Понедельник, 25.09.2017, 01:46
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ИССЛЕДОВАНИЕ ДУТЬЕВОЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНОГО ВОЛОКНА СПОСОБОМ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗДУВА

Предложена конструкция дутьевой головки с кольцевым сходящимся соплом для получения полиэтилентерефталатного волокна способом вертикального раздува. Приведены экспериментальные данные, устанавливающие зависимость разрежения в центральном канале дутьевой головки от параметров её проточной части и величины давления питания.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДУТЬЕВОЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНОГО ВОЛОКНА СПОСОБОМ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗДУВА

Полиэтилентерефталатное волокно (например, синтепон) широко применяеняется в промышленности. Такое волокно используют в лёгкой промышленности при пошиве тёплой одежды, изготовлении мягкой мебели, а также в чрезвычайных ситуациях, например, для сбора нефти с водных поверхностей. Авторы экспериментально проверили возможность получения такого волокна способом вертикального раздува струи расплавленного полиэтилентерефталата потоком воздуха [1] и испытали установку для реализации такой технологии, имеющую простую конструкцию и небольшую энергоёмкостью.

Одним из основных элементов установки для получения полиэтилентерефталатного волокна таким способом является дутьевая головка. В такой установке предусматривается агрегат для плавления исходного сырья — первичного или вторичного полиэтилентерефталата, через выходное отверстие которого под действием гидростатического давления в атмосферу истекает струя расплавленного материала. Струя проходит через центральный канал дутьевой головки, на выходе которой под действием потока сжатого воздуха она расщепляется на элементарные штапельные волокна. От конструкции дутьевой головки зависит не только качество получаемого волокна, но и принципиальная возможность реализации такой технологии.

Конструктивная схема дутьевой головки с кольцевым сходящимся соплом, один из вариантов которой защищён патентом [2], приведена на рис. 1.

Конструктивная система дутьевой головки с кольцевым соплом

Рис. 1. Конструктивная система дутьевой головки с кольцевым соплом

Дутьевая головка состоит из нижней 1 и верхней 2 частей корпуса, между которыми установлена уплотнительная регулировочная шайба 3. Нижняя и верхняя части корпуса образуют внутреннюю кольцевую полость с каналами 4 и 5 для подвода сжатого воздуха и кольцевой сходящийся зазор шириной h, через который сжатый воздух истекает в атмосферу. В нижней части корпуса соосно кольцевому соплу установлен диффузор 6 длиной L, который зафиксирован прижимным кольцом 7. В верхней части корпуса выполнен центральный канал для ввода струи расплавленного материала. Один из подводящих каналов 4 выполнен тангенциально к внутренней кольцевой полости, а другой — канал 5 — радиально к ней. Для получения закрученного потока воздуха на выходе из кольцевого сопла дутьевой головки воздух давлением Р0 подводится через канал 4, а без закручивания — в канал 5. Неиспользуемый при этом канал закрывается пробкой 8.

Важнейшей энергетической характеристикой такой дутьевой головки является разрежение Р в её центральном канале, обусловленное эффектом эжекции потока воздуха из атмосферы. Определение зависимости величины такого разрежения от конструкции дутьевой головки явилось задачей настоящего исследования .
Исследованная головка может трансформироваться за счёт изменения способа подвода сжатого воздуха для ее питания — через радиальный или тангенциальный канал, путем присоединения или отделения от корпуса диффузора, размещения в вихревой камере головки стального шарика и изменения ширины кольцевого зазора h, через который происходит истечение воздуха в результате изменения толщины уплотнительной регулировочной шайбы 5 между верхней и нижней частями корпуса. Варианты таких конструктивных изменений дутьевой головки приведены в табл. 1.

Таблица 1. Определение зависимости характеристик от конструкции дутьевой головки

Определение зависимости характеристик от конструкции дутьевой головки

В ходе экспериментальных исследований дутьевой головки ширина кольцевого зазора h в каждом из пяти ее исполнений имела значения от 0,3 до 0,6 мм; разрежение Р в центральном канале измерялось при разных значениях давления питания Р0 — от 10 до 200 кПа.

Зависимость разрежения в центральном канале от величины давления питания при различной ширине кольцевого зазора h

Рис. 2. Зависимость разрежения в центральном канале от величины давления питания при различной ширине кольцевого зазора h

Экспериментальные зависимости разрежения Р в центральном канале дутьевой головки исполнений 1 и 2 (по табл. 1) от величины давления питания Р0 при различной ширине кольцевого зазора h представлены на рис. 2, откуда видно, что разрежение существенно зависит не только от указанных параметров Р0 и h, но и от наличия на выходе дутьевой головки диффузора. Использование диффузора позволяет не только увеличить разрежение в центральном канале, но и обеспечить равномерность распределения параметров воздушного потока ниже по течению струи. При отсутствии диффузора струя существенно отклоняется от оси дутьевой головки вследствие неконцентричности кольцевого зазора.

Исследование дутьевых головок исполнений 3, 4 и 5, в которых было предусмотрено закручивание потока воздуха, показало, что разрежение Р в их центральных каналах при одинаковом давлении питани Р0 и одинаковой ширине кольцевого зазора h существенно меньше, чем дл головок исполнений 1 и 2. Например, разрежение Р при работе головки исполнения 3 оказалось в 10 раз меньше, чем при работе головки исполнения 1, а при работе головки исполнени 4 — в 3 раза меньше, чем при работе головки исполнения 2. Это объясняется тем, что закрученная струя воздуха распространяется в атмосфере с увеличенным углом факела. При работе головки исполнения 3 визуально подтверждено, что струя воздуха на выходе из кольцевого сопла имеет угол факела около 180° — воздух распространяется почти под прямым углом к оси дутьевой головки. Именно поэтому эффект эжекции воздуха из центрального канала весьма слаб. Однако практическое применение дутьевых головок с закручиванием потока позвол ет обеспечить лучшую равномерность распределени получаемого волокна на приёмной поверхности, что было экспериментально доказано авторами ранее.

