CN100467096C - 用于从气体和纤维流中分离纤维的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于从气流中收集和形成松填式纤维材料的方法和设备包括将合在一起的纤维(12)和气流引到可旋转的滚筒(50)的表面上。可旋转的滚筒让空气流过滚筒的表面,而同时将纤维材料收集在滚筒的表面上。然后通过滚筒内部的排气联管箱将收集的纤维材料从滚筒表面中取出。
Description
技术领域
本发明总体上涉及矿物纤维材料,尤其是象玻璃纤维这类材料的生产。具体地说,本发明涉及一种用于从气流中分离所生产的纤维材料的分离器。
背景技术
在制造矿物纤维绝缘材料时,矿物纤维通常用成纤机由熔融的矿物材料形成。在典型的制造工艺中,将熔融的矿物材料加入到多个成纤机中。熔融的材料在熔化器或熔炉中产生,并通过前炉(forehearth)输送到成纤机,上述前炉具有一系列衬套(bushing)。成纤机将熔融材料离心分离并使材料形成纤维,所述纤维以流束或雾幕(veil)被导引到收集单元。典型成纤工艺中的雾幕包括大量空气和热气体,矿物纤维夹带在上述空气和热气体中。
在生产作为绝缘材料的喷吹玻璃棉这类用途的纤维状松填式材料时,矿物纤维通常是形成毯或垫子,然后切割或短切成簇绒,薄片或其它颗粒状绝缘材料体。在一可供选择的工艺中,将矿物纤维从成纤机中收集,然后收集并装袋而不形成毯或垫子。Gill等人的美国专利4909817公开了一种生产这种松填式材料的方法。在Gill的专利中,示出一种有代表性的成纤装置。多个成纤机接收来自前炉的熔融玻璃材料。每个成纤机都产生玻璃纤维雾幕,所述玻璃纤维向下导向到一收集件或漏斗。通过使用一气流系统来增强和控制雾幕的向下流动,上述气流系统将雾幕导引到规定的区域。在Gill的专利中,收集件截取由成纤机供应的玻璃雾幕,然后收集件将纤维和气体流转移到分离器,最后转移到包装机。
有利的是提供一种制造松填式纤维状材料的系统,所述系统包括一可将导引气流与松填式材料分开的系统。
发明内容
本发明涉及一种用于从气流和纤维中分离纤维的方法和设备。方法包括用可旋转的滚筒截取气流和纤维,滚筒具有多个在外圆周壁上形成的孔。在滚筒内部形成一减压区使气流通过所述孔。这样使纤维与气流分开。气流排出离开减压区,而把纤维收集在外圆周壁上。在滚筒内部形成一增压区,所述增压区迫使小毯离开滚筒的外圆周壁。
根据本发明的用于从气体和纤维流中分离纤维的方法,该方法包括:用旋转滚筒截取气体和纤维流,滚筒具有多个孔,所述孔形成在滚筒的外圆周壁,所述滚筒围绕着一内腔室和一下面腔室设置,所述内腔室具有上部和下部,所述内腔室的上部是多孔的,所述内腔室的下部不能透过气流;在所述内腔室内部形成减压区,以使气流穿过所述孔,因而从气流中分离出纤维,并将纤维沉积在所述外圆周壁上;将气流从减压区排出;在所述下面腔室内部形成增压区;转动滚筒以迫使沉积的纤维离开滚筒的外圆周壁。
根据本发明的用于把纤维与气流分开的设备,上述设备包括:成纤机,所述成纤机用于形成纤维状矿物材料和气流的向下移动雾幕;
聚集件,所述聚集件适合于接收所形成的纤维状矿物材料和气流;
管道,所述管道位于聚集件和分离器之间,用于把所形成的纤维状材料和气流输送到分离器;
可旋转的滚筒,所述滚筒位于分离器内,所述滚筒适合于把纤维状矿物材料接收在滚筒的穿孔的外圆周壁上,外圆周壁可透过气流,所述滚筒围绕着一内腔室和一下面腔室设置,所述内腔室具有上部和下部,所述内腔室的上部是多孔的,所述内腔室的下部不能透过气流;及用于在分离器的内腔室内形成减压区的机构,用于将气流抽向滚筒。
