CN103921378A - 一种热橡胶片降温装置及降温方法 - Google Patents

Abstract

本发明的热橡胶片降温装置，设置用于向热橡胶片喷雾的喷雾系统，喷雾系统包含水箱、加压泵、控制阀、喷雾管、喷嘴和控制操作系统；本发明的热橡胶片的降温方法，在于利用降温装置的喷雾系统，向热橡胶片喷雾。本发明技术方案带来的有益效果在于：缩短大链条悬挂长度，大大减少橡胶片冷却线设备的投资，减少对生产场地的占用；还可以大大减少电能的消耗、水的消耗，也大大减少废气、废水的产生，给工作现场的环保功能得到提高。本发明的装置和方法可以应用于各种热材料的快速降温和冷却，如橡胶、塑料、金属、玻璃或其他材料的制造、处理生产线上的需冷却制品。

Description

一种热橡胶片降温装置及降温方法

技术领域

本发明涉及轮胎橡胶的加工，具体是加工过程中热橡胶片的冷却降温装置和降温方法。

背景技术

在轮胎橡胶的加工过程中，有不少工序都需要将混炼胶加热到100℃以上、最高达170℃，然后要求在30-60分钟内降至45℃以下。而且都是连续作业，基本上是每班暂停30分钟左右。目前的降温方式主要有：自然风冷、喷水+浸水+吹风、空调风冷、循环水冷却金属辊筒间接降温等等。

上述的这些降温方式都是通过介质（水或者空气）的显热变化（温度升高）带走热橡胶片上的热量，相对来说降温效率很低，特别是在炎热的夏季（环境温度达35℃以上时），迫使降温介质（风、水等）流量大大增加，所需的降温场地也得增加。并且，随着生产效率的增加，降温所需的介质流量还得增加、降温场地也得增加，即降温的成本及能耗也在增加。其主要缺点就是：降温主要靠介质风的温度变化来带走热量，是利用介质的显热降温，空气的比热容只有1.005kJ/kg.℃，所以降温速度慢，风量需求大，导致电能消耗大、外排带异味的风量大、厂房占地大等等缺点。

在采用喷淋水+浸泡水槽+吹风联合降温技术的场合，胎面压出生产线的生产量每天2500条，每小时挤出热橡胶片2500kg。为了连续生产，120米长的水槽（为了减少场地水槽可分多层多段），大约150吨的浸泡胎面的水需要25.3 m³/h（25℃低温水）来进行热交换，以带走胎面橡胶片中的热量。随着天气的炎热、生产效率的提高，必须还得延长水槽、加大低温水的循环量来满足工艺要求。同时水槽中的水大约连续使用1月后就需要更换，由于该水长期浸泡高温的橡胶，橡胶中的一些有机化合物有益出污染了水，该水不能继续使用，还得定期排放处理。

水槽浸泡降温存在以下缺点：降温主要靠介质水的温度变化来带走热量，降温速度慢，水量需求大，导致电能消耗大、需定期排放污水、厂房占地大等等缺点。

为了适应轮胎橡胶加工业的发展，节能环保的降温方法和技术是发展的方向。所以这方面的研究、试验、创新必须出新成果。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮胎橡胶加工过程中热橡胶片的冷却降温装置。该装置须适应多种热橡胶片规格，并能快速降温，确保连续生产不停顿。

为了实现上述目的，本发明的热橡胶片降温装置，设置用于向热橡胶片喷雾的喷雾系统。

本发明的喷雾系统包含水箱、加压泵、控制阀、喷雾管、喷嘴和控制操作系统；置于水箱中的加压泵和控制阀连接在喷雾管上，喷雾管上设置≥2个喷嘴，所述喷嘴设置在热橡胶片的上方、下方、或上方和下方。

