Розробка пристроїв для охолодження синтетичних ниток при формуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Київський державний університет технологій та дизайну

УДК 674. 494. 051. 532.1

Розробка пристроїв для охолодження синтетичних ниток при формуванні

Спеціальність 05. 05. 10 - Машини легкої промисловості

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

технічних наук

Корнієнко Світлана Петрівна

Київ 2000

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Чернігівському державному технологічному університеті хімічний нитка гідродинаміка

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: - кандидат технічних наук, доцент Панкєєв Олександр Михайлович, Чернігівський державний технологічний університет.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Орловський Броніслав Вікен-тійович, Київський державний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри Машини легкої промисловості;

- доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Ступа Володимир Іванович, генеральний директор ВАТ Хімтекстильмаш, м. Чернігів.

Провідна установа: - Технологічний університет Поділля Мінистерства освіти України, м. Хмельницький.

Захист відбудеться 17 січня 2001 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 при Київському державному університеті технологій та дизайну (КДУТД) за адресою: 01601, м. Київ, вул. Немировича - Данченка, 2; тел.290-53-25.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці КДУТД за адресою: м. Київ, вул. Немировича - Данченка,2.

Автореферат розісланий 15 грудня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Тарасенко А.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним із важливіших процесів у виробництві хімічних ниток з розплавів полімерів, який обумовлює структуру та властивості ниток є процес охолодження ниток при формуванні, ефективність якого залежить від конструкції пристроїв для охолодження.

Відомі результати теоретичних досліджень та методики розрахунку і проектування, які використовуються на практиці при проектуванні пристроїв для охолодження ниток, отримані, як правило, на основі спрощених систем рівнянь, зумовлених рядом припущень, прийнятих відносно умов формування, для формування в откритому середовищі без урахування конструктивних параметрів пристроя для охолодження. Це приводить до того, що існуючі конструкції пристроїв для охолодження ниток не відповідають в повній мірі висунутим до них вимогам.

Однією з найважливіших проблем створення ефективних пристроїв для охолодження є проблема теоретичного дослідження процесу охолодження пучка ниток з урахуванням взаємовпливу гідродинаміки і теплообміну окремих елементарних ниток між собою, а також з навколишнім середовищем. Таким чином, розробка ефективних пристроїв для охолодження ниток при формуванні на основі інженерної науково-обгрунтованої методики розрахунку і проектування є актуальною науковою задачею і являє собою велику практичну цінність.

Зв'язок роботи з науковими планами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Чернігівського державного технологічного університету та науково-дослідних робіт ВАТ “Хімтекстильмаш” і виконувалась в рамках держбюджетної теми № ДР 0197И019282 “Розробка теоретичних основ процесу теплообміну синтетичних ниток при їх формуванні”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка пристроїв закритого типу для охолодження ниток при формуванні, які відповідають сучасним вимогам, на основі інженерної науково-обгрунтованої методики розрахунку і проектування.

Об єктом дослідження є пристрої для охолодження комплексної нитки при формуванні.

Предметом дослідження є розробка пристроїв для охолодження синтетичних ниток при формуванні.

Для досягнення поставленої мети були визначені і вирішені задачі, які дозволили:

- узагальнити відомі матеріали по конструкціям пристроїв для охолодження, теоретичним і експериментальним дослідженням пристроїв для охолодження і процесу охолодження, а також методикам їх розрахунку та проектування;

- розробити класифікацію пристроїв для охолодження;

- провести дослідження впливу конструктивних параметрів пристроїв для охолодження та процесу охолодження на якість ниток;

- розробити математичні моделі процесу охолодження пучка ниток в нерухомому середовищі, в закритому пристрої, в закритому пристрої з протитоком;

- провести теоретичні дослідження і отримати математичні залежності для визначення сорбції вологи ниткою при формуванні, а також показати вплив процесу замаслювання на тертя і охолодження нитки;

- запропонувати науково-обгрунтовані основи проектування пристроїв для охолодження закритого типу;

- розробити і провести дослідження пристрою для охолодження закритого типу з протитоком для охолодження ниток при формуванні.

Методика досліджень. Задачі, що поставлені в даній роботі, вирішувались теоретичними і експериментальними методами досліджень на основі сучасних математичних методів з використанням класичних положень теорії механіки, теплообміну, граничного шару та фільтрації.

