CN103484958A - 牵伸丝用热箱和牵伸丝用加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种牵伸丝用热箱和牵伸丝用加热系统。牵伸丝用热箱包括：两块热辐射板，两块热辐射板平行间隔设置，两块热辐射板之间形成丝道，丝道的一端设有进丝口，丝道的另一端设有出丝口；两个夹套层，分别位于两块热辐射板的远离丝道的一侧，每个夹套层包括容置热流体的内部空腔和分别与内部空腔连通的流体入口和流体出口。根据本发明，可以为丝束的牵伸提供一个均匀、稳定的热环境。

Description

牵伸丝用热箱和牵伸丝用加热系统

技术领域

本发明涉及化纤机械设备领域，具体而言，涉及一种牵伸丝用热箱和牵伸丝用加热系统。

背景技术

化纤行业产品中需要将原丝或预牵伸丝进行进一步牵伸，从而达到所需要的力学性能指标，使其具有实用价值，因而牵伸是非常重要的一个工艺环节，尤其是高强、高模超高分子量聚乙烯纤维，只有通过多道牵伸，才能从性能普通的纤维一跃成为世界公认的三大高性能纤维之一。

一般来说，丝束的牵伸需要稳定的热环境，因而牵伸丝用热箱是否能够提供一个温度均匀，温度稳定的热环境是评价该设备的非常重要和关键的指标，尤其是高强、高模超高分子量聚乙烯丝的牵伸，更是涉及到能否稳定生产的关键设备，对牵伸丝用热箱等设备的要求更是苛刻。为此，相关专业人员和专业厂家就该设备进行了大量的研究，在牵伸丝用热箱方面取得了长足进步。

现有技术中，专利CN101144199A公开了一种高模高强聚乙烯纤维双风道牵伸热箱，利用空气作为加热介质，使用风机通过强对流直接将丝束加热。为了保证牵伸丝用热箱内部温度的均匀性和稳定性，该专利进行了细致的研究，采用了双风道形式，每个风道内通过设置均压器、风向调节板、弧形导流板等装置，保证牵伸丝用热箱内气流的稳定和均匀；同时为了保证对气流进行均匀和高效率的加热，在加热器内设置了导风板等装置。该专利较好的实现了牵伸丝用热箱的功能，不过该专利存在下述两方面缺点。

（1）抗外界干扰能力较弱，一旦外界有室温风吹入牵伸丝用热箱内部，将会导致其局部温度急剧不稳，而高模高强聚乙烯纤维牵伸属于极限牵伸，这种偶然的局部温度急剧不稳将会导致纤维被拉断，影响生产。同时箱体也需通过热风加热，才能稳定内部的热环境，一旦车间气温发生变化，必将导致内部温度随之变化。

（2）使用空气作为加热介质，空气的单位热容量非常低，一般其自身温度要比工艺所需温度高，且通过大风量才能达到牵伸要求，而风温高多少合适，很难摸索；同时风量太大会导致丝束抖动，不利于丝束的牵伸。

发明内容

本发明旨在提供一种牵伸丝用热箱和牵伸丝用加热系统，可以为丝束的牵伸提供一个均匀、稳定的热环境。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种牵伸丝用热箱，包括：两块热辐射板，两块热辐射板平行间隔设置，两块热辐射板之间形成丝道，丝道的一端设有进丝口，丝道的另一端设有出丝口；两个夹套层，分别位于两块热辐射板的远离丝道的一侧，每个夹套层包括容置热流体的内部空腔和分别与内部空腔连通的流体入口和流体出口。

进一步地，牵伸丝用热箱还包括设置于两个夹套层的外侧的保温层。

进一步地，每个夹套层还包括设置在该夹套层的内部空腔内的用于引导热流体的流动方向的导流装置。

进一步地，导流装置设置为使热流体沿蛇形通道流经内部空腔。

进一步地，导流装置包括多块导流板，导流板沿该导流板宽度方向的两侧分别与夹套层的垂直于该夹套层高度方向的两壁面密封连接。

进一步地，夹套层包括沿该夹套层高度方向延伸且相对设置的第一侧壁和第二侧壁，多块导流板包括平行交替设置的多块第一导流板和多块第二导流板，其中，第一导流板的沿自身长度方向的第一端与第一侧壁密封连接，第一导流板的沿自身长度方向的第二端与第二侧壁断开，形成间隙；第二导流板的沿自身长度方向的第一端与第一侧壁断开，形成间隙，第二导流板的沿自身长度方向的第二端与第二侧壁密封连接。

