УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ И ПОЛОТЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящая полезная модель относится к устройствам для термической обработки, в частности, для сушки листовых и полотенных материалов конвективным способом, с конвективно-сопловым подводом теплоты. Она может быть использована в химической, текстильной, строительной и других отраслях промышленности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Термический процесс удаления влаги из материала путем ее испарения может быть осуществлен в устройствах, реализующих различные гидродинамические режимы. Выбор условий ведения процессов сушки обуславливается характером движения материальных фаз, глубиной обработки, геометрическими размерами обрабатываемого материала и его физико-химическими свойствами.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2-х ч. Ч.2. Оборудование для отделки хлопчатобумажных тканей. Справочник / Под ред. Н.В.Егорова. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - с.101-107; Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных предприятий. - М. - СПб: СПГУТД, 2000. - с.288-291], типа МСВР. Сушильная воздушно-роликовая машина состоит из секций, стенки которых закрыты теплоизоляционными щитами. С боковых сторон каждой секции имеется по одному циркуляционному вентилятору. Объем секции делится на три зоны. В средней, рабочей, зоне установлены ролики для транспортирования материала и сопла для обдува его
воздухом. Верхняя и нижняя зоны представляют собой напорные короба с калориферами. Циркуляция воздуха осуществляется двумя циркуляционными вентиляторами, путем забора воздуха из рабочей зоны и направления его в верхнюю и нижнюю зоны, откуда через калориферы в сопловые устройства. Для нагрева воздуха применяют стальные пластинчатые калориферы.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.155-157]. Это трехсекционная воздушно-роликовая машина СВР-120 с продольной обдувкой полотна, содержащая сушильную камеру, по два осевых пластинчатых калорифера для подогрева воздуха и осевых вентилятора, обеспечивающих циркуляцию воздуха в каждой секции, ролики для транспортировки материала и один вытяжной вентилятор.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.158-160]. Это многосекционная воздушно роликовая машина фирмы «Матер-Платт», содержащая сушильную камеру, а также в каждой секции вентилятор, калорифер, систему воздуховодов и ролики.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя - сушильная машина фирмы «Кабаяси» [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.160]. Сушильная камера машины состоит из двух одинаковых частей, в каждой из которых имеется два (верхний и нижний) тепловентиляционных блока, состоящих каждый из одного осевого вентилятора, паровых калориферов и воздушного короба для распределения воздуха вдоль камеры и ролики
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.163-165]. Это многосекционная печатная сопловая машина фирмы «Артос» с горизонтальной проводкой материала. Ее сушильная камера состоит из любого количества секций, в каждой из которых имеется тепловентиляционный блок, состоящий из одного основного циркуляционного вентилятора, двух паровых калориферов и двух напорных воздуховодов с соплами - верхнего и нижнего, а также стержней для поддержки полотна и сетки-фильтра.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных предприятий. - М. - СПб: СПГУТД, 2000. - с.291-293]. Это сопловая машина СВ-6/140 с зигзагообразной проводкой материала. Ее сушильная камера включает шесть однотипных секций с двухсторонним обдувом полотна. В каждой секции имеется два вентилятора, два калорифера и сопловые короба, расположенные сверху и снизу симметрично относительно середины машины.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.167-169]. Это сопловая печатная сушилка СП-120-1 с вертикальной проводкой материала перед сопловыми коробами. Она включает камеру, изолированную теплоизоляционными щитами, внутри которой расположено пять тепловентиляционных блоков. Каждый из них состоит из осевого вентилятора, двух пластинчатых калориферов с сетчатыми фильтрами и одного короба с соплами. Кроме того, для поддержания проходящего материала против сопел расположены стальные полированные экраны.
