способ нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри линейными источниками инфракрасного излучения ограниченной длины

Формула изобретения

Способ нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри линейными источниками инфракрасного излучения ограниченной длины, в котором излучатели и отражатели располагают на неподвижной полой оси внутри барабана вдоль его образующей с зазором относительно его внутренней поверхности, выполненной черной, размещая их в фокусе каждый своего вогнутого отражателя, направляя на нее отраженный поток излучения и соединяя излучатели с источником электрической энергии через регулятор напряжения, отличающийся тем, что на оси устанавливают шесть излучателей, направляя их излучение равномерно на всю внутреннюю цилиндрическую поверхность барабана, совмещая центр их масс с геометрической осью барабана и располагая их в форме шестилучевой звезды с одинаковым угловым расстоянием друг от друга, а полую ось выполняют в виде сплошного объемного тонкостенного отражателя с поперечным сечением в форме шестилучевой звезды с вогнутыми к оси барабана участками между лучами и, устанавливая излучатели коаксиально фокальным осям вогнутых участков отражателя, присоединяя излучатели к ним разъемным соединением, при этом каждой парой излучатели параллельно подключают электрически к одной из фаз трехфазной электрической сети с общим нулевым проводом через трехфазный регулятор напряжения, а провода электропроводки к излучателям прокладывают с торцев отражателя, кроме того, крышки на торцах барабана выполняют в форме идентичных шестилучевых звезд, концы лучей которых разъемным или неразъемным соединениями присоединяют к его кромкам в точках, совпадающих с лучами отражателя, кроме того, фазные провода подводят к излучателям с одной их стороны, а нулевой провод(провода) - с противоположной.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к текстильной технике и технологии, в частности к шлихтовальным машинам ткацкого производства при подготовке ткацкого навоя к ткачеству, а также в других аналогичных производствах.

1. Уровень техники

Известны способы нагрева сушильных барабанов путем непрерывной подачи в их внутреннюю полость перегретого пара с одновременным сливом конденсата [1, 2, 3, 4]. Известны способы нагрева путем подачи в полость барабана продуктов сгорания различных природных газов, в том числе сжигая газовые смеси внутри барабана [5, 6, 7, 8, 9, 10]. Известен способ нагрева барабана встроенным вращающимся трансформатором [11].

Известны способы нагрева барабанов токами высокой частоты [12, 13, 14, 15].

Известен способ контактного электрического нагрева цилиндрической стенки изнутри [16, 17].

Известны способы нагрева барабанов изнутри линейными излучателями инфракрасного излучения ограниченной длины [18, 19, 20, 21].

Недостатки данных способов подробно изложены в прототипе [22].

2. Наиболее близким техническим решением(прототипом) предлагается способ нагрева сушильного барабана изнутри линейными излучателями инфракрасного излучения ограниченной длины [22], в котором на внутреннюю поверхность барабана воздействуют тремя линейными излучателями, размещая их параллельно оси вращения с зазором относительно вращающейся цилиндрической поверхности, снабжая их отражателями и прикрепляя их вместе с отражателями к неподвижной оси так, что в сечении они образуют вершины равнобедренного треугольника с возможностью поворота этого треугольника относительно оси с последующей фиксацией. Излучатели размещают в фокусе отражателей и через регулятор напряжения соединяют с электрической сетью, при этом отраженный поток излучения направляют на внутреннюю поверхность.

Преимущества прототипа по сравнению с аналогами заключаются в большей равномерности нагрева цилиндрической стенки барабана, в расширенных функциональных возможностях, в снижении усилий для поворота неподвижной оси с излучателями и отражателями по сравнению аналогами.

3. Причины, препятствующие получению более высоких технических результатов.

3.1. Невозможность функционирования шлихтовальной машины и осуществления процесса сушки пропитанного шлихтой ткацкого навоя в процессе разогрева барабана до рабочей температуры.

