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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 327

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Так как наибольшее напряжение возникает на внутренней по­ верхности корпуса, то эквивалентное напряжение находят по формуле (при az 0)

 

psz

 

°sz

 

Jt max

^sd

°7 max

&sd P l

max>

где as2 и osd — предел

текучести материала корпуса соответ­

ственно

при растяжении

и сжатии.

 

Под действием внутреннего давления р г корпус деформируется (раздувается), в результате чего любая точка стенки корпуса

перемещается в

радиальном направлении на величину

а г _

1 - Р

рАг ,

1 + р

рАЛ

где Е — модуль

упругости материала

корпуса;

(X— коэффициент

Пуассона

(р, =

0,32+0,34 для бронзы,

р = 0,30ч-0,40 для эбонита и карболита). При г = г4

Дг = 2р/3гі

Под действием осевой растягивающей силы Qz корпус умень­ шается в диаметре, в результате чего любая точка перемещается в радиальном направлении на величину

ДГі = —р

PS

■

 

Е

При г — г4

PiU

 

ДГі = —р

'

 

Е

Общая деформация корпуса

 

 

Агобщ = Дг — Art =

 

(227)

Расчет пальца.: Палец испытывает давление раствора полимера изнутри (р2) и снаружи (р х). При фильтрации раствора внутрь пальца наружное давление р у больше внутреннего р 2, а при филь­ трации раствора из пальца р 2 >■ р і-

Радиальное ог и тангенциальное at напряжения определяют по формулам (см. рис. 166):

РтГІ — рА

 

( P a - P i ) r\T\ .

(228)

2

2

 

 

Г2

Tl

 

 

 

P2T\ -

PA

,

(p2 - Pl) r\rl

(229)

 

 

 

 

(rl-r\)r>

•-244

а деформацию в радиальном направлении — по уравнению

А г (1 — Ѵ){Р2Г\ — рЛ ) г + .

(1 + (МР02 — Рі) Г\Г\

(230)

Ч ' І - П )

E r { 'r2 l - r '\1))

 

Под действием осевой нагрузки возникает нормальное напря­ жение

°2

Г\{р2-Р і) .

(231)

г2

.2 ’

 

'2 ~

Ч

 

при этом радиальная деформация составляет

Л ,

_

Р (Рг — Рі) г

•

(232)

 

1 —

р

При Рг^> Р1 общая радиальная деформация

Дгобщ = Дг + ДГі - Ar - 11 (Ра -~Pl) r ~ Ar.

При расчете на прочность следует учитывать, что палец имеет радиальные отверстия диаметром 2—3 мм и продольные ребра.

Отверстия снижают прочность пальца, а ребра увеличивают. Поэтому при практических расчетах палец можно считать сплош­ ным цилиндром с наружным радиусом г2, равным расстоянию от оси пальца до основания ребер.

Проектирование деталей фильтр-пальца

Промышленность выпускает фильтр-пальцы различных типов и размеров, зависящих от производительности насоса, пропускной способности фильтрующего материала и физико-механических свойств материала корпуса.

Длительная эксплуатация фильтр-пальцев показала, что при хорошей очистке раствора полимера от твердых примесей через каждый квадратный метр фильтрующей поверхности за одну

секунду

проходит не более 0,067 кг раствора полимера (qt ^

^ 0,067

кг/м2-с).

Конструкционный материал выбирают с учетом свойств рас­ твора полимера, давления в рабочих зонах фильтр-пальца и стой­ кости материала в щелочной среде.

Детали фильтр-пальцев изготовляют из эбонита, карболита, винипласта и других пластических масс, нержавеющей стали и фосфористой бронзы. Некоторые физико-механические свойства этих материалов приведены в табл. 2.

