, 32c, 32e и направляемые по ним волокна 20 могут быть охлаждены до температуры, при которой обслуживающий персонал может безопасно прикасаться к ним и обращаться с ними.

В верхнем участке реверсивной области 24, 26 предусмотрено соответственно по одному вытяжному штуцеру 65 с вентильной заслонкой, через который можно быстро отсосать находящийся в реверсивной области 24, 26 горячий воздух посредством не показанного отдельно вытяжного устройства. Тем самым охлаждение обводных роликов 32 и углеродного волокна 20 может быть ускорено.

Место, где находится свободный конец оборванного углеродного волокна 20, можно определить с помощью известной сенсорной техники. Исходя из этого, можно вывести, через который из обводных роликов 32a, 32b, 32c, 32d, 32e в следующий раз будет проведено оборванное волокно 20. Например, предположим, что свободный конец оборванного волокна 20 в следующий раз попадет сначала к самому нижнему обводному ролику 32b в первой реверсивной области 24.

В этом случае закрывается канальный штуцер 52, который ведет к самому нижнему подающему воздушному коробу 50 в первой реверсивной области 24. Затем данный подающий воздушный короб смещается в свое положение технического обслуживания, как это показано на фиг.3. За счет этого область прохода, в которой был расположен соответствующий подающий воздушный короб 50, освобождается. С одной стороны доступ снаружи к обводному ролику 32a для обслуживающего персонала уже создан. С другой стороны, путь для более холодного окружающего воздуха из окружающей окислительную печь 10 атмосферы открыт. Посредством оставшихся подающих воздушных коробов 50 в реверсивной области 24 поддерживается поток воздуха, причем из-за уменьшенной подачи приточного воздуха засасывается окружающий воздух, что на фиг.3 обозначено стрелкой P1. Окружающий воздух втекает в реверсивную область 24 и мимо обводного ролика 32b.

Тем самым обводной ролик 32b и ведомые по нему волокна 20 охлаждаются. Как только свободный конец оборванного волокна 20 попадет к обводному ролику. 32b, обслуживающий персонал может поймать его при умеренной температуре и связать узлом с соседним волокном 20.

Для дополнительного облегчения доступа к реверсивной области 24 стеклянная пластина 62 сначала откидывается в положение открытия, которая находится перед обводным роликом 32b.

После того как оборванное волокно 20 будет соединено узлом с целым волокном 20, эта стеклянная пластина 62 снова откидывается в свое положение закрывания, и самый нижний подающий воздушный короб 50 снова перемещается в свое эксплуатационное положение перед канальным штуцером 52, который за счет этого снова открывается.

Если оборванное волокно 20 соединено узлом с соседним волокном 20 и оба волокна следует уложить в соответствующий паз на каждом следующем обводном ролике 32, то в противолежащей реверсивной области 26 можно действовать соответствующим образом. То есть, в данном случае нужно сначала предпринять вмешательство на нижней стороне среднего обводного ролика 32c во второй реверсивной области 26. Для этого на следующем шаге самый нижний там подающий воздушный короб 50 переводится в свое положение технического обслуживания, и обе стеклянные пластины 62 перед обводными роликами 32а и 32c откидываются в свое положение открывания. Это также видно на фиг.3. Всасываемый там более холодный окружающий воздух обозначен стрелкой P2.

Этот процесс может быть аналогично выполнен последовательно для обоих следующих в направлении движения волокон 20 обводных роликов 32d в первой реверсивной области 24 и 32е во второй реверсивной области 26. Далее разъясняются другие примеры выполнения окислительной печи 10, причем одни и те же компоненты также имеют одни и те же ссылочные обозначения. Если явным образом не описано иного, то вышеуказанные разъяснения по окислительной печи 10 согласно фиг.1-4 соответственно разумным образом действительны для всех последующих примеров выполнения.

На фиг.5 и фиг.6 в качестве второго примера выполнения показаны модифицированные реверсивные области 24 и 26 окислительной печи 10. Там вместо выполненных с возможностью откидывания стеклянных пластин 62 имеются выполненные с возможностью снятия стеклянные пластины 66, которые опираются в не показанных отдельно крепежных рамах. На подающих воздушных коробах 50 имеется видимая на фиг.5 теплоизоляция 68, которая в эксплуатационном положении подающих воздушных коробов 50 изолирует от окружающей атмосферы окислительной печи 10. Одновременно теплоизоляция 68 может применяться как крепления для стеклянных пластин 62.

