RU2360871C1

RU2360871C1 - Blowing head

Info

Publication number: RU2360871C1
Application number: RU2007147288/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Анатольевич Сентяков (RU); Борис Анатольевич Сентяков; Кирилл Борисович Сентяков (RU); Кирилл Борисович Сентяков; Фаат Фатыхович Шайхразиев (RU); Фаат Фатыхович Шайхразиев; Константин Петрович Широбоков (RU); Константин Петрович Широбоков
Original assignee: Борис Анатольевич Сентяков
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: invention can be used to produce staple poly(ethylene terephthalate) fiber by blowing the molten material jet with the help of power carrier flow. The proposed blowing head comprises the casing with its top furnished with a tangential hole receiving the power carrier and the funnel with a variable-section bore receiving effusing from the molten material feed nozzle arranged coaxially with the funnel. The casing top and bottom form, between themselves, an annular working nozzle and toroidal pressure chamber housing a ball-like power carrier flow separator. The ball radius equals that of the tangential hole.

EFFECT: increased quality of staple fiber and power savings.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области производства волокнистых теплозвукоизоляционных материалов и может быть использовано при получении штапельного полиэтилентерефталатного волокна способом раздува струи расплавленного материала потоком энергоносителя, например воздуха.The invention relates to the production of fibrous heat and sound insulating materials and can be used to obtain staple polyethylene terephthalate fiber by the method of blowing a jet of molten material with a flow of energy, such as air.

Синтетическое штапельное волокно обладает низкой гигроскопичностью, высокой светостойкостью, способностью сохранять приданную форму, имеет высокую стойкость к некоторым агрессивным веществам, поэтому такие материалы имеют перспективу применения в строительстве - для теплоизоляции и звукоизоляции зданий, в машиностроении, медицине и других областях деятельности человека. Среди известных технологических процессов получения штапельного волокна из минеральных и синтетических расплавов, обеспечивающих получение качественного волокна с высокой производительностью при меньшей энергоемкости, является процесс, суть которого заключается в получении вертикально падающей струи расплава с последующим ее раздувом в дутьевой головке. Качество и себестоимость получаемого материала по рассматриваемой схеме во многом зависит от конструктивного решения дутьевой головки, поэтому работа в направлении создания таких решений актуальна.Synthetic staple fiber has low hygroscopicity, high light fastness, the ability to maintain its shape, has high resistance to certain aggressive substances, therefore such materials have the prospect of application in construction - for thermal insulation and sound insulation of buildings, in mechanical engineering, medicine and other areas of human activity. Among the known technological processes for the production of staple fibers from mineral and synthetic melts, which provide high-quality fibers with high performance and lower energy consumption, there is a process the essence of which is to obtain a vertically falling jet of melt with its subsequent blowing in the blasting head. The quality and cost of the material obtained according to the scheme in question largely depends on the constructive solution of the blower head, therefore, work in the direction of creating such solutions is relevant.

Известная дутьевая головка [1], которая содержит корпус с центральным отверстием для подачи расплавленного материала и кольцевым соплом для ввода энергоносителя, камеру раздува волокон с диффузором.Known blow head [1], which contains a housing with a Central hole for supplying molten material and an annular nozzle for input of energy, a chamber for blowing fibers with a diffuser.

Недостатком такой дутьевой головки является низкое качество получаемого волокна, обусловленное нерегулярностью турбулентных пульсаций потока энергоносителя, взаимодействующего со струей расплавленного материала, которые приводят к нестабильности поперечного размера и длины элементарных волокон. Недостатком является также низкая экономичность дутьевой головки, обусловленная увеличенным расходом энергоносителя через кольцевое сопло, диаметр которого не является рациональным.The disadvantage of such a blasting head is the low quality of the resulting fiber due to the irregularity of turbulent pulsations of the energy carrier flow interacting with the jet of molten material, which lead to instability of the transverse size and length of the elementary fibers. The disadvantage is the low cost of the blasting head, due to the increased energy consumption through the annular nozzle, the diameter of which is not rational.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является дутьевая головка [2], содержащая корпус, патрубок с отверстием для ввода энергоносителя, стакан, крышку, воронку с центральным отверстием для подачи расплавленного материала, кольцевое рабочее сопло и подсопловую камеру.Closest to the proposed technical substance is a blow head [2], comprising a housing, a nozzle with an opening for inputting energy, a glass, a lid, a funnel with a central opening for supplying molten material, an annular working nozzle and a sub-nozzle chamber.