控制操作系统分别连接加压泵、控制阀。

控制操作系统至少包括联动操作控制器、紧急控制器、和喷雾流量控制器。

为了控制水雾细度，喷雾系统中的喷嘴孔径为0.15～2.0毫米。

喷雾系统还包括水箱、水过滤器，水过滤器设置在水源管路与水箱之间，和/或设置在水箱与加压泵之间。这样可以保证喷嘴不堵塞，喷雾效果好。

喷雾系统包括≥1个独立喷雾管路。一般常规地，考虑到热交换量和场地大小，以及控制操作系统的情况，喷雾系统包括2～8个独立喷雾管路，每个独立喷雾管路与一个以上的控制阀连接。

控制阀可选用压力调节阀、电磁阀、或手动阀。

为了实现双面喷雾，取得更好的降温效果，本发明的喷雾系统中可设置相向喷雾的独立喷雾管路。

之所以设置多个独立的喷雾管路，是考虑到根据热橡胶片产品的大小和形状，以及厚度，有时候并不需要将一台降温装置的喷雾系统中所有的喷雾管路全部打开喷雾。独立喷雾管路在控制操作系统的控制下，可以分别独立地进行工作。例如设置相向喷雾的独立喷雾管路的喷雾系统，在不需要双面喷雾时，只需要让上面或者下面的独立喷雾管路工作即可。

本发明为了获得更好的降温效果，喷雾系统中每个独立喷雾管路设置1～10排喷嘴，优选为2～6排喷嘴，排间距为100～600mm，排内喷嘴间距为80～300mm。喷嘴离需降温的热橡胶片的距离为80～500mm，优选为350～450mm，更优选为380～420mm。

本发明中，输送热薄橡胶片可选用常规运输带，优选采用带网格的金属输送带、或者带网格的塑料输送带、或者金属动力辊筒、或金属片式辊等对热橡胶制品进行连续输送。

 

本发明的另一个目的是提供一种轮胎橡胶加工过程中热橡胶片的冷却降温方法。

该方法利用上述所述的热橡胶片降温装置，通过所述喷雾系统向热橡胶片喷雾。

用于喷雾的液体选自：水、水和隔离剂的混合物。优选是水。

喷雾系统中经加压泵加压后的高压水压力选用3～20MPa,优选为4～15MPa。

本发明的方法，通过形成水雾化的小水滴与热材料表面碰撞时快速地蒸发，从而有效地从热材料移除热能。使得喷雾形成的水雾粒径为1～100微米。在优选的情形下，水雾平均粒径小于或等于30微米，优选小于或等于10微米，更优选地，小于或等于5微米。如果水滴太大的话，例如100微米或更大，水滴与热材料的表面碰撞时将不能足够快地蒸发，在热材的表面上形成液膜，或者保持浮在热材料的表面上，而液膜从热材料表面沸腾离开的时间过长，减慢了冷却效果。为了实现良好的冷却，水滴需要足够地小，以具有足够小的质量用于快速蒸发，而且，水滴以足够的速率被引导向热材料的表面上，以实现有效碰撞。水雾粒径由喷嘴孔径、喷嘴形状和水压等因素决定。本发明装置中的加压泵可以增加水压，使水雾粒径达到要求。

喷雾降温，就是利用水雾快速蒸发带走热量。水雾蒸发就是水的汽化，由于水雾球的几何形状，10微米水滴的比表面积为100微米水滴的10倍。伴随着雾化，亿万颗水滴的表面积是非常大的，从而可以快速蒸发汽化吸收大量热量。一般的，使水在其沸点蒸发所需要的热量五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需要的热量。

为了更快地降温，本发明的方法还使用喷雾结合强制风冷的方式，即：在向热橡胶片喷雾之后，还结合强制风冷。风机吹出的强风，使留在橡胶片上面或者附在橡胶片下面的微细水珠快速蒸发，快速带走热量而尽快降温，这比单靠自然蒸发要快得多。这种方法更加适应于喷雾粒径较大、喷雾布置长度较短和场地较小的情况。

在橡胶轮胎加工过程中，适应高效、快速的喷雾降温的工序有很多：密炼车间的胶片冷却生产线、半成品准备车间的胎面复合压出生产线、胎侧等型胶挤出生产线、内衬层压出生产线等等。

本发明的装置可以应用于各种热材料的快速降温和冷却，如橡胶、塑料、金属、玻璃或其他材料的制造、处理生产线上的需冷却制品。可以在较短时间内降低需冷却制品温度，减少用水量及电量消耗，基本实现无废水排放。

