CZ23541U1 - Zařízení k čeření skloviny odstřeďováním - Google Patents

Description

Zařízení k čeření skloviny odstřeďováním

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. Č. 478/1992 Sb.

CZ 23541 Ul

Zařízení k čeření skloviny odstřeďováním

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízením k čeření skloviny odstřeďo váním, v němž se účinkem odstředivé síly provádí separace bublin ze skloviny. Zařízení zahrnuje nejméně jednu čeřící odstřediv5 ku, obsahující rotující těleso rotačního tvaru, které je opatřeno na jednom konci dnem, na druhém konci případně víkem, a je vybaveno prostředky pro nátok a výtok skloviny. Pri odstřeďo vání je vnitřní prostor tělesa čeřící odstředivky částečně naplněný sklo vinou a spojený s okolní atmosférou za účelem úniku bublin ze skloviny.

Dosavadní stav techniky io Proces odstraňování bublin pri tavení skel, nazývaný čeření, je obvykle procesem nej pomalejším, který vyžaduje vysoké teploty, dlouhé časy a použití často toxických nebo ekologicky nežádoucích komponent sklářské tavící směsi. Přitom i malé množství bublin ve skle je z hlediska jeho kvality nepřijatelné. Snaha urychlit tento proces a dosáhnout vysoké kvality skel, stejně jako snaha podstatně snížit spotřebu energie, vedla k použití čeřících činidel, z nichž dnes nečastěji i5 používanými jsou oxid antimonitý kombinovaný s oxidovadlem a síran sodný kombinovaný často s redukčním činidlem, a případně dalších způsobů, kterými se proces odstraňování bublin urychlí. Vedle tradičního chemického účinku čeřiv, které uvolňují ze skla do bublin plyny, a zvětšují tak rozměr bublin, a ty v důsledku vztlakové síly rychle stoupají k hladině, se používá i sycení taveniny rychle difunduj ícími plyny jako helium, nebo se využije dalšího prostředku, který buď sám, nebo v kombinaci s gravitační silou, urychluje separaci bublin od taveniny. Takovou dalším prostředkem je např. použití ultrazvuku, který podporuje růst bublin i jejich koalescenci. Jinou možností je upravení tvaru a proudění v tavícím prostoru tak, aby bubliny v gravitačním poli měly co nekratší nebo nejsnazší cestu k hladině.

V nedávné minulosti byly učiněny pokusy využít pro separaci bublin ze skloviny odstředivé síly, v analogii s odstřeďováním emulzí a suspenzí. Tento proces je ovšem třeba chápat spíše jako dostřeďování, neboť bubliny jako inkluze velmi malé hustoty se v odstředivém poli pohybují směrem ke středu rotace. Předpokládal se rychlý a dokonalý separaění proces, avšak výsledky obou způsobů nebyly často dokonalé. Skla byla obvykle zbavena větších bublin, avšak obsahovala často i značné množství bublin malých a prachových, jejichž odstranění se nedařilo ani změ30 nou parametrů odstřeďovacího procesu, nejěastěji zvýšením otáček. Při použití vysokých otáček pak přistoupily i náročné požadavky na pevnost rotujícího zařízení vzhledem k vysokému tlaku na jeho plášť.

Využití odstředivé síly bylo vyzkoušeno již drive v některých firmách, zejména se jím, podle podaných patentů, zabývala firma Owens Illinois, lne. z Ohia, US. Existuje několik jejich patentů zabývajících se čeřením skloviny v odstředivém poli.

Patent US 3 819 350 majitele Owens-Illinois, lne., US, publikovaný 25.6.1974, popisuje metodu a zařízení určené k rychlému tavení a čeření skloviny. Jedná se zde o modulový systém, který má za úkol značně urychlit celý proces tavení a homogenizace a tím celou výroby skla urychlit a zlevnit.

První částí zařízení je tavící agregát. Sem je přiváděn kmen, je ohříván a taven. Vznikající směs taveniny a kmene je promíchávána míchadlem. Vzniká utavená sklovina obsahující neroztavená zrnka písku, šifry a velké množství bublin.

Tato tavenina je přivedena do druhé části zařízení. Ve druhém agregátu jsou umístěny topné elektrody a míchací zařízení. Zde je sklovina vystavena vyšší teplotě a střihovému tření díky otáčejícímu se válci uvnitř agregátu. Dojde k rozpuštění křemenných zrn, šlír a k dokončení všech reakcí. V tavenině však stále zůstává velké množství plynných inkluzí.

-1 CZ 23541 Ul l ato napěněná sklovinaje přivedena do třetí části zařízení. Zde je sklovina vystavena odstředivé síle. Dochází k odstraňování bublin a vyčeřená a utavená sklovinaje vypouštěna ze zařízení ke zpracování.

Využitím tohoto zařízení je možné dosáhnout stejného výkonu tun/den jako v tradičních tavících zařízeních, avšak se značnou úsporou místa potřebného pro tavící aparát a doby potřebné k utavení skloviny o přijatelné kvalitě.

Podrobný popis třetího agregátu tohoto zařízení, odstředivky, uvádí patent GB 1 360 916, majitele Owens-Illinois, lne., US, publikovaný 24.6.1974. Předem utavená sklovina s velkým množstvím bublin je vlita do válce odstředivky. Na vtoku skloviny v horní části válce je umístěn talíř s ío několika otvory. Ten má za úkol rozvádět natékající sklovinu ke stěnám válce odstředivky. Na spodní straně válce je umístěn další podobný kroužek, ovšem s jinak rozmístěnými otvory než je běžné, po obvodu. Má také za úkol odvádět sklovinu zpět ke stěnám válce odstředivky

V preferovaném uspořádání je vzdálenost vrcholu paraboloidu a dna válce minimálně poloviční, lépe stejná, jako délka paraboloidu.

Podobně jako v předchozím patentu, též GB 1 416 027 majitele Owens-Illinois, lne., US, publikovaný 3. 12. 1975. 6.1974, přináší metodu a zařízení pro čeření taveného skla.

Zařízení je podobné jako v předchozím případě, tedy obsahuje válec odstředivky s nátokem a horním víčkem s otvory. Rozdílný je výtok skloviny z odstředivky. V tomto případě není výtok skloviny ve středu válce, ale po jeho obvodu výtokovými kanálky.

Bylo odzkoušeno několik režimů provozu tohoto zařízení:

- tloušťka vrstvy skloviny je I palec, tedy cca 25 mm;

- tloušťka vrstvy skloviny se mění od 0,001 do 1 palce;

- konstantní tloušťka vrstvy skloviny podél celé stěny odstředivky;

- sklo je s i bez přítomnosti čeriv.

Všechny výše zmiňované postupy a zařízení jsou určeny pro kontinuální provoz a velké výkony tavících agregátů. Uvedené postupy a zařízení umožňují sice vyčeření skloviny a odstranění velkých bublin, avšak nezbavují sklo prachových bublin, takže čeření skloviny je nedokonalé.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí zařízením k čeření skloviny odstřeďová30 ním, v němž se účinkem odstředivé síly provádí separace bublin ze skloviny. Zařízení k čeření skloviny odstřeďováním podle tohoto technického řešení zahrnuje nejméně jednu čeřící odstředivku. Postata tohoto technického řešení spočívá v tom, že nejméně jedna Čeřící odstředivka zahrnuje rotující těleso válcovitého tvaru s obvodovým pláštěm, dnem a případně víkem, které vykazuje osovou symetrií v ose rotace rotujícího tělesa. Rotující těleso má celkový vnitřní prostor

V_(h který je částečně naplněný sklovinou o obsahu V,určenou k čeření a který je spojen s okolní atmosférou pro únik bublin ze skloviny. Celkový vnitřní prostor ř# má střední poloměr r_n v rozmezí 0,05 až 1,0 m; a celkovou výšku h_f) v rozmezí 0,1 až 1,5 m. Podíl obsahu V rotujícího tělesa naplněného sklovinou určenou k čeření je ku celkovému vnitřnímu obsahu prostoru rotujícího tělesa v poměru V/V_tt ~ 0,20 až 0,80. Počet otáček rotujícího tělesa čeřící odstředivky při odstre40 ďování je v rozmezí 10 až 200 rad.s'¹.

Hlavní výhodou tohoto technické řešení je, že při Čeření skloviny odstřeďováním, dochází k separaci bublin, aniž by se bubliny ve sklovině rozpouštěly. Pri optimálním vedení čeření skloviny odstřeďováním, při nárokovaném rozmezí poloměru a výšky vnitřního prostoru rotujícího tělesa čeřící odstředivky, jeho definovaném naplnění sklovinou a pri nárokovaném rozmezí otáček ro45 tujícího tělesa, lze v překvapivě krátké době dosáhnout odstřeďování bublin ze skloviny, v časovém intervalu desítek až tisíc sekund i pro nejmenší bubliny o poloměru v rozmezí 5x10 ^sm až lxlO'⁴ m. Dochází tak k účinnému odstranění i těch nejmenších prakticky očekávaných bublin ze skloviny s poloměrem v rozmezí 5xl0*⁵ m až 1 xlO'⁴ m, což doposud nebylo dosahováno.

-2CZ 23541 Ul

Řešení umožňuje využití i více čeřících odstředivek. Např. sklovina tavená kontinuálně může být zpracovávána paralelně ve více odstředivkách s časově posunutým režimem potřebnou dobu a teprve potom může postoupit do dalšího kroku. Čeření lze provádět ve velmi širokém rozmezí teplot 1000 °C až 1600 C, přičemž pro většinu průmyslových skel je reálná oblast rozmezí 1200 °C až 1500 °C. Vyšší teploty jsou určeny pro tvrdší typ skel, jako jsou např. borosilikátová skla nebo skla pro LCD obrazovky. Nižší teploty jsou vhodné pro měkká skla, např. vysoce alkalická skla nebo vysoce olovnatá skla.

Definovaná rozmezí velikosti zařízení, teplot skloviny a průměrné rychlosti bublin byla získána matematickým modelováním a experimentálními zkouškami.

Podobnosti mezi chováním bublin v různých sklech z hlediska jejich separace od taveniny, zjištěné řadou nezávislých měření, je využito pro postup jednoduchého přenosu optimálních podmínek z modelového skla, na němž byly získány základní poznatky o chování bublin v rotující tavenině, na jiná průmyslová a speciální skla.

Tento přenos se uskuteční pomocí souboru výpočetních dat na modelovém skle, seskupených do několika empirických rovnic, a s použitím teplotní závislosti rychlosti růstu bublin, za podmínek bez aplikace odstředivé síly, která se změří laboratorně na skle, které má být použito pro proces odstřeďování.

Získaná data zahrnují optimální frekvenci otáček daného rotujícího válce pri jeho zadaném plnění taven inou a pri zadané teplotě procesu a očekávanou dobu odstranění odhadnuté nej menší přítomné bubliny, startující ze známé nej ne výhodnější polohy ve válci s taveninou.