设备包括用于形成纤维状矿物材料的成纤机。气流产生件将纤维状材料朝预定方向吹向聚集件,所述聚集件适合于收集所形成的纤维状材料和气流。管道件位于聚集件和分离器之间,用于将所形成的纤维状材料和气流输送到分离器。分离器包括可旋转的滚筒件,所述滚筒件适合于在其外表面上接收纤维状矿物材料。滚筒件的外表面可透过气流。可选地,可旋转的滚筒包括一在滚筒内的排气联管箱,所述排气联管箱当开动时适合于驱动从滚筒的表面中接收的纤维状材料。
对该技术的技术人员来说,从下面优选实施例的详细说明,当参照附图看时,本发明的各种目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是用于制造玻璃纤维的设备的示意正视图。
图2是用于制造松填式玻璃纤维绝缘材料的设备的示意正视图。
图3是用于从气流中分离玻璃纤维的分离器的等角视图。
图4是图3所示的分离器的横截面立视图。
图5是沿着图3中的剖线5-5所取的,穿过图3的分离器的外壳的壁平面的密封件的正面剖视图。
具体实施方式
为了简单和清楚起见,本发明参照玻璃纤维制造工艺进行说明,但本发明的方法和设备同样可用来制造其它矿物材料如石棉,矿渣棉和玄武岩棉等的纤维状产品。
常规玻璃纤维化设备5的一个例子在图1中示出。多个成纤机10接收来自前炉16的熔融玻璃材料。在常规玻璃纤维绝缘材料制造设备中,多个成纤机10产生玻璃纤维12的雾幕(veil)14和热的气体。雾幕14向下穿过一室或成形罩18,并落到多孔收集输送机20上,所述多孔收集输送机20将玻璃纤维聚集成垫子或毯22。雾幕14穿过成形罩18的行进能使纤维和伴随的热气体在它们到达输送机20时显著冷却。通常,到达输送机20的纤维和气体是处于不大于300℉(即148.9℃)的温度下。喷水器24喷射细水滴到雾幕中的热气体上,以便帮助冷却热气流。利用位于喷水器24下方的喷雾器26来将树脂状粘结剂喷射到向下移动的玻璃雾幕14上。
在图2中,示出了一种玻璃纤维制造设备,所述玻璃纤维制造设备总体用标号30表示,用于按照本发明的方法和设备形成松填式绝缘材料。利用多个成纤机10,可以生产玻璃纤维12,上述成纤机10优选的是与图1中所示的成纤机10相同。尽管只示出一个成纤机10,但应该理解,本发明可以应用任何数量的成纤机。设备30可以包括喷雾机构,所述喷雾机构与图1中所示的喷雾器24和26类似。然而,按照本发明,优选的是没有粘结剂材料施加到由每个成纤机10所形成的玻璃纤维12上。而是将表面处理如美国专利No.6562257中的上浆材料、硅有机树脂化合物或油乳剂以及可选地包括封闭剂涂布到玻璃纤维12上,以便防止当玻璃纤维12穿过制造设备30并与设备部件及其它玻璃纤维12接触时损坏玻璃纤维12,上述封闭剂与玻璃纤维表面上的任何羟基基团反应。表面处理对减少终端产品中的粉尘也是有用的。通常,最终玻璃棉制品按重量计含有约1%的油,不过其它浓度也可以用。
在对玻璃纤维12施加表面处理后,收集件32接收玻璃纤维12。收集件32优选的是适合于接收玻璃纤维12和雾幕14中伴随的热气流二者。雾幕14中向下的气流通过与成纤设备10连接的环形鼓风机(未示出)和环形燃烧器(也未示出)产生。气流的动量将使玻璃纤维12持续移动穿过聚集件32并到达分离器34,在该分离器34处纤维12与同纤维一起流动的气体分开。可选择地,或者除此而外,可以有另外的喷吹装置(未示出),所述喷吹装置将玻璃纤维12引向分离器34。
