CN105155006A - 高速旋转热管式热辊及其传热加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速旋转热管式热辊及其传热加工方法，热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.5°～1.5°，所述的众多热管孔为50～100根，间距为7～10毫米，每个热管孔根部联通，整体封口。本发明的方法具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少的优点。该技术在空间技术、电子、冶金、动力、石油、化工、机械、纺织、化纤、塑料、各种行业得到了广泛的应用。

Description

高速旋转热管式热辊及其传热加工方法

技术领域

本发明涉及一种热管型热辊及其加工方法，更特别的，涉及一种高速旋转热管式热辊及其传热加工方法。

背景技术

高速旋转的热管型热辊，一般指转速大于600rpm，由于管内的液体介质的离心力，液态介质处于热管的外壁，而常规的加热线圈通过感应电磁加热对象是热管的内壁，加热对象基本上是气相物质，故这样的产品热效率不高，且局部辊面热负荷一旦增加很多，辊面温度也难均匀。

热辊的种类千姿百态，需要表面温度均匀且热负荷、热交换量大的辊面数热管式气液平衡热辊莫属。在化纤FDY工艺中，第四、五对热辊是为了完成二级牵伸、二级热定型用的，特别是纺制涤纶或尼龙总纤度大于3000d的粗纤度长丝，辊面局部带走的热量很大，造成辊面温度产生梯度，严重影响成品丝的质量，这是水平热管式热辊暴露出的致命弱点。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高速旋转热管式热辊。

本发明的目的之二是提供一种高速旋转热管式热辊的传热加工方法。

本发明的这些以及其它目的将通过下列详细说明和描述来进一步体现和阐述。

本发明的高速旋转热管式热辊，热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.5°～1.5°，所述的众多热管孔为50～100根，间距为7～10毫米，每个深孔根部联通，整体封口。

在本发明的高速旋转热管式热辊中，热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.7°～1.2°，所述的众多热管孔为60～90根，间距为7.5～9.5毫米。

在本发明的高速旋转热管式热辊中，所述的热管孔封闭端的中心线直径大于封闭端中心线直径的D/2～2D，较好的的是0.7D～1.5D,其中D为热管孔径。热辊的辊壁厚度为8～32mm，热管孔直径为Φ3～Φ16mm。当热管孔径小于Φ3mm时，在热管内壁应设毛细不锈钢毡网布，以加速冷凝液回流到加热区。

在本发明的高速旋转热管式热辊中，还包含一段打直孔、一段打斜孔的对接热管，或一段打直孔、一段为直径略大的环状空腔结构的热管。只要高速旋转时传热介质液体因离心力能集中到一头，就能达到高传热效率，使充填该介质液体迅速沸腾。

在本发明的高速旋转热管式热辊的传热加工方法中，热辊的加热区长度为辊总长的25～50％，较好的是30～45％，加热方式为高频电磁加热，加热对象为液态介质，液态介质为水或萘，如去离子水或蒸馏水。当介质为水时，工作温度低于240℃；介质为萘时，工作温度低于400℃。

在本发明的高速旋转热管式热辊的传热加工方法中，所述的热管封闭空腔真空度需达到10mm水柱以下，灌入液态介质量不超过总容腔体积的50％，以15～35％为佳。并且采用高频电磁加热，功率选择与辊面散热有关，与初次升温速率有关，高频感应线圈的线圈外表面与辊体内壁的距离为2～8mm，电感值在50～120微亨之间。

本发明是一种高速旋转热管型热辊的技术提升，该热辊装置既节能又环保，两头封闭的热管如同一台封闭小锅炉，高频发生源配合感应加热圈就是这封闭锅炉的热源。

本发明从提高传热效率着手，重点解决热管效应中如何进行较大的热量交换难题，着眼点就是让液态介质吸收沸腾需要的大热量，辊面热交换放出热量也大，这让蒸汽冷凝放热供给，本发明打斜孔则提供了一个冷凝液快速回流到位的简接动力。

本发明是将热管孔打成有一定角度的孔，则辊高速旋转时，液态介质会因离心力自行移动到直径大的一端，充满液体的管子一端，接受感应电磁加热后沸腾，产生的蒸汽迅速输送到热管另一端，气液平衡状况下又因辊面输出热量，快速进行凝结放热，液态介质又回流到加热端，周而复始，形成优良的热管传热效应，具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少的优点。该技术在空间技术、电子、冶金、动力、石油、化工、机械、纺织、化纤、塑料、各种行业得到了广泛的应用。

