Способ аэродинамического текстурирования, текстурирующее сопло, головка сопла

 

Предлагается способ аэродинамического текстурирования пряжи с помощью текстурирующего сопла, при котором повышают натяжение пряжи при производственной скорости выше 400 м/мин и оптимизируют отношение натяжения нити к скорости подачи пряжи за счет ускорения струи обдувающего воздуха в ускорительном канале до скорости более 2 М. Натяжение пряжи при этом поддерживают, по существу, постоянным в большом диапазоне производственных скоростей. Для осуществления предлагаемого способа аэродинамического текстурирования пряжи текстурирующее сопло снабжено сердечником, в котором эффективный для ускорения струи обдувающего воздуха участок ускорительного канала, примыкающий к зоне отверстий для сжатого воздуха, выполнен как сверхзвуковой канал и имеет длину, более чем в 1,5 раза превышающую диаметр начального участка ускорительного канала, причем общий угол раскрытия составляет 10^o<₂<40. 3 с. и 17 з.п.ф-лы, 1 табл., 14 ил.

Изобретение относится к способу аэродинамического текстурирования пряжи с помощью текстурирующего сопла со сквозным каналом для пряжи, на одном конце которого подводят пряжу и на другом конце снимают как текстурированную пряжу, при этом в среднем участке в канал для пряжи подают сжатый воздух с давлением подачи более четырех бар и в расширяющемся ускорительном канале ускоряют поток обдувающего воздуха до сверхзвуковой скорости. Кроме того, изобретение относится к текстурирующему соплу, к головке сопла, содержащей сквозной, имеющий подвод сжатого воздуха канал для пряжи, на одной стороне которого имеется возможность подвода пряжи, а на другой стороне имеется возможность выполнения текстурирования.

В технике текстурирования с помощью обдувающего воздуха широко распространены два типа текстурирующих сопел. Их можно различать по виду подвода сжатого воздуха в канал для пряжи. Одно сопло представляет собой сопло для текстурирования с помощью обдувающего воздуха, выполненное по радиальному принципу. При этом сжатый воздух подводят через один или несколько, преимущественно радиально расположенных воздушных каналов, например, согласно EP-PS N 88 254. Текстурирующие сопла, выполненные по радиальному принципу, применяют прежде всего для пряжи, которая требует скорее более низкой опережающей подачи менее 100%. В особых случаях, при так называемой фасонной пряже может кратковременно допускаться опережающая подача до 200%. Второй тип основан на аксиальном принципе. Здесь сжатый воздух подводят через аксиально направленные каналы в расширенную камеру канала для пряжи. Такое решение показано в EP-PS N 441 925. Текстурирующие сопла, выполненные по аксиальному принципу, успешно применяют прежде всего при очень высоком опережении подачи до 300%, частично даже до 500%. Оба соответствующих практических решения отличаются в особенности также выполнением отверстия сопла в области выхода сопла. Решение согласно EP-PS N 441 925 предлагает перед выходным концом отверстие сопла, соответствующее соплу Лаваля. Сопло Лаваля характеризуется очень малым углом раскрыва, равного 8^o, максимально до 10^o. Если угол раскрыва равен или меньше так называемого идеального угла Лаваля, то можно повышать скорость воздуха в раскрыве сопла безударно свыше скорости звука при условии, что давление воздуха в самом узком месте сопла Лаваля превышает критическое соотношение давлений. Уже Лаваль открыл, что при уменьшении давления воздуха даже в идеальном сопле пограничная зона увеличения скорости смещается внутрь сопла. Может образовываться ударный фронт с известными скачками уплотнения. В большинстве специальных областей технической аэродинамики по возможности предотвращают появление скачков уплотнения. Процесс текстурирования является более сложным, поскольку требуется не только сверхзвуковой поток газа, но и одновременно пропускают через сопло пряжу и обрабатывают ее ударным фронтом. Для компенсации всех потерь в потоке при текстурировании с помощью обдувающего воздуха работают при давлении воздуха свыше 4 бар, в большинстве случаев свыше 6 бар. Теоретически максимальная скорость воздуха (при температуре 20^oC, стремящемся к бесконечности предварительном давлении и идеальном угле Лаваля менее 10^o) составляет около 770 м/сек. В действительности максимально возможная скорость воздуха при 12 бар составляет от 500 до 550 м/сек, т.е. менее 2 Max. В этой связи делается ссылка на научные исследования, опубликованные в "Chemiefasern/Textilindustrie", май 1981. Согласно наиболее распространенному мнению специалистов процесс текстурирования как таковой объясняется действием уплотнительных скачков, которые представляют собой феномен сверхзвукового потока. Пряжа, текстурированная с помощью текстурирующего сопла с идеальным углом Лаваля, равного максимально 10^o, долгое время считалась мерилом качества. На основе этого заданного качества можно было искать новые формы сопла. Заявителю удалось согласно EP-PS N 88 254 действительно разработать альтернативную форму сопла с фанфарообразным устьем сопла, так называемое сопло Гемаджет. На первый взгляд кажется, что фанфарная форма находится вне законов Лаваля. Второе исследование (смотри International Textil-Bulletin Garnherstellung 3/83) показало, что с помощью фанфарной формы также создается сверхзвуковой поток, при этом максимальные скорости потока составляют около 400 м/сек. Кроме того, практика облагораживания пряжи показала, что в особых областях применения фанфарная форма является предпочтительной. Сопло Гемаджет основывается на выпукло изогнутом выходном отверстии, которое можно описать одним простым радиусом. Если проверить расширение, непосредственно примыкающее к наиболее узкому месту, то оказывается, что оно сначала на совсем коротком отрезке находится в области идеального угла раскрыва Лаваля. Это является основной причиной того, что оба типа сопел дают частично аналогичные результаты текстурирования. Оба типа проявили себя при различных применениях как стандартные сопла.

