CS210021B1

CS210021B1 - Method of continuous heating of the flat fibre bundle or bands and device for execution thereof

Info

Publication number: CS210021B1
Application number: CS634579A
Authority: CS
Inventors: Jiri Blazek; Miroslav Fallada; Miloslav Havelka
Original assignee: Jiri Blazek; Miroslav Fallada; Miloslav Havelka
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1982-01-29

Description

Dosud se provádí nepřetržitý ohřev plochých svazků vláken nebo pásku například při jejich dloužení, fixaci a podobně různým způsobem. K používaným způsobům patří průchod lázní na požadovanou teplotu předehřáté kapaliny, nejčastěji vody. Použití vody omezuje možné teploty do asi 95 C, nebot zařízení., do kterého nepřetržitě vstupuje a vystupuje vlákno, není možné provést jako tlakové a uzavřené. Voda se ohřívá vé zvláštním ohříváku a je cirkulována do ohřívacích van Čerpadly, která vzhledem k vysokým tenzím čerpané vody vykazují kavitační poruchy.Until now, the flat fiber bundles or tapes are continuously heated, for example, during their stretching, fixation and the like in various ways. The methods used include passing the bath to the desired temperature of the preheated liquid, most often water. The use of water limits the possible temperatures up to about 95 ° C, since the device in which the fiber continuously enters and exits cannot be made pressurized and closed. The water is heated in a separate heater and is circulated to the heating tubs Pumps which, due to the high tensities of the pumped water, exhibit cavitation disturbances.

Celé zařízení je poměrně složité, přebytečnou vodu je nutné z vlákna odstraňovat a pára vystupující z horké vody zhoršuje prostředí a vyžaduje dobře dimenzované odsávání a větrání. Při obvyklých rychlostech vlákna 1,5 až 3 m/s se voda ve vane pohybuje s vláknem, vytváří jakousi mezní vrstvu a zhoršuje přestup tepla z volného objemu kapaliny ve vaně do vlákna. Dobrý přestup tepla je však, při krátké době styku vlákna s vodou, nezbytný. Použití jiných kapalin umožňující dosažení vyšších teplot je též známé, vykazuje však nevýhody uvedené u vody, je navíc nákladné a v pratfi * při masové výrobě neekonomické.The whole plant is relatively complex, the excess water has to be removed from the fiber and the steam coming out of the hot water deteriorates the environment and requires well dimensioned exhaust and ventilation. At conventional fiber speeds of 1.5 to 3 m / s, the water in the tub moves with the fiber, creating a kind of boundary layer and impairing the transfer of heat from the free volume of liquid in the tub to the fiber. However, good heat transfer is necessary with a short contact time of the fiber with water. The use of other liquids to achieve higher temperatures is also known, but it has the disadvantages of water, is expensive and uneconomical in mass production.

Dalším známým způsobem je ohřev vláken dotykem na vyhřívaném povrchu, kterého se vlákna dotýkají při smyku nebo odvalu. Zařízení pro ohřev vláken dotykem při smyku jsou označována jako žehličky. Ohřev žehliček se provádí bud elektricky nebo parou. Na provedení povrchu těchto zařízení jsou kladeny vysoké nároky, nebot smyk jednotlivých fíbril vlákna přes poškozený, případně znečištěný povrch, vede ke snižování kvaj-ity. Vzhledem k tomu, že přicházející vlákno obsahuje vodu, dochází k jeho ohřevu na 100 °C v celé vrstvě dosti rychle, a to provařením vody. Ohřev vlákna nad 100 °C je však velice ztížen, nebot sdílení tepla probíhá po odpaření vody vedením tepla od pevného povrchu do vlákna z jedné strany, přičemž vedení tepla vrstvou tepelně nevodivých vláken a vzduchových mezer je velmi pomalé.Another known method is to heat the fibers by contact on a heated surface that the fibers touch upon shear or dump. Touch heating devices by shear are referred to as irons. The irons are heated either electrically or by steam. There are high demands on the surface design of these devices since shear of the individual fiber fibers over the damaged or contaminated surface leads to a decrease in the quality. Since the incoming fiber contains water, it is heated to 100 ° C in the entire layer quite quickly by boiling water. However, heating of the fiber above 100 ° C is very difficult because heat transfer takes place after the evaporation of water by conduction of heat from the solid surface to the fiber from one side, and the heat conduction through the layer of thermally non-conductive fibers and air gaps is very slow.