Известно устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М.: Машиностроение, 1971. - с.169-170] фирмы «Ково». Оно состоит из двух ярусов. В верхнем ярусе осуществляется горизонтальная проводка с двухсторонним сопловым обдувом. Каждый тепловентиляционный блок яруса состоит из коробов с соплами, одного парового калорифера и одного центробежного вентилятора. В нижнем ярусе материал проходит по двум рядам роликов вертикальными петлями. Здесь расположена охладительная секция, отделенная перегородками от сушильного пространства. Охлаждение производится холодным воздухом, засасываемым из помещения через специальные окна с сетками за счет разрежения, создаваемого вытяжным вентилятором сушильной камеры.
Общим недостатком указанных выше машин является низкая интенсивность сушки, вызывающая необходимость большой заправочной длины материала в камере сушки с большой длиной петли, а также низкая плотность заправки на единицу длины машины.
В целях устранения указанных недостатков используют конвективно-роликовые сушилки с местной струйной обдувкой.
Известно такое устройство для сушки листовых и полотенных материалов в потоке теплоносителя [Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. - М. Машиностроение, 1971. - с.172-173]. Это сушильная машина фирмы «Вакаяма». Конвективная часть машины разделена на две зоны с различной проводкой материала. В первой зоне имеется сопловой обдув, где проходит интенсивная сушка материала. Для последней стадии сушки используется роликовая зона с большой заправочной длиной. В этой зоне у воздушных коробов имеются насадки с перфорированной поверхностью, размещенные между петлями материала. Горячий
воздух выходит из отверстий с высокой скоростью перпендикулярно к поверхности материала, а дальше движется вдоль полотна материала.
Наряду с сушильными машинами в производстве получили широкое применение и сушильно-ширильные машины. В них одновременно с сушкой осуществляется ширение материала, а также иногда усадка по основе.
Известна однопольная машина типа МШС1 [Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2-х ч. Ч.2. Оборудование для отделки хлопчатобумажных тканей. Справочник / Под ред. Н.В.Егорова. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - с.107-114], которая выпускается с различным количеством секций. Особенностью однопольной ширильно-сушильной машины является то, что ее сушильная камера имеет блочную компоновку одинаковых тепловентиляционных секций с повышенной степенью заводской готовности. Применены сдвоенные центробежные циркуляционные вентиляторы двухстороннего всасывания, что обеспечивает интенсификацию процесса сушки. Сушильная камера состоит из двух предварительных камер, нескольких сушильных секций и охладительной камеры.
Общим недостатком известных устройств применительно к сушке листовых и полотенных материалов являются большие трудности в создании высокой плотности потока теплоты газообразным теплоносителем, что значительно снижает производительность оборудования, а также большие потери теплоты устройствами, что требует подводить тепло с избытком и следствие этого низкие КПД сушилок.
Снизить тепловые потери сушильного оборудования и повысить КПД можно за счет вторичного использования паровоздушной смеси, состоящей из испаренной из материала влаги и отработанного сушильного агента.
Известно комбинированное сушильное устройство с конвективно-сопловым подводом теплоты, являющееся наиболее близким по существу к заявляемой полезной модели. Оно позволяет утилизировать теплоту отработанного сушильного агента и испаренной влаги. Основными деталями этого устройства являются сушильная машина DD-1 голландской фирмы «STORK», струйный компрессор и вихревая камера [Волынский В.Ю., Бирюкова Т.И. Технология утилизации теплоты с уходящим сушильным агентом и испаренной влагой // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. Том 17, №7. М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2003. - с.52-56].
Устройство содержит секционную сопловую сушилку, струйный компрессор, вихревую камеру, циркуляционный вентилятор, паровой калорифер и трубопровод. Первая секция сушилки оснащена вытяжной трубой. Струйный компрессор подсоединен к первой секции. Он установлен на верхней части опорной рамы первой секции сушильной машины над областью между паровым калорифером и боковой стенкой машины, причем его диффузор через трубопровод подсоединен к входным соплам вихревой камеры. Вихревая камера крепится к верхней части опорной рамы второй секции сушильной машины за циркуляционным вентилятором горячим концом через трубопровод.
