CZ298321B6 - Zpusob a zarízení pro výrobu minerálních vláken - Google Patents

Abstract

Pri zpusobu výroby minerálních vláken se soucasnenapájí zvláknovaným materiálem (30) nejméne dva vedle sebe uložené zvláknovací stroje (1, 2), z nichž každý obsahuje skupinu odstredovacích kol (7, 8, 9, 10), usporádaných v kaskáde a pohánených otácive okolo os, majících všechny v podstate stejný smer, oznacovaný jako hlavní osa (13, 14), pricemždve po sobe následující kola kaskády se otácejí ve vzájemne opacném smyslu. Zvláknovaný materiál sevylévá v roztaveném stavu v každém stroji na obvodový povrch prvního kola (7), kterým je mu udelováno zrychlení a kterým je vracen na druhé kolo (8),a eventuelne postupne za sebou na další kola (9, 10) skupiny kol, címž je premenován na vlákna pusobením odstredivé síly, a pricemž vlákna, tvorená ruznými koly stroje, jsou prebírána plynným proudema jsou sbírána prijímacím ústrojím (4). Hlavní osy (13, 14) obou prilehlých stroju (1, 2) jsou uloženy ve vzájemném nenulovém úhlu, pricemž tento úhel nebo každý úhel je uzpusoben tak, že oba plynné proudy, vypouštené obema prilehlými stroji (1, 2),se vzájemne stýkají a spojují. Rešení rovnež navrhuje stroj pro provádení zpusobu.

Description

Způsob a zařízení pro výrobu minerálních vláken

Oblast techniky

Vynález se týká výroby minerálních vláken z vytahovatelného materiálu a zejména z roztaveného materiálu s vysokou teplotou tavení, například typu čedičové skloviny nebo vysokopecní strusky, pro výrobu materiálů, zejména izolačních, na bázi minerálních vláken. Konkrétněji se vynález týká zdokonalení zvlákňovacích postupů, označovaných jako volné zvlákňování, při kterém se zvlákňovaný materiál vede v roztaveném stavu na obvod ostřeďovacích kol a je poháněn těmito koly tak, že část materiálu se od nich odděluje a přeměňuje se na vlákna působením odstředivé síly a zbývající nepřeměněná část se vrací k druhému kolu nebo za posledním kolem odpadává ve formě nezvlákněného odpadu.

Dosavadní stav techniky

Pro používání ve stručnosti výše uvedených postupů se zpravidla používá stroj, obsahující tři nebo čtyři kola, uložená v kaskádě a způsobilá otáčet se okolo v podstatě vodorovných os, přičemž dvě kola, ležící bezprostředné za sebou na dráze roztaveného materiálu se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu. První kolo je napájeno roztaveným materiálem z vylévacího hrdla a slouží v podstatě k tomu, aby dodávalo zrychlení materiálu, který se odráží na druhé kolo a tak dále, přičemž proud materiálu se po každém kole ztenčuje úměrné k množství vytvořených vláken.

Takový stroj dále obsahuje prostředky pro vytváření proudu vzduchu na obvodě odstřeďovacích kol s cílem napomáhat tvorbě vláken a přebírat zvlákněnou hmotu při jejím oddělování od nezvlákněné hmoty (zrn). Tato nezvlákněná hmota je nežádoucí, jelikož přispívá ke zvyšování hmotnosti konečného výrobku a činí jeho omak zvlášť nepříjemný. Vzduchový proud také slouží pro dopravování zvlákněné hmoty k přijímacímu ústrojí, například nekonečnému pásu, opatřenému sacími skříněmi, který dopravuje vlákna směrem ke zpracovávacím zařízením na výstupu z linky, jako vrstvícímu zařízení rohoží, peci na polymeraci pojivá, atd. Vzduchový proud je nejčastěji zaváděn do směru, kteiý je v podstatě rovnoběžný s osami otáčení kol, a unáší tak vlákna ve směru kolmém ke směru jejich tvorby.

Množství vyrobených vláken závisí na průtoku hmoty, vylévané na odstřeďovací kola a na účinnost zvlákňování na těchto kolech. Pro daný stroj je teoreticky možné zvýšit produktivitu zvýšením průtoku vylévané hmoty, ale toto je realizovatelné pouze v relativně omezeném rozmezí. Stroj je totiž řešen s koly definovaných průměrů, určenými se otáčet určenou rychlostí. Od určitého proudu hmoty, napájející stroj, dochází k progresivnímu zanášení odstřeďovacích kol s přímými škodlivými účinky na kvalitu zvlákňování (zejména v důsledku změny teploty na každém kole a nadbytku hmoty, které má každé kolo zpracovávat).

Tento pokles kvality se projevuje opět v úrovni konečného výrobku, zejména v důsledku ztráty tepelné izolačních vlastností. Jediné zvyšováním hustoty výrobku se dospěje k požadované hodnotě součinitele tepelné vodivosti lambda. Pozitivní efekt zvýšení výroby bude tedy tímto účinkem alespoň snížen, pokud nebude zcela anulován.

Alternativní řešení spočívá v tom, že se použije více zvlákňovacích zařízení, která pracují souběžné. Řešení, která byla až dosud navrhována, však vykazují určitý počet nevýhod. V prvním provedení podle známého stavu techniky, popsaném ve spisu US-A 3 709 670 jsou vedle sebe uloženy ve stejné svislé rovině v tělese téhož stroje dvě odlišné sestavy odstřeďovacích kol. obsahující dvě hrdla pro přívod roztavené hmoty. Obě odlišné soupravy se liší v tom, že první je přesně zrcadlové souměrná s druhou soupravou podle svislé osy, přičemž dvě kola jedné stejné roviny se otáčejí v navzájem opačném smyslu. Toto souměrné uspořádání je určené k tomu, aby odstranilo interference mezi odpovídajícími proudy, vypouštěnými každou ze sestav odstřeďovacích kol.

