PL202408B1 - Urządzenie do obróbki materiałów w postaci arkuszy za pomocą strumieni wody pod ciśnieniem - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do obróbki materia lów w postaci arkuszy za pomoc a strumieni/igie l wodnych, posiadaj ace: - korpus (1) dostarczaj acy wod e pod ci snieniem, obejmuj acy rozci agaj ac a si e na ca lej d lugo sci wy zej wy- mienionego korpusu komor e zasilaj ac a (2), do której woda pod ci snieniem jest pobierana przez filtr (4); - obszar rozprowadzania, w którym woda pod ci- snieniem rozprowadzana jest na ca lej szeroko sci obróbki przez p lyt e z mikroperforacj a (7), której otwory wyznaczaj a ig ly wodne (8) skierowane ku powierzchni materia lu (S) poddawanego obróbce, przy czym materia l (S) jest pod- trzymywany przez urz adzenie transportuj ace poddane dzia laniu zród la podci snienia pozwalaj acego na usuni ecie wody wykorzystywanej do obróbki, znamienne tym, ze posiada kana l (22) do przekazywania wody z kra nca komo- ry zasilaj acej (2) do powierzchni perforowanej p lyty (7), przy czym kana l (22) posiada prostok atny przekrój poprzeczny rozci agaj acy si e na ca lej d lugo sci wtryskiwacza, za s odst ep pomi edzy scianami bocznymi (21) tego kana lu (22) oraz jego wysoko sc zapewniaj a jednokierunkowy, stabilny i niezak ló- cony turbulencjami przep lyw wody. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiot wynalazku odnosi się do udoskonalenia wprowadzonego do instalacji wykorzystywanych do obróbki materiałów w postaci arkuszy za pomocą strumieni wody pod ciśnieniem. Strumienie te działają na materiał w taki sposób jak igły, które wykorzystywane są w szczególności do obróbki materiałów włókninowych w celu nadania im spoistości i/lub zmiany ich wyglądu zewnętrznego.

Taka wykorzystywana od dziesięcioleci technika, tak jak jest to widoczne na pochodzących ze zgłoszeń patentowych nr US 3 214 819 nr US 3 485 706 przykładach, obejmuje poddanie materiału w postaci arkuszy działaniu pochodzących z jednej lub większej liczby kolejnych szyn z wtryskiwaczami. Materiał podtrzymywany jest przez porowatą lub perforowaną taśmę przenośnika lub obrotowy walec. Wyżej wymieniona taśma lub walec poddawane są ssaniu, co pozwala na odzyskanie użytej wody.

Jednym z istotnych elementów takiej instalacji jest system wytwarzania strumieni lub igieł wodnych, potocznie nazywany „wtryskiwaczem”.

Przedmiot wynalazku odnosi się w szczególności do nowatorskiego typu wtryskiwacza.

Stan techniki

Obecnie wykorzystywane wtryskiwacze mogą być wytworzone zgodnie z wskazówkami zawartymi w opisie zgłoszenia patentowego nr US-A-3 485 706 rysunku 42 oraz z odpowiadającymi u fragmentami opisu. Dużo bardziej szczegółowy opis wykonania zawarty jest w przykładzie zamieszczonym w zgłoszeniu patentowym nr US 3 613 99 i nr EP 400 249 (odpowiadającym zgłoszeniu patentowemu nr US 5 054 349). Ten drugi dokument opisuje typ wtryskiwacza nie tylko pozwalającym na wtryskiwanie wody pod bardzo wysokim ciśnieniem (większym niż 100 bar), lecz pozwala również na łatwe umieszczanie i usuwanie perforowanej płyty, przez którą przepływają mikrostrumienie.

Odnośnie załączonego rysunku 1, takie wtryskiwacze są, zatem ogólnie wykonane w postaci ciągłej szyny wtryskiwacza, umieszczona jest poprzecznie w stosunku do kierunku przemieszczania się materiału w postaci arkusza (F), na przykład włókniny. Długość szyny dopasowana jest do szerokości poddawanego obróbce materiału. Szyna wtryskiwacza składać się z osobnego, pojedynczego modułu lub wielu umieszczonych obok siebie modułów.