GB-PS 839 493 предлагает совершенно особую конструкцию сопла с по меньшей мере двумя трубными насадками. При этом первая насадка имеет несколько меньший диаметр, чем внутренний диаметр второй насадки, так что между двумя трубными насадками образуется входной зазор для сжатого воздуха. Вторая трубная насадка доходит до расширяющегося входа. За счет этого на переходе между второй трубной насадкой и расширяющимся выходом создается резкое расширение поперечного сечения, что препятствует образованию сверхзвукового потока. Сверхзвуковая скорость в этом месте вызывала бы непрерывный поток. Используемое давление около 2 бар является очень низким и дополнительно ставит под вопрос достижение сверхзвукового потока.

Хотя текстурирующие сопла, выполненные по радиальному принципу, особенно при низких опережениях подачи, превосходят текстурирующие сопла, выполненные по аксиальному принципу, упомянутая статья показывает, что натяжение нити при радиальном принципе при увеличивающемся опережении подачи сильно уменьшается. Следующим из практики фактом является то, что натяжение пряжи непосредственно после текстурирующего сопла является показателем качества текстурирования. Хорошее сравнение качества (более высокие/более низкие значения) облегчаются, если проводить сравнения различий производственной скорости, составляющих по меньшей мере 50 м/мин, а лучше 100 м/мин. Под качеством можно понимать все возможные критерии качества пряжи. Сюда входят также условия производства, которые нельзя непосредственно измерить как критерии качества текстурированного продукта, которые, однако, следует практически учитывать. Например, сильная или слабая тряска входящих нитей является критерием, соответственно, величиной, которая не должна превышать определенное значение. Для непосредственного измерительного сравнения в соответствии с идеей изобретения выбирается, предпочтительно, сила растяжения пряжи после текстурирования (в сН или в среднем сН), а также процентное отклонение мгновенного значения силы растяжения (сигма %). Обе величины можно измерять по отдельности или как общую величину (величину AT). При этом делается ссылка на принцип измерения и оценки ATQ заявителя, разработанный совместно с фирмой Ретех АГ, Швейцария. Скорости пряжи ниже 400 м/мин в настоящее время не составляют никаких трудностей. В отдельных случаях практического применения при скоростях пряжи от 400 до 600 м/мин еще достигается качественно приемлемое текстурирование. Однако, при дальнейшем увеличении скорости пряжи свыше 600 м/мин становится заметным снижение качества. Это проявляется, например, в том, что без объяснимой причины в текстурированной пряже отдельные петли выступают сильнее. Известные текстурирующие сопла можно использовать только при производственной скорости менее 400 м/мин, в особенности для компактной пряжи, когда от текстурирования требуется высочайшее качество. Под производственной скоростью понимается скорость отвода пряжи из текстурирующего сопла. Поэтому при текстурировании в отношении производственной скорости различают наряду с качественным пределом еще абсолютный предел текстурирования, при котором текстурирование, например, из-за слишком сильной тряски прерывается.

В основе изобретения лежит задача либо повысить качество текстурирования при заданной скорости, либо увеличить производственную скорость до диапазона от 400 до 900 м/мин и более, и даже при высоких производственных скоростях обеспечить одинаково высокое, или по меньшей мере приблизительно столь же высокое качество, как и при более низких производственных скоростях, соответственно, скоростях подачи пряжи. Другой частичный аспект задачи состоит в том, чтобы усовершенствовать существующие установки с минимальными затратами как в отношении качества, так и/или производительности.

При способе аэродинамического текстурирования пряжи с помощью текстурирующего сопла со сквозным каналом для пряжи, к одному концу которого подводят пряжу и снимают на другом конце как текстурированную пряжу, при этом в среднюю часть канала для пряжи подводят сжатый воздух и ускоряют струю обдувающего воздуха в расширяющемся ускорительном канале до сверхзвуковой скорости, поставленная задача решается согласно изобретению тем, что сжатый воздух подводят в канал для пряжи с давлением подачи более 4 бар, при этом повышают натяжение пряжи при производственной скорости свыше 400 м/мин и оптимизируют отношение натяжения пряжи к скорости пряжи за счет того, что ускоряют струю обдувающего воздуха в ускорительном канале до скорости, при которой число Маха более 2, причем натяжение пряжи, соответствующее заданному качеству пряжи, остается, по существу, постоянным в большом диапазоне производственных скоростей.

При заданном давлении (P) подачи сжатого воздуха между 6 и 14 бар и более натяжение пряжи, остается, по существу, постоянным в диапазоне производственных скоростей от 400 до 700 м/мин.