Hlavní nevýhoda tohoto souměrného uspořádání je ekonomické povahy, neboť je zapotřebí mít trvale k dispozici dvou odlišných souprav náhradních dílů a provádět údržbu dvou strojů odlišné konstrukce.

Jiné známé řešení, popsané ve spisu WO 92/06047, usiluje o odstranění této nevýhody tak, že jsou vedle sebe umístěny dva shodné zvlákňovací stroje, napájené souběžně roztavenou hmotou. Stroje jsou opatřené foukacími prostředky vzduchu do blízkosti kola, přičemž proud vzduchu má axiální pohybovou složku, dostatečnou pro odvádění vláken daleko od zvlákňovacího pásma, a tangenciální složku dostatečnou k tomu, aby se zabránilo vzájemným kolizím mezi přilehlými vzduchovými proudy.

K tomuto účelu jsou foukací prostředky tvořeny vytahovací tryskou, lemující obvod kola na určeném úhlovém segmentu a uvnitř které jsou uloženy ohýbací lopatky vzduchu, nakloněné v úhlu s osou rotace společnou s osou otáčení kola, takže směruje foukaný proud vzduchu s tangenciální složkou, která se mění podél trysky.

Takové foukací prostředky jsou rovněž používány v řešení, známém ze spisu WO 92/12940, které také obsahuje nejméně dva shodné zvlákňovací stroje, umístěné vedle sebe a souběžně napájené, v nichž mají odstřeďovací kola malý průměr a mají velmi vysoké rychlosti otáčení.

Toto uspořádání foukacích prostředků však má nevýhodu v tom, že je složité a vyvolává potřebu zachovávat proud vzduchu, přizpůsobený každému z odstřeďovacích kol. Ohýbací lopatky jsou citlivé, zejména na vibrace vyplývající z otáčení kol. které jsou tím silnější, čím je rychlost otáčení vyšší, a které jsou kromě toho vystavené vrhání nezvlákněných zrn s rizikem ovlivňování jejich sklonu způsobem, který je škodlivý z hlediska směrování vzduchového proudu.

Vynález si klade za úkol odstranit výše uvedené nedostatky a poskytnout nové prostředky pro umožňování výroby materiálu na bázi minerálních vláken ve velkém množství a v dobré kvalitě.

Podstata vynálezu

Vynález přináší způsob výroby minerálních vláken, při kterém se současně napájí zvlákňovaným materiálem nejméně dva vedle sebe uložené zvlákňovací stroje, z nichž každý obsahuje skupinu odstřeďovacích kol, uspořádaných v kaskádě a otáčivě poháněných okolo os majících všechny v podstatě stejný směr označovaný jako hlavní osa, přičemž dvě po sobě následující kola kaskády se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu, a zvlákňovaný materiál se vylévá v roztaveném stavu v každém stroji na obvodový povrch prvního kola, kterým je mu udělováno zrychlení a kterým je vracen na druhé kolo, a eventuelně postupně za sebou na další kola skupiny kol, čímž je přeměňován na vlákna působením odstředivé síly, a přičemž vlákna, tvořená různými koly stroje, jsou přebírána plynným proudem a jsou sbírána přijímacím ústrojím, jehož podstatou je, že hlavní osy obou přilehlých strojů jsou uloženy ve vzájemném nenulovém úhlu, přičemž tento úhel nebo každý úhel je uzpůsoben tak, že oba plynné proudy, vypouštěné oběma přilehlými stroji, se vzájemně stýkají a spojují.

Autoři zjistili, že styk a superponování foukacích plynů, pocházejících ze svou přilehlých strojů, dovoluje dosáhnout výrobku na bázi minerálních vláken velmi dobré kvality.

Bez jakéhokoli zvláštního uspořádání foukacích prostředků, jaké je navrhováno podle stavu techniky pro optimalizaci proudu foukaného vzduchu a tím i dráhy vyráběných vláken, vede použití dvou zvlákňovacích strojů, uložených vedle sebe s hlavními osami vzájemně přesně rovnoběžnými, k velmi nehomogennímu výrobku s nedostatkem koheze a značnými výchylkami hustoty po šířce přijímacího ústrojí. Tyto nedostatky nemohou být zcela kompenzovány v následujících fázích způsobu a výrobek má tak relativně špatné tepelné vlastnosti. V protikladu k veškerým očekáváním, protože stav techniky navrhuje odstranit jakékoli interference mezi plynnými proudy dvou přilehlých strojů, se podle vynálezu ukázalo, že homogenita výrobku se zvyšuje, když se stroje orientují tak, že plynné proudy, vydávané přilehlými stroji, se stýkají a spojují.

Autoři zjistili, že kvalita výrobku je spojena s homogenitou rychlostí vláken, přijímaných na přijímacím ústrojí, přičemž rychlostní profd vláken sleduje rychlostní profil plynného proudu, který dopravuje vlákna.

Když je použit jediný stroj, má tento rychlostní profil v podstatě tvar v podstatě Gaussovy křivky s maximem rychlosti ve středu komory přibližně proti odstřeďovacím kolům, přičemž rychlost se snižuje směrem ke stěnám komory.

Když jsou vedle sebe umístěny dva stroje s osami vzájemně rovnoběžnými bez interakce přilehlých plynných proudů, je cirkulace plynných proudů okolo odstřeďovacích kol taková, že rychlostní produkt celkového proudu v úrovni přijímacího ústrojí má tvar přibližně dvou vedle sebe ležících Gaussových křivek s minimem přibližně ve středu komory a dvěma maximy v blízkosti stěn s velmi značnou výchylkou rychlostního modulu mezi minimem a maximem.