附图说明

图1是热橡胶片的降温装置结构示意图。

图2是喷雾系统的一种方式的示意图。

 

具体实施方式

实施例1

见图1、图2。

热橡胶片的降温装置，包括喷雾系统。喷雾系统包含水箱3、加压泵10、控制阀11、下喷雾管5、上喷雾管7、喷嘴6和控制操作系统4；置于水箱3中的加压泵10和控制阀11连接在下喷雾管5和上喷雾管7上，控制操作系统4分别连接加压泵10、控制阀11（加压泵、控制阀未在图1中画出，见图2）。

控制操作系统4包括联动操作控制器、喷雾流量控制器、紧急控制器（未在图中画出）。

喷雾系统中的喷嘴6孔径为0.5毫米。

喷雾系统还设置水过滤器2及水过滤器9，水过滤器2设置在水源管路1与水箱3之间，水过滤器9设置在水箱3与加压泵10之间。

水源：城市公共自来水，压力在1～5bar，温度不超过35℃，并经过滤处理。

喷雾系统包括三个独立喷雾管路，每个独立的喷雾管路有一个控制阀11，位于上方的有两个喷雾管路，位于下方的有一个喷雾管路。因此该喷雾系统属于相向喷雾的独立喷雾管路。可用于对热橡胶片8实施双面喷雾降温。

对连续输送的胶片上下两面喷雾降温。在实施从下往上喷雾时，输送热薄胶片选用带网格的金属输送带，网格直径为20～50mm。

从上往下喷雾：由两个独立的喷雾管路组成，每个喷雾管路长1500mm，共安置两排共2*2*5个喷嘴，喷嘴间距300mm。喷嘴离需降温的热橡胶片8的距离为400mm。高压输送管12的水压为12MPa。

从下往上喷雾：长1500mm，安置两排共2*5个喷嘴，喷嘴间距300mm。喷嘴离需降温的热橡胶片8的距离为400mm。高压输送管12的水压为12MPa。

通过选择合适的喷嘴型号规格和控制水压机喷雾流量，使喷雾形成的水雾粒径小于或等于50微米。

    实施例2

见图1、图2。

本实施例与实施例1相似，只是喷雾系统包括的独立喷雾管路数量和喷嘴的安装高度等与实施例1不同。

喷雾系统包括6个独立喷雾管路。位于需冷却橡胶片正上方有3个独立喷雾管路，位于需冷却橡胶片正下方有3个独立喷雾管路，属于相向喷雾的独立喷雾管路。可用于对热橡胶片实施双面喷雾降温。

从上往下喷雾：由3个独立的喷雾管路组成，每个独立的喷雾管路设置有3排喷嘴6，每个喷嘴6与高压输送管12相连，每个独立的喷雾管路有一个控制阀11，高压输送管12的水压为15MPa；相邻喷嘴6间距200mm，每排喷嘴间距350mm，喷嘴6离需降温的热橡胶片的距离为450mm。

从下往上喷雾：由3个独立的喷雾管路组成，每个独立的喷雾管路设置有3排喷嘴6，每个喷嘴6与高压输送管12相连，每个独立的喷雾管路有一个控制阀11，高压输送管12的水压为15MPa；相邻喷嘴6间距200mm，每排喷嘴间距350mm，喷嘴6离需降温的热橡胶片的距离为450mm。

通过选择合适的喷嘴型号规格、调整喷嘴与热胶片的距离、控制气压与水压喷雾流量，使喷雾形成的水雾粒径小于或等于30微米。

输送热薄胶片选用带有金属片式辊，对热橡胶制品进行连续输送。

实施例3

本实施例除喷雾系统只在待冷却材料上方设置喷雾管路及喷嘴，进行单面喷雾冷却外，其余与实施例1或2相同。

实施例4

在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，使用喷雾结合强制风冷的方式，在常规一段母炼生产线实施。

