一種新型干熱牽伸箱的設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果

劉盛

摘要：本文介紹了一種新型干熱牽伸箱的設(shè)計(jì)原理，其特點(diǎn)是牽伸箱在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下左中右的溫度差控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，經(jīng)實(shí)踐證明，可有效提升絲束生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并改善工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：干熱牽伸箱 ；紡絲；溫度均勻性；穩(wěn)定生產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ340.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Design of a New Dry Heat Drawing Box

Abstract： A new kind of dry heat drawing box was introduced in this article， whose temperature difference between the left side to the right side can be controlled in 1℃ when there is no heated air circulation. With practical test， it is proven to be a good method to improve the stability of fiber production.

Key words： dry heat drawing box； fiber spinning； temperature uniformity； stable production

在化纖烘燥設(shè)備中，通常利用高溫載熱油的熱能或電加熱等對(duì)化纖產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理。為提高烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性，常采用熱風(fēng)循環(huán)方式。但在聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）紡絲過(guò)程中因凝固浴工藝原因需要添加適量的芒硝（Na2SO4？10H2O），經(jīng)過(guò)濕熱牽伸機(jī)和干熱牽伸機(jī)后進(jìn)入干熱牽伸箱，芒硝會(huì)隨維綸絲溫度升高而變成粉末狀并大量脫落，在熱風(fēng)循環(huán)時(shí)會(huì)到處亂飛，嚴(yán)重影響工作環(huán)境，也不利于芒硝回收。為解決這個(gè)問(wèn)題，必須考慮在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下設(shè)計(jì)滿(mǎn)足工藝條件（主要是烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性及烘燥時(shí)間）的干熱牽伸箱。

1 牽伸箱設(shè)計(jì)原理

邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

如圖 1 所示，干熱牽伸箱烘房四周均設(shè)置了隔熱板，各電加熱板均固定在烘房機(jī)架上。絲束上下各有一塊主電加熱板，兩端各有一塊輔助電加熱板，在工作幅寬范圍內(nèi)設(shè)有3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。中間測(cè)溫點(diǎn)用于顯示烘房溫度，兩邊測(cè)溫點(diǎn)用于控制輔助電加熱板啟閉。遠(yuǎn)離絲束的電加熱板一側(cè)均包覆保溫層。

2 效果比較分析

采用上下電加熱板輻射傳熱，因邊界效應(yīng)（兩端需向機(jī)架及隔熱板等散熱而導(dǎo)致溫度降低）電加熱板兩端用輔助電加熱板進(jìn)行熱補(bǔ)償。銅的導(dǎo)熱率及熱傳導(dǎo)率都優(yōu)于鋁，但銅的價(jià)格比鋁高很多且材質(zhì)較軟制作困難，故從工藝和經(jīng)濟(jì)性考慮選用鋁合金電加熱板。

電磁波是指由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播。熱輻射過(guò)程有 3 個(gè)特點(diǎn)：不依賴(lài)物體接觸而進(jìn)行熱量傳遞；熱輻射過(guò)程伴隨物質(zhì)能量形式的兩次轉(zhuǎn)化，即內(nèi)能→電磁波能→內(nèi)能；物體溫度只要大于 0 K，就會(huì)不斷發(fā)射熱射線(xiàn)。根據(jù)熱輻射基本定理可知，影響輻射傳熱的因素包括溫度高低、幾何位置、表面黑度以及輻射表面間介質(zhì)。對(duì)設(shè)備的實(shí)際工況分析。對(duì)于某一特定的產(chǎn)品而言，其工藝溫度是一定的，不能隨意更改。幾何位置可以在反復(fù)試驗(yàn)中尋找最佳值，當(dāng)機(jī)器定型后正常工作時(shí)再調(diào)節(jié)電加熱板位置是很困難的。表面黑度是指物體實(shí)際輻射能力與同溫度下絕對(duì)黑體的輻射能力的比值，其決定因素包括物體性質(zhì)、表面狀況和溫度。在本例中可通過(guò)增加表面的微觀面積如降低鋁合金電加熱板表面粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)。輻射表面間介質(zhì)對(duì)輻射傳熱的影響可從兩方面入手：一是在鋁合金電加熱板工作表面噴涂碳化硅材料的散熱涂料，增大導(dǎo)熱系數(shù)和輻射率從而大大提高輻射能力；二是在鋁合金電加熱板非工作表面包覆保溫層從而減少輻射散熱。

