Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности процессов,протекающих в стекле при термообработке труб 10
1.1. Способы изготовления стеклянных труб и практические методы снижения в них остаточных напряжений 10
1.2. Поведение стекол при повышенных температурах 17
1.3. Особенности расчета полей температур и напряжений, возникающих при производстве изделий из стекла 20
1.4. Экспериментальные методы исследования теплофизических и реологических свойств стекла 25
1.5. Выводы и постановка задачи исследования 29
2. Анализ процессов теплопереноса при формовании и отжиге и их влияние на качество стеклянных труб 31
2.1. Выбор расчетной схемы 31
2.2. Анализ теплопереноса в тонкостенном полупрозрачном цилиндре 44
2.3. Конвективный и радиационный теплообмен на наружной и внутренней поверхностях
трубы при вытягивании и отжиге 50
2.4. Расчет температуры в тонкостенном цилиндре 58
2.5. Вычисление напряжений 63
2.6. Выводы 74
3. Экспериментальное определение реологических свойств стекла 76
3.1. Установки и методики проведения экспериментов 76
3.2. Обработка результатов экспериментального исследования 86
3.3. Анализ результатов и сопоставление экспериментальных и расчетных зависимостей 98
4. Выбор режимов термообработки стеклянных труб 102
4.1. Методика расчета напряжений в стеклянных трубах 102
4.2. Интенсификация охлаждения на внутренней поверхности трубы 111
4.3. Оптимизация охлаждения на наружной поверхности трубы 118
4.4. Оптимизация режима отжига труб 119
4.5. Выводы 119
Основные результаты работы 123
Обозначения 124
Литература 128
Приложения 142
- Особенности расчета полей температур и напряжений, возникающих при производстве изделий из стекла
- Анализ теплопереноса в тонкостенном полупрозрачном цилиндре
- Анализ результатов и сопоставление экспериментальных и расчетных зависимостей
- Интенсификация охлаждения на внутренней поверхности трубы
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года" указывается на необходимость создания и выпуска оборудования для принципиально новых технологических процессов в химической, нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и ряде других отраслей промышленности / I /.Эффективность этого оборудования во многом определяется надежностью технологических трубопроводов, находящихся в процессе непрерывной эксплуатации. Абсолютное большинство существующих трубопроводов изготовлено из металлических труб, недостаточная коррозионная стойкость которых приводит к тому, что в настоящее время более половины металлических труб выпускается для замены вышедших из строя / 2 /. Эффективным средством повышения долговечности трубопроводов является замена металлических труб стеклянными. В последнее время стеклянные трубы все шире применяются в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности. Они экономичны и обладают высокой химической, коррозионной и эрозионной стойкостью по сравнению с металлическими / 3 /.
Подземные трубопроводы из стеклянных труб выдерживают давления до 0,5 - 0,6 МПа и химически стойки ко всем кислотам, кроме фтористо-водородной / 4 /. Замена металлического трубопровода на стеклянный дает экономию до 80 % цены металлического трубопровода / 5 /. Поэтому только за годы IX пятилетки экономия от замены металлических труб стеклянными составила свыше 400 млн.рублей. В настоящее время годовой выпуск труб диаметром от 40 до 200 мм превышает 7 тысяч километров / 3 /. В нашей стране для изготовления таких труб в основном используется стекло марки 13в / 4 /.
Однако, наряду с очевидными достоинствами стеклянные трубы обладают и недостатками. Главные из них - низкая сопротивляемость ударным нагрузкам / 6 /, сложность стыковки / 7 /. Эти недостатки частично можно устранить применением специальных фланцев / 7 / и другими конструктивными методами. Установлено, что в процессе эксплуатации часть труб выходит из строя по техническим причинам / 8 /. В зависимости от марки стекла термостойкость труб составляет 120 - 145°С /8, 9 /, Применение защитных оболочек повышает термостойкость / 9 /, но не очень значительно.