Podle vynálezu se ukázalo, že když jsou stroje orientovány tak, že se plynné proudy stýkají a superponují, nejen není překáženo tvorbě vláken, ale může se i dosáhnout velmi homogenní rychlostní profd.

Vynález tak s výhodou dovoluje, že se při vhodné orientaci přilehlých strojů dosáhne takového rychlostního profilu, že axiální složka rychlosti celkového plynného proudu v úrovni přijímacího ústrojí se mění nanejvýše o 20 %, s výhodou nanejvýše o 15 % a zejména nanejvýše o 10 %, přednostně na střední části přijímacího ústrojí, odpovídající alespoň přibližně 50 % jeho šířky, s výhodou nejméně 60 %.

Je tak zajištěna velmi dobrá soudržnost vlákenné rohože, nashromážděné na přijímacím ústrojí, s rovnoměrným rozdělením hmoty.

S výhodou je pro lepší homogenitu úhel nebo každý úhel uzpůsoben k tomu, aby se axiální složka rychlosti plynného proudu v úrovni přijímacího ústrojí měnila po šířce přijímacího ústrojí v podstatě symetricky.

Ve výhodném provedení je způsob zvlákňování na každém stroji přizpůsoben k tomu, aby podporoval tvorbu vláken uprostřed stroje s relativně malým množstvím vláken, vyhazovaných na stranách stroje, takže se mezi dvěma stroji dovolí cirkulace proudu, vháněného plynnými proudy vytvářenými foukacími prostředky, který bude napomáhat dopravě vláken požadovanou rychlostí. K tomuto účelu obsahuje při způsobu podle vynálezu každý stroj skupinu čtyř odstřeďovacích kol, přičemž uspořádání a rychlost otáčení odstřeďovacích kol jsou uzpůsobeny k tomu, aby část zvlákňovaného materiálu, který se dostává na čtvrté kolo, byla vracena na třetí kolo, a byla zde přeměňována na vlákna.

Výhodné podmínky zvlákňování spočívají v otáčivém pohánění druhého kola každé skupiny kol rychlostí větší nebo rovnou 6500 otáček za minutu, zejména větší nebo rovnou 8000 otáček za minutu, pro průměr nižší nebo rovný 240 mm, zejména okolo 180 až 240 mm.

V takových podmínkách rozděluje druhé kolo, které je menší než je obvyklé, větší množství roztavené hmoty na třetí kolo a tím i na čtvrté kolo. V důsledku toho mají tato dvě kola skupiny zvý-3 šenou teplotu, která podporuje vypouštění vláken v blízkosti bodu, kde roztavená hmota narazila na kolo, na účet vypouštění na strany stroje. Dvojí odrážení na třetím kole dovoluje regulovat pravidelnost množství zvlákňované hmoty, vytvářené každým z těchto kol. a optimalizovat výtěžek zvlákňování.

Při větším množství roztavené hmoty, která sleduje dráhu ve středu stroje mezi odstřeďovacími koly a při dvojím odrážení roztavené hmoty na třetím kole se zpětným odrazem od čtvrtého kola, zajišťuje vynález větší vrhání vláken ke středu každého stroje dolními částmi třetího a čtvrtého kola. Toto obzvláštní prostorové uspořádání vytvořených vláken se ukazuje jako velmi výhodné, když jsou vedle sebe uloženy nejméně dva stroje.

Vynález dále navrhuje zařízení pro výrobu minerálních vláken výše uvedeným způsobem. Zařízení obsahuje nejméně dva zvlákňovací stroje, umístěné jeden vedle druhého na vstupu do komory každého stroje, které obsahují každý skupinu odstřeďovacích kol. uspořádaných v kaskádě a otáčivě poháněných okolo os majících všechny v podstatě stejný směr (označovaný jako hlavní osa), přičemž dvě po sobě následující kola kaskády se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu, a dále obsahují foukací prostředky, vyvíjející okolo skupiny odstřeďovacích kol plynný proud, přičemž zařízení obsahuje napájecí prostředky, uložené tak, aby vylévaly zvlákňovaný materiál v roztaveném stavu na obvodový povrch prvního kola každého stroje, a dále obsahuje přijímací ústrojí, uložené proti zvlákňovacím strojům v uvedené komoře. Zařízení se podle vynálezu vyznačuje tím, že přilehlé stroje jsou uložené jejich odpovídajícími hlavními osami sbíhavé ke středu komory, s výhodou s úhlem nejméně 2° vzhledem ke směru stěn.

Je obtížné definovat obecným způsobem vhodnou orientaci pro to, aby plynné proudy, vypouštěné dvěma přilehlými stroji, se stýkaly a spojovaly. Cirkulace vzduchu okolo strojů a mezi stroji totiž závisí zejména na aerodynamice okolí strojů, zejména tvaru komory, na jejímž vstupu jsou stroje osazeny, a na podmínkách zejména funkce otáčení odstřeďovacích kol a relativních rychlostech plynných proudů, vysílaných do blízkosti kol.

Ve většině případů je výhodné, aby byly oba stroje uloženy tak, že se jejich hlavní osy sbíhají směrem ke středu komory. V jiných uspořádáních však naopak může dojít k tomu, že je zapotřebí uspořádat stroje s jejich hlavními osami rozbíhavé směrem ke stranám komory. Odborník v oboru může bez obtíží určit orientaci vhodnou pro každé uspořádání na základě rozumného počtu pokusů, jejichž princip bude vysvětlen níže.

