SU1673547A1

SU1673547A1 - Staple fibre manufacturing apparatus

Info

Publication number: SU1673547A1
Application number: SU894774601A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Данилович Джигирис; Петр Платонович Козловский; Александр Иванович Рудской; Валентина Степановна Кравецкая; Светлана Григорьевна Крепиневич
Original assignee: Научно-исследовательская лаборатория базальтовых волокон Института проблем материаловедения АН УССР
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1991-08-30

Abstract

Изобретение относитс к области производства волокон из минерального расплава, в частности к устройствам эжекционного типа дл получени штапельных волокон способом раздува струи расплава энергоносителем, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в химической, энергетической промышленности и других отрасл х народного хоз йства. Цель изобретени - повышение качества волокна и производительности. В устройстве, содержащем корпус 1 с центрально расположенным соплом 2 дл ввода струи расплава и боковыми каналами дл подвода энергоносител , два кольцевых рабочих сопла дл раздува струи расплава, автономно соединенных с полост ми подвода энергоносител , и камеру раздува, сопло 3 дл первичного раздува выполнено в продольном сечении в форме сопла Лавал и ориентировано к оси устройства под углом 11 - 13°, сопло 6 дл вторичного раздува выполнено в сечении в форме параллелограмма, образует с осью устройства угол 15 - 17° и установлено с возможностью регулировани щели раздува, а камера 5 раздува выполнена в верхней части цилиндрической, в нижней диффузорной с углом раскрыти 15 - 17°, при этом соотношение их длин 1:1 - 1:2. 1 ил.The invention relates to the field of producing fibers from a mineral melt, in particular, to ejection type devices for producing staple fibers by means of blowing a jet of melt by an energy carrier, and can be used in the building materials industry, in the chemical, energy industry and other national industries. The purpose of the invention is to improve fiber quality and productivity. In a device comprising a housing 1 with a centrally located nozzle 2 for introducing a melt jet and side channels for supplying energy carrier, two annular working nozzles for blowing a jet of melt autonomously connected to an energy carrier supply cavity, and a blowing chamber 3 for the primary blowing a longitudinal section in the form of a Laval nozzle and is oriented to the axis of the device at an angle of 11-13 °; the nozzle 6 for the secondary inflation is made in the section in the form of a parallelogram, forms an angle of 15-17 ° with the device axis and is installed with Stu gap adjusting blowing and blowing chamber 5 is formed in an upper portion of a cylinder, the bottom of the diffuser with the angle-opening 15 - 17 °, the ratio of their lengths 1: 1 - 1: 2. 1 il.

Description

Изобретение относитс к производству волокон из минеральных расплавов, в частности к устройствам эжекционного типа дл получени штапельных волокон способом раздува струи расплава энергоносителем, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, химической, энергетической промышленности и других отрасл х народного хоз йства.The invention relates to the production of fibers from mineral melts, in particular to ejection type devices for producing staple fibers by means of blowing a jet of melt by an energy carrier, and can be used in the building materials industry, the chemical, energy industries and other sectors of the national economy.

Цель изобретени - повышение качества волокна и производительностиThe purpose of the invention is to improve the quality of fiber and performance

На чертеже представлено устройство, продольный разрез.The drawing shows the device, a longitudinal section.

Устройство содержит корпус 1 с центрально расположенным приемным сопломThe device includes a housing 1 with a centrally located receiving nozzle

2дл подачи струи расплва, коаксиальное ему кольцевое сопло 3 подачи энергоносител дл первичного раздува расплава, сое- диненное с полостью 4 подвода энергоносител , камеру 5 раздува, кольцевое сопло 6 подачи энергоносител дл вторичного раздува расплаву, соединенное с полостью подвода энергоносител 7. Сопло2dl spray jet, coaxial to him annular nozzle 3 feed energy carrier for primary melt blown, connected to the energy supply supply cavity 4, blow chamber 5, energy carrier feed secondary blow nozzle 6, connected to the energy feed supply cavity 7. Copper