Szyna wtryskiwacza posiada główny korpus (1) wytrzymujących bez odkształceń ciśnienie wody. W górnej części korpusu umieszczona jest komora (2) o kształcie na ogół cylindrycznym, zasilana wodą pod ciśnieniem przez rurę (3) i pompę (tu niepokazaną).

W komorze (2) umieszczony jest wkład (4) w postaci na przykład perforowanego cylindra wyłożonego tkaniną filtracyjną, która pełni nie tylko rolę filtra, lecz również działa jako dystrybutor.

Woda pod ciśnieniem zasilająca komorę (2) przepływa następnie przez rozmieszczone w równych odstępach na całej szerokości wtryskiwacza cylindryczne otwory (5). Średnica tych otworów mieści się na ogół w przedziale 4 mm - 10 mm, zaś grubość ściany między dwoma kolejnymi otworami wynosi około 3 do 5 mm.

Cylindryczne otwory (5), których koniec wylotowy może mieć kształt stożka, wychodzą do dolnej komory (6). Na dole tej komory umieszczona jest mikroperforowana płyta (7). Średnica tych mikrootworów mieści się w granicach 50 - 500 μm, zalecane wartości to 100 - 200 μ^ι. Umożliwia to wytworzenie strumieni lub igieł wodnych (8) działających bezpośrednio na powierzchnię obrabianego materiału (F), na przykład włókninowej tkaniny.

Perforowana płyta (7) jest przymocowana do głównego korpusu wtryskiwacza przez (zgodnie na przykład z zawartymi w zgłoszeniu patentowym EP 400 249 wskazówkami) poruszane przez hydrauliczne cylindry podłużne szczęki (9), co umożliwia jej poziomowanie za pomocą umieszczonego wzdłuż wtryskiwacza systemu poprzeczek i cięgieł.

Pomiędzy perforowaną płytą (7) a podstawą głównego korpusu (1) umieszczona jest uszczelka (tu niepokazana).

Taki system rozprowadzania wody pod ciśnieniem z wykorzystaniem mikroperforowanej płyty przeznaczonej do wytwarzania igieł wodnych wykorzystuje, zatem otwory (5) wychodzące do dolnej komory (6), umożliwiając tym samym dokładne rozprowadzenie wody na całej długości wtryskiwacza. Przez każdy z otworów przepływa dokładnie taka sama ilość wody.

Jednakże odkryto, że takie rozwiązanie (szczególnie w przypadku wykorzystywania go do obróbki tkanin włókninowych) może doprowadzić do powstawania wad w obrabianym materiale, jeżeli ciśnienie wody we wtryskiwaczu przekracza 50 bar.

Rysunek 2 przedstawia w sposób schematyczny przyczyny powstawania takich wad.

PL 202 408 B1

Na rysunku tym widoczne jest, że przy zwiększaniu ciśnienia wody wewnątrz cylindrycznej przestrzeni, (2) co jest niezbędne, jeżeli pożądane jest zwiększenie prędkości produkcji materiału i/lub obróbka ciężkich produktów, powstają obszary powstawania turbulencji w dolnej komorze (6). Obszary te powstają w tych miejscach (10), które leżą bezpośrednio pod ścianami oddzielającymi kolejne otwory (5). Takie turbulencje przekazywane są do strumieni wody, powodując znaczące i natychmiastowe zmniejszenie ich energii. Strumienie (J1) poniżej obszarów turbulencji stają się rozproszone i białawe, podczas gdy pod otworami (5) przepływ strumieni (J2) pozostaje jednokierunkowy, stabilny i wolny od turbulencji.

Podczas obróbki tkanin włókninowych takie zróżnicowanie przepływu pociąga za sobą bezpośrednie konsekwencje w efektywności łączenia włókien i powoduje niejednorodne splątanie włókien w produkcie, a szczególnie zmiany jego gęstości.

