Устройство для термообработки синтетических нитей Советский патент 1990 года по МПК D01H13/28 

Изобретение относится к производству химических волокон, а именно к устройствам для термообработки синтетических нитей методом облучения . их поверхности пучком лазерного из- лучения.

Целью изобретения является повышение качества термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и более полное использование энергии излучателя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства;

на фиг.2 - вариант конструкции блока преобразования, снабженного узлом взаимного перемещения круглых vKOHycoB вдоль оси источника; на фиг.З - схема прохождения полого цилиндрического пучка лучей группы элементов устройства: фокусирующей системы и камеры термообработки.

Устройство содержит источник 1 сплошного тщпиндрического коллимфо- ванного пучка лучей потока электромагнитного излучения, блок 2 преобразования сплошного цилиндрического

пучка лучей в кольцевой пучок лучей, 1СОСТОЯЩИЙ из круглого конуса 3 с внешней отражающей поверхностью и |усеченного круглого конуса 4 с внут- |ренней отражающей поверхностью; наклонное зеркало 5 с центральным отверстием 6 для прохождения сплошного цилиндрического коллимированного пучка лучей; наклонное зеркало 7 с центральным отверстием 8 для прохождения нити 9, фокусирующую систему 10 с центральным отверстием 11 для прохождения нити 9, камеру 12 термообработки, соосную с осью 13 узла 14 протяжки нити 9 и с центральным отверстием 15 дпя прохождения нити 9, В качестве источника 1 может быть использован любой тип источника, способного излучать поток в виде сплошного цилиндрического коллимированного пучка лучей, например лазер .

В качестве блока 2 преобразования сплошного цилиндрического пучка в полый выбрана система из двух коаксиальных конических отражающих поверхностей. Первая имеет вид круглого конуса 3 с внешней отражающей поверхностью, причем диаметр его основания должен быть больше или равен диаметру сплошного цилиндрического пучка излучения. Вторая выполнена в виде усеченного круглого конуса 4 с внутренней отражающей поверхностью. Конические поверхности блока преобразования выполнены с возможностью взаимного перемещения вдоль оси источника. Кругльй конус 3 вьтолнен в виде комбинации цилиндрической и ко- поверхностей,при этом коническая поверхность вьшолнена отражающей, а на тщлиндрической поверхности имеется паз для направляющей шпонки 16. На другом конце круглого конуса 3 имеется хвостовик с нарезанной на его поверхности резьбой. Круглый конус.3 своей цилиндрической частью установлен в отверстии, диаметр которого равен диаметру цилиндрической поверхности конуса. Это отверстие расположено в хвостовой части усеченного круглого конуса 4, выполненного в виде втулки, имеющей усеченную внутреннюю коническую отражающую поверхность. На внутренней поверхности цилиндрического отверстия хвостовой части усеченного конуса 4 имеется паз, который не доходит до

усеченной конической поверхности на некоторое расстояние и сопряжен со щпонкой 16. На хвостовик конуса 3, расположенный со стороны, противоположной отражающей конической поверхности, надета разрезная гайка, состоящая из двух частей - непосредственно гайки 17 и упора 18, которые соединены между собой винтами 19. Разрезная гайка снабжена стопорным винтом 20. Усеченный конус 4 с установленным в его нллиндрическом отверстии конусом 3, цилиндрический хвостовик которого подвижно закреплен на хвостовой части усеченного конуса 4 с помощью выступа 21 на хвостовой части усеченного конуса 4 и разрезной гайки 17-18, установлен в корпусе 22 и жестксг закреплен в нем с помощью накидной гайки 23. Корпус 22 с закрепленными в нем усеченным-конусом 4 и конусом 3 жестко устанавливается на основание 24, к которому

соосно оси блока преобразования крепится наклонное зеркало 5 (фиг.1).