Термостойкость и механическая прочность стеклянных труб в значительной мере определяются распределением остаточных напряжений по толщине стенки и их величиной. Они возникают вследствие неоднородности температурного поля при изготовлении труб. Извест но / 10 /, что в стеклянных трубах действуют и растягивающие и сжимающие напряжения. Поскольку предел прочности стекла при растяжении в 15 - 20 раз меньше, чем при сжатии, наибольшую опасность представляют растягивающие остаточные напряжения. В совокупности с эксплуатационными растягивающими напряжениями Сем. / II / ) они могут привести к преждевременному разрушению трубы. Сжимающие остаточные напряжения, казалось бы, не опасны для труб, однако в случае высокого остаточного сжатия вблизи краев изделия возникают растягивающие напряжения / II /, которые могут вызывать сколы по торцам труб, препятствуя,таким образом, их механической обработке.
Остаточные напряжения возникают в трубах на стадии формования (вытягивания) и частично снижаются в процессе отжига. Трубы с условным проходом от 40 до 200 мм получают в основном методом вертикального безлодочного вытягивания / 12 /. ( Для этого применяются машины вертикального вытягивания труб (ВВТ) ). Температура трубы в процессе вытягивания изменяется от температуры расплава стекла до комнатной. Отжиг труб производится в специальных печах (лерах), занимающих большие производственные площади, и представляет собой длительный и дорогостоящий процесс. Продолжительность отжига (который необходим для получения труб определенного качества) в значительной мере определяется величиной остаточных напряжений, сформировавшихся на стадии вытягивания.
Очевидно, что целесообразно снижать внутренние напряжения не только путем отжига, но и применением специальной термообработки на стадии вытягивания. В / 13 /, например, рекомендуется такой режим охлаждения листового стекла, что после резки остаточные напряжения минимальны. Таким образом, выбор аналогичного режима вытягивания для стеклянных труб является весьма актуальной задачей широкое применение в химической технологии нашла оптимизация технологических режимов с помощью многофакторного эксперимента / 14 /.Экспериментально-статистические модели используются при оптимизации химического состава вещества / 15 /. Однако, для оптимизации режимов термообработки труб применение подобных моделей затруднительно. Во-первых, использование машин ВВТ в качестве экспериментальных установок очень дорого, и,во-вторых, режим термообработки является непрерывным, а не дискретным.
Для задания теплового режима в виде ряда значений температур в различные промежутки времени необходимо провести слишком много экспериментов. Так при использовании центрального композиционного ортогонального плана второго порядка только для четырех факторов необходимо проведение 25 опытов / 14 /.
Другой путь оптимизации теплового режима вытягивания труб заключается в расчете температурных напряжений и выборе такого режима термообработки, при котором эти напряжения минимальны. Для выбора указанного режима необходимо разработать методику расчета температурных полей и напряжений в стеклянных трубах в процессе их изготовления. Кроме того, необходимо проанализировать конструктивные и технологические факторы, варьирование которыми может привести к снижению напряжений.
В настоящее время существуют специальные системы регулирования теплового режима, что повышает и качество продукции, и производительность машины/ 16 /. Такая система используется при отжиге стеклянной ленты. В / 17 / приведены рекомендации по выбору высшей температуры отжига и скорости сетки конвейера при производстве крупносерийных малогабаритных изделий из стекла. Подобные рекомендации по термообработке стеклянных труб отсутствуют. Это объясняется тем, что методики расчета температур и напряжений в листовом стекле / 18 - 21 / разработаны достаточно подробно, а вопрос расчета термонапряжений в трубах практически не решен. Это главным образом связано с тем, что при повышенных температурах стекло является полупрозрачным материалом, тепло-перенос в котором происходит по радиационно-кондуктивному механизму. Расчет температуры тел в случае радиационно-кондуктивного теплообмена связан со значительными математическими трудностями. Для расчета напряжений в трубах необходимо решить нестационарную задачу радиационно-кондуктивного теплообмена в полом цилиндре из полупрозрачного материала. При этом следует учесть зависимость физических характеристик стекла не только от значения температуры, но и от скорости и направления её изменения (что является весьма существенным для стекла / 22, 23 / );
- на базе известного температурного поля рассчитать напряжения, возникающие в стеклянной трубе в процессе её вытягивания.