Данный недостаток обусловлен тем, что сушильный барабан разогревается до рабочей температуры 140 град. Цельсия в течение 15 минут в неподвижном состоянии, а три излучателя отражателями нагревают стенку барабана лишь в трех небольших секторах ее окружности. Поскольку барабан не вращается, его цилиндрический корпус (из нержавеющей стали) не прогревается между этими секторами, тогда как в области секторов, наоборот, перегревается. При заправке навоя на 11 барабанов машины перед ее пуском он пригорает и плотно прижаривается к наружной поверхности барабана по дугам секторов. При пуске машины ткацкий навой разрывается между барабанами либо в течение 3-5 минут после пуска навой на выпуске машины содержит периодически повторяющиеся недосушенные и пересушенные участки по всей его ширине. В течение этих 3-5 минут температура вращающегося барабана выравнивается по его окружности. Поэтому при скорости выпуска 100 метров в мин 300-500 метров навоя является неисправимым браком при каждом запуске машины.

Изученный недостаток прототипа является следствием недостаточного числа излучателей с отражателями для равномерного прогрева цилиндра барабана в неподвижном его состоянии перед заправкой машины навоем.

3.2. Значительные усилия необходимые для поворотов неподвижной оси относительно оси барабана.

Данный недостаток обусловлен тем, что в равнобедренном треугольнике, в вершинах которого размещены излучатели с отражателями прототипа, невозможно совместить центр их масс с осью барабана и при ручном повороте оси для настройки регулятора необходимо преодолевать силу тяжести неуравновешенных масс.

3.3. Недостаточная надежность и долговечность системы электропитания излучателей, связанная с непрерывным нагревом неподвижной оси и полых трубок 17 в прототипе как во время его прогрева, так и во время работы. Этот недостаток обусловлен тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность барабана между отражателями, нагреваясь, фокусирует собственное тепловое излучение на неподвижную ось и трубки 17, нагревая эти элементы выше собственной температуры. Это приводит к температурному разрушению изоляции электропроводки внутри полой оси и трубок.

3.4. Высокая трудоемкость сборки, разборки, ремонта нагревателя, замены его электропроводки и излучателей. Этот недостаток обусловлен тем, что прототип содержит очень сложную операцию протаскивания электропроводов через полую ось и полые трубки 17. В случае появления ее дефектов, а также при перегорании по крайней мере хотя бы одного излучателя требуется разборка самого барабана со вскрытием торца. Эта операция требует дополнительно съема барабана с машины.

3.5. Избыточная масса барабана, связанная с необходимостью его заглушения с торцев сплошными плоскими и массивными крышками поз.10 (прототип). Это связано с необходимостью теплоизоляции внутренней полости барабана при малом количестве источников нагрева, отстоящих друг от друга на большом расстоянии по окружности.

4. Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым техническим решением.

В заявляемом как предлагаемое изобретение способе нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри линейными излучателями инфракрасного излучения ограниченной длины излучатели и отражатели располагают на неподвижной полой оси внутри барабана вдоль его образующей с зазором относительно его внутренней поверхности, выполненной черной, размещая их каждый в фокусе своего вогнутого отражателя, направляя на нее отраженный поток излучения и соединяя излучатели с источником электроэнергии через регулятор напряжения с установкой полой оси неподвижно посредством подшипников с размещением в цапфах крышек с торцев барабана.

5. Задачей предлагаемого изобретения является получение следующих технических результатов.

5.1. Обеспечение возможности нормального функционирования шлихтовальной машины при разогреве барабанов при заправке ее ткацким навоем и при пуске машины в работу.

5.2. Полное совмещение центра масс оси, излучателей, отражателей с осью барабана и устранение необходимости поворотов оси.

5.3. Повышение надежности и долговечности нагревателя, его ремонтопригодности, удобство замены излучателей.

5.4. Устранение вероятности терморазрушений изоляции проводов и удобство замены электропроводки.

5.5. Уменьшение массы сушильного барабана.

