книги из ГПНТБ / Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие

Материалы применяемые для изготовления основных деталей дозирующих насосов

Одним из основных недостатков зубчатых насосов является их быстрый износ, особенно, при выработке химических волокон с присадкой окиси титана.

Срок службы насосов зависит в первую очередь от правиль­ ного выбора материала трущихся деталей, точности и чистоты их обработки, вида термической обработки, культуры эксплуатации

иобслуживания.

Втабл. 1 указаны материалы деталей насосов, выпускаемых отечественными заводами.

Та б л и ц а 1

К материалам насосов, предназначенных для подачи распла­ вов, предъявляют особые требования в отношении повышенной жаропрочности и износостойкости. Таким требованиям больше всего отвечают специальные инструментальные стали с большим содержанием хрома и присадкой молибдена, а также быстрорежу­ щие стали с большим содержанием вольфрама. Плитки, колеса, валики и оси из этих материалов должны быть закалены до

HRC 61—65.

240

§ 6. ФИЛЬТРЫ ДЛЯ РАСТВОРОВ И РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРА

Фильтры служат для очистки растворов и расплавов полимера от нерастворимых и нерасплавленных твердых частиц.

Для окончательной фильтрации растворов полимера приме­ няют так называемые фильтр-пальцы, которые устанавливают перед фильерой.

Рис. 166. Фильтр-палец для фильтрации растворов полимера изнутри пальца

По принципу действия фильтр-пальцы делятся на два вида: с фильтрацией раствора изнутри пальца (рис. 166), с фильтрацией раствора внутрь пальца (рис. 167).

Рис. 167. Фильтр-палец для фильтрации растворов полимера внутрь пальца

Оба вида фильтр-пальцев имеют одни и те же детали, но кон­ структивно оформлены по-разному.

В фильтр-пальцах с фильтрацией из пальца (см. рис. 166) раствор полимера, нагнетаемый дозирующим насосом, поступает в головку 1 и заполняет пространство центрального отверстия а

241

пальца 3. В теле пальца 3 имеются сквозные радиальные отвер­ стия б, а снаружи продольные пазы в.

Из центрального отверстия а раствор через радиальные ка­ налы б поступает в пазы в.

Под действием разности давлений р 2и р г раствор просачивается через фильтровальный материал 4 и заполняет пространство между корпусом 2 и пальцем 3, откуда поступает к фильере.

Палец 3 обмотан фильтрующим материалом, состоящим обычно из трех слоев: двух слоев батистовой ткани и одного слоя ваты между ними.

Иногда применяют в качестве фильтрующего материала двух­ слойную ленту, состоящую из слоя свансбоя и слоя шифона.

Палец туго обматывают двумя-тремя витками фильтровальной ленты. Чтобы лента не разматывалась, палец обвивают ниткой, а на концах перевязывают суровой ниткой или шнуром 5. Наличие продольных пазов в и острых ребер на наружной поверхности пальца позволяет раствору полимера соприкасаться почти со всей внутренней поверхностью фильтровального материала 4.

В фильтр-пальцах с фильтрацией раствора полимера внутрь пальца раствор поступает в головку 1, заполняет свободное про­ странство между корпусом 2 и пальцем 3, проходит через фильтру­ ющий материал 4, заполняет продольные пазы в, а затем через радиальные каналы б попадает в центральное отверстие а пальца 3, откуда поступает в червяк и к фильере. Преимущество таких фильтр-пальцев заключается в том, что в них исключена возможность прохождения неочищенного раствора мимо фильтру­ ющего материала. Однако при сильном загрязнении фильтру­ ющего слоя давление внутри фильтр-пальца резко увеличивается, что приводит к разрушению корпуса 2.

На практике чаще применяют фильтр-пальцы с фильтрацией из пальца, когда при засорении фильтрующего материала почти не происходит разрушение (разрыв вдоль образующей) пальца при чрезмерном увеличении давления раствора внутри пальца. Это объясняется тем, что под действием внутреннего давления р 2 фильтровальный материал раздувается и раствор свободно про­ ходит через увеличенные поры фильтра.

Материал для изготовления основных деталей фильтр-пальцев выбирают в зависимости от вязкости идавления растворов полимера.

