автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Снижение эффекта выделения микропыли в прядильном роторе

ИВАНОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ имени М. В. ФРУНЗЕ

РГ6 ОД "Г-

... На правах рукописи

ПЕРЕПЕЛКИ НА Каринэ Евгеньевна

СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТА ВЫДЕЛЕНИЯ МИКРОПЫЛИ В ПРЯДИЛЬНОМ РОТОРЕ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1993

Работа выполнен-а з Ивановском ордена Трудового Красного Знамеки текстильном институте им. М. В. Фрунзе.

Научи ы и руководитель —

кандидат технических наук, доцент Е. Я. Пигалев.

Официальные о п и о и е н т ы:

доктор технических наук, профессор В. Д. Фролов,

кандидат технических наук, ст. н. с. Ю. П. Лебедев.

Ведущее предприятие —

Акционерное общество «Навтекс».

Защита состоится « Р.^. » . . . . 1993 г.

в . часов на заседании специализированного совета К 063.33.01 в Ивановском ордена Трудового Красного Знамени текстильном институте им. М. В. Фрунзе по адресу: 153476, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, д. 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « . <'/Г » . . . 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Н. А. КУЛ ИДА

АННОТАЦИЯ

Актуальность теми. Б современный период нестабильность экономики, разлада межреспубликанских и межотраслевых связей перед хлопчато-бумашш-.' ми предприятиями страны стоят сложные задачи выпуска качественной конкуренгноспособной продукции. Эти задачи могут быть решены при использовании научных достижений, техническом перевооружении, модернизации оборудования, внедрении новых высокопроизводительных технологий я средств комплексной механизации и автоматизации производства.

Наиболее высокопроизводительным и распространенным' способом получения хлопчатобумажной пряжи является производство пряжи на пневмомеханических прядильных машинах. Поэтому возрастает актуальность как поиска прог -рессгвных методов подготовки полуфабриката, так и изысканий путей совершенствования процесса формирования пряжи в пневмомеханическом прядении.

Совершенствование пневмомеханических прядильных машин идет в направлении повышения скорости выпуска пряжи /увеличения частоты вращения прядильных роторов/, универсальности /способности перерабатывать волокна различных видов и различной длины/ и дальнейшей автоматизации ручных процессов.

Теоретически технологический процесс может протё -кать нормально при частоте вращения прядильных роторов до 100000 ми«?-. Одним из основных препятствий к осущеет-

вленшо ьтого является забивание сборно!! поверхности -роторов микропылью. Отложения, скапливающиеся в желобе ротора, ухудшают технологический процесс, приводя к увеличению неровноты пряко-1, повышению обрывности, появлению муарового аффекта на ткани ч.снижении разрывной нагрузки пряхи по мере накопления отлокений.

Кроме того, необходимость периодической чистки сборной поверхности роторов снижает коэффициент полезного времени малшя, увеличивает затраты на их обслужква . иле.и требует или применения ручного труда, или дорогостоящей автоматики. ' ■

1;се перечисленные трудности прогрессируют с ростом частоты вращения' роторов, существенно снижая общуъ) эф- . . фективяость процесса прядения.

Анализируя состав и структуру шкропыли, способы попадания ее в плоскость ротора, очистительную споооб,-яость современных приготовительных машин, существующие конструкции и запатентованные разработки прядильных ро- ■ торов, было выяснено, что проблема отлонения шкропыли на сборной поверхности ротора остается нерешенной. В связи с этим,.актуальной научной задачей является совершенствование технологии пневмомеханического прядения, а в частности, модернизации правильных роторов, с целью стабилизации технологического процесса прядения, повышения качества пряжи и улучшений условий труда. .

Д е л ь и задачи исследований. Целью настоящей работы является:

1. Разработка, изготовление и испытание в производственных условиях предлояеяного наш нового прядильного ротора с повышенным аэродинамическим эффектом очистки' • от микропыли,

2. Разработка теоретических обоснований аэродинамических процессов, происходящих в модернизированном роторе, и определение оптимальной конструкции исследуемого ротора.