3выполнено в продольном сечении в форме сопла Лавал и ориентировано к оси устройства под углом 11-13°. Сопло 6, выполненное в сечении в форме параллелограмма, расположено между корпусом на выходе из него и диффузорной частью камеры 5 раздува и образует с осью устройства угол 15- 17°. Кроме того, рабочее сопло 6 установлено с возможностью регулировани щели раздува. Камера раздува, выполненна на 1 /2-1 /3 длины цилиндрической и на 1 /2-2/3 длины диффузорной с углом раскрыти 15-17°, расположена соосно с корпусом и приемным соплом дл ввода расплава.3 is made in a longitudinal section in the form of a Lawal nozzle and is oriented to the device axis at an angle of 11-13 °. The nozzle 6, made in the parallelogram-shaped section, is located between the body at the exit from it and the diffuser part of the inflation chamber 5 and forms an angle of 15-17 ° with the device axis. In addition, the working nozzle 6 is installed with the possibility of adjusting the inflation gap. The blowing chamber, made 1 / 2-1 / 3 of cylindrical length and 1 / 2-2 / 3 of diffuser length with an opening angle of 15-17 °, is located coaxially with the body and the receiving nozzle for melt injection.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Энергоноситель (например, сжатый воздух) поступает под высоким давлением через полость 4 в кольцевое сопло 3, где ускор етс и с большой скоростью выдуваетс в камеру раздува расплава В камере 5The energy carrier (for example, compressed air) enters under high pressure through cavity 4 into annular nozzle 3, where it is accelerated and blown out at high speed into the meltblow chamber. B

создаетс разрежение и под действием эжекционной силы через сопло 2 засасываетс стру расплава. Под воздействием высокоскоростного потока энергоносител a vacuum is created and a melt stream is sucked through the nozzle 2 through the action of an ejection force. Under the influence of high-speed energy flow

происходит дробление струи на элементарные струйки и капли и первичное выт гивание волокон. Затем смешанный поток (газ + воздух + капли расплава + волокно) из цилиндрической части камеры раздува поступает в диффузорную часть камеры, где кедоформированные частицы расплава, собравшиес в осевой зоне потока, выход т на периферию за счет замедлени скорости их движени и попадают в зону действи высокоскоростного потока энергоносител , поступающего из сопла 6. Вторичный раздув расплава завершает процесс формировани волокон и смешивает суммарный поток на выходе из камеры раздува.splitting of the jet into elementary streams and drops and the primary stretching of the fibers. Then, the mixed flow (gas + air + melt drops + fiber) from the cylindrical part of the blowing chamber enters the diffuser part of the chamber, where the molten melt particles collected in the axial flow zone go to the periphery due to slowing down their speed and enter the zone of action a high-speed flow of energy carrier coming from the nozzle 6. A secondary melt blown completes the fiber formation process and mixes the total flow at the outlet of the blow chamber.

Выполнение кольцевого сопла 3 подачи энергоносител дл первичного раздува расплава в форме сопла Лавал , ориентированного к оси устройства под углом 11-13°, позвол ет создать мощный устойчивыйThe implementation of the annular nozzle 3 of the supply of energy for the primary blowing of the melt in the form of a Laval nozzle oriented to the axis of the device at an angle of 11-13 °, allows you to create a powerful stable

аэродинамический поток энергоносител в верхней части камеры раздува, в результате чего образуетс сильный эжекционный эффект в зоне приемного сопла и улучшаютс аэродинамические услови дроблени the aerodynamic flow of energy carrier in the upper part of the inflation chamber, resulting in a strong ejection effect in the receiving nozzle area and the aerodynamic crushing conditions are improved

струи расплава и выт гивани волокон. Таким образом, происходит плавное формиро- вание волокна, а именно плавность процесса обеспечивает получение тонкого и длинного волокна.jets of melt and fiber drawing. Thus, a smooth fiber formation occurs, namely, the smoothness of the process ensures the production of thin and long fibers.

Выбор угла наклона сопла 3 к оси устройства вызван необходимостью создани оптимальных условий дл захвата и раздува струи расплава. Увеличение угла наклона сопла более 13° приводит к снижению эжекционной возможности камеры раздува расплава из-за запирани проточной части устройства, а также к уменьшению зоны дроблени струи. Это приводит к потере производительности и образованию некондиционной продукции, в которой каплевидных включений больше чем волокон. Диаметр волокон при этом уменьшаетс . Уменьшение угла наклона сопла к оси устройства менее 11° приводит к ухудшению расчленени струи расплава и увеличению выт гивающего воздействи на волокна. В результате этого волокно получаетс более длинным и содержит мало волокнистых включений, но зато имеет больший диаметр. The choice of the angle of inclination of the nozzle 3 to the axis of the device is caused by the need to create optimal conditions for capturing and blowing up the melt jet. Increasing the angle of inclination of the nozzle more than 13 ° leads to a decrease in the ejection capacity of the melt-blowing chamber due to the blockage of the flow-through part of the device, as well as to a decrease in the jet fragmentation zone. This leads to loss of productivity and the formation of substandard products, in which drop-shaped inclusions are larger than fibers. The diameter of the fibers decreases. A decrease in the angle of inclination of the nozzle to the axis of the device of less than 11 ° leads to a deterioration in the splitting of the melt jet and an increase in the pulling effect on the fibers. As a result, the fiber is longer and contains fewer fibrous inclusions, but it has a larger diameter.