Сжатый воздух ускоряют в ускорительном канале на длине, превышающей по меньшей мере в 1,5 раза, предпочтительно, более чем в 2 раза наиболее узкий диаметр (d), причем соотношение выходного и входного поперечных сечений соответствующего участка канала составляет более 2.

Общий угол раскрытия (₂) струи обдувающего воздуха составляет более 10^o, соответственно, больше идеального угла Лаваля, предпочтительно, 12 - 30^o, особенно предпочтительно, 15 - 25^o.

Ускорение обдувающего воздуха в ускорительном канале происходит на сверхзвуковом участке непрерывно или с нарастанием, или соответственно, прерывисто или с различными ускорениями и/или с участками, на которых ускорение равно нулю.

Обдувающий воздух с места подачи в канал для пряжи подают непосредственно в аксиальном направлении с по существу постоянной скоростью вплоть до ускорительного канала, причем сжатый воздух подают в канал для пряжи через несколько отверстий, предпочтительно, через три отверстия, так что сжатый воздух вдувается под углом () с транспортирующей составляющей в направлении ускорительного канала.

Струя обдувающего воздуха после ускорительного канала без отклонения проходит через сильно расширяющийся участок-пространство текстурирования.

Вводят одну или несколько нитей пряжи с одинаковым или различным опережением подачи и текстурируют с производственной скоростью от 400 до 1500 м/мин или более, предпочтительно, от 500 до 1200 м/мин.

Струю сжатого воздуха ускоряют в сверхзвуковом канале до числа Маха, равного 2,0-6, предпочтительно, до М = 2, 5 - 4.

Выходной конец канала (4) для пряжи ограничивает отражающим телом так, что текстурированную пряжу отводят через щель (Sp1) по существу под прямым углом к оси канала для пряжи.

Задача усовершенствования существующих установок для аэродинамического текстурирования пряжи решается за счет того, что в текстурирующем сопле, содержащем сердечник сопла со сквозным каналом для пряжи, выполненным с возможностью введения с одной стороны пряжи и снятия с другого его конца текстурированной пряжи с расположенным со стороны выхода ускорительным каналом, имеющим эффективный для ускорения участок после отверстий для сжатого воздуха в канале для пряжи, выполненный в виде непрерывного сверхзвукового канала, согласно изобретению сверхзвуковой канал имеет длину (l₂), превышающую более чем в 1,5 раза диаметр (d) в начале ускорительного канала и общий угол раскрытия (₂) более 10 и менее 40^o.

Эффективный угол (₂) расширения ускорительного канала составляет, предпочтительно, 12 - 30^o, особенно предпочтительно 15 - 25^o.

Ускорительный канал имеет по меньшей мере одну область расширения поперечного сечения 1:2,0 или более и общий угол (₂) раскрытия более 10^o.

Ускорительный канал выполнен коническим и переходит, предпочтительно, в значительно сильнее расширяющееся фанфарообразное устье.

Длина (l₂) ускорительного канала по меньшей мере в 2 раза, предпочтительно, в 3 - 15 раз, особенно предпочтительно, в 4 - 12 раз превышает диаметр (d) канала для пряжи в начале ускорительного канала.

Входная область ускорительного канала является цилиндрической или по существу цилиндрической (VO), и выходная область является сильно расширенной, однако расширенной более чем на 40^o.

Текстурирующее обдувом воздуха сопло имеет подвод сжатого воздуха (P), осуществляемый по радиальному принципу.

Задача усовершенствования установок для аэродинамического текстурирования пряжи может быть также решена за счет того, что в головке сопла с текстурирующим соплом со сквозным каналом для пряжи, который имеет в направлении транспортирования пряжи входной участок, цилиндрический средний участок с подводом сжатого воздуха, а также расширенный участок ускорения воздуха, и со стороны выхода выполненное, предпочтительно, с возможностью перемещения отражающее тело, согласно изобретению эффективный для ускорения участок после отверстий для сжатого воздуха ускорительного канала выполнен непрерывно как сверхзвуковой канал и имеет длину (l₂), превышающую более чем в 1,5 раза диаметр (d) в начале ускорительного канала, и общий угол (₂) более 10^o и менее 40^o.

Канал для пряжи со средним участком, а также участком ускорения воздуха выполнен в сердечнике сопла, выполненном с возможностью установки и снятия.

Сердечник сопла имеет сквозной канал для пряжи со средним цилиндрическим участком, в который входит подвод воздуха через отверстия для сжатого воздуха, непосредственно примыкающий в направлении перемещения нити к цилиндрическому участку конический расширяющийся участок с углом раскрытия более 10^o, а также примыкающий далее конический или фанфарообразный расширяющийся участок с углом раскрытия () более 40^o.

