Устройство очистки формовочного барабана

Полезная модель относится к устройству для формования волокнистого изделия и, в частности, рассматривает конструкцию устройства очистки формовочного барабана от пуха, налипшего на сетку, на которой формуется волокнистая подушка, которая используется в качестве объемных наполнителей для подушек и одеял, впитывающей сердцевины одноразовых гигиенических изделий, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, подгузники и т.п.
Один из распространенных способов изготовления таких формованных волокнистых изделий заключается в превращении исходного материала в волокнистую массу с последующим созданием потока волокнистой массы с вовлечением воздуха. Волокнистая масса с вовлечением воздуха может быть преобразована в формованное волокнистое изделие с помощью пористой формовочной структуры под воздействием вакуума для перемещения волокнистой массы в форму. Такой способ относится к виду сухого формования полотна (drylaid). Это самый старый и поэтому наиболее распространенный и доступный способ. При пневмоформовании (airlayng) (аэродинамическом формовании) короткие волокна, смешиваясь в направленном воздушном потоке, поступают в барабаны, где формируется беспорядочно ориентированная лента. Получаются более рыхлые полотна, чем при кардном способе, менее прочные, отсутствует ориентированная структура.
Процесс формования волоконного полотна осуществляется осаждением на сетке волокон из потока влажного воздуха при сохранении влажности сформованного слоя на уровне 30%. Это обеспечивает образование межволоконных связей без введения упрочняющих добавок. В структуре волокнистого слоя при прессовании на сетке формируются участки, обеспечивающие механическую прочность и влагоемкость материала. Рыхлые участки отвечают за высокую пропускную воздушность полотна и образуются в ячейках между нитями профилирующей сетки. Плотные участки обуславливают механическую прочность плотна. Размеры плотных участков и расстояния между ними исключают возможность прохождения линии разрыва полотна только по рыхлым участкам.
Аэродинамическое формирование холста осуществляется с помощью воздушного потока, который транспортирует волокно в зону образования холста. При аэродинамическом способе полотно формируется на поверхности перфорированного барабана. Предварительно разрыхленные и смешанные волокна отделяются от разрабатывающих элементов холстообразователя с помощью воздушной струи и транспортируются к месту образования полотна. Получение таких волокнистых подушек осуществляют на формовочных барабанах.
Так, в US 2001043834, B25G 3/34, опубл. 22.11.2001 г., описана конструкция узлов соединения в формовочном барабане, применяемом при производстве нетканых материалов и представляющим из себя металлический каркас цилиндрической формы, состоящий из набора силовых шпангоутов, поверх силовых шпангоутов смонтирована сотовая конструкция с квадратными ячейками, на которые сверху с помощью сварки крепится сетка для улавливания волокон. Сотовая конструкция образована из металлических пластин соединяемых с помощью специальных прорезей.
Технология производства волокнистых подушек для абсорбирующих гигиенических изделий (пеленки, прокладки, памперсы) у всех производителей одинакова, она заключается в дроблении целлюлозы до состояния волокон и дальнейшем формированием из полученной фракции подушек определенных форм и размеров. Подушка формируется трафаретным методом - концентрацией пуха на сетчатой поверхности формовочного барабана.
В определенный момент, с помощью перехватывающего барабана, подушка снимается с поверхности формовочного барабана и, очищенная от пуха поверхность снова готова к приему пуха. Процесс формирования - непрерывен и со временем (зависит от веса и размера пуховой подушки) на сетке барабана образуются фрагментарные участки «налипшего» спрессованного пуха. «Налипший» пух препятствует сквозному продуванию сетки в местах своего сосредоточения и способствует неравномерному покрытию пухом сетчатой поверхности и барабана. Подушка формируется с «проплешинами» (площадь «проплешин» соответствует площади фрагмента «налипшего» пуха). Этот фактор приводит к ухудшению потребительских свойств продукта и товарного вида.
