РАЗРЫХЛИТЕЛЬ-ОЧИСТИТЕЛЬ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
DISINTEGRATOR-CLEANER OF FIBROUS MATERIALS

Изобретение относится к текстильному оборудованию и может быть использовано в разрыхлительно-очистительных агрегатах для разрыхления, очистки, съема, транспортировки волокнистых продуктов и равномерного питания последующей машины.
Известен очиститель для волокна (Пат. 3559804 United States, МПК B07b 9/00. Очиститель для волокна/Кеннет Г. Литтон Гастония, правопреемник Fiber Controls Corporation Gastonia, N.C. корпорация Северной Каролины. - №76952122; заявл. 22.10.1968; опубл. 02.02.1971), предназначенный для очистки хлопковых и других видов волокон от сорных примесей. Волокнистый материал подается на машину через входное отверстие на первый колковый барабан, на котором происходит разрыхление волокнистого материала. Клочки волокон ударами колков переносятся в зону колосниковой решетки, где дополнительно происходит разрыхление и очистка клочков волокон. Затем клочки отбрасываются в верхнюю часть машины, откуда переносятся на второй колковый барабан, где под воздействием колков второго барабана и колосниковой решетки клочки волокон интенсивно разрыхляются. Такое взаимодействие клочков с колками барабанов и с колосниковой решеткой способствует эффективному выделению сорных примесей, выпадающих в камеру для сбора отходов. Разрыхленные волокна попадают в струю воздуха и выводятся из машины через выходное отверстие. Диаметр барабанов по колкам составляет 61 см.
Недостатком очистителя для волокон является неоптимальное соотношение диаметра барабана по колку и по телу, что приводит к снижению эффективности разрыхления волокнистого материала. Также в устройстве не предусмотрено удаление технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, которые выделяются в процессе разрыхления волокнистого материала в камере машины. Сорные примеси, пух и пыль, содержащиеся в технологическом воздухе возвращаются в волокнистый материал и переходят и вместе с ним на следующую машину.
Известен способ и устройство для разрыхления и очистки волокнистого материала (Пат. 5343597 United States, МПК DOB 3/00. Способ и устройство для разрыхления и очистки волокнистого материала/Акива Пинто, Гюнтер Люкассен, Манфред Шолброк, правопреемник Хергет Холлингсворт ГмбХ. - Заявка РСТ: PCT/EP90/01631; №844580; заявл. 27.09.1990; опубл. 06.09.1994), в котором волокнистый материал, подаваемый через устройство подачи и переносимый транспортным воздушным потоком, поступающим со стороны входа, направляется вертикально и тангенциально между стенкой корпуса к первому барабану, на котором расположены иглы, в направлении транспортировки волокнистого материала. На втором барабане установлены воздухопроводящие штанги с колками. Воздухопроводящие штанги служат для увеличения завихрения воздуха и количества воздуха, переносимого барабаном. При этом предусмотрено, что количество воздуха, переносимого воздухопроводящими штангами, подается в верхнюю честь устройства для выхода из него. Такая конструкция и расположение игольчатого барабана и барабана, содержащего воздухопроводящие штанги с колками, и организация движения воздушных потоков позволяет улучшить процессы разрыхления волокнистого материала и выделение из него сорных примесей.
Недостатком данного способа и устройства для разрыхления и очистки волокнистого материала является то, что волокнистый материал, попадая в область, образованную телом барабана и воздухопроводящими штангами, в недостаточной степени подвергается разрыхлению, т.е ударному воздействию со стороны колков и колосниковой решетки, и транзитом переносится к выходному отверстию. Также в устройстве не предусмотрено удаление технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, которые выделяются в процессе разрыхления волокнистого материала, поэтому сорные примеси, пух и пыль, содержащиеся в технологическом воздухе  возвращаются в волокнистый материал и переходят и вместе с ним на следующую машину.