由成纤机10所产生的玻璃纤维12的雾幕优选的是在成纤机10、喷水环24和表面处理喷雾器26正下方的一点处被聚集件32截取。在聚集件32的上端处是一入口部36,所述入口部36优选地是漏斗形或截锥形,以便更好的收集基本上是雾幕中的全部纤维和气体。聚集件32使截取的玻璃纤维12和气体穿过管道38,传递到分离器34中。聚集件32和管道38可以是任何总体是空心的适合于将玻璃纤维和相关气体输送到分离器34的导管。优选的是,在管道38中有小量的方向变化,以便可以更有效地把气流和纤维从成纤机10转移到分离器34。在设备30包括多个成纤机10时,优选的是每个成纤机10都有与它相关的单独聚集件32。然而,聚集件32可以适合于接收多个成纤机10中的玻璃纤维12和相关的气体。
位于分离器34和每个成纤机10之间的,优选的是有一联管箱系统40(header system)。联管箱系统40为一腔室,来自多个成纤机10的纤维可以合并在上述腔室中,而同时控制流量要求。优选的是,联管箱系统40包括一个控制系统(未示出),用于将不同成纤机10中的玻璃纤维12和气体流合并,并按需要使合并的气流引到一批分离器中的不同分离器34中。这种联管箱系统40可供在不必使整个设备30停产的情况下,及当一个成纤机不工作时不要求其余的成纤机10停产的情况下,维护和清洗成纤机10。联管箱系统40可以任选地包括任何合适的机构,所述机构中有许多是该技术领域的技术人员公知的,用于控制和导引玻璃纤维12及它们相关的气流。
气流排气管道42连接到分离器34上,以便排出从位于分离器34中的纤维分开的气体。管道42优选的是与一风机(未示出)连接,所述风机用来将玻璃纤维12抽向分离器34。从分离器34,分离的纤维通过转移管道46运送到加工装置44。如上述管道一样,转移管道46总体上为空心管或其它适合于处理纤维状材料12和任何相关气体的导管。
现在参见图3和4,按照本发明所述的分离器34更详细示出。分离器包括一固定的外壳或外罩48。在图3中,为了说明起见,已将分离器34的几乎所有的端壁80卸去,以便可以更清楚地看到分离器34的内部。位于分离器34之内的是一可转动的滚筒50。滚筒50为大体的圆筒形部件,它可以由任何合适的机构可旋转地驱动,上述机构优选的是可变速AC(交流)或DC(直流)电机56。可旋转的滚筒50的外表面或外圆周壁54是多孔或穿孔的表面。孔54a加工成一定尺寸,以便能让气体流过孔54a,但防止玻璃纤维12的纤维通过孔54a。
位于旋转滚筒50之内的是固定空间(plenum)或内腔室60。内腔室60连接到气流排气管道42,以便从内腔室60内排出气体。将气体从内腔室60排放或通风送到气流排气管道42在图4中用箭头72示意示出。内腔室60的排气在内腔室60内形成一减压区,也就是说,内腔室中压力的状态低于外部大气压。应该理解,适合于在内腔室内形成减压的任何机构都可以使用。内腔室60在其壁的上部62上是多孔的,以便空气和其它气体可以流过穿孔的圆周壁54,并引入在内腔室60中所形成的减压区。内腔室壁的下部63不是穿孔的,并且不能透过气流。
