автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.15, диссертация на тему:Определение оптимальных параметров сушильного устройства для сушки оттисков трафаретной печати

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПЕЧАТИ

На правах рукописи УДК 681.62.067.8

ДОБРОМЫСЛОВ Леонид Леонидович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СУШИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СУШКИ ОТТИСКОВ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ

Специальность 05.02.15 -"Машины, агрегаты и процессы полиграфического производства".

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата технических наук

МОСКВА -1993

Работа выполнена в Московской ордена Трудового Красного Знамени академии печати

Научный руководитель: доцент, канд. техн. наук Тюников Е а (МГАЛ)

Официальные оппоненты: зав. каф. "Теоретической и прикладной механики" ЫГАП , доктор физико-математических наук, профессор Быстров К Е ведущий научный сотрудник ВНИИполиграфии, кандидат технических наук Мхитарова Е. Е

Ведущая организация: Акционерное общество "НИИ Полигрэрмаш".

Защгга состоится " 7 " декабря 1993г. в 14.00 часов на заседании специализированного совета при Московской ордена Трудового Красного Знамени академии печати по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской ордена Трудового Красного Знамени академии печати.

ноября

Автореферат разослан "_"_1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета ¿-~ * ^ЙАУМОЕ Е Д

доктор химических наук, профессс

^ ♦ ^аумое I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Б полиграфии и других областях промышленности в последнее время находит все более широкое применение трафаретный способ печати (ТСП). Основным фактором, сдерживающим повышение производительности трафаретных печатных машин (ТПЫ) является проблема закрепления красочного слоя на оттиске.

В ТСП толстый слой краски требует применения сушильных устройств (СУ), основной задачей которых является создание условий быстрого закрепления на поверхности бумаги слоя краски с целью предотвращения слипания, отмарывания и перетискивания оттисков при дальнейшей обработке.

СУ для ТПМ, эксплуатируемые в настоящее время на полиграфических предприятиях, имеют большую длину, энергоемки и малопроизводительны. В связи с этим задача создания высокопроизводительного, экономичного, работающего в оптимальном режиме и не оказывающего вредного воздействия на окружающий персонал СУ для ТПМ является актуальной.

• ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основной целью работы является научно-обоснованный выбор оптимальной конструкции СУ и рекима закрепления трафаретного оттиска на бумаге, что позволит повысить эффективность' функционировал™ СУ для ТПЫ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получена математическая модель процесса гидродинамики воздуха над оттиском при локально-конвективной (ЛК) сушке. На основе анализа решения данной модели получена методика для расчета коэффициентов теплоотдачи и массообмена на поверхности оттиска при ЛК сушке*

Предложена методика определения плотности теплового потока над оттиском от инфракрасных (ИК) ламп с целью получения

- 3 -

равномерной облученности оттиска.

На основе проведенных теоретических исследований ЛК и ИК сушки решена математическая модель процесса закрепления красочного слоя на оттиске и даны рекомендации по оптимальным режимам сушки оттисков, отпечатанных ТСИ.

Проведены экспериментальные исследования коэффициента ыассопроводности краски для трафаретной печати (ТП)СТЗ. 19.1-01 и получена его функциональная зависимость от температуры и концентрации.

В результате проведенных исследований разработана методика инженерного расчета ИК-ЛК СУ и даны рекомендации по его проектированию. Экспериментально доказана работоспособность и эффективность его функционирования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Математическая модель процессов гидродинамики ЛК сушки.

2. Методика расчета оптимальных параметров ИК сушки.

3. Экспериментальные исследования коэффициента массопро-водности трафаретной краски и времени ее закрепления на оттиске,

4. Мзтодика расчета комбинированного СУ для ТПМ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Определены оптимальные параметры СУ с ЛК и ИК способами нагрева оттиска. Разработанная в работе методика может явиться основой проектных расчетов СУ для ТШ, печатных машин других видов печати, нуждающихся в закреплении оттисков, а также полиграфического оборудования со сходными технологическими процессами. Приведенные в работе программы для ЭВМ позволяют провести расчеты по определению оптимальных параметров СУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГАП (1989-1993Г. г.), на Всесоюзном совещании по методам расчета

- 4 - .