Известен способ для подачи волокнистого материала к устройству для разрыхления и очистки (Пат. 6327745 United States, МПК D01B 1100. Способ для подачи волокнистого материала к устройству для разрыхления и очистки/ Кристиан Франке, правопреемник Трючлер GmbH & Co. KG, Менхенгладбах - №09/651728; заявл. 30.08.2000; опубл. 11.12.2001), состоящего из конденсора для подачи волокнистого материала, двух горизонтально и параллельно друг другу расположенных, вращающихся в одном направлении первого и второго разрыхлительных колковых барабанов, установленных в корпусе над колосниковой решеткой. Подача волокнистого материала осуществляется сверху с помощью конденсора к первому разрыхлительному барабану. После обработки первым и вторым разрыхлительными барабанами волокнистый материал выводится через горизонтальную выводную трубу. При взаимодействии клочков с колками барабанов и колосниковой решеткой выделяются сорные примеси и отходы, которые выпадают в камеру для сбора отходов.
Недостатком данного способа для подачи волокнистого материала к устройству для разрыхления и очистки является то, что в устройстве не предусмотрено удаление технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, которые выделяются в процессе разрыхления волокнистого материала, поэтому сорные примеси, пух и пыль, содержащиеся в технологическом воздухе, возвращаются в волокнистый материал и переходят и вместе с ним на следующую машину.
Известен колковый разрыхлитель-очиститель модели СL-Р (Технология волокна. Проспект фирмы Трючлер GmbH & Co. KG, Текстильмашиненфабрик; E-mail:info@truetzschler.de internet: www.truetzschler.com), предназначенный для интенсивной предварительной очистки сильно засоренного хлопка, который устанавливается перед машинами для основной очистки волокнистого материала или непосредственно перед смесовыми машинами, состоящий из конденсора, питающего бункера, зоны очистки, двух колковых барабанов, выходного трубопровода и зоны сбора и удаления сорных примесей. Подача волокнистого материала в машину модели СL-Р всегда осуществляется пневматически через вмонтированный в ее верхней части конденсор. Лопастной затвор отделяет зону очистки от системы отсоса отходов. Он уменьшает колебания давления воздуха в машине и, следовательно, колебания эффективности очистки.
Недостатком данного способа для подачи волокнистого материала к устройству для разрыхления и очистки является то, что в устройстве не предусмотрено удаление технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, которые выделяются в процессе разрыхления волокнистого материала, поэтому сорные примеси, пух и пыль, содержащиеся в технологическом воздухе, возвращаются в волокнистый материал и переходят и вместе с ним на следующую машину.
Известен разрыхлитель-очиститель мод. B39 фирмы Marzoli (Марцоли - Текстильная промышленность https://en.marzoli.camozzi.com/imgpub/ 2011905/0/0/marzoli.png, Marzoli Machines Textile S. r.l.Техническая информация фирмы Марцоли, 2005), который выполнен со смещенными колковыми барабанами. Волокно в процессе разрыхления и очистки проходит по спирали вокруг первого колкового барабана, затем переходит на следующий колковый барабан, вращающийся быстрее, также огибая последний по спирали. Таким образом, волокно дольше взаимодействует с колками барабанов, что улучшает степень разрыхления и очистки волокнистых материалов. Кроме этого, волокно меньше зажгучивается, поскольку не подвергается одновременному воздействию колков с двух сторон. Сорные примеси проваливаются сквозь колосниковую решетку в угарную камеру и удаляются через шлюзовой затвор пневмосистемой.
Недостатком разрыхлителя-очистителя мод. B39является то, что соотношение диаметров барабанов и высоты колков не оптимально, что способствует движению части волокнистого материала вблизи поверхности барабана или на уровне основания колка, не подвергаясь разрыхлению, а также то, что в верхней части машины значительно увеличивается концентрация сорных примесей, которые возвращаются в волокнистый материал и переходят вместе с ним на следующую машину, ввиду отсутствия обеспыливания волокнистого материала в зоне разрыхления.
