RU2313051C1

RU2313051C1 - Method for electrical heating of external surface of drying drum of a sizing machine

Info

Publication number: RU2313051C1
Application number: RU2006110026/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Дмитриевич Бодырев (RU); Виктор Дмитриевич Бодырев; Михаил Борисович Шехтман (RU); Михаил Борисович Шехтман; Михаил Юрьевич Логгер (RU); Михаил Юрьевич Логгер; Геннадий Дмитриевич Лузгин (RU); Геннадий Дмитриевич Лузгин; Михаил Петрович Панов (RU); Михаил Петрович Панов
Original assignee: Ооо Нпф "Круг"
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-12-20

Abstract

FIELD: technology for drying long materials, method for electric heating of external surface of drying drum of sizing machine, for materials such as: moist textile cloth, loom beam after sizing, paper, cloth, and also for heating film materials in contact with or enveloping rotating cylindrical surfaces and for drying textile goods.

SUBSTANCE: in the method the drum is made two-layered, turning external layer into electric heater, formed by spiral made of flat electro-conductive ribbon. Spiral coils are tightly pressed to one another, and by ends through electro-trolley and electric power parameter regulator it is connected to electric network. Electro-trolley is positioned inside the drum, and transformer is composed of voltage auto-regulator with spiral temperature indicator and using frequency auto-regulator with indicator of electro-current in the spiral, with additional electric capacity included into its power circuit preliminarily. Using electromagnetic resonance and automatically changing frequency and voltage of spiral electro-power, its given temperature is continuously maintained.

EFFECT: abolished structural and technological complexity of drum manufacture and assembly, power consumption of heating reduced in dozens of times.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии сушки длинномерных материалов: влажного текстильного полотна, ткацкого навоя после шлихтовки, бумаги, ткани, а также для нагрева пленочных материалов, касающихся или охватывающих вращающиеся цилиндрические поверхности, и для сушки текстильных изделий.The present invention relates to a technology for drying long materials: a wet textile web, weaving after sizing, paper, fabric, as well as for heating film materials touching or covering rotating cylindrical surfaces, and for drying textiles.

1. Уровень техники:1. The prior art:

Известны способы нагрева сушильных барабанов путем непрерывной подачи в их внутреннюю полость перегретого пара с одновременным сливом конденсата [1, 2, 3, 4]. Недостатками данных способов является сложность получения и транспортировки пара, сложность системы отвода и утилизации конденсата, необходимость использования большого количества воды пригодной для питья и ее обработки.Known methods of heating the drying drums by continuously supplying superheated steam to their internal cavity while draining the condensate [1, 2, 3, 4]. The disadvantages of these methods are the difficulty of obtaining and transporting steam, the complexity of the system for removal and disposal of condensate, the need to use large quantities of water suitable for drinking and its treatment.

Известны способы нагрева сушильных барабанов путем использования в качестве теплоносителей продуктов сгорания различных природных газов, в том числе сжигая газовые смеси внутри барабана [5, 6, 7, 8, 9, 10].Known methods of heating the drying drums by using the combustion products of various natural gases as heat carriers, including burning gas mixtures inside the drum [5, 6, 7, 8, 9, 10].

По сравнению с паровым нагревом продукты сгорания газообразного топлива позволяют обеспечить более высокую температуру нагрева барабана. Недостатками этих способов является пожароопасность, сложность коммуникаций подвода горючих газов или горячих смесей после горения, вредность для окружающей среды как самих продуктов сгорания, так и конденсата. Кроме этого, для горения необходимо большой расход воздуха и сложная конструкция сопел и насадок внутри барабанов.Compared to steam heating, the combustion products of gaseous fuels provide a higher temperature for heating the drum. The disadvantages of these methods are fire hazard, the complexity of the communications for the supply of combustible gases or hot mixtures after combustion, the environmental hazards of both the combustion products themselves and the condensate. In addition, for combustion, a large air flow rate and a complex design of nozzles and nozzles inside the drums are necessary.

Известен способ нагрева сушильных барабанов встроенным вращающимся трансформатором [11]. Трансформатор длиной, равной длине барабана, например трехфазный, размещают внутри барабана. При этом активной нагрузкой трансформатора служат обечайки с торцов барабана. Трансформатор нагреваясь нагревает цилиндрическую оболочку барабана.A known method of heating the drying drums with an integrated rotating transformer [11]. A transformer with a length equal to the length of the drum, for example three-phase, is placed inside the drum. In this case, the shells from the ends of the drum serve as the active load of the transformer. The heating transformer heats the cylindrical shell of the drum.

Недостатками данного способа являются низкий КПД и большой расход электроэнергии; необходимость сложной и громоздкой электроизоляции всех деталей барабана; высокая сложность конструкции, ее монтажа и сборки, большая материалоемкость.The disadvantages of this method are low efficiency and high power consumption; the need for complex and cumbersome electrical insulation of all drum parts; high complexity of the design, its installation and assembly, high material consumption.

Известны способы нагрева сушильных барабанов изнутри токами высокой частоты, размещая внутри барабана на неподвижной оси цилиндрические цельные или составные индукторы с зазором относительно внутренней стенки барабана [12, 13, 14, 15]. Наиболее существенными недостатками этих способов являются: высокая сложность реализации, требующая генераторов высокой частоты, защитных экранов и т.д.; низкий КПД; невозможность использования для изготовления барабана легких цветных металлов или пластмасс, в которых не наводятся вихревые токи; высокая энергоемкость нагрева и невозможность регулировки температуры.Known methods of heating the drying drums from the inside by high-frequency currents by placing cylindrical solid or composite inductors with a gap relative to the inner wall of the drum inside the drum on a fixed axis [12, 13, 14, 15]. The most significant disadvantages of these methods are: high implementation complexity, requiring high-frequency generators, protective shields, etc .; low efficiency; the inability to use lightweight non-ferrous metals or plastics in the manufacture of the drum, in which eddy currents are not induced; high energy intensity of heating and the inability to adjust the temperature.