Při snaze o.urychlení ohřevu, které je, při krátkých dobách setrvání vlákna na žehličce žádoucí, se žehličky přehřívají nad požadovanou teplotu vlákna, což vede k tepelnému poškozování vlákna na jedné straně plochého svazku a v krajním případě například při přerušení chodu až k netavení vlákna. Ohřev dotykem při odvalu vlákna je výhodnější než smyk, nebot nedochází k poškozování vlákna, zařízení je však těžké, robustní, vyžaduje značný prostor, vysoce únosné podlahy a přívod energie pro ohřev rotujících elementů je strojně a konstrukčně náročný, ostatní nevýhody jsou stejné, jako u žehliček”.In an attempt to accelerate the heating, which is desirable with short fiber residence times, the irons overheat above the desired fiber temperature, resulting in thermal damage to the fiber on one side of the flat bundle and, in extreme cases, for example, . Heating by touch during the filament is better than shear because it does not damage the fiber, but the device is heavy, robust, requires considerable space, high load-bearing floors and power supply for heating rotating elements is machine and construction demanding, other disadvantages are the same irons ”.

Jsou též známá zařízení, kde se na procházející vlákno v polouzavřené komoře vhání vodní pára. V místě styku páry s vlák210021 ny se dosahuje dobrého přestupu tepla, avšak pára, expandovaná do normálního atmosférického tlaku, velmi rychle ztrácí své teplo přehřátí a kondenzační teplo odevzdává pouze při 100 °C, což opět představuje omezení použitelnosti tohoto způsobu.Devices are also known in which water vapor is blown onto a passing fiber in a semi-closed chamber. At the point of contact of the steam with the fibers, good heat transfer is achieved, but steam expanded to normal atmospheric pressure very quickly loses its heat of overheating and condenses heat only at 100 ° C, again limiting the applicability of the process.

K nevýhodám tohoto způsobu patří opět zhoršování prostředí a nutnost zajišťovat odsávání, přitom pára v kanálech kondenzuje a způsobujŽ korozi. Teplotní parametry ohřevu svazku vláken nebo pásků jsou u tohoto způsobu značně závislé na vlastnostech použité páry a jejich rovnoměrnosti β časem.Again, the disadvantages of this method are environmental degradation and the need to provide exhaustion, while the steam condenses in the channels and causes corrosion. The temperature parameters of the heating of the fiber bundle or tapes in this method are highly dependent on the properties of the steam used and their uniformity β over time.

Výše uvedené nedostatky dosud užívaných postupů a zařízení pro nepřetržitý ohřev plochých svazků vláken nebo pásků jsou odstraněny předkládaným vynálezem, jehož podstatou je způsob nepřetržitého ohřevu plochého svazku vláken nebo pásků souproudně nebo protiproudně proudícím teplosměnným médiem, kde rozdíl rychlostí vláken a teplosměnného média proudícího po obou stranách plochého svazku vláken je od 5 do 100 m/s, přičemž směr prouděni teplosměnného média je rovnoběžný s podélnou osou svazku vláken. Rychlost teplosměnného média podíl ohřevné zóny se může v pravidelných intervalech měnit, přičemž poměr největší a nejmenší rychlosti teplosměnného média je 2 až 50 a v místech s největším rozdílem rychlostí plochého svazku vláken a teplosměnným médiem proudí teplosměnné médium kolem ohřevných ploch.The foregoing drawbacks of the methods and apparatuses used for the continuous heating of flat fiber bundles or tapes are overcome by the present invention, which is based on a method of continuously heating a flat fiber bundle or tapes with a co-current or countercurrent flowing heat transfer medium. the flat fiber bundle is from 5 to 100 m / s, the flow direction of the heat transfer medium being parallel to the longitudinal axis of the fiber bundle. The rate of heat transfer medium can vary at regular intervals, with the ratio of maximum and minimum velocity of the heat transfer medium being 2 to 50, and at locations with the greatest difference in flat fiber speed and heat transfer medium, the heat transfer medium flows around the heating surfaces.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu sestává z komory ve tvaru úzké podélné štěrbiny vytvořené rovnoběžnou horní a spodní stěnou a čelním víkem uchyceným na uzavíracím mechanismu, v zadní části je komora vytvořená stěnou předehřívacího kanálu a na vstupu a výstupu plochého svazku vláken jsou boční kryty, přičemž do komory zasahují a k horní a spodní stěně přiléhají dvě řady topných trnů. Topné trny jsou pevně spojeny s parním kanálem. Teplosměnné médium je uváděno do cirkulace vnějším zdrojem, předehříváno v prostoru kolem parního kanálu, odkud vstupuje do vzduchového kanálu, kde je ohříváno ve zúžených profilech mezi svazkem vláken a topnými trny a samo ohřívá plochý svazek vláken nebo pásků z obou stran při intenzívní výměně tepla dané vysokou rychlostí proudění.The apparatus for carrying out the method according to the invention consists of a chamber in the form of a narrow longitudinal slot formed by a parallel top and bottom wall and a front cover attached to the closing mechanism, in the rear part the chamber formed by a preheating channel wall and side covers at the inlet and outlet of the flat fiber bundle; two rows of heating mandrels adjoin the chamber and the upper and lower walls. The heating pins are firmly connected to the steam channel. The heat transfer medium is circulated by an external source, preheated in the space around the steam channel, from where it enters the air channel, where it is heated in tapered profiles between the fiber bundle and the heating mandrels and heats a flat bundle of fibers or strips high flow velocity.

