Способ нагрева сырой ленты для её непрерывной вулканизации на каландре
METHOD OF HEATING RAW TAPE FOR ITS CONTINUOUS VOLCANIZATION IN CALENDER

Предлагаемое изобретение относится к резинотехническому производству и может быть реализовано для непрерывной вулканизации широких лент из подготовленной сырой резины, натурального или синтетического каучука, которые далее в тексте будут называться (для сокращения текстового материала) сырой лентой. Термин «сырая лента» в дальнейшем будет означать заготовку для вулканизации в виде длинномерной ленты шириной до 2 метров и толщиной до 50 миллиметров. Лента, прошедшая вулканизацию (свулканизированная), будет называться в нижеследующем тексте - «готовая лента».
1. Уровень техники
Известны различные способы и устройства вулканизации (непрерывные и циклические), которые изложены в источнике [1]. Их основным и существенным недостатком является чрезмерно высокая энергоемкость. Это обусловлено использованием для нагрева в процессах и устройствах технологического пара под высоким давлением (до 10-12 атм), который предварительно нагревают до 150-170°С. При этом, тепловая энергия пара расходуется на нагрев посредством теплообмена конвекцией нерабочих поверхностей деталей, осуществляющих вулканизацию. Затем, тепловая энергия расходуется на нагрев рабочих поверхностей, непосредственно взаимодействующих с лентой, посредством теплообмена теплопроводностью через тело между нерабочей и рабочей поверхностями.
Известен способ непрерывной вулканизации в туннельной вулканизационной камере, заполненной ферритовым порошком [2], в котором на порошок воздействуют внешним электромагнитным полем от электромагнитов установленных вдоль камеры. В данном техническом решении необходимо использовать средства для создания натяжения ленты. При этом реализация способа существенно усложняется.
Данный недостаток устраняется в способе непрерывной вулканизации, в котором ферритовый порошок под воздействие силовых линий электромагнитного поля образует замкнутый корпус [3]. Недостатком данного способа является малая производительность. Вулканизация ленты производится в одном (из двух) туннелей, так как другой используется лишь для циркуляции теплоносителя (которым является пар) по замкнутому контуру.
Известен способ непрерывной вулканизации ленты в туннелях одновременно [4], в котором дополнительно используют привод пульсирующего перемещения теплоносителя вдоль туннелей по замкнутому контуру. Сам привод выполнен в виде размещенного на наружной поверхности замкнутого контура электромагнитов, которые установлены в направлении перемещения теплоносителя. При этом, дополнительно установлен экструдер на выполненном в свободном конце другого туннеля входе. При этом, существенно усложняется реализация операций способа и запуска его в работу.
Известен способ непрерывной вулканизации ленты в ванне с жидким теплоносителем с механизмами погружения и транспортирования ленты [5]. Транспортирующее устройство выполнено в виде ленточного транспортера, установленного над ванной. В данном способе, отсутствуют операции для изменения положений участков транспортерной ленты в поперечном направлении при вулканизации профильной ленты типа ободной ленты. Поэтому способ имеет ограниченные функциональные возможности.
Известен способ непрерывной вулканизации, в котором данный недостаток частично устраняется, т.е. возможна вулканизация ободных лент. Это обеспечивается тем, что механизм погружения и транспортирования длинномерной ленты снабжен, дополнительно, продольными боковыми (относительно ленточного транспортера) направляющими, взаимодействующими с лентой транспортера, которая выполнена с боковыми поперечными прорезями. Это небольшое расширение функциональных возможностей - существенно усложняет устройство для реализации способа и выполнение основных операций.
Помимо указанных недостатков аналогов, приведенных выше, все они имеют общий, наиболее существенный недостаток - чрезвычайно высокий расход тепловой энергии пара на теплопередачу конвекцией и теплопроводностью. Этот недостаток присущ и аналогам, изложенным в материалах [6-24].
1
4
Близким, по конструкции, является способ непрерывной вулканизации длинномерной ленты [1, с. 476-480] на каландре, который, технологически, содержится в конструкции непрерывного вулканизатора типа «Ротокюр» фирмы «Френсис Шоу» [1, с. 479, рис. 13.23, 13.24]. Технологическая схема самой вулканизации (как часть рисунка 13.24, с. 479 [1]) представлена на фиг. 1 материалов данной заявки. На фиг. 1а) и 1б) представлена технологическая схема самого вулканизатора. Здесь обозначено: 1 и 2, соответственно, нижний и верхний прижимные цилиндры, 3 - вулканизирующий каландр (тонкостенный вращающийся нагреваемый паром цилиндр длиной 2 м, рабочей длиной 1,6 м, ∅ 1 м, толщина стенки 65 мм), 4 - натяжной цилиндр, 5 - бесконечная, стальная, плетеная, обрезиненная сетка, 6 - сырая лента поступающая на вулканизацию, 6.1 - свулканизированная резиновая лента (готовая лента) поступающая на накатное устройство (на фиг. 1 - не показано), n-n - частота вращения, соответственно, прижимных цилиндров 1, 2, каландра 3 снабженного вращающим приводом, натяжного цилиндра 4. На фиг. 1 а) б) не показано: вращающий привод каландра 3 и система подачи пара в каландр 3 с одновременным сливом конденсата. Не показана, также гидравлическая станция натяжения (горизонтального перемещения оси натяжного цилиндра 4) сетки 5. Усилие F (фиг. 1а)) натяжения сетки 5 составляет 90-120 тонн.