За прототип принят осевой чиститель ЧО (1. Оборудование для текстильной и легкой промышленности. Хлопкопрядильное оборудование Часть I. Каталог-справочник. ЦНИИТЭИлегпищемаш. Москва, 1972. 2. Владимиров Б.М. Анализ процесса на машинах разрыхлительно-трепального агрегата. Государственное научно-техническое издательство литературы по легкой промышленности. Москва, 1959), предназначенный для очистки хлопкового волокна в свободном состоянии и дальнейшего его разрыхления, состоящий из двух колковых барабанов, вращающихся в одном направлении, под которыми расположена колосниковая решетка, а в торцах осевого чистителя расположены входной и выходной патрубки для подачи и отвода волокнистого материала соответственно. Колки на барабанах расположены по спирали в два захода. Предварительно разрыхленные волокна тягой воздуха конденсера последующей машины подается в осевой чиститель через входной патрубок. Клочки волокон ударами колков рабочих барабанов переносятся в зону колосниковой решетки, перемещаются по ней с некоторым смещением параллельно осям барабанов как за счет тяги воздуха, так и за счет расположения колков по винтовой линии. Затем клочки отбрасываются в верхнюю часть машины, откуда регулировочным щитом направляются к барабанам, где под воздействием колков клочки интенсивно разрыхляются. Затем большая часть клочков подбрасывается вверх и увлекается барабанами к колосникам. Такое взаимодействие клочков с колками барабанов и с колосниковой решеткой способствует также эффективному выделению сорных примесей, выпадающих в камеру. Разрыхленные волокна попадают в струю воздуха в выводящем патрубке и транспортируются в следующую машину.
Недостатком осевого чистителя ЧО является то, что в его конструкции не предусмотрено удаление технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, которые выделяются в процессе разрыхления волокнистого материала в камере машины, т.е. отсутствует обеспыливание волокнистого материала в зоне разрыхления. Сорные примеси, пух и пыль, содержащиеся в технологическом воздухе возвращаются в волокнистый материал и переходят и вместе с ним на следующую машину.
Неоптимальное соотношение диаметра барабана по колку и по телу приводит к тому, что эффективность разрыхления волокнистого материала уменьшается вблизи поверхности барабана, т.е. на уровне основания колков, потому что часть волокнистого материала (10-15%), находясь в этой зоне, в недостаточном количестве подвергается ударному воздействию колков и колосниковой решетки. В результате, в целом снижается эффективность разрыхления волокнистого материала и степень его очистки.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности разрыхления и очистки волокнистого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в разрыхлителе-очистителе волокнистых материалов, содержащем входной и выходной патрубки, колковые барабаны, колосниковую решетку и угарную камеру, согласно изобретению, диаметры колковых барабанов без колков увеличены и составляют 420-450 мм, длина колков уменьшена и составляет 80-95 мм при общем диаметре барабанов по колкам 610 мм, камера колковых барабанов в верхней части оснащена специальными турбулентными пластинами, обеспечивающими точно направленное движение клочков волокон, над пластинами размещены перфорированные ограждения, а выше установлен конфузор, соединенный с каналом для непрерывного сбора и отвода технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, а на боковой стенке машины размещены щели для подачи дополнительного воздушного потока.
На фиг. 1 изображена технологическая схема заявляемого разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов (вид спереди); на фиг. 2 - технологическая схема заявляемого разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов (вид с боку); на фиг. 3 - схема движения волокнистого комплекса в камере разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов при различных радиусах барабана (<).
Разрыхлитель-очиститель волокнистых материалов содержит входной патрубок 1, колковые барабаны 2 и 3, на которых колки 4 расположены по спирали в два захода, колосниковую решетку 5, специальные турбулентные пластины 6, перфорированные ограждения 7, ограждение в виде конфузора 8, канал 9 для отвода технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, выходной патрубок 10, щели на боковой стенке 11, угарную камеру 12, канал для отвода сорных примесей 13.
Разрыхлитель-очиститель волокнистых материалов работает следующим образом.
Предварительно разрыхленный волокнистый материал, состоящий из клочков волокон, тягой воздуха конденсора с предыдущей машины подается в разрыхлитель-очиститель волокнистых материалов через входной патрубок 1. Клочки волокон, попадая в разрыхлитель-очиститель, подвергаются действию колков быстро вращающегося барабана 2, вследствие чего происходит разрыхление первых. Клочки волокон, под ударным воздействием колков барабана 2, переносятся в зону колосниковой решетки 5, перемещаются по ней с некоторым смещением параллельно осям барабанов 2 и 3, как за счет тяги воздуха, так и за счет расположения колков 4 по винтовой линии. Благодаря тому, что радиус барабанов 2 и 3 увеличен и составляет 420-450 мм, а длина колка 4 уменьшена и составляет 80-95 мм при общем диаметре барабанов 2 и 3 по колкам 610 мм, уменьшается как угловой сектор, в котором происходит движение клочка волокон после сброса с колка 4, так и время, за которое клочок достигает зоны колосниковой решетки 5. То есть, при увеличении радиуса барабанов 2 и 3 клочок волокон быстрее достигает зоны колосниковой решетки 5 (фиг. 3). Объясняется это тем, что при увеличении радиуса барабанов 2 и 3 без колков 4 увеличивается окружная скорость воздушного потока не только вблизи барабанов 2 и 3 в камере, но и практически вплоть до колосниковой решетки 5, и, следовательно, возрастает центробежная сила, действующая на клочок волокон. В силу этого клочок волокон приобретает большую скорость в радиальном направлении и быстрее достигает колосниковой решетки 5. На фиг. 3 представлена иллюстрация изменения траектории движения клочка волокон в зависимости от радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4. То есть, при увеличении радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 происходит интенсификация процесса разрыхления, заключающаяся как в увеличении силы удара колка 4 о клочок волокон, так и в общем сокращении времени продвижения клочка волокон к колосниковой решетке 5.