полиграфических машин-автоматов в УШ им. Ив. Федорова( г. Львов, 1991 г.), в НПО "Полиграфмаш" и ВПИШИ (г.Москва, 1993г.).

По результатам работы ведется разработка, проектирование и изготовление СУ для ТПМ, которое будет внедрено на участке трафаретной печати в типографии Универсальной издательской компании 10-ПИ-СИ.

По материалам работы опубликовано 5 статей.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 223 страницах машинописного текста,включающих 96 рисунков, 20 таблиц,, и состоит из оглавления, введения, 4 глав, общих выводов, библиографии, включающей в себя 87 наименований и 10 приложений, изложенных на 69 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая ценность решения проблемы сушки в трафаретной печати. Приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе' сделан краткий обзор области применения ТСП, приведены данные о развитии его техники и технологии. Приведена подробная классификация и'рассмотрены требования, предъявляемые к СУ. Произведен обзор и анализ принципов построения СУ для листовых ТПМ и научных исследований, посвященных СУ.

Анализ различных способов сушки позволяет отметить наибольшее предпочтение комбинированным способам нагреэа на основе Ж обдува и ИК излучения, как наиболее эффективных и простых. Применение этих способов нагрева в оптимальном режиме, с точки зрения технологии сушки, предоставит возможность создать высокоэффективное СУ, которое позволит при минимальном расходе воздуха увеличить скорость ведения процесса за счет интенсивного воздействия коротковолновых ИК лучей на слой ¡фаски.

- 5 -

Э?о позволит увеличить КПД СУ, сократив его энергоемкость, в основном, за счет уменьшения мощности, расходуемой на нагрев воздуха, и объединив такие достоинства, как высокая энергетическая интенсивность коротковолновых ИК лучей и максимальное уменьшение толщины ламинарного пограничного слоя паров растворителя над оттиском при ЛК сушке.

Анализируя схемы построения различных типов СУ, можно сделать вывод, что наибольшее предпочтение отдается туннельным принципам построения комбинированных СУ.

Для определения оптимальных параметров ИК-ЛК СУ для ТПМ и разработки методики его расчета в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:.

- описатд физико-химические процессы, протекающие в красочном слое, нанесенном ТСП на бумагу, при его закреплении и экспериментально подтвердить адекватность теоретической модели.

- провести теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики ЛК сушки для определения возможного образования застойных зон и детального исследования технологических и конструктивных параметров СУ;

- разработать теоретическую модель, описывающую процесс распределения плотности теплового потока от ИК-излучателей и рефлектора в зависимости от их геометрического расположения над оттиском, с целью получения равномерной плотности теплового потока на оттиске и подтвердить ее экспериментально;

- проверить эффективность использования в СУ коронного разряда для сушки оттиска и его влияние на трафаретную краску;

- провести экспериментальные исследования коэффициента массопроводности трафаретной краски;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований дать рекомендации по оптимизации геометрических и технологических параметров для ЛК-ИК СУ;

- разработать методику инженерного расчета ИК-ЛК СУ и дать рекомендации для его проектирования.

Во второй главе диссертации приведены теорети-

- 6 -

ческие исследования процесса закрепления оттисков ТП на бумаге при ИК-ЛК сушке, гидродинамики процессов при ЛК сушке и лучистого теплообмена меэду ИК лампами и оттиском.

Теоретические исследования закрепления трафаретного оттиска на бумаге сводятся к описанию физико-химических процессов в красочном слое при переходе краски иа жидкого состояния в твердую пленку на запечатываемом материале.

Закрепление красок ТП происходит, как правило, в результате испарения растворителя с последующей окислительной или ионной полимеризацией или поликонденсацией, или только в результате окислительной полимеризации. Избирательное впитывание низкомолекулярных компонентов связующего в поры бумаги такие влияет на скорость закрепления красочного слоя.

