CS252626B1 - Zařízení ke kontinuálnímu vypouštění stálého proudu skloviny tavená diskontinuálná a jejímu homogenizování - Google Patents

Abstract

Řešení se týká problému malokapacitního tavení sklovin diskontinuálně utavených a následného kontinuálního vypouštění při zachování konstantního objemového průtoku vypouštěné skloviny, a současné účinné homogenizace skloviny při jejím tavení i vypouštění. Je vhodné zvláště pro výrobu optických sklovin. Zařízení sestává z taviči nádrže, pod kterou je souose s ní umístěna výpustní nádržka menšího průměru s výpustním otvorem uprostřed dna, přecházejícím do vertikální výtokové trubice. V ose taviči nádrže a výpustní nádržky je umístěno vertikálně i horizontálně nastavitelné šnekové mích

Description

Vynález se týká zařízení ke kontinuálnímu vypouštění stálého proudu skloviny tavené diskontinuálně a jejímu homogenizování. Zařízení zahrnuje dvě nad sebou umístěné nádrže kruhového průřezu s výpustním otvorem ve dně a míchadlo.

V současné době vzrůstá význam výroby speciálních sklovin, na jejich kvalitu a zvláště pak homogenitu jsou kladeny velmi přísné požadavky. Jako příklad lze uvést skla pro optické účely nebo skla pro bižuterii.

Vzhledem k menšímu množství jsou tyto skloviny taveny diskontinuálně a jejich zpracování bývá většinou strojní. To vyžaduje zajistit v době vypouštění utavené dávky skloviny konstantní objemový průtok skloviny vypouštěcim otvorem.

Zařízením pro malokapacitní tavení speciálních sklovin je nejčastěji pánev, keramický či platinový kelímek nebo buňka s půdorysem tvaru kruhu, popřípadě pravidelného mnohoúhelníku. Ve spodní části těchto nádrží je instalována výpust skloviny, provedená jako otvor osazený miskou nebo clonou, popřípadě je výpust provedena jako vertikální tubus o délce až 1 m. V pánvích a buňkách bývá výpust vyvedena bočně v blízkosti dna. Výpustě mohou být i velmi složité konstrukce, jak je popsáno a vyobrazeno např. v patentovém spisu USA č. 3 912 488. Výpustní otvor osazený miskou bývá zvětšován nebo zmenšován vertikálně pohyblivým kónickým trnem nebo plunžrem, jak je uvedeno v DAS 1 229 252.

Obtékáni trnu nebo plunžru vede často k tvorbě šlir a instalace trnu, plunžrů nebo jiných hraditek komplikuje a znemožňuje instalaci otočných homogenizátorů.

Jsou známy také různé typy mechanických průtokových homogenizátorů, které jsou nasazovány zpravidla na kontinuálně pracující agregáty, ale seřízení jejich provozních podmínek vyžaduje určitou dobu nutnou k ustáleni provozu.

Jako nejvýhodnější se jeví homogenizátory se šroubovité uspořádanými míchacími články, např. podle francouzského patentu č. 2 163 459. Tyto homogenizátory jsou instalovány napevno, což je určitá nevýhoda.

K homogenizaci skloviny po jejím utavení se užívá různých typů rotačních míchadel, otáčejících se podél svislé osy ve sklovině. Mezi nejužívanějši typy patří michadla vrtulová, nebo michadla s krátkou i neukončenou spirálou, jak je uvedeno v publikaci Kříže a Myerhofera: Dávkování skloviny, SNTL Praha 1963, str. 65.

Užívají se rovněž michadla lopatková, např. podle patentu SSSR 914 510, kde hřídel ve tvaru komolého kužele je opatřen lopatkami. Tato michadla se užívají většinou v pracovní části vany, nebo ve žlabu dávkovače.

Dále je nutno vzít v úvahu, že při vypouštění skloviny z taviči nádrže klesá hladina, snižuje se tudíž spojitě hydrostatická výška skloviny nad výpustí, což vede k plynulému poklesu objemového průtoku skloviny vytékající ke zpracování.

Proto strojní zpracování skloviny, např. karuselový lis nebo mačkadlo, vyžaduje rovnoměrný přítok skloviny, pro zachování konstantního tvaru a hmotnosti výrobků, snaží se provozovatelé popisovaných zařízení vliv poklesu hydrostatické výšky na objemový průtok skloviny eliminovat.