Известен способ контактного электрического нагрева цилиндрической стенки изнутри [16, 17]. В данном способе парой электродов нагревают сыпучий электропроводный порошок размещенный между ними, который в свою очередь посредством контакта с оболочкой барабана нагревает ее. Реализация данного способа наиболее проста. К числу недостатков следует отнести высокую энергоемкость. Это связано с тем, что порошок ссылается вниз и может располагаться только в нижней части барабана, а тепло стенки барабана должно быть доставлено в зону контакта высушиваемого материала с цилиндрической стенкой барабана. Обдуваемая воздухом снаружи цилиндрическая стенка непрерывно охлаждается, поэтому порошок будет раскален и совсем не в зоне сушки полотна.A known method of contact electric heating of a cylindrical wall from the inside [16, 17]. In this method, a pair of electrodes is heated by a bulk electrically conductive powder placed between them, which, in turn, heats it by contact with the shell of the drum. The implementation of this method is the simplest. The disadvantages include high energy intensity. This is due to the fact that the powder refers downward and can be located only in the lower part of the drum, and the heat of the drum wall should be delivered to the contact zone of the dried material with the cylindrical wall of the drum. The cylindrical wall blown outside by air is continuously cooled, so the powder will be hot and not at all in the drying zone of the web.

Аналогичным, по сути, является способ нагрева [18], где линейным электрическим нагревателем внутри барабана нагревают воду, залитую в нижнюю часть барабана. Недостатками данного способа являются невозможность обеспечить достаточный нагрев цилиндрической стенки барабана и малые функциональные возможности.In fact, the heating method [18] is similar, where a linear electric heater inside the drum heats the water poured into the lower part of the drum. The disadvantages of this method are the inability to ensure sufficient heating of the cylindrical wall of the drum and small functionality.

При кипении воды пар, поднимающийся из воды, соприкасаясь с внутренней цилиндрической поверхностью, конденсируется и стекает вниз, охлаждая кипящую воду. Температура кипения воды известна: 100-105°С, а охлаждение ее конденсатом происходит циклически: вода закипает → пар оседает на внутреннюю стенку → собирается в капли → конденсат стекает → вода охлаждается, перестает кипеть → вновь закипает и т.д. Средняя ее температура не превышает 90°С, тогда как, по техническим условиям на сушку, она не должна быть ниже 110°С.When boiling water, steam rising from the water, in contact with the inner cylindrical surface, condenses and flows down, cooling the boiling water. The boiling point of water is known: 100-105 ° С, and its condensate cooling occurs cyclically: water boils → steam settles on the inner wall → collects in drops → condensate drains → water cools, stops boiling → boils again, etc. Its average temperature does not exceed 90 ° C, while, according to the technical conditions for drying, it should not be lower than 110 ° C.

Ограниченные функциональные возможности обусловлены тем, что нагрев осуществляется только в нижней части барабана. Высушиваемый материал на сушильной машине охватывает барабан и снизу, и сверху, и с боков [1, 2].Limited functionality is due to the fact that heating is carried out only in the lower part of the drum. The material to be dried on a drying machine covers the drum both from below, and from above, and from the sides [1, 2].

Из-за постоянного контакта с нагретой водой и паром для изготовления барабана используют дорогостоящие антикоррозийные материалы, например нержавеющая сталь.Due to constant contact with heated water and steam, expensive anticorrosive materials, such as stainless steel, are used to make the drum.

Из источника [20, стр.310-311] известны устройства для увеличения индуктивности проводников: катушки индуктивности (соленоиды).From the source [20, pp. 310-311] there are known devices for increasing the inductance of conductors: inductors (solenoids).

В этих устройствах проволока из металлов с малым удельным сопротивлением навивается в форме цилиндрической спирали на диэлектрический стержень с зазором между витками в один слой [20, рис.19-7] или в несколько слоев [20, рис.19-6]. При подключении их к электрической сети они создают большой магнитный поток и одновременно нагреваются.In these devices, a wire of metals with low resistivity is wound in the form of a cylindrical spiral onto a dielectric rod with a gap between the turns in one layer [20, Fig. 19-7] or in several layers [20, Fig. 19-6]. When connected to an electric network, they create a large magnetic flux and simultaneously heat up.

Из-за малого удельного сопротивления для достаточного нагрева соленоида он должен быть очень большой длины, т.е. материалоемок.Due to the low resistivity for sufficient heating of the solenoid, it must be very long, i.e. material intensive.

Из источника [11, фиг.2] известен токосъемник, например трехфазный, соединяющий вращающийся вместе с барабаном электрический нагреватель (в виде трехфазного трансформатора) с неподвижной электропроводкой электрической сети.From the source [11, FIG. 2], a current collector is known, for example a three-phase, connecting an electric heater (in the form of a three-phase transformer) rotating together with a drum with a fixed electrical wiring of the electric network.

Недостатки трансформаторного нагрева отмечены выше, а сам токообъемник не является нагревающим барабан элементом.The disadvantages of transformer heating are noted above, and the current collector itself is not a drum heating element.

Известен также способ электрического нагрева сушильного барабана, в котором наружную цилиндрическую стенку барабана разогревают, нагревая текучую жидкость, размещенную между наружной и внутренней стенкой барабана, посредством электродов, взаимодействующих с жидкостью, размещенных так же между стенками и подключенных к источнику электроэнергии [21].There is also known a method of electric heating a drying drum, in which the outer cylindrical wall of the drum is heated by heating a fluid located between the outer and inner walls of the drum, by means of electrodes interacting with the liquid, also placed between the walls and connected to an electric power source [21].

В данном способе в двухстенном барабане с герметично соединенными и соосными цилиндрическими стенками зазор между стенками непрерывно заполняют жидкостью, нагревают ее электродами в этом зазоре, нагревают тем самым внешнюю (рабочую) стенку барабана, которая взаимодействует с высушиваемым материалом.In this method, in a double-walled drum with hermetically connected and coaxial cylindrical walls, the gap between the walls is continuously filled with liquid, heated with electrodes in this gap, thereby heating the outer (working) wall of the drum, which interacts with the material to be dried.