При фильтрации растворов с малой вязкостью (вискоза), когда давление внутри фильтр-пальца не превышает 0,5— 0,6 МН/м2, в качестве конструкционного материала можно брать эбонит (твердая резина), карболит, твердый винипласт и другие пластические массы, устойчивые в щелочной среде.

При фильтрации растворов полимеров с высокой вязкостью (ацетатный, хлориновый), когда давление достигает 1,0— 1,5 МН/м2, основные детали фильтр-пальцев изготовляют из фос­ фористой бронзы, коррозионностойкой стали, так как детали из пластмасс не выдерживают больших давлений и выходят из строя.

242

Расчет основных деталей фильтр-пальца на прочность и деформацию

Корпус 2 и палец 3 фильтр-пальца можно рассматривать как тол­ стостенную цилиндрическую трубу или толстостенный стакан, так как толщина б стенки только в 2—3 раза меньше среднего радиуса Rcp стакана (труба считается толстостенной, когда от­

ношение *\ср ^ 0 , Л/ .

Расчет на прочность корпуса 2 и пальца 3 следует вести по методике С. П. Тимошенко (задача Л яме).

Расчет корпуса фильтр-пальца« Корпус 2 нагружен внутрен­ ним давлением р х. Под действием этого давления в любой точке стенки корпуса возникают нормальные напряжения, величина которых зависит от расстояния г от этой точки до оси корпуса.

Эти напряжения определяют по формулам (см. рис. 166): в радиальном направлении

r 2 ( rl ~ r 3)2 ’

в тангенциальном направлении

(г2 + г\) Р\

о, =

W - i ) '

Под действием давления раствора на донышко корпуса возни­ кает продольная (осевая) растягивающая сила

Qz = ПГІРи

которая вызывает появление в стенке корпуса осевого растягива ющего напряжения

max —

243

Так как наибольшее напряжение возникает на внутренней по­ верхности корпуса, то эквивалентное напряжение находят по формуле (при az 0)

Под действием внутреннего давления р г корпус деформируется (раздувается), в результате чего любая точка стенки корпуса

р = 0,30ч-0,40 для эбонита и карболита). При г = г4

Дг = 2р/3гі

Под действием осевой растягивающей силы Qz корпус умень­ шается в диаметре, в результате чего любая точка перемещается в радиальном направлении на величину

Расчет пальца.: Палец испытывает давление раствора полимера изнутри (р2) и снаружи (р х). При фильтрации раствора внутрь пальца наружное давление р у больше внутреннего р 2, а при филь­ трации раствора из пальца р 2 >■ р і-

Радиальное ог и тангенциальное at напряжения определяют по формулам (см. рис. 166):

(rl-r\)r>

•-244

а деформацию в радиальном направлении — по уравнению

Под действием осевой нагрузки возникает нормальное напря­ жение

при этом радиальная деформация составляет

При Рг^> Р1 общая радиальная деформация

Дгобщ = Дг + ДГі - Ar - 11 (Ра -~Pl) r ~ Ar.

При расчете на прочность следует учитывать, что палец имеет радиальные отверстия диаметром 2—3 мм и продольные ребра.

Отверстия снижают прочность пальца, а ребра увеличивают. Поэтому при практических расчетах палец можно считать сплош­ ным цилиндром с наружным радиусом г2, равным расстоянию от оси пальца до основания ребер.

Проектирование деталей фильтр-пальца

Промышленность выпускает фильтр-пальцы различных типов и размеров, зависящих от производительности насоса, пропускной способности фильтрующего материала и физико-механических свойств материала корпуса.

Длительная эксплуатация фильтр-пальцев показала, что при хорошей очистке раствора полимера от твердых примесей через каждый квадратный метр фильтрующей поверхности за одну

Конструкционный материал выбирают с учетом свойств рас­ твора полимера, давления в рабочих зонах фильтр-пальца и стой­ кости материала в щелочной среде.

Детали фильтр-пальцев изготовляют из эбонита, карболита, винипласта и других пластических масс, нержавеющей стали и фосфористой бронзы. Некоторые физико-механические свойства этих материалов приведены в табл. 2.

При проектировании фильтр-пальца необходимо знать: свойства раствора полимера, в том числе вязкость и плотность; давления р 1 и р 2 в рабочих пространствах фильтр-пальца; секундную производительность фильтр-пальца или дозиру­

ющего насоса;

245

свойства конструкционного материала; допускаемые значения qt .