Изобретение поясняется ниже более подробно на некоторых примерах выполнения с привлечением чертежей, на которых изображено: фиг. 1 - устье сопла согласно уровню техники; фиг. 2 - пример выполнения ускорительного канала согласно изобретению; фиг. 3 - сердечник сопла согласно изобретению по фиг. 2; фиг. 4 - текстурирующее сопло, соответственно, головка сопла с встроенным сердечником сопла совместно с установкой для измерения качества; фиг. 4а - кривая измерения значения AT во время короткого измерения; фиг. 5 - сердечник сопла согласно уровню техники по EP-PS 88 254; фиг. 6 - сердечник сопла согласно изобретению с одинаковыми внешними установочными размерами; фиг. 7 - предпочтительный вариант выполнения ускорительного канала согласно изобретению; фиг. 8 - текстурирующее сопло, соответственно, головка сопла в частичном разрезе согласно уровню техники;
фиг. 8а - часть изображения по фиг. 8 в выходной области текстурирующего сопла в увеличенном масштабе;
фиг. 9 - сравнение текстурированной пряжи согласно уровню техники и согласно изобретению в отношении натяжения пряжи;
фиг. 10 - таблица для сравнения величин измерения качества пряжи - согласно уровню техники и при использовании различных сопел согласно изобретению;
фиг. 11 - сравнительные фотографии текстурированной пряжи согласно уровню техники;
фиг. 11a - пряжа, обработанная согласно изобретению (слева);
фиг. 12 - измерительная схема для проведения сравнительных измерений между уровнем техники и изобретением;
фиг. 13, 13а и 14 - растяжение под действием отдельной силы в качестве сравнения уровня техники (фиг. 13 и 13а) и изобретения (фиг. 14).

На фиг. 1 показана только область устья сопла известного текстурирующего сопла согласно EP-PS N 88-254. Соответствующее текстурирующее сопло 1 имеет первый цилиндрический участок 2, который одновременно соответствует также наиболее узкому поперечному сечению 3 с диаметром d. От наиболее узкого поперечного сечения 3 канал 4 для пряжи начинает фанфарообразно расширяться, при этом форма может быть описана радиусом R. Вследствие возникающего сверхзвукового потока можно определить соответствующий диаметр D_AS ударного фронта. На основе диаметра D_AS ударного фронта можно относительно точно определить место A отрыва или срыва, которое имеет больший диаметр, чем диаметр в свету отверстия сопла. При проведении в области точки A отрыва с обеих сторон касательных образуется огибающий конус с углом раскрытия ₁, равным, примерно, 22^o. Это означает, что при указанной форме сопла с соответствующим выполнением поверхностей ударный фронт отрывается при угле раскрытия 22^o. Особенности ударного фронта описаны в указанных выше научных испытаниях. Область ускорения воздуха можно определить также с помощью длины l₁, места 3 наиболее узкого сечения, а также места отрыва A₁. Так как речь идет о чисто сверхзвуковом потоке, то можно отсюда вычислить примерно скорость воздуха. V_Da является наибольшей скоростью воздуха. V_d является скоростью звука в наиболее узком месте 3. В данном примере были вычислены следующие значения:
D_AS/d 1,225; F_A/F₃ 1,5; l₁/d < 1,0;
Если имеется скорость воздуха V_d = 330 м/с (M=1), то на выходе A из сверхзвуковой области получаем, примерно, M=1,8 (M_DA). Эти значения близки к измеренным значениям согласно текстильному бюллетеню. Собственно участок ускорения внутри сверхзвукового канала является очень коротким, и как установлено на основании изобретения, слишком коротким.

На фиг. 2 показан пример выполнения ускорительного канала 11 согласно изобретению, который соответствует длине l₂. Текстурирующее сопло 10 согласно изобретению, соответствует в изображенной примере вплоть до наиболее узкого поперечного сечения 3 сердечнику сопла по фиг. 1, а далее отличается от него. Место A₂ отрыва обозначено в конце сверхзвукового канала, где канал для пряжи переходит в неплавное, сильно коническое или фанфарообразное расширение 12 с углом раскрытия > 40^o. На основании геометрических размеров получается диаметр D_AE ударного фронта, который значительно больше, чем по фиг. 1. На фиг. 2 получаются следующие соотношения:
L₂/d = 4,2; V_d = 330 м/с (М=1); D_AE/d 2,5 _ M_DE = 3,2 М
Согласно изобретению удлинение ускорительного канала 11 с соответствующим углом раскрытия приводит к увеличению диаметра D_AE ударного фронта. Различные испытания показали, что существующее до настоящего времени мнение, соответствующее текстильной практике, что текстурирование является следствием многократного прохождения пряжи через ударный фронт по меньшей мере частично, является неправильным. Непосредственно в области образования ударного фронта возникает максимально большой скачок уплотнения 13 с примыкающей зоной 14 резкого повышения давления. Собственно текстурирование происходит в области скачка уплотнения 13. Воздух перемещается примерно в 50 раз быстрее, чем пряжа. Многочисленные опыты показали, что места отрыва A₃, A₄ могут также смещаться внутрь ускорительного канала 11, а именно тогда, когда уменьшается давление подачи. На практике это означает, что для каждой пряжи необходимо определить оптимальное давление подачи, при этом длина (l₂) ускорительного канала выбирается для самого неблагоприятного случая, т.е. скорее несколько излишне длинной. В противоположность этому повышение давления подачи в решении согласно уровню техники имеет очень небольшое значение, так как давление почти не влияет на место отрыва.