Задачи расчета температуры подобного рода чаще всего решают численными методами. Для одномерных нестационарных задач наиболее эффективен сеточный метод (удобно применять неявную консервативную схему / 24 / ). Задачи вязкоупругости можно решать как численно, так и аналитически. Учитывая, однако, сложный характер изменения свойств стекла по толщине стенки и во времени при термообработке,следует предпочесть численный метод.
Для расчета температуры и напряжений необходимо определить теплофизические и реологические характеристики исследуемого стекла. Полный комплекс всех необходимых для расчета параметров применяемого для изготовления термостойких труб стекла 13в отсутствует. Это требует исследования неизвестных свойств указанного материала.
На основе расчетов температурных полей и напряжений в стеклянных трубах, подтвержденных экспериментально, можно подобрать режимы вертикального вытягивания, обеспечивающие уменьшение уровня остаточных напряжений. Это позволит либо сократить, либо полностью ликвидировать длительный и дорогостоящий отжиг, что существенно снизит стоимость продукции, сократит брак и повысит производительность эксплуатационного оборудования. Рекомендации по сокращению продолжительности отжига могут быть разработаны и на основе расчетов температуры и напряжений, возникающих в трубе на этой стадии.
Целью настоящей работы являлось создание методики расчета температурных полей и напряжений в стеклянных трубах при их вертикальном вытягивании и в процессе отжига, выбор на ее основе рациональных режимов термообработки качественных стеклянных труб и разработка практических рекомендаций, направленных на сокращение или полную ликвидацию процесса отжига.
Полученная в работе методика расчета температур и напряжений может быть эффективно использована при исследовании производства других видов стеклоизделий цилиндрической формы.
Особенности расчета полей температур и напряжений, возникающих при производстве изделий из стекла
Применение подобных способов встречает технические трудности, главная из которых - конструктивное оформление холодильника. Для улучшения циркуляции охлаждающей среды, в холодильниках используют коаксиальные перегородки с ребрами / 31 /. Ребра образуют с патрубками подачи и отвода охлаждающей среды коллекторы, расположенные под острым углом к кольцевой стенке. Устанавливают также коллектор между цилиндрами в верхней части, а подводящие трубы делают с отверстиями и заглушкой на нижнем конце / 32 /. В / 33 / рекомендуется кольцевую камеру холодильника у основания снабжать горизонтальной перегородкой, что образует полость. Для повышения стабильности теплового обмена дополнительно устанавливают цилиндр в направляющих с возможностью осевого перемещения / 34 /. Несмотря на очевидные достоинства применяемых технологических приемов, подобные способы не могут быть использованы при изготовлении большой номенклатуры изделий, кроме того,сложно их конструктивное выполнение и практическая реализация. Целесообразно искать более эффективные пути. Следует также отметить, что результаты использования рассмотренных методов далеко не всегда можно предвидеть с необходимой для практики точностью; затруднительно также выбирать рациональные параметры этих устройств. Экспериментальный подбор этих параметров, как правило, неэффективен. Эту задачу целесообразно решать на основе расчетов температурных полей и напряжений при производстве труб.
Для повышения качества изделий при их изготовлении используют системы регулирования тепловых режимов / 16 /. Однако, эффективное применение этих систем возможно лишь на основе корректных методов расчета оптимальных тепловых режимов. В настоящее время подобные методы еще недостаточно разработаны.
Для оптимизации тепловых режимов изготовления изделий из стекла необходимо изучение особенностей поведения стекла при повышенных температурах. На основе физических представлений о процессах, происходящих в стекле, необходимо выбрать модель, которая удовлетворительно описывала бы влияние температуры, скорости и направления её изменения на основные теплофизические и реологические свойства. Оосбенностыо поведения стекла при повышенных температурах является хотя и постепенное, но весьма значительное (на несколько порядков) изменение скорости физико-механических процессов, происходящих в стеклах в довольно узком диапазоне температур /35, 36 / (этот температурный интервал принято называть интервалом стеклования / 37 / ). Установлено также, что различные свойства стекла зависят не только от температуры, но и от скорости протекания нагрева и охлаждения / 38 - 40 /.
