Устройство для термической обработки движущегося материала
DEVICE FOR MOVING MATERIAL HEAT TREATMENT

Изобретение относится к сушильному оборудованию и может быть использовано при одновременной двухсторонней сушке плотного или легко деформируемого материала, полотна, различных изделий, изготовленных из бумаги, картона или пленки, в частности для сушки лака, краски или покрытий в автоматизированных и неавтоматизированных линиях печати, сушки различных продуктов индустрии.
Эффективное просушивание равномерно движущегося материала требует значительных затрат энергии. Кроме того, существует проблема защиты материала от тления или возгорания при сушке, в случае плановой или аварийной остановки.
Известна конвейерная машина для сушки листового материала [Патент RU 2163329].
Известная конвейерная машина содержит неподвижную опору и конвейер с бесконечной сетчатой или перфорированной лентой. Под рабочей ветвью последовательно в ряд установлены отдельные секции с пониженным давлением (вакуумные), каждая из которых выполнена с перфорированной или сетчатой верхней стенкой и снабжена автономным отсасывающим устройством. Над рабочей ветвью в выходной части конвейера размещена камера сушки ультрафиолетового или инфракрасного излучения с входной и выходной боковинами. Задняя стенка камеры шарнирно закреплена на опоре с возможностью поворота вверх. Передняя стенка камеры снабжена механизмом подъема, выполненным в виде двух наклонных пневмоцилиндров.
Недостатками известной установки является:
- высокое потребление энергии сушильной установкой;
- указанное устройство не может применяться для сушки липких материалов, таких как лак и краска, поскольку материал будет прилипать к бесконечной воздухопроницаемой ленте;
- устройство требует участия оператора и в случае застревания движущегося материала, не исключает его возгорания, если оператор вовремя не отреагирует;
- отсутствие автоматической регулировки мощности ИК излучателей в зависимости от температуры внутри устройства и скорости подачи листового материала;
- в установке используется приточная система вентиляции и отсутствует вытяжная, что замедляет процесс сушки, делая ее не эффективной;
- повреждение движущегося материала при останове машины посредством контакта с открытыми ИК излучателями;
Известна также установка для радиационно-конвективной сушки длинномерных материалов, преимущественно ткани [Авт.св. SU 1179054].
Известная установка содержит камеру, размещенные в ней двумя рядами по разные стороны материала трубчатые инфракрасные излучатели, снабженные отражателями, сопла для обдува материала воздухом и направляющие ролики, расположенные по углам треугольников, образованных высушиваемым материалом. ИК излучатели объединены в секции и соединены с системой их электропитания. Сопловые напорные короба установки подключены соответственно к рабочему объему и воздуховоду с калорифером. В установке предусмотрен узел удаления обрабатывающего агента.
Недостатками известной установки является:
- высокое потребление энергии сушильной установкой;
- повреждение движущегося материала при останове машины посредством контакта с открытыми ИК излучателями;
- отсутствие автоматической регулировки мощности ИК излучателей в зависимости от скорости подачи материала, а также изменения температурных режимов;
- в установке удаление отработанного агента происходит с верхней части установки с помощью вытяжного зонта, отработанный агент, испаряясь, поднимается на верх и снова попадает на просушиваемый материал, что замедляет процесс сушки различных покрытий и значительно влияет на эффективность сушильного процесса.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для термической обработки движущегося текстильного материала [Патент RU №2063591], содержащее расположенные в рабочем объеме и объединенные в секции ИК излучатели, снабженные отражателями и соединенные с системой их электропитания, сопловые напорные короба, подключенные соответственно к рабочему объему и воздуховоду с калориферами, узел удаления обрабатывающего агента, а также привод перемещения материала. Устройство содержит теплообменник для утилизации тепла отработавшего агента, сообщенный с вытяжным вентилятором. Система электропитания включает в себя "нулевой" провод с выключателем, рабочий объем выполнен в виде соединенных между собой через эжекторное сопло камер предварительной и основной обработки материала, в первой из которых установлены ИК излучатели, а во второй сопловые напорные короба, отражатели выполнены поворотными и снабжены приводом их поворота, сблокированным с приводом перемещения материала, а выключатель "нулевого" провода системы электропитания механически соединен с приводом поворота отражателей. В воздуховоде между теплообменником и вытяжным вентилятором установлен конденсатор.