Způsob a zařízení podle vynálezu umožňuje rychlý ohřev plochého svazku vláken nebo pásků na teploty nad 100 °C, jeho použitím se dosahuje intenzifikace přestupu tepla, což vede k vysokému výkonu zařízení při jeho relativně malých rozměrech. Podstatného zvýšení výkonnosti při ohřevu se dosahuje vysokou turbulencí proudění teplosraěnného média kolem vláken ve štěrbinách mezi vláknem a topnými trny, přičemž se při ohřevu uplatňuje vedle konvektivní složky i sálání z trnů na vlákno a teplosměnné médium se s vysokou účinností v těchto Štěrbinách ohřívá. Vzhledem k tomu, že zmenšení průtočného profilu a zvýšení rychlosti na štěrbině je provedeno na velmi krátkém úseku, jsou tlakové ztráty relativně malé. Použití trnů a parního kanálu ve formě trubek nevyžaduje posuzovat zařízení jako tlakovou nádobu. Uzavřený cirkulační systém teplosměnného média, kterým je s výhodou vzduch, případně vzduch obsahující určité procento vodní páry, je energeticky výhodný, zajištuje dobré pracovní prostředí, nevyžaduje nákladné větrání, jako je tomu u dosud užívaných parních komor a vodních lázní. Ohřev se provádí bezdotykově a zařízení není tedy náročné na provedení povrchu, na čištění a poškozování ohřívaných vláken je sníženo na minimum. Lehkost a jednoduchost zařízení je zvláště patrná při srovnání ohřevu na dosud užívaných kalandrech, které jsou tvořeny soustavou ohřívaných rotujících bubnů. Obsluha a -údržba zařízeni podle vynálezu je poměrně snadná a nenáročná. Udržování požadované teploty škrcením páry používané k ohřevu parního kanálu a trnů a množstvím cirkulovaného média je nenáročné a spolehlivé. Použitím způsobu a zařízení podle vynálezu je odstraněno nebezpečí natavení svazku vláken pří přerušení chodu.The method and apparatus of the invention allow rapid heating of the flat bundle of fibers or tapes to temperatures above 100 ° C, using it to intensify the heat transfer, resulting in high performance of the apparatus at its relatively small dimensions. A substantial increase in heating performance is achieved by the high turbulence of the flow of heat-shielding medium around the fibers in the slots between the fiber and the heating mandrels, with heating from the mandrels to the fiber being applied along with the convective component and heating the heat transfer medium. Since the flow profile reduction and the velocity increase at the slot are performed over a very short section, the pressure losses are relatively small. The use of tubes and steam channels in the form of pipes does not require the device to be considered as a pressure vessel. The closed circulation system of the heat transfer medium, preferably air or air containing a certain percentage of water vapor, is energy efficient, provides a good working environment, does not require expensive ventilation, as is the case with previously used steam chambers and water baths. The heating is carried out in a contactless manner and therefore the apparatus is not demanding in terms of surface finish, the cleaning and damage to the heated fibers is reduced to a minimum. The lightness and simplicity of the apparatus is particularly evident when comparing the heating on calenders used so far, which consist of a set of heated rotating drums. The operation and maintenance of the device according to the invention is relatively simple and unpretentious. Maintaining the desired temperature by throttling the steam used to heat the steam channel and mandrels and the amount of circulating medium is undemanding and reliable. By using the method and apparatus according to the invention, the danger of melting the fiber bundle when the operation is interrupted is eliminated.