3
Частота вращения каландра 3 n (электродвигатель с редуктором) достигает 2 об/мин, поэтому, вращаясь на малой скорости, каландр перемещает охватывающую его сетку 5 и, посредством нее приводит во вращение прижимные цилиндры 1 и 2, а также натяжной цилиндр 4. При этом движении - сетка 5 захватывает сырую ленту 6, прижимает ее к нагретой поверхности каландра и транспортирует ее по нагретой поверхности каландра 3, перемещаясь со скоростью этой поверхности.
Способ, реализуемый этим устройством, позволяет непрерывно вулканизировать сырую ленту 6, прижатую сеткой 5 с большим усилием к нагретой поверхности каландра 3 (фиг. 1, рис. 1б), поз. А).
Наиболее существенным недостатком данного способа является высокий расход тепловой энергии пара на нагрев каландра и малая производительность. Первый недостаток обусловлен так же, как и в вышеприведенных аналогах, расходом этой энергии на нагрев конвекцией всей внутренней поверхности каландра, включая днища и на нагрев теплопроводностью от внутренней поверхности к внешней. При этом, расход на теплопроводность существенно больше, чем, например, у шлихтовальных машин (далее ШМ) текстильного производства [25]. Это связано с толщиной цилиндрической стенки сушильных барабанов ШМ, которая соответствует 3 мм, тогда как у каландра 3 толщина этой стенки равна 65 мм, т.е. в 20 раз больше.
В процессе теплопередачи теплопроводностью через стенку, расход (затраты) энергии соответствует (1):
1
2
Где: λ - теплопроводность; δ - толщина стенки; А - площадь поверхности стенки; t-t - температурный напор. В этом выражении (1) λ/δ является тепловой проводимостью. Сравнивая δ=3 мм и 65 мм, видим, что при нагреве каландра 3 расходуется в 21,7 больше тепловой энергии, чем при нагреве сушильного цилиндра. Малая тепловая проводимость стенки каландра существенно увеличивает и время нагрева каландра 3. Это объясняет и второй недостаток известного способа, включая большой непрерывный расход тепловой энергии пара на поддержание температуры большой массы цилиндрической оболочки и днищ каландра 3.
3
3
-6
-3
-3
Так, например, использование непрерывного способа вулканизации ленты из сырой резины на каландре в производстве Ярославского завода резинотехнических изделий дает следующие затраты тепловой энергии пара. Пар непрерывно подается в каландр с температурой 170°С и давлением 12 атм. При таком давлении, удельная энтальпия пара (в секунду) составляет 2887 кДж/кг, а плотность пара - 4,113 кг/м. Внутренний объем каландра (при толщине стенки 65 мм) и длине 1700 мм составляет 1,01 м, а количество пара внутри - 4,154 кг. За 1 час (время нагрева наружной цилиндрической поверхности до 150°С) сквозь каландр проходит 3600*4,154=14954,4 кг пара. При известной энтальпии он выделяет энергии 2887*14954,4=43173352,8 кДж. Из физики известно, что, энергетически, 1 Дж=0,278*10 кВтч, 1 кДж =0,278*10 кВтч. Следовательно, за час нагрева каландра расходуется 43173352,8*0,278*10=12002 кВтч или более 12 мегаватт-часов. Это важно знать для оценок парового нагрева каландра.
Несмотря на данный недостаток - большой расход тепловой энергии пара, данный способ нагрева сырой ленты, для ее непрерывной вулканизации на каландре, может принят, как первый прототип для заявляемого способа нагрева сырой ленты.
Известны также способы предварительного нагрева ленты инфракрасным излучением или высокочастотным излучением. Об этом написано в источнике [1, с. 478], но конкретных схем или чертежей не приведено.