Původní v tomto souboru znalostí je také přenos optimálních podmínek na jiný typ skla. Tento přenos se děje na základě:

a) Zjištění tychlosti růstu bublin ve skle, které má být odstřeďováno, v laboratoři za podmínek bez použití odstředivé síly.

b) Přenos výsledků laboratorního měření pomocí empirických rovnic udávajících optimální podmínky pro modelové sklo v definovaném rozmezí vyšetřovaných podmínek, tj. v oblasti rychlosti růstu kritické bubliny, u běžných skel a odpovídajícímu teplotnímu rozmezí čeřících teplot, a pro rotující válcovitá tělesa nárokovaných rozměrů a nárokovaného plnění.

Rotující těleso vykazující rotační tvar s osovou symetrií, je např. válec čí kónus. Válec je nejvýhodnějším provedením z hlediska výroby i funkce v provozu. Těleso odstředivky válcového tvaru je výhodné z hlediska samotného odstřeďování pri rotaci, kdy viskózní kapalina během odstřeďování za vyšších otáček může vytvořit na vnitřní stěně pláště tělesa odstředivky téměř rovnoměrnou vrstvu, přispívající k rovnoměrnému odstřeďování a separaci bublin v této tloušťce skloviny. Těleso odstředivky může rotovat kolem své svislé osy, může rotovat i v ose kolmé ke svislé ose a může rotovat i pri ose nakloněné, přičemž pri naplnění tělesa i jeho výtoku je výhodné využít gravitace a rotující těleso odstředivky natočit v tomto smyslu, Tedy, čeřící odstředivka má osu rotace, která může být nakláněna z vertikální polohy do horizontální polohy i šikmé polohy, ale preferována je vertikální poloha.

Toto optimální, a dokonce nastavitelné nárokované rozmezí daných hodnot podle jednotlivých případů, které musí být navzájem sladěné, je výsledkem několikaletého výzkumu a vývoje.

Pri nižší nárokované hranici středního poloměru vnitřního prostoru rotujícího tělesa, bude čeřící zařízení zabírat menší prostory.

Při vyšším nárokovaném středním poloměru r„ vnitřního prostoru rotujícího tělesa, se dá předpokládat, že zařízení sice bude robustní a těžké, avšak bude možný při stejném plnění čeřící odstředivky sklovinou vyšší výkon.

Při menší nárokované výšce ho rotujícího tělesa, může mít rotující těleso vetší střední poloměr r_ft vnitřního prostoru, a rotující těleso bude mít tvar podobný disku, v tom případě např. bude vhodné, aby rotující těleso bylo opatřeno dnem i víkem.

-3CZ 23541 Ul

Při vyšší nárokované výšce ho rotujícího tělesa, muže mít rotující těleso nižší střední poloměr r« vnitřního prostoru, a čeřící odstředivka bude mít tvar protáhlého válce či kónusu a v takových případech nebude muset mít čeřící odstředivka víko.

Nárokované rozmezí plnění rotujícího tělesa sklovinou je takové, aby sklovina nevyplnila celý prostor uvnitř rotujícího tělesa čeřící odstředivky, a aby vzniklý volný prostor měl tvar rotačního paraboloidu, jehož výška roste s otáčkami a posléze se podobá cylindrické mczivrstvě konstantní tloušťky. Je kontrolována rychlost rotace, a množství skloviny v odstředivce po naplnění tělesa, tak aby sklovina nevyplnila celý prostor uvnitř válce odstředivky. Rotace způsobuje radiálně se zvyšující tlakový gradient, jenž nutí bubliny migrovat radiálně k hladině skloviny.

Pri menším podílu naplnění rotujícího tělesa sklovinou, než je nárokovaná spodní hranice, vykáže odstředivka příliš malý výkon na jedno naplnění. Pri vyšším podílu naplnění rotujícího tělesa viskózní sklovinou, nad homí nárokovanou hranici, může dojít k rozpuštění malých bublin u pláště válcovitého rotujícího tělesa, což by značně prodloužilo dobu jejich úplného odstranění.

Při nižším počtu otáček rotujícího tělesa, než je nárokovaná spodní hranice, bylo zjištěno, že nemusí být splněna podmínka účinné a dostatečné separace bublin u dna válcovitého rotujícího tělesa. Pří vyšším počtu otáček rotujícího tělesa, nad homí nárokovanou hranici, dochází opět k rozpuštění malých bublin u pláště válce, což by opět značné prodloužilo dobu potřebnou pro jejich odstranění. Rovněž by se zvyšovaly nároky na materiál odstředivky. Rychlost rotace by měla být volena taková, aby byla vytvořena optimální radiální tloušťka skla na povrchu vnitřního pláště rotujícího tělesa Čeřící odstředivky. V praxí pro kontinuální čeření, ne vy čeřená sklovina natéká do rotujícího tělesa takovou rychlostí, aby v něm zůstávalo stále stejné množství skloviny a aby sklo vytékalo dole z tělesa převážně u středové osy.

Toto technické řešení, ve srovnání s tradičním odstřeďováním, odstraňuje bubliny poměrně rychle. Pri zachování optimálních podmínek by sklovina neměla obsahovat žádné bubliny větší než 0,1 mm, tedy, sklovina by měla být prosta bublin, protože menší bubliny než průměru 0,1 mm se ve sklovině nepředpokládají. Průměrná dobou zdržení skloviny v odstředivce je okolo 15 minut nebo kratší. Doba odstřeďování závisí zejména na teplotě v tavenině skla, sklovině.

Pro některé případy zařízení, zejména velké výšky h₍₎ a nízkého středního poloměru r₍₎ rotujícího tělesa čeřící odstředivky, může být rotující těleso na konci přivráceném nátoku skloviny otevřené. Toto otevřené ústí slouží jako nátokový otvor skloviny. To předpokládá menší množství odstřeďované skloviny, což se týká např. luxusních nebo speciálních typů sklovin. Toto řešení připadá v úvahu pri kontinuálním průběhu čeření.

Ve většině výhodných uskutečnění čeřící odstředivky, rotující těleso čeřící odstředivky na straně přivrácené nátoku skloviny obsahuje víko s nejméně jedním vratně uzavíratelným otvorem pro nátok skloviny a na straně přivrácené výtoku skloviny obsahuje dno s nejméně jedním uzavíratelným otvorem pro výtok skloviny. Čeřící odstředivka se dnem a víkem je nejvýhodnější aplikace technického řešení, která zajišťuje bezpečný průběh Čeření v uzavřeném prostoru. Otvory ve víku a dně zajišťují nerušený, případně regulovatelný, nátok a výtok skloviny a odvod plynů. Otvory pro nátok a/nebo výtok skloviny mohou být situovány v ose rotace tělesa čeřící odstředivky, nebo mimo ně.

Čeřící odstředivka může být neotápěná v případě výborné tepelné izolace válce nebo při rychlém čeření menšího množství čeřené skloviny odstřeďováním.

Ve většině výhodných uskutečnění čeřící odstředivky, a v praktickém využití pro většinu sklovin v teplotním rozmezí 1000 až 1600 °C, a též podle technických a konstrukčních možností, je čeřící odstředivka otápěna plynem nebo elektricky, případně mikrovlnným ohřevem.

Pro většinu konkrétních řešení je výhodné, když rotující těleso, dno, boční stěny a případně víko čeřící odstředivky pro odstřeďování bublin ze skloviny, je zhotoveno ze žáruvzdorné keramiky, nebo žáruvzdorného kovu či slitiny, a je tepelně izolováno, a má vnější kovový plášť. Toto řešení připadá v úvahu pro většinu běžných sklovin, Čeřených v teplotním rozmezí 1000 až 1600 °C.

-4CZ 23541 Ul

Při kontinuálním čeření musí být zajištěn kontinuální průtok skloviny čeřícím zařízením, tj. musí být zajištěna a seřízena rychlost nátoku skloviny, odpovídající rychlosti výtoku skloviny.

Rotující těleso může obsahovat neméně jeden vratně uzavíratelný otvor pro nátok viskózní kapaliny, zejména skloviny, situovaný s výhodou ve vratně uzavíratelném víku. Víko není nezbytně nutné v případě úzkého rotujícího tělesa odstředivky a potom je pro nátok viskózní tekutiny určena celá tato plocha. U většiny případů se však předpokládá využití vratně uzavíratelného víka s jedním vtokovým otvorem pro malé množství viskózní kapaliny, nebo s více vtokovými otvory u těles většího průměru na nátoku a pro větší množství odstřeďované tekutiny.

Rotující těleso také může obsahovat nejméně jeden vratně uzavíratelný otvor pro výtok skloviny, situovaný s výhodou ve dnu rotujícího tělesa. Výtok skloviny, může být situován v rotujícím tělesu odstředivky kdekoliv, ale toto umístění je nejjednodušší jak pro výrobu, tak pro provoz. Podle velikosti typu rotujícího tělesa odstředivky a množství viskózní kapaliny pro separaci bublin z ní může být těchto otvorů i více v jednom tělese. U typů rotujících těles s malým průměrem, např. u těles konického typu, dole se zužujících může sloužit jako otvor pro výtok i celé dno.

Rotující těleso nemusí nebo může být otápěno. Otop nemusí být realizován v případě, že se jedná o menší množství odstřeďované viskózní tekutiny nebo o rychlé vyčeření bublin, když vzhledem ke krátké době setrvání skloviny v rotujícím tělese též není nutný ohřev čeřící odstředivky.

Rotující těleso může být otápěno, a to v případě odstřeďování sklovin pri vysokých teplotách a větším množství, např. plynem či, elektricky, případně mikrovlnami.

Rotující těleso, určené pro odstřeďování bublin ze skloviny, je s výhodou zhotoveno ze žárovzdorné keramiky nebo žárovzdomého kovu či slitiny. Tyto odolné žárovzdomé materiály jsou použity proto, že teplota většiny sklovin, při odstřeďování a separaci bublin ve skle čeřením, se pohybuje v rozmezí 1000 až 1600 °C. Velmi záleží na typu skla, zda se jedná o skla měkčího typu, např. olovnatá a vysoce olovnatá, u nichž se předpokládá nižší teplota pro Čeření. Teplota většiny běžných skel při čeření se bude pohybovat cca 1400 °C, u tvrdšího typu skel, např. borosi li katových se předpokládá vyšší teplota.

Zařízení pro čeření skloviny odstřeďováním může být určeno pro přetržitý provoz pro menší množství odstřeďované viskózní kapaliny, zejména skloviny, a to např. sklovin tavených ručně nebo luxusních sklovin. Zde se předpokládá, že k čeření bude stačit jedno rotující těleso odstředivky. Zařízení může pracovat též pro větší množství odstřeďované skloviny, kde se předpokládá využití více rotujících těles odstředivky, uspořádaných tak, že jejich režimy jsou navzájem časově posunuty, např. pri karuselovém uspořádání.

Čeřící účinek odstraněných plynných inkluzí může být zvýšen optimalizací otáček, teploty, residenční doby, nebo kombinací těchto podmínek a nebo změnou rozměrů čeřícího zařízení.