附图说明

图1是本发明的高速旋转优质热管式热辊的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

实施例1

以尼龙FDY工艺典型的热定型辊为例，传统热辊做法是：辊外径辊内径壁厚12.5mm，均匀在圆周分布打60～64个深320的圆孔，孔的一端封闭，即不打透，另一端联通，介质可流动，真空环境下灌入总体积35～40％的纯净水约276～315CC，辊的中心放置50HZ工频感应线圈，线圈匝数至少200以上，电感值在50～120微亨之间。加热器长度达300mm，设定该热辊在180℃温度下工作，则热管空腔内汽液平衡时压力为1.01MPa,这么高压力下，转速4000米/分，转数达6700rpm，液相水由于离心力作用都集中到热管的外壁，而感应磁力线涡流主要加热对象是辊的内壁。内壁与蒸汽接触，热传导效率偏低，靠金属传导传热使外壁升温液态水才能使介质汽化，故这种结构阻碍了热管传热效应的充分发挥。本发明将孔打成与辊中心线呈1°的角度，见图1所示，辊底中心圆辊前端中心圆两圆比较大11.3mm，相当于两个孔直径的80％，故辊一旦高速旋转，液相介质均集中到辊的根部端，而本发明的高频感应加热线圈长度也只有原工频线圈的1/2或更少，感应电磁加热系统集中加热液态介质，迅速使电磁涡流产生的热量转化为汽化潜热,最大效率发地挥了热管效应，达到了辊面大热量输出后，能及时补充的效果，这是目前任何一种热辊达不到的。

斜孔的机械加工，必须采用枪钻技术，配合电子分度头，严格预处理好进钻的导孔，确保60～64个孔，角度一致，偏差＜±3％，深孔的深度公差应做到±0.5mm，进钻端还要进行机加工，以便每个深孔根部联通，整体封口。辊的真空腔体内壁应做纯化处理或电镀纯铜，严格防止高温环境下发生介质与金属的电化学反应，生成不凝气体产生气阻，影响辊面热变换，使汽液平衡温度均匀的特性失效。辊前端还需打一个直径深110mm的温度传感器孔，以便温度信号传递给温控系统，再将输出信息控制高频发生源的工作。

按上述要求装配好的热辊以1000rpm转速旋转，设定温度为120℃，从室温开始只需6分钟时间就达到设定温度，平衡4分钟后测辊面温度，四点位量温度差±0.5℃(实际为测量误差)辊面温度均匀是热管式传热最基本的汽液平衡热辊的特征。

将上述热辊继续升温至180℃，并提高转至6000rpm，本发明更显示出热管效应的均温和热负荷较大状况下的补偿温度功能，将总纤度5000d的温丝条挂在辊面上绕两圈，湿丝条的水即刻烘干，水蒸发带走的热量由热辊表面迅速补偿，实测辊面温度偏差小于2℃。

实施例2

以尼龙FDY工艺典型的热定型辊为例，传统热辊做法是：辊外径辊内径壁厚12.5mm，均匀在圆周分布打60～64个深320的圆孔，孔的一端封闭，即不打透，另一端联通，介质可流动，真空环境下灌入总体积30～40％的去离子水约276～315CC，辊的中心放置50HZ工频感应线圈，线圈匝数至少200以上，电感值在60～100微亨之间。加热器长度达300mm，设定该热辊在200℃温度下工作，则热管空腔内汽液平衡时压力为1.01MPa,转速4000米/分，转数达6700rpm。本发明将 孔打成与辊中心线呈1.5°的角度，辊底中心圆辊前端中心圆两圆比较大11.3mm，相当于两个孔直径的80％，故辊一旦高速旋转，液相介质均集中到辊的根部端，而本发明的高频感应加热线圈，长度也只有原工频线圈的1/2或更少，感应电磁加热系统集中加热液态介质，迅速使电磁涡流产生的热量转化为汽化潜热,最大效率发挥了热管效应，达到了辊面大热量输出后，能及时补充热量的效果，这是目前任何一种热辊达不到的。

斜孔的机械加工，必须采用枪钻技术，配合电子分度头，严格处理好进钻的导孔，确保60～64个孔，角度一致，偏差＜±3％，深孔的深度公差应做到±0.5mm，进钻端还要进行机加工，以便每个深孔根部联通，整体封口，抽真空。辊的真空腔体内壁应做纯化处理或电镀纯铜，严格防止高温环境下发生介质与金属的电化学反应，生成不凝气体产生气阻，影响辊面热变换，使汽液平衡温度均匀的特性失效。辊前端还需打一个直径深110mm的温度传感器孔，以便温度信号传递给温控系统，再将输出信息控制高频发生源的工作。

按上述要求装配好的热辊以1000rpm转速旋转，设定温度为120℃，从室温开始只需6分钟时间就达到设定温度，平衡4分钟后测辊面温度，四点位量温度差±0.5℃(实际为测量误差)。

将上述热辊继续升温至180℃，并提高转至6000rpm，本发明更显示出热管效应的均温和热负荷较大状况下的补偿温度功能，将总纤度5000d的温丝条挂在辊面上绕两圈，湿丝条的水即刻烘干，水蒸发带走的热量由热辊表面迅速补偿，实测辊面温度偏差小于2℃。

