CN114734565A - 一种节能型自驱动无动力全氮气硫化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，包括硫化胶囊(1)以及为硫化胶囊(1)提供气源的高压氮气气源(2)，安装硫化胶囊(1)的硫化机上设有压盖(3)，所述的压盖(3)上设有多个倾斜喷孔(31)，高压氮气通过多个喷孔(31)喷入硫化胶囊(1),形成螺旋进气气流，所述的高压氮气气源(2)通过输气管道连接硫化胶囊(1)的氮气进口，并在输气管道上设有压力调节阀(4)和加热器(5)，硫化胶囊(1)的氮气出口通过循环管道返回连接至输气管道上。与现有技术相比，本发明使全氮气硫化系统能够根据系统自身内部存在的温度差、压力差、体积差实现自主驱动，不再需要使用动力驱动，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎硫化设备工艺技术领域，尤其涉及一种节能型自驱动无动力全氮气硫化工艺。
背景技术
在轮胎的制造工序中，对组装轮胎的各构成部件形成的胎坯在轮胎硫化机中进行硫化，利用轮胎硫化机的中心机构，利用低压的压力介质而膨胀的气囊与其内周面密接，胎坯借助上下模的合模和向气囊内的高压的加热介质的导入而从内部被加热，对胎坯从其内表面和外表面加热从而进行硫化。
如专利申请201210193499.3公开了一种轮胎硫化机，具有两组由下模、上模、以及具有气囊的中心机构构成的组件，其中向位于氮气的循环方向的上游侧的中心机构的气囊内供给被第一加热装置加热了的氮气，从该中心机构的气囊内排出的氮气被用于硫化成形而温度降低，但该氮气被第二加热装置再加热而升温。从而，向位于氮气的循环方向的下游侧的中心机构的气囊内供给被第二加热装置加热了的氮气。
目前国内外大部分轮胎厂家使用的轮胎硫化机基本都是热板式的胶囊定型硫化机，对已成型好的生胎进行内外压双向导热硫化，既在生胎内部的胶囊内通入内压蒸汽(压力约为1.6MPa，温度约为200℃)，由内向外供热；又在安装模具的热板内部通入外压蒸汽(压力约为0.9MPa，温度约为150℃)，通过加热模具从而由外向内给生胎供热。
现有的加热大多通过过热水蒸气或者锅炉蒸汽加热方式，都会需要远距离输送，造成热损失，同时还会产生冷凝水，与介质接触后会造成污染；且过热水蒸气，一方面直接使用会对设备造成不良影响，一般不能直接用于工艺生产，需要经过配汽站进行减温，成本投入大；采用锅炉蒸汽加热，锅炉加热不环保且占地面积大；同时现有管道加热大多都是单回路加热，没有对回路进行整合循环，故而导致加热能耗浪费，效率低下，造成加热成本上升。
传统硫化工艺使用蒸汽、氮气相结合的硫化工艺，易产生冷凝水和上下模温差，导致硫化不均匀，极端出现上模老化严重、下模欠硫烘生情况。
专利申请202110499757.X轮胎全氮气硫化系统及其控制方法，包括循环热氮气保温储罐，所述的循环热氮气保温储罐侧端设有与循环热氮气保温储罐相管路连通的若干硫化工位，所述的硫化工位与循环热氮气保温储罐间设有缠绕式热交换器，所述的硫化工位另一侧端设有与循环热氮气保温储罐相管路连通的氮气循环过滤器，所述的氮气循环过滤器与循环热氮气保温储罐间设有循环热氮气保温缓冲罐，所述的循环热氮气保温缓冲罐与循环热氮气保温储罐间设有变频风机，所述的循环热氮气保温缓冲罐与氮气循环过滤器间设有单向阀。
但是上述现有技术的全氮气硫化系统需要使用变频风机、高压罗茨风机、或其他循环动力驱动装置，消耗了大量电能，不具有主动自循环功能。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题而提供一种节能型自驱动无动力全氮气硫化工艺，蒸汽获得的过程中由于燃烧锅炉会导致空气环境污染，新的全氮气硫化工艺取消了蒸汽，对环保也有重大意义。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，包括硫化胶囊以及为硫化胶囊提供气源的高压氮气气源，安装硫化胶囊的硫化机上设有压盖，其特征在于，所述的压盖上设有多个倾斜喷孔，高压氮气通过多个喷孔喷入硫化胶囊,形成螺旋进气气流，所述的高压氮气气源通过输气管道连接硫化胶囊的氮气进口，并在输气管道上设有压力调节阀和加热器，硫化胶囊的氮气出口通过循环管道返回连接至输气管道上。
进一步地，所述的硫化胶囊的氮气进口与氮气出口的配管直径比为：1/(1.15-1.25)。
进一步地，所述的压盖上同一水平面上均匀设有4～8个喷孔，各喷孔的孔径为25-50mm，喷孔的倾斜角度为20～450。
进一步地，所述的压盖设有至少两层氮气回孔，氮气回孔的数量为4-8个，各氮气回孔的孔径为30-70mm。
