UA80315C2 - Heat exchange device for fiber formating chamber - Google Patents

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до удосконалень камер волокноутворення, призначених для виробництва скляних 2 волокон. Як відомо, камера волокноутворення містить, щонайменше, одну фільєру з множиною отворів, через які витікає розплавлене скло, утворюючи скловолоконний килим.

Зокрема, даний винахід відноситься до теплообмінного пристрою, виконаного з можливістю встановлення під дном фільєри, при цьому сама фільєра знаходиться всередині камери волокноутворення.

Керування камерою волокноутворення є досить складним процесом, під час якого необхідно контролювати 70 багато фізичних та хімічних параметрів. У зв'язку з цим необхідно зазначити, що температура дна фільєри є одним з найважливіших параметрів для одержання оптимального волокна, оскільки вона впливає на в'язкість скла.

З цієї причини необхідно здійснювати охолоджування фільєри знизу, для зниження температури крапель скловолокна. 19 Крім того, на температуру крапель волокна впливають інші явища, що вимагають встановлення теплообмінних пристроїв під дном фільєри.

Так, в камері волокноутворення рух волокон захоплює за собою повітря, що залишається в килимі, назовні камери, що спричиняє всмоктування повітря ззовні всередину килима під дном фільєри. Необхідно здійснювати подачу свіжого повітря, щоб компенсувати цю нестачу повітря під дном фільєри і забезпечити, таким чином, рівномірний теплообмін з краплями скла і дном фільєри, що дозволяє також поліпшити однорідність титру.

Перше сімейство відомих теплообмінних пристроїв, що дозволяють впливати на температуру дна фільєри, але що не забезпечують функцію живлення повітрям, містить лопатки, утворюючі гребінки. Кожну з лопаток виконують з бруска, виконаного з матеріалу, який відрізняється високими коефіцієнтами теплообміну (зокрема, на рівні теплопровідності), при цьому один з вільних кінців бруска з'єднують з колектором, який жорстко с уєднаний з камерою волокноутворення на рівні нижньої частини дна фільєри і містить контур рідкого Ге) енергоносія, дозволяючи, таким чином, видаляти калорії, витягнуті за рахунок теплопровідності, при цьому скловолокно проходить між вільними проміжками гребінки.

Незважаючи на те, що пристрої цього першого сімейства відповідають вимогам охолоджування знизу дна фільєри, вони не можуть застосовуватися на фільєрах з підвищеною витяжкою. Проблеми, пов'язані з о геометричною формою камер волокноутворення (розміри зони камери, призначеної для установки фільєри, «- зафіксовані конструктивно), утруднюють встановлення цих пристроїв на фільєрах, які містять велику кількість отворів (декілька тисяч), причому ця проблема стає ще більш гострою, коли йдеться про подачу додаткового о повітря, що є умовою, необхідною для фільєр з підвищеною витяжкою. Га»)

Крім цього, відоме друге сімейство теплообмінних пристроїв, які одночасно забезпечують функцію 3о охолоджування краплі скла і функцію подачі повітря. Йдеться про дуттьові лопатки. Ці лопатки також со розташовані у вигляді гребінки і знаходяться під дном фільєри, при цьому скляні нитки проходять через вільні простори між рядами лопаток.

Охолоджуючі лопатки відомі з патентів ОБ 3150946 та 5 3345147. Згідно з цими документами лопатки « виконують з металевої сітки, яку згинають, утворюючи трубчасті лопатки. Однак при згинанні деякі комірки З 50 деформуються. Тому вони мають різні розміри, тому потік при роздуванні стає неоднорідним. с З патенту 5 5693118 відомий пристрій на основі всмоктуючих лопаток, що дозволяє підвищити конвекційний

Із» теплообмін під дном фільєри. Всмоктування повітря лопатками створює однорідний потік під фільєрою і поліпшує стабільність волокноутворення. З іншого боку, всмоктування повітря лопатками сприяє осадженню летких речовин (пилу) на поверхні лопаток, проникненню пилу і водяних крапель в килим, що є відомим фактором нестабільності килима. бо Патенти 5 4214884 та 05 4310602 стосуються лопаток, що виконуються з тонкої пластини масивного ав | нікелю. За допомогою фотохімічного або електролітичного способу одержують отвори ідентичних і точних розмірів. о Незважаючи на всю ретельність виготовлення цих отворів, їх щільність є недостатньою для аеролітичного -к 70 протікання оптимальних умов (однорідність), які гарантують стабільність скловолоконного килима.