3. Исследование влияния конструкционных параметров модернизируемого ротора на структуру и свойства пряжи.

Методика исследований. Работа' содержит теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования проводились с целью поиска возможностей повышения эффективности очистки сборной поверхности модернизированных роторов от сорных примесей .

Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях с применением методов планирования эксперимента и математического анализа полученных ре -зультатов.

Эффективность очистки сборной поверхности прядильного ротора от микропыли определялась методами, разработанными ЩЩЗИ. . • "

Результаты экспериментов обрабатывались на ЭВМ. ■-3-

Научная к о. в и з я а/ В диссертационной работе впервые:

- проведены исследования различных вариантов прядильного ротора с повышении аэродинамическим эффектом очистки от шкропыли; •

- получена математическая модель процесса очистки сборной поверхности ротора от сорных примесей в зависи-мости'-от конструкционных параметров исследуемого ротора;

- разработана методика расчета скоростей воздуха в плоскости прядильного ротора при установке в нем "зонтика", на основании которой теоретически обосновано существование оптимального радиуса "зонтика";

- получена математическая модель траекторий движе - . . ния частиц микропшга в серийном прядильном роторе;

- создана программа для расчета траекторий движения частиц микролшш в области прядильного серийного ротора;

определено изменение расхода воздуха, проходящего через плоскость модернизированного ротора в зависимости ' • от радиуса "зонтика".

Практическая ценность и реализация результатов работы. ' -Разработан новый прядильный ротор с повышенным аэродинамическим эффектом очистки от микропыли. Модернизированный ротор внедрен в цехах Наволокского хлопчатобумажного комбината."Приволжская коммуна". Технологические ■. испытания показали, что при• внедрении модернизированного 'ротора улучшаются качественные показатели пряжи, повыша-

ется ее сорт.

' . Экономический эффект от внедрения модернизированного ро-ора на хлопчато-бумажном комбинате "Приволжская комму. на" г. Наволоки составил 2320^25 руб. на одну пневмомеханическую прядильную машину /в ценах декабря 1991 г./

Апробация работы. Результаты работы били доложены и получали положительную оценку:

- на Итоговых научных конференциях ШШИ - г.Шуя, 1988-1990 гг.

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в технике и технологии текстильного производства" - Ива -ного, 1990 г.

- на Итоговой научной конференции ИвТИ - Иваново,' 1991 г.

- на ХУ1 итоговой научно-технической конференции ВЗИТЛП - Москва, 1990 г.

Публикации . По теме диссертационной работы написаны 2 статьи и опубликованы одни тезисы доклада на , Всесоюзной научно-технической конференции, проходившей в Иванове.

Структура и' объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов, списка литературы и приложений. ■

Работа выполнена на 128 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок, 10 таблиц, список использованной литературы /из 112 наименований/ на 9 страницах и 1

приложения на 28 страницах.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР1АЙЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, цель и задачи диссертационной работы, указаны методы проведения исследовании, доказана практическая ценность и реализация результатов работы, даны ее «объем и содержание.

Впервой главе приводятся результаты научно-исследовательских, работ' по проблеме отлокениЛ микропыли на.сборной поверхности ротора пневмомеханических прядильных-машин и влияние микропыли на процесс прядения и качество' пря;ш.'Рассматриваются вопросы влияния •. засоренности полуфабриката на количество отложений в желобе ротора, приводится структурный анализ микропыли,- исследуется механизм образования отлокений на сборной поверхности ротора, а также дается обзор техники и техно -логаи процесса очистки желоба ротора пневмомеханических ! прядильных машин в СНГ и за рубежом.

Оозор литературы позволил сделать следующие выводы: 1. Анализируя работы рада авторов можно сделать вы-•вод о том, что на современных приготовительных машинах практически невозможно выделить мельчайшук пыль. Кроме того, сырье дая пневмопрядения не должно содержать более сорных примесей.