В настоящее время нет полного единства по вопросам трактовки термодинамической сущности явлений, происходящих в стекле в интервале стеклования / 41 /. Существует несколько точек зрения на характер процессов, протекающих в стеклах при различных температурах. Среди них стоит упомянуть такие, как агрегативная теория Ботвинкина / 42 /, температурных флуктуации плотности / 43 /, координационные / 44 /, модификационных превращений / 45 /. В последнее время усиленно разрабатывается теория, связанная с химическими реакциями / 46 /. Однако большинство авторов сходятся на том, что в стекле сосуществуют, происходят релаксационные явления по нескольким отличным по физической природе механизмам / 47 /, причем процессы, связанные с релаксационными явлениями, должны описываться законами механики наследственно-упругого тела.
Предлагалось множество различных моделей релаксационных процессов, происходящих в вязкоупругих средах. Наиболее распространенными сейчас являются способы представления функций релаксации и ползучести в форме пригодной для применения зависимостей линейной теории вязкоупругости.
При рассмотрении процессов, происходящих в неорганических стеклах, чаще всего используют положения кинетической теории Тула-Нарайанасвами /48 - 51 /и Волькенштейна-Птицына /52-53 /, выделяя процессы, связанные с механической и структурной релаксацией / 23 /.
Здесь под релаксацией структуры подразумевается зависимость свойств стекол от направления и скорости изменения температуры. Под механической релаксацией понимают постепенное уменьшение напряжений в стекле при заданной деформации изделия. Иногда для различных свойств стекол, таких как десятичный логарифм вязкости, дилатометрический размер, электрические свойства и т.д., рекомендуется использовать свой собственный набор или спектр времен релаксации /54, 55 /.
Анализ теплопереноса в тонкостенном полупрозрачном цилиндре
Следует заметить, что вследствие значительной разницы размеров поперечного сечения трубы и окружающих конструктивных элементов можно пренебречь таким сложным изменением и считать, что конвективный теплообмен на наружной поверхности трубы происходит по механизму естественной конвекции в неограниченном объеме. Теплообмен излучением в рассматриваемой зоне сводится к нагреву трубы за счет потоков радиации, поступающих от нагретых стенок подмашиной камеры, и является переменным по высоте зоны. Охлаждение внутренней поверхности трубы за счет вынужденной конвекции происходит менее интенсивно из-за воздуха в трубе.
Зона термостата характеризуется конвективным теплообменом по механизму естественной конвекции. Излучение трубы поглощается стенками шахты холодильника. Несколько более сложной является задача рассмотрения зоны контакта валков (см.рис.2.26). Здесь наряду с конвекцией на наружной поверхности трубы осуществляется непосредственный контакт поверхности асбестовых валков с поверхностью трубы. Охлаждение трубы происходит вследствие поглощения излучения и теплопроводностью от более нагретых внутренних слоев трубы. Шахта машины ВВТ состоит из отдельных секций (рис.2.26), которые разделены перегородками. Наличие большого числа перегородок затрудняет процесс естественной конвекции и, следовательно, при расчетах необходимо учитывать влияние ограниченности объема, т.е. наличие восходящего потока за счет нагрева на наружной поверхности трубы и нисходящего на внутренней поверхности корпуса машины ВВТ. В зоне У трубу можно считать окруженной абсолютно черными границами с температурой, равной температуре воздуха в помещении. Наружная поверхность трубы охлаждается за счет естественной конвекции в неограниченном объеме. Следовательно, несмотря на различие механизмов теплообмена в рассмотренных зонах, в качестве общей расчетной схемы может быть выбрана труба, на поверхности которой происходит конвективный и радиационный теплообмен, а внутри стенки - радиационно-кондуктив ный теплообмен. Для расчета температуры в стенке трубы необходимо установить распределение