На фиг. 3 показан предпочтительный вариант выполнения всего сердечника 5 сопла в поперечном сечении. Внешняя посадочная форма соответствует, предпочтительно, точно сердечнику сопла согласно уровню техники. Это относится прежде всего к критическим установочным размерам: диаметру отверстия B_D, общей длине L, высоте головки сопла K_H, а также расстоянию L_A для подключения сжатого воздуха P. Испытания показали, что можно сохранить прежний оптимальный угол вдувания, а также положение соответствующих отверстий 15 для сжатого воздуха. Канал 4 для пряжи имеет в области входа пряжи, обозначенного стрелкой 16, конус 6 для введения пряжи. Направленный в направлении транспортировки пряжи (стрелка 16) через отверстия 15 сжатый воздух уменьшает направленное обратно течение отработанного воздуха. Размер "X" (фиг. 6) обозначает, что отверстие для воздуха сдвинуто, предпочтительно по меньшей мере на величину диаметра наиболее узкого поперечного сечения 3 назад. В направлении транспортировки (стрелка 16) текстурирующее сопло 10, соответственно, сердечник 5 сопла имеет конус 8, который одновременно соответствует ускорительному каналу 11, а также расширенное пространство 9 текстурирования. Текстурирующее пространство поперек потока ограничено фанфарообразной формой 12, которая может быть выполнена также в виде открытой конической воронки.

На фиг. 4 показана вся текстурирующая головка, соответственно, головка сопла 20 с встроенным сердечником сопла. Необработанную пряжу 21 подают в текстурирующее сопло через подающее устройство 22 и отводят как текстурированную пряжу 21'. В области выхода 13 текстурирующего сопла находится отражательное тело 23. Ввод 24 сжатого воздуха расположен сбоку от головки 20 сопла. Текстурированная пряжа 21' проходит со скоростью VT через второе подающее устройство 25. Текстурированную пряжу 21' пропускают через датчик 26 качества, например, марки HemaQuality, называемый ATQ, в котором измеряется сила натяжения пряжи 21' (в сН) и отклонение мгновенных значений силы натяжения (сигма %). Измерительные сигналы подают на вычислительный блок 27. Соответствующее измерение качества является предпосылкой оптимального контроля за производством. Однако, измеренные значения являются прежде всего мерилом качества пряжи. В процессе текстурирования посредством обдува воздухом определение качества затрудняется тем, что нет определенной величины петель. Намного проще установить отклонения от качества, признанного потребителем как хорошее. С помощью системы ATQ это возможно, так как структура пряжи и ее отклонения оцениваются с помощью датчика 26 натяжения нити и указываются в виде одного параметра - величины AT. Датчик 26 измеряет в виде аналогового электрического сигнала, в частности, силу натяжения нити после текстурирующего сопла. При этом из среднего значения и разброса измеренных величин силы натяжения нити непрерывно вычисляется величина AT. Величина AT зависит от структуры пряжи и определяется пользователем согласно собственным требованиям к качеству. При изменении во время производства силы натяжения нити или разброса (равномерности) натяжения нити изменяется также и величина AT. Верхние и нижние предельные значения можно определить с помощью зеркал пряжи, прядильных и тканевых проб. В зависимости от требований к качеству они могут быть различными. Особое преимущество измерительной системы ATQ состоит в том, что одновременно определяются различные помехи в процессе текстурирования. Например, размерность текстурирования, увлажнение нити, обрывы элементарных волокон, загрязнение сопла, расстояние отражательного шара, температура горячих штифтов, колебание давления воздуха, зона продевания POY, подача нити и т.д. На фиг. 4а показан пример изменения величины AT за короткий измерительный период.

На фиг. 5 и 6 показаны сердечники сопла в многократно увеличенном масштабе; на фиг. 5 показан сердечник сопла согласно уровню техники, а на фиг. 6 - сердечник сопла согласно изобретению. Так как с помощью изобретения удалось решить задачу внутренней формы сердечника сопла, то новый сердечник сопла можно использовать в качестве сменного сердечника для существующего сопла. В частности, размеры B_D, E_L как установочная длина, L_A + K_H, а также не только, предпочтительно, те же, но и изготавливаются с теми же допусками, что и согласно уровню техники. Кроме того, фанфарообразная форма во внешней области выхода выполняется такой же, что и согласно уровню техники, с соответствующим радиусом R. Отражающее тело может иметь любую форму: сферическую, плоскую шарообразную или даже в виде сферической чаши (фиг. 8а). Точное положение отражающего тела в области выхода и соответственно съемной щели S_Рl остается неизменным за счет сохранения внешних размеров. Пространство 18 текстурирования, обозначенное на фиг. 5 позицией 17, снаружи остается неизменным, однако в обратном направлении определяется теперь ускорительным каналом 11 согласно изобретению. Пространство текстурирования может быть увеличено в области ускорительного канала в зависимости от величины выбранного давления воздуха, как обозначено на фиг. 6 двумя стрелками 18. Сердечники сопла изготавливают так же, как и согласно уровню техники, из высококачественного материала, как например, керамики, прочного сплава или специальной стали и он представляет собой собственно дорогую часть текстурирующего сопла. Важным в новом сопле является то, что цилиндрическая поверхность стенки 21, а также поверхность стенки 22 в области ускорительного канала имеет высшую чистоту обработки. Выполнение фанфарообразного расширения выбирается с учетом трения пряжи.