В этом устройстве помимо приточной системы вентиляции имеется и вытяжная система для удаления обрабатывающего агента. Отражатели выполнены поворотными и снабжены приводом их поворота, что позволяет предотвратить тление, возгорание, прилипание просушиваемого материала в случае плановой или аварийной остановки привода подачи материала.
Недостатками данного устройства является:
- высокое потребление энергии установкой, в том числе и из-за установки излучающих секций с ИК-излучателями по обе стороны движущегося материала;
- отсутствие автоматической регулировки мощности ИК излучения в зависимости от скорости движения просушиваемого материала и изменения температуры внутри сушильного устройства соответственно;
- отсутствие точки фокусирования излучения в отражателях;
- в установке движение для удаления обрабатывающего агента происходит в направлении движения просушиваемого материала. Насыщенный испарениями обрабатывающий агент движется вместе с просушиваемым материалом к вытяжке и попадает на просушиваемый материал. Обрабатывающий агент не заменяется новым, что замедляет процесс сушки различных покрытий и значительно влияет на эффективность сушильного процесса.
В основу изобретения положена задача снижения энергозатрат заявляемым устройством при расширении его функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что устройство для термической обработки движущегося материала, включающее установленные в корпусе излучающие модули, каждый из которых содержит ИК излучатели и поворотные отражатели с механизмом управления, соединенным с системой их электропитания, систему нагнетания воздуха, систему удаления обрабатывающего агента и привод перемещения материала, согласно изобретению оно снабжено отражающими модулями, каждый из которых содержит неподвижные отражатели и встроенные между ними инжекторные каналы, а каждый излучающий модуль также снабжен инжекторными каналами, встроенными между ИК излучателями и поворотными отражателями, установленными за ИК излучателями, при этом каждый модуль выполнен в своем корпусе, излучающий и отражающий модуль, установленные напротив друг друга с разных сторон просушиваемого материала, образуют сушильную секцию, излучающие и отражающие модули установлены в гнездах корпуса в шахматном порядке в направлении термической обработки, таким образом, чтобы точка фокусирования излучения находилась на просушиваемом материале, выход каждого инжекторного канала модуля направлен в сторону выхода инжекторного канала противоположного модуля, система нагнетания воздуха выполнена в виде центробежных воздуходувок с боковым воздуховодом, на выходе которого смонтирован инверторный распределитель, на корпусе которого установлены регулирующие дроссели со штуцерами, каждый из которых соединен гибким рукавом с соответствующим инжекторным каналом каждого излучающего и отражающего модуля соответственно, система удаления обрабатывающего агента включает вытяжной вентилятор и вытяжные щели, расположенные между отражателями в каждом модуле, соединенные с коллектором вытяжного вентилятора. Устройство оснащено также системой автоматического управления, выполненной в виде контроллера, связанного с приводом перемещения материала, с системами нагнетания воздуха и удаления обрабатывающего агента, с потенциометром и регулятором мощности ИК излучателя, подключенным к каждому излучающему модулю, а также с датчиком температуры и механизмом управления поворотными отражателями, установленными в каждом излучающем модуле.
Оснащение установки отражающими модулями, расположенными напротив излучающих модулей, между которыми находится просушиваемый материал, отражающих ИК излучение излучающих модулей, каждый из которых состоит из фокусирующих ИК излучение отражателей и инжекторных каналов между ними и не содержит ИК излучателей, обеспечивает значительное снижение энергопотребления.
Снабжение излучающих и отражающих модулей инжекторными каналами также обеспечивает снижение энергопотребления за счет дополнительного нагрева воздуха в инжекторных каналах излучающего модуля ИК излучателями и постоянного нагнетания свежего сухого горячего воздуха через эти каналы и за счет подачи сухого горячего воздуха через инжекторные каналы отражающих модулей, нагретого за счет отражения от ИК излучателей.
Расположение излучающих и отражающих модулей в шахматном порядке в гнездах корпуса позволяет снизить энергопотребление сушки за счет сокращения количества излучающих модулей.
Выполнение системы нагнетания воздуха в виде нескольких центробежных воздуходувок с боковым воздуховодом, на выходе которого смонтирован инверторный распределитель, на корпусе которого установлены регулирующие дроссели со штуцерами, каждый из которых соединен гибким рукавом с соответствующим инжекторным каналом каждого излучающего и отражающего модуля, позволяет повысить интенсификацию процесса сушки. С помощью регулирующих дросселей плавно настраивается количество воздуха, поступающего в каждый из модулей для обеспечения эффективного процесса сушки материала.