Ve francouzském patentu č. 1 361 194 je popsáno zařízeni k taveni a vypouštěni konstantního množství skloviny regulací viskozity skloviny a hydrostatického tlaku. Viskozita se reguluje změnami teploty skloviny a hydrostatický tlak je udržován na stejné hodnotě udržováním výšky hladiny skloviny v nádrži změnami teploty a tím viskozity natékající skloviny.

Zařízení sestává ze dvou nádrží stejného průměru se samostatnými otopy a regulovaně vytápěnými výpustěmi. Nádrže jsou umístěny nad sebou, avšak jejich svislé osy jsou navzájem posunuty a jsou spojeny šikmým zalomeným potrubím, rovněž samostatně regulovaně vytápěným, jehož horní konec je v určité vzdálenosti pod výtokem z horní nádrže a dolním koncem zasahuje do spodní nádrže.

Sklovina utavená v horní nádrži se v mezeře mezi výtokem z horní nádrže a horním koncem potrubí ochlazuje stykem s atmosférou z taviči teploty 1 427 °C na 1 260 °C a teče do spodní nádrže, za níž se otápěným výtokem vypouští do tvarovacího zařízení. Regulace se tedy děje změnami teploty a tím i viskozity skloviny.

Nevýhodou tohoto způsobu řízeni objemového průtoku je jednak nezbytně vznikající teplotní nehomogenita v průřezu pramence vytékající skloviny, jednak skutečnost, že viskozita skloviny je podřízena potřebám nastavení objemového průtoku a v průběhu vypouštěni se musí plynule měnit.

Hodnoty viskozity a její časové změny však nemusí vyhovovat požadavkům technologie tvarování.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pod taviči nádrží je souose s ní umístěna pevně spojená výpustní nádržka menšího průměru, uprostřed jejíhož dna je umístěn výpustní otvor, který přechází do vertikální výtokové trubice. V ose tavící nádrže a výpustní nádržky je umístěno vertikálně i horizontálně nastavitelné šnekové míchadlo, sestávající z hřídele a šneku, přičemž šnek je tvořen nejméně jedním celým šnekovým závitem.

Je výhodné, když výpustní nádržka a vnější obrysový průmět šneku šnekového míchadla mají tvar dolů se zužujícího komolého kužele zkoseného stejným úhlem sklonu.

Dále je výhodné, když šnekové míchadlo má poměr výšky jednoho závitu šneku k jeho průměru v rozmezí 0,5 až 1.

Využití zařízení podle vynálezu umožňuje homogenní utavení skloviny a rovněž vypouštění stálého proudu skloviny při její současné účinné homogenizaci po celou dobu vyprazdňování tavící nádrže.

Vynálezem se dosahuje regulace a stabilizace výtoku skloviny, vyhovující zejména pro přesné dávkováni sklovin ekonomicky výhodným způsobem. Navržené zařízení je konstrukčně jednoduché a vyžaduje minimální obsluhu.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a je schematicky znázorněno na připojených výkresech, z nich představuje obr. 1 nárysný osový řez zařízením při homogenizaci skloviny po jejím utavení, obr. 2 nárysný osový řez zařízením při vypouštění skloviny, obr. 3 nárysný osový řez výpustní nádržkou a obr. 4 graf, znázorňující závislost otáček šnekového míchadla na okamžité výšce skloviny.

Zařízení 1. pro výrobu menšího množství skloviny sestává z taviči nádrže 2 válcovitého tvaru, která ve spodní části přechází do výpustní nádržky 3_ (obr. 1 a 2) . Ve dně výpustní nádržky 3. je uprostřed výpustní otvor, který přechází do vertikální výtokové trubice 4^.

Taviči nádrž 2, výpustní nádržka 3 a výtokové trubice 4 jsou umístěny souose. Významnou částí zařízení .1 je šnekové míchadlo 5, sestávající z hřídele 6 a šneku ]_, tvořeného alespoň jedním celým závitem šneku 2· Výpustní nádržka 2 může být válcová {obr. 1, 2), ale může být provedena i ve tvaru komolého kužele s menší základnou v dolní části (obr. 3) a v tomto případě obdobným způsobem je proveden šnek 2 šnekového míchadla 5, který má ve vnějším obrysovém průmětu rovněž tvar komolého kužele, dolů se zužujícího, se stejným úhlem sklonu.

