FI79690C - Foer foerframstaellning av fibrer avsedd braennare inne i vilken foerbraenningen sker. - Google Patents

Description

1 79690

Kuitujen valmistamiseksi tarkoitettu poltin, jossa palaminen tapahtuu sisällä

Keksintö liittyy parannuksiin mineraalikuitujen valmistusmenetelmissä, joissa aine, josta kuidut on määrä valmistaa, ohjataan sulana onttoon sentrifugiin, jonka kehällä on suuri määrä reikiä. Näissä menetelmissä aine tulee ulos keskipakovoiman vaikutuksesta filamentteina, jotka singotaan kaasuvirtaukseen, jonka lämpötila on korkea ja nopeus suuri ja joka menee pitkin sentrifugin kehäseinämää. Tarkemmin määriteltynä keksintö koskee poltinta, jossa palaminen tapahtuu sisällä ja joka ympäröi sulan aineen säikeitä ruiskuttavan keskipakolaitteen, polttimen käsittäessä renkaan muotoisen palamiskammion, joka purkautuu päästö-aukkoon, ja elimiä, jotka rajaavat jatkuvan ympyrän muotoisen puhallusaukon, joka on olennaisesti samansuuntainen kuin polttimen akseli, polttoainekaasuseoksen syötön tapahtuessa palamis-kammioon tähän avautuvista syöttöputkista, jotka on suunnattu siten, että kaasujen syöttö tapahtuu pitkin palamiskammion toista seinämää ja vastavirtaan palamiskaasujen liikkeeseen nähden, jotka palamiskaasut kulkevat toista seinämää pitkin, joka on vastapäätä ensin mainittua seinämää, jota pitkin polttoaine-kaasuseos kulkee kammiossa sisäänpäin.

Tällaisia kuitujenvalmistusmenetelmiä on käsitelty hyvin monissa julkaisuissa. Viimeisimpien joukosta voidaan viitata eurooppalaisiin patenttihakemuksiin 0 091 866 ja 0 091 381.

Kuten aikaisemmasta kirjallisuudesta ja etenkin kahdesta viimeksi mainitusta julkaisusta ilmenee, valmistettujen kuitujen laatuvaatimukset ovat sangen monenlaisia niiden käyttötarkoituksesta riippuen. Vieläpä jos tarkastellaan vaikka vain äänen-ja lämmöeristykseen tarkoitettuja tuotteita, saattaa esiintyä kovinkin suuria eroja.

Tämän tyyppisistä tuotteista valmistetaankin eniten huopia, joita nimitetään "kevyiksi" niiden pienen tiheyden vuoksi. Parhaan lämmöneristyskyvyn aikaansaamiseksi nämä huovat valmistetaan edullisesti erittäin ohuista (läpimitta alle 5 mikrometriä) kuiduista.

2 79690

Kevyiden huopien puristuslujuus on rajallinen. Muihin käyttötarkoituksiin pidetäänkin parempana eristettä, joka muodostuu paksummista mutta lujemmista kuiduista.

Tämä on vain yksi esimerkki näiden tuotteiden erilaisesta laadusta, jota käyttäjät saattavat vaatia. On selvää, että valmis-tusolosuhteet ovat erilaiset tavoitellusta tuotetyypistä riippuen.

Näiden vaatimusten mukaisten kuitujen valmistuksessa on huomioitava myös saantoa ja valmistuskustannuksia koskevat vaatimukset. Joka tapauksessa riippumatta siitä, minkälaisia tuotteita valmistetaan, on päästävä mahdollisimman suureen tuotantoon annetulla laitteistolla ja mahdollisimman pienin kustannuksin.

Näiden eri seikkojen vuoksi on toivottavaa, että käytettävissä on tuotantovälineitä, jotka voivat toimia mitä erilaisimmissa olosuhteissa.

Eurooppalaisessa patenttijulkaisussa no 0 091 381 kuvattu menetelmä tarjoaakin mahdollisuudet valmistaa huopia, joilla on joukko eristys- ja mekaanisia ominaisuuksia, jotka vastaavat yleisimpiä vaatimuksia. Kuidut valmistetaan suurella nopeudella ja ne ovat ohuita. Näiden kuitujen pituus on sellainen, että niiden järjestys huovassa on toisaalta hyvin isotrooppinen vas-taanottotasossa ja toisaalta se antaa huovalle vaaditut mekaaniset ominaisuudet.

Voidaan todeta, että kaikkien muiden seikkojen ollessa muuten samat huopa on sitä lujempi, mitä pitempiä kuidut ovat. Jotta kuidut saataisiin jakautumaan tasaisesti huopaan, näyttää kuitenkin olevan parempi, että ne eivät ole kovin pitkiä. Näitä toteamuksia ei kuitenkaan voida täysin yleistää. Kuitujen rakenne ja varsinkin se, että yksittäisten kuitujen ominaisuudet ovat erittäin samankaltaiset, vaikuttaa myös monimutkaisella tavalla eristysominaisuuksien muodostumiseen. Tulemme näkemään tästä eräitä näkökohtia tuonnempana keksinnön suorituksen yhteydessä.

Kysynnän mukaan osataan valmistaa erittäin ohuita ja pitkiä kuituja edellä mainituissa julkaisuissa kuvatuilla menetelmillä. Tämä onnistuu kuitenkin tavallisesti vain vähentä- i raällä huomattavasti kullakin laitteistolla valmistettua määrää.

3 7969 O

Samoin osataan pitää samalla kertaa kuidut ohuina ja tuotantomäärä samana lisäämällä esimerkiksi kuumalla kaasuvir-tauksella aikaansaatua vetovaikutusta. Mutta tavallisesti saadut kuidut ovat tällöin lyhyempiä ja epäsäännöllisempiä. Tällä tavoin valmistetaan eristysaineita, joiden tiheys on suhteellisen suuri. Kysymys on esimerkiksi levyistä, jotka sovitetaan pengerkattoihin ja jotka tunnetaan nimellä "roof-levyt ja jotka kannattavat tiivistyspäällysteitä.