Недостатком такой дутьевой головки также является низкое качество получаемого волокна, обусловленное нерегулярностью турбулентных пульсаций потока энергоносителя, взаимодействующего со струей расплавленного материала, которые приводят к нестабильности поперечного размера и длины элементарных волокон. Недостатком является также низкая экономичность дутьевой головки, обусловленная увеличенным расходом энергоносителя через кольцевое сопло, диаметр которого не является рациональным.The disadvantage of such a blasting head is also the low quality of the resulting fiber due to the irregularity of turbulent pulsations of the energy carrier flow interacting with the jet of molten material, which lead to instability of the transverse size and length of the elementary fibers. The disadvantage is the low cost of the blasting head, due to the increased energy consumption through the annular nozzle, the diameter of which is not rational.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества получаемого штапельного волокна, выражающееся в уменьшении разности поперечного размера и длины элементарных волокон, и повышение экономичности дутьевой головки за счет уменьшения расхода энергоносителя.The technical problem to which the claimed invention is directed is to improve the quality of the resulting staple fiber, expressed in reducing the difference in the transverse size and length of the elementary fibers, and increasing the efficiency of the blasting head by reducing energy consumption.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной дутьевой головке, содержащей корпус с отверстием для ввода энергоносителя и воронку с центральным отверстием переменного сечения для приема истекающего из питающего сопла расплавленного материала, головка имеет напорную полость и сообщающееся с ней кольцевое рабочее сопло, отверстие для ввода энергоносителя, расположенное тангенциально в корпусе, напорная полость имеет тороидальную форму и в ней свободно с минимальным зазором размещен шарообразный прерыватель потока энергоносителя, радиус которого равен радиусу тангенциального отверстия, что позволяет получить пульсирующий с постоянной частотой поток энергоносителя на выходе его из кольцевого рабочего сопла и обеспечить таким образом регулярность процесса волокнообразования, приводящую к уменьшению разности поперечного размера и длины элементарных волокон, а следовательно, к повышению качества получаемого штапельного волокна. Одновременно обеспечивается наиболее полное использование энергии потока для приведения в движение шарообразного прерывателя потока, что повышает экономичность дутьевой головки. Диаметр наименьшего сечения центрального отверстия воронки в 2,5-3 раза больше диаметра проходного сечения питающего сопла, что исключает возможность прилипания струи расплавленного материала к поверхности центрального отверстия воронки, обеспечивая повышение качества штапельного волокна, и не приводит к увеличению размера кольцевого рабочего сопла и увеличению расхода энергоносителя, что повышает экономичность дутьевой головки. Выходной торец воронки имеет острую кромку, утопление которой внутрь корпуса в 3…5 раз больше ширины зазора кольцевого сопла, а ее диаметр составляет 0,8…0,9 диаметра выходного отверстия корпуса, что уменьшает размеры кольцевого рабочего сопла, уменьшая расход энергоносителя и повышая экономичность дутьевой головки, и обеспечивает рациональные условия встречи потока энергоносителя со струей расплавленного материала, что повышает качество штапельного волокна.The stated technical problem is solved due to the fact that the head has a pressure cavity and an annular working nozzle communicating with it, in the known blasting head containing a housing with an opening for inputting an energy carrier and a funnel with a central opening of variable cross section for receiving molten material flowing out of the feed nozzle to enter the energy carrier, located tangentially in the housing, the pressure cavity has a toroidal shape and a ball-shaped flow breaker is freely placed in it with a minimum clearance energy carrier, whose radius is equal to the radius of the tangential hole, which makes it possible to obtain a pulsating energy carrier at a constant frequency at its exit from the annular working nozzle and thus ensure the regularity of the process of fiber formation, leading to a decrease in the difference in the transverse size and length of elementary fibers, and therefore, to increase quality staple fiber. At the same time, the fullest use of the flow energy is provided for driving a spherical flow chopper, which increases the efficiency of the blasting head. The diameter of the smallest cross section of the central hole of the funnel is 2.5-3 times larger than the diameter of the flow section of the feed nozzle, which eliminates the possibility of adhesion of the jet of molten material to the surface of the central hole of the funnel, providing an increase in the quality of staple fiber, and does not increase the size of the annular working nozzle and increase energy consumption, which increases the efficiency of the blasting head. The outlet end of the funnel has a sharp edge, the recession of which inside the body is 3 ... 5 times the gap width of the annular nozzle, and its diameter is 0.8 ... 0.9 of the diameter of the outlet of the housing, which reduces the size of the annular working nozzle, reducing energy consumption and increasing profitability of the blasting head, and provides rational conditions for meeting the energy carrier flow with a stream of molten material, which increases the quality of staple fiber.

