Устройство для термообработки синтетических нитей

 

Изобретение относится к производству химических волокон, а именно к устройствам для термообработки синтетических нитей методом облучения их поверхности пучком лазерного излучения, и позволяет повысить качество термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и более полно использовать энергию излучателя. Устройство дополнительно снабжено оптической системой формирования равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверхности синтетической нити, включающей блок преобразования цилиндрического пучка излучения в кольцевой пучок и фокусирующую систему, а термокамера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине, определяемым по формуле 2σ=90°+ARCTG<SP POS="POST">.</SP>(H<SB POS="POST">1</SB>+H<SB POS="POST">2</SB>)/4F, где 2σ - угол при вершине термокамеры

H<SB POS="POST">1</SB> - внешний диаметр кольцевого пучка излучения

H<SB POS="POST">2</SB> - внутренний диаметр кольцевого пучка излучения

F - фокусное расстояние фокусирующей системы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

союз советсних социдлистичесних

РЕСПУЬЛИН (19) (И) (51)5 D 01 Н 13/?8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ по изоБРетаниям и отнРы1иям пРи Гннт сссР

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. 1

{ 21 ) 4494 71? /31-12 (22) 05.07.88 (46) 30.12.90. Бил. Р 48 (71) Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им. С.М.Кирова и Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Д.М.Успенский, С.К.Сухоруков, А.С.Беляев, Б.А.Виноградов и А.А.Полозов (53) 677.46(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 13?6661, кл. D 01 Н 13/28, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ

СИНТЕТИЧЕСКИХ НИТЕЙ.(57) Изобретение относится к производству химических волокон, а именно к устройствам для термообработки синтетических нитей методом облучения их поверхности пучком лазерного излучения, и позволяет повысить

Изобретение относится к производ»ству химических волокон, а именно к устройствам для термообработки синтетических нитей методом облучения ,их поверхности пучком лазерноro излучения.

Целью изобретения является повышение качества термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и более полное использо- .вание энергии излучателя.

На Лиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства;

2 качество термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и более полно испольэовать энер-,, гию излучателя.Устройство дополнительно снабжено оптической системби

Ьормирования равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверхности синтетической нити,включающей блок преобразования цилиндрического пучка излучения в кольцевой пучок и фокусирующую систему, а термокамера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине, определяЮ

I емым по формуле 2 =* 90 +

Н(+Нд

+ arctg — 4f-,ãäå 2g - угол при вершине термокамеры; Н вЂ” внешний диаметр кольцевого пучка излучения; Н2— внутренний диаметр кольцевого пучка излучения; f — фокусное расстояние фокусирующей системы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. на фиг.2 — вариант конструкции блока преобразования, снабженного узлом взаимного перемещения круглых

:конусов вдоль оси источника; на фиг.3 - схема прохождения полого цилиндрического пучка лучей группы элементов устройства: Аокусирующей сис темы и камеры термообработки.

Устройство содержит источник 1 сплошного цилиндрического коллимированного пучка лучей потока электромагнитного излучения, блок 2 преобразования сплошного цилиндрического

1617067

20 пучка лучей в кольцевой пучок лучей, состоящий из круглого конуса 3 с ( внешней отражающей поверхностью и

|усеченного круглого конуса 4 с внут5 ,ренней отражающей поверхностью; на( клонное зеркало 5 с центральным отверстием б для прохождения сплошного цилиндрического коллимированного пучка лучей; наклонное зеркало 7 с центральным отверстием 8 для прохождения нити 9, йокусирующую систему

10 с центральным отверстием 11 для прохождения нити 9, камеру 12 термообработки, соосную с осью 13 узла

14 протяжки нити 9 и с центральным отверстием 15 дпя прохождения нити 9.

В качестве источника 1 может быть использован любой тип источника, способного излучать поток в виде сплошного цилиндрического коллимированного пучка лучей, например лазер °