Удельная величина силы удара колка о клочок волокон  равна
,                 (1)
R
Б
где  - радиус колкового барабана;
кол
h - длина колка;
m - масса клочка волокон;
- ускорение свободного падения;
ω - угловая скорость вращения колкового барабана;
- радиус клочка волокон (сжимаемый воздухопроницаемый шар);
- коэффициент, учитывающий эффект сжатия клочка волокон при ударе.
Как следует из (1) сила удара колка 4 о клочок волокон практически пропорциональна квадрату радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4. Следовательно, увеличение радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 интенсифицирует процесс обработки клочка волокон в узле разрыхления разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов, т.е. интенсифицирует процесс разделения клочков волокон на меньшие части, разрушения связей и отделения сорных примесей от волокон.
При изменении радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 от значения 400 мм до значения 450 мм сила удара возрастает более 65 %.
Величина , входящая в формулу (1), зависит, в частности, от размеров, массы и степени сжимаемости клочка волокон, а также от частоты вращения колковых барабанов 2 и 3.
Увеличение силы удара колка 4 о клочок волокон и сокращение времени продвижения клочка волокон к колосниковой решетке 5 усиливают взаимодействие клочка волокон с колосниковой решеткой 5, что, в свою очередь, приводит к увеличению интенсивности очистки.
На клочок волокон при его разрыхлении на колосниковой решетке 5 действуют сила притяжения ,  - аэродинамическая сила;  - растаскивающая сила;  - реакция опоры;  - центробежная сила;  - сила трения клочка волокон о поверхность рабочей грани колосника;  - сила, действующая на клочок волокон со стороны колка;  - сила сопротивления, обусловленная ударным воздействием колосников на клочок волокон.
Силы  действуют на клочок волокон в направлении, противоположном его движению, следовательно, суммарное действие этих сил производит растаскивающий эффект, т.е. растаскивающая сила  В конечном итоге величина растаскивающей силы равна
,    (2)
где  - скорость воздуха на уровне центра масс клочка волокон;
- масса и скорость витания клочка волокон;
- коэффициент трения клочка волокон о поверхность колосника.
Таким образом, увеличение радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 до пределов 420-450 мм, а уменьшение длины колка 4 до пределов 80-95 мм при общем диаметре барабанов 2 и 3 по колкам 610 мм, приводит к увеличению силы удара колка о клочок волокон и общему сокращению времени продвижения клочка волокон к колосниковой решетке 5.
После удара о колок 4 клочок волокон движется вдоль поверхности колка 4 с ускорением в радиальном направлении, т.е., в направлении к колосниковой решетке 5. Следовательно, колок 4 является рабочим органом для выполнения операции по перемещению клочка волокон к колосниковой решетке 5. С увеличением радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 возрастает скорость клочка волокон вдоль поверхности колка 4 и его перемещение вдоль поверхности колка 4 увеличивается. То есть, увеличение радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 и уменьшение длины колка 4 интенсифицируют процесс перемещения волокнистого комплекса к колосниковой решетке 5.