Процесс сушки слоя краски на бумаге описывается известной системой нелинейных дифференциальных уравнений тепло и массо-переноса. Решение этой системы уравнений осуществлялось методом конечных разностей при начаньных и граничных условиях, характерных для описываемого процесса

На основе проведенного численного эксперимента получены графики (рис.1), характеризующие время сушки оттисков "Ь в зависимости от параметров ИК-ЛК сушки. Одновременно определялась максимальная температура бумаги и краски.

Анализ численного расчета процесса сушки оттисков ТП показал, что для рекомендуемых схем построения СУ (рис. 7) минимальное время сушки составило 0,965 с при температуре оболочки ИК лампы 600°С , угловом коэффициенте облученности 0,2 и температуре воздуха 98°С. При этом режиме температура бумаги не превышает предельно допустимой.

Целью гидродинамических исследований являлось определение: полей распределения скорости I/ ; температуры воздухаТ; концентрации паров растворителя С ; возможное образование застойных зон, со скапливающимися в них парами растворителя; значения коэффициентов теплоотдачи оС и массообмена на поверхности оттиска.

Зависимость времени сушки оттисков ТП от коэффициента теплоотдачи ^ при ИК-ЛК способе нагрева

Т6 =98°С; Тиз =600°С; ^ =0,2.

Зависимость времени сушки оттиска от плотности теплового потока на его поверхности

Ъ с

12

9

6 3

¿000 4000 6000 Ц,, Вт/м'"

а) **

Рис.1

1 - о(з = 10 Вт/м2.^

2 - ОС4 » 14 Вт/м2-°К

3 - - 18 Вт/м2-°К

Расчетные схемы для определения указанных параметров представлены на рис. 2,а, 5.

Расчетные схемы ЛК сушки

з' Л з '/// ////////> з

и

во

Не

/ ) / / > / / 1 ) 1 1 I > I > ' --^ > 11.1111! ! II > I

и

\

/ /

с

ы

54

а) б)

где 14 -расстояние от воздуховода до оттиска; АУС -расстояние от среза сопла до оттиска; 6а -полуширина шели подающего сопла; ^ -полуширина щели вытяжного сопла; /_, -расстоя- " ние между осями сопел.

Рис. 2

В качестве расчетной (рис.2,а,б), принималась область,ограниченная осями симметрии "1,8,8"' подающего сопла и "2,3" вытяжного сопла, поверхностью оттиска -"1,2", стенкой воздухораспределителя "5,4". Участок "4,3" соответствует вытяжному соплу. Подающему соплу соответствует участок" '8' ,7"'(рис. 2,а) для схемы 1 построения СУ(рис. 7,а). Для схемы 2 (рис. 7,6) построения СУ подающему соплу соответствуют участки "8,7" и "7,6,5"(рис. 2,6).

Поток воздуха, вытекающий из сопел,ударяясь о поверхность отЯиска, делится и растекается по обеим сторонам от оси сопла. Возникающие поперечные турбулентные потоки способствуют удалению паров растворителя с.поверхности красочного слоя и уменьшает толщину ламинарного пограничного подслоя. Анализ различных исследований показал, что при обдуве пластины системой плоскопараллельных сопел с турбулентными струями- в области между двумя соплами образуется устойчивей вихревая система.

Для вывода математической модели были использованы уравнения Рейнольдса, которые в обшэм случае являются незамкнутыми.

- 9 -

Из рассмотренных в диссертации путей замыкания наибольшее предпочтение отдано -£. модели турбулентности второго приближения Лоундера, в которой дополнительно используются уравнения переноса кинетической турбулентной энергии & и скорости ее диссипации <5 .