表 1 — 表 3 是試驗(yàn)中的測(cè)溫點(diǎn)位置及幅寬方向的溫度數(shù)據(jù)（在到達(dá)設(shè)定溫度250 ℃后保溫 4 h，溫控標(biāo)所顯示數(shù)值）。

從表 1 — 表 3 可以看出：兩端無(wú)輔助加熱時(shí)烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值為15.2 ℃；兩端有輔助加熱時(shí)平均差值僅為1.4 ℃；而在整機(jī)試車(chē)時(shí)由于隔熱板密封性更好，且每個(gè)控制區(qū)互相補(bǔ)償，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值達(dá)到0.7 ℃。本系統(tǒng)經(jīng)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)左中右的溫度差達(dá)到±0.8 ℃。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱采用了一種全新的設(shè)計(jì)理念，為烘燥類(lèi)設(shè)備改善烘房?jī)?nèi)溫度均勻性提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。經(jīng)實(shí)踐證明，裝置能在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下使烘房幅寬方向的溫度均勻性控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，解決了絲束在干熱牽伸過(guò)程中一直存在的因溫度不均勻而經(jīng)常發(fā)生的斷絲問(wèn)題，保證了絲束的品質(zhì)及其穩(wěn)定性，且改善了工作環(huán)境。

摘要：本文介紹了一種新型干熱牽伸箱的設(shè)計(jì)原理，其特點(diǎn)是牽伸箱在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下左中右的溫度差控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，經(jīng)實(shí)踐證明，可有效提升絲束生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并改善工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：干熱牽伸箱 ；紡絲；溫度均勻性；穩(wěn)定生產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ340.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Design of a New Dry Heat Drawing Box

Abstract： A new kind of dry heat drawing box was introduced in this article， whose temperature difference between the left side to the right side can be controlled in 1℃ when there is no heated air circulation. With practical test， it is proven to be a good method to improve the stability of fiber production.

Key words： dry heat drawing box； fiber spinning； temperature uniformity； stable production

在化纖烘燥設(shè)備中，通常利用高溫載熱油的熱能或電加熱等對(duì)化纖產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理。為提高烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性，常采用熱風(fēng)循環(huán)方式。但在聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）紡絲過(guò)程中因凝固浴工藝原因需要添加適量的芒硝（Na2SO4？10H2O），經(jīng)過(guò)濕熱牽伸機(jī)和干熱牽伸機(jī)后進(jìn)入干熱牽伸箱，芒硝會(huì)隨維綸絲溫度升高而變成粉末狀并大量脫落，在熱風(fēng)循環(huán)時(shí)會(huì)到處亂飛，嚴(yán)重影響工作環(huán)境，也不利于芒硝回收。為解決這個(gè)問(wèn)題，必須考慮在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下設(shè)計(jì)滿(mǎn)足工藝條件（主要是烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性及烘燥時(shí)間）的干熱牽伸箱。

1 牽伸箱設(shè)計(jì)原理

邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

如圖 1 所示，干熱牽伸箱烘房四周均設(shè)置了隔熱板，各電加熱板均固定在烘房機(jī)架上。絲束上下各有一塊主電加熱板，兩端各有一塊輔助電加熱板，在工作幅寬范圍內(nèi)設(shè)有3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。中間測(cè)溫點(diǎn)用于顯示烘房溫度，兩邊測(cè)溫點(diǎn)用于控制輔助電加熱板啟閉。遠(yuǎn)離絲束的電加熱板一側(cè)均包覆保溫層。

2 效果比較分析

采用上下電加熱板輻射傳熱，因邊界效應(yīng)（兩端需向機(jī)架及隔熱板等散熱而導(dǎo)致溫度降低）電加熱板兩端用輔助電加熱板進(jìn)行熱補(bǔ)償。銅的導(dǎo)熱率及熱傳導(dǎo)率都優(yōu)于鋁，但銅的價(jià)格比鋁高很多且材質(zhì)較軟制作困難，故從工藝和經(jīng)濟(jì)性考慮選用鋁合金電加熱板。