Преимуществами способа является более равномерно распределенный по поверхности барабана нагрев наружной стенки. К большим недостаткам относятся:The advantages of the method are the heating of the outer wall more evenly distributed over the surface of the drum. Major disadvantages include:

- большая конструктивная и технологическая сложность. Эта сложность обусловлена конструктивной и технологической трудоемкостью изготовления многослойной цилиндрической герметической емкости; необходимостью контроля и регулировки давления при нагреве жидкости для недопущения ее закипания; сложностью установки герметических электронагревателей между стенками цилиндра;- great constructive and technological complexity. This complexity is due to the structural and technological complexity of manufacturing a multilayer cylindrical hermetic container; the need to control and adjust the pressure when heating the liquid to prevent its boiling; the difficulty of installing hermetic electric heaters between the cylinder walls;

- высокая энергоемкость осуществления способа обусловлена необходимостью расхода электроэнергии на разогрев жидкости между стенками. Поскольку жидкость максимально приближена к наружному диаметру цилиндра, ее длина по окружности, а следовательно, объем, максимальны. Для разогрева жидкости до рабочей температуры требуется, соответственно, и больше затрат электроэнергии;- high energy intensity of the implementation of the method due to the need for energy consumption for heating the liquid between the walls. Since the liquid is as close as possible to the outer diameter of the cylinder, its circumferential length, and therefore its volume, are maximal. To heat the liquid to operating temperature, respectively, and more energy is required;

- специфические требования к материалу конструкции барабана. Из-за постоянного контакта с горячей жидкостью и испарениями это должны быть антикоррозийные сплавы или составы. Это делает реализацию способа еще более дорогостоящей.- specific requirements for the material of the construction of the drum. Due to constant contact with hot liquid and vapors, it must be anti-corrosion alloys or compounds. This makes the implementation of the method even more expensive.

2. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ электрического нагрева сушильного барабана с многослойным цилиндрическим корпусом [22], состоящим из трех слоев. На первый слой, на собственно цилиндрический корпус барабана, равномерными витками в форме цилиндрической спирали намотана электропроводная и электроизолированная плоская лента, подключенная концами посредством токосъемника, через регулятор параметрами электропитания к электрической сети переменного тока. Эта цилиндрическая спираль, являясь электронагревателем, образует второй слой барабана. Третий слой образует теплопроводный цилиндр, плотно охватывающий спираль снаружи.2. The closest technical solution (prototype) is a method of electric heating of a drying drum with a multilayer cylindrical body [22], consisting of three layers. An electrically conductive and electrically insulated flat tape is wound on the first layer, on the cylindrical drum body itself, with uniform turns in the form of a cylindrical spiral, connected by the ends by means of a current collector, through the regulator, by the parameters of the power supply, to the AC electric network. This cylindrical spiral, being an electric heater, forms the second layer of the drum. The third layer forms a heat-conducting cylinder, tightly covering the spiral from the outside.

При подаче электрического напряжения на спираль она нагревается, нагревая наружный, третий слой барабана. Взаимодействуя контактно с огибающим его влажным прошлихтованным ткацким навоем, он частично высушивает его.When applying voltage to the spiral, it heats up, heating the outer, third layer of the drum. Interacting in contact with the wet enveloped weaving pile enveloping it, it partially dries it.

На шлихтовальной машине расположено от 9 до 11 равномерно вращающихся сушильных барабанов. Перемещаясь с одного барабана на другой (фиг.1 прототипа) и нагреваясь на каждом, ткацкий навой постепенно высыхает от влажности 95% на первом барабане до 5-7% на последнем.On the sizing machine is located from 9 to 11 uniformly rotating drying drums. Moving from one drum to another (FIG. 1 of the prototype) and heating on each, the weave will gradually dry out from 95% humidity on the first drum to 5-7% on the last.

Техническое решение, изложенное в прототипе, значительно эффективнее аналогов.The technical solution described in the prototype is much more effective than analogues.

3. Причины, препятствующие получению технических результатов.3. Reasons that hinder the receipt of technical results.

3.1. Конструктивная и технологическая сложность, обусловленная трудоемкостью изготовления наружного цилиндрического слоя и его беззазорного соединения с промежуточным слоем - слоем витков спирали.3.1. Structural and technological complexity due to the complexity of manufacturing the outer cylindrical layer and its gapless connection with the intermediate layer - a layer of spiral coils.

3.2. Повышенная опасность обслуживания шлихтовальной машины, обусловленная размещением токосъемника вне барабана. В текстильном производстве окружающая среда в высшей степени пожароопасна. Малейшая искра в скользящих контактах токосъемника приводит к возникновению опасной ситуации.3.2. Increased risk of maintenance of the sizing machine, due to the location of the current collector outside the drum. In the textile industry, the environment is highly flammable. The slightest spark in the sliding contacts of the current collector leads to a dangerous situation.

3.3 Избыточная энергоемкость нагрева, обусловленная тем, что собственная индуктивность спирали и ее собственное электрическое сопротивление не могут создать электромагнитный резонанс в электрической цепи при питании переменным током. Обеспечив резонансный режим электропитания спирали, можно в десятки раз увеличить напряжение на питании цепи, не увеличивая сетевое напряжение [23 с.316-318].3.3 Excessive energy consumption of heating, due to the fact that the inductance of the spiral and its own electrical resistance cannot create electromagnetic resonance in the electrical circuit when powered by alternating current. Providing a resonant mode of power supply to the spiral, it is possible to increase the voltage on the supply circuit tenfold without increasing the mains voltage [23 p. 316-318].

3.4. Отсутствие автоматического контроля и удержания заданной температуры наружной поверхности сушильного барабана. Это обусловлено отсутствием в прототипе автоматического регулирования нагревом.3.4. The lack of automatic control and retention of the set temperature of the outer surface of the drying drum. This is due to the lack of automatic heating control in the prototype.

Поскольку шлихтовальные машины работают в круглосуточном режиме, а влажность поступающего на барабаны навоя меняется случайным образом, меняется и теплосъем, т.е. степень охлаждения навоем наружной поверхности барабана [24].Since the sizing machines operate around the clock, and the humidity of the Navoi drums entering the drums varies randomly, the heat removal also changes, i.e. the degree of cooling on the outer surface of the drum [24].

Поэтому удержание заданной температуры изменением напряжения питания спирали в автоматическом режиме является также важной технической задачей.Therefore, maintaining the set temperature by changing the supply voltage of the spiral in automatic mode is also an important technical task.

4. Признаки прототипа совпадающие с заявляемым техническим решением.4. Signs of the prototype coinciding with the claimed technical solution.