进一步地，所述的高压氮气气源输出的常温高压氮气依次经过压力调节阀、第一单向阀、加热器后进入硫化胶囊的氮气进口，所述硫化胶囊的氮气出口流出的氮气通过循环管路返回至加热器，并在循环管路上设有第二单向阀，所述的输气管道与循环管道之间还设有旁路管道。
进一步地，通过调节压力调节阀控制系统中氮气压力为10-40kg。
进一步地，所述的加热器控制系统中温度达到30-210℃。
进一步地，所述系统在硫化工艺进行硫化过程中压力设置为梯度递增模式：第一阶段氮气压力10-18kg，温度200-210℃，第二阶段氮气压力25-28kg，温度175-200℃，第三阶段氮气压力28-40kg，温度30-150℃。
进一步地，所述的硫化胶囊与高压氮气气源之间的输气管道上设有多个温度压力检测器或传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过全氮气硫化工艺路线、硫化机中心结构压盖的重新设计与调整，使全氮气硫化系统能够根据系统自身内部存在的温度差、压力差、体积差实现自主驱动，不再需要使用动力驱动。
2、本发明设计了全新中心机构压盖，新压盖具有如下特征：1)增加氮气进出硫化胶囊的流量200％以上，2)喷孔的数量与孔径、角度20-45等均不同于传统压盖；3)氮气回的路径调整为上下双层结构设计，孔数与孔径均需增加，回收孔总截面积增加230％以上。该压盖与系统中各压力控制组件和温度控制组件相结合确保了进入胶囊内的氮气始终温度、压力可控可调，保证了节能型自驱动无动力全氮气硫化效应与有驱动条件下基本一致，不需要使用动力驱动以及因动力驱动配备的冷却管网，减少了能量损耗和经济投入。
3、本发明将原硫化机进行改造，使用新全氮气硫化工艺路线，原中心机构压盖调整为调整后的新中心机构压盖，改造成本低，效益高。
附图说明
图1为本发明节能型自驱动无动力全氮气硫化系统示意图；
图2为本发明节能型自驱动无动力全氮气硫化系统中压盖的侧视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为图2的B-B剖视图；
图5为图3的C-C剖视图；
图6为硫化胶囊内氮气流向示意图；
图7为硫化阶段压力、温度设定示意图；
图中：硫化胶囊1、高压氮气气源2、压盖3、喷孔31、氮气回孔32、压力调节阀4、加热器5、第一单向阀6、第二单向阀7、旁路管道8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
如图1所示，一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，包括硫化胶囊1、高压氮气气源2、压盖3、喷孔31、氮气回孔32、压力调节阀4、加热器5、第一单向阀6、第二单向阀7、旁路管道8，其中高压氮气气源2通过输气管道连接硫化胶囊1的氮气进口，并在输气管道上依次设置压力调节阀4、第一单向阀6和加热器5，加热器5带有功率控制功能，并再加热器5后的管道上设有压力探测器P1和温度探测器T1，硫化胶囊1的氮气进口管道上设有压力探测器P2和温度探测器T2，硫化胶囊1的氮气出口管道上设有压力探测器P3和温度探测器T3，硫化胶囊1的氮气出口通过循环管道返回连接至输气管道上，并再加热器5之前汇合后进入加热器。加热器5后的输气管路上还设有一旁路管道8，连接至循环管道，旁路管道8的作用是：预加热氮气循环，对进入硫化胶囊内的氮气进行循环预加热。硫化胶囊1的氮气进口与氮气出口的配管直径比为：1/1.15-1.25，在本实施例中两者比例选择1：1.2。
如图2-5所示，为压盖3的结构示意图，压盖包括压盖主体33、以及位于压盖主体33中心的中心杆通孔34，其中压盖主体33与中心杆通孔34之间设有氮气入口35，压盖主体33上同一水平面上设有4～8个倾斜喷孔31，各喷孔31的孔径为25-50mm，喷孔31的倾斜角度为20～450。在本实施例中喷孔31设有6个，喷孔31的孔径为30mm，喷孔31的倾斜角度为400。这种大直径倾斜设计，使得从氮气入口35涌入的高压高温氮气从喷孔31中喷出，形成螺旋进气气流，提高了对氮气的自身驱动力，同时减缓了氮气直接垂直接触胶囊的冲击力，提高了胶囊使用寿命。
同时，在压盖主体33上还设有上下两层氮气回孔32，氮气回孔32的数量为4-8个，各氮气回孔32的孔径为30-70mm。在本实施例中氮气回孔32的数量为4个，各氮气回孔32的孔径为50mm。氮气回孔总截面积增加230％以上。通过上述设计，使得氮气进出硫化胶囊的流量与现有技术相比增加200％以上。
硫化胶囊内氮气流向示意图如图6所示，可以看出，高压氮气从硫化胶囊1中心水平面进入，形成涡流后，沿中心线流向两侧，并在硫化胶囊1底部返回，沿着壁面回流，从双层氮气回孔32、及中心机构底座回收孔流出。
通过调节压力调节阀4控制系统中氮气压力为10-40kg，所述的加热器5控制系统中温度达到175-210℃。
