Сутність та призначення процесу охолодження ниток при формуванні

1. зміна швидкості потоку охолоджуючого повітря в охолоджуючій шахті до оптимальних значень, які слід встановлював експериментально, так як у виробничих умовах завжди мають місце випадкові повітряні потоки і перепади тиску між формувальною і намотувальною частиною машини;
2. підвищення температури повітря в шахті.

Для успішного вирішення  завдання підвищення рівномірності  властивостей нитки, необхідно оптимізувати умови її формування і в першу  чергу режим охолодження і замаслювания нитки.

При формуванні ниток для  технічних цілей (для кордних  ниток, ременів безпеки, транспортних стрічок, мереж, канатів тощо) необхідно  створити такі умови, при яких нитки  зберігають можливість подальшого орієнтаційної  витягування з високою кратністю, в результаті чого вони зміцнюються. Для цих ниток бажано, на ділянці 200 ... 400 мм від фільєри уповільнене  охолодження, а нижче цієї ділянки  охолодження інтенсифікується  за допомогою обдування повітрям. Інтенсифікація може здійснюватися за рахунок навмисного використання повітряного турбулентного  потоку з високими швидкостями або  за рахунок додаткового охолодження  на виході з обдувочних шахт.

При формуванні текстильних  ниток характер зміни температури  ниток по шляху формування не відіграє такої ролі, як при формуванні розглянутих  вище технічних ниток. При малій величині лінійної щільності, а, отже, і внутрішньої енергії ці нитки охолоджуються і тверднуть значно швидше. До рівномірності властивостей цих ниток пред'являються найбільш високі вимоги.  При охолодженні цих ниток важливо створити м'які умови, тобто охолоджувати їх повітряним потоком з мінімально можливою швидкістю. Характерні епюри швидкісного напору повітряного потоку при формуванні різних ниток наведені в роботі.

При формуванні комплексних  ниток окремі елементарні нитки  в залежності від їх місцезнаходження в пучку відчувають різні механічні  і температурні дії, що призводять до неоднорідності їх структури і властивостей. До конструкції охолоджуючого пристрою, і, перш за все обдувочні шахти, ставиться вимога забезпечення по можливості ідентичних умов охолодження для всіх елементарних ниток в пучку.

Охолоджуючі пристрої повинні  не тільки забезпечити стабільність процесу охолодження, але й одержання  необхідних властивостей ниток, що формуються.

Таким чином, стає зрозумілим актуальність проведення експериментальних  і теоретичних досліджень процесу  охолодження ниток, якi формуються з метою розробки ефективних і економічних пристроїв для охолодження ниток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструкція пристроїв для охолодження ниток при формуванні

Розглянувши вимоги до умов охолодження ниток різної лінійної щільності, неважко уявити, що навряд чи можливо універсальне, конструктивне  рішення пристрою для охолодження  ниток, причому, очевидно, що основна  відмінність має полягати в конструкції  обдувочной шахти.

Розрізняють обдувочние шахти  з примусовою подачею повітря, а  також обдувочні шахти з природною циркуляцією. Останні не знайшли широкого застосування у промисловості.

Всі обдувочні шахти з примусовою подачею повітря складаються з напорної і обдувочної камер, розділених повітропроникною перфорованою перегородкою (рис. 1.2). У напорну камеру по повітропроводу подається кондиційоване повітря, яке через перфоровану перегородку надходить в обдувочную камеру, де обдуває нитку, яка проходить в камері, охолоджуючи її за рахунок конвективного теплообміну.

Питання про те, який спосіб охолодження, а, отже, і конструкція  охолоджуючого пристрою забезпечує отримання ниток найкращої якості, до цих пір не вирішено, і вибір  конструкції охолоджуючого пристрою визначається загальною конструкцією машини, конструкція обдувочной шахти залежить, перш за все, від напрямку подачі обдувочного повітря до нитки.

Застосовують  три види обдування:

1) доцентрове (від стінок шахти до центру);

2) відцентрове (від центру пучка до периферії);

3) одностороннє бокове.

І. І. Матюшев [1] всі конструкції шахт ділить на:

1) шахти з поперечною  односторонньою обдувкою;

 2) шахти з поперечною радіальною (центральною і периферійною) обдувкою;

3) шахти з поздовжньою  обдувкою.