Taviči nádrž 2, výpustní nádržka 2 a výtoková trubice £ jsou obklopeny neznázorněnými topnými prostředky, např. odporovými, indukčními apod. Ostí výtokové trubice 4 je opatřeno např. neznázorněnou odnímátelnou zátkou. Celé zařízení včetně šnekového míchadla 5 může být zhotoveno z drahých kovů, např. z platiny, nebo ze slitiny platiny a rhodia.

Zařízení funguje následovně:

Při uzavřené výtokové trubici 4 se v zařízení 2 nejprve utaví sklovina při požadované taviči teplotě. Po dokončeni tavení a po vyčeření je sklovina v taviči nádrži 2 zhomogenizována šnekovým míchadlem 2· Podle výsledků zkoušek, kterými byla ověřována hydrodynamická funkce popisovaného zařízeni 2 je pro účinnou homogenizaci vyhovující, jestliže průměr šneku 2 je 0,3 až 0,45násobkem průměru taviči nádrže 2 a jeho celková výška šneku 2 je 0,35 až 0,5násobkem výšky taviči nádrže 2.

Při homogenizaci je šnekové míchadlo 2 vždy umístěno v taviči nádrži 2 tak, aby jeho osa rotace byla vertikální. Posunutím hřídele 2 šnekového míchadla 2 ^v horizontálním směru od vertikální osy taviči nádrže 2 lze v širokých mezích upravovat poměr rotační a axiální složky nuceného proudění skloviny.

Maximální rotační složka v systému proudění byla zjištěna při uložení šnekového míchadla 5 v centrální poloze, kdy rotační osa šnekového míchadla 2 ^a vertikální osa tavící nádrže 2 jsou totožné. Maximální axiální složky proudění při téměř nulové složce rotační se dosahuje, je-li šnek 2 umístěn co nejblíže stěny tavící nádrže 2 (obr. 1).

Toto zvýraznění axiálního účinku šnekového míchadla 2 se zesílením smykových napětí v tavenině v prostoru mezi obvodem šneku 2 ^a stěnou taviči nádrže 2 silně zvyšuje účinnost homogenizace á zkracuje čas k ní potřebný.

Po ukončení homogenizace skloviny se šnekové míchadlo 2 přemísti do výpustní nádržky 2 v její osové poloze (obr. 2), odstraní se zátka v ústí výtokové trubice 2 ^a sklovina vytéká výtokovou trubicí 4, přičemž je udržována viskozita skloviny na konstantní hodnotě pomocí neznázorněných topných prostředků.

Současně se šnekové míchadlo 2 uvede do chodu. V této poloze pracuje šnekové míchadlo 2 ve funkci průtokového homogenizátoru skloviny a především ve funkci regulátoru objemového průtoku skloviny.

Při ověřování hydrodynamické funkce zařízení 2 bylo zjištěno, že pro účinnou homogenizaci skloviny nejlépe vyhovuje šnekové míchadlo 2» jehož šnek 2 je tvořen alespbň jedním celým šnekovým závitem a u kterého poměr výšky jednoho závitu šneku 2 k jeho průměru je v rozmezí 0,5 až 1.

A pokud se týká optimálních parametrů šnekového míchadla 2 při vypouštění skloviny z výpustní nádržky 3, potom nejvhodnějšl je šnekové míchadlo 2> jehož šnek 2 ^raé vnější průměr, který je 0,6 až 0,9násobkem průměru výpustní nádržky 3, přičemž celková výška odpovídá nejméně 0,6násobku výšky výpustní nádržky 2·

Při dodržení těchto parametrů bylo experimentálně zjištěno, že při výtoku skloviny ze zařízení při rotaci šnekového míchadla 2 ^s axiálním Účinkem závisí otáčky n šnekového míchadla 5 na ostatních veličinách takto:

kde D je průměr výpustní nádržky 3_, d průměr šneku 7_, Q objemový průtok skloviny, 1. délka výtokové trubice 4, άθ průměr výtokové trubice H okamžitá hydrostatická výška skloviny, tíhové zrychleni, éta dynamická viskozita a rž je měrná hmotnost skloviny.

₌ (D - d)

0,37

q.ro éta

V provozních podmínkách předpokládáme, že parametry výpustní nádržky 2» výtokové trubice £ a šnekového miohadla 5 budou konstantní. Pokud viskozita skloviny bude konstantní, lze vhodným režimem regulace otáček n šnekového michadla 5 udržet konstantní objemový průtok Q skloviny v závislosti na okamžité hydrostatické výšce H vypouštěné skloviny.