Выполнение системы удаления обрабатывающего агента, включающей вытяжные щели, расположенные между отражателями в каждом модуле, соединенные с коллектором вытяжного вентилятора, позволяет эффективно удалять отработанный воздух за счет максимального приближения вытяжных щелей к зоне просушивания и тем самым повысить интенсификацию процесса сушки.
Применение модульной конструкции излучающих и отражающих модулей, образующих сушильную секцию, позволяет придать устройству для сушки материала практически любую необходимую форму для встраивания его в уже существующее пространство, не требуя перестройки помещения, что расширяет функциональные возможности устройства
Использование модульной конструкции позволяет гибко подобрать необходимую интенсивность процесса сушки лаков, красок или различных покрытий, что делает возможным применение данного устройства в различных областях техники, в том числе и в полиграфической промышленности, что также расширяет функциональные возможности устройства.
Выполнение системы автоматического управления в виде контроллера, связанного с приводом перемещения материала, с системами нагнетания воздуха и удаления обрабатывающего агента, с потенциометром и регулятором мощности ИК излучателя, подключенным к каждому излучающему модулю, а также с датчиком температуры и механизмом управления поворотными отражателями, установленными в каждом излучающем модуле, позволяет интенсифицировать процесс сушки при обеспечении ее оптимальной температуры.
Таким образом, технический результат, реализуемый изобретением, заключается в снижении энергозатрат при интенсификации процесса сушки в результате использования дополнительного ресурса, образованного введением отражающих модулей и дополнительным подогревом воздуха в инжекторных каналах модулей, в расширении функциональных возможностей установки за счет модульного исполнения излучающих и отражающих модулей и за счет возможности ее использования в полиграфической промышленности.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлено устройство для термической обработки движущегося материала.
На фиг. 2 - сушильная секция (поворотные отражатели открыты).
На фиг. 3 - сушильная секция (поворотные отражатели закрыты).
На фиг. 4 - механизм управления поворотными отражателями.
На фиг. 5 - инверторный распределитель.
Устройство для термической обработки движущегося материала (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с гнездами 2, в которые в шахматном порядке устанавливаются излучающие и отражающие модули 3 и 4. Излучающие и отражающие модули 3 и 4 имеют общую точку фокусирования излучения и образуют сушильную секцию 5 (фиг. 2 и 3), при этом каждый излучающий и отражающий модуль 3 и 4 имеет соединительные фланцы 6, которые соединятся с фланцами 7 корпуса 1.
В каждом излучающем модуле 3 установлены ИК излучатели 8, за которыми с возможностью поворота относительно горизонтальных осей 9 по обе стороны установлены поворотные правые и левые фокусирующие ИК излучение отражатели 10 и 11 в количестве 6 шт. с механизмом 12 их управления (фиг. 4). В корпусе излучающего модуля 3 имеются инжекторные каналы 13, расположенные между поворотными отражателями 10 и 11 в количестве 3 шт. и датчик 14 температуры, связанный с системой 15 автоматического управления.
В корпусе отражающего модуля 4 имеются инжекторные каналы 13 в количестве 3 шт., расположенные между неподвижными отражателями 16.
Выход каждого инжекторного канала 13 направлен в сторону выхода инжекторного канала 13 противоположного модуля.
Механизм 12 управления поворотными отражателями 10 и 11 (фиг. 4) установлен в излучающем модуле 3 и состоит из двуплечих рычагов 17, соединенных между собой тягой 18, и одноплечих рычагов 19, соединенных рычагами 20. Рычаги 17 и 19 посредством валов 21 соединены с поворотными отражателями 10 и 11 и поворачивают их вокруг осей валов 21. Привод 22 механизма 12 управления поворотными отражателями 10 и 11 устанавливается в излучающий модуль 3.
На корпусе 1 закреплена система 23 равнения материала, в корпусе которой установлены ультразвуковые датчики положения материала, ролики с поворотной осью и контроллер (на чертеже не показаны).
Система 24 нагнетания воздуха, установленная в корпусе 1, включает центробежные воздуходувки 25 с боковым воздуховодом 26 для подачи воздуха к просушиваемому материалу. На выходе воздуховода 26 смонтирован инверторный распределитель 27, (фиг. 5), на корпусе которого установлены регулирующие дроссели 28 со штуцерами 29, каждый из которых соединен гибким рукавом 30 с соответствующим инжекторным каналом 13 каждого излучающего и отражающего модуля 3 и 4 соответственно. Система 31 удаления обрабатывающего агента включает закрепленные на корпусе 1 вытяжные вентиляторы 32, коллектор 33, соединенный с вытяжными щелями 34, расположенными между отражателями 10 и 11 каждого излучающего модуля 3 и отражателями 16 каждого отражающего модуля 4.