На фиг. 7 показаны различно выполненные сверхзвуковые каналы. Частично указан только угол раскрытия для одного участка сверхзвукового канала. Против всех ожиданий результаты испытаний для различных вариантов отличались не очень сильно. В качестве наилучших форм были выявлены чисто конические ускорительные каналы с углом раскрытия более 12^o, между 15 и 25^o (крайние слева на чертеже). Вертикальный столбец a показывает чисто конические формы, столбцы b и c - комбинации конической формы с коротким цилиндрическим участком, тогда как столбец d показывает параболический ускорительный канал. В столбцах f и g первый участок ускорительного канала сильно расширен и затем переходит в цилиндрическую часть. Испытания всех типов показали очень хорошие результаты, при этом наилучшие результаты были получены со столбцами a и d. Для лучшего понимания следует иметь в виду, что средний цилиндрический участок имеет диаметр порядка нескольких миллиметров или даже менее одного миллиметра. Длина ускорительного участка составляет около 1 см или менее.

На фиг. 8 показана вся головка 20 сопла с сердечником 5 сопла, а также с отражающим телом 14, которое установлено с возможностью изменения положения с помощью рычага 23, закрепленного в известном корпусе 24. Для продевания нити отражающее тело 14 рычагом 23 отводят известным образом по стрелке 25 из рабочей области 13 текстурирующего сопла или отклоняют. Сжатый воздух подают из расположенной в корпусе камеры 27 через отверстия для сжатого воздуха. Сердечник 5 сопла прочно зажимают в корпусе 24 с помощью зажима 28. Вместо шаровой формы 30 отражающее тело может иметь также форму сферической чаши 31.

На фиг. 8а показана комбинация текстурирующего сопла согласно изобретению с некоторыми вариантами отражающего тела 14. Отражающий шар 14 слегка входит в фанфарообразное отверстие сопла. Сплошными линиями на фиг. 6 показано рабочее положение, штрихпунктирными - положение соприкосновения отражающего шара с фанфарообразной формой 12. Штрихпунктирное положение можно использовать в качестве исходного положения для точного расположения в рабочем положении. За счет фанфарообразной формы 12 с одной стороны, а также отражающего тела 14 с другой стороны, образуется расположенное внутри пространство 18 текстурирования, а также свободная щель S_P1 для выходящего текстурирующего воздуха и для вывода текстурированной пряжи. Размер щели S_P1 определяют каждый раз эмпирически на основе качества пряжи, оптимизируют и устанавливают для производства. Таким образом, пространство 18 текстурирования имеет изменяемые форму и величину в зависимости от диаметра шара и формы отражающего тела. Было установлено, что посредством величины съемной щели можно первично регулировать соотношение давлений для ускорительного канала. За счет уменьшения съемной щели S_P1 изменяется сопротивление потоку и статическое давление в пространстве текстурирования. Для регулирования давления решающее значение имеют изменения ширины щели порядка десятых долей миллиметра. Для проведенных до настоящего времени испытаний использовались круглые поперечные сечения и в продольном направлении симметрично выполненные сверхзвуковые каналы. Однако, решение согласно изобретения может применяться и с несимметричными, и отклоняющимися от круговой формы поперечными сечениями в части сверхзвукового канала, например, с прямоугольным поперечным сечением или почти прямоугольным сечением или с почти овальным сечением. Кроме того, можно выполнить сопло разделенным так, что оно может быть открыто для продевания нити. В этой связи делается ссылка на международную заявку PCT/CH96/99311, техническое содержание которой объявляется составляющей частью настоящей заявки.

На фиг. 9 показано внизу слева чисто схематически текстурирование согласно уровню техники. При этом выделены два главных параметра. Зона раскрытия O_e-Z₁, а также диаметр ударного фронта D_AS, исходя из диаметра d сопла согласно фиг.1. В противоположность этому вверху справа показано новое текстурирование. При этом очень отчетливо можно видеть, что значения O_e-Z₂, а также D_AE являются явно большими. Кроме того, был выявлен дополнительный интересный аспект. Раскрытие пряжи начинается уже перед ускорительным каналом в области подачи сжатого воздуха P, следовательно, еще на цилиндрическом участке, что обозначено отрезком V_O. Величину V_O выбирают, предпочтительно, более d.

Значительный смысл фиг. 9 состоит в сравнении графика натяжения пряжи согласно уровню техники (кривая T 311) с числом M < 2, и графика натяжения, полученного с помощью текстурирующего сопла согласно изобретению (кривая S 315) с числом M > 2. На графике по вертикали показано натяжение нити в сН. По горизонтали показана производственная скорость Pgeschw в м/мин. Кривая 311 показывает явное быстрое снижение натяжения нити при производственной скорости свыше 500 м/мин. При скорости свыше 650 м/мин текстурирование прекращается. В противоположность этому кривая S 315 для сопла согласно изобретению показывает, что натяжение нити не только выше, но и остается в диапазоне от 400 до 700 м/мин почти постоянным, а в области более высоких производственных скоростей снижается лишь медленно. Повышение числа Маха является одним из важнейших "секретов" прогресса, достигаемого с помощью изобретения.

