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

ИВАНОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЛ1ЕНИ ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ имена М. В. ФРУНЗЕ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ПЕРЕПЕЛКИ НА Каринэ Евгеньевна

СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТА ВЫДЕЛЕНИЯ МИКРОПЫЛИ В ПРЯДИЛЬНОМ РОТОРЕ

Иваносо 1993

Работа выполнена в Ивановском ордена Трудового Крас-■ного Знамени текстпльном институте им. А1. В. Фрунзе.

Научный руководитель —

кандидат технических наук, доцент Е. Я- Пигалев. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. Д. Фролов, кандидат технических наук, ст. н. с. Ю. П. Лебедев. Ведущее предприятие — Акционерное общество «Навтекс».

Защита состоится « РР. » . .¿М^^^ . . . 1993 г.

в .«г.""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 « » . . , . 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Н. А. КУЛ ИДА

А. II НОТАЦИЯ

Актуальность т е м ы. Б современный период нестабильность экономики, разлада межреспубликанских и межотраслевых связей перед хлопчато-букажхш- ' ми предприятиями страны стоят сложные задачи выпуска качественной конкурентоспособной продукции. Эти задачи могут быть решены при использовании научных достижений, техническом перевооружении, модернизации оборудования, внедрении новых высокопроизводительных технологии и средств комплексной механизации л автоматизации производства.

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

Совершенствование пневмомеханических прядильных машин идет в направлении повыиёния 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 проте -

кать нормально при частоте вращения прядильных роторов .1

до 100000 мин; . Одним из основных препятствии к осущссг-

влению огого является забивание сборной поверхности -рог-торов микропылыо. Отложения, скапливающиеся в желобе рогора, ухудшают технологический процесс, приводя к увеличению яеровноты пряха, повышению обрывности, появлению муарового ¡эффекта на ткани ч.снижению разрывной нагрузки пря*и по мере накопления отложений.

Кроме того, необходимость периодической чистки

сборной поверхности роторов снижает коэффициент полезно)

. го времени машин, увеличивает затраты на их обслужква иле. и требует или применения ручного труда, или дорогостояще:! аьтоыатики. . •

Ксе перечисленные трудности прогрессируют с ростом частоты вращения роторов, существенно снижая общую эф- . фективность процесса прядения.

Анализируя состав и структуру микропыли, способы попадания ее в плоскость рогора, очистительную споообг ность современных приготовительных машин, существующие конструкции и запатентованные разработки прядильных роторов, било выяснено, что проблема отлокения мжропыли на сборной поверхности ротора остается нерешенной. В связи с этим, актуальной научной задачей является со- вершенстволанке технологии пневмомеханического прядения, а в частности, модернизации прядильных роторов, с целью стабилизации технологического процесса прядения, повышения качества пряжи и улучшений условий труда. .

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является:

1. Разработка, изготовление и испытание в производственных условиях предложенного нами 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 пряки.

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 аяализа полученных ре -зультатов.

Эффективность очистки сборной поверхности прядильного ротора от микропылл определялась методами, разработанными ЦНХБИ. • • "

Результаты экспериментов обрабатывались на ЭВМ. •

Научная но. ввзна.В диссертационной работе впервые:

- проведены исследования различных вариантов прядильного ротора с повшеннш аэродинамическим эффектом очистки от микропыли;

- получена математическая модель процесса очистки сборной поверхности ротора от сорных примесей в зависимости', 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 микропыли в серийном прядильном роторе;

- создана программа для расчета траекторий движения частиц микропыли в области прядильного серийного рбтора;

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."Приволкскдя коммуна". Технологические испытания показали, что при внедрении модернизированного 'ротора улучшаются качественные показатели пряжи, повшяа-

ется ее сорт.

' . Экономический эффект от внедрения модернизированного ро"" ")ра на хлопчато-бумажном комбинате "Приволжская комму. на" г. Наволоки составил 2320^25 руб. на одну пневмомеханическую прядильную машину /в ценах декабря 19Э1 г.'/-

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

- на Итоговых научных конференциях ШИШ - г.Куя, 1988-1990 гг. .