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada keinot, jotka mahdollistavat näillä menetelmillä erilaisten laatuyhdistelmien aikaansaamisen. Erityisesti keksinnön tavoitteena on valmistaa ohuita ja pitkiä kuituja, kullakin laitteistolla tuotetun kuitumäärän pysyessä suurena ja tämä muuttamatta sent-rifugin päätunnusmerkkejä, nimittäin reikien lukumäärää, sentrifugin kokoa jne.

Keksinnön tämä tavoite saavutettiin muuttamalla kuitujen vetämiseen käytetyn kuuman kaasuvirtauksen kehittimen toimintaa siten, että virtaus lähetetään pitkin sentrifugia, jolloin muodostuu vaippa, joka on muodoltaan, ainakin lähtökohdan lähellä, pyörähdyshyperboloidi. Toisin sanoen puhalletun kaasuvirtauksen etenemissuunta muodostaa määrätyn kulman sentrifugin akselin suunnan kanssa.

Sentrifugin kehäseinämä on joko lieriömäinen tai useimmiten hieman kartiomainen. Kaasuvirtauksen suunta muodostaa tällöin tietyn kulman lieriön tai kartion vastaavan emäviivan kanssa.

Sentrifugin kehäseinämää sivuava taso, joka tapauksesta riippuen on joko samansuuntainen tai jokseenkin samansuuntainen sentrifugin akselin kanssa, voi sisältää puhallus-suunnan, mutta mahdollista on myös, että se muodostaa 4 79690 pienen kulman tämän tason kanssa.

Jos ensiksi mainitussa tapauksessa oletetaan, että sent-rifugin kartiomaisuus on vähäinen, kaasuvirtauksen puhaltaminen tapahtuu hyberboloidin kaulalla; toisessa tapauksessa puhalluskohta asettuu joko ennen kaulaa tai sen jälkeen pysyen kuitenkin suhteellisen lähellä sitä.

Jos ensiarviolta oletetaan puhaltamisen tapahtuvan hyperbo-loidin kaulalta, kaasuvirtauksen etenemissuunta kehäseinä-mää sivuavassa tasossa saattaa hajaantua niinsanotuksi "aksiaaliseksi" komponentiksi, joka noudattaa kosketusemävii-vaa, ja niinsanotuksi "tangentiaaliseksi" komponentiksi, joka on ensiksi mainittua vastaan kohtisuora.

Perinteisissä menetelmissä kaasuvirtauksen lähetyssuunta supistuu likimäärin ensiksi mainittuun komponenttiin. Keksinnön mukaan tangentiaalinen komponentti on sitävastoin suhteellisen merkittävä, vaikkakin se jää selvästi pienemmäksi kuin aksiaalinen komponentti.

Virtauksen lähtösuunta muuttuu tietystikin sen edetessä. Tämä muuttuminen johtuu etenkin ympäröivän ilman mukaantulosta ja ilmiöistä, joita tämä mukaantulo aiheuttaa, kuten alipaineesta sentrifugin alapuolella.

Kuitenkin alueella, joka sijaitsee sentrifugin lähellä eli alueella, jossa toiminnat, jotka aikaansaavat kuitujen vetämisen, vaikuttavat täysimittaisesti, voidaan todeta, että lähtösuunta on jokseenkin muuttumaton.

Aikaisemmassa käytännössä kaasuvirtauksen kehitin on edullisesti tyyppiä, jota kuvataan julkistetussa FR-patenttihake-muksessa n:o 2 524 610. Se on kehitin, jonka muodostaa poltin, jossa palaminen tapahtuu sen sisäpuolella ja jonka eri-tyisrakenteeseen liittyy erilaisia etuja. Tämäntyyppistä poltinta onkin helppo käyttää. Se toimii vakaasti laajalla i 5 79690 käyttöalueella. Sillä saadaan myös aikaan erittäin tasainen puhallus koko sentrifugin ympärille. Samoin sillä saadaan aikaan kaasuvirtaus, jonka lämpötila on korkea ja nopeus suuri samalla kun se vie kuitenkin vähän tilaa. Polt-timen on nimittäin oltava sentrifugin ympärillä suhteellisen pienessä tilassa.

Tämäntyyppisessä polttimessa palaminen tapahtuu renkaan muotoisessa tilassa, jota ei ole erotettu väliseinillä. Pala-miskaasut purkautuvat jatkuvasta aukosta, joka muodostaa raon, jonka leveys on tarkoituksellisesti pieni (kymmenkunta millimetriä) suurella nopeudella etenevän virtauksen aikaansaamiseksi.

Kaasujen virtaus- ja palamistapa polttimen sisällä on toiminnan kannalta erityisen tärkeä. Käytännössä pyritään järjestämään niin, että polttoainekaasuseos syötetään siten, että se kiertää päinvastaiseen suuntaan kuin palamiskaasut. Tämä kierto järjestetään erottamatta näitä kahta kaasuvir-tausta toisistaan, joten ne ovat siis kosketuksessa toisiinsa. Lisäksi polttoainekaasuseos syötetään niin, että se kulkee pitkin seinämää, joka on kuumennettu korkeaan lämpötilaan, jolloin sen syttymisnopeus kasvaa. Tämän seinämän korkea lämpötila aiheutuu suurelta osalta säteilystä, joka tulee sen vastakkaiselta puolelta olevasta seinämästä, joka on suorassa kosketuksessa palamiskaasuihin.