Известны способы нагрева сушильных цилиндров направленно-фокусированным излучением в ближней инфракрасной области (далее НИКИ) изнутри [26-35]. В этих способах излучатели НИКИ неподвижно установлены внутри цилиндра на неподвижной центральной оси. Точечные, по сравнению с размерами цилиндра, излучатели НИКИ выполнены из ламп типа ИКЗ (ИКЗ-175, ИКЗ-250, ИКЗ-500), которые являются лампами накаливания с зеркальным отражателем внутри колбы [31]. Линейные излучатели НИКИ ограниченной длины, выполнены из трубчатых ламп накаливания типа КГТ с присоединенным к ним внешним отражателем [32]. Трубчатые лампы располагают в геометрическом фокусе отражателей. Излучателем является трубчатая лампа 18 [26, фиг. 3]; в отражателе 19 [26, фиг. 3]. В этих способах, излучатели располагают вблизи внутренней цилиндрической поверхности так, что излучение НИКИ от ламп и отражателей направлено на поверхность перпендикулярно (по нормали). Вдоль длины образующей цилиндра или барабана излучатели располагают с равномерным зазором относительно друг друга. Точечные излучатели располагают вдоль оси цилиндра или барабана без зазоров [35] при этом не требуются электрические патроны для электрически параллельного соединения ламп [36]. В этом источнике [36] изложен способ электрического соединения излучателей в плоских параллельных электропроводных шинах.
По окружности, внутри цилиндра или барабана, ряды излучателей располагают в форме многолучевой звезды с одинаковым или не одинаковым расстоянием между лучами по дуге окружности. Излучатели нагревают часть вращающейся внутренней цилиндрической поверхности в разы эффективнее, чем при принудительной конвекцией пара, причем только цилиндрическую поверхность, как показано ниже, в формуле (2) [37] ниже.
ПР
где: С - приведенный коэффициент излучения;
ПР
А - приведенная площадь поверхностей излучателя и поглотителя;
Т - абсолютная температура, К.
4
2
2
4
ПР
Плотность потока излучения АЧТ: Е = С*(Т/100), (Вт/см), С = 5,68 Вт/(см*К).
max
Это из закона четвертой степени Стефана-Больцмана: Положение максимума на шкале спектра определяется законом смещения Вина: λ=2898/Т, (мкм).
Металлы, при температурах, на которых их максимальная плотность потока находится на длине волны менее 4 мкм, близки по свойствам к серым телам. Но общий поток излучения у них (у металлов) пропорционален 5-ой степени температуры:
5
2
max
Е=ε*С*(Т/100), (Вт/см), ε - степень черноты, λ=2660/Т, (мкм).
max
5
5
2
Лампы ИКЗ и КГТ [38] имеют спираль из вольфрама, температуру спирали 2500 К, ε≈0,7. Для этого случая, λ=2660/2500=1,064 мкм, т.е. меньше 4 мкм. Следовательно, общая плотность потока излучения спирали Е=0,7*5,68*(2500/100)=3,975*(25)=38818359 Вт/см при номинальном напряжении 220 В и номинальной мощности 250 Вт для лампы ИКЗ-250.
Несмотря на гигантскую плотность излучения - она излучается на цилиндрическую поверхность только в площади расположения рядов излучателей. Точечные излучатели, типа ламп ИКЗ [38], излучают в круг, ограниченный диаметром колбы. Он, для ламп ИКЗ-250, ∅ колбы = 127 мм.
Линейные (трубчатые) излучатели, типа ламп КГТ [38] имеют ∅ трубки = 12-18 мм, а с отражателем (ширина излучателя и излучения) 36-40 мм. На диаметре одной колбы лампы ИКЗ-250 может разместиться: 127 мм/40 мм = 3 штуки ламп КГТ в отражателях. Для ИКЗ-500 ∅ колбы 134 мм и на этом диаметре может разместиться: 134 мм/40 мм = то же 3 штуки ламп КГТ.
2
2
1 лампа ИКЗ-500 (мощность 500 Вт) излучает в круг ∅ 134 мм световое пятно мощностью 450 Вт (10% мощности расходуется на нагрев спирали и самой колбы). Круг ∅ 13,4 см имеет площадь 141 см и плотность излучения лампы в круг соответствует 450/141=3,19 Вт/см.
2
2
2
1 лампа КГТ380-5000-1 ∅ трубки 13 мм с отражателем (длина 1530 мм, ширина 40 мм) излучает на прямоугольную полосу с размерами отражателя 5000 Вт. На диаметре колбы ИКЗ-500, как показано, вполне реально разместить 3 линейных лампы в отражателях или излучение мощностью 15000 Вт направить на прямоугольник длиной 1530 мм, шириной 120 мм, площадью 153 см*12 см=1836 см. Плотность излучения в этом случае будет 15000 Вт/1836 см=8,17 Вт/ см или 8,17/3,19 в 2,56 раз больше, чем у ламп ИКЗ-500. Это особенно важно при облучении с помощью НИКИ (для нагрева) сплошных металлических поверхностей.
Излучатели НИКИ в виде трубчатых ламп с отражателями или в виде ламп ИКЗ, известные из вышеназванных источников информации и работающие как нагреватели, будем далее в тексте именовать ИКН, т.е. инфракрасным нагревателем. Из источников [26-36] известны однофазные и трехфазные ИКН. Эти ИКН электрически подключены к силовому управляемому выходу, соответственно, однофазного или трехфазного авторегулятора «напряжение-температура», далее по тексту АРНТ. АРНТ представляют собой, по сути, однофазные или трехфазные регуляторы мощности [39].