滚筒50有多个叶片52,所述叶片52贯穿滚筒的外圆周壁54并围绕所述外圆周壁54间隔开设置。每个叶片52优选的是沿着基本上横向于外圆周壁54的方向延伸,并随着滚筒50旋转而由滚筒携带。可以理解,各叶片52可以有任何合适的取向,也就是说,可以与圆周壁54成任何合适的角度,只要叶片52可以接触外壳48。在优选实施例中,叶片52朝与滚筒50的外圆周壁54的表面垂直的方向延伸。由任何两个相邻的叶片52,外圆周壁54,和外壳48所限定的空间可以称之为隔间58。每个隔间58都适合于接收在外圆周壁54上所收集的玻璃纤维12。收集在隔间58内的纤维12起初是通过来自内腔室的抽吸作用松散地保持在一起,并且在腔室内的纤维可以看成隔间58内玻璃纤维12的小毛毡或小毯70。
叶片52包括内叶片部分52a和外叶片部分52b。外叶片部分52b是限定隔间58并与外壳48形成密封的叶片部分。内叶片部分52a将内腔室60与滚筒50的外圆周壁54和隔间58分开。因此,内叶片部分52a起到的作用是在滚筒5的内腔室60和隔间58之间形成内密封,并对围绕滚筒的周向流提供挡板。内叶片部分52a如此示出,即它们似乎是在与外叶片部分52b相同的大体位置处,也就是说,它们共线。然而,内和外叶片部分52a和52b不一定必须象这样定位,而是可以彼此相对交错定位。
为了便于在内腔室内形成减压区,优选的是各叶片这样定位,即,使其中某些外叶片部分52b也称作刮板密封件,始终都与分离器34的外壳48接触(如在图4中可以更清楚看出的)。因此,各叶片52绕滚筒50的圆周的间隙是这样,即当滚筒50旋转时,一个叶片52与外壳48脱离接触,另一个叶片52开始与外壳48接触。照这样,使滚筒50与外壳之间在围绕各叶片52进入内腔室的空气漏泄或者空气短路减至最少。与外壳48的壁接触的叶片52越多,则密封越有效和越可靠。这样能在内腔室60中形成更大的负压。应该理解,叶片52是可选的,可用其它机构来保证在内腔室60内保持负压。优选的是,叶片52稍有挠性,以便提供与外壳48比较严的密封。此外,叶片52的尖头部(或者可选地整个叶片)可以用挠性高温材料或浸渍的材料制造,以便进一步提高密封。从Wilmington,Delaware的Dupont公司购买。
当滚筒50已旋转到这样一个位置,在该位置处一特定的隔间58不再受内腔室60中负压区影响时,在那个特定区内所携带的小毯70内的玻璃纤维可以从滚筒50排出,并通过转移管道46带走。优选的是,在滚筒50内的下面腔室66中形成一个增压区,也就是说,大于大气压。可以看出,为了从滚筒50的外圆周壁54移走小毯70中的玻璃纤维,携带小毯70的隔间58移动从受减压区的影响而移动到隔间58受增压区影响的一个位置处。然后通过滚筒50内部增加的压力迫使玻璃纤维12进入转移管道46。增压区可以通过任何合适的机构如排气联管箱(blow off header)68形成,上述排气联管箱68与气压源74连接。排气联管箱68保证将小毯中的玻璃纤维12从外圆周壁54中移出,并帮助保持整个系统的洁净度。在常规系统中,收集在转筒上的材料是通过重力或通过刮板机构简单地从滚筒中离开,而与常规系统相比在本发明中,是通过正压迫使所收集到的材料小毯70离开滚筒50的外圆周壁54。可选择地,在外壳48邻近向下开口的间隙78处设置第二排气联管箱76,以便更强力地将玻璃纤维12吹入转移管道46和吹到加工装置。可选的第二排气联管箱76优选的是以下述方式设置,即,其可以进一步净化滚筒50的表面。优选地是,第二排气联管箱76仅是间歇式例如每24小时一次,用来将空气吹到滚筒50的外圆周壁54上,以便除去任何过量的纤维、粉尘或其它可能减少分离器34效率的材料。应该理解,从滚筒50中除去并通过间隙78的纤维状材料可以是以纤维状形式或者以小毯70的形式,或者两种形式的组合。另外,应该理解,与运输管道46和加工装置44有关的风机(未示出)的抽吸作用实际上可以在下面间隙78处形成稍负的压力,但排气联管箱66仍然起作用,以保证从筛网中除去玻璃纤维12和小毯70。