На фиг. 10 показана распечатка проверки качества ATQ. В верхней таблице приведены значения среднего натяжения (в сН), в средней - процентное отклонение мгновенных значений силы натяжения (сигма %) и в самой нижней - соответствующие величины AT. На первой горизонтальной линии каждой таблицы приведены значения для стандартного сопла T, т.е. для текстурирующего сопла согласно уровню техники. Затем сверху вниз приведены значения для сопел S согласно изобретению с различными углами раскрытия от 19 до 30,6^o. Все сопла согласно изобретению имели одинаковую длину сверхзвукового канала. Значения 0,00 указывают, что либо было невозможно текстурирование, либо что опыт не проводился.

На фиг. 11 и 11а показано визуальное сравнение текстурированной пряжи. На фиг. 11 (правая половина изображения) показано по одному примеру текстурирования с помощью сопла согласно уровню техники с производственной скоростью 400, 600 и 800 м/мин. При 800 м/мин дополнительно было увеличено давление до 12 бар. Результат можно до скорости 400 м/мин назвать хорошим, и при скорости 600 м/мин - условно хорошим. В левой половине изображения представлены результаты 5 испытаний с соплом согласно изобретению. При этом можно видеть, что даже при производственной скорости 800 м/мин все еще достигается условно хороший результат, в противоположность этому сравнительный пример (справа на одном уровне) согласно уровню техники был бы отклонен заказчиком, хотя использовалось давление подачи в 12 бар.

На фиг. 11 и 11а испытывалась пряжа идентичного качества при одинаковых условиях. Сердечник: PA дтекс 78f66xl; вплетение: PA дтекс 78f66xl; OF 12/30%. На фиг. 12 показана схема проведения сравнительных испытаний по фиг. 11. При этом были измерены следующие величины (регулировочные и измерительные): (см. таблицу сравнения уровня техники с новым изобретением).

Аналогичные результаты для фиг. 11 и 12 можно установить также по фиг. 13, 13а и 14. На каждом чертеже слева изображено графическое представление множества нитей через взаимосвязь отдельной силой F и сН/дтекс (по вертикали) и растяжения E в % (по горизонтали). Фиг. 13 относится к таблице 12а, фиг. 13a - к таблице 12b и фиг. 14 - к таблице 12c. Графические изображения представляют собой кривые зависимости "единичная сила/растяжение".

Изобретение с помощью относительно небольшого новшества, в частности за счет выполнения согласно изобретению области ускорительного канала приводит к неожиданным результатам. Оно позволяет, например:
- вместо сердечника сопла согласно уровню техники без каких-либо изменений параметров процесса устанавливать сердечник сопла согласно изобретению с тем результатом, что качество становится более стабильным и высоким;
- или, если заказчик желает несколько повысить производственную скорость, то установка нового сердечника сопла позволяет повысить производственную скорость без снижения качества;
- или, если заказчик желает значительно повысить производственную скорость, то за счет повышения давления подачи воздуха можно также обеспечить качество;
- в любом случае можно заменить либо только сердечник сопла, либо всю головку сопла.

Лучшее до настоящего времени текстурирующее сопло имеет сквозной канал для пряжи с расположенным со стороны выхода ускорительным каналом и подачей сжатого воздуха (P) в канал для пряжи, на одном конце которого можно подводить пряжу и снимать с другого конца текстурированную пряжу, и отличается тем, что оно имеет сквозной канал со средним цилиндрическим участком, в который входит подвод воздуха, а также примыкающий в направлении движения нити, предпочтительно, непосредственно к цилиндрическому участку конический ускорительный канал с углом раскрытия (₂) более 10^o, а также примыкающий к нему расширяющийся участок с углом раскрытия более 40^o, при этом расширяющийся участок выполнен коническим или фанфарообразным.

Текстурирующее сопло может быть выполнено как сердечник сопла с возможностью установки и снятия в головке сопла, и во встроенном положении образует головку сопла с встроенным сердечником сопла, с установленным снаружи с возможностью перемещения относительно сердечника сопла отражающим телом, с помощью которого можно ограничивать пространство текстурирования.

Формула изобретения

1. Способ аэродинамического текстурирования пряжи с помощью текстурирующего сопла со сквозным каналом для пряжи, к одному концу которого подводят пряжу и снимают на другом конце как текстурированную пряжу, при этом в среднюю часть канала для пряжи подводят сжатый воздух и ускоряют струю обдувающего воздуха в расширяющемся ускорительном канале до сверхзвуковой скорости, отличающийся тем, что сжатый воздух подводят в канал для пряжи с давлением подачи более 4 бар, при этом повышают натяжение пряжи при производственной скорости свыше 400 м/мин и оптимизируют отношение натяжения пряжи к скорости пряжи за счет того, что ускоряют струю обдувающего воздуха в ускорительном канале до скорости, при которой число Маха более 2, причем натяжение пряжи, соответствующее заданному качеству пряжи, остается, по существу, постоянным в большом диапазоне производственных скоростей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при заданном давлении (P) подачи сжатого воздуха между 6 и 14 бар и более натяжение пряжи остается, по существу, постоянным в диапазоне производственных скоростей 400 - 700 м/мин.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сжатый воздух ускоряют в ускорительном канале на длине, превышающей по меньшей мере в 1,5 раза, предпочтительно более чем в 2 раза, наиболее узкий диаметр (d), причем отношение выходного и входного поперечных сечений соответствующего участка канала составляет более 2.