 

 

Рисунок 1.2 – Схема охолоджуючого пристрою формувальних машин

 

1 - фільєра; 2 - нитка, що формується; 3- обдувочна шахта; 4 - супроводжуюча шахта;  5 - термокамера.

А. A. Панкеєв [5] пропонує наступну класифікацію:

1) з поперечною подачею охолоджуючого повітря;

2) з поздовжньою подачею охолоджуючого повітря (прямоток і протитечія);

3) з комбінованою подачею охолоджуючого повітря по довжині юні охолодження нитки.

В. П. Кокоша [6] пропонує всі охолоджуючі шахти класифікувати за такими основними ознаками:

1. По напрямку потоку охолоджуючого повітря відносно рухомого пучка ниток:

а) перпендикулярно, з одного боку пучка;

б) перпендикулярно з усіх сторін, тобто в радіальних напрямках до центру пучка;

в) перпендикулярно, від центру пучка до периферії в радіальних напрямках;

г) під кутом з одного боку;

д) знизу, назустріч руху пучка, паралельно йому.

2. За способом подачі повітря до обдувочної шахти:

а) від вентилятора по загальному воздухопроводу, на одну чи дві машини, з відводами на кожну шахту, під динамічним напором;

б) з приміщення приймально-намотувально частини машини або зі спеціальної камери, розташованої під перекриттям, на якому встановлені охолоджуючі шахти, під статичним тиском.

Існуючі пристрої для охолодження ниток з поперечним обдувом пучка, що формується не забезпечують отримання нитки високої якості. Нерівномірне температурне поле в охолоджуючому пристрої призводить до різних умов охолодження окремих елементарних ниток, складаючих пучок. Це призводить до погіршення процесу замаслювання та не дозволяє поліпшити рівномірність фізико-механічних показників ниток у пучку, і знижує загальну міцність комплексної нитки.

Для визначення основних перспективних  напрямків удосконалення відомих пристроїв для охолодження та створення нових, що забезпечують отримання ниток високої якості, необхідний аналіз схем і конструктивних рішень елементів і пристроїв для охолодження.

Найбільше поширення при  виробництві синтетичних ниток  отримав поперечний (бічний) спосіб обдування, коли потік охолоджувального повітря прямує через розподільник, перпендикулярно нитці, яка рухається.

Одним з перших патентів на охолоджуючий пристрій з поперечним підводом охолоджувального повітря  до формуємої нитки є патент фірми "EJ. Du Pont de Nemours "[4].

Для організації рівномірного потоку з малими пульсаціями швидкості по довжині обдувочної шахти, вона, як правило, відокремлюється від напорної камери сітчастою перегородкою, яка містить пластини, пористий екран, металеву і полімерну сітки, структура яких забезпечує формування ламінарного потоку повітря.

Для регулювання швидкостей повітря є найрізноманітніші пристрої. Конструкція цих пристроїв, як правило, заснована на відомих принципах регулювання витрати газоподібних потоків (клапани, змінне гідравлічний опір розподільних пристроїв і т.д.).

Обдувочна камера шахти з поперечною односторонньою обдувкою                  (рис. 1.4,а) має, як правило, П-подібний поперечний переріз і обмежується повітророзподільником і рухливими (у вигляді стулок) або нерухомими бічними стінками. Іноді ця камера, з метою виключення впливу на нитку неконтрольованих цехових потоків, з боку виходу повітря закривається рухомою повітропроникною передньою стінкою.

Шахти з поперечною односторонньою обдувкою при використанні круглих фільєр для формування  комплексних ниток створюють неоднакові умови охолодження елементарних ниток з різних сторін пучка. Тому, для досягнення рівномірної температури по перетину пучка, пропонується подавати охолоджувальний повітря під кутом до нитки, яка формується, а кут може бути регульованим, або подавати охолоджувальне повітря з двох протилежних сторін нитки, що рухається.

З метою поліпшення санітарно-гігієнічних  умов праці, а також створення  більш постійних і м'яких умов формування широке застосування знаходять  закриті охолоджуючі шахти круглого або прямокутного типів.

При формуванні ниток для штапельних волокон, рівномірне охолоджування досягається при використанні фільєр з розташуванням капілярів по декількох концентричних колах на периферії фільєри та центральної радіально-поперечної обдувки ниток (рис.1.4, б).  Кондиціоноване повітря по повітроводу надходить в напорну камеру, розташовану по осі фільєри співвісно з охолоджуваним пучком ниток і виходить через повітророзподільник до нитки, яка формуються. Повітророзподільник такої шахти має форму порожнистого повітропроникного циліндра.