Задачею даного винаходу є усунення цих недоліків за допомогою теплообмінного пристрою, призначеного сл для встановлення під дном фільєри, зокрема, фільєри з підвищеною витяжкою, при цьому теплообмінний пристрій виконаний з можливістю забезпечення оптимальних умов волокноутворення для одержання скловолоконного килима, що проходить через згадану фільєру. 29 У зв'язку з цим об'єктом даного винаходу є теплообмінний пристрій, який містить, щонайменше, одну

ГФ) лопатку, обладнану засобами продування текучого середовища, який відрізняється тим, що ці засоби продування є однаковими і утворені, щонайменше, однією з стінок згаданої лопатки, при цьому згадана стінка є о стінкою з відкритою пористістю.

За рахунок такої конструкції можна забезпечити оптимальне охолоджування краплі скла, яка виходить з дна 60 фільєри, за допомогою конвекційного руху, що створюється продуванням текучого середовища.

У переважних варіантах виконання даного винаходу можна також використати одне і/або інше з наступних положень: - відкрита пористість стінки знаходиться в межах від 5 до 3095, переважно від 10 до 2595 і ще більш переважно - від 15 до 20; бо - лопатка має в основному форму паралелепіпеда і поперечний трубчастий переріз, що має проникність,

виміряну при тиску нижче 0,5 бар і при 02С, яка знаходиться в діапазоні від З0О0 до 1500Нм З/год/м2, зокрема, в діапазоні від 300 до 800НмУ/год/м? і переважно - в діапазоні від 500 до б00НмУ/год/м2; - поле швидкостей текучого енергоносія симетричне по обидві сторони стінки з відкритою пористістю; - щонайменше, одну з стінок теплообмінного пристрою виконують шляхом сплавлення металевого порошку; - металевий порошок одержують на основі суміші порошку нержавіючого матеріалу, латуні, нікелю, що має гранулометричний розмір, менший 10Омкм і, який переважно знаходиться в межах від 10 до в8Омкм; - пористість лопатки на основі металевого порошку становить приблизно 1790; - щонайменше, одну з стінок теплообмінного пристрою виконують нашаруванням металевої сітки; 70 - нашарування виконують із 3-18, зокрема, з 3-6 шарів металевої сітки; - текуче середовище є повітрям під тиском в межах від 0,1 до 6 бар, переважно від 0,2 до 4 бар; - текуче продувальне середовище одержують внаслідок випаровування первинної рідини всередині лопатки; - теплообмінний пристрій обладнаний додатковим контуром охолоджування. Інші відмітні ознаки та переваги даного винаходу будуть більш очевидні з нижченаведеного опису одного з варіантів виконання, представленого 75 як не обмежувальний приклад, з посиланнями на прикладені фігури креслень, в числі яких:

Фіг.1 зображає вигляд в перспективі теплообмінного пристрою відповідно до даного винаходу.

Фіг.2 - криву зміни витяжки фільєри залежно від підвищення заданої температури фільєри для різних значень витрати охолоджуючого повітря, що проходить через лопатку.

Фіг.3 - криву зміни теплової потужності, яка може бути видалена через дуттьову лопатку, залежно від витрати продувального текучого середовища і залежно від різниці температури між точкою лопатки і повітрям, що нагнітається.

Фіг.4 та 5 представляють фотографії, що ілюструють зміну форми краплі для різних значень температури і витрати продувального текучого середовища при двох різних положеннях краплі на лопатці.