Если требуется доступ снаружи к одной или обеим реверсивным областям 24, 26, то соответствующая стеклянная пластина 66 извлекается из крепежной рамы. В этом случае путь доступа больше, чем при выполненных с возможностью откидывания стеклянных пластинах в первом примере выполнения согласно фиг.3 и фиг.4.

На фиг.7 и фиг.8 в качестве третьего примера выполнения показаны еще раз модифицированные реверсивные области 24, 26 окислительной печи 10. Там подающие воздушные короба 50 расположены стационарно примерно по центру между соответствующей торцовой стеной 12е, 12f и воздухонаправляющими заслонками 40 реверсивных областей 24, 26. Вместо выходных щелей 50а подающие воздушные короба 50 имеют на своих соответствующих обращенных к торцовой стенке 12е или 12f стороне выходной козырек 70 с выходной щелью 79а, который простирается по всей длине подающего воздушного короба 50. Рядом с каждым из подающих воздушных коробов 50 в областях выше и ниже между образованными волоконным ковром 20 плоскостями расположены боксообразные воздухопроводящие короба 72, причем в каждой плоскости имеется по нескольку воздухопроводящих коробов 72 рядом друг с другом. Это видно на фиг.9.

На своих направленных к торцовой стенке 12е или же 12f корпуса 12 печи стороне воздухонаправляющие короба 72 имеют по одной выходной щели 72а, которая соответствует выходной щели 50а подающего воздушного короба 50 согласно фиг.3-6 и проходит в продольном направлении соответствующего воздухопроводящего короба 72 и тем самым перпендикулярно направлению потока истекающего из подающих воздушных коробов 50 приточного воздуха. Через эту выходную щель 72а подаваемый приточный воздух может, в свою очередь, выходить вверх и/или вниз, как это показано на фиг.7 соответствующими стрелками в реверсивных областях 24, 26. На противолежащей стороне воздухопроводящие короба 72 имеют впускное отверстие 72b, которое является комплиментарным выходному козырьку 70 подающих воздушных коробов 50 и которое принимает его в себя во время эксплуатации, благодаря чему горячий приточный воздух из подающих воздушных коробов 50 течет в воздухопроводящие короба 72 и оттуда на сторону 58 обводных роликов 32а, 32b, 32c, 32d, 32e.

Воздухопроводящие короба 72 и обводные ролики 32а, 32b, 32c, 32d, 32e укрыты выполненными с возможностью снятия стеклянными пластинами 74, посредством которых корпус 12 печи, опять же за исключением областей входа и выхода волоконного ковра 20, газонепроницаемо закрыт. Стеклянные пластины 74 могут простираться практически на всю ширину корпуса 12 печи или быть сегментированными комплиментарно воздухопроводящим коробам 72. В последнем случае может быть снята лишь та соответствующая стеклянная пластина 74, которая находится перед участком соответствующей реверсивной области 24, 26, доступ к которому требуется.

Если требуется доступ к одной из реверсивных областей 24, 26, то сначала снимается соответствующая стеклянная пластина 74. Воздухопроводящие короба 72 в форме подвесных коробов разъемно закреплены посредством не показанных отдельно креплений в реверсивных областях 24, 26 и могут быть сняты через проходы 16 или же 18′ в торцовых стенках 12е, 12f корпуса 12 печи из реверсивных областей 24, 26. Благодаря тому, что рядом друг с другом расположены несколько воздухопроводящих коробов 72 и можно снять лишь один единственный воздухопроводящих короб 72, можно освободить лишь локально ограниченную область доступа к реверсивным областям 24, 26, которая не простирается по всей ширине соответствующего проходного отверстия 16 или же 18 в торцовых стенках 12е, 12f, а именно, только там, где пройдет свободный конец оборванного волокна 20.

Таким способом можно поддерживать температуру волокон 20 рядом, а также выше и ниже доступного снаружи участка реверсивных областей 24, 26, в отличие от чего обводные ролики 32 и движущиеся по ним волокна 20 на этом участке можно охладить.

В данном примере выполнения вытяжной штуцер 65 предусмотрен в продольной стенке 12а.