Na výkresu je znázorněno příkladné provedení zařízení pro ohřev plochého svazku vláken nebo pásků podle vynálezu, kde na obr. 1 je v nárysu podélný pohled s částečným řezem a na obr. 2 je zvětšený příčný řez A-A z obr . 1 .In the drawing, an exemplary embodiment of a flat fiber bundle heating apparatus according to the invention is shown, in which Fig. 1 is a longitudinal sectional view with a partial section, and Fig. 2 is an enlarged cross-sectional view of Fig. 2A-A. 1.

Zařízení sestává z parního kanálu 2_, který je vytvořen trubkou, do které jsou přivařeny dvě řady topných trnů 3_, tak, Že mezi řadami je vytvořen vzduchový kanál _t_ jako úzká štěrbina pro bezdotykový průchod plochého svazku vláken. K topným trnům 3^ přiléhají horní stěna 5. a spodní stěna které společně s čelním víkem 13 a stěnou předehřívacího kanálu 19 vytvářejí komoru Parní kanál 2^ je vybaven hrdlem 10 pro vstup páry a hrdlem 11 pro odvod kondenzátu. Kolem parního kanálu 2_ je ze dvou složených U-profilů vytvořen předehřívací kanál 19 pro předehřívání teplosměnného média. Do tohoto kanálu, který je propojovacím otvorem 1 2 spojen s komorou 4_, je proveden vstup hrdlem 7 pro přívod vzduchu. Na komoře 4. jsou provedena dvě hrdla, a to hrdlo 8_ pro odvod vzduchu a hrdlo 9^ pro odpouštění vzduchu. Komora £ je z přední, obslužné strany po navedení svazku vláken nebo pásku uzavřena Čelním víkem 13 pomocí uzavíracího mechanismu 14 a na koncích bočním krytem 15 na vstupu a bočním krytem 16 na výstupu plochých svazků vláken. Celé zařízení je na povrchu opatřeno izolací 17 a vnějším krytem 18♦The device consists of a steam channel 2, which is formed by a pipe into which two rows of heating mandrels 3 are welded, so that an air channel 1 is formed between the rows as a narrow slot for the non-contacting passage of the flat fiber bundle. Adjacent to the heating pins 3 are the upper wall 5 and the lower wall which together with the front cover 13 and the wall of the preheating channel 19 form a chamber. The steam channel 2 is equipped with a steam inlet 10 and a condensate outlet 11. Around the steam duct 2, a pre-heating duct 19 is formed from two composite U-profiles for preheating the heat transfer medium. An air inlet 7 is provided to this duct, which is connected to the chamber 4 via the through hole 12. Two orifices are provided in the chamber 4, namely an air outlet 8 and an air outlet 9. The chamber 6 is closed from the front, service side after the fiber bundle or tape has been guided by the front cover 13 by means of the closing mechanism 14 and at the ends by a side cover 15 at the inlet and a side cover 16 at the exit of the flat fiber bundles. The whole device is provided with insulation 17 and an outer cover 18 18 on the surface

Porovnání výsledků ohřevu plochého svazku polyesterových vláken postupem a zařízením podle vynálezu s ohřevem ve vodní lázni a s ohřevem na rotujících vyhřívaných válcích kalandru je uvedeno v následujících příkladech.A comparison of the heating results of the flat polyester fiber bundle with the process and apparatus of the invention with heating in a water bath and heating on rotating heated calender rolls is shown in the following examples.