Управляющий вход АРНТ, в этом случае, подключен к датчику температуры, в качестве которого может быть использован бесконтактный пирометр, например, Optris [40].
Фактически, ИКН с АРНТ и с пирометром, являются автоматизированной системой инфракрасного нагрева и далее по тексту будет называться АСИН. Известно использование АСИН для нагрева снизу на ленте пищевых полуфабрикатов [41] с целью непрерывной выпечки и для нагрева пищевых полуфабрикатов на ленте и снизу и сверху [42]. В перечисленных выше аналогах отсутствуют операции экономичного нагрева сырой ленты, для ее непрерывной вулканизации на горизонтально расположенном каландре.
2. Наиболее близким техническим решением является способ нагрева сырой ленты, для ее непрерывной вулканизации на горизонтально расположенном каландре, в котором нагревают цилиндрическую часть каландра изнутри, а сырую ленту прижимают к наружной цилиндрической поверхности каландра и перемещают вместе с ней бесконечной сеткой, часть которой прижимают к каландру парой прижимных цилиндров, которые располагают параллельно оси каландра на расстоянии друг от друга по дуге окружности каландра 90°, а прижатую часть сетки располагают между этими цилиндрами на каландре на дуге той же окружности 270° при этом сетку натягивают и прижимают к каландру отдельным натяжным цилиндром, параллельным каландру, а каландр снабжают вращающим приводом
В основные цели предполагаемого изобретения (по сравнению с прототипом) входит получение следующих технических результатов.
1. Существенное уменьшение затрат энергии на нагрев.
2. Увеличение производительности в процессе вулканизации.
3. Причины, препятствующие получению технических результатов.
3
3
3.1. Большие затраты энергии на нагрев обусловлены большой толщиной цилиндрической стенки каландра 3, которая составляет 65 мм. Тепло от нагревающейся внутренней цилиндрической поверхности медленно перемещается к внешней (к наружной). При этом, нужно поддерживать нагретой наружную цилиндрическую поверхность до постоянной температуры. Но, для этого, нужно поддерживать и постоянную температуру всего объема цилиндрической части каландра 3. При толщине его цилиндрической стенки 65 мм, при наружном диаметре 1000 мм и длине 1700 мм (ширина сырой ленты 6 составляет 1600 мм) объем цилиндра составляет 4,328 м. При удельном весе чугуна СЧ20 7,15 т/м [44] масса цилиндрической части каландра 3 составляет 30,9452 тонны, приблизительно, 31 т и ее нужно нагреть так, чтобы температура наружной поверхности была не менее 150°С. Эту температуру и поддерживают, но, не более того. Как показано выше, при этом расходуют немногим более 12 мегаватт тепловой энергии пара за час.
3.4. Малая производительность обусловлена малой скоростью передачи тепловой энергии через толстую цилиндрическую стенку каландра 3. Так, например, каландр нагревается до заданной температуры 150°С наружной поверхности более 1 часа.
4. Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым предполагаемым изобретением.
Способ нагрева сырой ленты, для ее непрерывной вулканизации на горизонтально расположенном каландре, в котором нагревают цилиндрическую часть каландра изнутри, а сырую ленту прижимают к наружной цилиндрической поверхности каландра и перемещают вместе с ней бесконечной сеткой, часть которой прижимают к каландру парой прижимных цилиндров, которые располагают параллельно оси каландра на расстоянии друг от друга по дуге окружности каландра 90°, а прижатую часть сетки располагают между этими цилиндрами на каландре на дуге той же окружности 270° при этом сетку натягивают и прижимают к каландру отдельным натяжным цилиндром, параллельным каландру, а каландр снабжают вращающим приводом
5. Задачами предлагаемого изобретения являются следующие технические результаты.
5.1. Существенное уменьшение затрат энергии на нагрев.
5.2. Увеличение производительности в процессе вулканизации.
6. Эти технические результаты в заявляемом способе непрерывной вулканизации длинномерной ленты из сырой резины или каучука на каландре достигаются тем, что наружную поверхность каландра нагревают инфракрасным излучением, поддерживая ее температуру 250°С, направляя его непосредственно на эту поверхность между прижимными цилиндрами, размещая неподвижно между ними трехфазный ИКН из линейных источников ИК излучения ограниченной длины в отражателях и непрерывно измеряя температуру поверхности каландра в верхней части его торца, а сырую ленту нагревают инфракрасным излучением, поддерживая ее температуру 250°С, направляя его на обе плоские поверхности ленты однофазным ИКН из ламп ИКЗ-500 перед вулканизацией, непрерывно измеряя температуру плоской поверхности сырой ленты соприкасающейся с нагретой поверхностью каландра, при этом трехфазный ИКН выполняют из линейных излучателей ограниченной длины в отражателях, которые смонтированы вдоль наружной цилиндрической поверхности каландра без зазоров, а однофазный ИКН выполняют из ламп ИКЗ-500, располагая их без зазоров между колбами над сырой лентой с равномерным зазором относительно нее и под этой лентой с равномерным зазором относительно нее, причем оба ИКН электрически подключены, каждый к своему, к управляемому выходу АРНТ, управляющий вход которых подключен к выходам своих пирометров.
7. Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где, на фиг. 1 (а, б) показан прототип [1]. На фиг. 1а) показана технологическая схема известного непрерывного вулканизатора, а на фиг. 1б) показано каким образом, сырая лента 6, натянутой сеткой 5 прижимается к нагретой паром поверхности каландра 3. Далее представлены схемы устройства для реализации заявляемого способа нагрева сырой ленты 6. На фиг. 2 показана технологическая схема осуществления заявляемого способа нагрева сырой ленты. На фиг. 3 показано размещение (компоновка) ИКН 7 из линейных ламп ограниченной длины в отражателях над цилиндрической поверхностью 3.1 каландра 3 между прижимными цилиндрами 1 и 2 (фиг. 2). На фиг. 4 показано, как размещается пирометр 7.5 (измеритель температуры) вблизи торца цилиндрической части 3.1 каландра 3 для управления трехфазным АРНТ 9 нагревом ИКН 7. На фиг. 5 показан поперечный разрез однофазного ИКН 8 нагревающий сырую ленту 6. На фиг. 6 представлена электрическая схема АСИН с трех фазным АРНТ 9, а на фиг. 7 представлена электрическая схема АСИН с однофазным АРНТ 8.
Основными элементами устройства для реализации заявляемого способа являются:
3
В прототипе (фиг. 1) прижимные цилиндры 1 и 2 расположены горизонтально, один над другим, параллельно каландру 3 и прижаты к поверхности каландра 3 натяжным цилиндром 4 посредством бесконечной сетки 5 (фиг. 1а), охватывающей последовательно цилиндр 1, каландр 3, цилиндр 2 и цилиндр 4. Сетка 5 выполнена из стальной, плетеной, обрезиненной ленты и натягивается (прижимается к каландру 3 и цилиндрам 1, 2, 4) цилиндром 4 с усилием F, которое достигает 100-150 тонн. Наименьшее угловое расстояние между цилиндрами 1, 2 относительно оси каландра 3 составляет 90°, а с противоположной стороны 270°. Внутрь каландра 3 непрерывно подают технологический пар задавая температуру наружной поверхности 150°С. В течении 1,5 часа каландр нагревается до этой температуры и включают вращающий привод каландра 3. Каландр 3 вращается со скоростью 2 об/мин, приводя в движение сетку 5 и во вращение цилиндры 1, 2, 4. На прижимном цилиндре 1 сетка 5 движется вместе с цилиндром 1 сверху него к каландру 3. После включения привода сырую ленту 6 подают на цилиндр 1, охваченный сеткой 5 и направляют ленту 6 в сужающийся клин (в жало) между цилиндром 1 и каландром 3. Лента 6 захватывается сеткой 5 и затягивает ленту 6 между сеткой 5 и каландром 3. В данный момент сырая лента 6 непрерывно перемещается между каландром 3 и сеткой 5 по поверхности нагретого каландра со скоростью наружной поверхности каландра 3, при этом лента 6 непрерывно прижимается к этой поверхности сеткой 5 с усилием натяжения сетки 5, т.е. 100-150 тонн. При наружном диаметре каландра 3-1000 мм (1 м), длина его наружной поверхности составляет πD=3,1416*1=3,14 м, а линейная скорость этой поверхности (при n=2 об/мин) (фиг. 1б) будет 6,28 м/мин. Меньшее расстояние по дуге наружной поверхности каландра 3, между точками (линиями) зажимов каландр 3-цилиндр 1 и каландр 3-цилиндр 2 составляет  длина окружности 3,14 м, или 0,785 м. Большее расстояние  этой длины, или 2,355 м. На этой длине каландра 3 (2,355 м) сырая лента 6 нагревается, подвергается давлению со стороны сетки 5 (фиг. 1б) и вулканизируется. Готовая (свулканизированная) лепта 6.1 прижимным цилиндром 2 направляется на накатку (на рисунках не показана). При окружной скорости каландра 3 6,28 м/мин вулканизация каждого сечения ленты 6 происходит на длине дуги 2,355 м или за 2,355/6,28=0,375 мин или за 22,5 секунды. Меньшее расстояние по дуге наружной поверхности каландра 3, между точками (линиями) зажимов каландр 3-цилиндр 1 и каландр 3-цилиндр 2 составляет 0,785 м и это расстояние наружная поверхность каландра 3 (с окружной скоростью 6,28 м/мин) проходит за 0,785/6,28=0,125 мин или за 7,5 секунд.