实施例3

以尼龙FDY工艺典型的热定型辊为例，传统热辊做法是：辊外径辊内径壁厚12.5mm，均匀在圆周分布打60～64个深320的圆孔，孔的一端封闭，即不打透，另一端联通，介质可流动，真空环境下灌入总体积20％的萘介质，辊的中心放置50HZ工频感应线圈，线圈匝数至少200以上，长度达300mm，加热区长度为辊总长的30％，加热方式为高频电磁加热，电感值在70～100微亨之间。设定该热辊在240℃温度下工作，则热管空腔内汽液平衡时压力为1.01MPa,转速4000米/分，转数达6700rpm。本发明将两个孔打成与辊中心线呈0.5°的角度，辊底中心圆辊前端中心圆两圆比较大11.3mm，相当于孔直径的80％，故辊一旦高速旋转，液相介质均集中到辊的根部端，而本发明的高频感应加热线圈，长度也只有原工频线圈的1/2或更少，感应电磁加热系统集中加热液态介质，迅速使电磁涡流产生的热量转化为汽化潜热,最大效率发挥了热管效应，达到了辊面大热量输出后，能及时补充热量的效果，这是目前任何一种热辊达不到的。

斜孔的机械加工，必须采用枪钻技术，配合电子分度头，严格处理好进钻的导孔，确保60～64个孔，角度一致，偏差＜±3％，深孔的深度公差应做到±0.5mm，进钻端还要进行机加工，以便每个深孔根部联通，整体封口，抽真空，真空度为10mm水柱以下。辊的真空腔体内壁应做纯化处理或电镀纯铜，严格防止高温环境下发生介质与金属的电化学反应，生成不凝气体产生气阻，影响辊面热变换，使汽液平衡温度均匀的特性失效。辊前端还需打一个直径深110mm的温度传感器孔，以便温度信号传递给温控系统，再将输出信息控制高频发生源的工作。如果需要还包含一段打直孔、一段打斜孔的对接热管，或一段打直孔、一段为直径略大的环状空腔结构的热管。

按上述要求装配好的热辊以1000rpm转速旋转，设定温度为120℃，从室温开始只需6分钟时间就达到设定温度，平衡4分钟后测辊面温度，四点位量温度差±0.5℃(实际为测量误差)。

将上述热辊继续升温至240℃，并提高转至6000rpm，本发明更显示出热管效应的均温和热负荷较大状况下的补偿温度功能，将总纤度5000d的温丝条挂在辊面上绕两圈，湿丝条的水即刻烘干，水蒸发带走的热量由热辊表面迅速补偿，实测辊面温度偏差小于2℃。

Claims (10)

1.一种高速旋转热管式热辊，其特征在于热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.5°～1.5°，所述的众多热管孔为50～100根，间距为7～10毫米，每个热管孔根部联通，整体封口。

2.根据权利要求1所述的高速旋转热管式热辊，其特征在于热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.7°～1.2°，所述的众多热管孔为60～90根，间距为7.5～9.5毫米。

3.根据权利要求1或2所述的高速旋转热管式热辊，其特征在于所述的热管孔封闭端的中心线直径大于封闭端中心线直径的D/2～2D，其中D为热管孔径。

4.根据权利要求1-3之一所述的高速旋转热管式热辊，其特征在于所述的热辊的辊壁厚度为8～32mm，热管孔直径为Φ3～Φ16mm。

5.根据权利要求1-3之一所述的高速旋转热管式热辊，其特征在于当热管孔径小于Φ3mm时，在热管内壁应设毛细不锈钢毡网布。

6.根据权利要求1-3之一所述的高速旋转热管式热辊，其特征在于还包含一段打直孔、一段打斜孔的对接热管，或一段打直孔、一段为直径略大的环状空腔结构的热管。

7.根据权利要求1-6之一所述的高速旋转热管式热辊的传热加工方法，其特征在于热辊的加热区长度为辊总长的25～50％，较好的是30～45％，加热方式为高频电磁加热，加热对象为液态介质。

8.根据权利要求7所述的高速旋转热管式热辊的传热加工方法，其特征在于所述的液态介质为水或萘，介质为水时，工作温度低于240℃；介质为萘时，工作温度低于400℃。

9.根据权利要求7所述的高速旋转热管式热辊的传热加工方法，其特征在于所述的热管封闭空腔真空度需达到10mm水柱以下，灌入液态介质量不超过总容腔体积的50％，以15～35％为佳。

10.根据权利要求7所述的高速旋转热管式热辊的传热加工方法，其特征在于采用高频电磁加热，高频感应线圈的线圈外表面与辊体内壁的距离为2～8mm，电感值在50～120微亨之间。