Движение клочка волокон в промежутке между столкновениями с колками 4 рабочих барабанов 2 и 3 происходит во вращающемся воздушном потоке. Закрученный воздушный поток в камере разрыхлителя-очистителя за счет центробежной силы так воздействует на клочок волокон, что последний перемещается в радиальном направлении к колосниковой решетке 5. То есть, и после потери контакта с колком 4, клочок волокон продолжает движение к колосниковой решетке 5. А значит, не только колок, но и закрученный воздушный поток в камере разрыхлителя-очистителя является «органом» для исполнения операции перемещения клочка волокон к колосниковой решетке 5.
При увеличении радиуса колковых барабанов 2 и 3 без колков 4 уменьшается как угловой сектор, в котором происходит движение клочка волокон после сброса с колка 4, так и время, за которое клочок волокон достигает зоны колосниковой решетки 5, и тем длительнее действует на него растаскивающая сила, а значит, увеличивается эффективность разрыхления и очистки волокнистого материала.
3
Затем клочки волокон отбрасываются в верхнюю часть машины, где специальные турбулентные пластины 6 смещают направление движения воздушно-волокнистой массы вдоль осей колковых барабанов 2 и 3. Клочки волокон интенсивно разрыхляются, при этом также происходит интенсивное выделение сорных примесей, пуха и пыли. Выделившиеся сорные примеси, пух и пыль вместе с технологическим воздухом через перфорированные ограждения 7, вдоль конфузора 8 в канал 9 для непрерывного сбора и отвода технологического воздуха с сорными примесями, пухом и пылью, а затем удаляются в систему фильтрации, при этом расход воздуха составляет 0,4-0, 5 м/сек.
На боковой стенке машины выполнены щели 11 для подачи дополнительного воздушного потока.
Затем клочки волокон вновь увлекаются колковыми барабанами 2 и 3 вниз к колосниковой решетке 5.
В разрыхлителе-очистителе волокнистых материалов предусмотрена возможность автоматического варьирования частоты вращения колковых барабанов 2 и 3 и угла наклона колосников в колосниковой решетке 5, благодаря чему устанавливается режим максимально эффективной очистки при минимальных потерях прядомых волокон.
Выделившиеся угары в виде непрядомых волокон, а также крупные сорные примеси попадают в угарную камеру 12 и выводятся через канал для отвода сорных примесей 13.
3
Разрыхленные и предварительно очищенные клочки волокон выводятся из разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов через выходной патрубок 10 и направляются на следующую машину, при этом расход воздуха на выходе составляет 0,6-1,0 м/сек.
Производственные исследования проводились в условиях ОАО «Камешковский текстиль» (Владимирская область) и ООО «Южа-текстиль» (Ивановская область).
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Производственные исследования проводились при частоте вращения колковых барабанов разрыхлителя-очистителя 980 мин, 1050 мин , 1130 мин. На известных разрыхлителях-очистителях фирм Трючлер CL-P, Марцоли Б35 и ЧО частота вращения колковых барабанов составляет 380 мин, 420 мин , 470 мин.
Увеличение частоты вращения колковых барабанов обусловлено увеличением диаметра колковых барабанов без колков 420-450 мм, уменьшением высоты колков 80-95 мм, установкой специальных турбулентных пластин.
Экспериментальные исследования показали, что в осевом чистителе ЧО волокнистые клочки проходят вокруг колковых барабанов примерно 2 ½ оборота, прежде чем они будут удалены из машины тягой воздуха. При увеличении диаметра колковых барабанов без колков 420-450 мм, уменьшением высоты колков до 80-95 мм, а также при установке специальных турбулентных пластин волокнистые клочки проходят вокруг колковых барабанов разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов 8 раз.
Производственные исследования показали, что эффективность очистки смеси на разрыхлителе-очистителе волокнистых материалов составляет 10,30%. Качество полуфабриката, полученного на РОА с использованием разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов, улучшилось, а именно: снизилось количество пороков в чесальной ленте, сор по массе на 31,9%, содержание узелков на 42,3%, содержание кожицы с волокном по массе на 25% и т.д.
3
3
3
Расход воздуха в разрыхлителе-очистителе волокнистых материалов на входе волокнистого материала с использованием быстроходного конденсора КБ-3 составил - 0,6-2,0 м/сек, для обеспыливания использовался фильтр ФТ-2М расход воздуха составил - 1,9-2,0 м/сек, на выходе волокнистого материала из разрыхлителя-очистителя волокнистых материалов, который обеспечивался СН-3, - 1,2-1,4 м/сек.