Z těchto předpokladů vyplývá, že obrátky n šnekového michadla 5 jsou nepřímo úměrné okamžité hydrostatické výšce H vypouštěné skloviny n = g - C, kde K a C jsou konstanty. Grafické znázornění tohoto vztahu je znázorněno na obr. 3 ve třech příkladech provedení a popsáno dále.

Byly tvarovány výlisky ze skla o měrné hmotnosti 2 500 kg/m o hmotnosti dávky kapky 20 . 10^-3 kg při počtu taktů 0,5/s. Objemový průtok skloviny Q byl udržován na konstantní hodnotě 4,1 . 10 ® m/s. Průměr taviči nádrže 2 ^byl 0,40 m, výška taviči nádrže 2 0,50 ro.

Průměr D výpustní nádržky 2 byl 0,140 m, její výška 0,1 m. Bylo použito šnekové míchadlo 5, jehož průměr d šneku byl 0,140 m, výška šneku 0,140 m. Dynamická viskozita v 1. a 2. příkladě provedení byla 300 Pa.s, ve 3. příkladě 500 Pa.s.

Délka výtokové trubice 4 byla ve všech příkladech provedení 25 . 10 ³ m, a její průměr dg v 1. a 2. příkladě byl 20 . 10 ³ m, ve 2. příkladě 18 . 10 ³ m.

Na obrázku 4 na svislé ose je vynesena okamžitá hydrostatická výška H skloviny a na vodorovné ose otáčky n šnekového michadla 5. Otáčky jsou označeny kladným a záporným znaménkem, které v daném případě označuje smysl rotace šnekového michadla 2· Záporným znaménkem jsou označeny otáčky n při Čerpání skloviny šnekovým míchadlem 5 směrem nahoru, kdy šnekové míchadlo 2 volný výtok skloviny omezuje.

Při tomto čerpání skloviny pomocí šnekového michadla 2 směrem nahoru, a tedy proti směru volného výtoku s poklesem okamžité hydrostatické výšky H skloviny klesá počet otáček n. Nulová hodnota otáček n odpovídá hydrostatické výšce skloviny H, při které objemový _ g 2 průtok dosáhne žádané hodnoty, v uvedeném příkladu 4,1 . 10 m/s, samovolně, tj. bez účinku šnekového michadla 5.

Potom se funkce šnekového michadla 5 ve smyslu čerpání skloviny mění a jeho úkolem je naopak sklovinu vytlačovat, tedy čerpat směrem dolů. Smysl rotace šnekového michadla 2 je potom opačný, čemuž odpovídá kladné znaménko otáček n. S dalším poklesem hladiny skloviny se opět otáčky n šnekového michadla 2 zvyšují.

Rychlost a smysl otáčení šnekového michadla 2 í^e řízena neznázorněnou pohonnou jednotkou, např. stejnosměrným motorem. Výška hladiny H skloviny v tavící nádrži 2 je plynule snímána např. hladinoměrem, přičemž výhodný je typ hladinoměru s elektrickým výstupem, který umožňuje řídit rychlost a smysl otáčení šnekového michadla 2 pomocí nenáročného regulačního obvodu.

Claims (3)

1. Zařízeni ke kontinuálnímu vypouštění stálého proudu skloviny tavení diskontinuálně a jejímu homogenizování, zahrnující dvě nad sebou umístěné nádrže kruhového průřezu s výpustním otvorem ve dně a míchadlo, vyznačené tím, že pod horní, taviči nádrží (2) je souose s ní umístěna výpustní nádržka (3) menšího průměru s výpustním otvorem uprostřed dna, přecházejícím do vertikální výtokové trubice (4) a v ose taviči nádrže (2) a výpustní nádržky je umístěno vertikálně i horizontálně nastavitelné šnekové míchadlo (5), sestávající z hřídele (6) a šneku (7) , přičemž šnek (7) je tvořen nejméně jedním celým šnekovým závitem.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že výpustní nádržka (3) a vnější obrysový průmět šneku (7) šnekového míchadla (5) mají tvar dolů se zužujícího komolého kužele zkoseného stejným úhlem sklonu.

3. Zařízení podle bodu 1 nebo 1 a 2, vyznačené tím, že šnekové míchadlo (5) má poměr výšky jednoho závitu šneku (7) k jeho průměru v rozmezí 0,5 až 1.