常规一段母炼生产线的生产效率是：6800kg/h，排胶温度为165±5℃。冷却降温要求：在炎热夏季天气高温达39℃及以上时，热橡胶片应在30-60分钟内降温至45℃及以下。

使用本发明的装置和方法对上述生产线改造成单面喷雾降温，利用喷雾快速降温方法实施降温，通过水雾汽化的潜热带走热橡胶片的热量，计算水雾需要的流量及喷嘴数量。列出计算公式：

所需的喷雾量：W=391.8÷2430=0.121kg/s=0.58 m³/h。式中：391.8为胶片释放热量，单位kW；2430为水的汽化潜热（假设喷雾用水为水温30℃），单位kJ/kg.s。上述理论计算量是以水雾全部蒸发为前提的。实际运行时，水雾不可能全部蒸发，所以实际喷雾量大于上述理论计算量，按50%的余量，取1.2 m³/h。

 在最炎热的夏季（天气高温达41℃）实施本发明，只用喷淋水的十分之一即1.2吨/h。风扇只开20台（120000 m³/h风量、风压80帕斯卡），就可以满足工艺的降温要求。同时大链条悬挂长度可以缩短至12米，胶片冷却生产线总长度减至23米。

而现有技术的实施结果如下：

单独风冷降温需要配置54台风扇（功率30kw）提供360000 m³/h风量（风压160帕斯卡），大链条悬挂长度24米，胶片冷却生产线总长度为35米。

采取喷淋水降温方法对上述生产线降温冷却。增加喷淋水降温后，减少大链条的悬挂长度至18米（减少了6米）、风扇减至40台（240000 m³/h风量、风压80帕斯卡），胶片冷却生产线总长度减至29米。

比较上述三种方式可知，本发明的方法效果最佳，胶片冷却生产线总长度只是单独风冷降温的三分之一，也比喷淋水降温方式减少了20%，而用水只是喷淋水的十分之一，风量只是喷淋水降温方式的四分之一。

Claims (15)

1.一种热橡胶片降温装置，其特征在于：设置用于向热橡胶片喷雾的喷雾系统，喷雾系统包含加压泵、控制阀、喷雾管、喷嘴；加压泵和控制阀连接在喷雾管上，喷雾管上设置≥2个喷嘴，所述喷嘴设置在热橡胶片的上方、下方、或上方和下方。

2.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：喷雾系统还包括控制操作系统，控制操作系统分别连接加压泵、控制阀；控制操作系统至少包括联动操作控制器、紧急控制器、和喷雾流量控制器。

3.根据权利要求1或2的降温装置，其特征在于：喷雾系统中的喷嘴孔径为0.15～2.0毫米。

4.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：喷雾系统还包括水箱、水过滤器，水过滤器设置在水源管路与水箱之间，和/或设置在水箱与加压泵之间。

5.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：所述喷雾系统包括≥1个独立喷雾管路，每个独立的喷雾管路有≥1个控制阀。

6.根据权利要求1或5所述的降温装置，其特征在于：喷雾系统包括2～8个独立喷雾管路。

7.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：喷雾系统中设置相向喷雾的独立喷雾管路。

8.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：喷雾系统中每个独立喷雾管路设置1～10排喷嘴，排间距为100～600mm，排内喷嘴间距为80～300mm。

9.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：喷嘴离需降温的热橡胶片的距离为80～500mm。

10.根据权利要求1所述的降温装置，其特征在于：还包括输送热橡胶片的装置：金属辊筒、金属片式辊筒、或者带网格的输送带。

11.一种热橡胶片的降温方法，其特征在于：利用权利要求1所述的热橡胶片降温装置，通过所述喷雾系统向热橡胶片喷雾。

12.根据权利要求11所述的降温方法，其特征在于：喷雾形成的水雾粒径为1～100微米。

13.根据权利要求11或12所述的降温方法，其特征在于：喷雾形成的水雾粒径小于或等于30微米。

14.根据权利要求11所述的降温方法，其特征在于：用于喷雾的液体选自：水、水和隔离剂的混合物。

15.根据权利要求11所述的降温方法，其特征在于：向热橡胶片喷雾之后，还结合强制风冷。