При оценке соответствия комплекса новых признаков волокнообразующего устройства критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю, информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.When assessing the compliance of the complex of new features of the fiber-forming device with the criterion of "significant differences" according to available authors and the applicant, information sources in the well-known technical solutions of signs similar to those claimed were not found.

На фиг.1 приведена конструктивная схема дутьевой головки, а на фиг.2 - ее сечение плоскостью, проходящей через ось симметрии напорной полости тороидальной формы перпендикулярно оси воронки.Figure 1 shows the structural diagram of the blasting head, and figure 2 - its section by a plane passing through the axis of symmetry of the pressure cavity of the toroidal shape perpendicular to the axis of the funnel.

Дутьевая головка содержит корпус 1, выполненный из двух соединенных между собой верхней и нижней частей. В верхней части корпуса выполнено тангенциальное отверстие для ввода энергоносителя 2 и воронка 3 с центральным отверстием переменного сечения для приема истекающего из соосно размещенного питающего сопла 4 расплавленного материала Верхняя и нижняя части корпуса 1 образуют между собой кольцевое рабочее сопло 5 и напорную полость 6 тороидальной формы в которой свободно с минимальным зазором 0,05…0,1 мм размещен шарообразный прерыватель потока энергоносителя 7, радиус которого равен радиусу тангенциального отверстия 2. Выходной торец воронки имеет острую кромку, утопление К которой внутрь корпуса в 3…5 раз больше ширины В зазора кольцевого сопла, а ее диаметр составляет 0,8…0,9 диаметра выходного отверстия корпуса. Диаметр D₀ наименьшего сечения центрального отверстия воронки в 2,5-3 раза больше диаметра d₀ проходного сечения питающего сопла 4. Указанные выше соотношения размеров дутьевой головки обоснованы результатами испытаний опытного образца.The blow head includes a housing 1 made of two interconnected upper and lower parts. In the upper part of the housing there is a tangential opening for introducing energy carrier 2 and a funnel 3 with a central opening of variable cross-section for receiving molten material flowing out from the coaxially arranged feed nozzle 4. The upper and lower parts of the housing 1 form an annular working nozzle 5 and a pressure cavity 6 of toroidal shape which is freely placed with a minimum clearance of 0.05 ... 0.1 mm a spherical chopper of the energy carrier flow 7, the radius of which is equal to the radius of the tangential hole 2. Outlet end funnel and has a sharp edge, the recession To which inside the casing is 3 ... 5 times greater than the width B of the gap of the annular nozzle, and its diameter is 0.8 ... 0.9 of the diameter of the outlet of the casing. The diameter D _{0 of the} smallest cross section of the central hole of the funnel is 2.5-3 times larger than the diameter d _{0 of the} passage section of the supply nozzle 4. The above size ratios of the blasting head are justified by the test results of the prototype.

