Введение к работе
Актуальность темы
Одной из первоочередных задач, стоящих перед текстильной промышленностью, является использование высокоэффективного энергосберегающего и экологичного непрерывно действующего красильно-отделочного оборудования, работающего под давлением и позволяющего реализовать прогрессивные методы расшлихтовки, отварки, фиксации размеров обрабатываемой ткани, беления, крашения, зреления и подсушки, что приведет к повышению качества готовой ткани и обеспечит ее конкурентоспособность. Это побуждает работать над созданием универсального затвора аппаратов для непрерывной высокотемпературной обработки ткани под давлением в паровой и пароводяной средах, отсутствие которого сдерживает развитие техники и прогрессивной технологии. Затвором называют устройство свободно и без повреждений вводящее материал в камеру обработки под избыточным давлением (на входе в камеру) или выводящее его из зоны повышенного давления (на выходе из камеры), и обеспечивающее при этом необходимые условия для реализации технологического процесса. Создание такого оборудования, приобретает особую значимость в связи с тем, что обработку ткани в среде водяного пара, при параметрах близких к насыщению, считают традиционной и высокоэффективной, так как при этом обеспечивается ускоренный разогрев обрабатываемого материала, высочайшая равномерность теплового воздействия и эффективное протекание физико-химических процессов благодаря пластифицирующим свойствам молекул воды, воздействующих на полимерные материалы, используемые в текстиле, а повышение температуры обработки существенно интенсифицирует все без исключения технологические процессы. Отсюда большое количество авторских предложений, направленных на создание такого оборудования. Уже говестно тридцать основных принципов уплотнения горловин, пропускающих ткань через камеру давления. В СССР и Российской Федерации авторскими свидетельствами и патентами отечественных и зарубежных изобретателей защищено около семидесяти инновационных предложений принципиальных схем затворов и средств усовершенствования их конструкции. Патентные ведомства развитых стран выдали более двухсот патентов на устройства рассматриваемого типа. Тем не менее, широкого распространения оборудование для непрерывных высокотемпературных обработок ткани под давлением (далее по тексту Ht* оборудование и Ht* обработка) не нашло, так как конструкция универсального затвора, пригодного для реализации любого технологического процесса и обработки любой ткани, не была разработана.
Работой обосновано перспективное направление создания Ht* оборудования, получены необходимые данные для создания конструкции универсального роликового затвора с ограниченным износом уплотняющих деталей для ввода ткани в камеру обработки под избыточным давлением и вывода ее из этой камеры. Разработана конструкция таких затворов.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является исследование универсальных затворов, способных пропускать ткани широкого ассортимента через камеру, работающую под давлением, в которой могут быть реализованы процессы расшлихтовки, отварки, фиксации размеров обрабатываемой ткани, беления, крашения, зреления и подсушки, а также конкретизация их конструктивных решений. В соответствии с поставленной целью оказалось необходимым решить следующие задачи:
проанализировать отечественные и зарубежные тканепропускающие средства, предложенные для применения в затворах, обозначить 11 оппит основные трудности, с которыми столкнулись специа;ііі(^.ь.пАкцвоилЛЬИ*Аіров, а также про-
I БИБЛИОТЕКА j
I СПемрДгрг г„Л
блемные вопросы, возникшие в ходе этих разработок, и выявить основные тенденции в области конструирования уплотняющих деталей;
проанализировать тенденции развития мировой техники, использующей затворы, и направления создания камер давления, для уплотнения горловин которых применяют или предполагают применять затворы;
выбрать принципиальную схему тканепропускающего средства, которое позволит разработать конструкцию затвора, отвечающего поставленной цели; экспериментально исследовать факторы, воздействующие на изменение радиуса роликов затвора вблизи зоны уплотнения, и оценить существенность их влияния на величину начального зазора между роликом и уплотнителем; теоретически исследовать силовые взаимодействия уплотняющих деталей и установить зоны оптимального их размещения;
рассмотреть особенности работы тканепропускающих деталей в движении; рассмотреть возможный вариант эффективного использования затворов в многоцелевой красильно-отделочной линии, в составе которой целесообразно использование камер давления, входная и выпускная горловины которых оснащены разрабатываемыми затворами.
Методы исследований В диссертации выполнены экспериментальные и теоретические исследования.
Экспериментальные данные получены с использованием методов тензометрии, микрометрии, термометрии.
При планировании эксперимента и обработке экспериментальных исследований использованы методы моделирования, теории вероятностей и математической статистики, втом числе матрицы полного факториального эксперимента.
В ходе теоретических исследований использованы основные теоремы и положения теоретической механики, физики, аналитической геометрии, методы дифференциального и интегрального исчислений, математического моделирования с применением средств вычислительной техники.