Для исключения налипания пуха (волокон) на сетке на формовочном оборудовании производителями предусмотрена система очистки сетки барабана, которая работает по принципу инжектора: во внутренней полости барабана закреплена профильная труба с отверстиями диаметром 1 мм во всю длину, с шагом 10 мм. В нее, непрерывно подается воздух под давлением из пневмомагистрали линии. Инжектор расположен в секторе барабана, который не задействован в процессе формирования пуховой подушки и ее переноса. Направление подаваемого воздуха относительно сетки - противоположно по отношению к потоку пуха. Т.е. пух выталкивается в ту сторону, откуда пришел.
Главный минус системы - непрерывность подачи воздуха. Расход воздуха при максимальной подаче доходит до 4000 литров в минуту. Эффективность чистки невысокая (оправдывается непрерывностью). Компрессор мощностью 55 кВт и производительностью 8 кубометров в минуту половину своей мощности тратит на систему отчистки поверхности барабана.
Так, в US 5885623 описано устройство очистки формовочного барабана, представляющее камеру, расположенную внутри барабана с соплом, через которое подается воздух на внутреннюю поверхность барабана.
А в US 4167404, C03B 37/00, опубл. 11.09.1977 г., описано устройство очистки формовочного барабана, содержащее воздушный инжектор в виде по крайней мере одного сопла, расположенный внутри формовочного барабана и выходом направленного на внутреннюю поверхность формовочного барабана, несущего на наружной поверхности по крайней мере одну сетку для осаждения на ней волокон из потока подаваемого на сетку воздуха, а так же источник давления воздуха, сообщенный с входом указанного инжектора для подачи воздушного потока под давлением по ширине формовочного барабана.
Это решение принято в качестве прототипа.
Это устройство представляет собой воздушный инжектор (ракель) в виде сопел, расположенных с внутренней стороны барабана. За счет уплотнения инжектор работает без влияния зоны низкого давления в барабане. Сжатый воздух под низким давлением и большим объемом (например, приблизительно 5,5 фунтов на квадратный дюйм и 635 кубических футов в минуту) подается в сопла из источника, расположенного снаружи через множество труб. Из описания следует непрерывный режим работы устройства очистки барабана.
Недостаток известного решения заключается в достаточно большом расходе электроэнергии и невысокой производительности. Расход электроэнергии обусловлен тем, что компрессор, нагнетающий воздух под давлением, работает постоянно даже в те моменты, когда сетка не находится перед соплами. А невысокая производительность обусловлена низким давлением воздуха на прилипшие к сетке волокна. Так называемый налипший пух находится в механической связи между волокнами и эти связи необходимо разорвать высоким давлением. Так как создание такого высокого давления при постоянном выдуве невозможно без увеличения мощности компрессора (а это еще больший расход электроэнергии), то считается, что давление чем чаще сетка будет проходить через зону выдува, тем больше вероятность, что она очистится.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении качества очистки сетки формовочного барабана за счет периодической импульсной выдачи воздушного потока в положении сетки перед инжектором.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве очистки формовочного барабана, содержащем воздушный инжектор, расположенный внутри формовочного барабана и выходом направленного на внутреннюю поверхность формовочного барабана, несущего на наружной поверхности по крайней мере одну сетку для осаждения на ней волокон из потока подаваемого на сетку воздуха, а так же источник давления воздуха, сообщенный с входом указанного инжектора для подачи воздушного потока под давлением по ширине формовочного барабана, в канале сообщения инжектора с источником давления воздуха установлен пневматический электромагнитный клапан для импульсной подачи воздушного потока под давлением от источника давления воздуха и формирования на сетке пневматического удара во время прохождения сетки формовочного барабана перед инжектором.
При этом устройство может быть снабжено счетчиком оборотов формовочного барабана для регулирования цикличности формирования импульсов воздушного потока в функции от количества оборотов формовочного барабана, или может быть снабжено индуктивным датчиком для формирования управляющего сигнала при подходе участка формовочного барабана, несущего сетку, к месту расположения инжектора, или комбинацией этих компонентов.
Кроме того, устройство может быть снабжено программируемым контроллером, или реле времени, выполненным с возможностью формирования управляющего сигнала пневматическому электромагнитному клапану для открытия и работы в режиме импульсной подачи воздушного потока в течение времени нахождения сетки формовочного барабана перед инжектором.