Типова конструкція шахти з периферійною радіально-поперечною обдув кою (рис. 1.4, в), що застосовується найчастіше при формуванні технічних ниток. Кондиціоноване повітря надходить в напорну камеру, утворену двома циліндричними поверхнями і оточуючу пучок ниток, що формуються, і виходить у обдувочну камеру через циліндричний повітророзподільник.

Шахти з радіальною подачею  охолоджуючого повітря обов'язково мають відсмоктуючі пристрої для  низькомолекулярних сполук полімеру (НМСП) і гарячого повітря. Конструкція  пристрою, дозволяє видаляти шари повітря, що знаходяться всередині пучка. Для забезпечення доступу до фільєри шахта (або її частина) переміщається у вертикальному , або горизонтальному напрямку, що ускладнює її конструкцію та обслуговування.

При зустрічному охолодженні  охолоджуючий пристрій розташований нижче фільєри та обдувочний потік спрямований знизу вгору проти напрямку руху ниток, що  формуються. Обдувочна шахта знаходиться при цьому над напорною камерою і являє собою колодязь з послідовно розміщеними в ньому один над одним дифузорами, забезпеченими перфорацією; завдяки дифузорам потік розділяється на центральний і периферійний. Охолоджування відбувається за рахунок центрального (ламінарного) потоку повітря, з поступовим зменшенням швидкості потоку по висоті шахти.

 

 

       а)                                                 б)                                           в)

 

Рисунок 1.3 – Схеми обдувочних шахт із поперечною обдувкою

 

1 - фільєра; 2 - нитка, що формується; 3 - обдувочна камера; 4 - напорна камера;

5 - повітрярозподільник; 6-повітряпровід; 7-відсмоктуючий пристрій.

 

Для усунення коливань точки  затвердіння струйки розплаву, застосовують охолоджувальні пристрої, що дозволяють регулювати кількість повітря, що подається. Для уповільнення процесу охолодження  ниток, з метою отримання оптимальної  відстані від дзеркала фільєри до точки затвердіння, застосовують термостатуючі пристрої (термокамери), розташовані між фильєрою і обдувочною шахтою (рис. 1.2).

Найбільш досконалими  є охолоджуючі пристрої, що дозволяють регулювати температурний градієнт по висоті обдувочної шахти.

Останнім часом, у зв'язку з постійною тенденцією до підвищення продуктивності формувальних машин, що викликає збільшення виділень НМСП і  теплоти, а також, у зв'язку з підвищенням  вимог до захисту навколишнього  середовища, при конструюванні пристроїв  для охолодження ниток великої  лінійної щільності перевага віддається пристроям з обдувочними шахтами  закритого типу, забезпеченими пристроями для відсмоктування НМСП і відпрацьованого  повітря, вбудованими в систему  охолодження (рис.1.5). У цих пристроях  основна кількість повітря, поданого на обдувку ниток, відпрацювавши, відсмоктується разом з НМСП безпосередньо з  охолоджуючого пристрою.

Супроводжуюча шахта уявляє, як правило трубу круглого або прямокутного перерізу. У деяких формувальних машинах супроводжуючі шахти мають сорочку, в яку безперервно подається холодна вода.

Класифікація охолоджуючих пристроїв, заснована на способі  подачі охолоджуючого повітря до нитки, що формується з урахуванням  основних конструктивних особливостей, представлена на (рис.1.6). Всі розглянуті конструкції мають як переваги, так  і недоліки, і не можна віддавати  перевагу якому-небудь одному способу  обдування.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 – Схема замкнутої системи охолодження ниток в замкнутій шахті, оснащеної пристроєм для відсмоктування НМСП і зворотнього повітря:

1 – фільєра; 2 – нитка  що формується; 3 – напорна камера; 4 – шибер; 5 – система уловлення,  очищення і підготовки кондиціонованого  повітря; 6 – камера відсмоктування; 7 – обдувочна камера; 8 – голівка відсосу.

Рисунок 1.3 – класифікація пристроїв для охолодження нитки

 

 

 

 

 

 

 

3. _{Методика  розрахунку обдувочної та супроводжуючої шахт}