V prvním výhodném provedení, kdy má komora dvě svislé stěny, uspořádané po jedné a druhé straně přijímacího ústrojí v podstatě rovnoběžně od strojů, ležících na vstupu, přičemž první stroj ležící u první stěny a druhý stroj ležící u druhé stěny jsou uloženy jejich odpovídajícími hlavními osami sbíhavé ke středu komory, a výhodou každá v úhlu nejméně 2° vzhledem ke směru stěn, zejména přibližně 2 až 10°.

V tomto provedení je s výhodou první stroj uložený tak, že jeho první odstřeďovací kolo vrací roztavený materiál proti první stěně a druhý stroj je uložen tak, že jeho první odstřeďovací kolo vrací roztavený materiál ke druhé stěně, přičemž osa druhého stroje svírá s druhou stěnou úhel větší, než je úhel svíraný osou prvního stroje s první stěnou.

Tento rozdíl orientace je skutečné překvapivý. V běžné praxi totiž známé zvlákňovací stroje rozdělují vlákna způsobem, který je téměř vystředěný na šířce stroje.

Bylo by tedy možné očekávat, že bude třeba nechat sbíhat dva stroje ve stejném úhlu vzhledem kose přijímacího ústrojí. Aniž bychom chtěli být vázáni jakoukoli vědeckou teorií, zdá se, že naopak potřeba asymetrické sbíhavosti vyplývá z toho, že foukací prostředky vytvářejí větší vytahovací proud na straně druhého a čtvrtého kola než na straně prvního a třetího kola v důsledku většího stěnového účinku na jedné straně zařízení. Vytahovací plynný proud, který sleduje druhou stěnu (stranu druhého a čtvrtého kola) vytváří podél druhé stěny větší podtlak, než jaký je vytvářen vytahovacím plynným proudem, který sleduje první stěnu (stranu prvního a třetího kola) v důsledku rozdílu průtoku plynného proudu obou těchto proudů.

Nejvýhodnější je, je-li první úhel přibližně 2 až 6°, s výhodou přibližně 4° a druhý úhel je přibližně 3 až 10°, s výhodou 4 až 8°.

Sbíhavé uspořádání dále snižuje vypouštění vláken směrem ke stěnám komory a vylučuje tak hromadění vláken na stěnách, která jinak znatelné ovlivňují kvalitu konečného výrobku, pokud jsou unášena do vlákenného rohožového pásu.

V jiném provedení, které může být vhodné v případě, kdy je přijímací ústrojí relativně úzké, má komora dvě svislé stěny, uspořádané po obou stranách přijímacího ústrojí, sbíhající se k přijímacímu ústrojí. V tomto případě se umístí první stroj při první stěně a druhý stroj při druhé stěně s hlavními osami, které se rozbíhají směrem k přilehlé stěně.

Tato orientace dovoluje zabránit, aby vypouštěná vlákna byla příliš soustřeďována ke středu přijímacího ústrojí vzduchovými proudy, vytvářenými podél stěn otáčením kol a přítomností foukaného plynu, které se tlačí do nálevkovitého útvaru, vytvářeného stěnami směrem ke středu komory·

Jak bylo uvedeno výše, je výhodné, aby ve všech provedeních bylo vypouštění vláken na stranách každého zvlákňovacího stroje menší. Z tohoto důvodu má zařízení podle vynálezu s výhodou v každém stroji druhé kolo s průměrem menším nebo rovným 240 mm, zejména přibližně 180 až 240 mm. S výhodou stroje obsahují třetí a čtvrté kolo o větším průměru, zejména 300 až 400 mm.

Aby se získal dvojí odraz roztavené hmoty na třetím kole, je kromě toho výhodné uspořádat druhé kolo tak, že přímka spojující středy obou prvních kol svírá s vodorovným směrem úhel větší než 20°, s výhodou okolo 25°.

Ostřeďovací kola mohou být vzájemně běžné uspořádána tak, aby dovolovala vytváření požadované dráhy roztavené hmoty mezi koly. Výhodné je takové uspořádání, v němž obvodová plocha jednoho kola leží od obvodové plochy přilehlého kola ve vzdálenosti nejméně 35 mm, s výhodou nejméně 40 mm.

Takový odstup dovoluje proudu vláken, vydávanému jedním kolem, dobře se rozvinout bez škodlivé interakce s proudem vláken od přilehlého kola, a to při zajišťování dobrého prostorového rozdělování souboru vláken, vytvářených strojem.

Dalším důležitým znakem pro zajištění zvlákňování podle vynálezu je řízení teploty odstřeďovacích kol. Ukázalo se, že teplota jednoho kola závisí zčásti na množství roztaveného materiálu, vylévaného na toto kolo. Je rovněž ovlivňována přítomností plynných proudů na obvodě kola. Aby se zabránilo nežádoucímu ochlazování kola, je výhodné zabránit tomu, aby plynný proud v příliš velké míře narážel na obvodovou plochu kola. S výhodou je plynný proud vypouštěn v takovém směru, že se pouze dotýká obvodového povrchu kola. Z tohoto hlediska je výhodné, aby foukací prostředky ústily do blízkosti odstřeďovacího kola a vzdalovaly se od osy otáčení kola v úhlu přibližně 10 až 16°, zejména okolo 13°.

Foukací prostředky mohou být velmi různé. Aby se zabránilo vzniku proudů vláken na stranách stroje je však výhodné vytvářet foukací prostředky, přiřazené k jednomu kolu, ve formě souvislého otvoru, zejména prstencové trysky, soustředné s kolem, aby se nevytvořilo přerušení přívodu vzduchu. Takový souvislý otvor bude s výhodou vytvořen tak, aby se střední rychlost vyfukovaného plynu měnila po celé délce otvoru maximálně o 10 %.