Наклонное зеркало 5 расположено под углом О - Р) 190 к оси источника излучения. В центре наклонного зеркала имеется отверстие 6, размер которого не меньше диаметра сплошного цилиндрического пучка, выходярде- го из источника 1, при этом ось отверстия центр ирована относительно

пучка. Наклонное зеркало установлено так, чтобы проекция его отражающей поверхности на ппоскость, перпендикулярную оси источника, была расположена между зеркалом и блоком преобразования пучка, причем минимальный внешний размер указанной вьш1е проекции зеркала 5 не меньше максимального диаметра, характеризующего усеченную коническую поверхность 4 блока 2 преобразования, а дпина отражающей поверхности не меньше величины, характеризуемой отношением максимального диаметра усеченной конической поверхности 4 к синусу угла К наклона

зеркала относительно оси источника. Изображенное на фиг.1 зеркало 7 по конструкции и геометрическим размерам аналогично зеркалу 5 и имеет центральное отверстие 8, ориентированное относительно оси узла протяжки так же, как и отверстие 6 относительно оси источника. Максимальный размер отверстия больше диаметра ни

5

|ТИ. Отражающая поверхность зеркала 7 направлена навстречу отражающей поверхности зеркала 5, а угол наклона отражающей поверхности зеркала 7 относительно оси 13 узла 14 п тяжки равен углу /3 наклона отража ющей поверхности яеркала 5 относит но оси источника. Ось источника излучения и ось узла протяжки взаимн параллельны. Зеркала 5, и 7 ориентированы в пространстве при произвольном выборе значений их углов наклона так, чтобы их отражающие пверхности бьши взаимно параллельны При углах наклона, равных 45, зеркало 7 может быть произвольно ориентировано вокруг линии, соединяющей центры отражающих поверхностей зеркал 5 и 7, причем эта линия перпендикулярна как оси источника, так и оси узла протяжки, а нормаль, проведенная к центру отражающей поверхности зеркала, должна иметь одно и то же значение угла с перпендикуляром к осям источника и узла протяжки во всем диапазоне ориентации зеркала 7 За зеркалом 7 вдоль оси его центрального отверстия 8 установлена фокусирующая система 10, имеющая це тральное отверстие 11 для прохождения нити 9.. Ось центрального отвер- стия 11 совпадает с осью фокусирующей системы 10, которая соосна с осью 13 узла 14 цротяжки и осью центрального отверстия 8 зеркала 7. В качестве фокусирующей системы может быть использована как линзовая, так и зеркальная фокусирующие системы.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства,в котором фокусирующая система 10 выполнена в виде одиночной линзы.

На выходе фокусирующей системы 10 установлена камера 12 термообработки, имеющая центральное отверсти 15 и внутреннюю отражающую усеченную коническую поверхность, представля- Ю1ЧУЮ собой тело вращения. При этом значение угла при вершине камеры термообработки определяется из соотношения

Hj + Hi 4f

2(5 90° + arctg

И и П внешний и-внутренний соответственно рабочие диаметры пучка, падающего на фокусирующую , систему;

10

15

20

25

; - ; Q

II , -(-

ii

Hjj - диаметр централь- I

ного кольца рабочего

пучка; , f фокусное расстояние фокусирующей системы. Устройство работает следующим образом

Сплошной тшлиндрический коллими- рованный цучок лучей от источника 1 проходит через отверстие 6 н зеркале 5, расположенном под углом & к оси источника 1, и попадает на внешнюю отражающую поверхность круглого конуса 3 блока 2 преобразования. Отразившись от этой поверхности и попав на внутреннюю отражающую поверхность усеченного круглого конуса 4, сплошной цилиндрический пучок преобрайует- ся в кольцевой пучок, направление распространения которого противоположно направлению распространения сплошного цилиндрического пучка.

С целью исключения частичного экранирования сплошного цилиндрического пучка обрабатываемой нитью, необходимо сместить полый цилиндрический пучок относительно сплошного пучка. Для этого используется система зеркал 5 и 7. Полый цилиндрический пучок попадает на плоскую отражающую поверхность зеркала 5, расположенную под углом О - 90, и, отразившись

35

40

45

0

5

от нее, направляется на плоскую отражающую поверхность зеркала 7, от которой он также отражается, сохранив при этом свою форму. В результате этих отражений полый ципиндриче- ский пучок смещается в пространстве и разворачивается в направлении, параллельном перемещению нити 9, коак- сиально относительно оси 13 узла 14 протяжкио При этом только взаимная параллельность, отражающих поверхностей зеркал 5 и 7 обеспечивает посто- янство плотности потока излучения после отражения кольцевого пучка лучей от поверхности второго зеркала 7, так как при такой ориентации кольцевой пучок не деформируется в пучок с эллипсовидным сечением, у которого . , вследствие несиьшетрии нарушена равномерность распределения плотности . потока излучения по сечению.