Наличие стального шарика диаметром 5 мм в рабочей полости дутьевой головки исполнения 5 к существенному изменению разрежения не приводит, но пульсации потока воздуха на выходе струи оказываются заметными. При работе такой дутьевой головки на установке для получения полиэтилентерефталатного волокна следует ожидать повышения качества волокна: пульсации давления с постоянной частотой позволят стабилизировать длину отдельных элементарных волокон. Определение амплитуды и частоты пульсаций будет выполнено позднее.

Проведённых опытов по определению разрежения в центральном канале дутьевой головки исполнений 1 и 2 оказалось достаточно для обработки результатов с применением теории планирования эксперимента. Использовалась матрица полного факторного эксперимента для трёх факторов, изменяющихся на двух уровнях. Функцией отклика явилось безразмерное разрежение q, определённое отношением разрежения Р в центральном канале дутьевой головки к атмосферному давлению Ра. В качестве независимых факторов приняты давление питания Р0, ширина кольцевого зазора h и длина диффузора L. Значения варьируемых факторов приведены в табл. 2. Матрица планировани эксперимента с результатами опытов приведена в табл. 3.

Таблица 2. Уровни варьирования факторов

Уровни варьирования факторов

Таблица 3. Матрица планирования эксперимента

Примечание.
Матрица планирования эксперимента построена в соответствии с рекомендациями, приведенными в работе [3]. Знак (+) означает, что соответствующий нормализованный фактор в соответствующем опыте принимает значение +1, а знак (-) - значение -1.

Таблица 4.
Проверка адекватности формулы для расчета безразмерного разрежения q

Представленные в табл. 3 нормализованные факторы имеют вид



Приняв функцию отклика в виде линейного полинома с взаимодействием факторов и вычислив коэффициенты регрессии, получили математическую зависимость безразмерного разрежения q в центральном канале дутьевой головки без закручивания потока воздуха от указанных выше факторов:


После проведения опытов по измерению разрежения в центральном канале дутьевой головки с промежуточными значениями факторов Р0, h и L была проверена адекватность полученной формулы (1) для расчёта безразмерного разрежения. Результаты проверки представлены в табл. 4, откуда видно, что расхождение расчётных и экспериментальных данных в принятых интервалах варьирования факторов составляет от 10 до 15 %.

Экспериментальные исследования процесса получения полиэтилентерефталатного волокна с применением дутьевой головки такой конструкции показали, что расширение указанных в табл. 2 интервалов не целесообразно. Например, увеличение давления питания Р0 более 200 кПа и ширины кольцевого зазора h более 0,6 мм приводит к существенному повышению расхода воздуха и уровня шума дутьевой головки без изменения качества получаемого волокна. Увеличение длины диффузора более 40 мм приводит к незначительному повышению разрежения в центральном канале и повышению веро тности на- липани волокна на внутреннюю поверхность диффузора. В результате опытов установлено, что стремление к увеличению разрежения в центральном канале дутьевой головки не всегда приводит к положительному результату.

Например, испытание головки исполнения 8 (табл. 3), которая имела наибольшее разрежение в центральном канале, показало невозможность получения штапельного волокна. В этом случае происходит интенсивное охлаждение струи расплавленного материала потоками эжектируемого из атмосферы воздуха и образуется непрерывная нить диаметром 0,2—0,4 мм. Для получения штапельного волокна разрежение в центральном канале дутьевой головки должно быть минимальным.

Таким образом, в результате проведённых исследований дутьевой головки с кольцевым сходящимся соплом для получения полиэтилентерефталатного волокна способом вертикального раздува струи расплавленного материала потоком воздуха определены рациональные параметры её проточной части, рациональный интервал давления питания её сжатым воздухом и влияние этих параметров на разрежение в центральном канале, от величины которого зависит качество получаемого волокна.

Библиографические ссылки:

1. Экспериментальная проверка возможности производства синтетического волокна способом вертикального раздува воздухом К.Б. Сентяков, Б.А. Сентяков, К.П. Широбоков, А.А. Иванов // Автоматизация и современные технологии. 2008. № 12. С. 8—11.

2. Патент РФ № 2360871. Дутьевая головка. Б.А. Сентяков, К.Б. Сентяков, Ф.Ф. Шайхразиев, К.П. Широбоков МПК С 01 В 37/ 06. Опубл. 10.07.2009. Бюл. № 19.

3. Статистические методы в имитационном моделировании: Пер. с англ. / Под ред. Ю.П. Адлера, В.Н. Варыгина. М.: Статистика, 1978. 222 с.

__________________________

В.М. Святский, Б.А. Сентяков, д-р техн. наук, проф., К.П. Широбоков, канд. техн. наук, доц.
(Воткинский филиал Ижевского государственного технического университета)

Журнал «Автоматизация и современные технологии»

Ключевые слова: дутьевая головка, полиэтилентерефталатное волокно, кольцевое сходящееся сопло, разрежение в центральном канале.

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (03.03.2015)
Просмотров: 604 | Теги: головка, волокно, полиэтилентерефталатное, дутьевая | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2017 Обратная связь