-5 CZ 298321 B6

V provedení, které je výhodné z hlediska ovládání vypouštění vláken, obsahují vyfukovací prostředky nejméně jednu vytahovací trysku, uloženou tak, že vytváří souvislý vzduchový proud, uspořádaný v podstatě podél celé vnější obálky obvodových ploch odstřeďovacích kol.

Pro zajištění účinného vytahování vláken a pro přispívání k jejich dopravě, když je způsob zvlákňování takový, že vlákna jsou vypouštěna hlavně v dolní části alespoň jednoho odstřeďovacího kola, jsou foukací prostředky s výhodou uložené tak, že vytvářejí širší plynový proud podél dolní části uvedeného kola, zejména posledního a eventuelně předposledního kola kaskády.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 čelní pohled na zařízení podle vynálezu, obr. 2 boční pohled na zařízení z obr. 1, obr. 3 funkční schéma zvlákňovacího stroje, který je součástí zařízení z obr. 1, a obr. 4 schematický diagram, ukazující rozdělení rychlostí plynných proudů, vysílaných zařízením podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn čelní pohled na zvlákňovací zařízení podle vynálezu v pohledu ze strany vláken. Toto zařízení je v podstatě tvořeno dvěma shodnými zvlákňovacími stroji 1, 2, uloženými na vstupu do přijímací komory 3 vláken, v níž je uloženo přijímací ústrojí, jako pás nebo nekonečný pás 4, opatřený neznázoměnými sacími skříněmi, obíhající mezi dvěma souběžnými svislými stěnami 5, 6 přijímací komory 3.

Oba stroje 1, 2 obsahují skupinu čtyř odstřeďovacích kol 7, 8, 9, 10, z nichž první kolo 7 je nejmenší, druhé kolo 8 je o něco větší, a třetí a čtvrté kolo 9 jsou největší a mají v podstatě stejný průměr. Kola 7, 8, 9, 10 jsou uspořádána v sestavě, uvádějící jejich obvodové povrchy do vzájemné blízkosti s odstupy přibližně 40 mm. Přímka, spojující středy prvního a druhého kola 7, 8 svírá s vodorovným směrem úhel přibližně 25°.

Kola 7, 8, 9, 10 jsou otáčivě poháněna prostřednictvím motorových bloků 11, 12, z nichž pravá dvě kola 7, 9 jsou poháněna například v trigonometrickém smyslu, zatímco dvě levá kola 8, 9 jsou poháněna v opačném smyslu, takže obě po sobě následující kola na dráze zvlákňovaného materiálu (která sestupuje od nejvyššího kola 7 na nejnižší kolo 10) se otáčejí v opačném smyslu.

Čtyři kola 7, 8, 9, 10 jsou osazena na čtyřech v podstatě vzájemně rovnoběžných hřídelích, které vymezují hlavní osy 13, 14 každého ze strojů, viditelných na obr. 2. Hřídele jsou uloženy ve skříni 15 tvaru profilovaného tak, že obklopuje v co možná největší blízkosti obrysy vnitřních prvků. Motorové bloky 11, 12 jsou s výhodou uloženy na stranách v uspořádání, dovolující vzduchu volné cirkulovat okolo skříně 15.

Oba stroje 1, 2 jsou kromě toho vzájemně od sebe oddělovány prázdným prostorem, dovolujícím průchod vzduchu mezi oběma stroji. Stejné tak je prostor, ležící po obou stranách strojů 1, 2, ponechán volný pro umožňování průchodu vzduchu mezi stroji 1, 2 a stěnami 5, 6 přijímací komory 3.

Každý stroj 1, 2 je osazen na rámu 16, spočívajícím na podlaze na nohách nebo kolech, pojíždějících po kolejích, což dovoluje přesouvat stroje pro jejich údržbu. Koleje jsou upevněné na podlaze tak, že hlavní osa 13 stroje svírá úhel přibližně 8° se směrem stěn 5, 6, který je také osou přijímací linky (směr dopředného posunu pásu 4, vyznačený šipkou F), zatímco hlavní osa 14 stroje 3 svírá úhel okolo 4° se směrem stěn 5, 6. Alternativně mohou být oba stroje 1, 2 osazeny na orientovatelných točnách, popřípadě posuvných pro údržbu strojů.

Každý stroj 1_, 2 je kromě toho opatřen prostředky pro foukání vytahovacího vzduchu, tvořenými věnci 17,18, 19, 20, soustřednými s koly 7, 8, 9, 10 a opatřenými otvory 21, 22, 23, 24, tvořícími vytahovací trysky. S výhodou jsou věnce 17, 18, 19, 20 uloženy tak, že jejich vnější povrch leží ve stejné rovině se zadní plochou kol 7, 8, 9,10. Nepřítomnost jakékoli vyčnívající části na stranách kol zabraňuje zachytávání vláken na čelní straně stroje, jejichž shromažďování mezi koly je škodlivé pro dobrou funkci stroje. Otvory 21, 22, 23, 24 jsou uspořádány podél obvodové plochy k°l Z, 8, í 10 po takové délce, že dovolují průchod souvislého plynného proudu podél v podstatě celé vnější obálky obvodových ploch kol 7, 8, 9, 10.

Foukací vzduch je veden k vytahovacím tryskám prostřednictvím ventilátoru 25, uloženého s výhodou v dolní části skříně 15. Vzduch, nasávaný z okolního ovzduší je vháněn dovnitř skříně 15, kde cirkuluje okolo hřídelů, pohánějících kola, a nakonec vystupuje otvory 21, 22, 23, 24. V průběhu dráhy ve skříni 15 odzdola směrem k otvorům 21, 22, 23, 24 se rychlost vzduchu homogenizuje, takže rychlost vzduchu, vypouštěného otvorem, se mění nanejvýše o 10 % po jeho délce. Rychlost vypouštění z trysky se mění v závislosti na poloze věnce podle prostoru, který je k dispozici pro vzduch ve skříni 15 okolo hřídelů, přičemž je maximální pro dolní věnec 20 a minimální pro nejhořejší věnec Γ7.