■ 2. Микроныль в желоб ротора попадает двумя принципиально ра«ш.нш путями: с мычко11 и с потоком воздуха, по. этому количество сорных примесей е прядильной камере за-■ -.0- '

висит от содержания сорных примесей в перерабатываемой лен' те и от их химического состава.

\ 3. Накопления сорных примесей в сборном желобе ротора способны вызвать периодическую неровноту пряжи, снижение разрывной нагрузки и разрывного удлинения. Микропыль является препятствием к увеличению частоты вращения прядильного ротора и к уменьшению его диаметра, что препятствует усовершенствованию пневмомеханических прядильных машин.

4. Большинство научных разработок и изобретений по очистке прядильного ротора выполнены в варианте обязательного прерывания процесса прядения или создания дополнительных воздушных потоков, которые отрицательно влияют на технологический процесс. Часть вариантов обеспечивают самоочистку прядильного ротора центробежной силой, образугадей-, ся за счет щелей. Но в этих случаях ухудшается распрямлен-ность и увеличиваются потери волокон.

Вторая глава посвящена исследованию разработанного модернизированного ротора пневмомеханических пря-. дальних машин. ■

Устройство представляет собой тонкий металлический диск, установленный над вентиляционными каналами в плоскости ротора. Назначение диска состоит в том, чтобы изменить-, траекторию движения воздушного потока таким образом, что. бы частицы микропыли не оседали на сборной, поверхности ротора и не зарабатывались в пряжу, а уносились бы потоком . воздуха через вентиляционные отверстия.

Модернизированный ротор работает следующим образом. Вращение прядильного ротора приводит к выбросу воздуха вен-

тилявдюшшш }санаяаш и образованию ядра разрежения, что способствует формированию воздушного потока, производящего транспортировку волокон в ротор. Вместе с волокном в прядильный ротор потоком заносятся сорные примеси. Поток направляется'на наклонную стенку, которая принимает на себя основную массу волокон и-сорных примесей. В силу того, что волокно не является тгердым телом, оно не отражается от наклонной стенки и под воздействием центробежной силы стаскивается по ней в желоб, где производится формирование . волокнистого клина. Другая часть волокон, не коснувшись наклонной стояки попадает под диск, но пройти под ним не может, не коснувшись его, так как обладает сравнительно большой протяженностью. Касание волокном диска приводит к . .действию на волокно центробежной силы, которая сбрасывает его на наклонную стенку или непосредственно на сборную поверхность.

Обратная картина происходит с сорными примесями, которые воздушным потоком также направляются на наклонную 'стенку, отражаются от нее, так как представляют твердое тело, попадают иод действие всасывающего факела и выбрасываются через вентиляционные каналы из плоскости ротора. При установке диска в область ротора изменяется угол за - ■ кру.чивания воздушного штока, что создает условия доя отвода мелких частиц микропыли вместе с воздухом. Кроме того, в модернизированном роторо уменьшается застойная зона, не продуваемая воздухом и.частъцы микропнли, попавшие в эту зону захватываются воздушным потоком и выносятся из области ротора вместе с ним.

Таким образом, данное устройство способствует оседанию в роторе предомых волокон, так как диск в этом случае выполняет функции сепаратора /центробежной силой сбрасывает волокно в желоб/ и выделению из плоскости ротора сорных примесей, так как в зоне форшрования волокнистого клина действует всасывающий факел, который распространен до этой - зоны тем же диском.

Проведен расчет траектории движения частицы шкропы-ли в зоне серийного прядильного ротора, в результате которого получены уравнения динамики сорной частицы в цилиндрической системе координат 0/~Уг , которые имеют вид ,

г --Н - 0,5~Г^сц, V,,<т ¿»«д (г - и„ )/т ;

У = 1-2гТ- О.ЬСкрЛо^ (гЧ- ц, )/т ]/г ;

г - с^О^у 1/шн (к- \м>)/т ;

где Чонш = [(г-ис)2-" (гЧ- Уо)г<-(г-\л/а)*]

ук^ - плотность воздуха; С, - коэффициент аэродинамического сопротивления час-'тицы;

- площадь миделева сечения частицы; иа, v0 - проекции скорости воздуха на оси цилшздри-. ческой системы координат; т - масса сорной частицы.