На цилиндрический корпус барабана наматывают равномерно витками электроизолированную и электропроводную ленту, концы которой электрически соединяют через токосъемник и регулятор параметров электропитания с электрической сетью переменного тока.An electrically insulated and electrically conductive tape is evenly wound on a cylindrical drum body, the ends of which are electrically connected through a current collector and a power parameter regulator to an alternating current electric network.

5. Задачей предлагаемого изобретения является получение следующих технических результатов.5. The objective of the invention is to obtain the following technical results.

5.1. Конструктивное и технологическое упрощение нагрева.5.1. Constructive and technological simplification of heating.

5.2. Исключение опасности обслуживания.5.2. Exclusion of the danger of service.

5.3. Многократное снижение энергоемкости нагрева наружной поверхности барабана.5.3. A multiple reduction in the energy intensity of heating the outer surface of the drum.

Исключение опасности обслуживания.Exclusion of the danger of service.

5.4. Автоматическое управление нагревом.5.4. Automatic heat control.

6. Эти технические результаты в заявляемом способе электрического нагрева наружной поверхности сушильного барабана, в котором барабан выполняют многослойным, превращая один из слоев в электронагреватель, выполняя его в виде электропроводной и электроизолированной плоской ленты, формируя ее в виде цилиндрической спирали с равномерно расположенными витками вдоль ее оси, концы которой электрически соединяют посредством токосъемника через регулятор параметров электропитания к электрической сети переменного тока, барабан выполняют двухслойным, наматывая спираль на корпус барабана с плотным прилеганием витков друг к другу, беззазорно, превращая наружную поверхность нагревателя в нагреваемую наружную поверхность барабана, при этом используя собственное активное электрическое сопротивление R спирали и собственную электрическую индуктивность L спирали, присоединяют к ней дополнительно и последовательно электрическую емкость С и трансформируют RL электрическую цепь нагревателя (спирали) в RLC цепь с собственной частотой ω₀ свободных электромагнитных колебаний, автоматически поддерживая частоту ω переменного тока питания спирали равной или близкой к ω₀, так что ω≅ω₀, непрерывно измеряя величину электрического тока в цепи, и одновременно поддерживают заданную температуру спирали (наружной поверхности), автоматически регулируя напряжение питания цепи, непрерывно измеряя температуру спирали снаружи, кроме этого, регулятор составляют последовательно, соединяя, электрически, авторегулятор частоты и авторегулятор напряжения, причем управляющий вход авторегулятора частоты электрически соединяют с датчиком тока в цепи, а управляющий вход авторегулятора напряжения аналогично соединяют с датчиком температуры наружной поверхности барабана, помимо этого, сетевое питание подают на вход авторегулятора напряжение, выход которого электрически соединяют со входом авторегулятора частоты, а электроемкость С и спираль подключают к выходу авторегулятора частоты последовательно, при этом токосъемник размещают внутри корпуса барабана.6. These technical results in the inventive method for electric heating of the outer surface of the drying drum, in which the drum is multilayer, turning one of the layers into an electric heater, making it in the form of an electrically conductive and electrically insulated flat tape, forming it in the form of a cylindrical spiral with evenly spaced turns along it the axis, the ends of which are electrically connected by means of a current collector through a regulator of power supply parameters to an alternating current electric network, the drum is made two layer, winding a spiral on the drum body with a tight fit of the coils to each other, gaplessly turning the outer surface of the heater into a heated outer surface of the drum, while using its own active electrical resistance R of the spiral and its own electrical inductance L of the spiral, additionally and sequentially electrical capacitance C and transform the RL electric circuit of the heater (spiral) into an RLC circuit with a natural frequency ω _{0 of} free electromagnetic oscillations, automatically keeping the frequency ω of the spiral power supply equal or close to ω ₀ , so that ω≅ω ₀ , continuously measuring the magnitude of the electric current in the circuit, and at the same time maintain the desired temperature of the coil (outer surface), automatically adjusting the voltage of the circuit, continuously measuring the temperature spirals outside, in addition, the regulator is consistently connected electrically to a frequency autoregulator and a voltage autoregulator, and the control input of the frequency autoregulator is electrically connected to the sensor com in the circuit, and the control input of the voltage regulator is similarly connected to the temperature sensor of the outer surface of the drum, in addition, the mains voltage is supplied to the input of the voltage regulator, the output of which is electrically connected to the input of the frequency regulator, and the electric capacity C and the spiral are connected to the output of the frequency regulator in series while the current collector is placed inside the drum body.

7. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показана конструкция сушильного барабана с электрическим нагревом наружной поверхности (продольный разрез); на фиг.2 показана схема конструкции токосъема на концы спирали; на фиг.3 показан вид намотки спирали на корпус барабана: на фиг.4 показана электрическая цепь электронагревателя с авторегулятором параметров электропитания цепи.7. The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the design of a drying drum with electric heating of the outer surface (longitudinal section); figure 2 shows a design diagram of the current collection at the ends of the spiral; figure 3 shows a view of the winding of a spiral on the drum body: figure 4 shows the electric circuit of an electric heater with an auto-regulator of the parameters of the power supply circuit.

Конструкции и схемы, осуществляющие заявляемый способ состоят из следующих элементов:Designs and circuits implementing the inventive method consist of the following elements:

1 - сушильный барабан (далее СБ), в сборе;1 - a drying drum (hereinafter SB), assembled;

1А - цилиндрический корпус СБ 1 из неэлектропроводного материла, например из фибры, или из стали 1Б;1A is a cylindrical housing SB 1 of non-conductive material, for example of fiber, or of steel 1B;

2 - электронагреватель, навитый на корпус СБ 1 в форме цилиндрической спирали, с плотно прилегающими друг к другу витками (далее - спираль 2). Спираль образует наружную поверхность СБ 1;2 - electric heater, wound on the body SB 1 in the form of a cylindrical spiral, with coils tightly adjacent to each other (hereinafter - spiral 2). The spiral forms the outer surface of SB 1;

2А и 2Б - левый и правый, относительно СБ 1, концы спирали 2, выведенные через сквозные радиальные отверстия 5 в СБ 1 внутрь корпуса 1А, 1Б соответственно слева и справа (фиг.1, 2);2A and 2B - left and right, relative to SB 1, the ends of the spiral 2, brought out through the through radial holes 5 in SB 1 into the housing 1A, 1B, respectively, left and right (Figs. 1, 2);