Обгрунтованість і достовірність запропонованних в дисертації методів розв'зування задач, прийнятих моделей та припущень підтверджена результатами аналітичних та експериментальних досліджень з використанням сучасних методів математичного планування експерименту та наступною обробкою одержаних результатів на комп'ютері (ПК). Експериментальні дослідження виконані у виробничих умовах на діючому обладнанні та на стендах з використанням сучасних методів та засобів вимірювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці, вдосконаленні та подальшому розвитку таких питань:

- запропонована класифікація пристроїв для охолодження, яка враховує сучасні вимоги та тенденції в розробці пристроїв для охолодження;

- показано вплив конструкції пристроїв для охолодження на якість одержаних ниток;

- на основі моделі фільтраційної течії в пористому тілі сформульовані крайові задачи переносу в пучках ниток, та виявлені фізичні схеми взаємодії потоків в пучках і зовнішньому середовищі, які розширюють уявлення про закономірності процесів переносу в системах ниток;

- вперше розроблено математичні моделі, які описують процес охолодження пучка ниток в нерухомому середовищі, в закритому пристрої, в закритому пристрої з протитоком. Математичні моделі враховують як параметри пучка, так і конструктивні параметри пристрою для охолодження та теплообмін в середині пучка ниток і між пучком та граничним шаром охолоджуючого повітря;

- одержано математичні залежності для визначення кількості сорбірованої вологи ниткою при формуванні та впливу процесу замаслювання на тертя і охолодження ниток;

- на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано метод проектування пристроїв для охолодження закритого типу з протитоком.

- розроблено та досліджено пристрій для охолодження закритого типу з протитоком;

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- одержані в роботі результати дозволяють виконувати розрахунки, аналіз і вибір оптимальних режимів роботи пристроїв для охолодження;

- запропоновано метод проектування пристроїв для охолодження закритого типу, а також рекомендації по поліпшенню процесу охолодження технічних ниток використовуються ВАТ “Хімтекстильмаш” при розробці пристроїв для охолодження на машинах АФПТ-600 КГ32, а також при розробці технологічного процесу отримання поліамідних технічних ниток для кордних тканин марок 29-30 КНТС на ВАТ “Хімволокно” (м.Чернігів);

-результати дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі Чернігівського державного технологичного університету при подготовці спеціалістів по спеціальності 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування”.

-розроблений прилад для вимірювання швидкості та температури повітряних потоків використовується ЗАТ “Укрфільтр” при формуванні ультратонких ниток.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач. Автору належать основні ідеї в розробці методики досліджень, наукових основ та методів проектування охолоджуючих пристроїв, а також узагальнення та аналіз результатів. У працях, виконаних із співавторами, особистий внесок автора полягає в обговорюванні поставлених задач, вирішенні теоретичних та виконанні експериментальних досліджень, обробці результатів експерименту, науковому обгрунтуванні отриманих результатів і формуванні висновків та написанні статей.

Апробація дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідались, обговорювались і отримали позитивну оцінку на:

- засіданні кафедри машин і апаратів виробництва хімічних волокон та текстильної промисловості Чернігівського державного технологічного університету (1998 р., 1999 р., 2000 р.);

- наукових конференціях професорсько-викладацького складу та студентів ЧДТУ (1998 р., 1999 р., 2000 р.);

- V-ій міжнародній текстильній конференції “Imtex-98” (Лодзь,1998 р.);

- IV-ій міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні і енергозберегаючі технології життєзабезпечення людини” (Севастополь, 1998 р.);

- Всеросійських науково-технічних конференціях “Сучасні технології текстильної промисловості” (“Текстиль - 98”, “Текстиль-99”, Москва, 1998 р., 1999 р.);

- наукових конференціях вчених та студентів КДУТД (Київ, 1998 р., 1999 р., 2000 р.);

- міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми створення і використання нових матеріалів і оцінка ії якості” (“Матеріалознавство-99”, Москва, 1999 р.).

Дисертаційна робота доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на:

-засіданні кафедри машин та апаратів виробництва хімічних волокон і текстильної промисловості Чернігівського державного технологічного університету (2000 р);

-засіданні кафедри Матеріалознавство Московського державного університету сервису (2000 р.);

-розширенному засіданні науково-технічної ради ВАТ “Хімволокно” (м. Чернігів, 2000 р.);

-на міжкафедральному науковому семінарі на базі кафедри машин легкої промисловості КДУТД (м. Київ, 2000 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 робіт, серед яких 8 наукових статей у збірниках наукових праць і наукових журналах, 4 тез наукових конференцій; звіт з науково-дослідної роботи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, та додатків, що підтверджують впровадження роботи. Повний обсяг дисертації 222 сторінки, з них 47 сторінок займають ілюстрації, 7 сторінок таблиці, 23 сторінки бібліографічних джерел з 274 найменуваннями, 5 сторінок - додатки. Обсяг основної частини дисертації становить 140 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, поставлено мету та сформульовано задачі досліджень, показані наукова новизна і практичне значення роботи.

Перший розділ присвячено огляду і аналізу робіт в області охолодження хімічних ниток, розробці пристроїв для охолодження і методик їх розрахунку та проектування. Встановлено, що відомості, які є по даному питанню, в більшості випадків носять описовий, часто суперечливий характер і потребують додаткових досліджень.