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в технике и технологии текстильного производства" - Ива -ното, 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 теКс-. та и содержит 41 рисунок, 10 таблиц, список использованной литературы /из 112 наименований/ на 9 страницах и

приложения нд 28 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе приводятся результаты научно-исследовательских, работ' по проблеме отлокениЛ микропшш на сборной поверхности ротора пневмомеханических прядильнкх-машин и влияние мшсропшш на процесс прядения и качество' пряжи.'Рассматриваются вопросы влияния засоренности полуфабриката на количество отложений в желобе ротора, приводится структурный анализ микропыли,- исследуется механизм образования отложений на сборной поверхности ротора, а также дается обзор техники и техно -логии процесса очистки желоба ротора пневмомеханических прядильных машин в СНГ к за рубежом.

Оозор литературы позволил сделать следующие выводы: 1. Анализируя работы ряда авторов можно сделать вы-• вод о. том, что на современных приготовительных машинах практически невозможно выделить мельчайшую пыль. Кроме того,-сырье для пневмопрядения не должно содержать более 5% сорных примесей.

. 2. Микропвдь в желоб ротора попадает двумя принципиально райншш путями: с мычкоЕ и с потоком воздуха, по-, этому количество сорных примесей в прядильной камере за- -С- ■

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 глашия.

4. Большинство научных разработок и изобретений по очистке прядильного ротора выполнены в варианте обязательного прерывания процесса прядения iura создания дополнительных воздушных потоков, которые отрицательно влияют на технологический процесс. Часть вариантов обеспечивают само-очисгку прядильного рогора центробежной силой, образующейся за счет щелей. lío в этих случаях ухудшается распрямлен-ность п 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 млкрсшыли 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 пен~

шшщионяыии каналами и образованию ядра разрежения, что •способствует формированию воздушного потока, производящего транспортировку волокон в ротор. Емосте с волокном в прядильный ротор потоком заносятся сорные примеси. Поток направляется'на наклонную стенку, которая принимает на се-' бя осхгавную массу волокон и-сорных примесей. В силу того, что волокно не является твердым телом, оно не отражается от наклонной стенки и под воздействием центробежной силы стаскивается но ней в желоб, где производится формирование . волокнистого клина. Другая часть волокон, не коснувшись наклонной стенки 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.

Ооратная картина происходит с сорными примесями, которые воздушным потоком также направляются на наклонную 'стенку, отражаются от нее, гак как представляют твердое тело, попадают под действие всасывающего факела и выбрасываются через вентиляционные каналы из плоскости ротора. "При установке диска в область ротора изменяется угол за - -кручивания воздушного потока, что создает условия для отвода мелких частиц микропыли вместе с воздухом. Кроме того, в модернизированном роторе уменьшается застойная зона, не продуваемая воздухом и.частицы микропыли, попавшие в эту зону захватываются воздушным потоком и выносятся из области ротора вместе с ним.

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

Проведен расчет траектории движения частицы микропыли в зоне серийного прядильного ротора, в результате которого получены уравнения динамики сорной частицы в ци- . линдрической системе координат , которые имеют

вид • г .

г : г У - ^ЯГ^СЦ,^ (г - иа) /т ;

V - 1'2г? ~ й^'Сх^стнЛм^ (гЧ~ Уа)/т1/г ;

к = - О^СкШо^ (Лти (к-\М,)/т 1 где Уот11 = [(г-Ыа)2* (г\/0)2 а (г- и/0)*]

^¡у - плотность воздуха; С* - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы;

- площадь мяделева сечения частицы г ц„ Уо - проекции скорости воздуха на оси цилиндрической 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 < ^ < {?п неизменна и сохраняет

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

нулевого значения при%=&.

'График изменил расхода воздуха под диском в зависимости от относительно радиуса диска

■ I '

Л

" Рис. 1. .

Приближенное значение расхода воздуха в камере при различных значениях радиуса диска в диапазоне изменения 1 от ^п до находится по зависимости

/ . 1 (Л - '

' • (сГ-;/)'5 ' •

где с: & = -

радиус диска,

- радиус ротора,

радиус, вдоль которого расположены вентиляционные ' - каналы, •

- координата частицы сорной примеси.