Tato homogenizace rychlosti vzduchu, foukaného oběhem okolo hřídele, dovoluje optimalizovat vytahování vláken na přiřazeném kole. Každý stroj 1, 2 může být kromě toho opatřen prostředky 26 pro chlazení povrchu, ležícího mezi koly 7, 8, 9, 10, zejména cirkulací vody (typu vodního pláště). Vzhledem k relativně velkému vzájemnému odstupu mezi koly může být tento vodní plášť vytvořen z jednoho kusu, zajišťujícího chlazení celého povrchu.

S výhodou jsou věnce 17, 18, 19, 20 uspořádány tak, že leží v úrovni čelní plochy stroje 1, 2, který nese kola 7, 8, 9 a 10. Tato čelní plocha může být popřípadě tvořena vodním pláštěm 26.

Nyní bude popsána funkce zařízení s odvoláním na detail stroje, znázorněný na obr. 3. Když se vylévá roztavená hmota, jako čedičová sklovina 30, současně na první kolo 7 každého stroje 1, 2, uděluje se hmotě akcelerace a vrhá se na kolo 7, které ji vrací na kolo 8, a odtud postupně na kolo 9 a JO. Hlavně na třetím a čtvrtém kole 9, 10. ale částečné také na druhém kole 8 a mnohem méně na prvním kole 7, se odděluje část materiálu, unášeného otáčením kola, od povrchu kola ve formě kapiček, které se přeměňují působením odstředivé síly na vlákna, zatímco zbývající část se vrací na další kolo nebo za posledním kolem spadává ve formě nezvlákněného odpadu. Proud materiálu, přecházející z jednoho kola na druhé, se tak na každém kole zmenšuje proporcionálně k množství vytvořených vláken.

Vlákna, vytvořená každým kolem, jsou odtahována v axiálním směru vytahovacím vzduchem, vystupujícím z trysek 21, 22, 23, 24, který zajišťuje částečné dopravu vláken k přijímacímu pásu 4 v komoře 3, kde rovněž působí sání vzduchu ve stejném axiálním Směru.. Na pásu 4 jsou vlákna, přijímaná ze strojů 1, 2, shromažďována ve formě rohožového pásu o tloušťce proměnlivé v závislosti na průtoku roztavené hmoty, napájející stroje 1, 2, a rychlosti dopředného posunu pásu 4. Stroje 1, 2 rovněž obsahují neznázoměné prostředky pro přívod pojivá, které jsou samy o sobě známé a které dovolují pojit vlákna mezi sebou do rohožového pásu.

Jak je patrné na obr. 3, dochází k tvorbě vláken podle vynálezu s výhodou hlavně ve střední části strojů 1, 2, a to vzhledem přizpůsobené dráze roztavené hmoty 30, která se dvakrát odráží na třetím kole 9. Tato dráha je kromě toho výhodná pro zajištění zvýšeného zvlákňovacího výtěžku. Tato dráha může být získána otáčením druhého kola 8 při rychlostí, která je dostatečné vysoká, aby proud roztavené hmoty narážel na třetí kolo v bodě (nebo v pásmu) dopadu, relativně blízkém vrcholu třetího kola. Výhodné zvlákňovací podmínky obsahují otáčivý pohon druhého kola každé skupiny při rychlosti větší nebo rovné 6500 ot./min, pro průměr kola menší nebo rovný 240 mm.

Ochlazení povrchu mezi koly 7, 8, 9, 10 dovoluje zabránit shromažďování horké roztavené hmoty ve formě jejího přilepování na přední stěnu. Roztavená hmota 30, eventuelně vrhaná na přední stěnu, totiž tuhne s ochlazováním a padá působením vlastní hmotnosti. Při takovémto trvale udržovaném čistém stavu přední stěny tvoří stroje 1, 2 vlákna, která využívají dostatečný prostor okolo kol 7, 8, 9, 10 k tomu, aby se rozvíjela ve formě vlákenného prstence, souosého s kolem, směrem k přijímací komoře 3.

Jsou-li vytahovací trysky 21, 22, 23, 24 šikmo zahloubené ve věncích 17, 18, 19, 20 tak, že ústí v úhlu 10 až 16° vzhledem k ose otáčení kol, může se na rozvíjení velkého prstence také podílet tento způsob vytahování. Vzduch, vyfukovaný šikmo, kromě toho brání v přílišném ochlazování kol a dovoluje udržovat podmínky vyhazování vláken.

Proudy vytahovacího vzduchu vedou kromě toho v kombinaci s velmi rychlým otáčením kol k tvorbě vzduchových proudů, vyvolávaných volnou cirkulací vzduchu mezi zvlákňovacími stroji 1, 2 a okolo nich.

Sbíhavá orientace strojů 1, 2 vzhledem ke směru stěn 5, 6 přijímací komory 3 dovoluje vzdorovat působení stěny, kterým je proud vláken, vypouštěných strojem, nasáván k sousední stěně působením podtlaku, vytvářeného plynnými proudy, vyvolávanými foukacími prostředky podél stěn. Podle vynálezu jsou vyfukované a druhotné vyvíjené vzduchové proudy vypouštěny dvěma přilehlými stroji souběžné, tj. stýkají se a připojují se v čelní oblasti, ležící mezi stroji 1, 2 a znatelné se oddalují od stěn 5, 6 pro vytváření zlepšených podmínek vytahování a dopravy vláken.