Вместо выходного козырька 70, каждый из которых простирается практически по всей длине подающих воздушных коробов 50, подающие воздушные короба 50 в одной модификации также могут иметь несколько расположенных рядом выходных козырьков, которые могут через соответственно один комплиментарный проход в воздухопроводящих коробах 72 выступать в них. На этих выходных козырьках может быть в наличии по одной запорной крышке, которая посредством пружины перемещается перед выходным отверстием соответствующего выходного козырька, если извлекается соответствующий ему воздухопроводящий короб 72. При перемещении данного воздухопроводящего короба 72 обратно в свою позицию перед подающим воздушным коробом 50 данная запорная крышка против усилия пружины сдвигается в сторону, благодаря чему путь воздуху через выходной козырек в воздухопроводящий короб 72 свободен.

В качестве четвертного примера выполнения на фиг.10 показаны еще раз модифицированные реверсивные области 24, 26 окислительной печи 10.

Хотя там обводные ролики 32а, 32b, 32c, 32d, 32e и размещены по ту сторону торцевых концов 12е, 12f корпуса 12 печи, они окружены выполненными с возможностью снятия стеклянными поддонами 76, которые герметизируют относительно стационарных и здесь подающих воздушных коробов 50.

Стеклянные поддоны 76 с соответствующей стороны 58 обводных роликов 32, которая противолежит технологической камере 28, надеты поверх обводных роликов 32.

Между стеклянными поддонами 76 и обводными роликами 32а, 32b, 32c, 32d, 32e, а также движущимися по ним волокнами 20 образовано по одному проточному каналу 78. На противолежащей подающему воздушному коробу 50 стороне плоскости волоконного ковра 20 имеется по одной отражательной перегородке 79, благодаря чему горячий воздух из подающих воздушных коробов 50 попадает на волокна 20 и находящуюся под ними отражательную перегородку 79 в проточный канал 78 и по нему к противолежащей технологической камере 28 стороне 58 каждого обводного ролика 32а, 32b, 32c, 32d, 32e.

Если необходим доступ к одной из реверсивных областей 24, 26, соответствующий стеклянный поддон 76 снимается, как это показано на примере обводного ролика 32b в реверсивной области 24. Затем соответствующий обводной ролик 32 может остыть в окружающей корпус 12 печи атмосфере, благодаря чему обслуживающий персонал может производить действия с волокнами 20. К тому же, если канальный штуцер 52 закрыт, окружающий воздух всасывается в реверсивную область 24 или 26 и там обеспечивает охлаждение омываемых окружающим воздухом волокон 20.

На фиг.12 и фиг.13 в качестве пятого примера выполнения показаны еще раз модифицированные реверсивные области 24, 26 окислительной печи 10. Там источник 54 приточного воздуха питает не выполненные с возможностью смещения или стационарные подающие воздушные короба, а выполненные с возможностью поворота откидные пластины 80, которые простираются в пространстве между плоскостями волоконного ковра 20 и между продольными стенами 12а, 12b корпуса 12 печи. На фиг.12 для наглядности лишь некоторые откидные пластины 80 снабжены ссылочным обозначением.

Откидные пластины 80 имеют выходную щель 80а, через которую горячий воздух подается на противолежащую технологической камере 28 сторону обводных роликов 32а, 32b, 32c, 32d, 32e. На противолежащей выходной щели 80а стороне откидные пластины 80 опираются с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Откидные пластины 80 могут принимать эксплуатационное положение, в котором соответствующая выходная щель 80а находится в непосредственной близости к соответствующей плоскости волоконного ковра 20. Из этого эксплуатационного положения откидные пластины 80 могут быть повернуты в положение технического обслуживания, в котором соответствующая выходная щель 80а расположена на большем расстоянии до соответствующей плоскости волоконного ковра.

На примере обеих откидных пластин 80, которые обрамляют направляемый обводным роликом 32а волоконный ковер 20, на фиг.12 обозначены оба положения. Остальные показанные на фиг.12 откидные пластины 80 принимают свое эксплуатационное положение.

Проходы 16 на торцовых концах 12е, 12f в данном примере выполнения снова закрыты выполненными с возможностью снятия стеклянными пластинами 66. Расположенная в нормальном режиме работы окислительной печи 10 перед обводным роликом 32b стеклянная пластина 66 на фиг.12 не показана. И здесь стеклянные пластины 66 также могут быть сегментированы, как это показано на фиг.13.

Если необходимо получить доступ к обводному ролику 32 и направленным по нему волокнам 20, то соответствующая стеклянная пластина 66 снимается, и откидные пластины 80, которые обрамляют соответствующий обводной ролик 32 сверху и снизу, поворачиваются в свое положение технического обслуживания. Так обеспечивается доступ к волокнам 20 и отводится горячий воздух от ставших доступными волокон 20. При необходимости, подачу горячего приточного воздуха к соответствующим откидным пластинам 80 на период доступа можно прервать или заменить горячий воздух холодным воздухом.