Система безразмерных нелинейных дифференциальных уравнений, записанная в переменных Еихрь (СО ) - функция тока ( V ), имеет вид:

_ М = 1 с1 ^+ ^ с' • дх&У Ш&^б'аяЛ сЫЧе ^ е 'ауЛ

ба§х ах55~<5*с д*' диТЩ * ^ь Чс к,' дудх дхЦЪ Ск € 'Ъх-1 да'- ^ <3* С 'дУ-*

где ^ ~ Эж • дУ ' ах - связь функции тока У, напряженности вихря и) и вертикальной и горизонтальной составляют}® скоростей и. и О' ; Фе-^р - число Рейнольд-са;

Ре=Яе- Рг

.- число Пекле;- число Пекле массовое; - число Прандтля; &„= ^^ - число Ирандтля массовое;^ плотность воздуха^--коэффициент динамической вязкости воздуха; - коэффициент кинематической вязкости воздуха^ Р - коэффициент Диффузии;

скорость порождения кинетической энергии турбулентности; кинетический коэффициент турбулентной вязкости; бе, С4С эмпирические коэффициента Граничные условия на линиях симметрии "1,8,8"',"2,3":

Граничные условия на участке "3,4" вытяжного сопла:

Граничные условия на участке "7,8" или "7',8"' подающего сопла (при условии равномерного распределения скорости, вытекавшего воздуха): 0=^(¥4,к»соп^,е=соп-у*,Т=-7й',с-»0.

Граничные условия для функции тока V и напряженности вихря со из условия прилипания: на участке "1,2" - У = О , = О ; на участках "4,5","5,6","6,7" -

Граничные условия для кинетической турбулентной энергии к. и скорости ее диссипации & : на участках "1,2","4,5","5,6","6,7", из условия отсутствия турбулентности - £*0.

■ Граничные условия для температуры воздуха Т~ и концентрации. С : на поверхности оттиска ("1,2") - задана плотность теплового потока и потока массосодерлгания эд,

а на поверхности воздуховода для температуры на участке "4,Б", туг?

"5,6","б,7"-',для концентрации из условия непроницаемости на участке "4,5","6,7" - о ,"5,6" - •

Решение данной системы уравнений производилось методом конечных разностей. Результаты расчетов представлялись в виде линий равного уровня функции тока воздуха V , его температурыТ и концентрации паров растворителя С . Кроме того производился расчет локальных коэффициентов теплоотдачи о(„ и массообмека на поверхности оттиска и их среднего значения(о^ , ^ср ).

В качестве примера на рис. 3 представлены результаты расчетов для схемы 1 на рис. 3, а, б,в и для схемы 2 рис.3,г,д,е, где исходными данными принимались Ьо-Бмм, ^-ЗОмм, Н-80»м, Ь-60мм.

Анализ результатов расчетов показал, что с увеличением скорости истечения воздуха от 2 до 6 м/с (Н - 40 мм, Ь - 60 мм) среднее значение коэффициента теплоотдачи изменяется ст 10 до 19 (рис.4,а),с увеличением шага между соплами от 30

до 90 мм ( скорость истечения и,- 2 м/с, Н - 40 мО) коэффициент теплоотдачи меняется от 5 до 11 Вг/(^-*К и имеет свое максимальное значение при шаге между соплами 40 мм (рис.4,б),с увеличением расстояния между соплом и оттиском от 40 до 120 мм

- 11 -

Распределение линий равного уровня функции, тока V

концентрации С

Рис.3

График зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости истечения воздуха из сопла

• об,

в- ° вгг

И=о, оу*;

у

а)

У Г/с

График зависимости коэффициента теплоотдачи от шага между соплами

с* об,

ю. о

Л) Ь,«

График зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты расположения сопел

чэ. оа

в. оо а, со

А. ОО

*

в)

РиГ. 4

Н,м

(и0- 2 м/с, Ь - 60 мм) коэффициент теплоотдачи уменьшается от 10 до 4 ВгЛ^ (рис. 4,в).

Анализируя графики распределения температуры,можно сделать вывод, что ее градиент на поверхности оттиска имеет максимальное значение, а температура вдали от оттиска становится равной температуре поступающего воздуха Ть , что позволяет размещать между соплами инфракрасные лампы, которые будут охлаждаться.