Vlákenný rohožový pás, vytvářený na pásu 4 se vyznačuje dobrou kohezí s rovnoměrnou plošnou hmotností, tj. bez děr nebo dutin v rohožovém pásu.

Účinek orientace strojů na homogenitu zvlákňování je znázorněn na obr. 4. Na tomto obrázku je znázorněna výchylka rychlostní složky plynných proudů v úrovni pásu 4 ve vodorovném směru rovnoběžně s osou pásu, tj. kolmo k pásu, když je nakloněn v závislosti na poloze vzhledem k šířce pásu 4.

Tato měření rychlosti jsou prováděna Pitotovou trubicí a šroubovým anemometrem na více příčných liniích T uvnitř přijímací komory, a to v počtu 12 měření, rovnoměrně rozmístěných po šířce pásu 4. Tento rychlostní profil je reprezentativní pro profil rychlosti prvků, vrhaných odstředivým vyhazováním ze zvlákňovacích strojů. Stejný profil byl získán měřením rychlostí kapek oleje, přítomných ve stejném plynném proudu, vytvářeným pneumatickou maketou v měřítku 1/8 vzhledem k průmyslové lince, přičemž měření rychlosti se v tomto případě provádějí laserovou optickou cestou pomocí Dopplerovy laserové anemometrie. Tato měření byla provedena v zařízení UMR 6614 společnosti CORIA. Měření poskytují podrobná dvourozměrná (2D) mapování rychlosti v každém přijímacím bodě, z nichž je možné vynést graf, jaký je znázorněn na obr. 4.

Tento graf ukazuje, že když jsou stroje uložené s jejich hlavními osami přísné rovnoběžně s osou přijímací výrobní linky pro shromažďování vláken do rohožového pásu a ve směru stěn komory, má rychlostní profil maximum v přibližně jedné čtvrtině (1/4) šířky pásu, minimum v přibližně dvou třetinách (2/3) šířky pásu, přičemž rychlost se opět zvyšuje na poslední třetině. Rychlostní profil ilustruje výše uvedený stěnový účinek. Výchylka rychlosti mezi maximem a minimem je více než 30 %. To vede k tomu, jak to potvrzují reálné průmyslové podmínky, k velmi nehomogennímu produktu z hlediska plošné hmotnosti, s vysokým počtem děr s malou soudržností.

Když jsou stroje uloženy tak, že vyvolávají sbíhání plynných proudů, pozoruje se rychlostní profil s velmi různými výchylkami, a to s dvěma maximy v přibližně jedné třetině a ve dvou třeti-8 nách šířky přijímání (shromažďování) vláken, s minimem v polovině přijímací šířky, přičemž výchylka rychlosti mezi těmito extrémy je přibližně pouze 10 %. Vzhledem k malé výchylce rychlosti na přibližně 60 % přijímací šířky je získaný rohožový pás velmi homogenní a produkt má velmi uspokojivou kvalitu.

Vynález byl konkrétně popsán v případě přijímací komory s rovnoběžnými stěnami. Hodí se rovněž pro zařízení, mající odlišné uspořádání, přičemž orientace zvlákňovacích strojů se tedy obmění podle nových podmínek pro dosažení požadovaného rychlostního profilu. Studium pneumatické makety, jaká byla popsána výše, dovoluje s výhodou určit vhodné uspořádání.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby minerálních vláken, při kterém se současně napájí zvlákňovaným materiálem (30) nejméně dva vedle sebe uložené zvlákňovací stroje (1, 2), z nichž každý obsahuje skupinu odstřeďovacích kol (7, 8, 9, 10), uspořádaných v kaskádě a otáčivě poháněných okolo os majících všechny v podstatě stejný směr označovaný jako hlavní osa (13, 14), přičemž dvě po sobě následující kola kaskády se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu, a zvlákňovaný materiál se vylévá v roztaveném stavu v každém stroji na obvodový povrch prvního kola (7), kterým je mu udělováno zrychlení a kterým je vracen na druhé kolo (8), a eventuelně postupně za sebou na další kola (9, 10) skupiny kol, čímž je přeměňován na vlákna působením odstředivé síly, a přičemž vlákna, tvořená různými koly stroje, jsou přebírána plynným proudem a jsou sbírána přijímacím ústrojím (4), vyznačené tím, že hlavní osy (13, 14) obou přilehlých strojů (1,2) jsou uloženy ve vzájemném nenulovém úhlu, přičemž tento úhel nebo každý úhel je uzpůsoben tak, že oba plynné proudy, vypouštěné oběma přilehlými stroji (1, 2), se vzájemně stýkají a spojují.
2. 2. Způsob výroby minerálních vláken podle nároku 1, vyznačený tím, že úhel nebo každý úhel je uzpůsoben k tomu, aby axiální složka rychlosti celkového plynného proudu v úrovni přijímacího ústrojí (4) se měnila nanejvýše o 20 %, na alespoň 50 % šířky přijímacího ústrojí (4).
3. 3. Způsob výroby minerálních vláken podle nároku 1, vyznačený tím, že úhel nebo každý úhel je uzpůsoben k tomu, aby se axiální složka rychlosti plynného proudu v úrovni přijímacího ústrojí (4) měnila po šířce přijímacího ústrojí v podstatě symetricky.
4. 4. Způsob výroby minerálních vláken podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačený t í m , že každý stroj (1, 2) obsahuje skupinu čtyř odstřeďovacích kol (7, 8, 9, 10), přičemž uspořádání a rychlost otáčení odstřeďovacích kol jsou uzpůsobeny k tomu, aby část zvlákňovaného materiálu, který se dostává na čtvrté kolo (10), byla vracena na třetí kolo (9), a byla zde přeměňována na vlákna.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačený tím, že druhé kolo (8) každé skupiny kol se otáčivě pohání rychlostí větší nebo rovnou 6500 otáček za minutu, pro průměr menší nebo rovný 240 mm.