所述系统在硫化工艺进行硫化过程中压力设置为梯度递增模式：第一阶段氮气压力10-18kg，温度200-210℃，第二阶段氮气压力25-28kg，温度175-200℃，第三阶段氮气压力28-40kg，温度30-150℃。如图7所示；实际硫化过程可根据工艺要求实行四阶段或更多阶段可持续连续变压、变温硫化。
采用本发明的上述系统进行硫化的工艺过程如下：
经机械手装胎、常温氮气定型、硫化开始合模硫化、硫化结束开模卸胎、成品外观检验、X光-全息测试等工艺步序，制得轮胎。将所得轮胎进行性能检测，检测过程如下：
载重轮胎耐久性能测试，测试条件按照国标GB4501-2008，超过47h后按下列负荷条件测试：
轮胎解剖物性测试项目之一胎面致密性：用比重来表征，需使用高精度密度计天平(精度至少达到0.001g/cm3)测得。
其余轮胎解剖物性项目如耐磨性(DIN磨耗测试)测试、拉伸性能、剥离性能测试均按GB/T 519-2017条件测试。
以双钱江苏公司12R22.5 18PR RR100的轮胎进行同步对比，采用相同检测方法进行检测，结果如下：
可以看出，本发明最终所制得轮胎所消耗的硫化工艺周期时间不高于原传统工艺水平，同时生产的轮胎因经历了较传统硫化过程更高压力阶段(传统硫化过程最大氮气压力一般控制在28kg以下，很少有超过30kg的)，轮胎胎面致密性提高，耐磨性经测试提高达到10％以上；轮胎的层间粘合强度也有明显改善。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，包括硫化胶囊(1)以及为硫化胶囊(1)提供气源的高压氮气气源(2)，安装硫化胶囊(1)的硫化机上设有压盖(3)，其特征在于，所述的压盖(3)上设有多个倾斜喷孔(31)，高压氮气通过多个喷孔(31)喷入硫化胶囊(1)，形成螺旋进气气流，所述的高压氮气气源(2)通过输气管道连接硫化胶囊(1)的氮气进口，并在输气管道上设有压力调节阀(4)和加热器(5)，硫化胶囊(1)的氮气出口通过循环管道返回连接至输气管道上。
2.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的硫化胶囊(1)的氮气进口与氮气出口的配管直径比为：1/(1.15-1.25)。
3.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的压盖(3)上同一水平面上均匀设有4～8个喷孔(31)，各喷孔(31)的孔径为25-50mm，喷孔(31)的倾斜角度为20～450。
4.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的压盖(3)设有至少两层氮气回孔(32)，氮气回孔(32)的数量为4-8个，各氮气回孔(32)的孔径为30-70mm。
5.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的高压氮气气源(2)输出的常温高压氮气依次经过压力调节阀(4)、第一单向阀(6)、加热器(5)后进入硫化胶囊(1)的氮气进口，所述硫化胶囊(4)的氮气出口流出的氮气通过循环管路返回至加热器(5)，并在循环管路上设有第二单向阀(7)。
6.根据权利要求1或5所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的输气管道与循环管道之间还设有旁路管道(8)。
7.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，通过调节压力调节阀(4)控制系统中氮气压力为10-40kg。
8.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的加热器(5)控制系统中温度达到30-210℃。
9.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述系统在硫化工艺进行硫化过程中压力设置为梯度递增模式：第一阶段氮气压力10-18kg，温度200-210℃，第二阶段氮气压力25-28kg，温度175-200℃，第三阶段氮气压力28-40kg，温度30-150℃。
10.根据权利要求1所述的一种节能型自驱动无动力全氮气硫化系统，其特征在于，所述的硫化胶囊(1)与高压氮气气源(2)之间的输气管道上设有多个温度压力检测器或传感器。
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- 2022-04-25 CN CN202210444423.7A patent/CN114734565B/zh active Active
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