Анализ графиков функции тока и концентрации паров растворителя показал, что между соплами могут образовываться застойные зоны со скапливающимися в них парами растворителя, но их концентрационное значение зависит от коэффициента диффузии испаряющегося растворителя и количества самого растворителя.

Накопление паров растворителя в застойных зонах повышает пожароопасность, то есть возможность воспламенения паров растворителя при превышении предельной концентрации.

Для расчета лучистого теплообмена между ИК лампами, рефлектором и оттиском была использована расчетная схема, представленная на рис. 4. Чтобы определить тепловой поток, падающий на оттиск, необходимо произвести расчет углового коэффициента излучения ^Р , который показывает, какая доля энергии, излучаемая ИК лампами и отражаемая рефлектором,попадает на оттиск.

. Суммарный поток энергии падающий на 1-тую площадку оттиска от ламп 1 и рефлектора 2, равен (при с|о-1):

где поток энергии, падающий на 1-тую площадку от поверхности ИК' лампы; - поток энергии, падающий на 1-тую площадку от ]-той площадки рефлектора; £ - коэффициент отражения рефлектора.

Местный угловой коэффициент облученности от •оболочки ИК ламп на 1-тый элемент оттиска определялся по формуле:

У^М^тг-««^*). (3>

Местный угловой коэффициент облученности от }-того элемента рефлектора на 1-тый элемент оттиска получаем решением зависимости:___(__1 |__1

Расчетная схема ИК сушки

1 - ИК лампа; 2 - рефлектор; 3 г оттиск; Н - расстояние от рефлектора до оттиска;' - расстояние от центра лампы до оттиска; Ь,- расстояние между центрами ламп; И - радиус лампы.

Рис. 5

Ш формулам (2) ,(3) ,(4) производился расчет удельной плотности теплового потокат падающего на оттиск.

В результате анализа серии расчетов построены линии равного уровня равномерности распределения удельной плотности теплового потока и его среднего значения от высоты расположения источников излучения Ь и их шага Ь (рис. 6). Заштрихованная область является приемлемой к применению при проектировании ИК СУ с точки зрения равномерности и плотности облучения оттиска

В третьей главе изложены методики проведения экспериментальных исследований для подтверждения математических моделей и доказательства эффективности функционирования СУ.

Описана экспериментальная установка для сушки оттисков и применяемая контрольно-измерительная аппаратура, приведены результаты и анализ экспериментальных данных. Данная установка позволяет проводить исследования конвективной и ИК сушки с ох- 16 -

Линии равного уровня неравномернос.ти и среднего значения удельной плотности теплового потока на поверхности оттиска в зависимости от А и $ . ( расстояние от ИК излучателей до рефлектора 5 см)

Расстояние между ИК излучателями, $ (см)

12. О

9. О

а. о

3. о

х' \ X 20%

у Щ ^бОУа

Расстояние

между ик

излучателями,

£ (см)

Расстояние от ИК излучателя до оттиска, (см)

1 2. о

9. о

е. о

3. о

Расстояние от ИК излучателя до оттиска,' (см)

Рис.6 - 16 -

лаидением оттиска и воздействием на него коронного разряда, а также их комбинаций.

На основе анализа экспериментальных данных выявлено, что время сушки оттисков ТП краской СТ 3.19.1-01 составило от 3 до 20 с в зависимости от параметров ИК нагрева. Охлаждение оттиска после выхода его из сушильной камеры снизило время сушки на 10-12 1, вследствие увеличения вязкости краски.- Использование коронного разряда совместно с ИК-ЛК способами нагрева позволило уменьшить время сушки оттиска на 7,7 X.

Отклонение времени сушки оттисков, полученное расчетным и экспериментальным путем, не превышает Л7 %, что подтверждает адекватность математической модели процесса сушки.

Для подтверждения адекватности математической модели турбулентного движения воздуха над оттиском была изготовлена воздухораспределительная установка перекрестного тока с Ж обдувом плоскопараллельными соплами. Для . визуализации картины распределения потоков воздуха е него вводился мелкодисперсный порошок, и производилась фотосъемка области между соплами. Сравнение картины распределения потока воздуха, полученную-экспериментальным путем, с распределением функции тока, полученным расчетным путем, показало адекватность принятой математической модели.