a
b
c
В заявляемом способе (фиг. 2, без сетки 5 и натяжного цилиндра 4), над цилиндрической поверхностью (цилиндрическая стенка каландра 3 обозначена поз. 3.1 на фиг. 4) каландра 3 между цилиндрами 1 и 2 неподвижно установлен с равномерным зазором (например, 3 мм, фиг. 3) относительно каландра 3 ИКН 7. Кожух ИКН 7 выполнен, например, из тонкого (5 мм) листа дюралюминия, выгнутого по дуге коаксиальной дуге наружной поверхности каландра 3 (его цилиндрической 3.1 поверхности). К кожуху, со стороны каландра 3, жестко присоединены, без зазоров относительно друг друга, отражатели 7.2, в каждом из которых установлено по одному источнику инфракрасного излучения 7.3 ограниченной длины, например, кварцево-галогенная тепловая лампа КГТ380-5000-1. Каждая лампа 7.3 размещена в фокусе Ф отражателя 7.2, так же, как и в техническом решении [26, фиг. 3, фиг. 4, лампа 18, отражатель 19]. Расстояние между точками касания а и b цилиндров 1, 2 с каландром 3 (фиг. 2), как уже сказано выше, составляет 785 мм по дуге. Расстояние 1 между цилиндрами 1 и 2 составляет 600 мм. В ИКН 7 (фиг. 2 и 3), на этой длине, при ширине одного отражателя 7.2 40 мм, размещаются 15 отражателей 7.2 вдоль образующей каландра 3. Каждые пять излучателей 7.3 соединяют электрически параллельно (R, R, R, фиг. 6) и подключают соответственно к фазам а, b, с с общей нейтралью n силового управляемого выхода трехфазного АРНТ 9. Управляющий вход АРНТ 9 электрически подключен к выходу пирометра 7.5 (фиг. 4, 6). Пирометр 7.5 неподвижно размещен рядом (10-20 мм) с торцем цилиндрической части 3.1 каландра 3 в верхней части цилиндра 3.1, не ниже 10 мм от наружной цилиндрической поверхности 3.1 при толщине цилиндра 3.1 - 65 мм (фиг. 4). Оптически регистрирующая часть пирометра Optris CT-DS-E2005-01-A MID rus [40] представляет собой цилиндр, диаметром 10 мм и длиной 20 мм.
2
2
2
Кожух 7.1 ИКН 7 неподвижно закреплен, например, планками 3.3 (с обеих сторон каландра 3) к неподвижным корпусам 3.2 подшипников каландра 3 (отдельно - не показаны и не обозначены), например, сваркой. Отражатели 7.2 неподвижно размещены в кожухе 7.1, например, сваркой вдоль образующей (фиг. 3). АРНТ 9 подключен к промышленной трехфазной сети (А, В, С, N) и размещен неподвижно рядом с приводом каландра 3 (на фигурах не показан) в удобном для обслуживания месте. Аналогичная схема АРНТ показана в [43, фиг. 8]. При включении АРНТ 9, задают (устанавливают) температуру, например, 250°С которую регистрируют пирометром 7.5 и наблюдают за процессом нагрева. При включении АРНТ 9 на каждую трубчатую лампу КГТ 7.3 подается электрическая мощность 5 кВт, всего на 15 ламп - 75 кВт мощности. При этом, 12% этой мощности расходуется на нагрев стекла и спирали (9 кВт), поэтому мощность сплошного ИК излучения составляет 66 кВт. Это излучение 7.4 (фиг. 4) распределено на поверхности с размерами: ширина 600 мм (1, фиг. 2) или 60 см и длина 1600 мм или 160 см (рабочая длина каландра 3), площадь этой поверхности составляет 60*160=9600 см. Плотность излучения ИКН 7 между цилиндрами 1 и 2 (фиг. 2) составляет 66000 Вт/9600 см = 6,875 Вт/см. Такой плотности излучения 7.4 (фиг. 4) на поверхности каландра 3 не создавалось ни в одном из аналогов.
При достижении температуры наружной цилиндрической поверхности каландра 3 вблизи точки а (фиг. 2) 250°С АРНТ 9 автоматически, через 6 с от включения, уменьшает напряжение питания ламп 7.3 (КГТ380-5000-1) до 50 В, поддерживая эту температуру. В режиме поддержания температуры 250°С ИКН 7 с АРНТ 9 расходуют в 7, 6 раза меньше электроэнергии - 9,86 кВт, а каждая лампа 7.3 расходует 658 Вт.
в
Сырую ленту 6 также нагревают ИК излучением в одно фазном ИКН 8 с однофазным АРНТ 10 и датчиком температуры Т (фиг. 2). ИКН 8 устанавливают неподвижно, рядом с прижимным цилиндром 1 не далее, чем 1 метр от точки «а» (где, по линии, происходит соприкосновение цилиндра 1 с каландром 3). ИКН 8 аналогичен ИКН из технических решений [35, 36], и выполнен на лампах ИКЗ-500 8.4 (фиг. 5). Лампы 8.4 размещены неподвижно в двух горизонтальных плоскостях, без зазоров между колбами, при этом одна плоскость проходит под лентой 6, а другая над лентой 6. В каждой плоскости лампы 8.4 размещены сплошными рядами по ширине и длине ленты 6, причем лампы 8.4 обращены колбами в сторону ленты 6 и снизу и сверху так, что и снизу и сверху лента 6 подвержена сплошному ИК излучению от излучателей 8.4.