А инжектор может быть выполнен в виде протянутой по ширине барабана трубы с отверстиями или в виде по крайней мере одного сопла или ряда сопел.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид формовочного барабана с устройством очистки от пуха сеток на его поверхности;
фиг. 2 - режим работы устройства очистки формовочного барабана в импульсном режиме;
фиг. 3 - режим работы устройства очистки формовочного барабана в циклично-импульсном режиме.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция устройства чистки сетки формовочного барабана 1 (фиг. 1), используемого в качестве ложемента для напыления на его сетчатую поверхность коротких волокон различного природного или искусственного происхождения. Данный формовочный барабан является частью установки аэродинамическом формования плоскообъемных изделий типа подушек из коротких волокон, и в которой, смешиваясь в направленном воздушном потоке 2, эти волокна 3 поступают на поверхность формовочного барабана 1, где трафаретно формируются волокнистые подушки 4. Осаждение коротких волокон на сетки формовочного барабана обусловлена тем, что короткие волокна попадают в воздушный поток, продаваемый на поверхность сетки или вдоль нее (в тангенциальном направлении) и проходят через пустоты в сетке и в силовом каркасе барабана в атмосферу. Направленность воздушного потока обуславливает падение коротких волокон на сетчатую поверхность, а сцепные качества волокон обуславливают соединение (зацепление) волокон между собой. При слоистом напылении сцепляемость коротких волокон обеспечивает нераспадание полотна и возможность его применения, например, в качестве наполнителя подушек или одеял или для средств гигиены, для подгузников и т.д.
Технология аэродинамического формования полотна из волокон известна давно и построена на отработанной технологии (FR 2657977, 2657077), согласно которой способ формования первичного полотна минераловатного ковра осуществляется путем центробежного формования волокон из минерального расплава в узле волокнообразования и переноса облака волоконной дисперсии из узла волокнообразования газовым потоком на перемещаемую перед узлом волокнообразования проницаемую формовочную основу и устройство для формования первичного полотна минераловатного ковра. В связи с известностью данного процесса, в рамках настоящей полезной модели вопросы технологии самого процесса не рассматриваются.
Формовочный барабан вращается с заданной скоростью, обеспечивая прохождение сеток через воздушный поток 2, при котором волокна из этого потока оседают на сетке. На формовочном барабане таких сеток может быть несколько (расположены дистантно по окружности наружной поверхности барабана).
В определенный момент, когда достигнуты требуемые толщина и плотность подушки 4. с помощью перехватывающего барабана 5, подушка 4 снимается с поверхности формовочного барабана и, очищенная от пуха поверхность снова готова к приему пуха (волокон). Процесс формирования - непрерывен и со временем (зависит от веса и размера пуховой подушки) на сетке барабана образуются фрагментарные участки «налипшего» спрессованного пуха. «Налипший» пух препятствует сквозному продуванию сетки в местах своего сосредоточения и способствует неравномерному покрытию пухом сетчатой поверхности и барабана. Подушка формируется с «проплешинами» (площадь «проплешин» соответствует площади фрагмента «налипшего» пуха).
Для исключения налипания пуха (волокон) на сетке на формовочном оборудовании всеми производителями предусмотрено устройство очистки сетки барабана, которое работает по инжекторному принципу.
Это устройство очистки формовочного барабана содержит воздушный инжектор 6. Этот Инжектор может быть выполнен в виде протянутой по ширине барабана трубы с отверстиями или в виде по крайней мере одного сопла для подачи воздуха по всей ширине сетки или ряда сопел, расположенных в ряд по ширине барабана для очистки сетки по ее ширине. Инжектор 6 расположен внутри формовочного барабана в секторе, который не задействован в процессе формирования пуховой подушки и ее переноса. Инжектор выходами направлен на внутреннюю поверхность формовочного барабана Направление подаваемого и выдуваемого воздуха 7 относительно сетки - противоположно по отношению к потоку пуха (волокон), подаваемых на сетку.