После прохождения фокусирующей :системы 10 кольцевой пучок преобра- зуется в полый конический, лучи рого направляются к поверхности нити

равномерно со всех сторон. Однако после фокусирующей системы 10 лучи направляются к поверхности нити под очень большими углами падения (угол падения отсчитьшается от нормали к оверхности нити), Это уменьшает КПД отока излучения вследствие большого оэффи1щента отражения от нити.

Лпя получения максимального КПД отока излучения необходимо обеспеить нормальное (в пределах аперту- ы пучка) падение пучка на нить. С этой целью устройство снабжено каерой 12 термообработки Отражаясь от внутренней отражающей конической поверхности камеры 12, лучи фокусируемого пучка направляются равномерно со всех Сторон к поверхности нити 9 под углом падения, близким к 90. Нить 9, протягиваясь через устройство посредством узла 14 протяжки, последовательно проходит отверстие 8 в наклонном плоском зеркале 7, отверстие 11 в фокусирующей системе 10 и отверстие 16 в камере 12 термообработки. Проходя камеру 12 термообработки, нить 9 обрабатывается лучами пучка источника 1, отраженными от зеркальной поверхности камеры 12 термообработки.

Угол 2() при вершине конуса, камеры 12 термообработки обеспечивает нормальное CB пределах апертуры) падение лучей пучка на нить.

На фиг.З обозначены: Z-Z - образующая конуса камеры обогрева; N-N - нормаль к образующей конуса; О половина угла при вершине конуса камё- ры обогрева; 1 - угол падения луча на образующую конуса; Ы,- двойной апертурный угол.

После фокусирующего компонента .лучи центрального кольца составят угол с оптической осью (осью нити),

равный Х arctg --, из ОЖ следует: 180 G -f 90 ч- 90 - i или 0 i , из следует; 180 X + f (1800 -(J) + 90° - i илиХ + 90 - -СХ - i 0.

2( 90° - X 90° -f arctg S -i- Регулирование температуры нагрева у поверхности нити достигается путем введения в блок 2 преобразования узла взаимного перемещения круглых

0

5

0

5

0

5

0

конусов блока преобразования вдоль оси источника. Такого рода смещение приводит к тому, что на выходе блока 2 преобразования (фиг.1) внешний и .внутренний диаметры полого -цилиндрического пучка лучей меняют свою величину, а следовательно, в полости камеры термообработки угол падения лучей потока излучения также будет меняться. При изменении поглощенной нитью энергии потока излучения тем- . пературы нити будет уменьшаться от своего максимального значения.

Таким образом, устройство обеспечивает возможность обработки широкого ассортимента тканей.

Блок преобразования, снабженный узлом взаимного перемещения конусов 3 и 4 вдоль оси источника, конструкция, которого представлена .на фиг.2, работает следуюицм образом.

Для того, чтобы изменить внутренний и внешний диаметры полого цилиндрического пучка, необходимо отжать стопорный винт 20 и вращением разрезной гайки 17-18 вокруг своей оси привести в прямолинейное движение конус 3, При этом гайка 17-18 с помощью выступа 21, расположенного на хвостовой части усеченного конуса 4, не . меняет своего положения .относител.ьно оси источника, а следовательно., вдоль оси источника поступательно движется только круглый конус 3. Устране- , ние поворота конуса 3 относительно своей оси, а следовательно, и оси ис- 1точника осуществляется с помощью шпонки 16, установленной с возможностью перемещения в направлении, пат раллельном оси. источника. При этом, поскольку усеченный конус 4 жестко связан с помощью гайки 22 и конуса 23 с основанием 24, сам усеченный конус 4 остается неподвижным относит тельно оси источника. Диапазон взаимного перемещения круглых колусов и 4 вдоль оси источника зависит от конструктивных параметров устройства и равен

d (m+2)

r

1

где 1 - диапазон взаиг-шого перемещения круглых конусов вдоль оси источника;

d - наибольший диаметр основания круглого конуса;

916

m - любое число, большее или равное единице и численно характеризующее отношение величины проекции образующей круглого конуса на ось источника.