Экспериментально определен расход воздуха, проходя-' щего чер:;з ротор с диском, при различных значениях диа-" метра диска. График зависимости расхода воздуха от диаметра .диска представляет собой кусочную функцию /рис.1/; которая на участке 0 < 9п неизменна и сохраняет

значение 3,5 л/с, а далее при ^падает и достигает

нулевого значения при

" График ЕЭ1/.ЗКИЯ расхода воздуха под диском в

них' значениях радиуса диска в диапазоне изменения 1 от до находится по зависимости

/ / - сР)" •

' • • (4 - )3 '

где ■ ^Ч/^ , <Л - ,

радиус диска, (?*. - радиус ротора,

Рл - радиус, .вдоль которого расположены вентиляционные ■ • каналы, ■ _ '■ '

координата частицы сорной примеси.

Проведен .расчет скорости воздуха в модернизированном роторе, е результате которого получаны следующие зависимости: . . - на участке

- на участке сР>с£/рис. 2/

График зависимости скорости воздуха от относительного радиуса диска.

Учитывая, что аэродинамическая сила, действующая на частицу микропыли, пропорциональна киадрату скорости воздуха и рассматривая движение во вращающейся системе координат с угловой скоростью, равной скорости вращения ротора, можно считать, что при увеличении скорости сила, иапрвлеиная к Есаснваю-щаыу отверстшэ возрастет.

Анализируя график /рис. 2/ удалось установить, что существует область максимальных скоростей, при которых аэродинамическая сила, действующая на частицу микропыли и направленная к Есаспвающему отверстии, гак «а будет максимальной. Гагггл образом было доказано существование оптимальных диаметров дисков, при которых имеют место наилучшие условия для вывода частиц микрмшли из плоскости ротора через вентиляционные отверстия.

Третья глава посвящена исследовании влияния конструкционных параметров модернизированного ротора на количество млкропыли, -скапливающейся на сборной поверхности.

- И -

Исследовалась работа "одзркизировапных роторов с диа"етрами дисков: 23; 25; 27,5; 23; 32,5; 35; 37,5; 41 мм, каядый из которых устанавливался н? 5 уровней высоты над плоскостью ротора: 1; 1,1; 1,25; 1,4; 1,5 га. По данным эксперимента строились кривые отложения млиролылл, исследуя которые на стадии предварительного эксперимента удалось установить оптимальную область процесса. На рис. 3 представлены кривые отложения микропыли для ксследуег-ех диаметров дисков при высоте их устаяовки 1,25 г;м.

Кривые оглокення мякропшш в желобе ротора.

Рис. 3.

1 - контрольные серийные роторы

2 - роторы с диаметром "зонтика" 37,5 мм

3 - роторы с диаметром "зонтика" 39 мм

4 - роторы с диаметром "зонтика" 23 мм

5 - роторы с диаметром "зонтика" 3S мм

6 - роторы с диаметром "зонтика" 26 мм

7 - роторы с диаметром "зонтика" 27,5 га:

8 - роторы с диаметром "зонтика" 22 т ■ 9 - роторы с диаметром "зонтика" 41 мм 10 - роторы с диаметром "зонтика" 32,5 ш

. Как видно из графиков /рис. 3/, использование модернизированных роторов позволяет в несколько раз снизить количество микропшш, скапливающейся на сборной поверхности.

Для определения оптимальных конструкционных параметров была выбрана оптимальная матрица ротогабельного центрального композиционного эксперимента. В качестве параметра оптимизации было взято количество отлопений микропыли в желобе ротора после 130 часов работы. В результате обработки данных было получено следующее уравнение регрессии математической модели процесса очистки колоба ротора от мщсропыли:

у = ш?, oz - о, тшк ч- 2Ы23к2-о. озоУгг in3 По полученному уравнение математической модели процесса построены поверхность отклика и линии равного уровня, анализируя которые определены оптимальные параметры модернизированного ротора, при которых достигается максимальный эффект очистки прядильного ротора, что подтверждает теоретические исследования. Это ротор с диаметром диска 32,5 мм и высотой его установки над плоскостью вентиляционных отверстий 1,25мм

Четверга, я глава посвящена исследованию влияния .параметров установки диска в плоскости ротора на

I

, структуру и свойства прякп.