Проаналізовані існуючі конструкції пристроїв для охолодження ниток, і розроблена їх класифікація, яка основана на принципі їх роботи. Проведений огляд і аналіз конструкцій пристроїв для охолодження дав можливість запропонувати шляхи їх удосконалення.

Показано, що існуючі результати теоретичних досліджень процесу охолодження, запропоновані А. Зябицким, А. Панкєєвим, Н. Матюшевим, А. Аверьяновим, И. Пупишевим, Б. Белозеровим та іншими, відомі методики розрахунку і проектування, які використовуються на практиці при розробці пристроїв для охолодження ниток, отримані, як правило, на основі спрощених систем рівнянь, та припущень, створених відносно умов формування і охолодження. Існуючі теоретичні дослідження процесу охолодження проводились без врахування геометричних параметрів пристроїв для охолодження і не дозволяють проводити чисельні розрахунки взаємодії потоків у пучках та зовнішньому середовищі. Внаслідок цього існуючі конструкції пристроїв для охолодження не відповідають в повній мірі поставленим до них вимогам. Відсутні систематичні результати досліджень охолодження в пучках ниток зі складною системою компановки., а комплексні систематичні дослідження процесу охолодження пучка ниток, що здійснюється в існуючих пристроях для охолодження, знаходяться на початковій стадії.

У другому розділі приведено опис розробленої методики виконання досліджень; описуються спеціальні вимірювальні пристрої, створені при проведенні даної роботи, а також описується експериментальне обладнання. Для заміру температури нитки на бобині, а також температури середовища в пристрої для охолодження застосовували спеціальні мікротермопари конструкції ВАТ “Хімтекстильмаш” в комплекті з потенціометром ПП-63, клас точності 0,05. Для вимірювання температури нитки використовували дистанційний вимірювач температури нитки, розробленний О.М. Панкєєвим. Швидкість повітряних потоків вимірювалась ручним анемометром АСО-3, тип 5. Крім цього, для вимірювання середніх значень швидкості і температури повітрянних потоків використовували спеціально розроблений прилад. В основі дії приладу покладений принцип безконтактного вимірювання конвективного теплового потоку рухомих об'єктів.

При дослідженні впливу процесу охолодження на процес замаслювання нитки при формуванні та якості замаслювання нитки користувались методикою, що розроблена ВАТ “Хімтекстильмаш”.

Для отримання результатів з довірною імовірністю 0,95 була визначина необхідна кількість замірів в досліді. Похибка вимірювань не перевищувала 10 %.

Експериментальні дослідження проводились беспосередньо в виробничих умовах на діючому обладнанні ВАТ “Хімволокно” (машини ППI-1000 ИР, МФ1-1000 КР18, МФ-600 КШ 24), а також на стендах і макетах при формуванні полікапроамідних ниток різної лінійної щільності.

Третій розділ присвячено дослідженню впливу процесу та існуючих пристроїв для охолодження на властивості ниток, що формуються.

В першому підрозділі приводяться дослідження впливу процеса охолодження ниток в діючих пристроях для охолодження на якість їх зволожування та замаслювання. Показано, що процес охолодження суттєво впливає на якість замаслювання нитки при формуванні, що пояснюється зміною температури нитки, яка формується, в зоні замаслювання. Існуючі пристрої не забезпечують необхідного охолодження нитки і замаслювач наноситься на ще неповністю охолоджену нитку, що приводить до погіршення якості замаслювання.

Другий підрозділ присвячений дослідженню впливу процеса охолодження ниток, що відбувається у діючих пристроях для охолодження, на їх структуру. Показано, що процес охолодження суттєво впливає на передорієнтацію структурних елементів і нерівномірність діаметрів елементарних ниток.

У третьому підрозділі приведено результати дослідження впливу процеса охолодження на ступінь кристалічності. В залежності від умов охолодження, ступінь кристалічності коливається у межах 44...60 %.

Четвертий підрозділ присвячений оцінці поперечних розмірів кристалитів ниток, що охолоджуються в існуючих пристроях.

У п'ятому підрозділі приведено результати дослідження по оцінці середнього кута розорієнтації кристалітів вздовж вісі нитки в залежності від умов охолодження.

У підрозділах шість і сім приведені результати експериментальної перевірки запропонованих у літературі залежностей для знаходження поточного діаметра і температури нитки в пристрої для охолодження. Показано, що запропоновані залежності можуть бути використані як для знаходження зміни діаметра нитки, так і для знаходження температури нитки у центрі пучка лише для приблизних розрахунків. Однак запропоновані залежності не дозволяють розрахувати товщину граничного шару на пучку в цілому.