Nevyčeřené sklo je přivedeno do rotujícího tělesa čeřící odstředivky, které rotuje okolo středové, v podstatě vertikální, osy. Sklo stéká vlivem gravitační síly dolů po vnitřní stěně rotujícího tělesa. Rychlost rotace, teplota a rychlost vtoku jsou takové, že sklovina vytváří radiální vrstvu na vnitřní stěně rotujícího tělesa a umožňují vyěeřené sklovině po ukončení rotace opustit toto těleso vhodným výtokovým otvorem, s výhodou v radiálním směru.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je podrobně popsáno dále na příkladných provedeních a objasněno pomocí schematických výkresů, z nichž představuje:

obr. 1 axonometrický pohled na rotující těleso čeřící odstředivky, bez skloviny, kde těleso je nahoře otevřené, dole má uzavřené dno, obr. 1 a axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při naplnění sklovinou, obr. lb axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při odstřeďování, a obr. lc axonometrický pohled na toto rotující těleso ceřicí odstředivky pri výtoku skloviny:

-5CZ 23541 Ul obr. 2 axonometrický pohled na rotující těleso čeřící odstředivky, bez skloviny, kde těleso je otevřené nahoře, a s otvorem ve dnu, obr. 2a axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při naplnění sklovinou, obr. 2b axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při odstřeďování,a obr. 2c axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při výtoku skloviny;

obr. 3 axonometrický pohled na rotující těleso čeřící odstředivky, bez skloviny, kde těleso má víko s otvorem, dole má uzavřené dno, obr. 3a axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky pri naplnění sklovinou, obr. 3b axonometrický pohled na toto rotující těleso Čeřící odstředivky pří odstřeďování, a ío obr. 3c axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky pri výtoku skloviny;

obr. 4 axonometrický pohled na rotující těleso čeřící odstředivky, bez skloviny, kde těleso má otvor ve víku i dně, obr. 4a axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky pri naplnění sklovinou, obr. 4b axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při odstřeďování, a obr. 4c axonometrický pohled na toto rotující těleso čeřící odstředivky při výtoku skloviny.

Na dalších obrázcích jsou znázorněny různé závislosti související s odstraňováním bublin ze skloviny při čeření odstřeďováním.

Obr. 5 znázorňuje závislost doby potřebné k odstranění nejmenší bubliny ze skloviny na rychlosti rotace.

2o Obr. 6 znázorňuje závislost doby vyčeření na rychlosti růstu bublin ze skloviny za podmínek bez uplatnění odstředivé síly.

Obr. 7 znázorňuje závislost optimální doby odstranění bubliny o poloměru 5x10'⁵ a 1x10“* m na průměrné tloušťce vrstvy skloviny pří 1400 °C.

Obr. 8 znázorňuje závislost optimální doby odstranění bubliny o poloměru 5x10⁵ a 1x10* m na 25 průměrné tloušťce vrstvy skloviny při 1450 °C.

Obr. 9 znázorňuje závislost optimální doby odstranění bubliny o poloměru 5x10'⁵ a lxlO'⁴ m na průměrné tloušťce vrstvy skloviny při 1500 °C.

Obr. 10 znázorňuje závislost optimální úhlové rychlosti rotace rotujícího tělesa na průměrné tloušťce vrstvy skloviny pro bublinu o poloměru 5x10⁵ m pri polovičním plnění rotujícího tělesa ío sklovinou.

Obr. 11 znázorňuje závislost součinu úhlové rychlosti rotace rotujícího tělesa a optimální doby odstranění bubliny o poloměru 5x10⁵ m na stupni plnění rotujícího tělesa sklovinou.

Obr. 12 znázorňuje průměrné rychlosti růstu bublin ve sklovine bez účinku odstředivé síly a v optimálním případě skloviny rotující ve válci poloměru 0,25 mas polovičním plněním sklovi35 nou, jako funkce teploty.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Dále je popsána čeřící odstředivka.

Zařízení k čeření skloviny 7 odstřeďováním může být určeno pro přetržitý provoz. Jeho podstatná 40 část, čeřící odstředivka, může být otápěna plynem nebo elektricky, případně mikrovlnným ohřevem, což zde není znázorněno. Rotující těleso i, dno 3, plášť 4 a případně víko 2 čeřící odstředivky pro odstřeďování bublin ze skloviny 7 je obvykle zhotoveno ze žáruvzdorné keramiky nebo žáruvzdorného kovu či slitiny, s vnějším ocelovým pláštěm, a případně je pod ocelovým pláštěm tepelná izolace. Zařízení k čeření skloviny 7 odstřeďováním může zahrnovat různé typy tělesa 1 čeřící odstředivky, z nichž některá jsou uvedena dále.

-6CZ 23541 Ul

Na obr. 1 je axonometrický znázorněno rotující těleso 1 čeřící odstředivky pro zařízení k čeření skloviny 7 odstřeďováním. V rotujícím tělese i se účinkem odstředivé síly provádí separace bublin ze skloviny 7, aniž by přitom docházelo k rozpuštění bublin ve sklovině 7. Rotující těleso i má válcovitý plášť 4, horní plochu na straně přivrácené nátoku skloviny 7, a protilehlou dolní plochu tvořenou dnem 3. Rotující těleso i čeřící odstředivky má rotační tvar s osovou symetrií shodnou s jeho osou 8.

Na obr. 1 je znázorněno prázdné rotující těleso i čeřící odstředivky, bez skloviny 7, které je nahoře otevřené a dole je uzavřeno dnem 3 bez otvoru pro výtok skloviny 7. Těleso i má tedy horní plochu na straně přivrácené nátoku skloviny 7 zcela otevřenou a tato otevřená horní plocha slouží io jako nátokový otvor 5 skloviny 7 do celkového vnitřního prostoru rotujícího tělesa 1.

Na obr. laje znázorněno rotující těleso i těsně po naplnění sklovinou 7. Na tomto obr. laje naznačen šipkou směr 9 nátoku skloviny 7 do tohoto typu rotujícího tělesa X čeřící odstředivky, konečné množství skloviny 7 pri naplnění rotujícího tělesa X o obsahu T, a konečná hladina skloviny 7 v tělese X určené k čeření.

Na obr. lb je šipkou naznačen směr 11 rotace tohoto tělesa X čeřící odstředivky pri odstřeďování skloviny 7 a též je zde patrné vytvoření parabolického útvaru skloviny 7 na vnitřní stěně pláště 4 a dnu 3 tělesa X během odstřeďování.

Na obr. 1c je naznačen směr 10 výtoku skloviny 7 z tohoto typu tělesa X po ukončení odstřeďování a pří pohledu na vylévání skloviny 7 horní otevřenou plochou tělesa X čeřící odstředivky.

Na obr. 2 je znázorněn jiný typ tělesa X čeřící odstředivky, kde těleso X je opět jako v předchozím příkladu provedení otevřené nahoře, takže otevřená horní plocha slouží jako nátokový otvor 5 skloviny 7 do vnitřního prostoru V_o tělesa χ. Avšak v tomto případě těleso X čeřící odstředivky má dno 3 opatřeno výtokovým otvorem 6.

Na obr. 3 je znázorněn další typ tělesa X čeřící odstředivky, bez skloviny 7, kde těleso X má uza25 vřené dno 3, bez otvoru pro výtok. Těleso X je však na své horní ploše opatřeno víkem 2 s nátokovým otvorem 5 pro nátok skloviny 7.

Na obr. 4 je vyobrazen další typ tělesa X čeřící odstředivky, bez skloviny 7, jehož dno 3 je opatřeno centrálním výtokovým otvorem 6 pro výtok skloviny 7 a víko 2 je opatřeno nátokovým otvorem 5 pro nátok skloviny 7.

Obdobně jako na obr. la je na obr. 2a, 3a, 4a znázorněn příslušný popsaný typ tělesa X čeřící odstředivky, a to vždy v okamžiku naplnění sklovinou 7, která zaujímá obsah V. Na těchto obr. 1 a, 2a, 3a, 4a je naznačen Šipkou směr 9 nátoku skloviny 7 do tohoto typu tělesa X čeřící odstředivky příslušným nátokovým otvorem 5. Nátokový otvor 5_predstavuje buď celá otevřená horní plocha příslušného typu tělesa X, jak je znázorněno na obr. la, 2a, nebo nátokový otvor 5 je vytvořen jako centrální otvor v horním vratně uzavíratelném víku 2 tělesa, jak je znázorněno na obr. 3a, 4a. Na těchto obr. la, 2a, 3a, a 4a je patrná též hladina skloviny 7 v tělese X, určená k čeření skloviny 7.

Obdobně jako na obr. lb, je na obr. 2b, 3b, 4b znázorněn příslušný popsaný typ tělesa X čeřící odstředivky, a to v okamžiku rotace tělesa X se sklovinou 7. Směr XX rotace tělesa X je označen šipkou. Všechny typy těles X s otáčí kolem svislé centrální osy 8 tělesa X- Z obrázků je též patrné, že sklovina 7 při rotaci tělesa X vytváří paraboloid.

Obdobně jako na obr. lc je též na obr. 2c, 3c, 4c znázorněn příslušný popsaný typ tělesa X čeřící odstředivky, a to vždy v okamžiku vylévání skloviny 7 z výtokového otvoru 6 tělesa X. Směr X0 výtoku skloviny 7 z tělesa X je naznačen na obr. lc, 2c, 3c, 4c šipkou.

Sklovina 7 vytéká z tělesa X, které má plné dno 3 při naklonění tělesa X, buď z otevřené horní plochy tělesa X, nebo z nátokového otvoru 5 ve víku 2, které se při tomto úkonu stávají i výtokovými otvory 6, jak je znázorněno na obr. 1 c, 3c.

- 7 CZ 23541 Ul

V případě, kdy je dno 3 opatřeno ve dně 3 centrálním výtokovým otvorem 6 pro výtok, skJovina 7 vytéká z tohoto výtokového otvoru 6 vc dnu 3 vlastní vahou, bez naklánění tělesa i, jak je znázorněno na obr. 2c, 4c.

Nejčastější a nejvýhodnčjší volba typu tělesa je znázorněna na obr.4, 4a, 4b, 4c s nátokovým otvorem 5 ve víku 2 tělesa 1 a výtokovým otvorem 6 ve dnu 3 tělesa i, z hlediska výroby tělesa 1 i jeho funkce.

Užitečné je konstatování, že nej výhodnější uskutečnění pro výrobu i funkci těchto uvedených typu těles 1 je takové, že výtokový otvor 6 a/nebo nátokový otvor 5 je situován přímo v ose 8 tělesa i, kdy osa 8 je současně i osou rotace tělesa L

I když to není znázorněno, horní plocha tělesa i na straně přivrácené nátoku 5 skloviny 7, která je opatřena víkem 2 může být opatřena větším počtem uzavíratelných nátokových otvorů 5 skloviny 7, v případě širšího typu tělesa 1 nebo tělesa i větších rozměrů.