Данное условие выбора диапазона взаимного смещения конусов пояснено на фиг.2, где показаны точки А и характеризующие крайнее положение вершины круглого конуса 3 относитель- но оси источника. Следовательно:

1 А А ; АЛ АА U А А +

+ А А . Принимая АЛ -|-, ак как

угол при вершине конуса

А А d (m+2)

ИАА -ЬА А „-|,

1

Использование предлагаемого .устройства, позволяет повысить качество

Отермообрабатьтаемых нитей в реальном технологическом процессе за счет создания равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверх .нести обрабатываемого участка нити - нить будет термообрабатываться равномерно и качественно со всех сторон.

Обейпечивается уменьшение энергетических потерь при обработке за сче создания нормального (в пределах апертуры пучка) падения излучения на нить, а также регулирование процесса термообработки путем взаимного перемещения круглых конусов блока преобразования пучка вдоль оси источника, т.е. быстрое переналаживание с одного типа нити на другой, что экономически выгодно при термообработке

широкого ассортимента.

Фо15мула изобретени.я

1. Устройство для термообработки синтетических нитей,содержащее источник излучения, узел протяжки синтетической нити и камеру термообработки нити, внутренняя отражающая поверхность которой выполнена в вида тела вращения, установленного соосно протяжке нити, отличающееся тем, что, с целью повышения

710

качества термообработки при одновременном у еньшении энергетических потерь и белее полного использования

энергии излучателя, оно дополнительно снабжено оптической системой формирования равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверхности синтетической нити,включа- ьщеи блок преобразования цилиндрического пучка излучения в кольцевой пу чок и фокусирующую систему, а камя- ра термообработки выполнена в виде усеченш го конуса с углом при вер- шине 2Ь, определяемым по формуле

2 90 + arete ,

4f

20 где Н - внешний диаметр кольцевого пучка излучения; Ilg - внутренний диаметр кольцевого пучка излучения; фокусное расстояние фоку- .сирующей системы,

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что блок преобразования состоит из установленных соосно с источником излучения 30 крут лого конуса с внешней отражающей .поверхностью и вершиной, ориентированной в сторону источника излучения, и усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью и вершиной, ори- ; ентированной в сторону, противоположную источнику излучения, при этом угол при их вершинах равен преимущественно 90, двух параллельных друг- другу плоских зеркал и фокусирующей 0 системы, при этом одно из зеркал установлено между источником излучения и конусами и имеет отверстие для прохождения 1щлиндрического пучка излучения, а его отражающая поверхность 5 ориентирована в сторону конусов, другое зеркало установлено перед фокусирующей системой и имеет отверстие для прохода синтетической нити, а его отражающая поверхность ориентирована в 0 сторону фокусирующей системы, при этом угол наклона ft плоских зеркал к оси источника излучения составляет О : 90,

55 3. Устройство по ПП.1 и 2, о т л и- чающееся тем, что фокусирующая система имеет отверстия для прохода синтетической нити, соосные узлу протяжки.

Фаг.г

N

Изобретение относится к производству химических волокон, а именно к устройствам для термообработки синтетических нитей методом облучения их поверхности пучком лазерного излучения, и позволяет повысить качество термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и более полно использовать энергию излучателя. Устройство дополнительно снабжено оптической системой формирования равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверхности синтетической нити, включающей блок преобразования цилиндрического пучка излучения в кольцевой пучок и фокусирующую систему, а термокамера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине, определяемым по формуле 2σ=90°+ARCTG^.(H₁+H₂)/4F, где 2σ - угол при вершине термокамеры

H₁ - внешний диаметр кольцевого пучка излучения

H₂ - внутренний диаметр кольцевого пучка излучения

F - фокусное расстояние фокусирующей системы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

фце. J