Lisäksi on tunnettua, etenkin US-patentista no 3 215 514, käyttää generaattoria, joka aikaansaa kaasuvirtauksen, joka on ohjattu tangentiaalisesti sentrifugiin nähden suunnassa, joka on kalteva sentrifugin akseliin nähden. Tässä patentissa virtauksen kehitin puhaltaa suihkusarjan erillisistä reisistä, joiden akseli on suunnattu näille suihkuille annettavan suunnan mukaan.

Tällaisella järjestelyllä saadaan aikaan ei-jatkuva kaasu-virtaus sentrifugin kehälle. Reiät ovat mieluiten lähellä 6 79690 toisiaan, jolloin puhalletut suihkut fuusioituvat nopeasti. Koska puhallus tapahtuu kuitenkin hyvin läheltä kuitujen ve-tämisaluetta, tällä jaksottaisuudella ei saada aikaan toivottua tasaista käsittelyä. Laitteesta on lisäksi huomautettava, että puhaltaminen tämäntyyppisistä rei'istä rajoittaa selvästi pienessä tilassa käytettävissä olevan kaasuvir-tauksen virtausnopeutta verrattuna siihen, mikä saadaan FR-patenttihakemuksessa n:o 2 524 610 kuvattuja polttimia käytettäessä. Käsittelyä ei siis saada toivotun intensiiviseksi .

US-patenttijulkaisussa n:o 3 785 791 ehdotetaan myös sellaisen polttimen käyttöä, jonka palamiskaasut puhalletaan sent-rifugia pitkin tangentiaalisella komponentilla. Tätä varten renkaan muotoisessa polttimessa liekki aikaansaadaan palamiskammion sisällä tangentiaalisessa suunnassa.

Mainitussa patentissa kuvatussa menetelmässä kaasuveto suoritetaan kahdella erillisellä keinolla. Välittömästi sent-rifugin kehällä pieninopeuksinen leikki antaa mahdollisuuden hallita lämpötilaa tarvitsematta puuttua olennaisesti vetämisprosessiin. Tämä johtuu siitä, että kaasusuihkut sijaitsevat renkaan muotoisesti ja samankeskisesti sentrifu-giin nähden, mutta "pehmeän" liekin muodostaman kaasuvir-tauksen jälkeen.

Tässä aikaisemmassa patentissa polttimen erityistehtävä selittää sen, että ei tarvita kovin voimakasta liekkiä päinvastoin kuin mikä saadaan aikaan FR-patenttihakemuksessa n:o 2 524 610 kuvatuntyyppisillä polttimilla.

Se selittää myös sen, miksi liekki voidaan muodostaa yhdessä ainoassa kohdassa polttimen kehällä ilman että siitä seu-raava epätasaisuus vaikuttaisi vahingolliselta. Sentrifu-gin lämpötilaan eivät näet vaikuta kovin herkästi paikalliset etäisyydet ympäröivässä ilmassa. Lämpötila pysyy kyllä tasaisena nopean pyörinnän vuoksi. Filamenttien vetäminen 1 79690 kaasuvirtausten avulla sen sijaan vaatii täydellistä homogeenisuutta koko kehällä. Tätä osoittaa mainitussa patentissa vetämissuihkujen puhallusreikien erittäin säännönmukainen sijoittelu. Lisäksi jos tässä julkaisussa pyritään tietyllä tavalla homogenisoimaan kuuman kaasuvirtauksen pu-hallusolosuhteita, se tapahtuu lisäämällä huomattavasti pa-lamiskaasujen rataa polttimessa, ennen kuin ne joutuvat poistumireikään. Tämä radan pidentäminen on mahdollista vain siksi, että puhalletun kaasuvirtauksen ei tarvitse olla kovin voimakas. On vielä korostettava, että mainitun radan pidentäminen palamiskaasujen puhalluksen tasoittamiseksi sentrifugin kehällä näyttäisi johtavan alkuperäisen virtauksen "tangentiaalisuuden" merkittävään häviämiseen, jolloin tämän ominaisuuden palauttamiseksi mainitussa patentissa ehdotetaan ohjauslevyjen käyttöä puhallusrei'issä. Tällainenkin järjestely on ehkä mahdollista (ennen kaikkea näiden ohjauslevyjen jäähdytyksen puuttuessa) ainoastaan puhallettujen kaasujen vähäisen nopeuden vuoksi.

Näiden aikaisempien julkaisujen analysointi osoittaa, että ne eivät tarjoa tyydyttäviä keinoja keksinnön mukaisille menetelmille, joissa käytetään kaasuvirtauksia, jotka takaavat hyvin tasaisen voimakkaan vetämisen suunnassa, johon sisältyy tangentiaalinen komponentti.

Mainitut julkaisut eivät myöskään mahdollista FR-patenttiha-kemuksen 2 524 610 mukaista tyyppiä olevien polttimien muuttamista, koska erilliset reikäsarjat puhaltavat suihkut polttimien poistoaukossa tai koska ohjauslevyjen käyttö jatkuvassa aukossa tämäntyyppisen polttimen hyvän toiminnan kannalta on poissuljettu.

Keksintöön päätyneet tutkimukset osoittivat, että oli mahdollista toteuttaa polttimia, joissa virtaus kävi päinvastaiseen suuntaan ja jotka toimivat entisissä nopeus- ja lämpötilaolosuhteissa ja joilla voitiin vielä lähettää kaasu-virtaus suuntaan, joka sisältää tangentiaalisen komponen- β 79690 tin.

Aikaisemmassa FR-hakemuksessa 2 524 610 kuvattu poltin käsittää useita polttokaasujen tuloputkia, jotka on sovitettu renkaan muotoisen palamiskammion koko kehälle. Nämä putket on suunnattu polttimen pääakselin mukaan.