В примере выполнения согласно фиг.12 и фиг.13 к откидным пластинам 80 посредством источника 54 приточного воздуха может быть подан горячий воздух из канала 54а или холодный воздух из канала 54b. При доступе снаружи соответствующий обводной валок 32 может быть быстрее охлажден холодным воздухом, чем без этой меры.

Соответствующе выполнение источника 54 приточного воздуха также возможно во всех других описанных примерах выполнения.

На фиг.14 и фиг.15 в качестве третьего примера выполнения показаны еще раз модифицированные реверсивные области 24, 26 окислительной печи 10.

Как видно на фиг.14, там имеется всего три подающих воздушных короба 50. В первой реверсивной области 24 на уровне ниже самой верхней плоскости волоконного ковра расположен подающий воздушный короб 50, который имеет две выходные щели 50а, благодаря чему горячий воздух подается вверх и вниз. Другой подающий воздушный короб 50 с направленной вверх выходной щелью 50а расположен в первой реверсивной области 24 на уровне ниже самой нижней плоскости волоконного ковра 20. В отличие от этого во второй реверсивной области 25 находится лишь один единственный подающий воздушный короб 50, он расположен на уровне выше самой высокой плоскости волоконного ковра 20 и имеет направленную вниз выходную щель 50а.

Проходы 16 и 18 в торцовых стенах 12е, 12f корпуса 12 печи в данном варианте закрыты посредством проходящих вертикально и выполненных с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 82 вращения ламелей 84 из стекла, который могут перемещаться независимо друг от друга. На фиг.15 одним ссылочным обозначением снабжены лишь две из этих стеклянных ламелей.

Если необходим доступ к одной из реверсивных областей 24, 26, то сначала поворачивается соответствующая стеклянная ламель 84. Через возникающее отверстие окружающий воздух, как описано выше, всасывается в соответствующую реверсивную область 24, 26, в результате чего обтекаемый этим более холодным окружающим воздухом участок обводных роликов 32а, 32b, 32 с, 32d, 32e и движущиеся по ним волокна 20 охлаждаются до температуры, при которой имеется возможность обращения с ними.

Альтернативно, вместо отдельных опирающихся на опоры ламелей 84 может быть использована гофрированная перегородка 86, которая может состоять из нескольких отдельных гофрированных элементов, как это показано на фиг.15 в области прохода 16 реверсивной области 24.

Стеклянные пластины 62, 66 и 74, а также стеклянные поддоны 76 и стеклянные ламели 84 в соответствующих примерах выполнения образуют корпусные элементы корпуса 12 печи, посредством которых могут быть экранированы обводные ролики 32 по своей противолежащей технологической камере 28 стороне 58 от окружающей окислительную печь 10 атмосферы.

Вместо стекла может быть использован также другой, при необходимости просматриваемый материал для соответствующих пластин, поддонов и ламелей.

Если этого требует проведение процесса, то волокна 20 посредством горячего воздуха из устройства 36, 38 подачи воздуха в реверсивных областях 24, 26 также могут быть нагреты до температуры, которая выше, чем собственно технологическая температура в технологической камере 28.

При окислении углеродных волокон зачастую друг за другом в направлении движения волокон устанавливаются две или более окислительных печей, причем печи могут быть расположены в одной плоскости, следуя друг за другом, или также друг над другом. В этом случае выходное отверстие для волокон первой печи посредством газонепроницаемого канала может быть соединено с входным отверстием второй печи, благодаря чему предотвращено охлаждение волокон во время их перемещения от одной печи к следующей печи.