Дутьевая головка работает следующим образом. Поток энергоносителя, например сжатого воздуха или пара, через тангенциальное отверстие для ввода энергоносителя 2 поступает в тороидальную полость 6 и через кольцевое рабочее сопло 5 истекает в атмосферу. Под действием аэродинамической силы, действующей на шарообразный прерыватель потока 7, последний совершает вращательное движение вокруг оси дутьевой головки. При прохождении его напротив тангенциального отверстия 2 давление энергоносителя в напорной полости 6 кратковременно уменьшается, что приводит к обеспечению на выходе из кольцевого рабочего сопла пульсирующего потока. Одновременно, из соосно размещенного питающего сопла 2, под действием гидростатического или избыточного давления в соединенном с питающим соплом плавильном агрегате (условно не показан), а также под действием разрежения в воронке 3 с центральным отверстием переменного сечения, создаваемого при выходе потока энергоносителя в атмосферу, истекает струя расплавленного материала. На выходе из дутьевой головки при встрече струи расплавленного материала с истекающим из рабочего кольцевого сопла 5 пульсирующим потоком энергоносителя, создаваемым шарообразным прерывателем потока 7, струя расплавленного материала расщепляется на элементарные волокна, которые осаждаются на приемном транспортере (условно не показан). Испытания нескольких вариантов опытных образцов дутьевой головки с различными соотношениями ее размеров подтвердили реальность достижения поставленной технической задачи. Экспериментальная оценка качества полиэтилентерефталатного волокна, полученного с применением предлагаемой дутьевой головки, показала, что наличие в тороидальной полости шарообразного прерывателя потока (при идентичных размерах проточной части дутьевой головки) позволило в три раза уменьшить разность максимальных и минимальных диаметров элементарных волокон (без прерывателя потока максимальный и минимальный диаметр элементарных волокон составили 32 и 13 мкм, а с прерывателем потока - 25 и 19 мкм). Эксперименты показали, что уменьшение диаметра наименьшего сечения центрального отверстия воронки при постоянном диаметре питающего сопла (экспериментальный образец дутьевой головки имел диаметр наименьшего сечения центрального отверстия головки 7,5 мм, а диаметр питающего сопла 3 мм) в результате незначительных поперечных колебаний струи расплавленного материала и проявления эффекта Коанда (прилипание струи к стенке при малых углах между ними) приводит к контакту струи расплавленного материала с внутренней поверхностью воронки и прекращению процесса волокнообразования. Соотношение указанных диаметров не должно быть меньше 2,5. Увеличение этого соотношения более чем в три раза (экспериментальный образец дутьевой головки имел диаметр наименьшего сечения центрального отверстия головки 9 мм, а диаметр питающего сопла 3 мм) приводит к уменьшению скорости потока энергоносителя (в опытах использовался сжатый воздух) в зоне его встречи со струей расплавленного материала и нарушению процесса волокнообразования. Восстановление процесса волокнообразования в этом случае возможно при увеличении расхода энергоносителя, что снизит экономичность дутьевой головки.The blow head operates as follows. The flow of energy, such as compressed air or steam, through a tangential hole for input of energy 2 enters the toroidal cavity 6 and through the annular working nozzle 5 flows into the atmosphere. Under the action of an aerodynamic force acting on a spherical flow interrupter 7, the latter rotates around the axis of the blasting head. When it passes opposite the tangential hole 2, the pressure of the energy carrier in the pressure cavity 6 decreases for a short time, which leads to a pulsating flow at the exit from the annular working nozzle. At the same time, from a coaxially placed feed nozzle 2, under the influence of hydrostatic or overpressure in a melting unit connected to the feed nozzle (not shown conditionally), as well as under the action of rarefaction in a funnel 3 with a central opening of variable cross section created when the energy carrier flows into the atmosphere, a stream of molten material expires. At the exit of the blasting head, when a jet of molten material meets a pulsating energy carrier flowing out of the working annular nozzle 5 and is created by a spherical flow interrupter 7, the jet of molten material splits into elementary fibers that are deposited on a receiving conveyor (not shown conditionally). Tests of several options for prototypes of the blasting head with different ratios of its sizes confirmed the reality of achieving the technical task. An experimental assessment of the quality of polyethylene terephthalate fiber obtained using the proposed blasting head showed that the presence of a spherical flow interrupter in the toroidal cavity (with identical sizes of the flowing part of the blasting head) made it possible to reduce the difference between the maximum and minimum diameters of elementary fibers by three times (without a flow breaker, the maximum and the minimum diameter of elementary fibers was 32 and 13 microns, and with a flow breaker - 25 and 19 microns). The experiments showed that a decrease in the diameter of the smallest cross section of the central hole of the funnel with a constant diameter of the feed nozzle (the experimental sample of the blow head had a diameter of the smallest cross section of the central hole of the head was 7.5 mm and the diameter of the feed nozzle was 3 mm) as a result of slight transverse vibrations of the jet of molten material and the manifestation Coanda effect (sticking of the jet to the wall at small angles between them) leads to the contact of the jet of molten material with the inner surface of the funnel, etc. the reduction of the process of fiber formation. The ratio of these diameters should not be less than 2.5. An increase in this ratio by more than three times (the experimental sample of the blowing head had a diameter of the smallest cross section of the central hole of the head 9 mm, and the diameter of the supply nozzle 3 mm) leads to a decrease in the energy flow rate (compressed air was used in the experiments) in the zone of its meeting with the jet of molten material and violation of the process of fiber formation. The restoration of the process of fiber formation in this case is possible with an increase in energy consumption, which will reduce the efficiency of the blasting head.