   -9CZ 298321 B6
6. 6. Zařízení pro výrobu minerálních vláken podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, obsahující nejméně dva zvlákňovací stroje (1,2), umístěné jeden vedle druhého na vstupu do komory (3) každého stroje (1, 2), které obsahují každý skupinu odstřeďovacích kol (7, 8, 9, 10), uspořádaných v kaskádě a otáčivě poháněných okolo os majících všechny v podstatě stejný směr označovaný jako hlavní osa (13, 14), přičemž dvě po sobě následující kola kaskády se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu, a dále obsahují foukací prostředky (17, 18, 19, 20), vyvíjející okolo skupiny odstřeďovacích kol plynný proud, přičemž zařízení obsahuje napájecí prostředky, uspořádané tak, aby vylévaly zvlákňovaný materiál (30) v roztaveném stavu současně na obvodový povrch prvního kola (7) každého stroje (1, 2), a dále obsahuje přijímací ústrojí (4), uložené proti zvlákňovacím strojům (1, 2) v uvedené komoře (3), vyznačené tím, že komora (3) má dvě svislé stěny (5, 6), uspořádané po obou stranách přijímacího ústrojí (4) v podstatě rovnoběžně od strojů (1, 2), uložených na vstupu, přičemž první stroj (1), přilehlý k první stěně (5) a druhý stroj (2), přilehlý ke druhé stěně (6), jsou uložené jejich odpovídajícími hlavními osami (13, 14) sbíhavé ke středu komory (3), s výhodou s úhlem nejméně 2° vzhledem ke směru stěn (5, 6).
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačené tím, že první stroj (1) je uložený tak, že jeho první odstřeďovací kolo (7) vrací roztavený materiál (30) proti první stěně (5) a druhý stroj (2) je uspořádán tak, že jeho první odstřeďovací kolo (7) vrací roztavený materiál (30) ke druhé stěně (6), a osa (14) druhého stroje (2) svírá s druhou stěnou (6) úhel větší než je úhel svíraný osou (13) prvního stroje (1) s první stěnou (5).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačené tím, že první úhel je přibližně 2 až 6°, s výhodou přibližně 4°, a druhý úhel je přibližně 3 až 10°, s výhodou 4 až 8°.
9. 9. Zařízení pro výrobu minerálních vláken podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, obsahující nejméně dva zvlákňovací stroje (1, 2), umístěné jeden vedle druhého na vstupu do komory (3) každého stroje (1, 2), které obsahují každý skupinu odstřeďovacích kol (7, 8, 9, 10), uspořádaných v kaskádě a otáčivě poháněných okolo os, majících všechny v podstatě stejný směr, označovaný jako hlavní osa (13, 14), přičemž dvě po sobě následující kola kaskády se otáčejí ve vzájemně opačném smyslu, a dále obsahují foukací prostředky (17, 18, 19, 20), vyvíjející okolo skupiny odstřeďovacích kol plynný proud, přičemž zařízení obsahuje napájecí prostředky, uspořádané tak, aby vylévaly zvlákňovaný materiál (30) v roztaveném stavu současně na obvodový povrch prvního kola (7) každého stroje (1, 2), a dále obsahuje přijímací ústrojí (4), uložené proti zvlákňovacím strojům (1, 2) v uvedené komoře (3), vyznačené tím, že komora (3) má dvě svislé stěny (5, 6), uspořádané po obou stranách přijímacího ústrojí (4) a sbíhající se k přijímacímu ústrojí (4) od strojů (1,2), uložených na vstupu, přičemž první stroj (1), přilehlý k první stěně (5), a druhý stroj (2), přilehlý ke druhé stěně (6), jsou uložené jejich odpovídajícími hlavními osami (13, 14) rozbíhavě s přikloněním každá k přilehlé stěně (5, 6).
10. 10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 9, vyznačené tím, že v každé komoře (1, 2) má druhé odstřeďovací kolo (8) průměr menší nebo rovný 240 mm.
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačené tím, že přímka spojující středy dvou prvních odstřeďovacích kol (7, 8), svírá s vodorovným směrem úhel větší než 20°, s výhodou okolo 25°.
12. 12. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 11, vyznačené tím, že obvod jednoho kola leží od obvodu přilehlého kola ve vzdálenosti nejméně 40 mm.

    -10CZ 298321 B6
13. 13. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 12, vyznačené tím, že foukací prostředky (17, 18, 19, 20) obsahují nejméně jednu vytahovací trysku (21, 22, 23, 24) uspořádanou tak, že vytváří souvislý vzduchový proud sledující v podstatě celou vnější obálku obvodových ploch odstřeďovacích kol (7, 8, 9, 10).
14. 14. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 13, vyznačené tím, že foukací prostředky (17, 18, 19, 20) jsou uspořádané tak, že vytvářejí širší plynný proud podél dolní části alespoň jednoho kola kaskády.
15. 15. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 14, vyznačené tím, že foukací prostředky (17, 18, 19, 20) ústí do blízkosti odstřeďovacího kola a odchylují se od osy otáčení tohoto kola v úhlu přibližně 10 až 16°.
16. 16. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 6 až 15, vyznačené tím, že obsahuje mezi dvěma přilehlými zvlákňovacími stroji (1, 2) otevřený prostor dovolující cirkulaci vzduchu mezi stroji (1,2).