Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Оборудование и ПО


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Оборудование и ПО/Инфракрасные излучатели для сушки нетканых материалов

Инфракрасные излучатели для сушки нетканых материалов

28 августа 2002
Технический текстиль №4, 2002

Завалищева Татьяна Викторовна

Процесс сушки входит составной частью в самые различные технологии производства нетканых материалов. Любой способ их получения с использованием связующего предполагает проведение этой операции. Применяемое для сушки оборудование, как правило,  отличается максимальными габаритами и энергоемкостью. Обычно применяют или контактную сушку (на нагретой до нужной температуры поверхности) или конвективную сушку (с помощью нагретого воздуха). Реже используют нагрев с помощью ИК-излучения, хотя эффективность этого способа во многих случаях гораздо выше. Это можно объяснить несколькими причинами, одна из которых - сложность создания равномерного поля облучения.

Дело в том, что наиболее часто для этой цели используют ИК-излучатели (рис. 1) цилиндрической формы 1, у которых длина значительно превышает диаметр. Такие излучатели создают расходящийся поток, интенсивность которого убывает с ростом расстояния от поверхности излучателя, а значит, интенсивность на поверхности плоского материала будет не одинакова во всех точках. Для более эффективного использования энергии дополнительно применяют отражатели параболической формы 2, в фокусе f которых устанавливают излучатель. Поток излучения в этом случае параллелен оси отражателя Y, т.е. ослабляется весьма незначительно  по мере удаления вдоль оси, однако в направлении, перпендикулярном оси отражателя  X интенсивность быстро убывает. 

Величина интенсивности прямого потока ИК-излучения непосредственно от излучателя в зависимости от координаты X описывается выражением (1)

где W - мощность цилиндрического излучателя, Вт; l - длина излучателя; h - высота расположения излучателя.   

Графически эта зависимость представлена на рис. 2 (кривая 1). Следует обратить внимание на то, что все кривые на этом графике симметричны относительно оси Y, и поэтому представлена только их половина. Кроме того, все графические зависимости нормированы на значение интенсивности на расстоянии 0,15 м  от излучателя без отражателя. Это упрощает восприятие результатов - числовые значения на оси Y означают, во сколько раз интенсивность теплового излучения в данной точке отличается от нормировочного значения.

Вторая составляющая интенсивности - интенсивность теплового потока от отражателя (без учета коэффициента отражения) - определяется выражением (2)

где f - расстояние точки фокуса от основания отражателя. Графический вид этой зависимости также представлен на рис. 2 (кривая 2, Y = 8).

Таким образом, обе составляющих интенсивности сильно зависят от координаты X. Это ведет к тому, что для обеспечения равномерного поля облучения необходимо использовать большое количество ламп при достаточно большой высоте их расположения, что, естественно, крайне неэкономично. Особенно существенное значение это имеет для сушки штучных изделий, т.к. из-за неравномерности либо отдельные места будут не досушены (низкая прочность), либо пересушены (деструкция полимера). 

В производстве рулонных материалов это играет меньшую роль, поскольку излучатели располагают таким образом, чтобы по ширине материала поле облучения было достаточно постоянным, а по направлению движения материала допускается периодическое изменение уровня интенсивности - это позволяет достаточно равномерно высушивать материал. Однако и в этом случае равномерное поле облучения позволило бы получать значительно более качественные результаты.

Для его обеспечения мы предложили иной вариант использования параболических отражателей. Если лампа находится в фокусе f параболического отражателя, то интенсивность ИК-излучения как от лампы, так и от отражателя снижается при удалении от оси отражателя (рис. 1) (1, 2). Если же лампу сместить из точки фокуса  к основанию отражателя, то получают расходящийся поток излучения, и вместо одного максимума интенсивности от отражателя в центре, появляются два симметричных максимума. На рис. 2 показан один такой максимум - справа от оси Y ввиду симметрии кривой - X = 5; 6. Такое распределение интенсивности излучения было сначала получено экспериментально, а затем обосновано теоретически.

Экспериментальные результаты были получены на лабораторном стенде. Методика определения интенсивности ИК-излучения заключается в том, что значения интенсивности пропорциональны скорости роста температуры, которую измеряли в плоскости расположения высушиваемого материала в различных точках от центра до края отражателя. Скорость роста температуры оценивали по тангенсу угла наклона кривой температуры Т (0С) от времени t (с) на начальном линейном участке.

Для сравнения результатов эксперимента с расчетом проводили нормировку в каждой точке на соответствующее значение. В расчетах - на значение интенсивности ИК-излучения от цилиндрической лампы мощностью 1 кВт на расстоянии 15 см при прямом падении потока излучения без использования отражателя. В эксперименте - на реальное значение скорости роста температуры при таких же условиях.

Для предложенного варианта разработана математическая модель и программа, позволяющая рассчитать интенсивность ИК-излучения в плоскости  XY для смещенного положения ИК-лампы относительно точки фокуса f.

Таким образом, получено распределение нормированной интенсивности ИК-излучения от отражателя (рис. 2) и (здесь же) - распределение интенсивности непосредственно от лампы. Местоположение ИК-лампы изменялось от 5 до 8 см, причем последняя точка соответствует положению лампы в фокусе. Из графиков видно, что по мере смещения лампы от фокуса максимум интенсивности смещается от оси отражателя и значение интенсивности растет. Таким образом, уменьшение интенсивности излучения непосредственно от лампы можно компенсировать ростом интенсивности от отражателя на определенном промежутке. Суммируя излучение от лампы и отражателя, можно попытаться выровнять интенсивность облучения на поверхности материала.

Из распределения такой суммарной интенсивности ИК-излучения от лампы и отражателя (рис. 3) видно, что наилучшей равномерности поля облучения можно достичь при размещении лампы в точке Y = 6 см при фокусном расстоянии f = 8 см. При этом поле равномерного облучения составит около 24 см.

Ширину зоны равномерного облучения можно регулировать формой отражателя. Форму параболы определяет ее фокусное расстояние. На рис. 4 показано, как меняется ширина зоны сравнительно равномерного поля облучения для различных значений фокусного расстояния. Полученные зависимости показывают, что с увеличением фокусного расстояния зона равномерной интенсивности облучения расширяется. Отражателем с фокусным расстоянием 14 см можно охватить зону почти в 50 см. При этом отклонение величины интенсивности от среднего значения не будет превышать 6-8% по всей зоне. Конечно, среднее значение интенсивности теплового излучения и равномерность будут снижаться по мере роста фокусного расстояния.

Предложенный вариант использования параболических отражателей позволяет обеспечить значительно более высокую равномерность сушки при достаточно высокой интенсивности излучения, причем оптимизация параметров такой установки технически достаточно проста.

Сравнение данных эксперимента с расчетными значениями интенсивности ИК-излучения по ширине материала показало достаточно хорошее совпадение результатов: ширина поля равномерного облучения совпадает с расчетной с точностью примерно 10%, скорость спада интенсивности на краю зоны практически совпадает, расчетная величина интенсивности во всей области незначительно отличается от экспериментальных значений. Все это позволяет считать предложенный способ обеспечения равномерности поля ИК-облучения при сушке любых плоских материалов достаточно интересным для многих практических случаев.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