6. Эти технические результаты в заявляемом способе нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри линейными излучателями инфракрасного излучения ограниченной длины достигаются тем, что на оси устанавливают шесть излучателей, направляя их излучение равномерно на всю внутреннюю цилиндрическую поверхность барабана, совмещая центр их масс с геометрической осью барабана и располагая их в форме шестилучевой звезды с одинаковым угловым расстоянием друг от друга, а полую ось выполняют в виде сплошного объемного тонкостенного отражателя с поперечным сечением в форме шестилучевой звезды с вогнутыми по радиусу к оси барабана участками между лучами, и устанавливая излучатели коаксиально фокальным осям вогнутых участков отражателей, присоединяя излучатели к ним разъемным соединением, при этом каждой парой излучатели параллельно подключают электрически к одной из фаз трехфазной электрической сети с общим нулевым проводом через трехфазный регулятор напряжения, а провода электропроводки к излучателям прокладывают с торцев отражателя, кроме того, крышки на торцах барабана выполняют в форме идентичных шестилучевых звезд, концы лучей которых разъемным или неразъемным соединениями присоединяют к его кромкам на участках торцев барабана, совпадающих с лучами отражателя.

7. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где представлены:

на фиг.1 - схема конструкции сушильного барабана шлихтовальной машины с линейными инфракрасными излучателями в поперечном разрезе;

на фиг.2 - схема конструкции инфракрасного нагревателя с отражателями и линейными излучателями ограниченной длины в продольном разрезе;

на фиг.3 - схема конструкции крышек и их крепления на торцах барабана (вид со стороны торцев);

на фиг.4 - электрическая схема подключения инфракрасных излучателей к трехфазной электросети (трехфазный регулятор напряжения, например трехфазный ЛАТР, на чертежах не показан);

на фиг.5, 6 и 7 показаны схемы разъемных соединений изучателей с отражателем (с отражающей осью).

На фигурах 1-6 обозначены:

1 - цилиндрический корпус сушильного барабана шлихтовальной машины (далее по тексту - корпус), фиг.1, 3;

2 - крышки, выполненные в форме шестилучевой звезды, прочно соединенные концами лучей с торцами копуса 1 (далее по тексту - крышки), фиг.1 и 3;

3 - окна крышек 2 между лучами (не обозначены) или окна между крышками 2 и корпусом 1 (далее по тексту - окна), фиг.3;

4 - неподвижная ось-отражатель (далее по тексту - отражающая ось), фиг.1, 2, 3;

5 - вогнутые по радиусу R к оси корпуса 1 участки отражающей оси 4 (6 штук, соединенные между собой жестко (например, приварены один к другому) в форме шестилучевой звезды; далее по тексту - отражатели), фиг.1;

6 - полые втулки отражающей оси 4 (далее по тексту - втулки), фиг.1 2 и 3;

7 - трапецеидальные или треугольные спицы, жестко соединяющие торцы отражающей оси 4 со втулками 6 (далее по тексту - спицы), фиг.1;

8 - условно обозначены цилиндрические цапфы корпуса 1, жестко и перпендикулярно соединенные с крышками 2 (далее по тексту - цапфы), фиг.2 и 3;

9 - подшипники, соединяющие соосно отражающую ось 4 с цапфами 8 корпуса 1 (далее по тексту - подшипники), фиг.2 и 3;

10 - жестко соединенные с отражающей осью 4 в области максимальной вогнутости ее отражателей 5 с противоположных концов этих отражателей 5 и отогнутые перпендикулярно к корпусу 1 язычки из упруго-пластичного (дюралюмин Д7, фиг.1, 2, 3, 5 и 6) или из упругого (пружинная сталь 45ХГ, фиг.7) материала (далее по тексту язычки);

10А - язычки, выполненные как отдельные от отражающей оси 4 элементы, соединенные с концами отражателей 5 заклепками (на чертежах не обозначены) или приварены сваркой по периметру соединения, фиг.7;

11 - линейные излучатели инфракрасного излучения ограниченной длины, например ТЭНы, аналогичные прототипу, размещенные неподвижно в форме шестилучевой звезды, параллельно оси корпуса 1, концами в электророзетках 12 на свободных концах язычков 10 (10А) (далее по тексту - излучатели), фиг.2, 5, 6 и 7;