電磁波是指由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播。熱輻射過(guò)程有 3 個(gè)特點(diǎn)：不依賴(lài)物體接觸而進(jìn)行熱量傳遞；熱輻射過(guò)程伴隨物質(zhì)能量形式的兩次轉(zhuǎn)化，即內(nèi)能→電磁波能→內(nèi)能；物體溫度只要大于 0 K，就會(huì)不斷發(fā)射熱射線(xiàn)。根據(jù)熱輻射基本定理可知，影響輻射傳熱的因素包括溫度高低、幾何位置、表面黑度以及輻射表面間介質(zhì)。對(duì)設(shè)備的實(shí)際工況分析。對(duì)于某一特定的產(chǎn)品而言，其工藝溫度是一定的，不能隨意更改。幾何位置可以在反復(fù)試驗(yàn)中尋找最佳值，當(dāng)機(jī)器定型后正常工作時(shí)再調(diào)節(jié)電加熱板位置是很困難的。表面黑度是指物體實(shí)際輻射能力與同溫度下絕對(duì)黑體的輻射能力的比值，其決定因素包括物體性質(zhì)、表面狀況和溫度。在本例中可通過(guò)增加表面的微觀面積如降低鋁合金電加熱板表面粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)。輻射表面間介質(zhì)對(duì)輻射傳熱的影響可從兩方面入手：一是在鋁合金電加熱板工作表面噴涂碳化硅材料的散熱涂料，增大導(dǎo)熱系數(shù)和輻射率從而大大提高輻射能力；二是在鋁合金電加熱板非工作表面包覆保溫層從而減少輻射散熱。

表 1 — 表 3 是試驗(yàn)中的測(cè)溫點(diǎn)位置及幅寬方向的溫度數(shù)據(jù)（在到達(dá)設(shè)定溫度250 ℃后保溫 4 h，溫控標(biāo)所顯示數(shù)值）。

從表 1 — 表 3 可以看出：兩端無(wú)輔助加熱時(shí)烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值為15.2 ℃；兩端有輔助加熱時(shí)平均差值僅為1.4 ℃；而在整機(jī)試車(chē)時(shí)由于隔熱板密封性更好，且每個(gè)控制區(qū)互相補(bǔ)償，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值達(dá)到0.7 ℃。本系統(tǒng)經(jīng)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)左中右的溫度差達(dá)到±0.8 ℃。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱采用了一種全新的設(shè)計(jì)理念，為烘燥類(lèi)設(shè)備改善烘房?jī)?nèi)溫度均勻性提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。經(jīng)實(shí)踐證明，裝置能在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下使烘房幅寬方向的溫度均勻性控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，解決了絲束在干熱牽伸過(guò)程中一直存在的因溫度不均勻而經(jīng)常發(fā)生的斷絲問(wèn)題，保證了絲束的品質(zhì)及其穩(wěn)定性，且改善了工作環(huán)境。

摘要：本文介紹了一種新型干熱牽伸箱的設(shè)計(jì)原理，其特點(diǎn)是牽伸箱在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下左中右的溫度差控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，經(jīng)實(shí)踐證明，可有效提升絲束生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并改善工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：干熱牽伸箱 ；紡絲；溫度均勻性；穩(wěn)定生產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ340.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Design of a New Dry Heat Drawing Box

Abstract： A new kind of dry heat drawing box was introduced in this article， whose temperature difference between the left side to the right side can be controlled in 1℃ when there is no heated air circulation. With practical test， it is proven to be a good method to improve the stability of fiber production.

Key words： dry heat drawing box； fiber spinning； temperature uniformity； stable production

在化纖烘燥設(shè)備中，通常利用高溫載熱油的熱能或電加熱等對(duì)化纖產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理。為提高烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性，常采用熱風(fēng)循環(huán)方式。但在聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）紡絲過(guò)程中因凝固浴工藝原因需要添加適量的芒硝（Na2SO4？10H2O），經(jīng)過(guò)濕熱牽伸機(jī)和干熱牽伸機(jī)后進(jìn)入干熱牽伸箱，芒硝會(huì)隨維綸絲溫度升高而變成粉末狀并大量脫落，在熱風(fēng)循環(huán)時(shí)會(huì)到處亂飛，嚴(yán)重影響工作環(huán)境，也不利于芒硝回收。為解決這個(gè)問(wèn)題，必須考慮在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下設(shè)計(jì)滿(mǎn)足工藝條件（主要是烘房?jī)?nèi)溫度的均勻性及烘燥時(shí)間）的干熱牽伸箱。