Ориентирование кольцевого сопла б к оси устройства под углом 15-17° вызвано тем, что это сопло призвано повысить зжек- ционную возможность устройства, завершить раздув микроструек и капель расплава и выт гивание волокон из них. улучшить перемешивание потока на выходе из устройства . С увеличением утла наклона сопла более 17° поток энергоносител , выход щий из сопла, противодействует основному потоку, сфор- мированному в камере раздува, снижа его энергию на выходе из камеры. Это приводит к образованию волокон большего диаметра. Уменьшение угла наклона менее 15° приводит к тому, что частицы расплава, которые расположены в осевой зоне камеры раздува , не перерабатываютс в волокна, те. пол- ученное волокно содержит большое количество неволокнистых включений.Orientation of the annular nozzle b to the axis of the device at an angle of 15-17 ° is due to the fact that this nozzle is intended to increase the fixture's possibility of the device, to complete blowing out microstructures and melt drops and drawing fibers from them. improve the mixing flow at the outlet of the device. With an increase in the angle of inclination of the nozzle by more than 17 °, the energy carrier flow exiting the nozzle counteracts the main flow formed in the inflation chamber, reducing its energy at the outlet from the chamber. This leads to the formation of fibers of larger diameter. A decrease in the inclination angle of less than 15 ° causes the melt particles, which are located in the axial zone of the inflation chamber, not to be processed into fibers, those. The resulting fiber contains a large number of non-fibrous inclusions.

Необходимость регулировани щели раздува сопла 6 св зана с увеличением или уменьшением струи расплава, поступающей в устройство. Регулирование величины щели осуществл етс путем резьбового соединени камеры раздува с корпусом уст- ройства.The need to adjust the slit of the blowing nozzle 6 is associated with an increase or decrease in the melt jet entering the device. The adjustment of the slit size is carried out by threaded connection of the inflation chamber with the device body.

Выполнение камеры раздува в форме цилиндра в верхней части и в форме диффузора в нижней при соотношении их длин 1:1-1:2 положительно вли ет на процесс формировани волокон, так как способствует максимальному использованию энергии энергоносител , создава оптимальные услови дл получени тонкого волокна длин- новолокнистой структуры с низким содержанием неволокнистых включений. Объ сн етс это следующим. Кольцевое сопло 3, выполненное в продольном сечении в форме сопла Лавал , позвол ет получать высокоскоростной поток энергоносител с максимальной скоростью на оси потока и с минимальной на периферии. В результате этого происходит более качественное дробление струи расплава на микроструйки и выт гивание из них волокон. Та как зона первичного дроблени и выт гивани находитс в цилиндрической части камеры раздува , то процесс протекает стабильно, отсутствуют потери энергии, энергоносител и при этом волокна формируютс на пе- риферии камеры, а в осевой зонеMaking the cylinder-shaped inflation chamber in the upper part and in the form of a diffuser in the lower part, with a ratio of their lengths of 1: 1-1: 2, has a positive effect on the fiber formation process, since it contributes to the maximum use of energy of the energy carrier, creating optimal conditions for obtaining fine fiber lengths - new fibrous structure with a low content of non-fibrous inclusions. This is explained as follows. An annular nozzle 3, made in a longitudinal section in the form of a Laval nozzle, allows to obtain a high-speed flow of energy carrier with a maximum speed on the flow axis and with a minimum at the periphery. As a result, better melt jet splitting into microjetts and fibers are drawn from them. Since the zone of primary crushing and extrusion is located in the cylindrical part of the inflation chamber, the process proceeds stably, there are no energy losses, energy carriers and, in this case, fibers are formed on the periphery of the chamber, and in the axial zone

собираютс недрформирор нмыг капли расплава.the mineral mold drops are melted.

Поступа в диффузорную часть камеры раздува, рабочий поток тер ет частично кинетическую энергию, капли распплпа с оси камеры перемещаютс на ее периферию и попадают на выходе из камеры под воздействие высокоскоростною потока энергоносител вторичного раздува. При этом длина диффузорной части камеры должна быть или равна,или не более чем вдвое больше длины цилиндрической ее части, что позвол ет обеспечить оптимальное врем смешени рабочего потока и формировани волокон. Процесс протекает более плавно, что вл етс необходимым условием получени более длинных и тонких встокон с пониженным содержанием неволокнистых включений.When entering the diffuser part of the chamber of the bulge, the working flow loses partially kinetic energy, the rasplp drops from the chamber axis move to its periphery and fall at the outlet of the chamber under the impact of the high-velocity flow of the secondary bulge energy carrier. At the same time, the length of the diffuser part of the chamber must be either equal to or no more than twice the length of its cylindrical part, which allows for an optimal time for mixing the working stream and the formation of fibers. The process proceeds more smoothly, which is a prerequisite for obtaining longer and thinner stockings with a reduced content of non-fibrous inclusions.