У восьмому підрозділі приведені результати дослідження впливу довжини зони обдувки пристрою для охолодження на якість нитки. Показано, що збільшення довжини зони обдувки вище 0.6 м практично не впливає на фізико-механічні показники нитки. Крім того, використання тільки тієї зони обдувки, в якій спостерігається проникнення охолоджуючого повітря у середину пучка, дозволяє зменшити витрату повітря майже у два рази.

Четвертий розділ присвячено моделюванню та математичному опису процеса охолодження ниток в пристрої для охолодження, розгляду фізичних схем взаємодії потоків в пучках і зовнішньому середовищі.

В першому підрозділі приведено математичне моделювання процесу охолодження пучка ниток, що рухається у нерухомому середовищі. При математичному описі процесу, прийняті такі припущення: течія повітря ламінарна; повітря нестисливе; його теплофізичні характеристики сталі; поперечні швидкості малі у порівнянні з повздовжними швидкостями; просвітність дорівнює пористості. Прийняті припущення дозволяють отримати спрощену систему рівнянь фільтраційного руху і охолодження пучка ниток:

(1)

де	с	- густина повітря;
	е	- пористість пучка ;
	u1, х1, T1	- фільтраційні швидкості і температура повітря у пучку;
	f, q	- об'ємне тертя і тепловиділення у пучку;
	Мэф, лэф	- динамічний коефіциєнт в'язкості і коефіциєнт теплопровідності охолоджуючого повітря;
	Ср	- теплоємкість повітря;
	x, r	- система координат.

З зовнішньої сторони пучка ниток є край охолоджуючого повітря. Рівняння для цього можна отримати з (1), поклавши е = 1, f=q=0 та помінявши індекси “1” на ”2”. Отже взаємодія між двома краями здійснюється за допомогою умов спряження на межі пучок-охолоджуюче повітря:

(2)

На вісі симетрії і межі граничного шару ставляться умови:

(3)

де Т? - температура охолоджуючого повітря.

Оскільки розглядається спряжена задача про охолодження пучка ниток, то до рівнянь (1) необхідно додати рівняння, що описує охолодження окремої елементарної нитки в залежності від її розташування в пучку. Рівняння теплопровідності для елементарної нитки, що рухається, має вигляд:

(4)

де	сн, Срн	- щільність і теплоємкість полімера;
	qн	- тепловий потік на поверхні елементарної нитки, причому
	R	- радіус ефективної чашечки.

Припускаючи, що радіус нитки не залежить від розташування нитки в пучку, то для розрахунку росподілу радіусів нитки по довжині пучка, можливо використовувати апроксимічну залежність:

(5)

де R0 - початковий радіус нитки;

R1 - радіус нитки в кінці зони формування;

ч - параметр, який відображає темп зміни радіуса по довжині;

х - поточна координата.

Чисельні розрахунки поставленої задачи для нитки капрон дозволяють отримати графічні залежності для розподілення радіусів нитки, пучка і товщини граничного шару, зміни температур нитки та повітря по шляху формування та охолодження.

Аналіз одержаних результатів показав, що всю область охолодження можливо розбити умовно на три зони:

1) зона впливу початкових умов (зріст товщини граничного шару);

2) зона інтенсивної ежекції зовнішнього повітря, внаслідок прискореного руху нитки (істотне зменшення товщини граничного шару);

3) зона видуву нагрітого повітря з внутрішніх областей пучка назовні (подальше збільшення граничного шару).

Встановлено, що внаслідок ежекції пучком зовнішнього повітря, значно збільшується інтенсивність охолодження ниток у порівнянні з початковою ділянкою. Наявність ділянки видуву нагрітого повітря з внутрішньої області пучка у зовнішнє середовище приводить до підвищення температури на поверхні комплексної нитки. При цьому спостерігається нагрів раніше охолоджених ниток. Збільшення витрат полімера обумовлює підвищення кінцевої температури пучка ниток при заданій довжині зони формування.

У другому підрозділі розроблена математична модель процесу охолодження пучка ниток у закритій циліндричній шахті.

Приймаючи ті ж припущення, що і в першому підрозділі, та враховуючи, що поток повітря у шахті градієнтний, кінцеві системи рівнянь для даного випадку мають вигляд:

(6)

де	fp і qp	- обємне тертя і тепловиділення у пучку.

Умови спряження між пучком та охолоджуючим повітрям мають вигляд (2).

Граничні умови для даного випадку мають вигляд:

(7)

де	Rш	- радіус шахти;
	Tw	- температура повітря біля стінки шахти.

Наявність зони подачі охолоджуючого повітря у шахту та величина його витрат враховується наступними граничними умовами:

(8)

де	L0	- довжина зони вдуву охолоджуючого повітря;
	хw	- швидкість вдуву.