V obdobných případech, i když to není znázorněno, též dno 3 může být opatřeno větším počtem výtokových otvorů 6. Je zřejmé, že v těchto příkladech výtokové otvory 6 a/nebo nátokové otvory 5 jsou situovány mimo osu 8 tělesa iNa obr. i, 2, 3, 4 je znázorněn celkový vnitřní prostor V₍> různých typů válcovitého tělesa I, kdy tomuto celkovému vnitřnímu prostor odpovídá celková výška h» a odpovídající střední poloměr r_t>.

Na obr. la, 2a, 3a, 4a je znázorněn obsah V skloviny 7 určený k čeření, při naplnění tělesa U

Pro všechny uvedené typy těles I čeřící odstředivky platí, že celkový vnitřní prostor V_fi tělesa 1 vykazuje střední poloměr r_t) v rozmezí 0, 05 až 1 m a celkovou výsku h₍₎ v rozmezí 0,1 až 1,5 m.

Přitom podíl obsahu V vnitřního prostoru rotujícího tělesa 1 naplněného sklovinou 7, určenou k čeření ku celkovému vnitřnímu obsahu prostoru V_n rotujícího tělesa Ije v poměru V7/V11 = 0,20 až 0,80.

Důležitým parametrem pro čeření skloviny 7 odstřeďováním je rychlost rotujícího tělesa 1 ěericí odstředivky při odstřeďování, která je v rozmezí 10 až 200 rad.s¹.

Zařízení k čeření skloviny 7 odstřeďováním pracuje následovně.

Pro vícesložkové bubliny, a jen takové se vyskytují při výrobě skla, se uplatní dva mechanismy odstranění bublin ze skloviny 7, ale pouze jeden je přípustný pro splnění požadavku rychlého čeření: odstředění. Byla nalezena oblast přípustných podmínek pro rychlý proces odstředění, která je kromě parametrů samotného procesu závislá i na typu skla, respektive na transportu plynů mezi bublinami a sklovinou 7.

Výskyt především velmi malých bublin ve sklovině 7 po odstředění velmi omezoval použitelnost čeření skel pro náročné sklářské výroby. Nabízela se spíše možnost použít odstředění tam, kde jsou požadavky na kvalitu skla nižší, když norma pro některá skla připouští velmi malé bubliny, nebo použít odstřeďování pouze jako první stupeň procesu odstraňování bublin. Obě možnosti jsou však ústupkem od možnosti používat odstředivou sílu jako plnohodnotný nástroj k získání skla zcela bez bublin. Požadavkem úspěšného používání odstřeďování je získat za dobu znatelně kratší než při klasickém čeření v gravitačním poli sklovinu 7 zcela bez bublin, tedy i bez velmi malých bublin, kyšpy. Pro tento účel však chyběla detailní znalost chování bublin. Pri aplikaci odstředivé síly pro odstraňování bublin nastanou totiž poměry odlišné od chování kapíček nebo pevných částic, které jsou odstřeďováním běžně separovány. V důsledku stlačíteIností plynů se bubliny v okamžiku zahájení rotace smrští a účinek odstředivé síly se zmenší, neboť je závislý na druhé mocnině okamžitého rozměru bublin. Zvýšení tlaku v bublinách má rovněž za následek zvýšení koncentrace jednotlivých plynů přítomných v bublinách na povrchu bublin podle Henryho zákona a tím se podporuje rozpouštění plynů z bubliny do skloviny 7. Další pokles rozměru bubliny tak dál snižuje její rozměr a malé bubliny se mohou při vysokých otáčkách zcela rozpustit. Pokud k úplnému rozpuštění nedojde, bubliny po ukončení rotace opět narostou

-8CZ 23541 Ul úměrně k původnímu zvýšení tlaku, což se jeví jako vada. Tento jev byl pravděpodobnou příčinou výskytu většího množství malých bublin po odstředění, jak uváděla výše zmíněná patentová řešení. Pro odstřeďování bublin se tedy jeví jejich stlačitelnost a následná očekávaná interakce se sklovinou 7 jako zásadní pro účinnost procesu. Rovněž možný mechanismus úplného rozpuštění bublin vyžaduje svoje vyhodnocení.

Z řečeného je zřejmé, že úspěšné technické řešení není ani tak primárně založeno na technickém uspořádání samotného čeřícího zařízení, např. zda jde o přetržitý nebo nepřetržitý provoz, jako na přesné a obecné znalosti chování bublin v odstředivém poli. Nedávná studie navrhovatelů tohoto patentu využila matematického modelu chování vícesložkových bublin v modelovém skle pro výrobu televizních obrazovek k parametrické studii chování bublin v odstředivém poli tak, aby bylo vysvětleno předpokládané složité chování bublin za těchto podmínek a nalezeny jeho obecné rysy. Použití modelového televizního skla bylo motivováno především faktem, že u tohoto ve své době široce vyráběného skla bylo známo velké množství dat, především dat týkajících se koncentrací, rozpustností a difúzních koeficientů plynů, která jsou pro oživení modelu chování bublin potřebná.

Ucelený systém dat získaný systematickým matematickým modelováním chování bublin kritické velikosti na modelovém skle je zpracovaný s cílem přenosu na jiný typ skla a uvedený ve formě jednoduchých semi-empirických a empirických rovnic. Princip přenosu dat na jiná skla spočívá ve využití prokázané podobnosti chování bublin v různých typech skel, jestliže platí, že veličina rychlost růstu bublin v sklovině 7 za podmínky bez aplikace odstředivé síly měřitelná laboratorně je stejná pro modelové a k aplikaci uvažované sklo. Na základě změřené průměrné rychlosti růstu bublin nebo teplotní závislosti průměrné rychlosti růstu bublin za předpokládaných podmínek, tedy teplot, případně tlaku, ve skle určeném pro aplikaci a na základě požadavku na efektivní čeřící výkon zařízení nebo na základě konstrukčního požadavku na rotující těleso 1 a ze systému modelových dat se získá hodnota optimální úhlové rychlosti rotace válce a příslušná optimální doba potřebná k odstranění všech bublin včetně malých bublin udané kritické velikosti.

Pro matematický model bylo zvoleno rotující těleso i ve tvaru válce, znázorněného na obr. 1, 2, 3, 4. Výsledky sledování chování bublin ve sklovině 7 ve válci ukázaly, že je třeba využívat částečného plnění válce sklovinou 7 skla, takže odstraňování bublin ze skloviny 7 odstředivou sílou, dostřeďování, probíhá ve vrstvě skloviny 7 u pláště rotujícího válce a že podmínky odstřeďování musí být dosti přesně nastaveny. Důvodem pro přesné nastavení byl fakt, že při rotaci byly bubliny odstraňovány skutečně dvěma mechanismy, tedy úplným rozpuštěním malých bublin ve sklovině 7 a dostřeďováním větších bublin v důsledku jejich pohybu směrem k zakřivené hladině. Proces rozpouštění se však ukázal pro technické využití jako nevhodný, neboť časy rozpouštění malých bublin byly příliš vysoké oproti časům potřebným běžně pro separaci odstředěním. K rozpouštění velmi malých bublin docházelo za vyšších otáček u pláště válce a při dalším zvyšování otáček se začaly rozpouštět stále větší bubliny, které ovšem potřebovaly ke svému rozpuštění stále delší časy. Při velmi nízkých otáčkách naopak byl účinek odstředivé síly malý a separace bublin dostředěním byla rovněž pomalá.

Z uvedeného chování bylo zřejmé, že rozpouštění malých bublin je třeba vyloučit a současně je třeba zajistit dostatečný účinek odstředivé síly, aby separace bublin byla rychlá. Obr. 5 ukazuje na příkladu že za daných podmínek, tj. složení skla, teploty, tlaku a počáteční velikosti bubliny, je doba potřebná k odstranění bubliny z rotující vrstvy skloviny 7 poměrně složitou funkcí účinku odstředivé síly, která je v daném případě u válce o poloměru 0,5 m do poloviny naplněného taveninou televizního skla reprezentovaná úhlovou rychlostí rotace válce. Minimální čas při poměrně nízkých otáčkách, vyjádřené zde úhlovou rychlostí rotace v raďs¹, ukazuje podmínky pro nejrychlejší odstranění bubliny separací, odstředěním k hladině skloviny 7, zatímco maximum znázorňuje již rozpuštění této bubliny. Při ještě vyšších otáčkách se pak bublina již jen rozpouští a narůstá tlak na plášť 4 rotujícího tělesa 1. Je-li přítomen celý soubor bublin různých velikostí, nastává rozpuštění vždy nejprve u nej menších bublin, a proto je třeba hledání optimálních podmínek, daných zmíněným optimem, spojit s existencí nej menších přítomných bublin nebo maximálních bublin, které ještě dovoluje za rozměr takových nejmenších bublin přijmout poloměr 5x10⁵ m nebo lxlO⁴ m při nižší normě kvality skla. Vycházejíce z laboratorních zkušeností a

- 9 CZ 23541 Ul zkoumání vad typu bublin se bubliny v roztavených sklech v daném tavícím stadiu obvykle nevyskytují, vzhledem k jejich předchozímu pobytu ve skle za vyšších teplot, kdy bubliny velmi pomalu rostou. Jestliže se při hledání optimálních podmínek zaměříme na tyto nejmenší bubliny, najdeme pro daný případ podmínky nejpřísnější.

Na křivce v obr. 5 je znázorněn v nejvyšším bodě nej horší možný stav odstranění bubliny a změna mechanizmu při odstřeďování, tj. změna z odstřeďování na rozpuštění bubliny. Křivka vlevo od nejvyššího bodu představuje stav, kdy bubliny jsou ve sklovině 7_odstřeďovány.

Na křivce vlevo na obr. 5 je též ukázán ideální stav v nejnižším bodu křivky, odpovídající nejkratší době odstranění bubliny odstředěním. Křivka vpravo od změny mechanizmu, od nejvyššího bodu této křivky představuje stav, kdy se bublina ve sklovině 7 rozpustí.

Předchozí uvedená fakta svědčí o tom, že nastavení vhodných podmínek pro odstřeďování je omezeno na poměrně úzkou oblast velikostí účinku odstředivé síly. Jak již bylo předpokládáno, účinek odstředivého tlaku způsoboval nejen smrštění bublin, což je z hlediska odstřeďování nepříznivé. ale vyvolal i difúzi plynů z bublin do taveniny, skloviny 7, Čímž se dále zmenšoval jejich rozměr a účinek odstředivé síly. Druhý účinek byl pak závislý na počtu přítomných plynů v bublině a rychlosti, kterou byly plyny schopny difundovat sklovinou 7. Zdálo by se tedy, že použití odstředivé síly za takové situace je spojeno s příliš vysokými požadavky na proces jejího nastavení, na druhé straně však výsledky modelovací studie prokázaly, že za příznivých podmínek je rychlost procesu separace bublin, vyjádřená čeřícími časy nejmenších bublin, podstatně vyšší než při odstraňování bublin vyplutím k hladině pouze gravitací. Pro praktické využití odstředivé síly k odstraňování bublin z roztavených skel je tedy třeba získat zobecnění stručně zmíněných výsledků modelování bublin tak, aby pomocí zobecněných výsledků bylo možno nalézt u jakékoliv skloviny 7 oblast optimálních podmínek odstředění.