4. Способ по одному из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что общий угол раскрытия (₂) струи обдувающего воздуха составляет более 10^o, соответственно больше идеального угла Лаваля, предпочтительно 12 - 30^o, особенно предпочтительно 15 - 25^o.

5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что ускорение обдувающего воздуха в ускорительном канале происходит на сверхзвуковом участке непрерывно или с нарастанием, или соответственно прерывисто или с различными ускорениями, и/или с участками, на которых ускорение равно нулю.

6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что обдувающий воздух с места подачи в канал для пряжи подают непосредственно в аксиальном направлении с, по существу, постоянной скоростью вплоть до ускорительного канала, причем сжатый воздух подают в канал для пряжи через несколько отверстий, предпочтительно через три отверстия, так, что сжатый воздух вдувается под углом () с транспортирующей составляющей в направлении ускорительного канала.

7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что струя обдувающего воздуха после ускорительного канала без отклонения проходит через сильно расширяющийся участок - пространство текстурирования.

8. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что вводят одну или несколько нитей пряжи с одинаковым или различным опережением подачи и текстурируют с производственной скоростью 400 - 1500 м/мин или более, предпочтительно 500 - 1200 м/мин.

9. Способ по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что струю сжатого воздуха ускоряют в сверхзвуковом канале до числа Маха 2 - 6, предпочтительно до М = 2,5 - 4,0.

10. Способ по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что выходной конец канала для пряжи ограничивают отражающим телом так, что текстурированную пряжу отводят через щель (S_p1), по существу, под прямым углом к оси канала для пряжи.

11. Текстурирующее сопло, содержащее сердечник сопла со сквозным каналом для пряжи, выполненным с возможностью введения с одной стороны пряжи и снятия с другого его конца текстурированной пряжи с расположенным со стороны выхода ускорительным каналом, имеющим эффективный для ускорения участок после отверстий для сжатого воздуха в канале для пряжи, выполненный в виде непрерывного сверхзвукового канала, отличающееся тем, что сверхзвуковой канал имеет длину (l₂), превышающую более чем в 1,5 раза диаметр (d) в начале ускорительного канала, и общий угол раскрытия (₂) более 10^o и менее 40^o.

12. Текстурирующее сопло по п.11, отличающееся тем, что эффективный угол (₂) расширения ускорительного канала составляет предпочтительно 12 - 30^o, особенно предпочтительно 15 - 25^o.

13. Текстурирующее сопло по п.11, отличающееся тем, что ускорительный канал имеет по меньшей мере одну область расширения поперечного сечения 1 : 2,0 или более и общий угол (₂) раскрытия более 10^o.

14. Текстурирующее сопло по одному из пп.11 - 13, отличающееся тем, что ускорительный канал выполнен коническим и переходит предпочтительно в значительно сильнее расширяющееся фанфарообразное устье.

15. Текстурирующее сопло по одному из пп.11 - 14, отличающееся тем, что длина (l₂) ускорительного канала по меньшей мере в 2 раза, предпочтительно в 3 - 15 раз, особенно предпочтительно в 4 - 12 раз превышает диаметр (d) канала для пряжи в начале ускорительного канала.

16. Текстурирующее сопло по одному из пп.11 - 15, отличающееся тем, что входная область ускорительного канала является цилиндрической или, по существу, цилиндрической (VO) и выходная область является сильно расширенной, однако расширенной более чем на 40^o.

17. Текстурирующее сопло по одному из пп.11 - 16, отличающееся тем, что текстурирующее обдувом воздуха сопло имеет подвод сжатого воздуха (P), осуществляемый по радиальному принципу.

18. Головка сопла с текстурирующим соплом со сквозным каналом для пряжи, который имеет в направлении транспортирования пряжи входной участок, цилиндрический средний участок с подводом сжатого воздуха, а также расширенный участок ускорения воздуха, и со стороны выхода выполненное предпочтительно с возможностью перемещения отражающее тело, отличающаяся тем, что эффективный для ускорения участок после отверстий для сжатого воздуха ускорительного канала выполнен непрерывно как сверхзвуковой канал и имеет длину (l₂), превышающую более чем в 1,5 раза диаметр (d) в начале ускорительного канала, и общий угол (₂) более 10^o и менее 40^o.

19. Головка сопла по п.18, отличающаяся тем, что канал для пряжи со средним участком, а также участком ускорения воздуха выполнен в сердечнике сопла, выполненном с возможностью установки и снятия.

20. Головка сопла по п.18 или 19, отличающаяся тем, что сердечник сопла имеет сквозной канал для пряжи со средним цилиндрическим участком, в который входит подвод воздуха через отверстия для сжатого воздуха, непосредственно примыкающий в направлении перемещения нити к цилиндрическому участку конический расширяющийся участок с углом раскрытия более 10^o, а также примыкающий далее конический или фанфарообразный расширяющийся участок с углом раскрытия () более 40^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.02.2010

Извещение опубликовано: 27.11.2010        БИ: 33/2010

---