进一步地，导流板沿热辐射板的宽度方向延伸。

进一步地，导流板为沿热辐射板的宽度方向延伸的平板，导流板的长度小于热辐射板的宽度，且导流板的长度与热辐射板的宽度的差值大于等于1cm且小于等于100cm。

进一步地，相邻的第一导流板和第二导流板之间的距离大于等于1cm且小于等于100cm。

进一步地，夹套层的内部空腔的高度大于等于1cm且小于等于50cm。

进一步地，每块热辐射板的远离丝道的一侧的壁面构成相应一侧的夹套层的壁面。

进一步地，热流体为液相热媒。

根据本发明的另一个方面，提供了一种牵伸丝用加热系统，包括至少一个前述的牵伸丝用热箱和为牵伸丝用热箱供应热流体的流体供应装置。

进一步地，牵伸丝用加热系统包括两个以上牵伸丝用热箱，各牵伸丝用热箱的丝道的工作温度不同。

应用本发明的技术方案，由于牵伸丝用热箱的每个夹套层具有内部空腔和分别与内部空腔连通的流体入口和流体出口，通过向各夹套层的内部空腔内通入热流体，对热辐射板进行加热，从而可以为丝束的牵伸提供稳定、均匀的热环境。由于热辐射加热方式，可以避免现有热风加热技术存在的内部热环境不稳定的问题，从而有效提高牵伸丝用热箱的性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的牵伸丝用热箱的结构示意图；

图2示出了图1的放大的端面局部剖视结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的牵伸丝用热箱的夹套层的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明及本发明的实施例中，纵向具体指丝束的拉伸方向或者丝束在热箱装置内部的行进方向；横向具体指在水平面内与纵向垂直的方向。

如图1和图2所示，本实施例的牵伸丝用热箱包括箱体1、用于支撑箱体1的支架7和用于扣紧箱体1的扣紧装置。

其中，箱体1包括相互扣合的位于上部的第一箱体11和位于下部的第二箱体12，优选地，第一箱体11和第二箱体12对称设置。通过设置扣紧装置，可对箱体1的表面施加均匀的压紧力，从而防止第一箱体11和第二箱体12之间形成缝隙。

具体地，第一箱体11包括从上至下依次设置的上保温层、第一夹套层21和第一热辐射板31。第二箱体12包括从下至上依次设置的下保温层、第二夹套层22和第二热辐射板32。第一热辐射板31和第二热辐射板32平行间隔设置。在上述两块热辐射板之间形成丝道33，丝道33的一端设有进丝口，丝道33的另一端设有出丝口。

每个夹套层包括内部空腔、与内部空腔连通的流体入口和与内部空腔连通的流体出口。本实施例中，通过向每个夹套层的内部空腔内通入液相热媒对热辐射板进行加热。

通过上述设置，丝束穿过丝道33受到第一热辐射板31和第二热辐射板32的辐射作用被加热从而完成牵伸形变。

本实施例中，各夹套层的内部空腔的高度大于等于1cm且小于等于50cm；优选地，各夹套层的内部空腔的高度大于等于5cm且小于等于30cm；进一步优选地，各夹套层的内部空腔的高度大于等于10cm且小于等于15cm。

本实施例中，每块热辐射板的远离丝道33的一侧的壁面构成相应一侧的夹套层的壁面。具体地，各热辐射板均为长方形的金属板。热辐射板的长边沿纵向设置，厚度大于等于5mm且小于等于50mm。优选地，热辐射板的厚度大于等于10mm且小于等于40mm；进一步优选地，热辐射板的厚度大于等于20mm且小于等于30mm。上述设置可保证热辐射板满足强度要求和蓄热要求。