При соотношении длин цилиндрической и диффузорной частей камеры раздува менее чем 1:1 затрудн етс конструктивное выполнение устройства. При соотношении их длин более чем 1:2 увеличиваетс длина зоны волокнообразовани , происходит остывание струек и частиц расплава и, следовательно , нарушаетс процесс волокнообразовани . When the ratio of the lengths of the cylindrical and diffuser parts of the chamber of the bulge is less than 1: 1, the structural construction of the device is hampered. When the ratio of their lengths is more than 1: 2, the length of the fiber formation zone increases, the cooling of the streams and melt particles takes place and, consequently, the fiber formation process is disturbed.

Выбор угла раскрыти диффузорной части камеры 15-17° выбран из услови оптимального использовани энергии энергоносител при переработке расплава в волокно. Уменьшение угла раскрыти приводит к росту потерь энергии энергоносител первичного раздува на трение его со стенками диффузорной части камеры, раздува , а следовательно, к уменьшению ее скорости на периферии, что приводит к росту диаметра волокна. Увеличение угла приводит к потере плавности рабочего потока, в котором наблюдаетс завихрение потока, скачкообразное изменение давлени , на которое тер етс часть кинетической энергии, что приводит к увеличению содержани неволокнистых включений.The choice of the angle to open the diffuser part of the chamber 15-17 ° was chosen from the condition of the optimal use of the energy of the energy carrier during melt processing into fiber. A decrease in the opening angle leads to an increase in the energy loss of the primary energy carrier for its friction with the walls of the diffuser part of the chamber, and, consequently, to a decrease in its velocity at the periphery, which leads to an increase in the fiber diameter. An increase in the angle leads to a loss of smoothness in the working stream, in which a flow turbulence is observed, an abrupt change in pressure by which part of the kinetic energy is lost, which leads to an increase in the content of non-fibrous inclusions.

Расположение рабочих сопл на входе и выходе камеры раздува расплава позвол ет увеличить силу воздействи энергоносител на струю расплава и. следовательно, улучшить качество процесса волокнообразовани .The arrangement of the working nozzles at the inlet and outlet of the meltblow chamber allows an increase in the force exerted by the energy carrier on the melt jet and. therefore, improve the quality of the fiber formation process.

Автономна подача энергоносител к рабочим соплам позвол ет регулировать процесс формировани волокон.The autonomous supply of energy to the working nozzles allows the fiber formation process to be regulated.

Совокупность указанных признаков позвол ет получить волокнистый материал с диаметром элементарных волокон 2-5 мкм, с содержанием неволокнистых включений 2-4% при производительности установки 800-900 кг/сут с одной фильеры.The combination of these features allows to obtain a fibrous material with a diameter of elementary fibers of 2-5 microns, with a content of non-fibrous inclusions of 2-4% with an installation capacity of 800-900 kg / day from a single spinneret.

Двухступенчатый раздув расплава с использованием устройства предлагаемой конструкции обеспечивает получение вы- оскоэффективного теплоизол ционного материала , соответствующего возросшим требовани м энергетики, строительства, химической промышленности и других отраслей народного хоз йства.A two-stage melt blown using the device of the proposed construction provides for obtaining highly efficient thermal insulation material that meets the increased requirements of energy, construction, the chemical industry and other branches of the national economy.

Claims

Claims An apparatus for producing staple fiber, comprising a body with a centrally located opening for introducing a jet of melt and side channels for supplying energy carrier, two working annular nozzles for inflating a melt, autonomously

connected to the cavity of the supply of energy, and the melt blown chamber, which is so that, in order to improve fiber quality and productivity, the primary blown nozzle is made in the form of a Laval nozzle and is oriented to the device axis at an angle - 11-13 °, and a nozzle for the secondary blowing of the melt in a parallelogram-shaped section

forms an angle of 15-17 ° with the axis of the device and is installed with the possibility of adjusting the inflation slit, while the chamber of the inflation is made in the upper part of the cylindrical, in the lower diffuser with an angle of 15-17 °, and the ratio of their lengths is 1: 1-1: 2.