В качестве блока 2 преобразования сплошного цилиндрического пучка в по- 25 лый выбрана система из двух коаксиальных конических отражающих поверхностей. Первая имеет вид круглого конуса 3 с внешней отражающей поверхностью, причем диаметр его основания, должен быть больше или равен диаметру сплошного цилиндрического пучка ,излучения. Вторая выполнена в виде усеченного круглого конуса 4 с внутренней отражающей поверхностью. Конические поверхности блока преобра( зования выполнены с возможностью взаимного перемещения вдоль оси источника. Круглый конус 3 выполнен в ви, де комбинации цилиндрической и конических поверхностей,при этом кони40 ческая поверхность выполнена отражающей, а на цилиндрической поверхности имеется паз для направляющей шпонки 16. На другом конце круглого конуса 3 имеется хвостовик с нарезанной на его поверхности резьбой. Круглый конус.3 своей цилиндрической частью установлен в отверстии, диаметр которого равен диаметру цилиндрической поверхности конуса. Это отвер- 50 стие расположено в хвостовой части усеченного круглого конуса 4, выполненного в виде втулки, имеющей усеченную внутреннюю коническую отражающую поверхность. На внутренней по- 55 верхности цилиндрического отверстия хвостовой части усеченного конуса 4 имеется паз, ко орый не доходит до усеченной конической поверхности на некоторое расстояние и сопряжен со шпонкой 16. На хвостовик конуса 3, расположенный со стороны, противоположной отражающей конической поверхности, надета разрезная гайка, состоящая нз двух частей — непосредственно гайки 17 и упора 18, которые соединены между собой винтами 19. Pàçрезная гайка снабжена стопорным винтом 20. Усеченный конус 4 с установленным в его цилиндрическом отверстии конусом 3, цилиндрический хвостовик которого подвижно закреплен на хвостовой части усеченного конуса

4 с помощью выступа 21 на хвостовой части усеченного конуса 4 и разрезной гайки 17-18, установлен в корпусе ?2 и жестко закреплен в нем с по-. мощью накидной гайки 23. Корпус 22 с закрепленными в нем усеченным конусом 4 и конусом 3 жестко устанавливается на основание 24, к которому соосно оси блока преобразования крепится наклонное зеркало 5 (Лиг.1).

Наклонное зеркало 5 расположено под углом 0 а 90 к оси источника излучения. В центре наклонного зеркала имеется отверстие 6, размер которого не меньше диаметра сплошного цилиндрического пучка, выходящего из источника 1, при этом ось отверстия центрирована относительно пучка. Наклонное зеркало установлено так, чтобы проекция его отражающей поверхности на плоскость, перпендикулярную оси источника, быпа расположена между зеркалом и блоком преобразования пучка, причем минимальный внешний размер указанной выше проекции зеркала 5 не меньше максимального диаметра, характеризующего усеченную коническую поверхность 4 блока 2 преобразования, а длина отражающей поверхности не меньше величины, характеризуемой отношением максимального диаметра усеченной конической поверхности 4 к синусу угла ф наклона зеркала относительно оси источника.

Изображенное на Лиг.1 зеркало 7 по конструкции и геометрическим размерам аналогично зеркалу 5 и имеет центральное отверстие 8, ориентированное относительно оси узла протяжки так же, как и отверстие 6 относительно оси источника. Максимальный размер отверстия больше диаметра ни1617067,ти. Отражающая поверхность зеркала 7 направлена навстречу отражающей поверхности зеркала 5, а угол наклона отражающей поверхности зеркала 7 относительно оси 13 узла 14 протяжки равен углу Р наклона отражающей поверхности зеркала 5 относительно оси источника. Ocb источника из-лучения и ось узла протяжки взаимно параллельны. Зеркала 5, и ? ориентированы в пространстве при произвольном выборе значений их углов наклона так, чтобы их отражающие поверхности были взаимно параллельны.

При углах наклона, равных 45, зеркало 7 может быть произвольно ориентировано вокруг линии, соединяющей центры отражающих поверхностей зер. кал 5 и 7, причем эта линия перпен- 20 дикулярна как оси источника, так и оси узла протяжки, а нормаль, проведенная к центру отражающей поверхности зеркала, должна иметь одно и то же значение угла с перпендикуляром 25 к осям источника и узла протяжки во всем диапазоне ориентации зеркала 7.

За зеркалом 7 вдоль оси его центральноro отверстия 8 установлена фокусирующая система 10, имеющая центральное отверстие 11 для прохождения нити 9. Acb центрального отверстия 11 совпадает с осью фокусирующей системы 10, которая соосна с осью 13 узла 14 протяжки и осью центрального отверстия 8 зеркала 7. В качестве Аокусирующей системы может быть использована как линзовая, так и зеркальная Аокусирующие системы.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства,в котором фокусирующая система 10 выполнена в виде одиночной линзы.