一旦玻璃纤维12通过分离器34与空气和其它气体流分开,则将玻璃纤维在加工装置44进一步加工,上述加工装置44可以是例如用于制造松填式绝缘材料的锤磨机或压块设备(cubing apparatus)。然后从加工装置44将材料装袋,用于储存和运输到绝缘材料施工现场。为了吸入玻璃纤维12,可以与加工装置44的操作一起形成减压区。伴随纤维12行进到加工装置的附加空气对在包装之前玻璃纤维的冷却是有利的。这避免了使包装材料过热的问题。应该理解,从分离器34中出来的玻璃纤维12可以用任何所希望的方式加工,其中包括直接将玻璃纤维12装袋。然而,优选的是为专门产品应用制造玻璃纤维。
因为玻璃纤维12和热气体在接近成纤机10的位置处被聚集件32和入口部36截取,所以玻璃纤维12和热气体的温度将超过与常规生产玻璃纤维12的方法有关的相应雾幕温度。雾幕14不允许如常规制造工艺的情况那样通过成形罩18。因此,与纤维状材料12接触的分离器34和其它部件必需要求能容纳比常规纤维处理设备所经历的温度更高的纤维状材料12和热气体。例如,分离器34必须能在高达和超过500℉(260℃)的温度下工作。滚筒50的外圆周壁54必须适合于在该较高温度下工作,并且它也可以经受较高的静压力。
为了更方便地在内腔室60中实现减压区,在图2和3中示出的外壳48的端壁80优选的是设有一坚固的密封机构。如图5中所示,在滚筒50的端壁84上所形成的密封82是迷宫式密封。迷宫式密封82用来保持内腔室60内的减压区与其它在较高压力下的区域之间的密封状态。分离器34内所接收的材料的预期温度一般比公知分离器中的温度高。因此,迷宫式密封82适合于按照分离器34内所接收的材料温度膨胀和收缩,以便保持密封。如图5中所示,外壳48的端壁80与密封件86用螺纹紧固件88连接。尽管密封件86示出为用螺纹紧固件固定到端壁80上,但应该可以理解,密封件86可以用任何合适的机构固定到端壁80上。可选地,位于密封件86与端壁80之间的是多个垫片90。可以理解,任何合适的间隔机构都可以用来按需要从端壁80定位密封件86。
旋转滚筒50的端壁84包括一环形突起92,所述环形突起92安放在固定密封件86中所形成的环形缺口或凹槽94内。突起92起到滚筒50的外部边缘部分84与密封件86之间气流障碍物的作用。尽管仅示出一个环形突起92,但应该可以理解,可以形成任何数量的这类突起,以便提供滚筒50与外壳48的端壁86之间额外的密封表面。
此外,因为在滚筒50的外圆周表面54上接收热玻璃纤维12,所以应该理解,在所接收的材料12的热量和压力下,滚筒50朝向外方向膨胀,也就是说,从滚筒50的内部朝向外壳48的壁方向膨胀。如图5所示,滚筒的膨胀是向左。为了保持所希望的密封而同时允许热膨胀,外部边缘部分84可以朝密封件86方向膨胀。突起92可以膨胀到密封件86的凹槽94中,以便随着滚筒50旋转而保持密封。因此,尽管滚筒50和滚筒元件的温度增加(并因此膨胀),但迷宫式密封82将允许滚筒50的总体操作继续并保持密封。
按照专利情况的措施,本发明操作的原理和方式,已在其优选实施例中说明和示出。然而,必需理解,在不脱离其精神或范围的情况下,本发明可以以与具体说明和图示不同的方式付诸实际应用。
Claims (18)
