Устройство для регулирования температурного поля вала каландра при изготовлении нетканых материалов

 

Изобретение относится к текстильному машиностроению, в частности к каландрам для изготовления нетканых материалов методом термоскрепления. Изобретение может быть использовано в бумажной промышленности, химической промышленности и других отраслях, использующих подогреваемые каландры. Сущность изобретения: устройство содержит вращающийся вал 1, датчик 2 угла поворота вала, тепловизор 3, индукторы 4, контроллер 5, силовые коммутаторы 6. Вал выполнен в виде нескольких неподвижных индукторов, установленных с зазором по отношению к поверхности вращаемого вала в локальных зонах, равномерно распределенных по длине вала, изготовленного из материала с высокими теплоэлектропроводностью, магнитной проницаемостью и с большой площадью легли магнитного гистерезиса 1 з.п, ф-лы, 3 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з»з О 21 G 1/00

2 ис.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888991/12 (22) 11 12.90 (46) 30.10.92. Бюл. hh 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нетканных текстильных материалов (72) А. И. Иванов, В. А. Мусатов, А. В, Горюн, В. Б. Воронцов, А. В. Спиркин и М. Г, Кудрявцев (56) Авторское свидетельство СССР

O 1359388, кл. С 21 С 1/00, 1986.

induction heated iacket гойег fmm дароп

То Kuden Co. Ltd. "Nonwovers Верор Inter", 1984, М 157, вау, Р. 11 — 12. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ВАЛА КАЛАНДРА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к текстильному машиностроению, в частности к каландрам

Я2 „, 1772280 А1 для изготовления нетканых материалов методом термоскрепления, Изобретение может быть использовано в бумажной промышленности, химической промышленности и других отраслях, использующих подогреваемые кала ндры. Сущность изобретения: устройство содержит вращающийся вал 1, датчик 2 угла поворота вала, тепловизор 3, индукторы 4, контроллер 5, силовые коммутаторы 6. Вал выполнен в виде нескольких неподвижных индукторов, установленных с зазором по отношению к поверхности вращаемого вала в локальных зонах, равномерно распределенных по длине вала, изготовленного из материала с высокими теплоэлектропроводностью, 2 магнитной проницаемостью и с большой площадью петли магнитного гистерезиса, 1 з.п, ф-лы, 3 ил.

1772280

Изобретение относится к текстильному машиностроению, в частности к каландрам для изготовления нетканых материалов методом термоскрепления, Изобретение может быть использовано в бумажной 5 промышленности, химической промышленности и других отраслях, использующих подогреваемые каландры.

Суть решаемой технической задачи в том, что необходимо равномерно нагреть 10 вал каландра и поддерживать его температуру порядка 160...270 С с погрешностью

«+1 C. При этом неравномерность температурного поля на поверхности вала не должна превышать 1 С. 15

Известно решение этой технической задачи, состоящее в обогреве вала каландра маслом, подаваемым внутрь вала под давлением и нагретым до нужной температуры специальной нагревательной станцией. 20

Основными недостатками этого технического решения являются его сложность, низкая надежность, большие габариты, большие энергозатраты, Сложность устройства обусловлена наличием маслохозяйст- 25 ва, одноконтурной или двухконтурной обогревательнйо маслостанции и самой конструкцией валов каландра. Низкая надежность устройства является следствием его сложности. Устройство может выйти из 30 строя из-за частичного засорения маслопроводов вала, при этом его температурное поле становится неоднородным. Отказ или ухудшение работы насосов или нагревательной маслостанции также приводит к по- 35 явлению брака. Причем выявить оперативно брак во многих случаях не представляется возможным, так как в существующих сегодня машинах контролируется не температура поверхности вала, а темпера- 48 тура проходящего через него масла.

Кроме перечисленных выше недостатков, существующее устройство для поддержания заданной температуры валов каландрг имеют еще и значительные габа- 45 риты. Так, масластанция оказывается сопоставима по своим размерам с самой машиной для изготовления нетканых материалов, Положение усугубляется тем, что маслостанция потребляет энергии даже 50 больше чем сама машина, Это происходит иэ-за того, что масса нагреваемого масла оказывается намного больше, чем масса валов и масло приходится гнать со значительной скоростью. КПД системы 55 масплоподогрева оказывается низок иэ-эа большой длины маслопроводов и невозможности их хорошей теплоизоляции, Низкий КПД и большой объем нагреааемого масла приводят к значительным потерям энергии.