Изобретение относится к окислительной печи для окислительной обработки волокон, прежде всего для изготовления углеродных волокон. Окислительная печь содержит корпус, который за исключением проходных областей для углеводородных волокон является газонепроницаемым, технологическую камеру, находящуюся во внутреннем пространстве корпуса, устройство подачи горячего воздуха в технологическую камеру, обводные ролики, которые обрамляют технологическую камеру и проводят волокна через технологическую камеру, лежащими рядом зигзагообразно в форме ковра, причем волоконный ковер образует между противолежащими обводными роликами одну плоскость. При этом устройство подачи воздуха выполнено так, что горячий воздух является направляемым к противолежащей технологической камере стороне обводных роликов, так что горячий воздух обтекает соответствующий обводной ролик и волокна до их входа в технологическую камеру. Изобретение обеспечивает высокий положительный энергетический баланс. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Окислительная печь для окислительной обработки волокон, прежде всего для изготовления углеродных волокон, c:
а) корпусом (12), который за исключением проходных областей (18а, 18b) для углеводородных волокон (20) является газонепроницаемым,
б) находящейся во внутреннем пространстве (14) корпуса (12) технологической камерой (28),
в) по меньшей мере одним устройством (36, 38) подачи воздуха, с помощью которого в технологическую камеру является вдуваемым горячий воздух (28),
г) обводными роликами (32), которые обрамляют технологическую камеру (28) и проводят волокна (20) через технологическую камеру (28), лежащими рядом зигзагообразно в форме ковра, причем волоконный ковер образует между противолежащими обводными роликами (32) соответственно одну плоскость,
отличающаяся тем, что
д) устройство (36, 38) подачи воздуха выполнено так, что горячий воздух является направляемым к противолежащей технологической камере (28) стороне (58) обводных роликов (32), так что горячий воздух обтекает там соответствующий обводной ролик (32) и волокна (20) до их входа в технологическую камеру (28).

2. Окислительная печь по п.1, отличающаяся тем, что обводные ролики (32) расположены в реверсивной области (24, 26) корпуса (12), которая, по меньшей мере, гидродинамически отделена от технологической камеры (28).

3. Окислительная печь по п.2, отличающаяся тем, что между реверсивной областью (24, 26) и технологической камерой (28) имеются средства (40) для направления потока.

4. Окислительная печь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что обводные ролики (32) выполнены с возможностью экранирования посредством корпусного элемента (62, 66, 74, 76, 84) от окружающей атмосферы окислительной печи (10).

5. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что корпусной элемент (62, 66, 74, 76, 84) расположен на противолежащей технологической камере (28) стороне (58) обводных роликов (32) таким образом, что между корпусным элементом (62, 66, 74, 76, 84) и обводным роликом образован проточный канал для горячего воздуха.

6. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что корпусной элемент (62, 66, 74, 76, 84) изготовлен из стекла.

7. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что посредством корпусного элемента (62, 66, 74, 76, 84) предусмотрена возможность обеспечения доступа снаружи по меньшей мере к одному обводному ролику (32).

8. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один корпусной элемент (62) является установленной с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси (60) пластиной.

9. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один корпусной элемент (66, 74) является выполненной с возможностью снятия пластиной с разъемным креплением.

10. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один корпусной элемент (76) является надетым со стороны (58) обводного ролика (32), которая противолежит технологической камере (28), поддонным элементом.

11. Окислительная печь по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один корпусной элемент (84) является установленным с возможностью поворота вокруг вертикальной оси (82) ламельным элементом.

12. Окислительная печь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что устройство (36, 38) подачи воздуха выполнено таким образом, что горячий воздух по выбору может быть направлен или не направлен к противолежащей технологической камере (28) стороне (58) одного из обводных роликов (32), или вместо горячего воздуха к противолежащей технологической камере (28) стороне (58) одного из обводных роликов (32) может быть направлен холодный воздух.

13. Окислительная печь по п.12, отличающаяся тем, что устройство (36, 38) подачи воздуха включает в себя несколько подающих воздушных коробов (50), которые расположены между плоскостями волоконного ковра (20) и запитываются от источника (54) приточного воздуха.

14. Окислительная печь по п.13, отличающаяся тем, что подающие воздушные короба (50) выполнены с возможностью смещения в горизонтальном направлении между эксплуатационным положением, в котором они подают горячий воздух к противолежащей технологической камере (28) стороне (58) обводных роликов (32), и отличающимся от него положением технического обслуживания.

15. Окислительная печь по п.13, отличающаяся тем, что подающие воздушные короба (50) взаимодействуют с выполненными с возможностью извлечения из реверсивной области (24, 26) воздухопроводящими коробами (72).

16. Окислительная печь по п.12, отличающаяся тем, что устройство (36, 38) подачи воздуха включает в себя несколько откидных элементов (80), которые расположены между плоскостями волоконного ковра (20) и запитываются от источника (54) приточного воздуха и отдают горячий воздух через выходную щель (80а), причем откидные элементы (80) выполнены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси между эксплуатационным положением, в котором выходная щель (80а) расположена вблизи плоскости волоконного ковра (20), и положением технического обслуживания, в котором выходная щель (80а) расположена на большем расстоянии от данной плоскости.