Научная новизна работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
составлена классификация тканепропускающих средств затворов аппаратов непрерывного действия, работающих под давлением;
установлены причины изменения геометрической формы и размеров эластичного слоя гуммировки роликов в тех областях, где они могут повлиять на качество уплотнения;
получены эмпирические зависимости между интенсивностью сжатия пары гуммированных роликов с одинаковыми параметрами гуммировки, изменением радиуса этих роликов и величиной сближения их осей, зависящей, в свою очередь, от толщины материала, для обработки которого создают или подготавливают затвор; установлена область изменений радиуса роликов, в которой размещать уплотнители не рекомендовано;
выполнен силовой анализ роликовых затворов во взаимодействии роликов с тканью и с уплотнителями;
теоретически исследовано влияние положения уплотнителя по образующей роликовых затворов по отношению к линии контакта гуммированных валов на изменение нагрузки этих валов и определены 'оптимальные зоны установки уплотнителей по образующей в роликовых затворах;
введено понятие «самоторможение» в валковых механизмах, как явление, имеющее одинаковую причинную основу с явлением захвата в валковых парах;
теоретически установлены критические геометрические параметры тканепро-пускающих средств исходя из условий возможного самоторможения роликовых затворов с самоуплотняющимся жалом и затворов с принудительным уплотнением жала, оснащенных выпуклыми цилиндрическими уплотнителями без промежуточных роликов и с промежуточными роликами;
проанализировано изменение максимального давления (от запуска до установившегося режима) в зоне контактной полосы гуммированных валов роликовых затворов с самоуплотняющимся жалом для случая, когда конструкцией затвора уменьшение интенсивности нагрузки в жале не предусмотрено;
рассмотрен возможный вариант эффективного использования затворов во многоцелевой красильно-отделочной линии, в составе которой целесообразно использовать камеры давления, входная и выпускная горловины которых оснащены разработанными затворами.
Новизна предложений подтверждена семью авторскими свидетельствами на изобретения, 6 из которых были запатентованы в Великобритании, Италии, США, Франции, ФРГ, Швейцарии, Японии. Формулы изобретений опубликованы в девятом номере бюллетеня «Изобретения, полезные модели» за 2003 год:
Авт.свид. № 558556 СССР 7Д06В 1/10,23/18. Устройство для торцового уплотнения роликового затвора.
Авт.свид. № 562124 СССР 7Д06В 23/16. Камера для обработки ткани под давлением. Авт.свид. № 558555 СССР 7Д06В 23/18. Устройство для удаления смазки роликовых затворов.
Авт.свид. № 561412 СССР 7Д06В 23/18. Уплотнитель ролика затвора красильно-отделочной машины. - Авт.свид. № 563029 СССР 7Д06В 23/18, В05С 11/115. Затвор для аппаратов высокого давления.
Авт.свид. № 558557 СССР 7Д06С 15/08. Ролик для красильно-отделочных машин. Авт.свид. № 495487 СССР 7F16K 31/365. Пережимной эластичный клапан затворов.
Практическая значимость
Разработаны теоретические основы проектирования роликового затвора с ограниченным износом уплотняющих деталей, самоуплотняющимся жалом и отделенными от камеры уплотнителями для ввода ткани в камеру давления, а также роликового затвора с ограниченным износом уплотняющих деталей, принудительным уплотнением жала и отделенными от камеры уплотнителями для вывода ткани из камеры давления. Обосновано направление конструирования роликовых затворов для ввода ткани в камеру давления и вывода ткани из этой камеры.
Разработана и успешно испытана в фабричных условиях конструкция затворов заправочной шириной 120 см для работы под давлением до 3 кгс/см2.
Реализация результатов исследований
Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены руководством в ЦНИИЛКА и в Костромском АО "Цвет".
Полученные результаты работы могут быть использованы научными работниками, проектировщиками красильно-отделочного оборудования.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности тепломассообменных и гидродинамических процессов в текстильной про-
мышленности и производстве химических волокон», Москва, 1978г. Всероссийской конференции (текстиль -2002), ноябрь 2002г., МГТУ. Международной конференции (лен - 2002), Кострома, КГТУ, 2002.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, из них 5 авторских свидетельств, 1 монография, 1 статья в сборнике «Научно-исследовательские труды ВНИИПХВ за 1965 г.», 1 депонированная статья «К вопросу об актуальности исследований процессов и аппаратов для непрерывной обработки тканей под давлением» за №4047 - ЛП от 20.12.2001г., 2 статьи в журнале «Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности», 1 статья в «Вестнике КГТУ».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), изложения результатов исследований (3 главы), выводов, списка использованной литературы, 6 приложений.
Диссертация изложена на 177 страницах машинописного текста, в число которых входит 32 рисунков и 7 таблиц.