На Фіг.1 показаний теплообмінний пристрій 1 відповідно до даного винаходу. Він містить множину лопаток2 С (для кращого розуміння креслення показані тільки дві лопатки) і колектор 3. В цьому частинному варіанті о виконання кожну з лопаток, на рівні одного з її вільних кінців, жорстко з'єднують відомими способами (зварюванням, паянням, склеюванням) з однією з стінок колектора з можливістю утворення гребінки. Зрозуміло, що такий теплообмінний пристрій може мати конфігурацію, яка відрізняється від форми гребінки, і мова може йти про раму або частину рами, що містить згадані лопатки. Ів)

Такий теплообмінний пристрій призначений для встановлення безпосередньо під дном фільєри в камері волокноутворення. Крок між лопатками по суті відповідає проміжкам між волокноутворюючими рампами, -- виконаними в дні фільєри, таким чином, щоб нитки скляного розплаву проходили по суті в площині, копланарнійі «9 рівновіддаленій по відношенню до двох лопаток, що знаходиться поруч одна з одною.

Кожна лопатка має по суті форму паралелепіпеда з поперечним трубчастим перерізом і містить попарно о паралельні малі і великі стінки 4, 5, при цьому великі стінки повинні бути повернені у бік волокон. У о прикладі, показаному на Фіг.1, лопатка має поперечний прямокутний переріз, і внутрішній канал 6, обмежений стінками 4, 5 лопатки, забезпечує проходження продувального текучого середовища під тиском (зокрема, повітря або азоту). Це текуче середовище переважно обробляють для видалення будь-яких частинок, які можуть « закупорити пори лопатки (видалення з повітря масла, пилу). Продувальне текуче середовище можна також одержати внаслідок випаровування рідини (води, спирту, етиленгліколю, ацетону, причому це середовище - с можна використати в чистому вигляді або в суміші), причому випаровування відбувається всередині лопатки: а такий тип продувального середовища відрізняється тим, що дозволяє використати приховану теплоту ,» пароутворення текучого середовища. Кожний з каналів кожної з лопаток з'єднують з колектором під час виконання гребінки, при цьому сама гребінка на рівні колектора обладнана пристроєм сполучення з продувальним текучим середовищем, що розподіляється на рівні камери волокноутворення. (ее) Згідно з першим варіантом здійснення даного винаходу лопатку одержують шляхом сплавлення металевого о порошку, зокрема, суміші порошку нержавіючого матеріалу, латуні, нікелю з гранулометричним розміром менше 10Омкм, і який переважно знаходиться в межах від 10 до 8Омкм. (95) Необхідна при цьому типі порошку пористість знаходиться в межах від 5 до 3095, переважно від 10 до 2595, у 20 ще більш переважно - від 15 до 2095 і по суті близька до 17905.

Товщина трубчастих стінок лопатки по суті приблизно дорівнює 1мм. сл По обидві сторони кожної з великих сторін лопатки виміряли повітропроникність при тиску нижче 0,5 бар і при 0е2С, яка знаходиться в діапазоні від З00 до 1500Нм З/год/м2, зокрема, в діапазоні від З00 до 800НмУ/год/м2 і переважно в діапазоні від 500 до бооНм/год/м2, що дає швидкість протікання в межах від 0,08 до 0,2м/с для 252 першого інтервалу значення проникності. Робочий тиск лопатки і, отже, гребінки, яка включає в себе,

ГФ) щонайменше, одну з цих лопаток, становить від 0,1 до 6 бар, переважно від 0,2 до 4 бар.

Згідно з другим варіантом виконання лопатку одержують нашаруванням металевої сітки, щонайменше, з 3-18 де шарів, зокрема, щонайменше, з 3-6 шарів сітки, з'єднаних пресуванням або сплавленням. Розмір комірки сітки по суті знаходиться в межах від 1 до ЗОмкм. 6о Пористість, яку одержують при такому нашаруванні металевої сітки, знаходиться в межах від 5 до ЗО9б, переважно від 10 до 25595 і ще більш переважно - від 15 до 2095.

Точно так само на кожній з великих сторін цих лопаток виміряли повітропроникність при тиску нижче 0,5 бар і при 0гС, яка знаходиться в діапазоні від З0О0 до 1500Нм З/год/м2, зокрема, в діапазоні від З00 до 800Нм3/год/м2 і переважно в діапазоні від 500 до бО0оНмУгод/м, що забезпечує швидкість протікання від 0,08 до 0,2м/с (для бо першого діапазону значень проникності). Робочий тиск лопатки і, отже, гребінки, яка включає в себе,

щонайменше, одну з цих лопаток, становить від 0,1 до 6 бар і переважно від 0,2 до 4 бар.