3 - поперечное сечение плоской электропроводной ленты (например, из нихрома с большим удельным сопротивлением), формирующей спираль;3 is a cross section of a flat conductive tape (for example, of nichrome with high resistivity) forming a spiral;

4 - наружная электроизоляция ленты 3, например термостойкая эмаль;4 - external electrical insulation of the tape 3, for example, heat-resistant enamel;

5 - сквозные радиальные отверстия в СБ 1 на его концах, на расстоянии 50-100 мм от его торцов. Концы 2А, 2Б спирали 2 размещены в отверстиях 5 с диэлектрическим зазором относительно стенок отверстий 5, соосно этим отверстиям, радиально к цилиндрической поверхности СБ 1;5 - through radial holes in SB 1 at its ends, at a distance of 50-100 mm from its ends. The ends 2A, 2B of the spiral 2 are placed in the holes 5 with a dielectric gap relative to the walls of the holes 5, coaxial to these holes, radially to the cylindrical surface SB 1;

6 - диэлектрические трубки, неподвижно установленные на внутренней поверхности корпуса 1А(1Б), соосно отверстиям 5, радиально, внутри корпуса СБ 1А(1Б), например винтами 7;6 - dielectric tubes fixedly mounted on the inner surface of the housing 1A (1B), coaxially with the holes 5, radially, inside the housing SB 1A (1B), for example, screws 7;

7 - винты крепления трубок 6;7 - screws securing the tubes 6;

8 - нормально разжатая цилиндрическая неэлектропроводная пружина, неподвижно размещенная внутри трубок 6. Дальний от оси СБ 1 конец каждой пружины 8 зафиксирован в основании каждой трубки 6;8 - normally unclenched cylindrical non-conductive spring, motionlessly placed inside the tubes 6. The end of each spring 8, farthest from the axis of SB 1, is fixed at the base of each tube 6;

9 - цилиндрический подвижный контакт токосъемника, выполненный, например, из медно-графитового сплава;9 - a cylindrical movable contact of the current collector, made, for example, of copper-graphite alloy;

10 - упругоэластичное соединение концов 2А(2Б) с подвижным электроконтактом 9, (например, из волнообразно изогнутой латунной, медной, бронзовой проволоки или ленты);10 - elastic-elastic connection of the ends 2A (2B) with a movable electrical contact 9 (for example, from a wave-like curved brass, copper, bronze wire or tape);

11 - дисковый неподвижный контакт токосъемника. 11А - левый, а 11Б - правый. Элементы 9 и 11 являются токосъемником.11 - fixed disk contact current collector. 11A is left and 11B is right. Elements 9 and 11 are a current collector.

12 - неподвижная, диэлектрическая, полая ось, размещенная внутри СБ1 и соосно ему. Неподвижные контакты 11А и 11Б закреплены на оси 12 прочно винтами (на чертежах не обозначены), а размещены с возможностью постоянного контакта с подвижными токосъемниками 9 слева и справа;12 - fixed, dielectric, hollow axis, placed inside SB1 and coaxial to it. The fixed contacts 11A and 11B are fixed on the axis 12 firmly with screws (not indicated in the drawings), but are placed with the possibility of constant contact with the movable current collectors 9 left and right;

13 и 14 - соответственно фазный и нулевой электропроводы (электроизолированные) электропитания спирали 2. Провод 13 надежно соединен крепежным винтом (на чертеже не обозначен) с контактом 11А (слева), а провод 14, аналогично, с контактом 11Б (справа).13 and 14, respectively, the phase and zero electrical wires (insulated) of the power supply to the spiral 2. Wire 13 is securely connected by a mounting screw (not indicated in the drawing) to terminal 11A (on the left), and wire 14, similarly, to terminal 11B (on the right).

Ось 12 установлена собственными подшипниками 15, слева и справа, в цапфах 16 и 17 СБ1, соосно ему и зафиксирована от перемещений относительно станины 18 фиксатором 19.The axis 12 is installed with its own bearings 15, left and right, in the pins 16 and 17 SB1, coaxial to it and fixed from movement relative to the frame 18 by the latch 19.

Цапфы 16 и 17 посредством собственных подшипников 20 смонтированы на станине 18 с возможностью вращения вместе с СБ1 от кинематической передачи с электродвигателем (на чертежах не показаны) через, например, звездочку 21, как и в обычной шлихтовальной машине [24, стр.9-10].The pins 16 and 17 through their own bearings 20 are mounted on the bed 18 with the possibility of rotation together with SB1 from a kinematic transmission with an electric motor (not shown in the drawings) through, for example, an asterisk 21, as in a conventional sizing machine [24, p. 9-10 ].

Фазный 13 и нулевой 14 провода через внутреннюю полость неподвижной оси 12 выведены наружу и через регулятор 12 параметров электропитания соединены с электрической однофазной сетью, например ~220 В, 50 Гц (фиг.1, 4).Phase 13 and zero 14 wires through the internal cavity of the fixed axis 12 are brought out and through the regulator 12 of the power parameters are connected to an electric single-phase network, for example, ~ 220 V, 50 Hz (Figs. 1, 4).

Регулятор параметров 22 включает в себя авторегулятор напряжения 23 (например, широкополосный, однофазный, тирристорный регулятор электронапряжения), основной вход которого подключен к однофазной электрической сети переменного тока, а управляющий вход электрически соединен с датчиком Д1 температуры спирали 2. Этот датчик Д1 выполнен скользящим по наружной поверхности спирали 2 при вращающемся СБ1, т.е. скользящим но наружной поверхности СБ1 снаружи (например, терморезистивный датчик ДТВ-038, как и в обычной шлихтовальной машине [24, стр.13-14].Parameter controller 22 includes a voltage autoregulator 23 (for example, broadband, single-phase, thyristor voltage regulator), the main input of which is connected to a single-phase AC network, and the control input is electrically connected to the temperature sensor D1 of spiral 2. This sensor D1 is made sliding on the outer surface of the spiral 2 with a rotating SB1, i.e. on the outside but sliding outside SB1 (for example, a DTV-038 thermoresistive sensor, as in a conventional sizing machine [24, p. 13-14].