本实施例中，第一热辐射板31和第二热辐射板32之间的距离小于等于20cm。优选地，第一热辐射板31和第二热辐射板32之间的距离小于等于10cm。进一步优选地，第一热辐射板31和第二热辐射板32之间的距离小于等于5cm。根据牵伸丝用热箱的具体使用温度，通过设置第一热辐射板31和第二热辐射板32之间的距离，可以保证辐射加热效率、增强抗外界干扰能力。

如图3所示，本实施例的牵伸丝用热箱的每个夹套层还包括设置在自身的内部空腔内的用于引导液相热媒的流动方向的导流装置6。优选地，导流装置6设置为使液相热媒沿蛇形通道流经内部空腔。当然，在未给出的实施例中，还可以根据实际需要将导流装置设置为其它形式的通道。

进一步优选地，导流装置6包括多块导流板，导流板沿自身宽度方向的两端分别与所在夹套层的垂直于该夹套层高度方向的两壁面密封连接。

如图3所示，本实施例中，导流板沿热辐射板的宽度方向延伸。具体地，导流板为沿热辐射板的宽度方向延伸的平板，导流板的长度小于热辐射板的宽度。本实施例中，夹套层包括沿该夹套层高度方向延伸且相对设置的第一侧壁和第二侧壁，多块导流板包括平行交替设置的多块第一导流板61和多块第二导流板62，第一导流板61的沿自身长度方向的第一端与第一侧壁密封连接，第一导流板61的沿自身长度方向的第二端与第二侧壁断开，形成间隙；第二导流板62的沿自身长度方向的第一端与第一侧壁断开，形成间隙，第二导流板62的沿自身长度方向的第二端与第二侧壁密封连接。通过上述设置，可以将夹套层分成横向上来回相通的通道，交替设置的多块第一导流板61和多块第二导流板62之间形成引导液相热媒流动的蛇形通道，从而保证液相热媒在夹套层内来回流动，为丝束的牵伸提供所需的温度。

其中，导流板的长度与热辐射板的宽度的差值优选地设置为大于等于1cm且小于等于100cm。更优选地，导流板的长度与热辐射板的宽度的差值大于等于10cm且小于等于60cm；进一步优选地，导流板的长度与热辐射板的宽度的差值大于等于15cm且小于等于20cm。通过上述设置，液相热媒可流经热辐射板的整个表面，从而将热量传导给相应的热辐射板。

本实施例中，相邻的第一导流板61和第二导流板62之间的距离大于等于1cm且小于等于100cm。优选地，相邻的第一导流板61和第二导流板62之间的距离大于等于10cm且小于等于80cm；进一步优选地，相邻的第一导流板61和第二导流板62之间的距离大于等于20cm且小于等于50cm。

在图3中仅示出一个夹套层的流体入口23和流体出口24，但是本实施例中，每个夹套层都对应设置有流体入口和流体出口。图3中，流体入口23和流体出口24均设置在各夹套层的第一侧壁。当然，在未给出的实施例中，也可以将流体入口23和流体出口24均设置在各夹套层的第二侧壁；或者将流体入口23设置在各夹套层的第一侧壁，将流体出口24设置在各夹套层的第二侧壁等等。

优选地，流体入口23设置在所在夹套层的靠近进丝口的一端，流体出口24设置在所在夹套层的靠近出丝口的一端。

本实施例中，包括前述上保温层和下保温层的保温层4按照相关设计规范和标准进行设计，此处不再进行详细说明。通过设置保温层4，可以保证液相热媒在各夹套层的流体入口的温度与液相热媒在各夹套层的流体出口的温度之间的温差较小，从而保证热辐射板表面的温度的波动和温差进一步缩小。

为了提供一种内部温度更为均匀、稳定的牵伸丝用热箱，本实施例优选地采用了大流量、温度稳定的液相热媒作为加热介质，与用空气等气体作为加热介质相比，液相热媒具有单位热容较高、换热迅速的优点。液相热媒由每个夹套层的流体入口进入相应的内部空腔，在导流装置的引导下在相应的夹套层的横向上来回流动，并从相应的夹套层的流体出口流出，液相热媒将热量传递给相应的热辐射板，并使得热辐射板的温度与液相热媒的温度趋于一致。