На основі такої конструкції стало можливим визначити деяку кількість характеристик протікання продувального текучого середовища через кожну сторону великих стінок лопатки.

На Фіг.2 показана зміна витяжки фільєри залежно від підвищення заданої температури дна фільєри для різних значень витрати продувального текучого середовища, що проходить Через стінку лопатки. Дані, що відносяться до фільєри, проілюстрованої на Фіг.2 і на подальших фігурах, представлені як приклад, при цьому фільєра, що розглядається, є лабораторною фільєрою, що живиться склобоєм міцного лужного скла.

Витяжка фільєри поступово зростає у міру підвищення заданої температури фільєри. При граничній 7/0 температурі, яку може витримати фільєра (14752), і при коректуванні натиску продування максимальна витяжка фільєри доходить до 47 4кг/день. Вона на 2195 перевищує максимальну витяжку, що одержується за допомогою класичних лопаток (39, Ткг/день). Таким чином, виграш у витяжці за допомогою дуттьових лопаток є істотним.

Необхідно зазначити, що ця максимальна витяжка швидше обмежена максимальною заданою температурою фільєри (14752С), яка є температурою плавлення сплаву, з якого виготовлена фільєра.

Підвищення витяжки фільєри залежить не тільки від температури продувального текучого середовища, що бере участь в конвекційному охолоджуванні лопаток. Коли продувальне текуче середовище проходить Через пористі стінки лопаток, свіже продувальне середовище (що входить в лопатки при температурі 2022) ефективно охолоджує лопатки і може підтримувати відносно низьку температуру лопаток залежно від натиску продування. У той же час ця низька температура дуттьових лопаток дозволяє підвищити відносний теплообмін між краплями та дуттьовими лопатками. Щоб уявити собі охолоджуючу здатність дуттьових лопаток, нафіг.З показана теплова потужність, яка може бути видалена дуттьовою лопаткою залежно від витрати продувального текучого середовища, відповідно при температурі повітря навколо крапель в 1002, 2002 та 30020. З фігури видно, що, якщо витрата продувального текучого середовища (в цьому випадку повітря), що продувається лопаткою, дорівнює 5м3/ч, то вона може видаляти 120 ват при 1002, 280 ват при 2002 та 45О0ват при 3002С. Ці дані ЄМ 29 можна порівняти з охолоджуючою здатністю лопатки, відомою з попереднього рівня техніки, причому ця о охолоджуюча здатність обмежена сотнею ват.

Незважаючи на те, що підвищення витяжки фільєри є однією з головних задач, що вирішуються користувачами, необхідно також мати на увазі, що це підвищення не повинне відбуватися за рахунок стабільності фільєри і в основному за рахунок стабільності крапель, що утворюються під дном фільєри. Однак о стабільність крапель залежить від їх температури, а сама ця температура залежить від витрати продувального «- текучого середовища і його рівномірності.

Як показано на Фіг.4 та 5, коли задана температура підвищується, крапля, показана на Фіг.4, стає все і) гарячішою. Поступово вона збільшується в об'ємі і стає більш прямою. У разі краплі, показаної на Фіг.5, о продування через лопатки відбувається більш плавно, і крапля має великі розміри. Коли задана температура

Зо підвищується, крапля збільшується і починає виходити за краї сопла. Починаючи від 1465 2С, необхідно со збільшити витрату повітря, щоб стабілізувати волокноутворення. При цьому спостерігається дуже цікаве явище: крапля є дуже стабільною, і практично більше не спостерігається пульсації краплі, як це відбувалося при використанні лопаток з попереднього рівня техніки. Можна здійснювати стабільне волокноутворення, навіть коли « крапля переливається навколо сопла. Коли крапля нагрівається до дуже високої температури, поновлюється пульсація, і незначне посилення продування дозволяє відразу ж усунути цю нестабільність. Крім того, під час не) с випробувань було зазначено, що можна дуже легко і плавно змінювати форму крапель шляхом регулювання з» натиску продування через лопатки. Це дає можливість кращого регулювання титру волокна.