Выход регулятора 23 электрически подключен к основному входу авторегулятора частоты электрического напряжения (АРЧ), который состоит из преобразователя 24 частоты (например, тиристорный преобразователь частоты - ТПЧ) и блока 25 автоматической подстройки частоты (АПЧ), который является управляющим входом АРЧ.The output of the regulator 23 is electrically connected to the main input of the autoregulator of the frequency of the electric voltage (AFC), which consists of a frequency converter 24 (for example, a thyristor frequency converter - TFC) and an automatic frequency control unit (AFC) 25, which is the control input of the AFC.

Основной вход преобразователя 24 подключен к выходу регулятора 23, а управляющий вход АПЧ 25 подключен к датчику Д2 электрического тока в цепи электропитания спирали 2(3), например к измерительному трансформатору (фиг.4).The main input of the converter 24 is connected to the output of the regulator 23, and the control input of the AFC 25 is connected to the electric current sensor D2 in the power supply circuit of the spiral 2 (3), for example, to a measuring transformer (Fig. 4).

К выходу АРЧ (24, 25) подключены провода 13, 14. Между АРЧ и спиралью 2 в провод 14 (фиг.4) или в провод 13 (на чертеже не показано) дополнительно вмонтирована электрическая емкость (конденсатор) С, так что емкость С, собственная индуктивность L спирали 2 и ее собственное активное сопротивление R образуют последовательную R, L, C электрическую цепь с собственной частотой ω₀ свободных колебаний [23, с.316-317]:The wires 13, 14 are connected to the output of the ARC (24, 25). Between the ARC and the spiral 2, an electric capacitance (capacitor) C is additionally mounted in the wire 14 (figure 4) or in the wire 13 (not shown), so that the capacitance C , own inductance L of spiral 2 and its own active resistance R form a series R, L, C electric circuit with a natural frequency ω ₀ free vibrations [23, p. 316-317]:

при этом значение С подбирают так, чтобы значение ω₀ было близким к ω сетевого питания.wherein the value of C is selected so that the value of ω _{0 is} close to ω of the mains supply.

Регулятор 23 напряжения включает в себя задатчик (уставку) температуры (на чертежах не показан), с помощью которого устанавливается заданная для работы СБ 1 температура наружного его слоя (наружной поверхности - спирали 2).The voltage regulator 23 includes a temperature setpoint (setpoint) (not shown in the drawings), with the help of which the temperature of its outer layer (outer surface - spiral 2) set for SB 1 is set.

Заявляемый как предлагаемое изобретение способ электрического нагрева реализуется следующим образом.Declared as the invention, the method of electric heating is implemented as follows.

На звездочку 21 передается вращающий момент от передач и привода (на чертежах не показаны) и СБ1 вращается вместе с цапфами 16 и 17, в подшипниках 20, относительно станины 18. Ось 12, удерживаемая стопором 19, неподвижна и, при вращении СБ 1, подвижные контакты 9 скользят по неподвижным 11А(11Б), обеспечивая надежное электрическое соединение концов 2А(2Б) спирали 2 с электропроводами 13 и 14. Электрическое напряжение от сети переменного тока и собственное сопротивление R спирали 2 вызывают электрический ток, протекающий по спирали, нагревающий ее во время вращения.Torque 21 is transmitted from the gears and the drive (not shown in the drawings) and SB1 rotates together with pins 16 and 17, in bearings 20, relative to the bed 18. The axis 12, held by the stopper 19, is stationary and, when rotating SB 1, are movable the contacts 9 slide along the fixed 11A (11B), providing a reliable electrical connection of the ends 2A (2B) of the spiral 2 with the electric wires 13 and 14. The electric voltage from the AC network and the intrinsic resistance R of the spiral 2 cause an electric current flowing in a spiral, heating it during VR time scheniya.

Два слоя СБ1, одним из которых является корпус 1А(1Б), а другим - непосредственно электронагреватель, является спираль 2, обеспечивают достижение первого технического результата - устраняют конструктивную и технологическую сложность прототипа.Two layers SB1, one of which is the housing 1A (1B), and the other is the electric heater itself, is spiral 2, ensure the achievement of the first technical result - eliminate the constructive and technological complexity of the prototype.

При расположении витков спирали 2 (фиг.1, 3) на корпусе 1А(1Б) вплотную друг к другу высушиваемые нити ткацкого навоя не защемляются между ними.With the arrangement of the coils of the spiral 2 (Figs. 1, 3) on the housing 1A (1B), close to each other, the dried weaving threads are not pinched between them.

Отсутствие необходимости дополнительного наружного слоя не только упрощает способ, но и уменьшает теплопотери на сушку, покольку не тратится энергия на нагрев промежуточного слоя между спиралью 2 и ткацким навоем (на чертежах не показан).The absence of the need for an additional outer layer not only simplifies the method, but also reduces heat loss for drying, since no energy is spent on heating the intermediate layer between spiral 2 and weaving (not shown in the drawings).

Размещение токосъемников (9, 11А и 9, 11Б) внутри СБ1 позволяет обеспечить достижение второго технического результата - устранить опасность обслуживания шлихтовальной машины. Возможность искрения при скольжении контактов 9 по неподвижным 11А(11Б), в закрытом цапфами 16, 17 объеме, не вызывает пожароопасной ситуации. Наружная пыль не проникает внутрь СБ1, а огонь не может возникнуть из-за недостатка воздуха.The placement of current collectors (9, 11A and 9, 11B) inside SB1 allows to achieve the second technical result - to eliminate the danger of sizing machine maintenance. The possibility of sparking when the contacts 9 slip along the stationary 11A (11B), in the volume closed by the pins 16, 17, does not cause a fire hazard situation. External dust does not penetrate SB1, and fire cannot occur due to lack of air.

Нагрев спирали 2 осуществляется следующим образом.Heating spiral 2 is as follows.