В этой установке, реализующей замкнутую технологию утилизации теплоты паровоздушной смеси в первой секции, можно в некоторой степени снизить энергопотери.
Однако, эта комбинированная установка также имеет некоторые недостатки:
1. Повышенные энергопотери устройства за счет:
а) потери теплоты через стенку вихревой камеры;
б) относительно низкого коэффициента рециркуляции (до 0,16) паровоздушной смеси в установке.
2. Недостаточная скорость сушки из-за относительно невысокой температуры отбираемой из первой секции паровоздушной смеси.
Таким образом, хотя известно значительное количество устройств для термообработки листовых и полотенных материалов, но нет устройства, позволяющего с высокой эффективностью удалять влагу из материала и организовать высокоэффективную замкнутую циркуляцию потока тепла в сушильной машине.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей полезной модели является поиск конструкции установки для термообработки листовых и полотенных материалов с конвективно-сопловым подводом теплоты, которая обеспечила бы снижение потерь теплоты и повышение температуры сушильного агента во второй секции установки и коэффициента рециркуляции паровоздушной смеси.
Поставленная задача решена установкой для термообработки листовых и полотенных материалов, включающей секционную сопловую сушилку, струйный компрессор, вихревую камеру и трубопровод, причем к первой секции сушилки, оснащенной вытяжной трубой, подсоединен струйный компрессор, диффузор которого через трубопровод подсоединен к входным соплам вихревой камеры, которая горячим концом через трубопровод подсоединена ко второй секции, которая снабжена двумя коллекторами, причем к входу первого коллектора подсоединен диффузор струйного компрессора, а выходы коллектора к входным соплам вихревой камеры, струйный компрессор инжектором подсоединен к вытяжной трубе, вихревая камера снабжена теплоизоляцией и подсоединена ко второй секции через второй коллектор, вход которого подсоединен к горячему концу вихревой камеры, а выходы - ко второй секции, причем отношение площади сечения диафрагмы холодного сечения к площади сечения входных
сопел вихревой камеры составляет 1,5÷3, а отношение площади сечения диафрагмы холодного сечения к площади сечения трубы вихревой камеры составляет 0,1÷0,7.
Такая конструкция позволяет:
1. Снизить энергопотери устройства за счет: а) теплоизоляции трубы вихревой камеры; б) более качественной рециркуляции теплоты отводимой паровоздушной смеси (повышения коэффициента рециркуляции установки до 0,19), что приводит к увеличению скорости сушильного агента из форсунок и сопел. Это стало возможным за счет присоединения струйного компрессора непосредственно к вытяжной трубе, распределенной подачи нагретого воздуха от горячего конца вихревой камеры через второй коллектор и трубопровод в объемное пространство второй секции и создания оптимальных соотношений площади сечения диафрагмы холодного сечения к площади сечения входных сопел вихревой камеры, а также площади сечения диафрагмы холодного сечения к площади сечения трубы вихревой камеры.
2. Повысить скорость сушки, а значит сократить время термообработки материалов на 15% за счет создания более высокой температуры сушильного агента во второй секции (со 170°С для прототипа, до 190°С) за счет эффективной организации отбора паровоздушной смеси из первой секции сушилки.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 приведен общий вид установки для термообработки листовых и полотенных материалов.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Установка выполнена следующим образом.