Проведен .расчзт скорости воздуха в модернизированном роторе, в результате которого получены следующие зависимости: . . - на участке 0<сР<сРп

- на участке сР?сГп/рис. 2/

График зависимости скорости воздуха от относительного радиуса диска.

Учитывая, что аэродинамическая сила, действующая на частицу микропылн, пропорциональна кгадрату скорости воздуха и рассматривая движение во вращающейся системе координат с угловой скоростью, равной скорости вращения роуора, можно считать, что при увеличении скорости сила, иапррленная к всасывающему отверстию возрастет.

Анализируя график /рис, 2/ удалось установить, что существует область максимальных скоростей, при которых аэродинамическая сила, действующая на частицу мпкропшга и направленная к всасывающему отверстию, так ко будет максимальной. Таким образом было доказано существование оптимальных диаметров дисков, при которых имеют место наилучшие условия для вывода частиц микропыли из плоскости ротора через вентиляционные отверстия. .

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

Исследовалась работа шдзрнкзированшпс роторов с диаметрами дисков: 23; 23; 27,5; 29; 32,5; 36; 37,5; 41 мм, каздый из которых устанавливался на 5 уровне!! еысоги над плоскостью ротора: 1; 1,1; 1,25; 1,4; 1,5 мл. Г;о дгнпым эксперимента строились кривые отложения микпопылп, исследуя которые на стадии предварительного эксперимента удалось установить оптимальную обн ласть процесса. На рис. 3 представлзны кривые отложения микро-пнлп для ксследуег.-ех диаметров дисков при высоте их установки 1,25 мм.

Кривые отношения микропшш 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

I • ■

5 - роторы с диаметром "аог.тика" 36 мм

6 - роторы с диаметром "зонтика" 2G юл

1 - роторы о диаметром "зонтика" 27,5 №

8 - роторы с диаметром "зонтика" 23 им

■ 9 - роторы с диаметром "зонтика" 41 км 10 - роторы с диаметром "зонтика" 32,5 ш

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

Для определения оптимальных конструкционных параметров быта выбрана оптимальная матрица рототабсльного центрального композиционного эксперимента. В качестве параметра оптш.:иза-ции 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 микропшш:

У= 132Г ог-о.ичшх -t-з, 2Sглзкг~ а 0307221 По полученному уравнению математической модели процесса построены поверхность отклика и линии равного уровня, алали-■зируя которые определены оптимальные параметры модернисиро-ваяного ротора, при которых достигается максимальный э&фекг очистки прядильного ротора, что подтверждает теоретические исследования. Зто ротор с диаметром диска 32,5 мм и высотой его установки над плоскостью вентиляционных отверстий 1,25мы Четверта.я глава 'посвящена исследованию влияния параметров установки диска в плоскости ротора.на структуру и свойства лряхп.

В таблице представлени^физико-кЬхгшические показатели пряжи ддя иселодуемых вариантов модернизированных роторов

-13-

¡i серийных контрольных роторов. Анализируя таблицу вадно,что ' пркжа, выработанная на модернизированных роторах, по всем своим показателям превосходит пркяу, полученную на контроль-Ш!Х роторах.

Таблица

С-изик.о-ме/.анические показатели пряжи

телй3а~ Диаметры "зонтиков", мм ' Треб.

качест- ные ГОСТ

ва 23 26 27,5 29 32,5 35 37,5 39 41 роторы

JímieiiH. • ■ IJIOTH.

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

Коттка

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

5актич. разрыв/!, нагрузка, 472 353 468 460 510 484 482 478 442 482

Относит, разрывы.

яагруз- ■ v.

ка, 9,8 8,6 9,6 9,6 9,9 9,8 9,6.9,7 .9,1 9,0 0,5

Разрыли.

удлине- • ' •

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

Относит^ разрывн.

удане- , .

пив, i 8,6 5,9 8,4 7,8 8,9 8,4 8,4 8,2 8,6 6,9 .