При подаче электрического напряжения через авторегулятор напряжения 23 на АРЧ 24,25 блоком АПЧ 25 меняет частоту ω напряжения на выходе преобразователя ТПЧ 24, подающегося в RLC цепь спирали 2. АПЧ 24 работает на максимум величины тока с датчика Д2, поэтому частота ω менятся, приближаясь к ω₀(ω→ω₀). При этом напряжение в RLC цепи возратает, достигая максимального значения, согласно [23, стр.317, пример 8, рис. 19-15б], при ω=ω₀. Нарастание напряжения сопровождается нарастанием электрического тока в цепи (без увеличения сетевого напряжения), значения которого непрерывно регистрируются датчиком Д2, осуществляя контроль изменения частоты напряжения блоком АПЧ 25 и преобразователем ТПЧ 24 (фиг.4), которые удерживают в автоматическом режиме ω≅ω₀.When applying voltage through the automatic voltage regulator 23 to the ARCH 24.25, the AFC unit 25 changes the frequency ω of the voltage at the output of the TFC 24 converter supplied to the RLC circuit of the coil 2. AFC 24 operates at the maximum current from the D2 sensor, so the frequency ω changes, approaching to ω ₀ (ω → ω ₀ ). In this case, the voltage in the RLC circuit returns, reaching the maximum value, according to [23, p. 317, example 8, Fig. 19-15b], with ω = ω ₀ . The increase in voltage is accompanied by an increase in the electric current in the circuit (without increasing the mains voltage), the values of which are continuously recorded by the D2 sensor, monitoring the change in the frequency of the voltage by the AFC unit 25 and the TFC converter 24 (Fig. 4), which hold ω≅ω ₀ in automatic mode.

Так же одновременно с изменением ω и увеличением напряжения и тока в RLC цепи увеличивается температура спирали 2, значения которой непрерывно регистрируются термодатчиком Д1, который посредством управляющего входа регулятора 23 уменьшает напряжения питания ТПЧ 24, удерживая заданную температуру наружного слоя (спирали 2). Эта температура устанавливается задатчиком (уставкой) регулятора 23 (на чертежах не показано).Also, simultaneously with a change in ω and an increase in voltage and current in the RLC circuit, the temperature of the coil 2 increases, the values of which are continuously recorded by the temperature sensor D1, which, by means of the control input of the regulator 23, reduces the supply voltage of the TFC 24, while maintaining the given temperature of the outer layer (coil 2). This temperature is set by the setpoint (setpoint) of the controller 23 (not shown in the drawings).

Поэтому процесс разогрева спирали 2 сопровождается, с одной стороны, резким нарастанием электрического тока в ней (и, следовательно, температуры) при работе АРЧ (24, 25), а, с другой стороны, - резким уменьшением напряжения на выходе регулятора 23 для удержания заданной температуры. Эти процессы протекают одновременно.Therefore, the process of heating the spiral 2 is accompanied, on the one hand, by a sharp increase in the electric current in it (and, therefore, temperature) during the operation of the ARF (24, 25), and, on the other hand, by a sharp decrease in the voltage at the output of the regulator 23 to keep the set temperature. These processes occur simultaneously.

Согласно результатам, изложенным в [23 с.317, пример 8], такая схема дает выигрыш в напряжении до 74 раз.According to the results set forth in [23 p. 317, example 8], such a circuit gives a voltage gain of up to 74 times.

Следовательно, создав R, L, С-цепь с собственной частотой ω₀, включающую в себя и спираль 2, автоматически изменяя частоту ω электронапряжения ее питения так, что ω≅ω₀ и, одновременно, удерживая заданную температуру - обеспечивают уменьшение энергоемкости нагрева в десятки раз, чем обеспечивается достижение третьего технического результата в заявляемом способе: значительное снижение энергоемкости. Авторегулятор 23 с термодатчиком Д1 и авторегулятор частоты (24, 25) с датчиком тока Д2 образуют систему автоматического регулирования и удержания температуры наружного слоя СБ1. Эта система автоматически удерживает заданную температуру наружной поверхности СБ1, а, следовательно, и параметры сушки навоя при изменении его влажности (при изменении теплосъема с поверхности барабана).Therefore, by creating an R, L, C-circuit with a natural frequency ω ₀ , which also includes a spiral 2, automatically changing the frequency ω of the voltage of its power supply so that ω≅ω ₀ and, at the same time, holding the set temperature, ensure a decrease in the energy consumption of heating in dozens of times, which ensures the achievement of the third technical result in the claimed method: a significant reduction in energy intensity. The autoregulator 23 with a temperature sensor D1 and the autoregulator of frequency (24, 25) with a current sensor D2 form a system of automatic regulation and retention of the temperature of the outer layer SB1. This system automatically maintains the set temperature of the outer surface of SB1, and, consequently, the parameters of drying the Navoi when its humidity changes (when changing the heat removal from the drum surface).

Этим достигается четвертый технический результат предлагаемого изобретения, а именно обеспечивается автоматический контроль и удержание заданной температуры сушки.This achieves the fourth technical result of the invention, namely, automatic control and retention of the set drying temperature is ensured.

Немаловажным является то, что при таком способе нагрева (рабочая температура спирали 2 не должна превышать 140-150°С) сама спираль не может перегореть, особенно во время включения электропитания.It is important that with this method of heating (the working temperature of the spiral 2 should not exceed 140-150 ° C), the spiral itself can not burn out, especially when the power is turned on.

Этим существенно повышается надежность и долговечность работы способа и самого барабана в составе шлихтовальной машины.This significantly increases the reliability and durability of the method and the drum itself as part of a sizing machine.

При изготовлении корпуса 1Б СБ1 электропроводным (металлическим) спираль 2 приобретает собственную электрическую емкость С₀. Эта С₀ образуется обкладками конденсатора: корпус 1Б (фиг.3) и лента 3 (фиг.3), в котором диэлектриком является электроизоляция 4 спирали 2. В этом случае величина добавочной электроемкости С может быть значительно меньше. Меньшими будут и ее размеры, тем самым уменьшаются и габаритные размеры самой RLC цепи.In the manufacture of the housing 1B SB1 electrically conductive (metal) spiral 2 acquires its own electrical capacitance C ₀ . This C _{0 is} formed by the capacitor plates: case 1B (Fig. 3) and tape 3 (Fig. 3), in which the dielectric is the electrical insulation 4 of spiral 2. In this case, the value of the additional electric capacity C can be significantly less. Its dimensions will also be smaller, thereby reducing the overall dimensions of the RLC circuit itself.

Источники информации.Information sources.