12 - электророзетки, прочно соединенные с язычками 10, 10А (далее по тексту - розетки), фиг.2, 5, 6 и 7;

13 - условно обозначен стопор-фиксатор отражающей оси 4, аналогичный прототипу, закрепляющий эту ось 4 с неподвижной станиной 14 шлихтовальной машины (далее по тексту - стопор) с возможностью ограниченных угловых перемещений оси 4 с последующей фиксацией, фиг.2;

14 - условно обозначена неподвижная станина шлихтовальной машины (далее по тексту - станина), фиг.2;

15 - условно показаны винтовые соединения лучей крышек 2 с торцами корпуса 1 (далее по тексту - соединения), фиг.3;

Ф1, Ф2, Ф3 - фазные провода трехфазной электропроводки, подведенные к розеткам 12 с одной стороны отражающей оси 4, фиг.1, 2 и 4;

"0" - нулевой провод трехфазной электропроводки, фиг.1, 2 и 4;

a, b, c, d - точки или участки неподвижных соединений (например сваркой) отражающей оси 4 со спицами 7 и спиц 7 со втулками 6, фиг.1;

e, f - обозначены концы дуг сегментов внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 не охваченных инфракрасным излучением ИКИ, отраженным отражателями 5, фиг.1.

ИКИ - радиально направленное к корпусу 1 от отражателей 5 и излучателей 11 инфракрасное излучение (далее по тексту - ИКИ), фиг.1;

ЭП - условно обозначены провода электропроводки.

Излучатели 11 попарно и параллельно подключены к каждой фазе трехфазной (Ф1, Ф2, Ф3) электрической сети с общим нулевым проводом "0", фиг.4. Фазные провода свободно подведены к излучателям 11 через розетки 12 и язычки 10 с одной стороны излучателей 11 (на фиг.2 - с правой стороны), а нулевой провод(нулевые провода) - с противоположной стороны, фиг.2.

Корпус 1 выполнен из материала с высокими поглощающими свойствами в области ИКИ, например из нержавеющей стали типа 10Х18Н10Т, и покрыт изнутри термостойкой краской черного цвета аналогично прототипу.

Отражающая ось 4 выполнена из материала с высокими отражающими свойствами в области спектра ИКИ, например из дюралюмина Д-7, а поверхности ее шести отражателей 5, обращенные к корпусу 1 отполированы.

Отражающая ось 4 с отражателями 5 представляет собой в поперечном сечении шестилучевую звезду, лучи которой совпадают по расположению с лучами шестилучевой звезды крышек 2, а шестилучевая звезда в поперечном сечении излучателей 11 повернута относительно выше упомянутых звезд на 30 угловых градусов. Угловые расстояния между лучами всех шестилучевых звезд одинаковы и равны 60 угловым градусам, фиг.1, 3.

Оси излучателей 11 совпадают с фокальными осями отражателей 5 и размещены на расстоянии 0,5R.

8. Реализация заявляемого способа нагрева сушильного барабана шлихтовальной машины изнутри линейными источниками инфракрасного излучения ограниченной длины осуществляется следующим образом.

Трехфазный регулятор напряжения, например трехфазный ЛАТР, (на чертежах не показан) подключают к трехфазной электрической сети и устанавливают полную электрическую мощность, подаваемую по фазным проводам Ф1, Ф2 и Ф3 с общим нулевым проводом "0", посредством электропроводки ЭП, одновременно на все розетки 12 излучателей 11 (фиг.1, 2, 4, 5, 6, 7). Излучатели 11 разогреваются, создавая ИКИ, отражаемое отражателями 5 в радиальном направлении корпуса 1, нагревая его равномерно по всей окружности внутренней поверхности и по ее длине. Участки e, f, на которые не падает отраженное ИКИ, прогреваются за счет теплопроводности корпуса 1 и первичным ИКИ от излучателей 11 с одинаковой равномерностью.