В таблице представлены^физико-механические показатели пряви дня исследуемых вариантов модернизированных роторов

-13- :

и серийных контрольных роторов. Анализируя таблицу видно,что ■ пряжа, выработанная на модернизированных роторах, по всем своим показателям превосходит пряжу, полученную на контроль-нчх роторах.

Таблица

Физико-механические показатели пряжи

тела33" Диаметры "зонтиков", ым ' Греб.

качест- 1 ' ные ГОСТ

ва 23 26 27,5 29 32,5 36 37,5 39 41 роторы

Jímieiiii. ■ • шготн.

текс 47,4 40,3 47,8 46,9 51,3 48,3 50,0 48,3 47,4 52,4 50

Крутка . ' 1

на 1 м. 660 652 664 654 662 661 665 664 662 662

йактич. разрывк. нагрузка, 472 353 468 460 510. 484 482 478 442 482

Относит, разрывн.

нагруз- *

на, 9,8 8,6 9,6 9,6 9,9 9,8 9,6 9,7 9,1 9,0 8,5

Разршзн.

удлине- ' ■

ние.мм ,43,1 39,7 41,8 44,4 39,1 42,0 41,9 41,3 43,0 34,5

Относит, рагрывн.

ние',Т~ 8,6 5,9 8,4 7,8 8,9 8,4' 8,4 8,2 '8,6 6,9

Ко?ффиц. вариа- ' -

вдгаД 14,0.10,7, 8,8 9,0 8,0 10,0 10,6 9,4 10,4 14,0 15,5

Показатель качества, 0>? 0>s -lf09. 1,07 1,2 1,0 0,91 .1 ,03 0,88 0,64 0,55

Средняя ' " : .

квадрат. . ....

■неров- , ■ '

пота,^ 17,4 17,8 17,2 17,2 16,7 17,7 17,5 17,6 17,2 17,5

Увеличивается разрывная нагрузка и разрывное удлинение, л«-ровнота уменьшается, показатель качества значительно возрастает. Наилучшими фпзико-кеханическими показателями обладает пряжа, выработанная на роторе с диаметром диска 32,5 мм и высотой его установки над плоскостью ротора 1,25 мм.

Проведены исследования влияния размеров диаметра диска на распрдалеяность волокон в пряже, которые позволили установить, что распряшенность волокон в пряже, выработанной на.модернизированных роторах выше, чем тот >::е показатель пряжи с серийных контрольных роторов, причем наибольший коэффициент распрямлекности имеют волокна, полученные при использовании ротора с диаметром диска 32,5 мм.

Исследовалось влияние размеров диаметра диска па ворсистость пряжи. Установлено, что пряха, полученная па модернизированных роторах более гладкая, чем пряжа, выработанная на серийных контрольных роторах, прячем ворсистость пряжи уменьшается с увеличением диаметра диска.

Пятая глава посвящена анализу производственных испытании модернизированных роторов.

В процессе исследовании выявлено, что внедрение модер-низированнцх роторов с диаметром диска 32,5 мм позволило значительно улучшить качественные показатели пряжи, уменьшить обрывность, увеличить коэффициент запрядки, снизить засоренность пряжи, повысить сорт пряжи.

. Экономический эффект от изменения сортности пряжи составил 23205,25'руб. на одну пневмомеханическую {фядильн}*) машину в год /в ценах декабря 1991 г./ • . -15- '

ОБЩИЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В работе проведен обзор литературных источников,показавший, что накопление сорных примесей на сборной поверхности прядильного ротора способно вызвать периодичес;сук не-ровлоту пряжл, сн:шение разрывной нагрузки и разрывного удлинения. Глпкропыль является препятствием к увеличению частоты вращения прядильного ротора и к уменьшению его диаметра, что препятствует усовершенствованию пневмомеханических прядильных машин.