本实施例采用热辐射板的辐射对丝束进行加热，避免了电热金属板加热所存在的加热不均匀的问题，同时，由于牵伸丝用热箱的内部空间存储的空气量不大，因此车间正常的空气流动对丝束的牵伸影响很小。并且，由于采用大流量的液相热媒和保温层，车间昼夜温差对牵伸丝用热箱的内部的温度影响较小，有效保证了本实施例的抗外界干扰能力。

在根据上述牵伸丝用热箱对牵伸丝进行加热时，使液相热媒分别从每个夹套层的流体入口进入相应的内部空腔、对相应的热辐射板加热后再从相应的流体出口流回液相热媒循环系统进行循环。

为了保证热辐射板的温度均匀，在牵伸丝的过程中，必须保证液相热媒的流速较快，本实施例中，优选地，将液相热媒的流动速度设置为使液相热媒在内部空腔内的停留时间小于等于120秒；进一步优选地，液相热媒在内部空腔内的停留时间小于等于60秒；再优选地，液相热媒在内部空腔内的停留时间小于等于30秒。

本实施例的牵伸丝用热箱的长度优选地为大于等于1m且小于等于8m。在本发明未给出的实施例中，可以根据实际需要将一个或者多个上述的牵伸丝用热箱进行拼装。

本发明还提供一种牵伸丝用加热系统。其中牵伸丝用加热系统至少包括一台以上前述的牵伸丝用热箱和为牵伸丝热箱提供以液相热媒为代表的热流体的流体供应装置。在一个实施例中，根据工艺要求，丝的最短牵伸形变长度需要6m，可以将牵伸丝用热箱的长度直接加工为6m；在另一个实施例中，按照工艺要求需要设置两段温度，丝的最短牵伸形变长度需要12m，可以将两个长度均为6m的牵伸丝用热箱进行拼装后使用，并使两个牵伸丝用热箱的丝道设置为具有不同的工作温度；在第三个实施例中，若工艺要求设置三段温度，丝的最短牵伸形变长度需要12m，可将三个长度均为4m的牵伸丝用热箱拼装后使用，并使三个牵伸丝用热箱的丝道设置为具有不同的工作温度。

以下将结合更具体的示例，进一步说明本发明的有益效果。

以使用温度在160℃以内的牵伸丝用热箱为例进行说明。该热箱长6m、宽1m，丝道中心距地面1.2m。热辐射板由厚20mm的钢板制作而成，第一热辐射板31和第二热辐射板32之间的间距为5cm；夹套层的内部空腔高度为5cm；导流板长85cm、宽5cm，相邻的第一导流板和第二导流板之间的间距为30cm；保温层厚度8cm，使用普通硅酸盐棉作为保温材料。

另外，为便于对该牵伸丝用热箱进行温度测评，在牵伸丝用热箱的表面设置了按矩阵形式3×11排列的33个温度测试孔，其中，在牵伸丝用热箱的横向上设置了3列，纵向上设置了11排。并且温度探测孔均匀分布，在牵伸丝用热箱的纵向上，各个温度探测孔之间的间距为50cm；在牵伸丝用热箱的横向上，各个温度探测孔之间的间距为25cm。为便于测试丝道温度，可将温度传感器伸入丝道2cm进行测试。

在进行测试实验时，使用150.0±0.2℃的导热油作为液相热媒，并将该液相热媒以36m³/h的流量流过每个夹套层，流量稳定后，检测到液相热媒的流体入口的温度为150.0±0.2℃和流体出口的温度为149.6±0.2℃；通过温度探测孔得出的牵伸丝用热箱的内部温度如表1所示（单位℃；距离操作面最近为第1列，依次为第2列、第3列；距离进丝口最近的一行为第1排，依次为第2排、第3排......）：

表1牵伸丝用热箱的内部温度测量表

	第1列	第2列	第3列
				第1排	149.2±0.2	149.2±0.2	149.1±0.2
第2排	149.6±0.2	149.8±0.2	149.7±0.2
				第3排	149.9±0.2	149.9±0.2	149.9±0.2
第4排	149.9±0.2	150.0±0.2	149.9±0.2
				第5排	150.0±0.2	149.9±0.2	149.9±0.2
第6排	149.9±0.2	149.9±0.2	149.9±0.2
				第7排	149.9±0.2	150.0±0.2	150.0±0.2
第8排	149.9±0.2	149.8±0.2	150.0±0.2
				第9排	150.0±0.2	150.0±0.2	150.0±0.2
第10排	149.8±0.2	149.9±0.2	149.9±0.2
				第11排	149.9±0.2	149.9±0.2	150.0±0.2
第12排	149.7±0.2	149.6±0.2	149.6±0.2
				第13排	149.1±0.2	149.2±0.2	149.0±0.2