Определение основных размеров пальца« Диаметр dx = 2гх

внутреннего (центрального) отверстия выбирают в зависимости от вязкости раствора полимера. Для растворов с низкой вяз­

Одно радиальное отверстие диаметром 2—3 мм в каждом про­ дольном пазу Ьдлиной около 100 мм практически почти не ослаб­ ляет палец, поэтому при расчете палец можно считать сплошным.

Глубину продольных пазов Ь (см. рис. 166) можно брать в пре­ делах 3—5 мм. Следовательно, наружный диаметр пальца в мм

dn = 2гп = 2 г 2 + 2 Ьх + (6^ -10).

'246

Длину перфорированной части пальца (участка, на котором имеются радиальные отверстия и продольные канавки) определяют по формуле

р— плотность раствора;

— количество раствора, проходящего в 1 с через 1 м2

фильтрующей поверхности.

Общая длина пальца с учетом длины перфорированной части

^общ = ^ “I- ^ 1 •

Определение основных размеров корпуса фильтр-пальца« Вну­ тренний радиус корпуса выбирают с учетом толщины Ъх фильтру­ ющего материала

г3 = г2 + Д + Ьі + (3-н5) мм,

Общая длина корпуса зависит от длины пальца; ее выбирают, исходя из конструктивных соображений.

При определении гг и г4 значения р г и р 2 следует брать макси­ мально возможными, характерными для сильного загрязнения

В рассмотренном примере толщина стенки корпуса 6 = 2 мм. По конструктивным и технологическим соображениям (наличие резьбы, крепление корпуса в патроне станка при обработке, воз­ можное засорение фильеры, ударные нагрузки при обработке и транспортировании) толщину стенки не следует брать меньше 3 мм.

При формовании нити из расплавов полимера при температуре 533—563 К фильтр-пальцы не применяют. Фильтрация расплавов

247

производится через слой, состоящий из стеклонити, кварцевого песка и металлических сеток (рис. 168). Кварцевый песок различ­ ной дисперсности располагают слоями, причем дисперсность песка

плектов. В теле цилиндра имеются каналы, соединяющие камеры нагнетания дозирующих насосов с надфильерными пространст­ вами. Большая масса головки способствует поддержанию посто­ янной температуры расплава на всем его пути от насоса до вы­ хода из фильеры, причем с увеличением длины цилиндра темпе­ ратура расплава распределяется более равномерно.

§ 7. ФИЛЬЕРЫ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ РАСТВОРОВ И РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРА

Фильеры служат для разделения общего потока раствора или расплава полимера на отдельные струйки, из которых затем фор­ муются волокна.

Фильера для формования химических волокон из растворов представляет собой тонкостенный колпачок (чашечку) с плоским или сферическим дном, в котором имеются отверстия для выхода раствора полимера.

Число отверстий зависит от способа производства химического волокна и колеблется в пределах от 1 до 60 000. Ниже указаны числа отверстий в донышке фильер, предназначенных для формо­ вания различных волокон:

248

Фильеры для формования химических волокон из расплавов изготовляют в виде тонких круглых, сегментных и прямоугольных пластин с числом отверстий от 1 до 280.

Отверстия в фильерах располагают по концентрическим окруж­ ностям, крестообразно группами, секторами или в шахматном порядке.

Фильеры для формования химических волокон из растворов

В настоящее время фильеры для растворов изготовляют двух видов: чашеобразные (ФЧ) и сферические (ФСф). По конструктив­ ному оформлению чашеобразные фильеры имеют пять исполнений,

Исполнение t

а сферические — два. Каждое исполнение отличается формой и расположением отверстий в дне (рис. 169, 170).

Висполнении II (рис. 170, а) круглые отверстия располагают

вдне фильеры в секторах по концентрическим окружностям, при­ чем раззенковка отверстий может быть конической (исполнение I, рис. 169) и сферической (исполнение II, рис. 169). Фильеры исполнения III (рис. 170, б) и II (рис. 170, а) отличаются только количеством секторов и числом отверстий. -

Фильеры исполнения IV и I различаются только формой от­ верстий. Вместо круглых отверстий — щели е с размерами I и b

(рис. 170, в).

249