Příklad 1Example 1

Polyesterový kabel o délkové hustotě 60 ktex, přičemž 1 tex představuje hmotu 1 km vlákna v g, tvořený cca 370 000 fibrilami o jedničné jemnosti 1,7 dtex, rozprostřený do plochého svazku širokého 0,2 m s tloušťkou 0,25 mm, kde přes celou tloušťku bylo 23 vrstev jednotlivých fibril, byl nepřetržitě při rychlosti 2,17 m/s ohříván při dloužení ve druhé dloužící zóně, a to jednak stávajícím způsobem průchodem vanou obsahující vodu s teplotou 90 °C a jednak pro porovnání způsobem a zařízením podle vynálezu.Polyester cable with a length density of 60 ktex, 1 tex representing a mass of 1 km of fiber in g, consisting of approximately 370,000 fibrils of one fineness of 1.7 dtex, spread out into a flat bundle 0.2 m wide 0.25 mm thick, where over the entire thickness 23 layers of individual fibrils were heated continuously at 2.17 m / s during drawing in the second drawing zone, both in the existing manner by passing a bath containing water at 90 ° C and, secondly, for comparison by the method and apparatus of the invention.

Základní parametry a dosažené výsledky jsou obsaženy v následující tabulce.The basic parameters and achieved results are shown in the following table.

Parametr Parameter stávající způsob vodní lázeň The existing water bath method postup a zařízení podle vynálezu process and apparatus of the invention délka ohřevní zóny /ra/ heating zone length / ra / * * 3 3 2, 2, 5 5 teplota teplosměnného média /°C/ temperature of heat transfer medium / ° C / 90 90 90 90 150 150 teploaměnné médium heat exchange medium voda water vzduch air v zduch in zduch rychlost teplosměnného média /m/s/ velocity of heat transfer medium / m / s / 0 0 10 10 10 10 rychlost v zúženém průřezu /m/s/ speed in narrowed section / m / s / / / 80 80 80 80 počet zúžení na každé straně svazku the number of constrictions on each side of the beam / / 59 59 59 59 doba zdržení kabelu /s/ cable retention time / s / 1 ,4 1, 4 1,1 1.1 1,1 1.1 vstupní teplota kabelu /°C/ cable inlet temperature / ° C / 45 45 45 45 45 45 vstupní vlhkost kabelu /%/ cable entry humidity /% / 11.5 11.5 11,5 11.5 11,5 11.5 výstupní teplota kabelu /°C/ cable outlet temperature / ° C / 81 81 87 87 132 132 výstupní vlhkost kabelu /X/ output humidity of the cable / X / 1 1 ,0 1 1, 0 0,2 0.2 ' 0,2 0.2

Z tabulky je patrné, že ohřev polyesterového kabelu ve druhé dloužící zóně postupem a na zařízení podle vynálezu je rychlejší a výhodnější, nebot při kratší době zdržení se kabel ohřívá na vyšší teplotu, přitom je též technologicky výhodné snížení výstupní vlhkosti. Při teplotě vzduchu 150 Celsia se dosahuje ohřevu kabelu až na 132^υCelsia, což u dosud užívaného ohřevu na vodní lázni není možné. Zvýšená teplota umožňuje vyřadit jednu z náročných následujících operací při zpracování polyesterového kabelu, a to fixace při napětí na ”kalandru”.It can be seen from the table that heating of the polyester cable in the second attenuation zone by the process and on the apparatus according to the invention is faster and more advantageous, since with a shorter residence time the cable is heated to a higher temperature. At an air temperature of 150 C is reached the heating cable up to 132 Celsius ^υ, which in the previously used heating on a water bath is not possible. The elevated temperature makes it possible to eliminate one of the following demanding operations in the processing of the polyester cable, namely the fixation at the calender.

Příklad 2Example 2

Stejný polyesterový kabel jako v příkladě 1 byl nepřetržitě ohříván rychlostí 2,17 ra/s při fixaci pod napětím jednak stávajícím způsobem na kalandru” s 9 bubny o průměru 0,6 ra vyhřívanými zevnitř nepřímo sytou vodní párou o tlaku 1 MPa, jednak postupem a zařízením podle vynálezu.The same polyester cable as in Example 1 was continuously heated at a rate of 2.17 ra / s under tension fixation, on the one hand, in a conventional manner on a calender, with nine 0.6 ra diameter drums heated from the inside by indirectly saturated water at a pressure of 1 MPa. device according to the invention.