Для определения характера распределения теплового потока над оттиском использовался датчик, регистрирующий ИК излучение. Характер распределения удельной плотности теплового потока на оттиске, рассчитанный теоретически и полученный экспериментально, приведенный к одному, масштабу, подтверждает адекватность математической модели.

Для определения функциональной зависимости коэффициента массопроводности от температуры Т и концентрации'-' растворителя в красочном слое были сняты кривые сушки трафаретной краски СТ 3.19.1-01. Анализ зависимости от концентрации и температуры показал возможность аппроксимации данного коэффициента экспоненциальной зависимостью вида: «.

си= 0,О0&7м0-,ге<О'ОООО1Тг + и!

В четвертой главе диссертации приведена методика расчета ИК-ЛК СУ для ТШ, разработанная на основе Проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

Расчет ИК-ЛК СУ выполняется в следующей последовательности.

^ 1. Рассчитываются параметры ИК нагрева.

2. На основе полученных значений конструктивных параметров ИК излучателей выбираются геометрические параметры ЛК сушки, и по ним определяется коэффициент теплоотдачи.

3. На основе полученных значений параметров ИК-ЛК сушки проводят расчет времени сушки красочного оттиска по приведенной программе.

4. Определяют технико-экономические показатели СУ.

На основе проведенных численных и экспериментальных исследований ИК-ЛК сушки оттисков ТП предлагаются схемы .построения СУ, приведенные на рис. 7, а, б( схема .1, 2).

Схема 1 приемлема при построении СУ любого формата Здесь нагрев оттиска, осуществляется ИК излучением от ламп. . ЛК сушка, служит для охлаждения ИК ламп (по условиям эксплуатации температура оболочки ламп не должна превышать 300-360°С) и отвода паров растворителя от оттиска. При использовании рекомендуемых конструктивных и технологических параметров СУ застойные зоны отсутствуют. Вытяжные сопла, производящие отсос отработанного воздуха, содержащего пары растворителя, ускоряют процесс сушки.

Схема 2 может быть применена при проектировании ИК-ЛК СУ для мало- и среднеформатных ЛТПМ (формат не более 540 мм), в этом случае влияние ЛК нагрева, по сравнению со схемой 1, значительно выше. Нэ в этом случае оболочка ИК ламп охлаждается в меньшей степени, что отрицательно сказывается на сроке их службы.

Обе представленные схемы построения СУ для ЛГПМ позволяют с большой интенсивностью сушить оттиски ТП и обеспечивают условия для высокоэффективной работы печатного оборудования.

Рекомендуемые схемы построения сушильных устройств для листовых трафаретных печатных машин

н

и

Схема 1

#1

О-

в-О- ©

О- О

Рис. 7 -19-

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обзор и анализ работ в области создания сушильного оборудования для полиграфической промышленности показал, что наилучшие технико-экономические показатели достигаются при комбинированном ИК - Ж нагреве оттиска. ИК излучение в коротковолновом диапазоне оказывает большое энергетическое воздействие на толстый слой краски, достигающий в ТП 100 мкм. ЛК обдув воздухом, благодаря турбулентной структуре струи, с

. максимальной эффективностью разрушает ламинарный подслой паров растворителя над оттиском, способствуя тем самым его удалению с поверхности краски, а ташке служит средством для охлаждения Ш излучателей. Наиболее эффективным, с точки зрения функционирования СУ для листовых печатных машин, является туннельный принцип его построения.

2. Основными факторами, влияющими на время закрепления оттисков при ИК - Ж сушке, являются температура поверхности излучения и угловой коэффициент облученности.оттиска, который зависит от геометрических параметров ИК излучателей в СУ.