Известно техническое решение, позволяющее снизить энергозатраты и габариты устройства за счет перехода к индукционному нагреву вала каландра и соответственно отказ от маслостанции, Это техническое решение наиболее близко к заявляемому, "Вал с индукционным нагревом" фирмы

Tokuden Co. Ltd. имеет внутренний индуктор, который нагревает сердечник вала, в свою очередь сердечник передает энергию теплоносителю, находящемуся в жидкой и газообразной фазе и заполняющему полость каландра. Электроэнергия подводится к индуктору через токоподводящие кольца, неподвижно закрепленные на вращающемся вале, по котором скользят щетки токоподводящего механизма.

Основными- недостатками прототипа являются недостаточная равномерность температурного поля поверхности каландра и невозможность использования этого устройства в запыленных и загазованных цехах с повышенной взрывоопасностью иэ-за на-личия передачи электроэнергии через скользящие контакты.

Целью изобретения является повышение равномерности температурного поля поверхности каландра и обеспечение работоспособности устройства в запыленных и загазованных цехах с повышенной взрывоon асностью.

Зто достигается тем, что вместо одного вращающегося индуктора используют несколько неподвижных индукторов, магнитная цепь которых замыкается валом вала каландра, выполненного иэ материала с хорошей магнитной проницаемостью. Нагрев каландра осуществляют переменным магнитным полем варьируемой длительности, Контроль температурного поля поверхности вала осуществляют измерением температуры посредством тепловизора и углового положения вала, По данным указанных измерений формируют карту распределения температур на поверхности вала каландра. Регулирование температурного поля осуществляют путем сравнения карты температур с заданным значением температуры. При этом, если температура некоторой боны оказывается неравной заданному значению, то при ее прохождении мимо соответствующего неподвижного индуктора последний автоматически включает или выключают на время, пропорциональное соответствующим недогреву или перегреву локальной зоны.

В предлагаемом устройстве средство для индукционного нагрева вала выполнено

1772280 в виде нескольких неподвижных индукторов, установленных с зазором по отношению к поверхности вращаемого вала в локальных зонах, равномерно распределенных по длине вала. Вал изготовлен иэ материала с высокими тепло-электропроводностью, магнитной проницаемостью и существенным магнитным гистерезистом. Вращаемый вал снабжен датчиком угла его поворота. Напротив свободной поверхности вала установлен тепловизор. Выходы датчика и тепловизора присоединены ко входу контроллера, Выходы контроллера соединены с индукторами через управляющие входы индивидуальных силовых коммутаторов, подключенных к сети переменного тока. Неподвижные индукторы могут быть выполнены в виде пластинчатого П-образного магнитопровода со свободными концами, примыкающими к валу через зазор, При этом магнитопровод помещен в обмотку возбуждения, концы которой подключены к силовой сети переменного тока через индивидуальные коммутаторы.

На фиг, 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема регулирования температурь, поверхности вала и конструктивное выполнение индуктора; на

Фиг. 3 — график зависимости магнитной индукции индуктора от длительности его подключения к силовой сети, Как показано на фиг. 1, устройство для реализации предложенного способа нагрева вала и регулирования его температуры состоит из вала каландра 1, выполненного из материала с хорошими теплопроводностью, электропроводностью, магнитной проницаемостью и существенным магнитным гистерезисом. В рэщаемый вал связан с приводом (на фиг. 1 не показан) и снабжен датчиком угла поворота 2. Напротив свободной поверхности вала 1 установлен тепловизор 3 с углом сканирования, показанным дугообразной стрелкой. Вблизи поверхности вращаемого вала 1 с малым зазором равномерно по всей длине вала установлены несколько индукторов 4, Выходы тепловизора 3 и датчика угла поворота 2 присоединены ко входам контроллера 5.