Pro praktické použití je třeba pro daný typ skla správně volit případné čeřící přísady a dále podmínky odstřeďování: poloměr rq a výšku h_f, rotujícího celkového válcového vnitřního prostoru Vq tělesa i, stupeň jeho naplnění sklovinou 7 a rychlost rotace tohoto vnitřního prostoru y_lt. Je třeba rovněž odhadu kritických nej vyšších čeřících dob nejmenších bublin.

Toto předložené technické řešení se týká přetržitého čeření, který má význam zejména pro skla připravovaná v menších množstvích, nebo pro použití v nepřetržitém provozu, kde je odebírání vyěeřené skloviny 7 možno dosáhnout použitím více rotujících válců těles _1, případně se zásobníkem vyceřené skloviny 7.

Nastavení vhodných podmínek odstřeďování by u každého skla vyžadovalo matematického modelování chování bublin v předpokládaném rotujícím prostoru a nalezení optimálních podmínek opakovanými výpočty. Potřeba velkého množství dat, zejména dat plynů vyskytujících se rozpuštěných ve sklech nebo v bublinách, však tuto možnost téměř znemožňuje, neboť potřebná data se získávají speciálními měřicími metodami a jejich získání vyžaduje dlouhodobá měření. Zkušenosti ze stávajících patentovaných a známých řešení pak ukazují, že odhad parametru bez bližší znalosti chování bublin nevede ke kvalitnímu procesu odstranění bublin ze skloviny 7. Zkušenosti původců tohoto technického řešení však ukazují, že bubliny se ve sklech chovají velmi podobně během jejich odstraňování ze skloviny 7, vyplouváním k hladině vlivem vztlaku. Mnoho provedených měření prokázalo, že i při použití různých čeřících přísad na různých typech skel a za rozdílných příhodných teplotních nebo tlakových podmínek mají bubliny velmi podobné doby čeření potřebné k vystoupání k hladině, pokud vykazují stejnou rychlost růstu svých rozměrů. Za podmínek racionálního provozování čeřícího procesu je tedy rychlost růstu bublin, která určuje okamžitý rozměr malých kritických bublin, rozhodující pro dobu jejich vyčeření a ostatní vlastnosti skloviny 7 významné pro vzestup bublin, jako je její hustota a viskozita, hrají jen podřadnou roli. Znamená to rovněž, že rychlost stoupání bubliny v různých sklovinách 7 nebo za různých teplotních podmínek se příliš neliší, jestliže jsou shodné rychlosti růstu bublin, což bylo zjištěno experimentálně. Tento fakt dosvědčuje závislost doby čeření velmi malých bublin o počátečním poloměru a_(i-5x10⁵ m na rychlosti jejich růstu v obr. 6, získaná na různých typech skel za různých teplotních i tlakových podmínek. V široké oblasti rychlosti růstu bublin je doba čeření funkcí rychlosti jejich růstu a údaj o rychlosti růstu bublin je tudíž jediným potřebným a značně

- 10CZ 23541 Ul spolehlivým údajem o tzv. čeřitelnosti skel. Zkušenosti z praxe ukázaly, že špatně čeritelná skla vykazují hodnoty rychlosti růstu bublin menší než 10'⁷ m.s'¹, středně čeritelná skla hodnoty mezi 10 ⁶ až 10⁷ m.s¹ a velmi dobře čeritelná skla hodnoty menší než nad 10'^Ď m.sHodnota rychlosti růstu bublin je snadno měřitelná v laboratoři vysokoteplotním sledováním závislosti poloměru bublin na čase a odečtením směrnice téměř lineární závislosti mezi poloměrem bublin a časem. Z měření většího množství bublin je pak získána průměrná rychlost růstu bublin. Tento fakt podobnosti skel při čeření vyplouváním k hladině v gravitačním poli muže být využit i pri hledání optimálních podmínek jejich odstřeďovánítn.

Protože í v odstředivém poli se bubliny odstraňují mechanismem založeným na rozdílu hustot bubliny a skloviny 7, když rovnice pro radiální rychlost bubliny má formálně stejný tvar jako Stokesova rovnice pro vzestup bublin v gravitačním poli, lze velmi dobře předpokládat, že bubliny se stejnou rychlostí růstu bublin se budou velmi podobně chovat i v odstředivém poli. Tento předpoklad vychází z výsledků matematického modelování v odstředivém poli, které ukázaly, že velmi důležitým parametrem odstraňování bublin je především jejich schopnost rozpouštět se nebo růst, která je obecně určována přesycením nebo nasycením skloviny 7 za daných podmínek bez uplatnění odstředivé síly. Tato schopnost je dobře reprezentována zmíněnou rychlostí růstu bublin, která je laboratorně měřitelná. Jako další významný a obecný faktor čeřícího procesu uplatňující se již v rotujícím válcovém prostoru se pak ukazuje odstředivý tlak vznikající rotací, který působí proti přesycení nebo stupni nasycení skloviny 7 plyny způsobenému především aplikací čeřícího činidla za příslušné teploty. Tento odstředivý tlak může za určitých podmínek vyvolat i částečné rozpouštění bublin nebo jejich úplné rozpuštění. Pro radiální pohyb bublin ke středu válce působí dostředivé zrychlení. Posledním důležitým faktorem čeřícího procesu v odstředivém poli se pak ukazuje čas, který stráví bublina v skiovině 7 do dosažení zakřivené hladiny. Tento čas může být reprezentován tloušťkou vrstvy skloviny 7, kterou musí projít kritická bublina, startující od pláště válce. Role jednotlivých faktorů je tedy následující.

Rychlost růstu bublin změřená za daných teplotních a tlakových podmínek na daném typu skla bez účinku odstředivé síly představuje obecnou schopnost bublin růst nebo se rozpouštět atmosférického tlaku i za změněných tlakových podmínek způsobených rotací.

Odstředivý tlak vyvolaný rotací představuje faktor omezující účinek přesycení nebo nasycení plyny, jehož hodnota závisí na parametrech odstřeďování, tj. rychlosti rotace, poloměru válcového prostoru a tloušťce vrstvy skloviny 7 pri odstřeďování, při němž sklov i na 7 ulpívá zejména na plášti 4 rotujícího tělesa 1. Odstředivý tlak poskytuje současně informaci o potřebné pevnosti rotujícího prostoru, který musí snadno snášet tlakové zatížení.

Dostředivé zrychlení spoluurčuje rychlost, jakou se bude bublina pohybovat směrem ke středu válcovitého rotujícího tělesa L

Tloušťka vrstvy skloviny 7 u pláště 4 válcovitého rotujícího tělesa 1 určuje čas odstranění bubliny.

Toto technické řešení je založen na předpokladu podobného chování bublin v odstředivém poli, jestliže podmínky odstřeďování vyústí ve stejné hodnoty rychlosti růstu bublin a vztahují se ke stejné tloušťce vrstvy odstřeďované skloviny 7. Jestliže můžeme na modelovém skle definovat podmínky nej kratšího času odstranění kritických bublin, tj. nejmenších bublin startujících z nejnevýhodnějšího místa na dně 3 válce a u jeho pláště, dostředěním směrem ke středu rotujícího válce, které odpovídají minimu pro praktické využití. Tyto podmínky jsou přenositelné i na jiné sklo a jiné uspořádání odstřeďovacího procesu. Podobné chování bublin potom znamená, že pro kritické bubliny stejné rychlosti růstu a stejnou průměrnou tloušťku vrstvy skla budou doby odstranění kritické bubliny v jiném skle přibližně stejné a rovněž optimální frekvence rotace válce bude mít stejnou hodnotu.

Aby bylo možno takový přenos provést, bylo nutno rozšířit počet modelovaných případů tak, aby byla pokryta široká oblast prakticky dosahovaných rychlostí růstu bublin a tlouštěk vrstev skloviny 7 v rotujících válcích. Různých tlouštěk vrstev skloviny 7 při odstřeďování je možno dosáhnout buď ve válcích většího poloměru s menším či průměrným plněním nebo ve válcích menšího průměru a vyšším plněním sklovinou 7. Byly vzaty v úvahu na modelovém skle teploty v rozme- li C7. 23541 Ul zí 1350 až 1550 *’C, což odpovídá širokému rozmezí rychlostí růstu bublin v modelovém skle za normálního tlaku 1,13x10'⁷ m.s'¹ až 4,62x10 ^h m.s poloměry rotujících těles i čeřících odstředivek od 0,1 do 0,75 m a stupeň plnění rotujícího tělesa I ve tvaru válce sklovinou 7 daný poměrem mezi objemem K skloviny 7 a celkovým vnitřním objemem prostoru V<> rotujícího tělesa I s U/U, od 0,25 do 0,75.

Při každé teplotě byly odečteny průměrné rychlosti růstu bublin za normálního tlaku z oblasti přibližně lineární závislosti poloměru bubliny na čase, které reprezentují rychlost růstu bublin z Tabulky 1 a jsou u jiných skel než skla modelového dostupné laboratorním měřením. Tyto hodnoty jsou uvedeny v Tabulce 1, spolu s průměrnou rychlostí růstu kritické bubliny v optimálním io případě získanou modelováním odstřeďování ve válci poloměru 0,25 m naplněného do poloviny taveninou modelového TV skla, televizního skla. Pro přenos výsledků je totiž důležité, aby rychlosti růstu bublin v případě bez odstřeďování a s odstřeďováním byly podobné. To následující Tabulka 1 dokazuje.

Tabulka 1

^\ΐθΡΙοΐ3 l°C] rychlost růstu [m.s'j\.	1350	1400	1450	1500	1550
<y = [rad.s'1 ] kritické bubliny při odstřeďování	2,19.10fl	3,39.10'7	1,33.10®	2,71.10®	4,62.1 θ'®
(0= 0 [rad.s ’] kritické bubliny bez odstřeďování	1.13.10'7	4,34.10'7	1,01.10·®	2,08.10®	3,21.10®

Tabulka 1 ukazuje průměrné hodnoty rychlosti růstu bublin kritické velikosti 5.1O'⁵m, pohybujících se ve válci poloměru 0,25 m, s plněním 0,5 za optimálních podmínek a při různých teplotách. V Tabulce 1 je ukázána průměrná hodnota rychlosti růstu bublin v modelovém TV skle pri odstřeďování skla a bez odstřeďování TV skla pri ω = 0 rad.s'¹

Tyto výsledky jsou rovněž uvedeny na obr. 12, kde jsou uvedeny dvě závislosti. Jedna křivka ukazuje průměrné hodnoty rychlosti růstu kritické bubliny v modelovém TV skle počátečního poloměru 5.10'⁵ m pohybujících se ve válci poloměru 0,25 m s plněním 0,5 za rotace při optimálních podmínkách a pri různých teplotách. Druhá křivka ukazuje průměrné rychlosti růstu kritické bubliny v modelovém TV skle bez rotace, pri ω = Orad.s'¹, za různých teplot.