Коэ!фЕЦ. вариа- ' * *

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

Показатель ка-'

'чества, 0.? о,8 '1,09. 1,07 1,2 1,0 0,91 1,03 0,88 0,64 0,55

'Средняя "

квадрат. . .

норов- • ' •

нота,? 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, неровном уменьшается, показатель качества значительно возрастает. Наилучшими физлко-мехшшческями показателями обладает пряжа, выработанная на роторе с дйаметром диска 32,5 мм и высотой его установки над плоскостью ротора 1,25 мл.

Проведены исследования влияния размеров диаметра диска на распряглешюсть волокон в пряже, которые позволили установить, что распряшенность волокон в пряже, выработанной на. модернизированных роторах вше, чем тот ке показатель 'пряжи с серийных контрольных роторов, причем наибольший коэффициент распрямленности имеют волокна, полученные при использовании ротора с диаметром диска 32,5 ш.

Исследоватось влияние размеров диаметра диска на ворсистость пряжи. Установлено, что лряка, полученная на модернизированных роторах более гладкая, чем пряжа, выработанная на серийных контрольных роторах, причем ворсистость пряжи уменьшается с увеличением диаметра диска.

Пятая глава посвящена анализу производственных испытаний модернизированных ротороэ.

В процессе исследований выявлено, что внедрение модернизированных роторов с диаметром диска 32,5 дат позволило значительно улучшить качественные показатели прята, уменьшить обрывность, увеличить коэффициент запрядки, снизить засоренность пряжи, повысить сорт пряжи.

. Экономический эффект от изменения сортности пряжи составил 23205,25'руб. на одну пневмомеханическую прядильщто машину в год /в ценах декабря 1991 г./ .

• . -15- '

ОБЩИЕ ВЫВОДИ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В работе проведен обзор литературных источников,показавший, что накопление сорных примесей.на сборной поверхности прядильного ротора способно вызвать периодическую не-ровногу пряжи, снижение разрывной нагрузки и разрывного удлинения. Шкропыль 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 шкропыяи для производства пряхи на пневмомеханических прядильных машинах.

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

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

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

. -1С-

6.тОпределено, что использование модернизированного ротора позволяет значительно снизить количество отложений микропшш на сборной поверхности, причем при оптимальном диаметре "зонтика" - 32,5 мм количество мик'ропыли 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 мы над плоскостью ротора. У такой пряжи снижается неровнота, возрастает разрывная нагрузка и разрывное удлинение, показатель качества значительно увеличивается.

9. Установлено, что:

- распрямленность волокон в лряке, 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 прязхй за счет улучшения' процесса формирования пряжи и более качественного запряда- -яия коротких волокон.

10. В результате .проведенных иослрдоваша» были определены' оптимальные'конструкционные параметры модернизирован-

-17-

«ого ротора: дпаг.;этр "зонтика" - 32,5 юл и высота его установки над плоскостью ротора 1,25 мм.

11. Модернизированный ротор внедрен на хлопчато-бумах-ном комбинате "Привоххская коммуна" г.Иаволоки. Использование модернизированного ротора позволило повысить сортность пряжи. ГодовоГ; эконог.шческий эффект при внедрении .роторов с повышенным о.эродлнашческим эффектом очистки от шкропыли составил 23205^25 руб. на одну пневмомеханическую пряциль-путо ыалшку /в ценах декабря 1991 года/.

ПО ГШ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ СДЕЛАНЫ СВДУЩИЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я. Исследование самоочищающегося ротора пневмомеханических прядильных машин. Ива-. ' ново: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции .-19 91.-С.19-20.

2. Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я. Влияние количества отложений микропыпп. в желобе ротора на качество прязш//Кз- . вестия вузов. Технология текстильной промышленности.-1991.-//4.-С. 106-10^.

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

4. Положительное решение на выдачу A.C. по заявке

К' 5С29593/12, РЖИ Д 01 Н 12. Устройство прядильного ротора.-3.09.21. - Перепелкина К.Е., Пигалев Е.Я.

5. Лерапелкияа К.Е. Аэродинамические процессы, происходящие в самоочищающемся роторе/ В сб. научн. трудов.-- Иваново,- Коытекс.- 1993.- С.1-30.