Каждый из индукторов 4 присоединен к силовой сети через индивидуальные силовые коммутаторы 6. Управляющие входы силовых коммутаторов 6 соединены с выходом контроллера 5. Как показано на фиг, 2 индукторы состоят из П-образных MBIHNToflpQводов 7, замкнутых на вращающийся вал 1 через небольшой воздушный зазор 8. Магнитопровод 7 каждого из индукторов помещен в обмотку возбуждения 9, концы ратуры t"". .При этом, если температура некоторой эоны на поверхности вала оказывается меньше заданной температуры

t ; то при попадании этой зоны в простран30 ство между полюсами соответствующего магнитопровода 7 индуктора 4 по сигналу контроллера 5 включается коммутатор 6, который подключает обмотку возбуждения 9 индуктора к силовой сети, При этом, в об35 мотке возбуждения 9 появляется ток I, который наводит магнитное поле с индукцией Б в магнитопроводе 7. Это магнитное поле пы магнитопроводу подводится к поверхности вала каландра и замыкается через тело вала

40 каландра. Наведенное в вале каландра переменное магнитное поле наводит в его теле токи Фуко, которые нагревают пространство тело вала каландра, ограниченное областью распространения магнит45 ного поля в его теле. Кроме того, нагрев этой области осуществляется из-за потерь на гистерезис перемагничиваемого материала вала. В зависимости от выбора материала вала будет доминировать первый или вто50 рой механизм превращения магнитного поля в тепло, Если вал будет выполнен из электротехнической стали, то его нагрев будет обусловлен, в основном, токами Фуко, Выполнение вала из углеродистых сталей

55 будет приводить к тому, что нагрев эа счет гистерезиса будет доминировать (при перемагничивании материала выделение в нем тепла пропорционально площади петли магнитноге гистерезиса).

25 обмотки через коммутатор 6 подсоединены к силовой сети 50 Гц, Предложенное устройство работает следующим образом: вал каландрэ 1 вращается с равномерной угловой скоростью, при этом в поле зрения тепловизора 3 попадают полосы поверхности вала, образующие некоторую винтовую линию, Тепловиэор 3, сканируя в одной плоскости, определяет распределение температур вдоль наблюдаемой винтовой линии, Сигналы об угле поворота зеркала тепловизора и о значении температур поступают в контроллер 5 и запоминаются в нем. Одновременно с этим в контроллер 5 поступают сигналы с датчика угла поворота 2. По этим двум сигналам контроллер строит карту распределения температурных полей поверхности вращающегося вала каландра.

Регулирование параметров температурного поля поверхности вала каландра осуществляется следующим образом: хранящаяся в памяти контроллера 6 карта температурного поля поверхности сравнивается с заданным значением темпе1772280

Величина энергии, передаваемой редуктором 4 области тела вала в предложенном устройстве регулируется путем изменения интервала времени подключения обмотки возбуждения 9 к сети через коммутатор о. Интервал времени подключения t выбирается пропорциональным недогреву области вала, находящейся в данный момент под соответствующим индуктором 4. Кривая тока обмотки и, соответственно. магнитной индукции в магнитопроводе в зависимости от интервала подключения индуктора к сети приведена на фиг. 3. Энергия (теплота), выделяемая в обьеме материала вала„пропорциональна интервалу времени подключения индуктора. Необходимо отметить, что силовой коммутатор 6 выполнен на тиристорах и, соответственно, может быть включен контроллером 5 в любой момент времени, однако выключение его происходит только в нулевых точках тока (фиг, 3). Ошибка, обусловленная отсутствием синхронизации сигналов управления контроллера 5 и сети незначительна и существенной роли не играет, однако из-за нее количество выделяемой в материале энергии будет приближенно пропорционально интервалу времени включения, (Энергия) Э =(г а и ), где т — интервал времени включения индуктора;

ht — недогрев области; а — коэффициент пропорциональности между длительностью интервала включения магнитного поля и разностью температур, выбираемой при настройке контура автоматического регулирования исходя из тепловой энергии системы и устойчивости процедуры регулирования, как варьируемый параметр подпрограммы управления.