Pro teplotní závislost průměrné rychlosti růstu bublin modelové skloviny, dále pro jednodušší vyjádření taveniny, TV skloviny, viz Tabulka 1, je vytvořena empirická rovnice např. polynomického nebo exponenciálního typu z obr. 12:

άα/άτ = A exp

(i) kde a je poloměr v [m] bubliny, b je konstanta v [s], c je konstanta v [s], r je čas [s], A je 30 konstanta v [m.s ']. Konstanty se získají z experimentálních hodnot.

Podrobnými modelováním jednotlivých případů byly získány závislosti mezi dobami vyčeření kritických bublin o velikosti počátečního poloměru ao = 5xlO⁵ nebo lxlO^-4 m a úhlovou rychlostí rotace válcového čericího prostoru. Z těchto závislostí bylo odečteno minimum čeřícího času kritických bublin pri optimální úhlové rychlosti rotace pro praktické použití, viz minimum v

- 12CZ 23541 Ul obr. 5. Závislost nejkratší, optimální, doby τ_<)ρ( je za dané teploty a rychlosti růstu bublin přímo úměrná tloušťce vrstvy skloviny 7 ve válci v širokém rozmezí poloměrů válce a jeho plnění. To demonstrují obr. 7 až 9, pro teploty 1400, 1450 a 1500 ^l1C a pro kritické bubliny poloměru 5x10'^s a 1 xlO⁴m; kdy plnění válce sklovinou 7 se pohybuje mezi 0,25 a 0,75.

Pro jednodušší vyjádření, vzhledem k následujícím rovnicím a výpočtům, je dále užíván pro sklovinu 7 termín tavenina, a pro válcovité rotující těleso 1 je dále užíván termín válec, všude kde je to vhodné.

Na obr. 7 až 9 je znázorněna závislost optimální doby odstranění bubliny, tedy času potřebného pro odstranění bubliny při optimální úhlové rychlosti rotace, na průměrné tloušťce vrstvy skelné taveniny ve válci odstředivky při teplotách 1400, 1450 a 1500 ⁰C. Poloměry kritických bublin jsou 5xl()'a lxl0'⁴rn.

Z obr. 7 až 9 je tedy za dané teploty možno odečíst dobu odstranění kritické bubliny za dané teploty a při dané tloušťce vrstvy taveniny ve válci. Protože u dané taveniny, zjistíme laboratorně rychlost růstu bublin odpovídající libovolné teplotě v rozmezí teplot vyšetřovaném modelováním, je třeba z modelovacích pokusů získat empirickou rovnici vyjadřující závislost konstant přímkových závislostí na obr. 7 až 9 na teplotě modelového skla.

Přímková závislost r,,,,, na průměrné tloušťce vrstvy má pak tvar ^r„_P, =k(t)d + q(t) (2) kde τ,_ψι je optimální doba v [s] odstranění bubliny, k(t) je konstanta v [s.m 'jzávislá na teplotě, S je průměrná tloušťka v [m] vrstvy skla na plášti válce, q(t) je konstanta v [s] závislá na teplotě.

Další potřebnou přenosnou hodnotou je hodnota optimální úhlové rychlosti ω_ορ,, určující rychlost rotace válce v aplikovaném případě. Příkladem modelované závislosti optimální úhlové rychlosti w_opt na průměrné tloušťce vrstvy taveniny při různých teplotách je modelování pro kritickou bublinu o poloměru 5x10⁵ m při poměru plnění válce V/V₍₎ = 0,5, znázorněné na obr. 10. Je zřejmé, že při vyšších tloušťkách vrstvy taveniny ve válci závisí hodnota ω_ορ{ na teplotě jen velmi málo.

Pro přesné získání příslušné hodnoty ω_ορί poslouží hodnoty součinů ω_()ρίτ_()ρί,které představují počet radiánů, a tedy i počet otáček, které musí válec vykonat, aby bublina dosáhla hladiny. Modelování ukázalo, že hodnoty tohoto součinu pro bublinu dané velikosti, plnění válce a teploty jsou zhruba nezávislé na poloměru válce a daný stav může být charakterizován průměrnou hodnotou tohoto součinu. Hodnoty průměrného součinu ω_ορίτ_ορ( pro kritickou bublinu poloměru 5x10⁵ in jsou pak vyneseny jako funkce plnění válce V/V<> na obr. 11. Modelované závislosti jsou v rozmezí zkoumaných plnění válce přímkové.

Pro získání příslušné hodnoty ω_αρί při libovolné modelové teplotě odpovídající laboratorně změřené rychlosti růstu bublin je však třeba získat teplotní závislost obou konstant charakterizujících přímkovou závislost ω_ορ,τ_ορ( na plnění V/V_i} ve tvaru ^_opt = +<?(*) ⁰ (3) kde co_opřje optimální úhlová rychlost v [rad.s¹] rotace válce odstředivky, Topí je optimální doba v [sj odstranění bubliny z taveniny, k(t) je konstanta v [rad] závislá na teplotě, Úje množství v [m³] taveniny ve válci odstředivky, U je objem v [m³] válce odstředivky, V/Vti je plnění válce odstředivky taveninou, q(t) je konstanta v (rad] závislá na teplotě.

Příslušná hodnota ω_ορ{ v daném případě se pak získá z hodnoty co_nptT_opt vypočtené z rovnice (3) při již známé hodnotě r_op/z rovnice (2). Současné se pro kontrolu vypočte průměrný odstředivý tlak u pláště válce odpovídající minimu, tj. optimální úhlové rychlosti rotace, podle vztahu p/// - 'i²) n =--- 13CZ 23541 Ul kde/λ,i je tlak v [Pa] způsobený odstředivou sílou na plášť válce o poloměru r„v [m], ω_(ιρΙ je úhlová rychlost v [rad.s ^l] rotace v optimu, p je hustota v [kg.m¹] taveniny a je průměrný poloměr v [m] zakřivené hladiny.

Je třeba vzít v úvahu, že místní tlak na plášť válce bude o něco větší než vypočtený v místě, kde s startuje kritická bublina, tedy u dna válce v důsledku zakřivení hladiny. Výpočet tlaku se provádí jen pro kontrolu, zda za daných optimálních podmínek nedochází k příliš vysokému tlaku na plášť válce, když tento tlak může být pro daný válec dán předepsanou hodnotou.

Konkrétní postup stanovení optimálních podmínek odstřeďování pro daný případ je tedy tento,

1. Laboratorním měřením je zjištěna teplotní závislost průměrné rychlosti růstu bublin za dané io teploty nebo při více teplotách, tedy teplotní závislost. Teplotní závislost průměrné rychlosti růstu bublin, d, se vyjádří empirickou rovnicí, např. polynomického nebo exponenciálního typu jako v následujícím příkladu modelové taveniny [53544 T

18.969--—— t 6 <1350; 1550>°C (5) £ ώ / o«Á Okde d je průměrná rychlost v [m.s '] růstu bublin a ije teplota v [°C].

Ze získané teplotní závislosti se odečte hodnota rychlosti růstu bublin při dané teplotě a z grafu v obr. 12 nebo z rovnice (1) se pro tuto rychlost růstu bublin odečte příslušná teplota, která odpovídá teplotě modelové taveniny, pri níž má modelová tavenina stejnou rychlost růstu bublin jako taveni na aplikovaná.

2. Volíme některé parametry odstřeďování. Obvykle je zvoleným parametrem teplota odstřeďování plynoucí z podmínek provozování celého tavícího procesu a poloměr r_t) rotujícího válce, který je dán technickými možnostmi konstruktérů a uspořádáním celého zařízení. Dále je třeba zjistit průměrnou tloušťku vrstvy taveniny v rotujícím válci, která by odpovídala našim nárokům na výkon zařízení. Pro tento účel je třeba odhadnout plnění válce taveninou V/V_n v povoleném rozmezí 0,25 až 0,75. Pri zvoleném plnění válce, doporučuje se použít jako první 25 hodnotu V/V,_} - 0,5, se vypočte průměrná tloušťka vrstvy taveniny podle rovnice kde ó je průměrná tloušťka v [m] vrstvy skla na plášti válce, r₀ poloměr v [m] válce, V/V_(i\e plnění válce odstředivky taven inou.

3. Odečte se nebo vypočte se hodnota τ_ορ( pro danou hodnotu kritické velikosti a<> - 5x10'⁵ m nebo lxlO’⁴ m bubliny z grafů na obr. 7 až 9 nebo z empirických rovnic získaných zpracováním přímkových závislostí τ_<ψ, na průměrné tloušťce vrstvy. Tyto rovnice mají formální tvar rovnice (2), přičemž parametry přímek vyhovují rovnicím.

Pro a_t, = 5x10⁵ m a směrnici máme z modelových pokusů ~ 63,42 exp

830,3

J-1238,3 j (7) kde -fe_To3í je konstanta v [s.m¹] a Z je teplota v [°c].

Pro úsek na ose y = 0;z e (1400; 1550),# = 30z-42000;z e (1350; 1400) (8)

- 14(9)

CZ 23541 Ul kde d_r,_5?f je konstanta v [s] a řje teplota v [°C],

Pro a_n- lxlO⁴ m činí směrnice k_r = 39.65 exp I 1007,7 ky-1216,6j kde je konstanta v [s.rn '] a /je teplota v [°C],

-5.07 Iř ” Z-1348.6 kde <7_rapf je konstanta v [s] a řje teplota v [ C].

(10)

Po získání hodnoty r_opt je dobré se přesvědčit o výkonnosti zařízení výpočtem efektivního výkonu zařízení, kterým je výraz ř

^ef τ ^,,pl (11) kde V*? je efektivní výkon v [m³.s*‘] zařízení, V je objem v [m³] válce odstředivky, r_o/J, je optimální doba v [s] odstranění bubliny z taveniny.

€ , |

Hodnota v., v [m ,s' ] po dosazení hodnot pro V a τ<,_ρί závisí na plnění válce přibližně podle

V_ef = konst

VIV,

	Z \I/21
1-	1
ί d

(12) kde Vr/je efektivní výkon v [m³.s'] zařízení, V/V_oje plnění válce odstředivky taveninou.

Tato funkce má lehce klesající charakter s rostoucím plněním válce, pokles efektivního výkonu od plnění 0,25 k plnění 0,75 je 19,6 %, při plnění 0,5 činí pokles pouze 8,5 %. Proto se doporučované plnění válce pohybuje kolem 0,5, při menším plnění se sice lehce zvětší efektivní výkon, ale válec bude nutné častěji vyprazdňovat a plnit taveninou.

4. Získá se hodnota ω_ορι pro daný případ. Využije se situace, že průměrný součin ω_οριτ_ορ, při dané teplotě a pro daný kritický rozměr bubliny roste v daném rozmezí plnění válce 0,25-0,75 lineárně s plněním válce jeho a příslušná hodnota se odečte z obrázku 11 (6) nebo rovnice (3).

Pro obě konstanty lineární závislosti pak v daném rozmezí plnění platí empirické teplotní závislosti:

Pro a₍₎= 5x10'⁵ m a směrnici máme z modelových výpočtů k,„ _r = 749,3expí- ^500,6 Vf-1264,7 kde J^e konstanta v [rad] a řje teplota v [°C],

Pro q z modelových výpočtů máme (13) = ^exP

5,23 +

451,6 ř-1270,8 (14)

- 15CZ 23541 Ul (15) kde <1^_07ltT je konstanta v [rad] a /je teplota v [°C].