температур воздуха lg и корпуса 1к по высоте под-машинной камеры и машины ВВТ. Теоретический расчет этих распределений связан с большими трудностями. Вместе с тем следует заметить, что главным фактором, влияющим на эти распределения, является мощность газовых горелок и размеры холодильника. С другой стороны, мощность газовых горелок, размеры и расположение холодильника над поверхностью стекломассы должны обеспечивать поддержание определенной температуры расплава стекла и, следовательно, не могут быть изменены с целью оптимизации режима вертикального вытягивания труб. Изменение длины холодильника не оказывает существенного влияния на распределение температуры воздуха в подмашинной камере, так как холодильник окружен тепловой изоляцией. То же самое справедливо в отношении локального нагревателя, который может быть установлен в какой-либо зоне машины ВВТ. В литературе / 101 / имеются данные о распределении температуры внутри машины ВВТ и подмашинной камеры. Кроме того, измерение этих температур принято производить на заво-дах по производству стеклянных труб. Следовательно, необходимости в расчете рассмотренных температур нет, достаточно воспользоваться известными экспериментальными данными. Поскольку толщина трубы много меньше других размеров трубы и элементов машины ВВТ, то градиент температуры по толщине значительно больше градиента в направлении оси трубы. Следовательно, теплопереносом в стенках трубы в осевом направлении можно пренебречь. Симметрия тепловых условий относительно оси трубы позволяет рассматривать осесимметричные задачи. Радиальные напряжения 0Г на внутренней и наружной поверхностях трубы равны нулю. Учитывая непрерывный характер их изменения по толщине трубы, а также то, что 0 значительно меньше QCp , можно с достаточной для инженерных расчетов точностью пренебречь напряжениями 0»г по сравнению с тангенциальными 6t и осевыми 0Z напряжениями в трубе. Существенным фактором, влияющим на напряжения ( , следует признать продольную силу f\ , которая возникает в трубе при её вытягивании. Таким образом, в качестве расчетной схемы целесообразно выбрать отрезок полого цилиндра (см.рис. 2.3), температура в котором изменяется только по толщине стенки (поскольку задача осесимметрич-на, а теплопереноса в осевом направлении не происходит). При перемещении этого цилиндра в машине ВВТ изменяются температуры воздуха внутри lg и снаружи н , радиационный ОС (который будет использован ниже) и конвективный ОСк коэффициенты теплоотдачи, величина продольной силы N » которой нагружен цилиндр в осевом направлении. Очевидно, что все упомянутые величины - lg , н , ОЦ , а . , N - являются функциями Z . Поскольку скорость движения трубы UTr постоянна , координата Z может быть определена соотношением Z - UTT t , где t - время пребывания рассматриваемого элемента трубы в машине ВВТ.
Анализ результатов и сопоставление экспериментальных и расчетных зависимостей
С учетом этого устройства (т.е. отношение тепловой энергии, пере даваемой через образец к мощности нагревателя Q н ) согласно нашим оценкам составил 0,8. Изменением мощности нагревателя обеспечивалось изменение температуры образца. Опыты проводились при усилиях прижатия 3 - 4 кГ. Температуры измерялись хромель--алюмелевой термопарой, шероховатость контактирующих поверхностей контролировалась микроинтерферометром ШИ-5. При температурах выше 600 К медные пластины 8 заменялись пластинами из листовой сталиI0XI8H9T по ГОСТ 1051-73. В качестве измерительного прибора использовался милливольтметр КСП-4 класса 0,2. Регулирующее устройство состояло из трех последовательно соединенных реостатов ГСП № 83, ГСП № 20, РСП № 4, набора сопротивлений и понижающего трансформатора ЛАТР-І. Точность регулировки составляла 0,05 Вт. При проведении опытов использовались стеклянные образцы (см. рис.3.4) диаметром 70 мм и толщиной 4 мм, 5 мм, 8 мм, 12 мм (по пять образцов в каждой партии). Перед сборкой приспособления (рис.3.3) все контактирующие поверхности обезжиривались этанолом.