Keksinnön mukaiselle polttimelle on tunnusomaista se, että syöttöputket on suunnattu siten, että ne muodostavat polttimen akselin kanssa kulman, joka on pienempi kuin 75° ja edullisesti pienempi kuin 60°.

Tässä järjestelyssä todetaan, että kaasut, jotka tulevat jatkuvasta aukosta, sisältävät tangentiaalisen komponentin ilman, että tarvitsisi turvautua ohjauslevyihin tai sen kaltaisiin kaasujen pakottamiseen määrättyyn suuntaan tarkoitettuihin keinoihin polttimen poistoaukossa.

Tangentiaalista komponenttia, joka saadaan aikaan keksinnön tässä sovituksessa, voidaan säätää pääasiassa valitsemalla tuloputkille sopiva viistous polttimen akseliin nähden. Yleensä tämä tangentiaalinen komponentti on sitä voimakkaampi, mitä suurempi viistous on.

Käytännössä tuloputkien viistoutta rajoittaa laitteen geometria ja välttämättömyys jakaa syöttö suureen määrään reikiä, jotta saadaan aikaan haluttu tasainen toiminta koko polttimeen. Tämä viistous ei tavallisesti ole suurempi kuin 75°, eikä mieluiten suurempi kuin 60°. Samaten jos viistous on liian vähäinen, syntyvä vaikutus ei juuri tunnu, joten käytännössä mainittu viistous ei ole alle 30°.

Kuten näemme kuvioiden yhteydessä, puhallussuunta riippuu myös raon, josta tämä puhallus tapahtuu, geometrisesta muodosta.

Tämä rako on lieriömäisen renkaan muotoisen aukon muotoinen, mutta mahdollista on myös tehdä se hieman i kartiomaiseksi.

9 79690

Tapauksesta riippuen kaasuvirtaus lähetetään hyperboloidin kaulan kohdalta tai läheltä sitä.

Järjestelmän geometrian lisäksi polttimen tehokin saattaa vaikuttaa puhallussuuntaan. Niinpä osoitetaankin, että polttimesta lähtevien kaasujen lämpötilan nousu aikaansaa tangentiaalisen komponentin suhteellisen heikkenemisen ja päinvastoin. Käytännössä kuitenkin olosuhteet, joissa kuitujen vetäminen tapahtuu, jäävät suhteellisen kapeisiin rajoihin, kun kysymys on lämpötiloista. Siitä syystä tehon muuttumista vastaavat muutokset jäävät varsin vähäisiksi.

On syytä vielä korostaa, että käytännössä useimmiten kaasu-virtauksen suunta on kalteva sentrifugin "pyörimissuuntaan" . Tällä tarkoitetaan, että tämän suunnan tangentiaali-nen komponentti on sentrifugin liikkeen suuntainen. Kuten näemme tuonnempana, tällainen järjestely edistää muodostuvien kuitujen venymistä.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 on osittaisleikkauskuva eräästä keksinnön mukaisesta kuitujenvalmistusyksiköstä - kuvio 2 on perspektiivikuva osasta kuvion 1 poltinta - kuvio 3 kuvaa kaavamaisesti kaasujen nopeuden komponenttien ensisijaista suuntaa sentrifugin pyörimiseen nähden - kuvio 4 esittää erityyppisten polttimien painediagrammia valmistettujen kuitujen hienouden funktiona - kuvio 5 on diagrammi, josta näkyy keksinnön mukaan valmistettujen tuotteiden eristysominaisuuksien paraneminen - kuvio 6 on diagrammi, josta näkyy keksinnön mukaisten tuotteiden ja perinteisillä menetelmillä valmistettujen tuotteiden mekaaninen lujuus - kuviot 7a, 7b, 7c ja 7d kuvaavat kaasuvirtauksen puhallus- ίο 79690 suuntaan liittyviä geometrisia olosuhteita keksintöä toteutettaessa .

Kuviossa 1 esitetyssä yksikössä on eri osat, joita käytetään menetelmissä, joissa kuituja valmistetaan sentri-fugoimalla ja vetämällä kuuman kaasuvirtauksen avulla, kuten esimerkiksi EP-patenttihakemuksien no 0 091 866 ja 0 091 389 kohteena olevat osat. Tämä yksikkö muodostuu sent-rifugista 1, joka on kiinnitetty akselille 2. Akseli ja sentrifugi saatetaan nopeaan pyörimisliikkeeseen ei-esite-tyn moottorin avulla. Perinteiseen tapaan akseli 2 on ontto ja aine, josta kuidut on määrä valmistaa, virtaa syöttö-elimistä (uunista, etusäiliöstä, suulakkeesta) akseliin 2 "koriin" 3 saakka. Vedettävä aine levittäytyy korin pohjalle. Kori 3 pyörii sekin, jolloin aine sinkoutuu sen kehä-seinämälle 4, johon on tehty reikiä 5, ja sieltä suurina fi-lamentteina 6 sentrifugin 1 kehäseinämälle 7. Tähän kehä-seinämään 7 on tehty hyvin paljon reikiä, joista aine menee läpi muodostaen suhteellisen ohuita filamentteja, niinsanottuja "esikuituja”. Juuri nämä filamentit sinkoutuvat sent-rifugista polttimesta 8 tulevaan kaasuvirtaukseen. Tämän kaasuvirtauksen vaikutuksesta filamenttiaihioiden vetämisessä muodostuu kuituja.

Kuviossa 1 esitetty yksikkö käsittää lisäksi puhalluskehän 9, joka synnyttää kaasuvaipan, joka ympäröi polttimesta 8 tulevaa kaasuvirtausta. Tämän vaipan avulla voidaan valvoa paremmin polttimesta tulevan kaasuvirtauksen etenemistä, jota se rajaa ja jota se estää joutumasta kosketukseen lähellä olevien staattisten osien, etenkin induktiorenkaan 10 kanssa. Tämä kaasuvaippa suojaa myös polttimen kaasuvirtausta ympäröivän ilman vaikutukselta, erityisesti hidastumiselta, jonka tämän ympäröivän ilman mukaantulo aiheuttaa.