1.一种用于从气体和纤维流中分离纤维(12)的方法,该方法包括:
用旋转滚筒(50)截取气体和纤维流,滚筒(50)具有多个孔(54a),所述孔(54a)形成在滚筒的外圆周壁(54)上,所述滚筒(50)围绕着一内腔室(60)和一下面腔室(66)设置,所述内腔室具有上部(62)和下部(63),所述内腔室的上部是多孔的,所述内腔室的下部不能透过气流;
在所述内腔室内部形成减压区,以使气流穿过所述孔,因而从气流中分离出纤维,并将纤维沉积在所述外圆周壁上;
将气流从减压区排出;
在所述下面腔室内部形成增压区;
转动滚筒以迫使沉积的纤维离开滚筒的外圆周壁。
2.如权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:
用叶片(52)形成对围绕滚筒的周向气流的挡板。
3.如权利要求1所述的方法,其中,在滚筒上形成多个叶片,所述叶片沿着横向于圆周壁的方向延伸。
4.如权利要求3所述的方法,其中,滚筒位于一外壳(48)内,及至少一对对置的叶片与外壳形成密封。
5.如权利要求4所述的方法,其中,由叶片形成的密封把减压区和增压区分开。
6.如权利要求4所述的方法,其中,叶片与外壳接触。
7.如权利要求1所述的方法,其中,沉积的纤维形成小毯(70)。
8.如权利要求7所述的方法,还包括以下步骤:
将小毯运输离开滚筒送到加工装置(44)。
9.如权利要求1所述的方法,其中,形成迷宫式密封(82),以便将所述增压区与减压区密封分开。
10.一种用于把纤维与气流分开的设备,上述设备包括:
成纤机(10),所述成纤机(10)用于形成纤维状矿物材料和气流的向下移动雾幕(14);
聚集件(32),所述聚集件(32)适合于接收所形成的纤维状矿物材料和气流;
管道(38),所述管道(38)位于聚集件和分离器(34)之间,用于把所形成的纤维状材料和气流输送到分离器;
可旋转的滚筒(50),所述滚筒(50)位于分离器内,所述滚筒适合于把纤维状矿物材料接收在滚筒的穿孔的外圆周壁(54)上,外圆周壁可透过气流,所述滚筒(50)围绕着一内腔室(60)和一下面腔室(66)设置,所述内腔室具有上部(62)和下部(63),所述内腔室的上部是多孔的,所述内腔室的下部不能透过气流;及
用于在分离器的内腔室内形成减压区的机构,用于将气流抽向滚筒。
11.如权利要求10所述的设备,其中,滚筒的外圆周壁由多个叶片(52)分成多个隔间(58),每个叶片都朝滚筒圆周壁的横向方向延伸。
12.如权利要求11所述的设备,其中,至少两个位于滚筒对侧上的叶片与分离器的壁接触,从而密封减压区。
13.如权利要求12所述的设备,其中,所接收的纤维状材料保持在滚筒上,同时纤维状材料与减压区接触,并且在纤维状材料移动到超过减压区的影响范围之后从滚筒中取出。
14.如权利要求13所述的设备,还包括一迷宫式密封(82),该迷宫式密封保持位于所述内腔室和所述下面腔室之间的密封状态。
15.如权利要求10所述的设备,还包括一联管箱设备(40),该联管箱设备位于所述管道和所述分离器之间。
16.如权利要求15所述的设备,其中,联管箱设备连接到多个分离器(34)上。
17.如权利要求15所述的设备,其中,联管箱设备连接到多个成纤机(10)上。
18.如权利要求10所述的设备,其中,该设备的部件适合于在高达和超过500℉的温度下工作。
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