Základní parametry a dosažené výsledky jsou obsazeny v následující tabulce.The basic parameters and achieved results are shown in the following table.

Parametr Parameter stávající způsob kalandr” the existing way of calender ” podle vynálezu according to the invention délka ohřevné zóny /m/ heating zone length / m / 6 bubnů; 6,9 m při teplotě 115 °C 6 drums; 6.9 m at 115 ° C 2,5m při teplotě 150 °C 2.5m at 150 ° C teplota /°C/ temperature / ° C / a 3 bubny 3,5 m při teplotě 140 °C and 3 3.5 m drums at 140 ° C ohřev heating dotyk, odvalem touch, heap vzduchem o rychlosti air speed 20 /m/s/, 20 m / s / v 59 zúženích 100 /m/s/ in 59 narrowings 100 / m / s / doba zdržení kabelu /s/ cable retention time / s / 3,2 s na bubnech 115 °C a 3.2 s on drums 115 ° C and 1,1 s 1,1 s 1,6 s na bubnech 140 °G 1.6 s on drums 140 ° G vstupní teplota kabelu cable inlet temperature 30 30 30 30 /°C/ / ° C / výstupní teplota kabelu cable outlet temperature za šesti bubny 92 °C with six drums of 92 ° C 136 °C 136 ° C /°C/ / ° C / za celým kalandrem 132 °C past the whole calender 132 ° C

Z uvedeného přehledu je zřejmá vysoká účinnost a ekonomičnost postupu a zařízení podle vynálezu.The above-mentioned overview shows the high efficiency and economy of the process and apparatus according to the invention.

Postupu a zařízení je možné využít při ohřevu plochých svazků vláken - kabelů polyamidových, polyoleflnových, polyakrylonitrilových i viskozových, dále pak k ohřevu fólií z makromolekulárních látek a příkladně k ohřevu jiných plošných útvarů, tj. pásů. Stejně tak je možné postupu použítThe process and equipment can be used for heating flat fiber bundles - polyamide, polyolefin, polyacrylonitrile and viscose cables, heating foils made of macromolecular substances and for example heating of other flat structures, ie strips. The procedure can also be used

Claims

SUBJECT

A method of continuously heating a flat bundle of fibers or tapes with a co-current or countercurrent flowing heat transfer medium, characterized in that the velocity difference of the fibers or tapes and the heat transfer medium flowing on both sides of the flat bundle is from 5 to 100 m / s. intensive cooling of these formations. It is advantageous to use the process according to the invention in the heating or cooling of a partially permeable material, in which the air or admixture-containing air is repeatedly forced through a sheet-like structure as a heat transfer medium. The flat fiber or tape bundle may be from a few cm to about 1 m wide with a thickness of from 0.05 m to about 10 mm.

BACKGROUND OF THE INVENTION The heat transfer medium is parallel to the longitudinal axis of the fiber bundle.

Method according to claim 1, characterized in that the velocity of the heat transfer medium varies at regular intervals along the length of the heating zone, the ratio of the highest to the lowest velocity of the heat transfer medium being 2 to 50.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that at the location with the greatest difference in speed of the flat fiber or tape bundle and the heat transfer medium, the heat transfer medium flows around the heating surfaces.

4. A device for continuously heating flat fiber bundles or tapes according to the method of claims 1 to 3, characterized in that it consists of a chamber (4) in the form of a narrow longitudinal slot formed by parallel top and bottom walls (5, 6) with a front cover. (13) mounted on the closing mechanism (14), the wall of the preheating duct (19) at the rear of the chamber (4), and at the inlet and outlet of the flat fiber bundle are side covers (15),

16), wherein two rows of heating mandrels (3) adjoin the chamber (4) and adjoin the upper and lower walls (5, 6) and an air channel (1) is formed between the rows of heating mandrels (3).

Apparatus according to claim 4, characterized in that the heating rods (3) are connected to a steam channel (2) provided with a steam inlet (10) and a condensate outlet (11) around the steam channel (2). a pre-heating duct (19) interconnected with a connection opening (12) to the chamber (4) and provided with a throat (7) for supplying air.

Device according to Claims 4 and 5, characterized in that the chamber (4) is provided with an air outlet (8) and an air outlet (9), with an insulation (17) and an outer cover (1) on the surface of the entire device. 18 /.