Induktiorengasta 10 käytetään tässä yksikössä kuumentamaan sentrifugin sitä osaa, joka on altteimpana jäähtymiselle ympäröivän ilman vaikutuksesta. On nimittäin erittäin li n 79690 toivottavaa, että kehäseinämän lämpötila on hyvin tasainen koko sen korkeudelta, jotta olosuhteet, joissa filamentit muodostuvat, pysyisivät samanlaisina aukkojen, joista ne sinkoutuvat tälle seinämälle 7, asennosta riippumatta.

Edellä esitetyt järjestelyt ovat sellaiset, joita useimmiten käytetään. On selvää, että kaikki nämä järjestelyt eivät ole pakollisia ja että monia erilaisia muunnelmia voidaan käyttää keksinnön mukaan. Kaikissa muunnelmissa on kuitenkin sentrifugi 1 rei'itettyine seinämineen ja rengasmainen poltin 8, josta kuuma kaasuvirtaus lähtee suurella nopeudella pitkin kehäseinämää 7.

Kuviossa 1 kaavamaisesti esitetyssä suoritusmuodossa rengasmainen poltin 8 muodostuu palamiskammiosta 11, jota rajaa-vat tulenkestävää ainetta olevat seinät. Tämä palamiskam-mio on yhteydessä päästöaukkoon 12, joka ulottuu polttimen koko kehälle. Päästöaukko 12 jatkuu tulenkestävää terästä olevina osina 13, 14, joiden tehtävänä on kanavoida ja ohjata palamiskaasut sentrifugin kehälle. Nämä osat 13 ja 14 muodostavat siten jatkuvan, leveydeltään tasaisen raon. Osien 13 ja 14 muodon muuttumisen estämiseksi niitä jäähdytetään vedellä, joka kiertää niiden onteloissa 15 ja 16. Veden syöttöä ja sen poistoa ei ole esitetty.

Polttimeen syötetään kaasumaista polttoaineseosta syöttöput-kista 17. Nämä putket on sovitettu säännöllisin välimatkoin koko polttimen ympäri. Syöttöolosuhteiden tasoittamiseksi kaikki putket 17 ovat yhteydessä samaan renkaan muotoiseen syöttöosastoon 18.

Syöttöputket 17 purkautuvat kaikki aukolla 19 palamiskam-mioon 11 tulenkestävää seinämää 20 pitkin. Palamiskammion 11 muoto on sellainen, että palamiskaasut ennen poistumistaan menevät pitkin seinämää 21, joka on seinämän 20 vastakkaisella puolella. Polttoaineseoksen tulo kammioon 11 tapahtuu vastavirtaan palamiskaasujen poistumiseen nähden 12 79690 lämmönvaihdon helpottamiseksi ja siten seoksen syttymisen edistämiseksi. Syttymistä helpottaa myös se, että seinämä 21, joka on kosketuksessa kuumimpiin kaasuihin, säteilee voimakkaasti seinämän 20 suuntaan, joka on sitä vastapäätä ja jonka lämpötilaa se näin nostaa.

Syöttöputket 17 ovat viistot laitteen pääakseliin nähden, edellä yksityiskohtaisesti kuvattuun tapaan. Selvennyksen vuoksi näiden putkien akselin suunta on merkitty katkoviivoin .

Kuviossa 2 on esitetty kaavamaisesti nuolilla kaasun kulkureitti palamiskammiossa. Syötön alkuperäinen viistous polt-timen akseliin nähden vaikuttaa koko radan ajan ja toistuu puhallettujen kaasujen suunnassa. Kammiossa tapahtuva palaminen nostaa tietysti huomattavasti lämpötilaa ja nopeutta.

Laskelmat osoittavat ja kokemus vahvistaa, että kaasujen nopeuden tangentiaalinen komponentti säilyy käytännöllisesti katsoen kokonaisnopeuden noustessa. Päätettäessä syöttöput-kien 17 viistoudesta on välttämätöntä saada aikaan kulma, joka on paljon suurempi kuin kulma, jonka polttimesta tulevien kaasujen suunta muodostaa yksikön akselin kanssa. Näemme sen tuonnempana esitettävistä esimerkeistä. Käytännössä putket 17 ovat tästä syystä yleensä hyvin viistot.

Kun kysymys on tämäntyyppisestä polttimesta, on tärkeää pitää palaminen kunnolla palamiskammion 11 sisällä. Jos liekki menee edes osittain ulkopuolelle, poltin menettää osan tehostaan.

Tietyssä määrin kaasujen alkuperäisen suunnan viistous palamiskammiossa tuo mukanaan näiden kaasujen kulkuradan pitenemisen tässä kammiossa. Sen seurauksena palaminen pyrkii tapahtumaan täydellisemmin. Kun tällöin käytetään viistoa suihkutusta, saadaan polttimen lämpökuormitus nousemaan.

13 79690

Kokeita suoritettiin keksinnön mukaisissa olosuhteissa ja perinteisissä olosuhteissa. Tulosten vertailu osoittaa uudet mahdollisuudet, joita keksinnön mukaan toimiminen tarjoaa .

Näissä kokeissa keskipakolaite on kuviossa 1 esitettyä tyyppiä. Sentrifugin läpimitta on 600 mm ja kehänopeus noin 60 m/s. Polttimeen syötetään ilman ja Groninguen maakaasun seosta. Ilma-kaasuseos säädetään sellaiseksi, että puhal-luslämpötila polttimen poistoaukossa on 1550°C.