2. Разработан и внедрен прядильный ротор с повышенным аэродинамическим эффектом очистки от шкропыли для производства пряжи на пневмомеханических прядильных машшах.

3. Исследованы кинематические модели течения транзитного лотока воздуха серийного и модернизированного роторов, на основе которых выявлено, что при установке "зонтика" в область ротора значительно улучшается технологический процесс формирования пряжи и создаются условия, необходимые для вывода частиц шкропыли из зоны прядения.

4. Разработана методика расчета траекторий движения частиц микроныли в области серийного прядильного ротора, с помощью которой удалось установить, что большинство частиц шкропыли, попадающих б ротор вместе с воздушным потоком, в результате биллиардного эффекта неизбежно оказывается на сборной поверхности ротора.

5. Получена зависимость- для расчета скорости воздуха, всасываемого йод "зонтик", на основе которой теоретически обосновано существование оптимального радиуса "зонтика".

-1С-

6.Определено, что использование модернизированного ротора позволяет значительно снизить количество отложений микропыли на сборной поверхности, причем при оптимальном диаметре "зонтика" - 32,5 мм количество гансропали уменьшается примерно в 10 раз по сравнению с контрольными серийными роторами.

7. Выведено уравнение математической модели процесса очистки сборной поверхности ротора от сорных примесей в зависимости от размеров диаметра "зонтика".

8. Установлено, что при выработке пряжи на модернизированных роторах физико-механические показатели пряжи значительно улучшаются. Наилучшими показателями обладает пряжа, полученная на роторах с диаметром "зонтика" 32,5 мм, установленном на высоте 1,25 мм над плоскостью ротора. У такой пряки снижается неровнота, возрастает разрывная нагрузка и разрывное удлинение, показатель качества значительно увеличивается.

9. Установлено, что:

- распрямяенность волокон в пряже, выработанной на модернизированных роторах выше, чем распрямленность волокон с контрольных серийных роторов, причем наибольшую распрямленность имеют волокна пряжи, полученной при использовании ротора с диаметром "зонтика" 32,5 мм;

- .при использовании модернизированных роторов значительно уменьшается ворсистость пряжи за счет улучшения" процесса формирования пряжи и более качественного запряда- • ния коротких волокон.

10. В результате.проведенных наследований били определены' оптимальные' конструкционные параметры модернизирован-

-17-

¡¡ого ротора: диаметр "зонтика" - 32,5 мл и высота его установки над плоскостью ротора 1,25 мм.

11. Ь.'одзряизнроваяный ротор внедрен на хлопчато-бумад-ном комбинате "ПриБОл;кская кошуьа" г.Наволоки. Кспользова-

пря-ки. Годовой экономический эффект при внедрении .роторов с повышенный! аэродинамическим эффектом очистки от шкропыли составил 23205,25 руб. на одну пневмомеханическую прядильную машину /в ценах декабря 1991 года/.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ СДЕЛАНЫ СЛЕЩУМЦИЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я. Исследование самоочищающегося ротора пневмомеханических прядильных машин. Ива- ' ново: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции . -1 991 . -С . 19-20 .

2. Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я. Нлияние количества отложений микрошши в желобе ротора на качество пряжи//Йз- . вестия вузов. Технология текстильной промышленности.-1991.-Ы 4.106-30^.

3. Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я. Основные, тенденции в исследовании блеяния микропыли на процесс формирования и свойства пряжи в гшезмопряденни/В сб.научн.трудов "Совершенствование техники ж технологии Прядильного производства.-Иваново.-1991.-С.84-90.

4. Положительное решение на выдачу А.С. по заявке 5С29593/12, Ш! Д 01 Н 12. Устройство прядильного ротора.-

3.09.21. - Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я.

ние модернизированного ротора позволило повысить сортность

5. Перапелкина К.Е. Аэродинамические процессы, происхо -дящие в самоочищающемся ротора/ В сб. научн. трудов.- Иваново,- Комтекс,- 1993.- 0.1-30.