CN211149293U - 一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，该装置通过在每一个干喷湿纺凝固浴槽内建立基于一个光纤光栅传感的监测单元，依靠光纤光栅的一线多点的分布式传感，对千吨级干喷湿纺原丝生产线所有凝固浴槽形成连续串联式光纤光栅传感器的均布，实现全线凝固浴温度的实时测量。依靠凝固浴测量温度与设定温度的偏差值，偏差值≥1℃，通过凝固浴循环液温度来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的循环流量来调整温度，以此形成所有凝固浴槽温度的智能控制。在监测数据和大数据分析的基础上，对凝固浴温度波动性及设定区间与碳纤维及其原丝性能关联性进行分析优化。
Description
技术领域
本实用新型涉及化纤智能制造领域，具体为一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置。
背景技术
凝固浴温度作为干喷湿纺凝固成型的最关键的成型工艺，对纤维成型的的孔隙率、纤维表面形态、最大可牵伸性能、碳纤维及其原丝强度等性能均起着决定性作用。正因为该参数的重要性，研究如何控制该工艺数据，保证其在合适的控制区间显得很重要。
工程化制备碳纤线原丝时，因凝固浴纺位多，凝固浴槽体总长度有0-200米左右，每个凝固浴槽体1m左右，传统的pt电阻等测量元件，在该工况下密集排布，会存在一定的信号干扰和阻值干扰，每个槽内温度的波动性较大，无法准确活动真实的凝固浴工艺数据。加之在聚丙烯腈碳纤维原丝制备过程中，溶剂二甲基亚砜腐蚀性较强，很容易对测量元件进行破坏，更加剧了工艺数据的准确性获得难度。
基于此基础上，研究了光纤光栅传感元件，利用光纤的光敏性在细微的纤芯上建立的周期性折射率分布，其以光为传感信号，具备无电检测、抗电磁干扰、无温度零漂、精度高、可靠性高、单根光纤可串联多个光栅测点等优势，是一种本质安全的检测元件。依靠该技术的优越性，加之对凝固浴温度采用大小闭环的分别控制，形成对凝固浴温度准备监测，并依靠大数据分析凝固浴温度与碳纤维各项性能的关联性，实现对该工艺点的智能控制。
实用新型内容
本实用新型的技术目的是提供一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制方法。
一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，该装置包括：凝固浴槽、解调仪、光纤光栅线、FBG凝固浴温度传感器，多个凝固浴槽内均设有光纤光栅测温装置，并通过一根光纤光栅线串联连接在解调仪上，每个凝固浴槽均连接有凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀，每个凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀均连接有流量计，流量计另一端均与凝固浴温度大环偏差温度调整换热器相连，所述的凝固浴温度大环偏差温度调整换热器与凝固浴循环储罐相连，凝固浴循环储罐与凝固浴溢流管的一端，凝固浴溢流管的另一端连接在多个凝固浴槽内；光纤光栅线在凝固浴槽的干喷湿纺凝固浴液面以下30-40cm处。
通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴温度大环偏差温度调整换热器来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的设置的固浴温度小环偏差流量调整气动阀，形成大环和小环的偏差化智能控制。
光纤光栅线每个凝固浴槽内有一个测量点，单根光纤光栅线上均布有100-150个测点。
进一步的，光纤光栅测温装置为FBG凝固浴温度传感器。
本实用新型相对于现有技术相比具有显著优点：
1、本实用新型的装置通过光纤光栅一线多点的传感监测，实现对干喷湿纺线凝固浴槽每个槽的温度监测。
2、本实用新型通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴循环液温度来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的循环流量来调整温度。形成大环和小环的偏差化智能控制。
3、本实用新型能够完成不同产品的如T700级、T800级、T1000级等碳纤维原丝的凝固浴温度工艺区间温度控制。
附图说明
图1为凝固浴槽内光纤光栅分布整体示意图。
图2为凝固浴温度偏差调节结构示意图。
图中：1：光纤光栅测温装置；2、凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀；3、流量计；4：凝固浴温度大环偏差温度调整换热器；5、凝固浴循环储罐；6：凝固浴溢流管，A为解调仪；B为光纤光栅线。
图3为凝固浴温度智能监测及控制系统网络拓补图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本实用新型做进一步解释。
本实用新型依靠光纤光栅的一线多点的分布式传感的特点，对千吨级干喷湿纺原丝生产线所有凝固浴槽形成连续串联式光纤光栅传感器的均布，实现全线凝固浴温度的实时测量。并依靠大小闭环偏差管理，实现对凝固浴温度实时调整。依靠大数据分析凝固浴温度与碳纤维各项性能的关联性，实现对该工艺点的智能控制。
一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，该装置包括：凝固浴槽、解调仪、光纤光栅线、FBG凝固浴温度传感器，多个凝固浴槽内均设有光纤光栅测温装置1，并通过一根光纤光栅线串联连接在解调仪上，每个凝固浴槽均连接有凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀2，每个凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀2均连接有流量计3，流量计3另一端均与凝固浴温度大环偏差温度调整换热器4相连，所述的凝固浴温度大环偏差温度调整换热器4与凝固浴循环储罐5相连，凝固浴循环储罐5与凝固浴溢流管6的一端，凝固浴溢流管6的另一端连接在多个凝固浴槽内；光纤光栅线在凝固浴槽的干喷湿纺凝固浴液面以下30-40cm处。
通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴温度大环偏差温度调整换热器4来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的设置的固浴温度小环偏差流量调整气动阀2，形成大环和小环的偏差化智能控制；外大环设定温度值，通过换热器控制进入每个槽内的水的温度；内环测试温度，进行微调整，与每个纺位流量计进行联动控制。
本实用新型所用的光纤光栅测温装置1为FBG凝固浴温度传感器。
实施例1