从表1的数据可以看出，各测试点温度非常稳定，并随着导热油温度波动而波动，各点温度中温度最高的为150.0℃，位于牵伸丝用热箱的中部；温度最低的为149.0℃，位于流体出口处，最大温差仅为1.0℃。进一步分析可发现，温差较大处为进丝口和出丝口附近，主要为第1、2、12、13排，其他位置温差非常小，仅0.2℃。

可见，本示例的牵伸丝用热箱为丝束的牵伸提供了一个非常均匀、稳定的热环境，有利于提高丝的牵伸倍率。

从以上的描述可以看出，本发明的实施例实现了如下技术效果：可以为丝束的牵伸提供稳定、均匀的热环境。可以避免现有技术中热风加热存在的内部热环境不稳定的问题，从而有效提高牵伸丝用热箱的性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的设计思想和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种牵伸丝用热箱，其特征在于，包括：

两块热辐射板，所述两块热辐射板平行间隔设置，所述两块热辐射板之间形成丝道（33），所述丝道（33）的一端设有进丝口，所述丝道（33）的另一端设有出丝口；

两个夹套层，分别位于所述两块热辐射板的远离所述丝道（33）的一侧，每个所述夹套层包括容置热流体的内部空腔和分别与所述内部空腔连通的流体入口和流体出口。

2.根据权利要求1所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述牵伸丝用热箱还包括设置于所述两个夹套层的外侧的保温层。

3.根据权利要求1所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，每个所述夹套层还包括设置在该夹套层的内部空腔内的用于引导所述热流体的流动方向的导流装置（6）。

4.根据权利要求3所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述导流装置（6）设置为使所述热流体沿蛇形通道流经所述内部空腔。

5.根据权利要求3所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述导流装置（6）包括多块导流板，所述导流板沿该导流板宽度方向的两侧分别与所述夹套层的垂直于该夹套层高度方向的两壁面密封连接。

6.根据权利要求5所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述夹套层包括沿该夹套层高度方向延伸且相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述多块导流板包括平行交替设置的多块第一导流板和多块第二导流板，其中，

所述第一导流板（61）的沿自身长度方向的第一端与所述第一侧壁密封连接，所述第一导流板（61）的沿自身长度方向的第二端与所述第二侧壁断开，形成间隙；

所述第二导流板（62）的沿自身长度方向的第一端与所述第一侧壁断开，形成间隙，所述第二导流板（62）的沿自身长度方向的第二端与所述第二侧壁密封连接。

7.根据权利要求6所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述导流板沿所述热辐射板的宽度方向延伸。

8.根据权利要求6所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述导流板为沿所述热辐射板的宽度方向延伸的平板，所述导流板的长度小于所述热辐射板的宽度，且所述导流板的长度与所述热辐射板的宽度的差值大于等于1cm且小于等于100cm。

9.根据权利要求6所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，相邻的所述第一导流板（61）和所述第二导流板（62）之间的距离大于等于1cm且小于等于100cm。

10.根据权利要求1所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述夹套层的内部空腔的高度大于等于1cm且小于等于50cm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，每块所述热辐射板的远离所述丝道（33）的一侧的壁面构成相应一侧的所述夹套层的壁面。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的牵伸丝用热箱，其特征在于，所述热流体为液相热媒。

13.一种牵伸丝用加热系统，其特征在于，所述牵伸丝用加热系统包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的牵伸丝用热箱和为所述牵伸丝用热箱供应热流体的流体供应装置。

14.根据权利要求13所述的牵伸丝用加热系统，所述牵伸丝用加热系统包括两个以上所述牵伸丝用热箱，各所述牵伸丝用热箱的所述丝道的工作温度不同。

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