На фиг. 5 обозначены: 8.1 и 8.3 сплошные, плоские и тонкие электропроводные шины, скрепленные между собой параллельно диэлектрическими перегородками 8.2; лампы 8.4 ИКЗ-500 ввернуты в шины так же, как и в техническом решении [36]. Диаметр колбы каждой лампы ИКЗ-500 составляет 134 мм и вдоль (по ходу движения) ленты 6 в ИКН 8 устанавливают в шинах 5 ламп 8.4, которые создают сплошное ИК излучение на длине 670 мм. По ширине ИКН 8 (ширина ленты 6 1600 мм), без зазоров между колбами, устанавливают 12 ламп ИКЗ-500, что создает сплошной поток ИК излучения по ширине 1608 мм. Всего в ИКН 8 устанавливают 5*12=60 ламп ИКЗ-500, каждая мощностью 500 Вт, общая мощность ИКН 8 составляет 30 кВт.
в
Датчиком температуры Т (это может быть резистивный ДТВ-075, 50 Ом или Optris СТ-DS-E2005-01-A MID rus [40], фиг. 7) измеряют и контролируют температуру ленты 6 со стороны, противоположной наружной поверхности (цилиндрической) каландра 3.
Технические решения, в которых инфракрасными излучателями с АРНТ нагревают пищевые полуфабрикаты (сверху и снизу), движущиеся на плоской ленте в процессе выпечки известны из технических решений [41-43].
При вращении каландра 3 с частотой 2 об/мин, окружная скорость его цилиндрической 3.1 наружной поверхности, как показано выше, составляет 6,28 м/мин и каждый метр ленты 6 проходит от цилиндра 1 к цилиндру 2 по поверхности каландра 3 с такой же скоростью. Включение однофазного АРНТ 10 приводит, одновременно, к подключению сетевого напряжения 220 В и к подаче его одновременно на все 60 ламп ИКЗ-500. Их сплошное ИК излучение (30 кВт) одновременно нагревает сырую лепту 6 (толщина 50 мм) в ИКН 8 и сверху и снизу. Лента 6 прогревается до температуры 250°С за 6 сек после чего АРНТ 10 уменьшает электрическую мощность питания ИКН 8 в два раза, обеспечивая 250°С температуру ленты 6 со стороны, противоположной поверхности каландра 3. Это соответствует питанию ламп 8.4 напряжением 110 В и ИКН 8 с АРНТ 10 расходуют 15 кВтч электроэнергии.
АРНТ 10 с ИКН 8 включают после того, как АРНТ 9 перевел ИКН 7 в режим поддержания постоянной температуры 250°С наружной цилиндрической 3.1 поверхности каландра 3. Это происходит через 6 с (1/10 мин или 0,0017 часа) после включения и за 6 с ИКН 7 расходует 75 кВтч*0,0017 ч = 0,125 кВтч электроэнергии, после чего включают АРНТ 10 и ИКН 8 при этом включают привод (электродвигатель с редуктором на чертежах не показан), вращающий каландр 3 и заправляют сырую ленту 6 в зажим между цилиндром 1 (сеткой 5 в т. «а») и каландром 3 (фиг. 2). Нагретый каландр 3 с сеткой 5 тянут ленту 6. Перемещаясь, лента 6 нагревается в ИКН 8 за 6 сек и первый метр ленты 6 проходит не свулканизированным на каландре 3. Это является единственным браком при непрерывной вулканизации сырой ленты 6. За 6 с (1/10 мин или 0,0017 часа) работы на полную мощность ИКН 8 расходует 30 кВт*0,0017 часа=0,05 кВтч. Всего за 12 секунд работы двух ИКН и двух АРНТ расходуется 0,125+0,05=0,175 кВтч электрической энергии. Дальнейшее движение ленты 6 с каландром 3 и сеткой 5 сопровождается работой ИКН 7 с АРНТ 9 и ИКН 8 с АРНТ 10 в установившемся режиме, т.е., поддерживается температура наружной поверхности каландра 3 в т. «а» (фиг. 2 и фиг. 4) и температура ленты 6 в 250°С. При этом, ИКН 7 расходует постоянно 9,86 кВтч, а ИКН 8 - 15 кВтч электроэнергии. Общий расход составляет 24,86 или 25 кВтч. Это существенно меньше, чем 12 МВч тепловой энергии пара.