Таким образом, предлагаемая дутьевая головка позволяет повысить качество штапельного полиэтилентерефталатного волокна, получаемого способом раздува струи расплавленного материала потоком энергоносителя за счет создания на выходе раздувочной головки пульсирующего потока и выполнения рационального соотношения размеров ее проточной части, и одновременно повысить свою экономичность за счет рациональной минимизации площади поперечного сечения кольцевого рабочего сопла.Thus, the proposed blasting head can improve the quality of staple polyethylene terephthalate fiber obtained by blowing a jet of molten material with an energy carrier stream by creating a pulsating stream at the outlet of the blowing head and performing a rational ratio of the sizes of its flow part, while at the same time increasing its efficiency by rationally minimizing the cross-sectional area section of the annular working nozzle.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №1525122, С03В 37/06. Дутьевая головка / Печеный Н.И., Гаврилюк В.П., Коновалов Н.Г., Примаченко Г.А. Опубл. В БИО №44, 1989.1. A.S. No. 1525122, С03В 37/06. Blow head / Pecheny N.I., Gavrilyuk V.P., Konovalov N.G., Primachenko G.A. Publ. In BIO No. 44, 1989.

2. А.с. №2215702, С03В 37/06. Дутьевая головка / Уваров А.С., Клочков В.П., Фроловский Л.В., Чертов В.А., Пеньевский Г.Г. Опубл. 2003.11.10.2. A.S. No. 2215702, С03В 37/06. Blow head / Uvarov A.S., Klochkov V.P., Frolovsky L.V., Chertov V.A., Penevsky G.G. Publ. 2003.11.10.

Claims

A blasting head comprising a housing with an opening for introducing energy and a funnel with a central opening of variable cross-section for receiving molten material flowing out of the feed nozzle, characterized in that the head has a pressure cavity and an annular working nozzle communicating with it, an opening for introducing energy, located tangentially in case, the pressure cavity has a toroidal shape and a ball-shaped interruption of the energy carrier flow, the radius of which is equal to the radius, is freely placed in it with a minimum clearance at the tangential hole, and the diameter of the smallest section of the central hole of the funnel is 2.5-3 times larger than the diameter of the passage section of the supply coaxially placed nozzle, the outlet end of the funnel has a sharp edge, the recession of which inside the body is 3-5 times the width of the gap of the annular nozzle, and its diameter is 0.8-0.9 of the diameter of the outlet of the housing.