После сборки установки образцы нагревали,с помощью регулирующих приборов добивались стабилизации температуры и выходили на стационарный режим. Измерения производили в диапазоне температур от 400 до 1100 К. Для определения температурной зависимости дилатометрической длины использовались образцы размерами 50 х 5 х 5 мм (см.рис.3.5). Для измерений использовался дилатометр ДКВ-4. Нагрев проводился со скоростью 0,05 К/с. Удлинение образца измерялось через каждые 10 К. По результатам измерений рассчитывалась (Каждое значение L 11) определялось как среднее по результатам измерения 5 образцов). Полученная зависимость L \I) использовалась для определения мгновенного рт и равновесного ре коэффициентов температурного расширения стекла. Коэффициенты yen и Рг определялись как тангенсы углов наклона кривой L ( I) в интервале температур от 10 до температуры стеклования In и от Т9 до температуры рамягчения соответственно, ріет fa и 6Q производился методом наименьших квадратов. Исследование релаксационных процессов в стеклянных образцах производилось на установке, схема которой представлена на рис.3.6. По методу трехточечного изгиба измерялись прогибы образцов. Установка представляет собой горизонтальную низкоинерционную трубчатую печь, в которой обеспечивается плавное регулирование температуры от 400 до 1000 К. Нагревателем служит труба 2 из нержавеющей стали, которая снаружи изолирована прессованной слюдой 3 толщиной I мм. Поверх слюды намотана спираль 4 и закреплена на трубе с помощью тонких полосок шамота. Предельные скорости нагрева и охлаждения печи определяются количеством и набором экранов 5. Поддержание изотермических условий, скорости нагрева и охлаждения осуществлялись временным регулятором 6. В качестве временного регулятора применялся прибор BFT-3. Датчиком к регулятору была термопара 7, вмонтированная в непосредственной близости от спирали. Питание печи осуществлялось от сети переменного тока 220 В через автотрансформатор. Рабочая зона, обеспечивающая поддержание изотермических условий, составляла 300 мм. Образцы 8 внутри нагревателя устанавливались на подставки 9. Нагрузка на образец осуществлялась с помощью специального устройства 10. Прогибы образцов измерялись с помощью индикатора II. Для измерения малых прогибов устанавливался дополнительно индикатор с ценой деления 0,002 мм. Контроль температуры в рабочей зоне печи осуществлялся термопарой 12 и миллиамперметром 13.
Исследуемые образцы представляли собой стержни размером 250 х 10 х 10 мм, изготовленные из стекла марки 13в. Реологические свойства оконного и боросиликатного стекла не исследовались, т.к. они достаточно подробно описаны в литературе / 25 /.
Значения прогибов образца фиксировались через строго опре деленные промежутки времени. Результаты измерений заносились в таблицу.
Порядок подготовки образцов для контрольного эксперимента был следующим. Отрезки труб Dy =40 мм, длиной 150 мм (изготовленные на Бучанском заводе стеклоизделий) нагревались в печи до температуры 1100 К и охлаждались в вертикальном положении по различным режимам. Образцы первой партии охлаждались в условиях естественной конвекции, второй - обдувались поперечным потоком воздуха (скорость 0,3 м/с) снаружи, а третьей - продольным потоком воздуха (скорость 5 м/с), подаваемым внутрь трубы. После охлаждения из средней части отрезков труб изготавливались кольцевые образцы длиной 50-100 мм (см.рис.3.7) с полированными торцами. В этих образцах исследовалось распределение напряжений по толщине стенки поляризационно-оптическим методом на координат-но-синхронном поляриметре КСП-7 (см.рие.3.8). При измерениях применялся метод компенсации Сенармона / 127 /.
Интенсификация охлаждения на внутренней поверхности трубы
При массовом производстве трубы в основном получают непрерывными способами. В Австрии применяется метод Шулера, особенность которого состоит в том, что труба вытягивается из вращающегося бассейна, в США. получил распространение метод Вуда, который отличается от отечественного метода вертикального вытягивания отсутствием шахты. Следует также упомянуть метод Велло, при котором труба вытягивается вниз / 26 /.
В СССР и других странах наиболее широкое распространение получили методы горизонтального вытягивания (метод ГВТ или метод Даннера), вертикального безлодочного вытягивания труб (ВВТ) и метод непрерывной вальцовки / 3, 6 /.
Метод горизонтального вытягивания обладает высокой производительностью, не требует сооружения многоэтажных корпусов и обеспечивает благоприятные условия труда. Ограниченность ассортимента вырабатываемых труб до 50 мм и спиральная полосность сокращает возможности его применения.