1 牽伸箱設(shè)計(jì)原理

邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

如圖 1 所示，干熱牽伸箱烘房四周均設(shè)置了隔熱板，各電加熱板均固定在烘房機(jī)架上。絲束上下各有一塊主電加熱板，兩端各有一塊輔助電加熱板，在工作幅寬范圍內(nèi)設(shè)有3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。中間測(cè)溫點(diǎn)用于顯示烘房溫度，兩邊測(cè)溫點(diǎn)用于控制輔助電加熱板啟閉。遠(yuǎn)離絲束的電加熱板一側(cè)均包覆保溫層。

2 效果比較分析

采用上下電加熱板輻射傳熱，因邊界效應(yīng)（兩端需向機(jī)架及隔熱板等散熱而導(dǎo)致溫度降低）電加熱板兩端用輔助電加熱板進(jìn)行熱補(bǔ)償。銅的導(dǎo)熱率及熱傳導(dǎo)率都優(yōu)于鋁，但銅的價(jià)格比鋁高很多且材質(zhì)較軟制作困難，故從工藝和經(jīng)濟(jì)性考慮選用鋁合金電加熱板。

電磁波是指由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)原因激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播。熱輻射過(guò)程有 3 個(gè)特點(diǎn)：不依賴(lài)物體接觸而進(jìn)行熱量傳遞；熱輻射過(guò)程伴隨物質(zhì)能量形式的兩次轉(zhuǎn)化，即內(nèi)能→電磁波能→內(nèi)能；物體溫度只要大于 0 K，就會(huì)不斷發(fā)射熱射線(xiàn)。根據(jù)熱輻射基本定理可知，影響輻射傳熱的因素包括溫度高低、幾何位置、表面黑度以及輻射表面間介質(zhì)。對(duì)設(shè)備的實(shí)際工況分析。對(duì)于某一特定的產(chǎn)品而言，其工藝溫度是一定的，不能隨意更改。幾何位置可以在反復(fù)試驗(yàn)中尋找最佳值，當(dāng)機(jī)器定型后正常工作時(shí)再調(diào)節(jié)電加熱板位置是很困難的。表面黑度是指物體實(shí)際輻射能力與同溫度下絕對(duì)黑體的輻射能力的比值，其決定因素包括物體性質(zhì)、表面狀況和溫度。在本例中可通過(guò)增加表面的微觀面積如降低鋁合金電加熱板表面粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)。輻射表面間介質(zhì)對(duì)輻射傳熱的影響可從兩方面入手：一是在鋁合金電加熱板工作表面噴涂碳化硅材料的散熱涂料，增大導(dǎo)熱系數(shù)和輻射率從而大大提高輻射能力；二是在鋁合金電加熱板非工作表面包覆保溫層從而減少輻射散熱。

表 1 — 表 3 是試驗(yàn)中的測(cè)溫點(diǎn)位置及幅寬方向的溫度數(shù)據(jù)（在到達(dá)設(shè)定溫度250 ℃后保溫 4 h，溫控標(biāo)所顯示數(shù)值）。

從表 1 — 表 3 可以看出：兩端無(wú)輔助加熱時(shí)烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值為15.2 ℃；兩端有輔助加熱時(shí)平均差值僅為1.4 ℃；而在整機(jī)試車(chē)時(shí)由于隔熱板密封性更好，且每個(gè)控制區(qū)互相補(bǔ)償，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)溫度平均差值達(dá)到0.7 ℃。本系統(tǒng)經(jīng)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，烘房?jī)?nèi)工作幅寬內(nèi)左中右的溫度差達(dá)到±0.8 ℃。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的干熱牽伸箱采用了一種全新的設(shè)計(jì)理念，為烘燥類(lèi)設(shè)備改善烘房?jī)?nèi)溫度均勻性提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。經(jīng)實(shí)踐證明，裝置能在無(wú)熱風(fēng)循環(huán)情況下使烘房幅寬方向的溫度均勻性控制在±1 ℃以?xún)?nèi)，解決了絲束在干熱牽伸過(guò)程中一直存在的因溫度不均勻而經(jīng)常發(fā)生的斷絲問(wèn)題，保證了絲束的品質(zhì)及其穩(wěn)定性，且改善了工作環(huán)境。