Дані умови можливо перетворити в умови зміни витрат повітря в пристрої для охолодження:

(9)

Умови, що характеризують охолодження окремої нитки і розподілення радіусів елементарних ниток на шляху формування залишаються без змін. По отриманим залежностям проведено чисельний розрахунок охолодження комплексної нитки капрон, лінійної щільності 187 текс. Графичні залежності для розподілу температур комплексної нитки при охолодженні в пристрої та відкритому просторі.

Проведені розрахунки показали, що охолодження ниток у пристроях закритого типу відбувається значно інтенсивніше ніж у відкритому просторі. Обумовлено це тим, що кількість поданого повітря на охолодження ниток значно більша кількості звичайно ежектованого пучком. Крім того,перепад температур по товщині комплексної нитки при закритому способі охолодження суттєво менше. Наявність зони видуву гарячого повітря з внутрішніх областей пучка приводить до нагріву раніше охолоджених ниток. Внаслідок цього, для кожного варіанту охолодження, по температурам ниток можливо знайти місце встановлення пристроїв, що організують додатковий вплив повітря на пучок.

Дослідження показали, що для випадку який розглядається, додатковий вплив повітря доцільно проводити на відстані приблизно 3.6 м від початку охолодження. Для кожного варіанту охолодження існує визначене мінімальне значення витрати повітря Qmin. Для даного випадку Qmin = 200 м3/год .

Аналіз проведених розрахунків показав, що для інтенсифікації охолодження комплексної нитки необхідно організувати потік повітря назустріч пучку, що рухається за допомогою відсосу повітря з пристрою для охолодження. Вплив умов на всіх межах області охолодження можливо оцінити тільки при використанні моделей, які грунтуються на повних рівняннях Нав'є-Стокса. Проте, отримати приблизну оцінку динамічних параметрів охолодження можливо і в рамках розглянутої математичної моделі. Для цього припустимо, що рух пучка і охолоджуючого повітря стабілізований. Тоді розподіл швидкості руху повітря по перерізу пристроя буде описуватись рівняннями:

рух у пучку - 0< r ? Rn :

(10)

рух у вільному об'ємі шахти - Rп< r ? Rш :

(11)

де	неф	- кінематичний коефіцієнт вязкості повітря.

Граничні умови :

(12)

Крім цього, повинна виконуватись інтегральна умова збереження витрат повітря у шахті:

(13)

Задавши геометричні параметри шахти і пучка та швидкість руху нитки, можливо знайти величину витрати повітря по перерізу шахти. В дисертації представлені графічні залежності розподілу швидкостей повітря при різних значеннях кількості повітря, яке відсмоктується. Показано, що підвищення витрати повітря , яке відсмоктується, не дозволяє організувати протиток в об'ємі комплексної нитки. З цього виходить, що стуктура течії повітря в пучку є досить стійкою до різних збуджень і подальше охолодження нитки можливе тільки за рахунок теплопровідності рухомого повітря.

В третьому підрозділі запропоновано математичний опис процесу охолодження рухомого пучка ниток в закритій обдувочній шахті з протитоком. Схему процесу охолодження наведено на рис.4.

Зона охолодженя поділена на дві частини. Для першої частини характерний спільний рух нитки з рухом повітря, а в другій частині можлива організація протитоку різної інтенсивності.

Математична модель процесу охолодження в першій зоні аналогічна розглянутій вище. При опису процесу в другій зоні враховували, що рух повітря локально стабілізований. Розподіл швидкості руху охолоджуючого повітря по перерізу шахти буде описуватися рівняннями:

рух повітря у пучку:

(14)

рух у вільному об'ємі шахти:

(15)

При цьому, необхідно виконання інтегральної умови збереження витрат повітря у другій зоні, яка має вигляд (13).

В дисертації наведені точні аналітичні розвязки сформульованої задачі, які залежать від геометричних характеристик пучка ниток і шахти, швидкості ниток і поточної витрати охолоджуючого повітря. Отримані розвязки враховують якісні особливості руху охолоджуючого повітря в другій зоні.

Температурне поле охолоджуючого повітря визначимо із загального рівняння теплообміну, використовуючи знайдені розподіли швидкостей:

. (16)

Для розрахунку теплопереносу у вільній області шахти використовуємо

це ж рівняння. Умови спряження, рівняння теплопровідності елементарної нитки та рівняння для розрахунку розподілу радіусів нитки по довжині пучка залишаємо без змін.

Граничні умови для другої зони мають вигляд:

(17)

Отримані математичні залежності моделюють рух і охолодження комплексної нитки в пристрої для охолодження закритого типу з протитоком. На основі отриманих залежностей проведено чисельний розрахунок охолодження нитки лінійної щільності 187 текс. Проведені розрахунки показують, що підвищення кількості повітря що відсмоктується істотно не впливає на охолодження ниток. Тому більш ефективним засобом зниження кінцевої температури ниток може бути незначне підвищення витрати охолоджуючого повітря.