На выходе фокусирующей системы

10 установлена камера 12 термообработки, имеющая центральное отверстие, 15 и внутреннюю отражающую усеченную коническую поверхность, представляющую собой тело вращения. При этом значение угла при вершине камеры

50 термообработки определяется из соотношения о Ию + Н

2Q = 90 + arctg - — ——

4f где Н и Н вЂ” внешний и.внутренний

55 соответственно рабочие диаметры пучка, падающего на Аокусирующую, .сист ему;

Н)+ Н) — — — = Н вЂ” диаметр централь" о ного кольца рабочего пучка; — Аокусное расстояние Аокусирующей системы. устройство Работает следующим образом, Сплошной цилиндрический коллимированный пучок лучей от источника 1 проходит через отверстие 6 н зеркале

5, расположенном под углом /3 к оси источника 1, и попадает на внешнюю отражающую поверхность круглого конуса 3 блока 2 преобразования. 0rpaзившись от этой поверхности и попав на внутреннюю отражающую цоверхность усеченного круглого конуса 4, сплошной цилиндрический пучок преобразует" ся в кольцевой пучок, направление распространения которого противоположно направлению распространения сплошного цилиндрического пучка.

С целью исключения частичного экранирования сплошного цилиндрического пучка обрабатываемой нитью, необходимо сместить полый цилиндрический пучок относительно сплошного пучка.

Для этого используется система sepкал 5 и 7. Полый цилиндрический пучок попадает на плоскую отражающую поверхность зеркала 5, расположенную под углом 0 (P =. 90, и, отразившись

О от нее, направляется на плоскую отражающую поверхность зеркала 7, от которой он также отражается, сохранив при этом свою форму. В результате этих отражений полый цилиндрический пучок смещается в пространстве и разворачивается в направлении, параллельном перемещению нити 9, коаксиально относительно оси 13 узла 14 протяжки. При этом только взаимная параллельность отражающих поверхностей зеркал 5 и 7. обеспечивает постоянство плотности потока излучения после отражения кольцевого пучка лучей от поверхности второго зеркала 7, так как при такой ориентации кольцевой пучок не деАормируетсч в пучок с эллипсовидным сечением, у которого вследствие несимметрии нарушена равномерность распределения плотности потока излучения по сечению.

После прохождения фокусирующей системы 10 кольцевой пучок преобразуется в полый конический, лучи кото рого направляются к поверхности нити

1617067 равномерно со всех сторон. Однако после фокусирующей системы 10 лучи направляются к поверхности нити под очень большими углами падения (угол падения отсчитывается от нормали к

5 поверхности нити). Это уменьшает КПР потока излучения вследствие большого коэффициента отражения от нити.

Дпя получения максимального КПД потока излучения необходимо обеспечить нормальное (в пределах аперту„ры пучка) падение пучка на нить. С этой целью устройство снабжено камерой 12 термообработки. Отражаясь i от внутренней отражающей конической поверхности камеры 12, лучи фокуснруемого пучка направляются равномерно со всех сторон к поверхности нити 9 под углом падения, близким к 20

90 . Нить 9, протягиваясь через устройство посредством узла 14 протяжки, последовательно проходит отверстие 8 в наклонном плоском зеркале

7, отверстие 11 в фокусирующей сис- 25 теме 10 и отверстие 16 в камере

12 термообработки. Проходя камеру

12 термообработки, нить 9 обрабатывается лучами пучка источника 1, от1 раженными от зеркальной поверхности 30 камеры 12 термообработки.

Угол 2 при вершине конуса камеры

12 .термообработкиобеспечивает нормаль( ное (в пределах апертуры) падение лучей пучка на нить. 35

На фиг.3 обозначены: Z-Z — образующая конуса камеры обогрева; N-М— нормаль к образующей конуса; Q — половина угла при вершине конуса камеры обогрева; i — угол падения луча gg на образующую конуса; g, — двойной апертурный угол.

После фокусирующего компонента .лучи центрального кольца составят угол с оптической осью (осью нити), равный K = arctic —,--, из ОЖ следуНб ет: 180 =G+ 90 + 90©, i или

G i иэ КНГ следует: 180 = Х +

+ (180О -6) + 90 — i или Х + 90

-g-i =О.

° i

26= 90 + Х = 90 + arctg — — ——

О О Н + II@, 4f

Регулирование температуры нагрева у поверхности нити достигается путем введения в блок 2 преобразования узла взаимного перемещения круглых где

1 — диапаз о н в з анин ог о и ер ем ещения круглых конусов вдоль оси источника;

d — - наибольший диаметр основания круглого конуса; конусов блока преобразования вдоль оси источника. Такого рода смещение приводит к тому, что на выходе блока

2 преобразования (фиг. 1) внешний и внутренний диаметры полого цилиндрического пучка лучей меняют свою величину, а следовательно, в полости камеры термообработки угол падения лучей потока излучения также будет меняться. При изменении поглощенной нитью энергии потока излучения температуры нити будет уменьшаться от своего максимального значения.

Таким образом, устройство обеспечивает возможность обработки широкого ассортимента тканей.