1. Техническое описание и инструкция по монтажу и наладке машины ШБ 11/180-К-3М-2. Изд. завод «Вичугмаш», г.Вичуга Ивановский обл., 1992 г.1. Technical description and installation and commissioning of the machine ШБ 11/180-К-3М-2. Ed. Vichugmash plant, Vichuga, Ivanovo region, 1992

2. Патент России №2037588, кл. Д06В 21/00, опубл. 19.06.95.2. Patent of Russia No. 2037588, cl. D06V 21/00, publ. 06/19/95.

3. Патент США №4949475, кл. F26В 13/16, 21.08.1990.3. US patent No. 4949475, CL. F26B 13/16, 08.21.1990.

4. Патент Великобритании №1238757, кл. F26B 13/14.4. UK patent No. 1238757, CL F26B 13/14.

5. Авторское свидетельство СССР №1605085, кл. F26B 13/06, опубл. 1991 г.5. Copyright certificate of the USSR No. 1605085, class. F26B 13/06, publ. 1991 year

6. Авторское свидетельство СССР №579689, кл. F26B, опубл. 1979 г.6. USSR author's certificate No. 579689, cl. F26B, publ. 1979 year

7. Патент США №4683015, кл. F26B 3/24, 1987.7. US patent No. 4683015, CL. F26B 3/24, 1987.

8. Авторское свидетельство СССР №118224, кл. F26B, 1972 г.8. Copyright certificate of the USSR No. 118224, cl. F26B 1972

9. Патент России №2027131, кл. F26B 13/14, опубл. 20.01.95.9. Patent of Russia No. 2027131, cl. F26B 13/14, publ. 01/20/95.

10. Патент России №2137996, кл. F26B 13/14.10. Patent of Russia No. 2137996, class. F26B 13/14.

11. Авторское свидетельство СССР №90517, кл. F26B 13/14 (заявлено 20.08.1948 г., опубл. 1959 г.).11. USSR author's certificate No. 90517, cl. F26B 13/14 (claimed on 08/20/1948, publ. 1959).

12. Авторское свидетельство СССР №220744, кл. D21F 5/02, 1952 г.12. Copyright certificate of the USSR No. 220744, cl. D21F 5/02, 1952

13. Патент Великобритании №2227823А, кл. F26B 13/14.13. British patent No. 2227823A, CL. F26B 13/14.

14. Авторское свидетельство СССР №731234, кл. F26B 13/18, опубл. 30.04.80.14. USSR copyright certificate No. 731234, cl. F26B 13/18, publ. 04/30/80.

15. Патент России №2177129, кл. F26B 13/18, опубл. 20.12.2001.15. Patent of Russia No. 2177129, cl. F26B 13/18, publ. 12/20/2001.

16. Авторское свидетельство СССР №514177, кл. F16B 13/18, опубл. 15.05.76.16. Copyright certificate of the USSR No. 514177, cl. F16B 13/18, publ. 05/15/76.

17. Патент ФРГ №1226287, НКИ 39а³ 7/14, 1966 г.17. Germany patent No. 1226287, NKI 39a ³ 7/14, 1966

18. Авторское свидетельство СССР №596795, кл. F26B 13/18, опубл. 05.03.78.18. USSR copyright certificate No. 596795, cl. F26B 13/18, publ. 03/05/78.

19. Дж. Орир. Физика, М., Изд. Мир, 1981 г., т.2 стр.417.19. J. Orir. Physics, M., Ed. Mir, 1981, vol. 2 p. 417.

20. Дж. Орир. Физика, М., Изд. Мир, 1981 г., т.1 стр. 271.20. J. Orir. Physics, M., Ed. Mir, 1981, vol. 1 p. 271.

21. Журнал "Textile Month", октябрь, 1995 г., "Elictrically Heated Roll", фирмы DELTA p. CORP.21. Textile Month, October 1995, Elictrically Heated Roll, DELTA p. CORP.

22. Заявка на изобретение №2004123488/06 (025307) "Способ электрического нагрева сушильного барабана с многослойным цилиндрическим корпусом, например шлихтовальной машины", от 30.07.2004.22. Application for invention No. 2004123488/06 (025307) "Method for the electrical heating of a drying drum with a multilayer cylindrical body, such as a sizing machine", from 30.07.2004.

23. Дж. Орир. Физика, М., изд. Мир,1981., т.1.23. J. Orir. Physics, M., ed. Mir, 1981., T. 1.

24. Живетин В. В. Брут-Бруляко А. Б. Устройство и обслуживание шлихтовальных машин. М., Легпромбытиздат, 1988, 238 с.24. Zhivetin VV Brut-Brulyako A.B. Design and maintenance of sizing machines. M., Legprombytizdat, 1988, 238 p.

Claims

A method of electric heating the outer surface of a drying drum, in which the drum is multilayer, turning one of the layers into an electric heater, making this layer in the form of an electrically conductive and electrically insulated flat tape, forming it in the form of a cylindrical spiral with evenly spaced turns along its axis, the ends of which are electrically connected by means of a current collector through a regulator of power supply parameters to an alternating current electric network, characterized in that the drum is double-layer; spiraling onto the drum body with a tight fit of the turns to each other, gaplessly turning the outer surface of the heater into a heated outer surface of the drum, using its own active electrical resistance R of the spiral and its own electrical inductance L of the spiral, additionally and sequentially connect the electric capacitance C to it and transform the R, L electric circuit of the heater (spiral) into an R, L, C circuit with a natural frequency ω _{0 of} free electromagnetic oscillations, automatically supports live frequency with an alternating current supply equal to or close to ω ₀ , so that ω≅ω ₀ , continuously measuring the magnitude of the electric current in the circuit and at the same time maintain the desired temperature of the spiral (outer surface), automatically adjusting the voltage of the circuit, continuously measuring the temperature of the spiral outside, in addition, the controller is constituted by electrically connecting the frequency autoregulator and the voltage autoregulator, and the control input of the frequency autoregulator is electrically connected to the current sensor in the circuit, and the control The primary input of the voltage regulator is similarly connected to the temperature sensor of the outer surface of the drum, in addition, the mains power is supplied to the input of the voltage regulator, the output of which is electrically connected to the input of the frequency regulator, and the electric capacity C and the spiral are connected to the output of the frequency regulator in series, while the current collector is placed inside the case drum.