Pro a,)- 1 xlO ⁴ m pak dostáváme z modelových výpočtů 436,6 k_r -915exp k 1271.1 kde je konstanta v [rad] a Z je teplota v [°C].

^z 410,5 ' '/,....._.... =exp 5.07 + /-1275,4 (16) kde <?_{ωορί Γο} je konstanta v [rad] a / je teplota v [°C].

Ze získané hodnoty a)_optTopt se pak vypočte co„_p, pri jíž známém r_fípt.

Tím jsou podmínky pro odstředí vání dané taveniny získány. Jsou dány sadou hodnot r«, P7K,, ^3_ř)p,, (opt a I ,·/.

io Uvedený postup neposkytne obvykle podmínky optima úplně přesně, ale najde oblast optimálních podmínek procesu odstřeďování, kterou nelze pouhým odhadem najít ani zcela přibližně vzhledem ke složitosti chování bublin ve skelné taven ině a za působení odstředivé síly. Poskytuje podmínky pro nejméně příznivý případ v daném uspořádání a pro dané parametry odstřeďování a pracuje tedy s určitou rezervou. Bez uvedené znalosti chování bublin vedou obvykle zákroky jen ke zhoršení situace. Naopak lze sledováním kvality skla za odstředivkou pri aplikaci podmínek získaných pomocí tohoto modelu podmínky přiblížit optimu, pokud případ zlepšení vyžaduje.

I. Je-li sklo za odstředivkou bez bublin, může existovat v procesu rezerva a je možno opatrně zvýšit otáčky válce nebo zvětšit plnění válce.

II. Vykazuje-li odstředěné sklo větší bubliny, tedy průměr desetiny mm a větší, podmínky pro

2« čeření jsou nedostatečné, nejvhodnějším prostředkem je snížení plnění válce tavenínou, případně je možno opatrně zvyšovat otáčky válce.

III. Vykazuje-li sklo za odstředivkou více velmi malých bublin, jde velmi pravděpodobně o případ, kdy se velmi malé bubliny u pláště válce rozpouštějí, vhodným krokem je snížení rychlosti rotace nebo snížení plnění válce.

Pří čeření v laboratorním měřítku se uvedené nedokonalé podmínky projeví i v rozložení bublin v tavenině po vychladnutí. Vady podle bodu 2 se projeví v celé mase taveniny, případně u zakřivené hladiny, vady podle bodu 3 hlavně u pláště válce.

Při aplikaci výsledků je třeba ještě řešit i otázku efektivnosti použití odstřeďování za daných podmínek. Může se totiž stát, že podmínky pro aplikaci odstřeďování budou poskytovat časy odstranění kritické bubliny vyšší nebo srovnatelné s případem, kdy nebyla rotace použita. Proto je třeba získanou hodnotu τ,_)ρ, pro kritickou bublinu vždy srovnat s hodnotou doby odstranění stejné bubliny za podmínky volného čeření v gravitačním poli, kdy válec nerotuje a tavenina vytvoří ve válci statickou vrstvu. Doba odstranění bubliny počátečního poloměru an, rychlosti růstu ά 2 vrstvy statické taveniny tloušťky / výstupem ode dna je dána rovnicí l = (<φ + α_οάτ² + (17) kde / je tloušťka v [m] statické vrstvy taveniny, g je gravitační zrychlení v [m.s'²], p je hustota v [kg.m ³] taveniny, η je dynamická viskozita v [Pa.s] taveniny, a,_?je počáteční poloměr v [m] bubliny, ά je rychlosti v [m.s’] růstu bubliny a τ je doba v [s] potřebná pro odstranění bubliny ze skloviny.

- 16CZ 23541 Ul

Pokud je tedy doba τ získaná z rovnice (17) nižší nebo srovnatelná s hodnotou získanou pro získané podmínky odstředění, nemá odstřeďo vání smysl. Následující tabulka ukazuje hodnoty teplot, nad nimiž počíná být výhodnější při plnění válce V/V_f) = 0,5 použití rotace před prostým stoupáním kritické bubliny vrstvou skloviny 7. Jde o sadu válců, kde h₀ = 2r_(i. Hodnoty v tabulce označují teploty, pri kterých je doba odstranění kritické bubliny ve válci stejná pro τ- Os ¹ a r ~ W Výsledky ukazují ve shodě s výsledky modelování, že odstřeďování je pro modelové sklo rychlé a výhodné nad teplotami 1400 ^UC a pro jiná skla pri rychlostech růstu bublin nad cca 4.10'⁷m.s‘^l.

Tabulka 2

Mm]	0,10	0,175	0,25	0,375	0,50	0,75
f[oC]	<1350	<1350	1357	1367	1376	1385

Tabulka 2 ukazuje hodnoty teplot, nad nimiž je pri plnění válce V/V_o = 0,5 výhodnější použít odstřeďování za optimálních podmínek a)_optT_opt, než za prostého vzestupu kritické bubliny vrstvou skloviny 7, která by se ve válci ustavila bez rotace. Pro rozměry válců platí, že ho = 2r₀.

Obecně lze říci, že použití odstřeďování pro skla obsahující čeřící činidla je méně výhodné nebo nevýhodné za nízkých rychlostí růstu bublin, tedy za nízkých teplot, a při tlustých vrstvách skloviny 7 v rotujícím válci.

Příklad 2

Pro odstředění je k dispozici duté rotující těleso i, ve tvaru bubnu o poloměru 0,25 m a výšky 0,5 m, uvedeného např. na obr. 4. Ve válci má být vyčeřena sklovina 7 sodnodraselného křišťálu, který je do pece nakládán jako vsázka s 35 hmot. % vlastních střepů. Vyěeřené sklo se vypouští do zásobníku skla pro zpracování po ochlazení na teplotu ručního zpracování. Je třeba porovnat dvě varianty čeřícího procesu, lišící se obsahem ěeřiva přidávaného ke vsázce a teplotou. Minimální skutečný výkon rotujícího bubnu byl předepsán na 5t/24h. Pro naplnění a vyprázdnění bubnu se rezervuje 1500 s. Je třeba rozhodnout, zdaje použitelný případ s nižší teplotou částečně kompenzovanou vyšší koncentrací ěeřiva. Pro oba kmeny s předepsaným množstvím ěeřiva a při předepsaných teplotách byly získány hodnoty průměrné rychlosti růstu bublin:

A. Sklo s 0,35 hmot. % Sb₂Oi při teplotě 1450 °C má průměrnou rychlost růstu bublin a = 5,30x10⁷ ms^^{.

B. Sklo s 0,35 hmot. % Sb₂O₃ pri teplotě 1420 °C má průměrnou rychlost růstu bublin ά = 3,20x1 O“⁷ ms⁼'.

1. Najdeme pro obě varianty příslušné teploty odpovídající stejné rychlosti růstu bublin v modelovém skle. Použijeme rovnici (1).

Sklo A vykazuje pro modelové sklo teplotu čeření 1408 °C.

Sklo B vykazuje pro modelové sklo teplotu 1383 °C.

2. Zvolíme si plnění válce, které by se mělo pohybovat mezi 25 a 75 % objemu válce. Zvolíme hodnotu V/Vt) = 0,6 a vypočteme průměrnou tloušťku vrstvy skla ve válci podle rovnice (6). Tloušťky vrstev pak jsou takové, že skla A i B vykazují průměrnou tloušťku vrstvy skla 0,092 m.

3. Z rovnic (7, 8) zjistíme směrnici, případně úsek na ose y pro lineární závislost optimální doby odstranění kritické bubliny a₀ = 5\10'^? m a z rovnice (2) optimální dobu odstranění kritické bubliny, τ,,,:

-17CZ 23541 Ul

Pro sklo A činí hodnota r„_pt 731 s.

Pro sklo B Činí hodnota r 1326 s.

4. Zjistíme příslušné hodnoty ω, optimální úhlové rychlosti rotace válce. Nejprve z rovnic (13, 14) zjistíme směrnice a úseky na ose y lineární závislosti mezi (0_iíptT_í)pt a plněním válce a z rovníce (3) vypočteme součin co_iptT_()pt.

Pro sklo A je získaná hodnota ú) T 17900 rad. S použitím hodnoty 73ls dostáváme hodnotu otáček válce ω_ιψΙ - 24,5 rad.s

Pro sklo B je získaná hodnota ca_/>ptT_opt 40070 rad. S použitím hodnoty r_(jp, = 1326s dostáváme hodnotu ω - 30,2 rad.s io 5. Zjistíme skutečný výkon čeřícího bubnu. Jedna dávka vyčeřeného skla při daných rozměrech válce a jeho plnění 0,6 činí 135,4 kg skla. Při požadovaném výkonu 5t/24h je třeba vyčeřit 37 dávek skla za 24 h.

Výsledek vyhodnotíme takto:

Pro sklo A je doba optimální doba čeření rovna 731 s, doba rezervovaná na plnění a vyprázdnění is válce je pak 1500 s, celková doba projedou dávkuje tedy 2231 s. Na uskutečnění 37 dávek je pak třeba 82 547 s. Požadovaný výkon 5t/24 h je mírně překročen na 5,23 t/24 h, vzniká tedy mírná rezerva.

Pro sklo B je doba optimální doba čeření rovna 1326 s, celková doba pro uskutečnění jedné dávky pak 2826 s. Na uskutečnění 37 dávek je třeba 104 562 s, denní výkon bubnu by pak byl pouze 4,13 t/24 h. Sklo B tedy nesplňuje požadovanou podmínku výkonu odstředivky 5t/24 hod., a je tedy nutno použít sklo A a jeho příslušné podmínky odstředění.

Příklad 3

Sklárna má např. k dispozici neznázoměné 2 rotující válce o vnitřním poloměru r» 0,5 mas vnitřní výšce h_tí je 1 m. Vyráběné sklo je obalové sklo a předpokládá se, že dva válce budou ode25 bírat sklovinu 7 z kontinuální pece a dodávat vyčerenou taveninu střídavě do zásobníku skla, které po ochlazení na teplotu zpracování bude strojově formováno. Pro celou pec je předepsán celkový taviči výkon 70 t/24h, povolená tolerance výkonu jsou 3 %. Maximální dosažitelná teplota ve válci je 1450 °C, což je teplota dostatečná k efektivní funkci Čeřícího činidla síranu sodného. V laboratoři změřená průměrná rychlost růstu bublin při teplotě 1450 °C činila ά = ΟλΙΟ’ /ιιλ”¹ . Naplnění válce z pece a jeho vyprázdnění do pracovního zásobníku zabere 1800 s. Válce se při stavují střídavě ke společnému výtokovému otvoru z pece k nátoku a nad pracovní zásobník, nad nímž se čeří a vyprazdňují. Nad zásobníkem mohou být oba válce i současně. Je třeba stanovit plnění válce taveninou, optimální rychlost rotace válce a dobu odstranění všech bublin, při čemž předpokládaný poloměr nejmenší bubliny je 5x10'⁵ m.

