Устройство для раздува первичных волокон Советский патент 1984 года по МПК C03B37/06 

Изобретение относится к строительным материалам, а точнее к устройствам для получения супертонкого волокна раздувом первичных волокон. Известны устройства для раздува первичных волокон газовыми потоками, симметричными относительно оси сопла 1. Недостатком указанных устройств является низкая производительность и повышенный расход топлива на раздув, обусловленные тем, что примерно половина газового потока не используется для нагрева первичных волокон, так как по условиям процесса волокнообразования поворот расплавленчого волокна должен заканчиваться в зоне максимальных параметров, т. е. на оси потока. Известны также устройства для раздува первичных волокон асимметричными газовыми потоками, создаваемыми в результате подачи газовоздушной смеси в верхнюю и нижнюю зоны камеры сгорания при разных давлениях, а счет этого максимум скогазового потока сдвигается относительно оси вниз, поэтому глубину погружения первичных волокон и, соответственно, дебит волокон можно увеличить 2. Однако получению существенной асимметрии профиля скорости потока препятствует значительное выравнивание давления и скорости в камере сгорания и сопле. Поэтому заметного увеличения производительности данные устройства не обеспечивают. Известно также устройство, в котором асимметричный профиль образуется за счет охлаждения верхней губки сопла. Устройство имеет камеру сгорания, на выходе из которой установлено сопло с верх ней и нижней губками, из которых нижняя выполнена неохлаждаемой, а верхняя снабжена водяным охлаждением 3. Недостаток устройства - низкая производительность и большой расход топлива на раздув, обусловленные малой толщиной пограничного слоя на охлаждаемой верхней губке, вследствие чего не происходит существенного перераспределения температуры и скорости потока. Увеличению толщины пограничного слоя за счет удлинения сопла препятствует рост теплопотерь в сопле и снижение температуры и скорости потока в целом. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для раздува первичных волокон, включающее камеру сгорания и сопло с верхней и нижней губками, в верхнюю из которых встроена распределительная камера с каналом, соединенным с проточной частью сопла 4. В устройстве узел, сообщающий коллектор с суживающейся частью сопла, выполнен в форме сопел- отверстий, верхняя и нижняя губки - водоохлаждаемые и обе имеют коллекторы с соплами, т. е. симМетричны; топливные сопла направлены перпендикулярно потоку. При подаче через сопла-отверстия сжатого воздуха такой пограничный слой не создается, так как отдельные струи воздуха, напра;Ьленные поперек потока, будут полностью перемешиваться с продуктами сгорания и только снизят его общую температуру, что отрицательно скажется на раздуве. Цель изобретения - повышение производительности и снижение расхода топлива путем создания асимметричного потока продуктов сгорания. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для раздува первичных волокон, включаюш,ем камеру сгорания и сопло с верхней и нижней губками, в верхнюю из которых встроена распределительная камера с каналом, соединенным с проточной частью сопла, канал выполнен щелевым, а нижняя губка - сплошной. Целесообразно щелевой канал выполнять под углом 25-80° к внутренней поверхности верхней губки. На чертеже изображено устройство, общий вид. Устройство имеет камеру 1 сгорания и сопло, состоящее из верхней 2 и нижней 3 губок. В верхней губке сопла выполнен щелевой канал 4, соединяющий проточную часть сопла и распределительную ка.меру 5 сжатого воздуха. Над соплом располо gj механизм б для подачи первичных волокон 7. Устройство работает следующим образом. Первичные волокна 7 подаются механизмом 6 в выходящий из сопла газовый поток, нагреваются до плавления и поворачиваются вдоль потока, после чего вытягиваются и раздуваются с получением супертонкого волокна. Для раздува используется зона с максимальными параметрами газового потока. Из камеры 5 через канал 4 в проточную часть сопла подается воздух, который частично перемешивается с продуктами сгорания. При этом на верхней губке 2 сопла образуется утолщенный пограничный слой, внутри которого температура плавно изменяется по сечению от температуры стенки до температуры продуктов сгорания. Наличие этого слоя уменьшает сечение потока продуктов сгорания в сопле, поэтому при постоянном расходе продуктов оорания их скорость в нижней зоне сопла увелич11вается. Кроме того, за счет уменьшения контакта высокотемпературных продуктов сгорания с водоохлаждаемой верхней губкой возрастает общая температура потока, При раздуве первичных волокон 7 асимметричным газовым потоком увеличивается количество передаваемого волокнам тепла. Это происходит за счет перераспределения скорости и температуры по длине волокна: на участке с малыми температурными напорами скорость газов относительно волокна повышена, а на участке с большими температурными напорами уменьшение скорости и температуры играет не такую суш,ественную роль и в избытке компенсируется увеличением тепловоспринимающей поверхности, так как зона раздува смеш,ена ниже оси и волокно до попадания в эту зону проходит бодьший путь.

Величина смещения зоны максимумов зависит от толш,ины пограничного слоя на верхней губке 2. Оптимальная толщина пограничного слоя определяется конкретными температурно-вязкостными свойствами материала первичных волокон и .изменяется как за счет угла наклона щелевого канала, который варьируется в пределах

25-80°, так и за счет подбора количества подаваемого сжатого воздуха.

Значение угла между каналом для подачи воздуха и образующей сопла находится в пределах 25-80°. Выполнение угла

меньше 25° конструктивно затруднено, так как при этом ухудшаются условия охлаждения заостренной части верхней губки. Угол 80° обусловлен тем, что образующая сопла наклонена к оси основного потока под углом 10-15°. В случае выполнения угла между каналом и образующей сопла более 80° поток вдуваемого воздуха окажется направленным навстречу основному потоку, что приведет к дополнительным гидродинамическим потерям.

Увеличение количества воспринимаемого волокнами тепла и повышение скорости в зоне раздува обеспечивает увеличение производительности на 15-20%, а снижение теплопотерь сопла приводит к экономии топлива на раздув.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДУВА ПЕРВИЧНЫХ ВОЛОКОН, включающее камеру сгорания и сопло с верхней и нижней губками, в верхнюю из которых встроена распределительная камера с каналом, соединенным с проточной частью сопл5, отличающееся тем, что, с 41елью повышения производительности и снижения рас- хода топлива путем создания асимметричного потока продуктов сгорания, канал выполнен щелевым, а нижняя гуОка - сплошной. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что щелевой канал выполнен под углом 2580° к внутренней поверхности верхней губки. (Л to 1C