В четвертому підрозділі приводиться теоретичне дослідження процесу вологопоглинання нитки на шляху ії формування. Математична модель процесу вологообміну для всіх ділянок може бути подана диференційними рівняннями масообміну для циліндра необмеженої довжини в циліндричних координатах. Аналіз отриманих залежностей показує, що значний вплив на концентрацію вологи в нитці оказує структура нитки, її температура, тощо.

П'ятий підрозділ присвячений теоретичному дослідженню тертя і охолодження рухомої нитки з урахуванням замаслювання. Проведені розрахунки для системи капронова нитка - замаслювач (вода 90 % і масляна композиція 10 %) виявили, що, незважаючи на невисоку температуру нитки, через велику швидкість її руху, вода випаровується на невеликих відстанях від точки замаслювання. Разом з тим, випаровування води суттєво підвищує швидкість охолодження. Оцінка ж тертя на незамасленій і замасленій нитках виявила, що сила тертя на замасленій поверхні менше на 5-8%, ніж на незамасленій.

Пятий розділ присвячено розробці та дослідженню пристрою для охолодження закритого типу з протитоком.

У першому підрозділі наводяться вимоги до конструкцій пристроїв для охолодження, які потрібно враховувати при проектуванні.

У другому підрозділі дається обґрунтування та опис запропонованої конструкції пристрою для охолодження закритого типу. Виходячи з проведених досліджень, за основу розробки обрана конструкція закритої циліндричної шахти з радіальною подачею повітря від переферії до центру. Визначена довжина зони обдувки, яка становить 0.5 м. Радіус шахти, виходячи з розрахунку умов охолодження синтетичної нитки капрон лінійної щільності 187 текс, згідно залежностей, наведених у розділі 4.3, становить 0.125 м. З метою додаткового впливу на пучок ниток та організації протитоку, в конструкції шахти передбачено пристрій для відсмоктування низькомолекулярних сполук полімера, який розташовано на відстані 3.6…4.0 м від початку охолодження. Конструкція запропонованого пристрою для охолодження наведена на рис.5.

Пристрій для охолодження нитки при формуванні складається із циліндричної шахти закритого типу 1 з радіальною подачею охолоджуючого повітря, вузла подачі кондиційованого повітря 2, напорної камери 5.

Кондиційоване повітря крізь вузол подачі 2 проходить між двома патрубками 3 крізь пластини 4 в напорну камеру 5. Із напорної камери 5 повітря проходить крізь ряд гідродинамічних опорів 6.

Довжина зони обдуву коливається в межах 300…500 мм тому, що витрати повітря істотно залежать від геометричних розмірів зони охолодження і може змінюватись за рахунок змінного елемента 7, шляхом установки нової сітки потрібної довжини.

Верхня частина 8 пристрою для охолодження може опускатися на 600 мм за допомогою спеціального гачка.

Кількість повітря, що подається і відсмоктується регулюється за допомогою спеціальних клапанів.

Третій підрозділ присвячений аеродинамічним випробуванням запропонованого пристрою для охолодження закритого типу з протитоком. Проведені дослідження показали, що запропонована конструкція забезпечує достатню рівномірність розподілу (90 % ) потоків повітря по периметру зони обдувки.

У четвертому підрозділі приводяться дослідження розробленого пристрою для охолодження у виробничих умовах на машині МФ1-1000 КР18 при формуванні полікапроамідної нитки лінійної щільності 187 текс. При випробуванні кількість поданого повітря становила не менше 200 м3/год., а кількість повітря, що відсмоктується-300…350 м3/год.

Пятий підрозділ присвячений експериментальній перевірці можливості додаткового охолодження нитки у приймально-намотувальній частині машини за допомогою накопичувального пристрою, розробленого в ВАТ ''Хімтекстильмаш''. Пристрій дозволяє охолоджувати нитку більш інтенсивніше (дозволяє понизити температуру нитки більше ніж на 10С) та створити кращі умови для нанесення на нитку замаслювача.

Одержані експериментальні результати підтверджують достовірність аналітичних досліджень.

Висновки

1. Показано, що конструкція пристрою для охолодження суттєво впливає на процес охолодження ниток при формуванні, отже, і на якість синтетичних ниток.

Розроблено та запропоновано класифікацію пристроїв для охолодження, яка заснована на принципі їх роботи.

Показано вплив процесу охолодження, що проводиться в пристроях для охолодження на структурні показники нитки і якість її замаслювання при формуванні. Ступінь кристалічності нитки коливається у межах 44…60%. Підвищення температури нитки приводить до погіршення її замаслювання.

