Файл: Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие.pdf

Обычно волокно формуют в вертикальных трубках, когда процесс формования проходит в благоприятных условиях и выте­ кающие из отверстий фильеры струйки относительно длительное время находятся в жидком состоянии или когда требуется значи­ тельно увеличить путь волокна в ванне (до 2 м). При формовании в вертикальных трубках незначительная турбулентность движения осадительного раствора в зоне фильеры приводит к слипанию волокон или их обрыву.

Индивидуальная вертикальная трубка (рис. 145) состоит из головки 1 с открывающимся дном 2, в котором закреплена фильер­ ная головка 3 с червяком.

Рис. 146. Индивидуальные горизонтальные трубки для формования волокна (вид сверху):

/ — трубка формовочная; 2 — головка фильерная; 3 — ванна для осадительного рас­ твора; 4 — перегородка; 5 — отсек сливной; 6 — растворолровод; 7 — дно перфориро­ ванное ложное; 8 — ролик; 9 — раствор осадительный

На головке 1 закреплена стеклянная трубка 5. Внизу трубка заканчивается колбой 4, а вверху — воронкой, из которой от­ водится осадительный раствор. Воронка уменьшает скорость дви­ жения раствора при выходе из трубки, устраняя тем самым вы­ плескивание и фонтанирование. Осадительный раствор подается в вертикальную трубку под действием постоянного гидростати­ ческого напора.

Осадительный раствор движется снизу вверх, увлекая за со­ бой и свежесформованные волокна. Если скорость течения рас­ твора равна окружной скорости нижних транспортирующих ди­ сков (или цилиндров), то гидравлическое сопротивление движению волокон теоретически равно нулю.

Вертикальные формовочные трубки не применяют специально для уменьшения гидравлического сопротивления движению во­ локон. Для этого, как правило, используют горизонтальные ин­ дивидуальные трубки (рис. 146).

Формовочные трубки 1 располагают горизонтально в ванне 3. Выходной конец трубки 1 проходит сквозь перегородку 4, отделяю­ щую формовочный отсек ванны 3 от сливного отсека 5. Выходной

203

конец трубки 1 находится в воздухе. На дне ванны 3 уложен растворопровод 6 для подачи свежего осадительного раствора. Над трубой находится перфорированное дно 7, через отверстия кото­ рого раствор равномерно заполняет весь формовочный отсек ванны 3. Уровень осадительного раствора в формовочном отсеке поддерживается постоянным. Глубина погружения горизонталь­ ной формовочной трубки в осадительный раствор определяет гидро­ статический напор Я. За счет этого напора происходит перетекание

и не повреждались, необходимо внутри горизонтальной трубки создать ламинарный режим течения осадительного раствора.

При ламинарном режиме течения абсолютная скорость в м/с движения осадительного раствора вдоль оси трубки (рис. 147) [26]

илзм — 4£ р ѵ С''2 ^ 2)>

здесь Ар = Рі — р 2 — разность давлений в центрах тяжести жи­ вых сечений на концах трубки;

204

Полный объем осадительного раствора, проходящего через от­ верстие трубки,

Q = vcpF = (P i — Pi) nr* 8Lpv

где F — площадь живого сечения трубы; уср — средняя скорость течения раствора

Так как скорость движения раствора изменяется вдоль радиуса по параболе, а все волокна должны двигаться с одинаковой ско­ ростью, то теоретически невозможно устранить полностью гидрав­ лическое сопротивление для всех волокон. Однако уменьшить это сопротивление до минимума возможно увеличением диаметра трубки, расположением пучка волокон по оси трубки, чтобы ско­ рость ѵи волокон и скорость движения осадительного раствора по оси трубки были почти одинаковыми. Однако для интенсифи­ кации процесса формования волокна необходимо иметь небольшую положительную или отрицательную относительную скорость во­ локон и осадительного раствора, т. е.

где

Для интенсификации процесса формования волокна необхо­ димо стремиться к увеличению потн. Однако с увеличением отно­ сительной скорости резко возрастает гидравлическое сопротивле­ ние движению волокон и существенно изменяется фильерная вы­ тяжка. Таким образом, при выборе н0ТН следует учитывать проч­ ность элементарных волокон.

Так как гидравлическое сопротивление движению волокон примерно прямо пропорционально скорости и длине пути волокон в осадительном растворе, то при использовании трубок относи­ тельную скорость следует выбирать в обратной зависимости от длины трубки:

^отн »оН0 Члам maxt

где ѵ0; H Q— соответственно скорость формования и длина пути волокон в растворе при плам.тах = 0 (формование

вваннах);

#Т— длина пути волокон в трубке;

ит — скорость формования волокон в трубке.

205

Время т высаживания полимера одного и того же волокна должно быть одинаковым, поэтому

480 мм, а в трубках — 700— 1000 и даже 2000 мм. Следовательно, в практических расчетах можно в первом приближении принимать г) = 0,55ч-0,90.

При расчете скорость волокон можно полагать равной окруж­ ной скорости унд нижних транспортирующих дисков, а также счи­

Из последней формулы находим радиус отверстия трубки

2Q

лѵНАц

а затем напор

2яІѵ^,дг]2

Н =

gQ

206

При ламинарном режиме число Рейнольдса

не должно быть больше 2320.

Подставляя известные значения иид и d — 2г в последнюю за­ висимость, проверим соответствие числа Re ламинарному режиму. Если получим Re ^ 2320, то необходимо изменить один из пара­

а длину L трубки равной длине s пути волокон в осадительном растворе, т. е.

Г/ ----------- --- '----------- .

Пример. Определить основные размеры горизонтальной трубки и расход осадительного раствора при формовании текстильной нити: уНд = 3 м/с = = 300 см/с; г) = 0,55; ѵ = 0,013 см3/с, Re = 2000, т = 0,2 с.

Решение. Общая длина трубки

L = ондт = 300-0,2 = 60 см = 600 мм.

Скорость ламинарного течения осадительного раствора

Члам. max = ^ндЧ = 300-0,55 = 165 см/с.

Расчет размеров вертикальной воронки для формования во­ локна* Вертикальные воронки (рис. 148) применяют при очень высокой фильерной вытяжке волокна (к = 1504-200). Форма и размеры воронки определяются величиной фильерной вытяжки волокна, его прочностью и законом распределения скоростей в зоне фильерной вытяжки. Гидравлическое сопротивление дви­ жению волокон (вначале — струек раствора полимера) зависит от их относительной скорости в потоке осадительного раствора. Вследствие низкой прочности вытягиваемых волокон необходимо максимально уменьшить гидравлическое сопротивление, т. е. свести к нулю относительную скорость на пути контакта волокна

207

с осадительным раствором. Вытягиваемое волокно в зоне фильер­ ной вытяжки имеет переменную (возрастающую) скорость движе­ ния от значения, равного скорости истечения струек раствора полимера из отверстий фильеры, до значения, равного окружной скорости транспортирующих дисков (цилиндров). По такому же

закону должна изменяться скорость тече­ ния осадительного раствора в вертикаль­ ной формовочной воронке, причем сред­ няя скорость течения ѵу (в м/с) в любом сечении воронки

208