При вращении каландра 3 (фиг. 2) и работающем ИКН 7 с АРНТ 9 наружная цилиндрическая 3.1 стенка каландра 3 хорошо нагревается на глубину 5 мм. При ее движении от т. «b» до т. «а» (за 6 с), снаружи (т. «а») температура поверхности составляет 250°С, ниже на 1 мм ее температура составляет 240°С, ниже на 2 мм - 230°С, ниже на 3 мм - 220°С, ниже на 4 мм - 210°С, ниже на 5 мм - 200°С и т.д. После прохождения т. «а» и двигаясь по большой дуге «а-b» наружная поверхность каландра 3 остывает от 250°С (т. «а») до 200°С (т. «b»). В то же время, на каландр 3 (в т. «а»), с цилиндра 1, сеткой 5, непрерывно поступает сырая лента 5, нагретая до 250°С. Сетка 5 не нагревается, но двигаясь вместе с лентой 6 (и прижимая ее к каландру 3) и каландром 3 из т. «а» в т. «b» охлаждает ленту 6 до 200°С из-за теплоотдачи от ленты 6. Таким образом, в заявляемом способе, вулканизация сырой ленты 6, прижатой с каландру 3 осуществляется на длине большой дуги «а-b» (3/4 окружности) при температуре, которая изменяется от 250 до 200°С. Средняя температура здесь составляет 225°С и это существенно выше (на 75°С), чем существующая температура 150°С.
Данное обстоятельство позволяет существенно (до 2,5 об/мин или на 40% больше) увеличить производительность способа. Процесс вулканизации и преобразование в резину сырой резины 6 («сырого» каучука), как процесс объединения линейных каучуковых макромолекул в единую вулканизационную сетку, более интенсивно происходит при температурах 200-250°С [45].
Источники информации
1. Машины и аппараты резинового производства. Под ред. Д.М. Барскова. М., Химия, 1975, С. - 600.
2. SU 306023 МПК В29Н 5/28, 1968.
6
3. Патент Швеции 336223, НКИ 39а, 5/28, 1971.
4. SU 556045, МПК В29Н 5/28, 1977.
5. Попов А.В., Соломатин А.В. Непрерывные процессы производства неформованных резиновых изделий, М., Химия, 1977, с. 113.
6. SU 823164, МПК В29Н 5/72, 1981.
7. SU 351725, МКИ В29Н 5/28, 1969.
8. SU 498178, МКИ В29Н 5/28, 1974.
9. SU 1098821 А, МКИ B29H 5/28, 1984.
10. SU 171546, МКИ В29Н 5/28, 1964.
11. SU 504671, МКИ В29Н 5/28, 1974.
12. SU 1147580, МПК В29С 35/06, 1985.
13. SU 1098823, МКИ В29Н 5/28, 1983.
14. SU 1162617 А, МКИ В29С 35/00, 1985.
15. SU 196291, МКИ В29С 35/05, 1966.
16. RU 2000937 С1, МКИ В29С 35/06, 1993.
17. SU 196241, МКИ В29С 35/06, 1966.
18. European Rubber Jomae, 1975? vol. 157, № 10, p. 18-40.
19. RU 2053119 C1, МКИ B29C 35/06, 1996.
20. RU 2053120 C1, МКИ B29C 35/06, 1996.
21. US 3299468, НКИ 425-174, 1967.
22. EP №0157956, Int. C1. B29C 35/10, 1988.
23. RU 2077424 C1, МПК B29C 35/02, 1997.
24. RU 2457124 C2, МПК B60S 1/38, опубл. 27.07.2012.
25. Живетин В.В., Брут-Бруляко А.Б. Устройство и обслуживание шлихтовальных машин. М., Легпромбытиздат, 1988, 240 с.
26. RU 2263730, МПК D06B 15/00, 2005.
27. RU 2269730, МПК, F26B 13/18, 2006.
28. RU 2282802, МПК F26B 13/08, 2006.
29. RU 2287121, МПК F26B 13/08, 2006.
30. RU 2287122, МПК F26B 13/08, 2006.
31. RU 2302593, МПК F26B 13/18, 2007.
32. RU 2300589, МПК F26B 13/18, 2007.
33. RU 2313051, МПК F26B 3/34, 2007.
34. RU 2355961, МПК F26B 3/34, 13/08, 2009.
35. RU 2431793, МПК F26B 3/34, 2011.
36. RU 2556865, МПК H05B 3/00, 2015.
37. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., «Высшая школа», 1980, 469 с.
38. www.LISMA-GUPRM.RU
39. http://www.electrum-av.com/
40. http://www.tek-know.ru/nondestructive-inspection/pyrometers.html
41. RU 2457680, МПК А21В 1/48, опубл. 10.08.2012, Бюл. №22.
42. RU 2430630, МПК A23L 1/025, опубл. 10.10.2011, Бюл. №28.
43. RU 2526396, МПК А21В 1/48, опубл. 20.08.2014, Бюл. №23.
44. http://4ypakabra.ru/plotnost-chuguna-sch20/
45. https://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%F3%EB%EA%E0%ED%E8%E7%E0%F6%E8%FF