При проектировании фильтр-пальца необходимо знать: свойства раствора полимера, в том числе вязкость и плотность; давления р 1 и р 2 в рабочих пространствах фильтр-пальца; секундную производительность фильтр-пальца или дозиру­

ющего насоса;

245

Физико-механические свойства некоторых пластмасс и металлов

Т а б л и ц а

2

 

 

 

 

 

Значения

показателя для

 

Физико-механические

винипласта

 

 

корризионно-

 

показатели

эбонита

 

 

твердого

стойкой стали

 

 

 

 

 

Х18Н10Т

 

Предел прочности в МН/м2:

 

 

 

 

 

при

растяжении . . .

40—64

40—50

500—520

 

»

сжатии ..................

32— 160

 

—

—

 

»

и з г и б е ......................

55—90

50—70

—

 

Модуль

упругости £ - 1 0 _ 3

 

 

 

 

 

в МН/м2 ...............................

удлинение

4

 

5

200

,

Относительное

 

 

 

 

 

в %

 

10— 126

 

300

40

 

Допускаемое напряжение на

 

 

 

 

 

разрыв в МН/м2 . . . .

4—6

 

5—7

50—52

 

Допускаемая

рабочая тем-

 

 

 

—

 

пература ..................в

К

313

 

323

 

 

 

(не более)

(не

более)

 

 

Коэффициент Пуассона . .

0,30—0,40

 

0,20

0,32

 

свойства конструкционного материала; допускаемые значения qt .

Определение основных размеров пальца« Диаметр dx = 2гх

внутреннего (центрального) отверстия выбирают в зависимости от вязкости раствора полимера. Для растворов с низкой вяз­

костью можно принимать d^ = 8-т-10 мм,

а для растворов с высо­

кой

вязкостью сД — Юн-12

мм.

ребер d2 = 2гг находят из

Диаметр

пальца

по

основанию

соотношения

(229)

при

максимальном

значении аітах, когда

Г = г1\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р2Г\ - рА .

(Р 2-Рі)Г2

 

 

шах ~™ 1^1

2

2

'

ГІ-Й

 

 

 

 

 

' 1

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! ~~

| / -

[Д + Р2

(233)

 

 

 

[а].

 

 

 

 

2Рі

где

[а] — допускаемое напряжение материала пальца.

Одно радиальное отверстие диаметром 2—3 мм в каждом про­ дольном пазу Ьдлиной около 100 мм практически почти не ослаб­ ляет палец, поэтому при расчете палец можно считать сплошным.

Глубину продольных пазов Ь (см. рис. 166) можно брать в пре­ делах 3—5 мм. Следовательно, наружный диаметр пальца в мм

dn = 2гп = 2 г 2 + 2 Ьх + (6^ -10).

'246

Длину перфорированной части пальца (участка, на котором имеются радиальные отверстия и продольные канавки) определяют по формуле

Qp

(234)

Jidn<7i ’

 

где Q — производительность дозирующего насоса или фильтр-

пальца;

 

р— плотность раствора;

— количество раствора, проходящего в 1 с через 1 м2

фильтрующей поверхности.

Общая длина пальца с учетом длины перфорированной части

^общ = ^ “I- ^ 1 •

Определение основных размеров корпуса фильтр-пальца« Вну­ тренний радиус корпуса выбирают с учетом толщины Ъх фильтру­ ющего материала

г3 = г2 + Д + Ьі + (3-н5) мм,

где А — зазор

между

наружной поверхностью

фильтрующего

слоя и внутренней поверхностью корпуса.

Величину А можно брать в пределах 3—5 мм.

 

Наружный

радиус

корпуса

 

 

 

 

П = гз

[р] + Рі

(235)

 

 

[о] — Рі

 

 

 

 

Общая длина корпуса зависит от длины пальца; ее выбирают, исходя из конструктивных соображений.

При определении гг и г4 значения р г и р 2 следует брать макси­ мально возможными, характерными для сильного загрязнения

фильтрующего

материала.

 

 

 

 

При выборе

[а] коэффициент запаса прочности следует брать

не менее 5.