Одновременно с подачей напряжения на излучатели 11 осуществляют заправку 9-11 сушильных барабанов ткацким навоем (на чертежах не показан). Спустя 3-5 минут после подачи напряжения на излучатели 11 (время заправки и прогрева корпуса 1) шлихтовальную машину (на чертежах не показана) включают в работу на полную рабочую скорость, осуществляя процесс полноценной сушки ткацкого навоя.

Размещение излучателей 11 с отражателями 5 в форме шестилучевой звезды позволяет равномерно распределить ИКИ (излучаемое и отражаемое) по всей внутренней поверхности корпуса 1 с равномерным прогревом теплопередачей небольших участков e, f корпуса 1 (тепло растекается внутри стенки корпуса 1 во время его разогрева).

Этим достигается первый технический результат(эффект) заявляемого технического решения - обеспечивается возможность функционирования шлихтовальной машины в процессе разогрева сушильных барабанов. Исключается вероятность образования брака при сушке ткацкого навоя в момент разгона шлихтовальной машины и в первые 10-15 минут ее работы.

Немаловажным является то, что параллельное и попарное подключение излучателей 11 к каждой фазе трехфазной электросети с общим нулевым проводом позволяет сделать интенсивность их нагрева одинаково равномерной с минимальными затратами электроэнергии, а общая температура нагрева корпуса 1 регулируется трехфазным регулятором напряжения (на чертежах не показан), например 3-фазным ЛАТРом. Это в еще большей степени выравнивает общую температуру рабочей поверхности корпуса 1. Шестилучевая отражающая ось 4 с отражателями 5 и излучателями 11 имеет геометрическую продольную ось, точно совпадающую с центром тяжести ее масс и с осью корпуса 1, поэтому при ослаблении стопора 13 (фиг.2) ее угловые перемещения не требуют значительных усилий. Важным является то, что шестилучевая ось 4 с отражателями 5 и излучателями 11, а также подключение последних попарно и параллельно к каждой фазе трехфазной сети с общим нулем, настолько равномерно нагревает стенку корпуса 1, что поворотов оси 4 для настройки нагрева не требуется. В заявляемом объекте отражающую ось 4 непосредственно монтируют в корпус 1 (втулками 6, подшипниками 9 в цапфы 8 крышек 2), фиг.2, 3, подключают к трехфазной электросети через регулятор напряжения и включают в работу.

Таким образом достигается второй технический результат (эффект) заявляемого технического решения, а именно полное устранение усилий, необходимых для поворотов отражающей оси внутри корпуса, и существенно облегчается обслуживание шлихтовальной машины.

Фазные провода Ф1, Ф2, 3 электропроводки ЭП подведены к излучателям 11 через розетки 12 и язычки 10, (10А) с одной стороны отражающей оси 4 и снаружи (фиг.2), а нулевой провод (провода) "0" аналогично с другой стороны этой оси 4, внутри нее. Поскольку внутри отражающей оси 4 этот (эти) провод (провода) окружены и защищены от теплового излучения и ИКИ отражателя Ми5, они не нагреваются, т.е. ни фазовые ни нулевые провода электропроводки ЭП не попадают в зону теплового излучения и ИКИ, поэтому не нагреваются и не перегреваются. Исключается термическое разрушение их изоляции.

Тем самым достигается третий технический эффект заявляемого технического решения - значительно повышается надежность и долговечность системы электропитания излучателей ИКИ как во время прогрева сушильных барабанов, так и во время работы шлихтовальной машины.

Размещение электропроводки ЭП внутри просторной полости отражающей оси 4 и свободно подведенной с противоположных ее сторон без дополнительных трубок облегчает ее прокладку, сборку и ремонт. Наличие промежутков между спицами 7 отражающей оси 4 (фиг.1, 2) и окон 3 между крышками 2 и корпусом 1 облегчают доступ к электропроводке ЭП и ее прокладку от регулятора к излучателям 11 при ее замене или ремонте вручную.