Одержано математичні залежності для визначення поточного діаметру, швидкості та температури нитки в залежності від відстані до фільєри для різних умов її формування.

Показано, що збільшення довжини зони обдуву вище 0.6 м, несуттєво впливає на фізико-механічні показники сформованої нитки.

Розроблено математичні моделі процесу охолодження пучка ниток в пристроях для охолодження, для різних умов охолодження: в нерухомому середовищі, в пристрої для охолодження закритого типу, в пристрої для охолодження закритого типу з протитоком.

Виконано чисельні розрахунки та приведено графічні залежності для розподілу радіусу нитки, температур елементарних ниток і оточуючого повітря для різних умов охолодження.

Показано, що охолодження нитки в закритих пристроях для охолодження відбувається інтенсивніше, ніж у нерухомому середовищі.

Організація потоку повітря назустріч пучку ниток, що рухається, дозволяє значно інтенсифікувати процес охолодження. Визначено місце установки пристроїв для організації додаткового гідродинамічного впливу на пучок. Для полікапроамідної нитки лінійної щільності 187 текс, що складається з 280 елементарних ниток, цей вплив необхідно проводити на відстані 3.6 м від початку охолодження.

Розроблено математичну модель процесу вологопоглинання ниткою при формуванні і намотуванні.

Показано, що тертя замасленої нитки на 5-8% менше, ніж у незамасленої, а вода, що входить до складу замаслювача, випаровується на невеликих відстанях від точки нанесення замаслювача.

Розроблено науково-обгрунтовану інженерну методику проектування пристроїв для охолодження закритого типу.

Розроблено, виготовлено та випробувано конструкцію пристрою для охолодження закритого типу з протитоком.

Результати аналітичних досліджень підтверджені експериментальними даними.

Методика розрахунку і проектування пристроїв для охолодження закритого типу, а також рекомендації щодо покращення якості охолодження технічних ниток використовуються ВАТ ''Хімтекстильмаш'', при розробці пристроїв для охолодження ниток на машинах АФПТ-600-КГ32, а також при розробці технологічного процесу отримання поліамідних технічних ниток для кордних тканин марок 29-30 КНТС і текстильних ниток на ВАТ ''Хімволокно''. Результати дисертаційної роботи також використовуються в учбовому процесі Чернігівського державного технологічного університету.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Чередніченко П.І., Корнієнко С.П Математична модель охолодження пучка ниток // Вісник Чернігівського технологічного інституту.- Чернігів: ЧТІ.- 1998.-№6.- с.163-170.

Корниенко С.П. Охлаждение формуемых нитей в охлаждающих устройствах закрытого типа // Труды всеросийской научно-технической конференции “Современные технологии и оборудование текстильной промышленности” (Текстиль-98).-Москва: МГТА.-1998.-с.49-50.

Корниенко С.П., Чередниченко П.И. О влиянии условий охлаждения и замасливания нити при формовании на её структуру // Труды всеросийской научно-технической конференции “Современные технологии и оборудование текстильной промышленности” (Текстиль-98).-Москва: МГТА.-1998.-с.18-19.

Корниенко С.П., Панкеев А.М., Чередниченко П.И. Прибор для замера скорости и температуры воздушных потоков // Труды Международной научно-практической конференции "Современные информационные и энергосберегающие технологии жизнеобеспечения человека” (СИЭТ4-98).- Киев.- 1998.- Том 2, №4.-с.67-69.

Cherednichenko P.I., Kornienko S.P., Pankeyev A.M., Cherednichenko N.B. Effekt of heat treatment of filaments on their properties // International textile conference (Imtex-98).-Lodz.-1998. s.114-118.

Корнієнко С.П., Панкєєв О.М., Чередніченко П.І. Теплообмін пучка ниток, що рухається в обдувній шахті // Наукові праці молодих вчених та студентів. Серія ”Легка промисловість”.-Київ: ДАЛПУ.-1998.-Ч2.-с.70-72.

Корниенко С.П., Панкеев А.М., Чередниченко П.И. Технология и оборудование для охлаждения формуемых синтетических нитей // Труды всеросийской научно-технической конференции “Современные технологии и оборудование текстильной промышленности” (Текстиль-99).-Москва: МГТА.-1999.-с. 23-24.

Корниенко С.П., Панкеев А.М., Чередниченко П.И. Формование синтетических нитей для кордных тканей марок 28-29 КНТС // Труды Международной научно-практической конференции Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценка их качества (Материаловедение-99).-Москва: МГУ.-1999.-с.44-45.

Корнієнко С.П., Панкєєв О.М., Чередніченко П.І Дослідження впливу умов термообробки нитки при формуванні на її структуру// Вісник Чернігівського державного технологічного університету.-Чернігів: ЧДТУ.-1999.-№9.-с.58-64.