Рекомендуемые параметры расположения ИК излучателей в СУ, полученные на основании численного эксперимента при принятой максимальной неравномерности плотности., теплового потока над оттиском 20 X:

- высота расположения излучателей над оттиском й - 6-15 см;

- шаг между излучателями Ь - 3 - 10 см;

- высота расположения рефлектора над излучателями 5-15 см.

' При этом среднее значение удельной плотности теплового потока изменяется в пределах от 0,1 до 0,4 1/смг.

3. Применение плоского рефлектора с ИК излучателями значительно повышает среднее значение плотности теплового потока над оттиском. Для рефлектора, распложенного на расстоянии 15см от поверхности ламп, плотность теплового потока над оттиском возрастает от 41 до 56 X, для 10 см от 44 до 62 X, для 5 см от 54 до 72 1, в зависимости от высоты расположения ИК излучателей над оттиском. Чем ниже расположен рефлектор над излучате-

- 20 -

лями, тем больший процент энергии передается оттиску.

4. Характер распределения плотности теплового потока от ИК излучателей над оттиском.подтвержден экспериментально, что говорит об адекватности используемой модели.

5. Процессы, происходящие на поверхности краски, зависят от гидродинамических параметров движения воздуха над оттиском. Турбулентное движение воздуха при Ж сушке описывается системой нелинейных уравнений з частных производных. Решение этой системы с применением - & модели турбулентности методом конечных разностей, на основе разработанного алгоритма,позволило получить функции тока, температуры и массосодержание в виде линий равного уровня в области, определенной расчетной схемой, а так же произвести расчет локального коэффициента теплоотдачи и массообмена на поверхности оттиска и определить его среднее значение. ■

6. С увеличением скорости истечения.воздуха от 2 до б м/с (Н - 40 мм, L - 60 мм) среднее значение коэффициента теплоотдачи изменяется от 10 до 19 Bt/mMí.

С увеличением шага между соплами от 30 до 90 мм ( скорость истечения и0- 2 м/с, Н - 40 мм) коэффициент теплоотдачи меняется от 5 до 11 Bt/í^-Ií' и имеет свое максимальное значение при шаге меаду соплами 40 мм.

С увеличение раестояния между* соплом и оттиском от 40 до 120 мм (и,- 2 м/с, L - 60 мм) коэффициент теплоотдачи уменьшается от 10 до 4 Вг/мМ{.

Анализ графиков температуры показал, что ее градиент на поверхности оттиска имеет максимальное значение, а температура вдали от оттиска становится равной температуре поступающего воздуха, что позволяет размещать между соплами инфракрасные лампы, которые будут охлаждаться поступающим воздухом.

Анализ графиков функции тока и концентрации паров растворителя показал, что между соплами могут образовываться застойные зоны со скапливающимися в них парами растворителя, но их концентрационное значение зависит от коэффициента диффузии

- 21 -

испаряющегося растворителя и количества самого растворителя.

Накопление паров растворителя в застойных зонах повышает пожароопасность, то есть возможность воспламенения паров растворителя при превышении предельной концентрации.

Чтобы исключить или уменьшить области с застойными зонами, необходимо увеличивать скорость истечения воздуха из сопел до 5-6 м/с для схемы 1 и 10 - 12 м/с для схемы 2.

7. Результаты экспериментальных исследований и численного расчета позволил выявить оптимальные конструктивные и технологические параметры ИК - ЛК сушки.

Рекомендуется задавать следующие параметры расположения сопел:

1) с использованием схемы СУ, представленной на рис. 7, а:

- расстояние от среза сопла до оттиска 11-8-15 см;

- расстояние между осями сопел - 4 - 8 см;

- ширина щели подающего сопла Ьо- 0,5 - 0,6 см;

- ширина щели всасывающего сопла Ь^- 1,0 - 1,2 см;

- начальная скорость истечения воздуха из сопел 5-6 м/с;

- начальная температура воздуха - без нагрева.