В случае перегорании (порчи) излучателя 11 - язычок 10 (10А) с розеткой 12 отгибают через окно 3, вынимают излучатель 11, вставляют новый и подгибают язычок в направлении излучателя, соединяя с розеткой 12 клеммы излучателя (на чертежах не обозначены), фиг.2, 5, 6, 7.

При выполнении язычков из пружинной стали 10А язычок встает на место (возвращается в исходное состояние) за счет упругих восстанавливающих сил после отжатия. Таким образом, разъемное соединение излучателей 11 с язычками 10, 10А отражающей оси 4 и окна 3 позволяют не только облегчить прокладку ЭП, но и свободно, без затруднений менять излучатели 11 при их перегорании без разборки всего барабана.

Тем самым достигается четвертый технический эффект(результат) предлагаемого изобретения - облегчается и упрощается замена и ремонт излучателей, а также прокладка или ремонт электропроводки, поскольку для этого не требуется разборка барабана или протаскивание проводов через узкие трубки, соединенные между собой под прямым углом.

Наличие окон 3 между крышками 2 и корпусом 1 за счет выполнения крышек в виде шестилучевой звезды и пустых промежутков между спицами 7 отражающей оси 4 значительно уменьшает массу крышек 2 и оси 4, снижая общий вес сушильного барабана, уменьшая статические и динамические его нагрузки на опоры, повышая надежность и долговечность подшипников 9 и всей шлихтовальной машины в целом.

Этим достигается пятый технический эффект (результат) предлагаемого изобретения - снижена масса сушильного барабана шлихтовальной машины.

Поскольку вся мощность ИКИ направлена шестью излучателями 11 и отражателями 5 отражающей оси 4 радиально к корпусу 1 изнутри, постольку в окна 3 и в промежутки между спицами 7 (фиг.1, 2) это ИКИ не попадает, а отражаясь от внутренней поверхности корпуса 1, так же по радиусу замыкается между этой поверхностью и отражателями 5, не распространяясь в осевом направлении. Для заявляемого способа нагрева не требуется герметичность или плотность соединений корпуса сушильного барабана с крышками и цапфами.

Источники информации

1. Техническое описание и инструкция по монтажу и наладке машины ШБ 11/180-К-ЗМ-2. Изд. завод "Вичугмаш", г.Вичуга, Ивановской обл., 1992 г.

2. Патент RU №2037588, кл. D06В 21/00, опубл. 19.06.95.

3. Патент США №4949475, кл. F26В 13/16, 21.08.90.

4. Патент GB №1238757, кл. F26В 13/14.

5. Авт. свид. СССР №1605085, кл. F26В 13/06, опубл. 1991 г.

6. Авт. свид. СССР №579689, кл. F26В 13/16, опубл. 1971 г.

7. Патент США №4683015, кл. F26В 3/24, 1987 г.

8. Авт. св. СССР №118224, кл. F26В, 1972 г.

9. Патент RU №2027131, кл. F26В 13/14, опубл. 20.01.95.

10. Патент RU №2137996, кл. F26В 13/14.

11. Авт. св. СССР №90517, кл. F26В 13/14, опубл. 1959 г.

12. Авт.св. СССР №220744, кл. F26В 5/02, 1952 г.

13. Патент GB №2227823 А, кл. F26В 13/14.

14. Авт. св. СССР №731234, кл. F26В 13/18, опубл. 30.04.80.

15. Патент RU №2177129, кл. F26В 13/18, опубл. 20.12.2001.

16. Авт.св. CCCP №514177, кл. F26В 13/18, опубл. 15.05.76.

17. Патент DM №1226287, НКИ 39а3 7/14, 1966 г.

18. Авт.св. CCCP №596795, кл. F26В 13/18, опубл. 05.03.78.

19. SU 1781523 А1, 15.12.1992.

20. GB 1389992 А, 1975.

21. US 3601902 А, 31.08.1971.

22. 3аявка на изобретение RU №2004114685/12(015856), приоритет 14.05.2004.