Sinkoutuminen tapahtuu 48 säännöllisin välein sovitetun reiän sarjasta. Reikien läpimitta on 16 mm. Perinteisessä sovituksessa aukkojen 17 suunta on sama kuin polttimen akselin suunta. Keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa nämä aukot 17 ovat viistot. Seuraavassa selitetyt kokeet vastaavat sellaisia viistouksia, jotka on valittu siten, että toimintaolosuhteiden pysyessä samoina kaasujen virtaus polttimen poistoaukosta tapahtuu vastaavasti noin 16° ja 22° kulmassa polttimen akseliin nähden.

Polttimessa, josta tuleva kaasuvirtaus on 16° kulmassa, syöttöputkien 17 kaltevuus on hieman yli 50°; polttimessa, josta kaasut tulevat 22° kulmassa, putkien kaltevuus on vuorostaan noin 68°.

Poltin valmistetaan edullisesti valamalla tulenkestävästä sementistä, joka valetaan muottiin, joka sitten rikotaan. Kuten FR-patenttihakemuksessa 2 524 610 mainitaan, muotti on esimerkiksi paisutettua polystyreeniä. Rikkominen voidaan tällöin suorittaa liuottamalla jollakin liuottimena.

Syöttöputkien muodostamista varten muottia voidaan täydentää jäykemmillä, esimerkiksi polyvinyylikloridia olevilla putkilla. Tietysti syöttöputket voidaan myös porata muodostettuun tulenkestävään seinämään.

14 79690

Kuten kuviossa 1 on osoitettu, on valmistuksen helpottamiseksi todettu hyväksi koota palamiskammio useista tulenkestävistä osista. Esitetyssä suoritusmuodossa tämä kammio käsittää kolme osaa, jotka vastaavat seinämiä 20, 21 ja 22.

Palamiskammion tulenkestävät seinät pidetään edullisesti paikallaan metallisella kuorella, joka muodostuu useista osista 23, 24, 25, jotka on koottu yhteen perinteiseen tapaan ei-esitetyin keinoin.

Metalliseinämien 26, 27 sarja muodostaa edullisesti kaksois-kammion, jossa polttoaineseos kiertää ja kuumenee ennen tuloaan palamiskammioon.

Polttoaineseoksen syöttö säädetään ennen poltinta muuttamalla ei-esitettyjen perinteisten elinten avulla painetta. Kaasuseos ohjataan kaksoiskammioon yhdestä tai useammasta johdosta 28.

Edullisesti syöttöputkien 17 päähän, joka sijaitsee osaston 18 vieressä, on sovitettu välirengas 29. Välirenkaiden sisäpuolinen poikkileikkausala voidaan valita sellaiseksi, että putkien 17 aukko saadaan himmennetyksi.

Kaikissa suoritetuissa vertailukokeissa valmistettiin tuotteita, joissa kuitujen ohuus mikroneissa oli sama, perinteisellä menetelmällä käyttäen poltinta, jonka puhallus tapahtui akselin suuntaan, ja keksinnön mukaisella menetelmällä käyttäen poltinta, jossa syntyi tangentiaalinen komponentti.

Sen sijaan että tutkittaisiin perusteellisesti erillisten kuitujen rakennetta, verrataan huopia, joissa kuitujen ohuus mikroneina on sama, sillä se vastaa niiden ominaisuuksia, ja varsinkin eristysominaisuuksia, joiden tulisi olla samat, jos kuidut olisivat samanlaiset jokaisessa kokeessa. Todetut muutokset ilmentävät siten muutoksia kuitujen

II

is 79690 rakenteessa.

Kuitujen ohuus mikroneina mitataan standardin AST-D-1148-78 mukaan. Tämän standardin mukaan annettu painomäärä (2; 2,5; -; 3,5; 6 g) toisiinsa sekoittuneita kuituja pannaan osastoon, jonka läpi menee kaasuvirtaus annetulla paineella. Kaasuvirtauksen vastus, joka mitataan kiertävän kaasun virtausnopeudella, muodostaa kuitujen ohuuden mikroneina. Tämä ohuus mikroneina on siis sitä pienempi, mitä ohuempia ja pitempiä kuidut ovat ja mitä enemmän ne siis antavat vastusta kaasuvirtaukselle.

Yksinkertaisin toimenpide mikroneina ilmaistun ohuuden muuttamiseksi johonkin määrättyyn suuntaan on muuttaa polttimen painetta. Tämä paine riippuu tietysti polttimeen suihkutetun polttoainekaasuseoksen paineesta ja tämä paine vaikuttaa myös suoraan puhallettujen kaasujen nopeuteen, nopeuden ja paineen kasvaessa yhdessä.

Kuvio 4 on diagrammikuva, josta näkyvät dynaamisen paineen muutokset polttimen päästöaukossa elohopeamillimetreinä kolmessa edellä mainitussa polttimessa valmistettujen kuitujen mikroneina ilmaistun ohuuden funktiona. Kaikissa olosuhteissa todetaan mikroneina ilmaistun ohuuden ollessa sama, että paine on sitä suurempi, mitä suurempi on palamiskaasu-jen puhallusnopeuden tangentiaalinen komponentti.

Molemmissa keksintöä vastaavissa tapauksissa (puhallusviis-touden ollessa 16° ja 22°) tangentiaalinen komponentti esiintyy sentrifugin pyörimissuunnassa.

Voidaan olettaa, että vaikka paineen on oltava suurempi saman mikroneina ilmaistun ohuuden aikaansaamiseksi, se johtuu siitä, että kaasuvirtauksen edetessä osaksi sentrifugin pyörimissuuntaan kaasujen vetämisvaikutuksen ylläpitämiseksi tarvitaan korkeampi kaasujen kokonaisnopeus ja siitä johtuen korkeampi paine. Tämän seurauksena energiankulutus on

ie 7969 O

keksinnön mukaisessa tapauksessa myös hieman suurempi.