В устройстве также имеется источник давления воздуха, сообщенный каналом (пневмопроводом) с входом указанного инжектора 7 для подачи воздушного потока под давлением по ширине формовочного барабана.
Суть заявленного решения заключается в изменении режима и формы подачи воздуха в инжектор. Для этого в канале 8 сообщения инжектора 7 с источником давления воздуха установлен пневматический электромагнитный клапан 9 для управляемой импульсной подачи воздушного потока (фиг. 2-3) под давлением от источника давления воздуха и формирования на сетке пневматического удара.
Один, два, три (периодичность и длительность выбирается опытным путем и зависит от веса изделия, скорости, типа сырья) раза в час, пневматический электромагнитный клапан 9 - в импульсном режиме начинает подавать воздух в инжектор. Именно импульсный режим определяет всю эффективность процесса очистки. Момент «удара» воздуха под давлением о поверхность сетки позволяет добиться максимальной эффективности в сравнении с непрерывной подачей.
При постоянном выдуве воздуха, даже под давлением, равновесное состояние окружающей воздушной массы нарушено и масса находится в состоянии перемещений и смешений. Поэтому и не достигается достаточный эффект по очистке сетки. Метод пневматического удара заключается в пневмоударе сжатым воздухом в короткий промежуток времени. В результате, в окружающей воздушной массе, находящейся в устойчивом равновесном состоянии, образуется ударная волна, вызывающая кинетическую энергию, которая передает удар непосредственно на сетку и на волокна на ней, со скоростью до 1450 м/с, разрывая волокна (пух) и связи между ними.
Управление подачей воздуха берет на себя пневматический электромагнитный клапан 9. Цикличность работы клапана обеспечивает счетчик оборотов барабана 10, уставка на срабатывание зависит от настроек счетчика, она равна сумме совершенных оборотов барабана за определенное время. Так же привязка к счетчику оборотов барабана позволяет производить чистку только в момент работы оборудования и исключает лишние траты воздуха в момент простоя.
Этот счетчик оборотов с помощью датчика считывает метки на барабане при его вращении. При подходе участка формовочного барабана, несущего сетку, к месту расположения инжектора и импульсной подачи воздушного потока во время прохождения сетки формовочного барабана перед инжектором, для формирования сигнала управления на клапан 7, может использоваться индуктивный датчик 11.
Устройство так же может быть снабжено программируемым контроллером 12, или реле времени, выполненным с возможностью формирования управляющего сигнала пневматическому электромагнитному клапану для открытия и работы в режиме импульсной подачи воздушного потока в течение времени нахождения сетки формовочного барабана перед инжектором. Импульсный режим обеспечивает реле времени, программируемое реле или ПЛК (программируемый логический контроллер).
Длительность импульса и паузы задается оператором исходя из условий работы. Может быть предусмотрен ручной режим включения оператором.
При режиме подачи воздушного потока, показанном на фиг. 2, при равных периоде и длительности импульса, сокращение расхода воздуха составляет до 50% при максимальной эффективности очистки барабана. При работе устройства в циклично-импульсном режиме (фиг. 3) достигается идеальное соотношение эффективности и экономичности.
Все перечисленные компоненты могут использоваться как вместе, так и в различных схемных комбинациях. Конкретная реализация схемного решения не является существенной для заявленного объекта в виду многовариантности таких исполнений. Главным является то, что пневматический клапан 9 выполнен электромагнитным, то есть управляемым по электрическому сигналу, подаваемому на катушку, сердечник которой открывает или закрывает проходное сечение. Именно эта функция позволяет обеспечить краткосрочный режим выдачи воздуха под давлением в спокойную равновесную воздушную массу, формируя пневмоудар по сетке.
Полезная модель оправдывает себя экономической эффективностью при производстве сжатого воздуха. А также в будущем позволит использовать высвобожденный резерв при реализации новых производственных проектов без привлечения дополнительных мощностей, связанных с генерацией ресурса. Настоящая полезная модель при этом обеспечивает повышение качества очистки сетки формовочного барабана за счет периодической импульсной выдачи воздушного потока в положении сетки перед инжектором.