. Панкеев А.М., Корниенко С.П., Чередниченко П.И. Теплообмен пучка нитей в цилиндрической шахте // Вестник Витебского технологического университета.- Республика Беларусь, Витебск: ВГТУ.-1999.-№2.-с.25-31.

Разработка теоретических основ процесса теплообмена синтетических нитей при формовании: Отчет о НИР (заключительный) / Черниговский государственный технологический университет. № ГР 0197И019282; Инв.№ 02004003232. - Черни-гов,1999.-151с.

Корнієнко С.П. Підвищення ефективності теплообміну пучка ниток, що рухається в обдувній шахті // Вісник Київської державної академії легкої промисловості України.-Київ: ДАЛПУ.-1999.-№2.-с.112-113.

Корнієнко С.П., Панкєєв О.М., Чередніченко П.І. Теплообмін пучка ниток, що рухається у відкритому середовищі // Вісник Чернігівського державного технологічного університету.-Чернігів: ЧДТУ.-2000.- №10.- с. 118 - 123.

Корнієнко С.П.-Розробка пристроїв для охолодження синтетичних ниток при формуванні.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 - машини легкої промисловості.-Київський Державний університет технологій та дизайну, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено питанням розробки пристроїв для охолодження, які відповідають сучасним вимогам, на основі інженерної науково-обгрунтованої методики розрахунку та проектування, що забезпечує підвищення якості ниток при формуванні. Запропоновано нову конструкцію пристрою для охолодження закритого типу.

Основні технічні розробки перевірені на виробництві з метою оцінки їх працездатності та ефективності.

Ключові слова: пристрій для охолодження синтетичних ниток, шахта, формування ниток, теплообмін, охолодження, пристрій для охолодження закритого типу.

Korniyenko S.P. - Designing of devices for synthetic yarn cooling during spinning.- Manuscript.

Thesis for a condidate's degree on speciality 05.05.10 - light industry machines.-Kyiv State University of Technology and Design, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to the problems of designing of cooling devices that meet up-to-date requirements on the basis of research methods of calculation and designing that provide yarn quality increase during spinning. New cooling device design of closed type have been suggested.

The main technical developments have been tested at the works for evaluation their operation efficiency.

Key words: cooling device, spinning chamber, heat exchange, cooling device of closed type.

Корниенко С.П.-Разработка устройств для охлаждения синтетических нитей при формовании.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 - машины легкой промышленности.-Киевский Государственный университет технологий и дизайна, Киев, 2000.

Диссертация посвящена разработке устройств для охлаждения синтетических нитей, отвечающих современным требованиям, на основе инженерной научно-обоснованной методики расчета и проектирования. В диссертации обобщен материал по конструкциям, технологическим, теоретическим расчетам и методикам проектирования устройств для охлаждения. Предложена классификация устройств для охлаждения, основанная на принципе их работы с учётом конструктивных особенностей.

Показано существенное влияние процесса охлаждения нити на её структуру и качество. Исследовано влияние длины зоны обдувки на физико-механические показатели нити. Получены математические зависимости для определения текущего диаметра, скорости, температуры нити в зависимости от расстояния до фильеры, для различных условий формования. Разработаны математические модели процесса охлаждения пучка нитей для различных условий охлаждения: в открытой среде; в устройстве для охлаждения закрытого типа; в устройстве для охлаждения закрытого типа с противотоком.

По данным зависимостям проведены численные расчеты и определены радиус нити, температура элементарных нитей и окружающего воздуха для различных условий охлаждения. Показано, что охлаждение нитей в устройстве для охлаждения закрытого типа происходит интенсивнее, чем в неподвижном пространстве. Организация потока воздуха навстречу движущемуся пучку нитей позволяет значительно интенсифицировать процесс их охлаждения. Определено место установки устройства для организации дополнительного воздействия на пучок. Для поликапроамидной нити линейной плотности 187 текс это воздействие необходимо проводить на расстоянии 3.6 м от начала охлаждения. Предложена математическая модель процесса влагопоглощения и определено количество сорбированной влаги нитью при формовании. Показано, что вода, входящая в состав замасливателя, испаряется на небольшом расстоянии от точки нанесения на нить.

Разработаны и предложены основы расчета и проектирования устройств для охлаждения закрытого типа. По предложенной методике разработана, изготовлена и испытана в производственных условиях конструкция устройства для охлаждения закрытого типа с противотоком. С целью интенсификации процесса охлаждения, на последней стадии формования целесообразно осуществлять дополнительное охлаждение нити в приемно-намоточной части. Проведенные экспериментальные исследования полностью подтверждают достоверность теоретических исследований.

Ключевые слова: устройство для охлаждения синтетических нитей, шахта, формование нитей, теплообмен, охлаждение, устройство для охлаждения закрытого типа.

Размещено на Allbest.ru