2) с использованием схемы СУ, представленной на рис. 7,0: ■

- расстояние от среза сопла до оттиска Не- 3 - Б см; расстояние от рефлектора до оттиска Н - 10 -15 см;

- расстояние между осями сопел Ь - 8 г 16 см;

- ширина щели подающего сопла Ь^- 0.3 - 0. Б мм;

- начальная скорость истечения воздуха 10 - 12 м/с;

- начальная температура воздуха Т^ - 60-80 °С.

8. ПроЕеденное качественное сравнение картин распределения воздуха между соплами,полученных в эксперименте и расчетным путем,говорит об адекватности математической модели гидродинамики ЛК сушки.

0. Численные расчеты процесса сушки оттисков ТП показали, Что для рекомендуемых схем ■ построения СУ минимальное время сушки для краски СТ 3.19.1-01 составило 0,965 с при температу-

- 22 -

ре оболочки ИК лампы 600°С (напряжение на клеммах 220 В), угловом коэффициенте облученности 0,2(неравномерность облученности не превышает 20 X) и температуре воздуха 98°С. При этом режиме температура бумаги не превышает предельно допустимой.

10. Основным фактором, влияющим на длительность сушки красочного слоя, является плотность теплового потока на поверхности. Величина коэффициента теплоотдачи при ИК-ЛК способе нагрева незначительно влияет на время сушки. Его оптимальное значение, с точки зрения затрат на перемещение воздуха и минимального времени сушки, составляет 18 Вг/м'°К.

11. Расхождение значений времени сушки, полученных, экспериментальным и расчетным путем с учетом параметров ИК-ЛК способов нагрева, не превышает 17 X. Это говорит об адекватности математической модели сушки оттисков и еще раз подтверждает модели ИК и ЛК сушки.

12. Экспериментально доказана . принципиальная работоспособность ИК-ЛК СУ. Минимальное время сушки, полученное на универсальной экспериментальной сушильной установке для краски СТ 3.19.1-01, составило 3-5 с. Пэро- и трещинообразование в красочном слое при, этом отсутствуют..

13. Подтвержден экспоненциальный характер зависимости коэффициента массопроводности С^-гл для краски СТ 3.19.1-01 от температуры и концентрации. Изменение значения ОСт лежит в пределах от 0,1-1б'5до 8,0-10*<3mVc. Это говорит о том, что сушку оттисков необходимо вести при максимальном увеличении температуры красочного слоя, но не допуская v нагрева бумаги более 150°С.

14. На основе численных и экспериментальных исследований разработана методика инженерного расчета ИК-ЛК СУ для ТПМ, позволяющая определить его метрические, энергетические и технологические параметра Рекомендуемые схемы построения СУ для ТПМ различных форматов обеспечат высокую скорость сушки оттисков TIL

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ - 1. Добромыслов Л. Л. Применение метода конечных разностей для расчета воздушных потоков в сушильных устройствах. /Сб. тез. докл. Всесоюе. совещ. по методам расчета полиграфических машин-автоматов, Львов. 1991.-с. 72-73.

2. Добромыслов Л Л. Расчет воздушных потоков в сушильных устройствах методом конечных элементов. Депон. рук. в науч-но-информац. сб. по полиграф, промышленностив НИЦ "Информпе-чать", Мэсква, 1992, N 6 СФ- N464).

3. Добромыслов Л. Л. Исследования параметров сушки оттисков трафареткой печати с целью их оптимизации. Депон. рук. в научно-информац. сб. по полиграф, промышленностив НИЦ "Информ-печать", Мэсква, 1993, N 2 (ф. N471).

4. Добромыслов Л. Л., Тюников а Е Оптимизация конструктивных параметров инфракрасной сушки печатных оттисков. Депон. рук. в научно-информац. сб. по полиграф, промышленностив НИЦ "Информ-печать", Москва, 1993, N 2 ($.N476).

5. Добромыслов Л. Л. Исследование влияния коронного разряда. инфракрасного и конвективного способов нагрева на скорость закрепления оттисков трафаретной печати. -Межвузовский сборник научных трудов "Перспективы развития печатных и переплетных Процессов", : Ы. -ЫГАП, 1993.