 

 

 

 

 

 

Пример. Определить основные размеры пальца и корпуса фильтр-пальца

при q1 = 0,067 кг/(м2-с), р 2 = 0,7 МН/м2, р4 = 0,3 МН/м2, Q =

= 0,25Х

Х 10“6 м3/с, плотность

вискозы р =

1110 кг/м3, материал корпуса

и пальца —

твердый винипласт, [сг] = 4 МН/м2,

гх = 10 мм.

 

 

 

Решение. Подставляя исходные данные в полученные выше формулы, по­

лучим:

 

3 = 14 мм; I =

50 мм; г3 = 11 +

 

 

г г =

11 мм; гп = 11 +

3 + 1 , 5 + 3

= 18,5 мм;

г4 =

20,5 мм; толщина

стенки корпуса 6 = г4 — г3 =

2 мм.

 

В рассмотренном примере толщина стенки корпуса 6 = 2 мм. По конструктивным и технологическим соображениям (наличие резьбы, крепление корпуса в патроне станка при обработке, воз­ можное засорение фильеры, ударные нагрузки при обработке и транспортировании) толщину стенки не следует брать меньше 3 мм.

При формовании нити из расплавов полимера при температуре 533—563 К фильтр-пальцы не применяют. Фильтрация расплавов

247

производится через слой, состоящий из стеклонити, кварцевого песка и металлических сеток (рис. 168). Кварцевый песок различ­ ной дисперсности располагают слоями, причем дисперсность песка

увеличивается при приближении

к фильере.

Под

слоем

песка,

 

 

 

 

а иногда и над ним размещают метал­

 

 

 

 

лические сетки. Нижняя сетка, рас­

 

 

 

 

положенная

 

над

фильерной

пла­

 

 

 

 

стиной,

имеет

14— 15

тыс.

отвер­

 

 

 

 

стий на 1 см2.

слой

может

со­

 

 

 

 

Фильтрующий

 

 

 

 

стоять только

из

набора металличе­

 

 

 

 

ских

сеток

с

увеличивающимся

по

 

 

 

 

ходу

движения расплава числом от­

 

 

 

 

верстий.

Сетки изготовляют

из фос­

 

 

 

 

фористой

бронзы.

слой

расположен

 

 

 

 

Фильтрующий

 

 

 

 

в формовочной головке непосредст­

Рис. 168. Фильтровальное уст­

венно перед фильерой. Давление рас­

плава в каналах формовочной

голов­

ройство для фильтрации рас­

плавов полимера:

 

 

ки, а также давление на фильтрую­

I — кольцо

уплотнительное;

2 —

щие

сетки

достигает 2,5

МН/м2 и

стекловата;

3 — стакан

для

филь­

более.

 

 

 

 

 

 

 

 

тровального

материала;

4 — песок

 

формовочной

головки

кварцевый; 5 — корпус; 6 — набор

Корпус

металлических сеток; 7 — пластина

представляет собой массивный сталь­

опорная; 8 — фильера

 

 

 

 

 

 

ной цилиндр и служит для закрепле­

ния на нем напорных и дозирующих насосов

и фильерных

ком­

плектов. В теле цилиндра имеются каналы, соединяющие камеры нагнетания дозирующих насосов с надфильерными пространст­ вами. Большая масса головки способствует поддержанию посто­ янной температуры расплава на всем его пути от насоса до вы­ хода из фильеры, причем с увеличением длины цилиндра темпе­ ратура расплава распределяется более равномерно.

§ 7. ФИЛЬЕРЫ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ РАСТВОРОВ И РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРА

Фильеры служат для разделения общего потока раствора или расплава полимера на отдельные струйки, из которых затем фор­ муются волокна.

Фильера для формования химических волокон из растворов представляет собой тонкостенный колпачок (чашечку) с плоским или сферическим дном, в котором имеются отверстия для выхода раствора полимера.

Число отверстий зависит от способа производства химического волокна и колеблется в пределах от 1 до 60 000. Ниже указаны числа отверстий в донышке фильер, предназначенных для формо­ вания различных волокон:

248

Смотрите также файлы