在千吨级干喷湿纺T700级碳纤维原丝生产过程中，通过光纤光栅一线多点的传感监测技术，光纤光栅每个槽内有一个测量点，单根光纤光栅线上均布有100个测点，分别布置在100个凝固浴槽内，光纤光栅线在干喷湿纺凝固浴液面以下40cm处。通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴循环液温度来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的循环流量来调整温度。形成大环和小环的偏差化智能控制。通过依靠长期稳定的凝固浴温度在线采集，在监测数据和大数据分析的基础上，对凝固浴温度波动性及设定区间与碳纤维及其原丝性能关联性进行分析优化，通过关联系优化分析，凝固温度控制在12±2℃较适宜。
实施例2
在千吨级干喷湿纺T800级碳纤维原丝生产过程中，通过光纤光栅一线多点的传感监测技术，光纤光栅每个槽内有一个测量点，单根光纤光栅线上均布有120个测点，分别布置在120个凝固浴槽内，光纤光栅线在干喷湿纺凝固浴液面以下30cm处。通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴循环液温度来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的循环流量来调整温度。形成大环和小环的偏差化智能控制。通过依靠长期稳定的凝固浴温度在线采集，在监测数据和大数据分析的基础上，对凝固浴温度波动性及设定区间与碳纤维及其原丝性能关联性进行分析优化，通过关联系优化分析，凝固温度控制在15±2℃较适宜。
上述具体实施例对本实用新型作了具体的描述，但是必须指出的是，本实用新型的所包含的内容并不局限于此，在不脱离本实用新型实质范围的前提下，可以对本实用新型作出各种修改、替换和变化，这些等同形式同样属于本权利要求书的限定范围。
Claims (4)
1.一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，其特征在于：该装置包括：凝固浴槽、解调仪、光纤光栅线、FBG凝固浴温度传感器，多个凝固浴槽内均设有光纤光栅测温装置(1)，并通过一根光纤光栅线串联连接在解调仪上，每个凝固浴槽均连接有凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀(2)，每个凝固浴温度小环偏差流量调整气动阀(2)均连接有流量计(3)，流量计(3)另一端均与凝固浴温度大环偏差温度调整换热器(4)相连，所述的凝固浴温度大环偏差温度调整换热器(4)与凝固浴循环储罐(5)相连，凝固浴循环储罐(5)与凝固浴溢流管(6)的一端，凝固浴溢流管(6)的另一端连接在多个凝固浴槽内；光纤光栅线在凝固浴槽的干喷湿纺凝固浴液面以下30-40cm处。
2.根据权利要求1所述的干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，其特征在于：通过凝固浴温度监测数值与设定值的偏差控制，偏差值≥1℃，通过凝固浴温度大环偏差温度调整换热器(4)来整体调整；凝固浴温度偏差值＜1℃，通过单个凝固浴槽的设置的固浴温度小环偏差流量调整气动阀(2)，形成大环和小环的偏差化智能控制。
3.根据权利要求1所述干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，其特征在于：所述的光纤光栅线每个凝固浴槽内有一个测量点，单根光纤光栅线上均布有100-150个测点。
4.根据权利要求1所述干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置，其特征在于：光纤光栅测温装置(1)为FBG凝固浴温度传感器。
Priority Applications (1)
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| CN201922440498.4U CN211149293U (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置 |
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Publications (1)
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| CN211149293U true CN211149293U (zh) | 2020-07-31 |
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| CN (1) | CN211149293U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112379594A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-19 | 武汉理工大学 | 一种数据驱动的碳纤维原液温度控制参数优化方法 |
| CN113279072A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 吉林中晟达新材料科技发展有限公司 | 碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统 |
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2019
- 2019-12-30 CN CN201922440498.4U patent/CN211149293U/zh active Active
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| CN113279072A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 吉林中晟达新材料科技发展有限公司 | 碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 222069 north of South Ring Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang Economic and Technological Development Zone, Jiangsu Province Patentee after: Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co.,Ltd. Address before: 222069 north of South Ring Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang Economic and Technological Development Zone, Jiangsu Province Patentee before: ZHONGFU SHENYING CARBON FIBER Co.,Ltd. |
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