Установка содержит секционную сопловую сушилку (1). Первая ее секция (2) оснащена вытяжной трубой (3). К первой секции подсоединен струйный компрессор (4). Его диффузор (5) через трубопровод (6) и первый коллектор (7) подсоединен к входным соплам (8) вихревой камеры (9). Горячим концом (10) вихревая камера через трубопровод (11) подсоединена ко второй секции (12). Причем струйный компрессор инжектором (13) подсоединен к вытяжной трубе. Вихревая камера, имеющая тепловую изоляцию (14), горячим концом через трубопровод подсоединена к входу (15) второго коллектора (16). Выходами (17) второй коллектор подсоединен ко второй секции. В каждой секции сушилки имеются сопловые короба (18), форсунки (19), циркуляционный вентилятор (20). В первой секции имеется паровой калорифер (21). Первый коллектор соединен с вихревой камерой трубопроводом (22). Второй коллектор соединен со второй секцией сушилки трубопроводом (23). Между первой и второй секциями для прохода обрабатываемого материала имеются отверстия (24). В сушилке предусмотрены отверстия для ввода (25) и вывода (26) обрабатываемого материала. Первый коллектор имеет вход (27) и выходы (28).
Установка работает следующим образом.
Влажный материал (27) подается в первую секцию (2) сушильной установки (1), где под воздействием двухстороннего обдува горячим газом (при температуре 120÷140°С) из форсунок (18) происходит удаление влаги. Во втором и третьем проходах осуществляется уже односторонний подвод теплоносителя с помощью сопловых коробов (18). Испаренная влага и отработанный сушильный агент по системе вентиляционных труб подается в верхнюю часть секции, вдоль боковых стенок секции, к внешней стороне паровых калориферов (21). За счет создаваемого циркуляционным вентилятором (20) разрежения
паровоздушная смесь проходит через паровые калориферы и тем самым прогревается до определенной температуры. В процессе термообработки влажного материала в первой секции сушильной установки образуется паровоздушная смесь, состоящая из отработанного сушильного агента и испаренной влаги. Она через вытяжную трубу (3) отводится из первой секции сушильной установки. Струйным компрессором (4), подсоединенным инжектором (13) к вытяжной трубе, производится отбор значительной части паровоздушной смеси и дальнейшее повышение ее давления. В качестве рабочего потока струйного компрессора используется сжатый воздух (до 6 атм). Из диффузора (5) струйного компрессора паровоздушная смесь под относительно высоким давлением (1,2÷3,5 атм) и с меньшей влажностью через трубопровод (6) подается в первый коллектор (7), где она разделяется на два потока. От первого коллектора по трубопроводу (22) оба потока паровоздушной смеси тангенциально подводятся к вихревой камере (9) через входные сопла (8). Вихревая камера, покрыта теплоизоляционным материалом и используется для повышения температуры входного потока на 10÷40% в зависимости от давления сжатого потока и геометрических параметров вихревой камеры (до 190°С), а также для удаления части влаги вместе с холодным потоком, покидающим ее с холодного конца. Температура холодного потока достигает величины 30÷60°С. Прогретая паровоздушная смесь выводится из горячего конца (10) вихревой камеры и по трубопроводу (11) подается во второй коллектор (16). Из него разделенная на два потока горячая паровоздушная смесь по трубопроводу (23) подводится ко второй секции (12) установки в пространство над вторым циркуляционным вентилятором, где и происходит ее более эффективное смешивание с паровоздушной смесью, циркулирующей во второй секции посредством работы циркуляционного вентилятора. Он втягивает паровоздушную
смесь, циркулирующую во второй секции и подаваемую из вихревой камеры, и проталкивает ее через вентиляционные трубы в форсунки (19), находящиеся в первом проходе и сопловые короба (18) во втором и третьем проходах. Через них горячая паровоздушная смесь поступает вдоль и на материал. Затем воздух снова втягивается циркуляционным вентилятором. Отвод части образующейся паровоздушной смеси осуществляется в первую секцию через отверстия прохода (24) материала между секциями сушильной установки и далее в вытяжную трубу. Свежий воздух поступает в сушилку через отверстия впуска (15) и выпуска (26) материала. Вытяжной вентилятор и струйный компрессор (4) вытягивают через вытяжную трубу (3) паровоздушную смесь из сушилки, и это поддерживает пониженное давление в сушилке.