Keksinnön edut ovat pääasiassa kuitujen ominaisuuksissa, jotka sillä saadaan aikaan. Nämä mekaaniset ja eristysomi-naisuudet ovat erityisen edulliset, kun kuidut ovat kovin ohuita. Kuten mainitsimme, erittäin ohuiden (ohuus mikroneina alle 3/5 g) kuitujen aikaansaaminen on seurausta pääasiassa polttimen paineen kasvusta.

Perinteisissä konfiguraatioissa todetaan, että paineen kasvaessa saadaan erittäin lyhyitä kuituja, jos paine nousee liian suureksi. Kun mukana on tangentiaalinen komponentti sentrifugin pyörimissuunnassa, kuten kuviossa 3 on esitetty, "törmäysvaikutus" valmistuneisiin ohuisiin kuituihin on lievempää niiden muodostumishetkellä ja ne ovat siten selvästi pitempiä.

Kokeellisesti saatiin parhaat tulokset kuitujen pituudessa keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa, kun poltin toimi siten, että puhallettujen kaasujen nopeuden tangentiaalinen komponentti oli olennaisesti yhtä suuri kuin sentrifugin kehänopeus.

Pitkien kuitujen valmistamiseen ei pyritä järjestelmällisesti. Sellaisia sovellutuksia varten, joissa lyhyempiä kuituja pidetään parempina, käytetään joko perinteistä poltinta ja mahdollisesti sellaista keksinnön mukaista poltinta, jossa puhallettujen kaasujen tangentiaalinen komponentti esiintyy sentrifugin pyörimisnopeuteen nähden päinvastaisessa suunnassa. Tällöin nimittäin todetaan muodostuvien kuitujen olevan vielä lyhyempiä kuin perinteisellä menetelmällä valmistetut.

Lisäksi tässä tapauksessa käyttämällä kaasuvirtausta, johon sisältyy tangentiaalinen komponentti sentrifugin pyörimissuuntaan nähden päinvastaiseen suuntaan, kaikkien muiden seikkojen ollessa samat, voidaan alentaa polttimen painetta 17 79690 ja siten energiankulutusta.

Keksintöä vastaavissa suoritusesimerkeissä ja edellä mainituissa sentrifugin nopeusolosuhteissa pyritään siis pitempien kuitujen aikaansaamiseksi säätämään tangentiaalinen nopeus arvoon noin 60 m/s. Molemmassa kysymyksessä olevassa tapauksessa tämä saatiin aikaan kaasujen kokonaispuhallusno-peuden ollessa noin 210 m/s.

Keksinnön mukaisen tuotteen paremmuus näkyy sen eritysomi-naisuuksissa, etenkin tuotteissa, joiden tiheys on pieni. Kuviossa 5 on esitetty lämmönjohtokyvyn mittaustulokset kysymyksessä olevan huovan tiheyden funktiona.

Kummassakin koesarjassa, joiden tulokset vastaavat esitettyjä käyriä, kuitujen ohuus mikroneina on sama: F 2,5/5 g. Aineen syöttönopeus on sama: 14 tonnia/vuorokausi kullakin sentrifugilla. Keksinnön mukainen poltin (käyrä II) aikaansaa kaasuvirtauksen, jonka tangentiaalisen komponentin kaltevuus on 16°. Käyrä I vastaa perinteistä poltinta.

Havaitaan, että kaikkien muiden olosuhteiden ollessa samat keksinnön mukaissa olosuhteissa valmistetun huovan suorituskyky on parempi, mikä ilmenee pienempänä lämmönjohtokykynä huovassa, jonka tiheys on sama, eli, mikä on sama asia, jonka lämmönjohtokyky on sama tiheyden ollessa pienempi.

Tämän paranemisen syyksi voidaan katsoa kaikkien kuitujen piteneminen ja parempi homogeenisuus. Keksinnön mukaan valmistettujen kuitujen läpimitan tilastollinen analyysi osoittaa erityisesti hajaantuman erittäin pieneksi. Kuitujen läpimitan pylväsdiagrammi on erittäin kapea ja siinä on vain yksi maksimiarvo.

Kuitujen pituuden arvostaminen johtuu myös eristyshuopien mekaanisesta vetolujuudesta. On selvää, että huovat ovat sitä lujempia, mitä pitempiä niiden rakenteessa olevat ie 79690 kuidut ovat. Mekaaninen kiinnevoima riippuu nimittäin kuitujen sekoittumisesta toisiinsa. Mitä pitempiä ne ovat, sitä useammasta kohdasta ne ovat sideaineen vaikutuksesta kiinni toisissaan.

Kuviosta 6 näkyvät tulokset, jotka saatiin mitattaessa perinteisissä ja keksinnön mukaisissa olosuhteissa valmistettujen huopakoekappaleiden vetolujuutta.

Toistetuissa kokeissa sentrifugien syöttönopeus pidettiin 20 tonnina/vuorokausi, mikä tarkoittaa suurta tuotantoa eikä tavallisesti edistä erittäin hyvien kuitujen aikaansaamista. Mikroneina ilmaistu ohuus säädettiin näissä kokeissa arvoon F 4/5 g.

Keksinnön mukaisella polttimella saadaan aikaan noin 16° tangentiaalinen komponentti.

Mittaukset suoritettiin standardin ASTM-C-681-76 mukaan. Tätä standardia varten huovasta leikatuille renkaille suoritettiin vetokoe, kunnes ne murtuivat.

Kuvion 6 diagrammi saatiin käyttämällä erilaisia huovan tiheyksiä.