Існує можливість передбачити й інші варіанти виконання, не показані на фігурах, особливо стосовно форм, перерізів, розмірів лопаток. Точно так само у варіанті виконання теплообмінного пристрою, не показаного на фігурах, можна вбудувати на рівні колектора охолоджуючий контур, який за рахунок циркуляції рідкого со енергоносія (наприклад, води) дозволяє додатково видаляти калорії. о Описаний вище винахід має ряд переваг.

Він дозволяє збільшити охолоджування скляної краплі і дна фільєри за допомогою продування через о лопатки. Це дозволяє розширити температурний діапазон волокноутворення. Волокноутворення стає менш - 20 критичним і більш стабільним.

Даний винахід дозволяє уникнути осадження леткої речовини на поверхнях лопаток при продуванні. Лопатки сл дозволяють підвищити ефективність і економічність волокноутворення. При виробництві волокон можна в основному або повністю відмовитися від періодичного очищення лопаток, що підвищує продуктивність.

Даний винахід також дозволяє виконувати лопатки з регульованим рівнем теплопоглинання і забезпечує 29 оптимальне теплопоглинання за всіх умов роботи.

Ф! Він дає додаткову можливість для точного коректування титру ниток за допомогою регулювання тиску продування. о За допомогою свіжого повітря, що нагнітається через лопатки, дозволяє негайно компенсувати повітря, яке відсмоктується із зони волокноутворення при витягуванні волокон, що дозволяє скоротити або усунути 60 попадання повітря ззовні всередину волоконного килима в цій чутливій зоні. Таким чином, на волокноутворення не впливають завихрюючі або перехідні ефекти потоку повітря ззовні волоконного килима (наприклад, піднімання пилу). Аеролітичні умови в зоні волокноутворення стають більш стабільними і більш контрольованими.

Таким чином, за допомогою лопаток з рівномірним і однорідним продуванням можна здійснювати бо волокноутворення при більш високій температурі і можна зменшити натягнення волокноутворення при збереженні стабільності фільєри.

Claims (11)

Формула винаходу

1. Теплообмінний пристрій (1), який містить щонайменше одну лопатку (2), яка має в основному форму паралелепіпеда і має засоби продування текучого середовища, при цьому засоби продування виконані однаковими і утворені стінками (4, 5) лопатки (2), причому стінки (4, 5) мають відкриту пористість, при цьому 70 відкрита пористість стінки (4, 5) знаходиться в межах від 5 до 30 95, переважно від 10 до 25 95 і ще більш переважно - від 15 до 20 95, а лопатка має проникність, виміряну при тиску повітря 0,5 бар і при 0 2С, яка знаходиться в діапазоні від 300 до 1500 Нм У/год/м7, зокрема в діапазоні від З00 до 800 НмУгод/м.

2. Теплообмінний пристрій (1) за п. 1, який відрізняється тим, що проникність, виміряна при тиску повітря нижче 0,5 бар і при 02С, знаходиться в діапазоні від 500 до 600 Нм/год/м.,

З. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що поле швидкостей продувального текучого середовища є симетричним по обидві сторони від стінки з відкритою пористістю.

4. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1 - З, який відрізняється тим, що стінки (4, 5) теплообмінного пристрою виконані із спеченого металевого порошку.

5. Теплообмінний пристрій (1) за п. 4, який відрізняється тим, що металевий порошок одержаний на основі суміші порошку нержавіючого матеріалу, латуні, нікелю, що має гранулометричний розмір менше 100 мкм, який переважно знаходиться в межах від 10 до 80 мкм.

6. Теплообмінний пристрій (1) за п. 5, який відрізняється тим, що відкрита пористість складає приблизно 17 до.

7. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що стінки теплообмінного С пристрою виконані нашаруванням металевої сітки. о

8. Теплообмінний пристрій (1) за п. 7, який відрізняється тим, що нашарування виконують із 3-18 шарів, переважно з 3-6 шарів металевої сітки.

9. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що текуче середовище є повітрям під тиском від 0,1 до 6 бар, переважно від 0,2 до 4 бар. ІС о)

10. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що текуче середовище для - продування одержане за допомогою випаровування всередині лопатки (2) текучого середовища, що знаходиться спочатку у вигляді рідини. со

11. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що обладнаний додатковим о контуром охолодження. г) -

с . и? (ее) («в) (95) - 50 сл Ф) іме) 60 б5