Блок преобразования, снабженный узлом взаимного перемещения конусов 3 и 4 вдоль оси источника, конструкция которого представлена .на фиг.2, работает следующим образом.

Для того, чтобы изменить внутренний и внешний диаметры полого цилиндрического пучка, необходимо отжать стапорный винт ?О и вращением разрезной гайки 17-18 вокруг своей оси привести в прямолинейное движение конус 3. При этом гайка 17-18 с помощью выступа 21, расположенного на хвостовой части усеченного конуса 4, не меняет своего положения .относительно оси источника, а следовательно, вдоль оси источника поступательно движется только круглый конус 3. Устране- . ние поворота конуса 3 относительно своей оси, а следовательно, и оси ис точника осуществляется с помощью . шнонки 16, установленной с возможностью перемещения в направлении, па раллельном оси источника. При этом, поскольку усеченный конус 4 жестко связан с помощью гайки 22 и конуса

23 с основанием 24, сам усеченный конус 4 остается неподвижным относи.. тельно оси источника. Диапазон взаимного перемещения круглых конусов

3 и 4 вдоль оси источника зависит от конструктивных параметров устройства и равен

cI (m+?) 1 = — —.— — т

m — - любое число, большее или . равное единице и численно характеризующее отношение величины проекции образующей круглого конуса на ось источника.

Данное условие выбора диапазона взаимного смещения конусов пояснено на фиг.2, где показаны точки А и А

jtt характеризующие крайнее положение вершины круглого конуса 3 относительно оси источника. Следовательно:

1 А А ; АА = AA t + AtA" +

tt tIt

+ A А

/ ((и 0

Принимая АА = А А = — — так как

t угол при вершине конуса 3 равен 90

cl

/ It/ иАА +АА =m

Л (н+2)

Ъ

Формула изобретения

1. Устройство лля термообработки синтетических нитей, содержащее источник излучения, узел протяжки синтетической нити и камеру термообработки нити> внутренняя отражающая поверхность которой выполнена в виде тела вращения, установленного соосно протяжке нити, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество >термообрабатываемых нитей в реальном технологическом процессе за счет создания равномерного кольцевого распределения пучка излучения по поверх..ности обрабатываемого участка нити— нить будет термообрабатываться равномерно и качественно со всех сторон.

Обеспечивается уменьшение энергетических потерь при обработке за счет создания нормального (в пределах апертуры пучка) падения излучения на нить, а .также регулирование процесса термообработки путем взаимного перемещения круглых конусов блока преобразования пучка вдоль оси источника, т.е. быстрое переналаживание с одного типа нити на другой, что экономически выгодно при термообработке широкого ассортимента.

7067 !О качества термообработки при одновременном уменьшении энергетических потерь и бс атее пс. ного использования энергии излуча ..еля, оно дополнитель5 но снабжено оптической системой формирования равномерного кольцевого .. распределения гучка излучения по поверхности синтетическои нити,включа" ющей блок преобразования цилиндрического пучка излучения в кольцевой пучок и фокусирующую систему, а камера термообработки выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине 20, определяемым по формуле о Н1+ Н2

2Q = 90 + arctic — — — —

4f

20 где Н 1 — внешний диаметр кольцевого пу ка излучения;

Н вЂ” внутренний диаметр кольце2 ного пучка излучения;

f — фокусное расстояние фоку25 сирующей системы.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования состоит из установленных соосно с источником излучения

30 круглого конуса с внешней отражающей поверхностью и вершиной, ориентированной в сторону источника излучення, и усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью и вершиной, ориентированной в сторону, противополож35 ную источнику излучения, при этом угол при их вершинах равен преимущественно 90, двух параллельных друг о другу плоских зеркал и фокусирующей

4р системы, при этом одно из зеркал установлено между источником излучения и конусами и имеет отверстие для прохождения цилиндрического пучка излучения, а его отражающая поверхность ориентирована в сторону конусов, другое зеркало установлено перед фокусирующей системой и имеет отверстие для прохода синтетической нити, а его от ражающая поверхность ориентирована в

e TopoHy фо кусирующей cHc r eMbt, при этом угол наклона Р плоских зеркал к оси источника излучения составляет 0 (P C 90 .

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что фокусирующая система имеет отверстия для прохода синтетической нити, соосные узлу протяжки.

11 1617067 12

4. устройство по пп.1 и, о т л и- возможностью осевого перемещения отч а ю щ е е с я тем, что конуса носительно друг друга. б ока преобразования смонтированы с

1617067

Редактор А.Маковская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 4101

ВНИИПИ Государственного

113035, Составитель В.Клинаев

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор Л.Патай ю

Тираж 383 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5