Tästä diagrammista todetaan suurempi lujuus keksinnön mukaan valmistetuilla huovilla (käyrä I) verrattuna perinteisissä olosuhteissa valmistettuihin huopiin (käyrä II).

Muitakin etuja saadaan käyttämällä keksinnön mukaista suoritusmuotoa. Erityisesti kuitujen jakautuminen kuljettimel-le, jolle ne kootaan välittömästi niiden muodostumisen jälkeen, on selvästi parempi. Tämä johtuu sentyyppisestä vaikutuksesta, jota on kuvattu aikaisemmin EP-patenttihakemukses-sa 0 072 300.

Todetaan, että kuituharso, joka muodostuu sentrifugin I: 19 79690 jälkeen, on paljon laajempi, kun poltin saa aikaan kaasu-virtauksen, johon sisältyy tangentiaalinen komponentti.

Kuituharson leveyden kasvu on sellainen, että voidaan vähentää, jollei suorastaan jättää pois elimet, joita perinteisesti käytetään, jotta kuidut saadaan jakautumaan koko kuljettimen leveydelle.

Kuituharson laajentuminen on selvästikin seurausta kaasuvir-tausten virtaukseen aikaansaaduista muutoksista. Kuviot 7a-7d osoittavat kaavamaisesti, millainen virtaus on keksinnön mukaisessa menetelmässä.

Kuviot 7a ja 7c esittävät tapausta, jossa kaasujen puhallus tapahtuu asennossa, jota olemme nimittäneet "hyperboloidin kaulaksi". Kaasuvirtauksen suunta V sisältyy tasoon P, joka tangentoi sentrifugin C kehäseinämää.

Tämä suunta V hajoaa "aksiaaliseksi" suunnaksi Va ja tangen-tiaaliseksi suunnaksi Vt. Tavallisimmin tangentiaalinen suunta on sama kuin sentrifugin pyörimissuunta.

Kaasujen virtaus, olettaen ensiarviolta etteivät induktio-vaikutukset häiritse sitä, muodostaa kuviossa 7 esitetyn hyperboloidin. Tällaista etenemistä seuraa todellakin kerroksen tietty laajeneminen, joka on selvästi suurempi kuin mikä saadaan aikaan perinteisillä tavoilla, jossa puhalluksessa ei ole tangentiaalista komponenttia.

Sentrifugin lievä kartiomaisuus, joka on esitetty kuvioissakin, ei juurikaan vaikuta puhallusolosuhteisiin. Tästä syystä kuvioiden 7a ja 7c mukaisissa tapauksissa puhallus voi tapahtua "lieriömäisestä" renkaan muotoisesta raosta, jollainen on esitetty kuviossa 1.

Kuviot 7b ja 7d esittävät tapausta, jossa puhallus tapahtuu kaasuvirtauksen muodostaman hyperboloidin kaulan jälkeen.

20 7 9 6 9 0

Huomautettakoon, että tällöinkin puhallus sijoittuu sent-rifugin C välittömään läheisyyteen kaasuvirtauksen koko tehon säilyttämiseksi.

Kysymyksessä olevassa tapauksessa puhallussuunta V ei sisällykään enää tasoon P. Se hajaantuu kuten edellä aksiaaliseksi komponentiksi Va ja tangentiaaliseksi komponentiksi Vt, joiden lisäksi tulee niinsanottu radiaalikomponentti Vr. Esitetyssä suoritusmuodossa tämä radiaalikomponentti on "keskipakoinen". Tällaista konfiguraatiota vastaa kuitu-harson selvempi laajentuminen vetoalueella. Joka tapauksessa puhalluksen radiaalikomponentti on suhteellisen vähäinen toisiin komponentteihin verrattuna.

li

Claims (3)

79690

1. Kuitujen valmistamiseksi tarkoitettu poltin, jossa palaminen tapahtuu sisällä ja joka ympäröi sulan aineen säikeitä ruiskuttavan keskipakolaitteen, polttimen käsittäessä renkaan muotoisen palamiskammion (11), joka purkautuu päästöaukkoon (12), ja elimiä (13, 14), jotka rajaavat jatkuvan ympyrän muotoisen puhallusaukon, joka on olennaisesti samansuuntainen kuin polttimen akseli, polttoainekaa-suseoksen syötön tapahtuessa palamiskammioon (11) tähän avautuvista syöttöputkista (17), jotka on suunnattu siten, että kaasujen syöttö tapahtuu pitkin palamiskammion toista seinämää (20) ja vastavirtaan palamiskaasujen liikkeeseen nähden, jotka palamiskaasut kulkevat toista seinämää (21) pitkin, joka on vastapäätä ensin mainittua seinämää (20), jota pitkin polttoainekaasuseos kulkee kammiossa sisäänpäin, tunnettu siitä, että syöttöputket (17) on suunnattu siten, että ne muodostavat polttimen akselin kanssa kulman, joka on pienempi kuin 75° ja edullisesti pienempi kuin 60°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että kulma, jonka syöttöputket (17) muodostavat polttimen akselin suuntaisen linjan kanssa, on suurempi kuin 30°.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaipen poltin, tunnettu siitä, että syöttöputket (17) on tehty palamiskammion (11) rakenteeseen kuuluvaan tulenkestävään seinämään (20). 1 Patenttivaatimuksen 3 mukainen poltin, tunnettu siitä, että kaikki syöttöputket (17) ovat yhteydessä renkaan muotoiseen osastoon (18), joka jakelee polttoaineseoksen tasaisesti kaikkiin putkiin (17), joiden pää avautuu osastoon (18), joka on varustettu välirenkaalla (29), joka suojaa tätä päätä ja mahdollistaa virtaaman säätämisen putkessa (17). 79690