Обычно коэффициент пропорциональности выбирают таким, чтобы энергия, выделяемая в зоне нагрева приводила к повышению ее температуры на (20„,40)Д недогрева ht . .При таком выборе коэффициента пропорциональности происходит постепенное увеличение температуры недогретых участков, причем по мере уменьшения разности температур подводимая к нагреваемой зоне энергия уменьшается, Подвод энергии прекращается при перегреве зоны или при ее недогреве на величину допустимой ошибки.

Выше описан процесс регулирования только одной эоны. Для всех остальных эон он остается таким же. Во все зоны подаются

55 порции энергии (тепла) в момент прохождения их мимо индукторов 4.

Фактически осуществляется внутренний нагрев материала каландра в нескольких областях. образующих равное количество индукторов число колец в теле вала каландра, Одновременно с процессом локального нагрева происходит процесс перераспределения тепла в теле (оболочке) вала. Происходит выравнивание температур всех точек вала из-за того, что он выполнен из материала с хорошей теплопроводностью, Отток тепла с поверхности вала из-за контакта с материалом, имеющим малую массу и низкую теплоемкость, незначителен.

После того, как предложенное устройство выходит на заданную температуру поверхности вала, задачей системы автоматического регулирования является только компенсация практически стационарного и малого по величине оттока тепла с учетом компенсации его незначительных перекосов. При существенной тепловой инерции вала и его хорошей теплопроводности эта задача может быть решена с очень большой точностью известными цифровыми методами регулирования, причем точность поддержания равномерного температурного поля определяется только чувствительностью датчика (тепловизора 3).

Основным преимуществом предложенного устройства в сравнении с аналогом является возможность достичь равномерности температурного поля поверхности каландра на уровне 0,1...0,01 С, так как именно такую разрешающую способность обеспечивают современные тепловизоры (см, В. В. Козелкин, И. Ф. Усольцев.

Основы инфракрасной техники: Учебник для техникумов. — M. Машиностроение, 1985, с.

176). Существующие сегодня реальные системы с малоподогревом обеспечивают равномерность температурного поля с точностью +1,5 С.

Соответственно равномерность температурного поля может быть повышена примерно в 15 раз при использовании предложенного устройства.

Кроме того, в сравнении с прототипом предложенное устройство полностью искробезопасно и, следовательно, может быть использовано в цехах с запыленной атмосферой. Искробезопасность достигается тем, что индукторы в предложенном устройстве неподвижны. Большая равномерность температурнго поля вала каландра в предложенном устройстве достигается за счет процедуры регулирования этого поля. У прототипа распределением температур íà поверхности каландра управлять невозможно.

1772280

Следовательно, нет возможности скомпенсировать неравномерности температурного поля, обусловленные технологическими неточностями изготовления каландра, Формула изобретения 5

1. Устройство для регулирования температурного поля вала калэндрэ при изготовлении нетканых материалов, содержащее индукторы для.нагрева вращаемого вала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью 10 повышения равномерности температурного поля поверхности каландра и обеспечения работоспособности устройства в запыленных и загазованных цехах с повышенной взрывоопасностью, индукторы установлены 16 с зазором по отношению к поверхности вращаемого вала в локальных зонах, равномерно распределенных по длине вала, изготовленного из ферромагнитного мате- . риала с высокими теплозлектропроводно- 2D стью и магнитной проницаемостью, а ус-" ройство содержит блок контроля распределения температурного поля, датчик угла поворота вала, тепловизор, установленный со cTop0Hhl вала, противоположной разл4е щению индукторов, причем выходы датчика угла поворота и тепловизора подключены к входам блока контроля распределения температуры поля, выходы которого соединены с индукторами через управляющие входы введенных индивидуальных силовых коммутаторов, 2, Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я темгчто каждый из индукторов выполнен в виде пластинчатого П-образного магнитопровода со свободными концами, примыкающим к вращаемому валу через зазор, причем магнитопровод помещен в обмотку возбуждения. концы которой являются входами индуктора.

1772280

Составитель A. Иванов

Техред M.Mîðãåèòì Корректор Н. Ревская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Чжгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3820 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5