1. Najdeme příslušnou teplotu odpovídající stejné rychlosti růstu bublin v modelovém a aplikovaném skle. Použijeme rovnici (1). Teplota stejné rychlosti růstu bublin v modelovém skle činí 1440 °C.

2. V prvním kroku zvolíme plnění válce V/V» = 0,5 a vypočteme hodnotu průměrné tloušťky taveniny ve válci podle rovnice (6). Vypočtená průměrná tloušťka vrstvy taveniny ve válci činí

0,146 m.

3. Zjistíme hodnotu směrnice τ versus Óď pomocí rovnice (7) a vypočteme T_()ptz rovnice (2). Dostáváme hodnotu optimální dobu čeření T_íipi — 462 s.

- 18CZ 23541 Ul

4. Z hodnot součinu (ti_í)ptT_r>pt získáme hodnotu ω_ηρ{. Nejprve z rovnic (13, 14) získáme hodnotu směrnice závislosti mezi <v_itplT_l)pt a plněním válce V/V» i úsek na ose y a poté z rovnice (3) vypočteme příslušnou hodnotu daných podmínek rovnou 9575 rad. Pri známé hodnotě ^T,_ipl vypočteme ze součinu a>_optT_opt optimální otáčky válce hodnotu ca_)pl - 20,7 radš'¹.

5. Hodnota jedné dávky vyčeřeného skla jedním válcem činí 902,7 kg skla a toto množství je získáno za 462 s. Celková doba potřebná k naložení, vyčeření a vylití jedné dávky skla je potom 1800 + 462 = 2262 s. Jeden válec tedy je schopen za 24 hod vyčerit 86400/2262 = 38,2, tj. 38 dávek skla, tj. 34,3 t/24 h. Pri společné funkci obou zásobníku má pec čeřicí výkon 68,6 t/24 h. Při povolené toleranci 3 % je výkon dostatečný a dané podmínky odstředivého čeření je možno io přijmout.

Příklad 4

Je třeba odstranit bubliny z 10 kg speciálního boritokřemičitého skla v rotujícím tělese i, např. v malém válci o poloměru 0,1 m a výšky 0,2 m. Sklo je v daném válci nejprve utaveno ze surovin a poté vyčeřeno. Válec je používán i pro odstranění bublin z již utavených skel, kdy jsou do něho is dávkovány střepy nevyčeřeného skla. Laboratorním měřením byla při 1480 °C zjištěna průměrná hodnota rychlosti růstu bublin ά — l,5xl0'^&m. Jedná se o jednorázovou přípravu kvalitního skla.

Zvolí se následný postup.

1. Najdeme příslušnou teplotu odpovídající stejné rychlosti růstu bublin v modelovém a apliko20 váném skle. Použijeme rovnici (1). Teplota stejné rychlosti růstu bublin v modelovém skle činí

1480 °C.

2. Vypočteme plnění válce pro danou hmotu Čeřeného skla v daném válci: V/V<)= 0,7.

3. Podle rovnice (6) činí vypočtená průměrná tloušťka taveniny ve válci 0,045 m.

4. Zjistíme hodnotu směrnice r_opt versus σ pomocí rovnice (7) a vypočteme T_opt z rovnice (2).

Dostáváme hodnotu r_fípt = 90 s.

5. Z hodnot součinu 6)_optv_opt získáme hodnotu co_opt. Nejprve z rovnic (13, 14) získáme hodnotu směrnice závislosti mezi (t)_optT_opt a plněním válce V/V_fl i úsek na ose y a poté z rovnice (3) vypočteme příslušnou hodnotu ω_ορίτ_αρι za daných podmínek rovnou 5973 rad. Při známé hodnotě r_f)pť vypočteme ze součinu <P_QptT_opt hodnotu ω_ορί = 66,4 s'¹.

Optimální úhlová rychlost rotace rotujícího tělesa I tedy činí 66,4 s což odpovídá 19,09 otáčkám za sekundu. Sklovina 7 je zbavena bublin v čase kratším než 2 min, konkrétně za 90 s.

Příklad 5

Máme najít teplotu provozování rotujícího válce o poloměru 0,3 m s výškou 0,4 m, který má mít výkon 7,5 t/24h sodnodraselného křišťálového skla. Doba plnění a vyprazdňování válce je 1500

S.

Zvolí se následný postup.

1. Zvolíme hodnotu plnění válce V/V_t) = 0,6.

2. Zjistíme hmotnost jedné dávky taveniny, která v daném případě činí 156 kg skla.

- 19CZ 23541 Ul

3. Vypočteme počet potřebných dávek, aby se dosáhlo výkonu 7,5 t/24 h. Počet dávek činí 7500/156 - 48,1 dávek.

4. Vypočteme hodnotu τ_ιφί = (86400 - 48,lxl500)/48,l - 296 s.

5. Podle rovnice (6) vypočteme průměrnou tloušťku taveniny ve válci, která činí 0,11 m.

6. Z rovnice (2) vypočteme hodnotu směrnice k = 296/0,11 = 2691 s.m Tato hodnota směrnice odpovídá teplotě modelového skla 1460 °C.

7. Teplotě modelového skla 1460 °C odpovídá průměrná rychlost růstu bublin 1,17x10* m.s

8. Je třeba změřit v úzkém rozmezí teplot průměrnou tychlost růstu bublin a nalézt teplotu, která odpovídá průměrné rychlosti růstu bublin 1,17x10’⁶ m.s¹.

io Tabulka 3 uvádí hodnoty veličin pro uvedené příklady provedení 2A, 2B, 3, 4 a 5.

Tabulka 3

Příklad číslo	r0 [m]	hů [m]	V/Vo	da/dT [m/sj	T pc]	6Jopt [rad/s]	tcrit [s]	to [S]	P [t/den]
2A	0,25	0,50	0,6	5,'30χΪ0'7	1450	24,5	731	1500	5,23
2B	0,25	0,50	0,6	3,20x10'	1420	30,2	1326	1500	4,13
1	2x0,50	1,00	0,5	'αόδχΊσ7	1450	20,7	462	1800	68,6
3	0,10	0,20	0,7	1,50x10*	1480	66,4	90	-	0,01
4	0,30	0,40	0,6	1,17x10*	1460	26,6	296	1500	7,5

V Tabulce 3 představuje :

r_t> poloměr celkového vnitřního prostoru V_o válcového rotujícího tělesa 1 v metrech, h„ výšku celkového vnitřního prostoru prostoru V_f, válcového rotujícího tělesa 1 v metrech,

V„ celkový vnitřní prostor V_t) válcového rotujícího tělesa 1 vm³,

V prostor válcového rotujícího tělesa 1, naplněný sklovinou 7 v m³,

V/V_f> podíl válcovitého rotujícího tělesa 1 naplněný sklovinou 7 k celkovému vnitřnímu prostoru V<> rotujícího tělesa i, tla/íh derivace průměrné rychlosti v [m.s'] růstu poloměru bublin ve sklovině 7, při dané teplotě v rotujícím tělese 1, a je poloměr bublin v metrech, τ je čas růstu bublin daného poloměru v sekundách, ω_ορ( optimální úhlová rychlost rotace válce v radiánech za sekundu, t teplota skloviny 7 v rotujícím tělese i ve stupních Celsia, r_t7f/e doba v [s] odstředění bubliny kritického poloměru 5xl0'⁵m pri optimální rychlosti rotace, τ,) celková doba naplnění a vyprázdnění rotujícího tělesa i v sekundách, a

P skutečný výkon čeření odstřeďováním skloviny v tunách za den v nerotujícím tělese 1 s ohledem na dobu potřebnou pro jeho naplnění a vyprázdnění.

Uvedená příkladná provedení nejsou omezující a jsou možné i jiné varianty a kombinace konstrukčního uspořádání rámci rozsahu.

Průmyslová využitelnost

Řešení je vhodné pro sklářský průmysl pro kontinuální a zejména pro diskontinuální tavení s následným čeřením skla.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení k čeření skloviny odstřeďováním, v němž se účinkem odstředivé síly provádí separace bublin ze skloviny (7), zahrnuje nejméně jednu čeřící odstředivku, obsahující rotující těleso (1) válcovitého tvaru, s obvodovým pláštěm (4), dnem (3) a případně víkem (2), vykazující osovou symetrií v ose (8) rotace rotujícího tělesa (1), přičemž rotující těleso (1) je vybaveno prostředky pro nátok a výtok skloviny (7), vyznačující se tím, že válcovité rotující těleso (1) má

   - celkový vnitřní prostor V,_h částečně naplněný sklovinou (7) určenou k čeření o obsahu V, spojený s okolní atmosférou pro únik bublin ze skloviny (7);

   - celkový vnitřní prostor který vykazuje střední poloměr r₀ v rozmezí 0,05 až 1,0 m; celkovou výšku h,> v rozmezí 0,1 až 1,5 m;

   přitom podíl obsahu V rotujícího tělesa (1) naplněného sklovinou (7) určenou k čeření je ku obsahu celkového vnitřního prostoru ^rotujícího tělesa (1) v poměru V/V» = 0,20 až 0,80; a

   - počet otáček rotujícího tělesa (1) čeřicí odstředivky, který je pri odstřeďování v rozmezí 10 až

   200 rad.s'¹.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, rotující těleso (1) s válcovitým pláštěm (4) a dnem (3) je na horním okraji ústí zcela otevřené a toto otevřené ústí slouží jako nátokový otvor (5) skloviny (7).
3. 3. Zařízení podle nároku l, vyznačující se tím, že rotující těleso (1) s válcovitým pláštěm (4) a dnem (3) má na svém horním konci plnou stěnu navazující na plášť (4) neboje horní konec opatřený odnímáteIným víkem (2), přičemž horní stěna nebo víko (2) je vybaveno nejméně jedním vratně uzavíratelným nátokovým otvorem (5) skloviny (7), a to nátokovým otvorem (5) v ose (8) rotujícího tělesa (I) a/nebo nátokovými otvory (5) mimo osu (8) rotujícího tělesa (1).
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, rotující těleso (1) s válcovitým pláštěm (4) má dno (3) bez výtokového otvoru (6) skloviny (7).
5. 5. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že rotující těleso (l)) s válcovitým pláštěm (4) má dno (3) opatřeno alespoň jedním vratně uzavíratelným výtokovým otvorem (6), a to výtokovým otvorem (6) v ose (8) rotujícího tělesa (1) a/nebo výtokovými otvory (6) mimo osu (8) rotujícího tělesa (1).
6. 6. Zařízení podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že rotující těleso (1) čeřící odstředivky, jeho dno (3), plášť (4) a případně víko (2), je zhotoveno ze žáruvzdorné keramiky nebo žáruvzdorného kovu či slitiny, s vnějším ocelovým pláštěm a případně je pod ocelovým pláštěm umístěna tepelná izolace.
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je otápěno plynem nebo elektricky a případně mikrovlnným ohřevem.