Система 15 автоматического управления выполнена на базе контроллера 35, соединенного с датчиками 14 температуры, с потенциометром 36, регулятором 37 мощности ИК излучателя, подключенным к каждому излучающему модулю 3, с приводом 38 перемещения материала, приводами 22 управления открытия и закрытия поворотных отражателей, связанными с механизмами 12 управления поворотными отражателями 10 и 11.
Устройство для термической обработки движущегося материала работает следующим образом.
С помощью привода 38 перемещения материала по сигналу системы 15 автоматического управления материал для сушки проходит через излучающие и отражающие модули 3 и 4, расположенные напротив друг друга в шахматном порядке с двух сторон вдоль просушиваемого материала.
Сушка материала производится за счет подачи ИК излучения на просушиваемый материал и за счет системы 24 нагнетания воздуха и системы 31 удаления обрабатывающего агента из зоны сушки.
ИК излучатели 8, расположенные в излучающем модуле 3, с помощью отражателей 10 и 11 фокусируют ИК излучение на просушиваемом материале.
В отражающем модуле 4 отражатели 16 отражают и фокусируют ИК излучение, исходящее от излучающего модуля, на просушиваемый материал.
За счет применения отражающих модулей достигается существенная экономия энергии.
Центробежные воздуходувки 25 нагревают, фильтруют и осушают воздух, затем нагнетают воздушные потоки в воздуховод 26, через который они попадают в инверторный распределитель 27, из которого через регулирующие дроссели 28, штуцера 29, гибкие рукава 30 и соединенные фланцы 6 и 7 нагнетаемый воздух попадает в инжекторные каналы 13 излучающего и отражающего модуля 3 и 4 соответственно. С помощью регулируемых вручную дросселей 28 плавно настраивают количество воздуха, поступающего в каждый из модулей 3 и 4, для обеспечения оптимального процесса сушки материала.
В инжекторных каналах 13 излучающего и отражающего модуля 3 и 4 воздух за счет энергии ИК излучателей излучающего модуля 3 дополнительно нагревается и распыляется на просушиваемый материал в зону сушки, где, насыщаясь испарениями, удаляется вытяжным вентилятором 32 через коллектор 33 с помощью специальных щелей 34, расположенных в излучающих и отражающих модулях 3 и 4.
Система 23 равнения материала используется для контроля смещения просушиваемого материала. Как только просушиваемый материал попадает в зону действия ультразвукового датчика, контроллер дает команду роликам изменить положение оси, благодаря чему край просушиваемого материала начинает смещаться в противоположную от датчика сторону. Система 23 равнения материала не позволяет материалу выйти за границы роликов.
Система 15 автоматического управления получает на контроллер 35 сигнал от датчиков 14 температуры и привода 38 и в соответствии с полученными данными открывает или закрывает с помощью механизма 12 управления поворотные отражатели 10 и 11, фокусирующие ИК излучение, регулирует с помощью регулятора 37 мощность ИК излучения в каждом излучающем модуле 3, управляет системой 31 удаления обрабатывающего агента, а также системой 24 нагнетания воздуха в зону сушки. С помощью потенциометра 36 проводится ручная корректировка мощности ИК излучения заданной контроллером 35.
Контроллер 35 снабжен управляющей программой, которая поддерживает оптимальную температуру в зоне сушки, температура контролируется датчиками 14 температуры. Скорость подачи материала осуществляется датчиком числа оборотов (не показан) привода 38 перемещения материала.
В случае остановки подачи материала контроллер 35 дает команду механизмам 12 управления поворотными отражателями 10 и 11, обеспечивая их закрывание, отключается питание ИК излучателей 8, при этом система 24 нагнетания воздуха и система 31 удаления обрабатывающего агента продолжают работать, постепенно снижая температуру в зоне сушки, при этом исключается контакт просушиваемого материала с ИК излучателями 8, не происходит прилипания, тления, возгорания, разрушения просушиваемого материала и нанесенных на материал красок, лаков, различных покрытий. После устранения причины остановки подачи материала включается кнопка «Работа», и контроллер 35 по программе, на основании показаний датчиков 14 производит необходимые действия для продолжения работы.