Основным недостатком метода непрерывной вальцовки является низкая производительность (6-8 м/час) и пониженная прозрачность труб. Большая точность, горизонтальное направление техно логического процесса, позволяющие организовать поточное производство, могут сделать этот процесс целесообразным для производства труб с точными геометрическими размерами при диаметрах до 300 мм.
Наиболее распространенным методом получения труб с условными проходами от 40 до 200 мм является метод вертикального безлодочного вытягивания, сущность которого состоит в следующем: труба І (см.рис.1.1) вытягивается со свободной поверхности расплава стекла 2 подмашинной камеры 8 и после охлаждения с помощью холодильника 3 поступает в шахту машины ВВТ. Вертикальное движение трубы обеспечивается валками 5. Расплав стекла поступает из ванной печи в подмашинную камеру круглой формы. Температурный режим в подмашинной камере поддерживается либо несколькими тангенциально расположенными горелками постоянного направления, либо периодически поворачивающимися газовыми горелками. В центре дна камеры имеется отверстие для ввода шамотного мундштука, изолированное от дна камеры графитовой втулкой, облегчающей вертикальное перемещение мундштука 7. Через металлическую трубу, введенную в мундштук, подается воздух от вентиляторов высокого давления. Сверху на мундштуке установлена шамотная коническая насадка, размеры которой определяют размеры выпускаемых труб. Над мундштуком по центру устанавливается кольцевой холодильник, обеспечивающий охлаждение "луковицы" и трубы при вытягивании. Регулированием высоты холодильника над зеркалом стекломассы и расположением относительно продольной оси вытягиваемой трубы добиваются необходимых геометрических размеров вытягиваемых труб. В процессе дальнейшей вытяжки труба охлаждается к первой паре валков до 830 - 880 К,
Широкий ассортимент вырабатываемых труб, значительно больших диаметров чем методом ГВТ, хорошее их качество при сравнительно высокой производительности позволяют прийти к выводу, что метод безлодочного вертикального вытягивания труб имеет преимущество перед другими методами.
Главным недостатком метода ВВТ является вертикальное направление производственного процесса, что требует использования крупногабаритного оборудования. Основным видом брака труб, как и листового стекла, является разрушение под действием остаточных напряжений после резки / 13 /. Особенно резко возрастает число разрушений при длине труб более 2,4 м / 8 /. Причинами других видов брака: эллипсности, инородных включений, полоснос-ти, кристаллизации и т.д. в большинстве случаев является нарушение технологии и поэтому рассмотрение их представляет собой, в основном, производственный интерес.
Для снижения остаточных напряжений трубы подвергают специальной обработке - отжигу, при котором они уменьшаются до величин, гарантирующих надежную работу изделий. Отжиг стеклянных труб проводят в муфельных печах непрерывного действия - лерах. Схема лера (типа ОП-Зб) представлена на рис. 1.2. Рабочая камера I отапливается газом, сжигаемым в топках 2, находящихся в головной части лера. Продукты горения из топочной камеры по подовым каналам 3 тоннеля и металлической трубе 4 движутся к вентилятору. Отжигаемые трубы транспортируются по леру непрерывно движущейся сеткой. Трубы в лере последовательно проходят зоны нагрева, отжига и студки и охлаждение завершается на открытом конце конвейера. Для снижения остаточных напряжений некоторые авторы рекомендуют уменьшать скорости сетки конвейера при отжиге/17 /, удалять источник нагрева / 27 /, однако это снижает производительность процесса и увеличивает габариты оборудования.
Наиболее перспективными представляются такие режимы вытягивания, при которых не требуется последующего отжига. В / 28 /, например, в полость трубы в направлении её вытягивания рекомендуется подавать охлаждающий агент. Величина максимальных растягивающих напряжений при этом составляет до 2 % предела прочности при растяжении / 28 /. Некоторые авторы / 28 / считают целесообразным к воздуху примешивать распыленную воду или водяной пар, что увеличивает интенсивность теплообмена.