W konsekwencji, tak jak to przedstawiono schematycznie na rysunku l, w produkcie końcowym otrzymuje się pasma, (B) o obniżonej gęstości. Pasma takie mają bardzo nieregularną powierzchnię i odpowiadają dokładnie obszarom zakłóconych turbulencjami obszarów przepływu pomiędzy otworami.

Ujawnienie wynalazku

Sposób udoskonalenia tego typu wtryskiwacza, i to właśnie on stanowi przedmiot wynalazku umożliwiając rozwiązanie powyższego problemu i zasilanie urządzenia wodą o wysokim ciśnieniu (możliwe jest wykorzystanie wody o ciśnieniu 400 bar i wyższym). Możliwe jest także otrzymanie stabilnego i wolnego od turbulencji przepływu wody pod ciśnieniem między zasilaną wodą pod ciśnieniem komorą a wytwarzającą stosowane do obróbki strumienie lub igły wodne perforowaną płytą. Wyżej wymienione strumienie są doskonale jednorodne i wszystkie działają w ten sam sposób na przeznaczony do obróbki produkt.

Ogólnie wtryskiwacz według przedmiotu wynalazku pozwalającym na obróbkę materiału w postaci arkusza (włókniny, zespołu złożonego z materiałów tekstylnych, błony, papieru itd.) za pomocą strumieni/igieł wodnych składa się z:

- korpusu dostarczającego wodę pod ciśnieniem, obejmującego rozciągającą się na całej długości wyżej wymienionego korpusu komorę zasilającą, do której pobierana jest przez filtr woda pod ciśnieniem;

- obszaru rozprowadzania, w którym woda pod ciśnieniem rozprowadzana jest na całej długości obróbki przez płytę z mikroperforacją, otwory w tej płycie wyznaczają skierowane na powierzchnię obrabianego materiału igły wodne, wyżej wymieniony materiał jest podtrzymywany przez urządzenie transportujące (bęben lub taśmę przenośnika), które poddane jest działaniu źródła podciśnienia pozwalającego na usunięcie wykorzystywanej do obróbki wody, obszar ten charakteryzuje się tym, że woda jest przekazywana z komory zasilającej do perforowanej płyty za pośrednictwem kanału o prostokątnym przekroju poprzecznym rozciągającym się na całej długości wtryskiwacza, od krańca komory zasilającej do powierzchni perforowanej płyty, odstęp pomiędzy ścianami bocznymi tego kanału oraz jego wysokość umożliwiają uzyskanie jednokierunkowego, stabilnego i wolnego od turbulencji przepływu wody.

W celu otrzymania laminarnego przepływu wody pod ciśnieniem, korzystne wymiary wyznaczającej kanał rozprowadzający przestrzeni pomiędzy dwoma ścianami bocznymi zawierają się w przedziale 2 mm - co najwyżej 10 mm, zaś wysokość ścian bocznych to 5 - 100 mm. Dzięki takiej budowie urządzenia wytwarzane przez mikroperforację strumienie posiadają identyczną energię wyjściową na całej szerokości obróbki.

Krótki opis rysunków Przedmiot wynalazku i jego zalety są łatwiejsze do zrozumienia dzięki poniższemu, ilustrującemu je przykładowi. Jest on zamieszczony w celu zobrazowania przedmiotu wynalazku, nie pociąga jednak za sobą żadnych ograniczeń. Przykład jest zilustrowany towarzyszącymi mu rysunkami, na których:

- tak jak wskazano powyżej, rysunek 1 przedstawia schematyczną budowę wtryskiwacza według obecnego stanu techniki, widzianą w przekroju poprzecznym wzdłuż pionowej płaszczyzny symetrii, rysunek 2 przedstawia schematycznie turbulencje i rozmieszczenie nieregularnych strumieni, które pojawiają się, gdy zwiększone jest zasilające korpus wtryskiwacza ciśnienie wody;

- rysunek 3 przedstawia, również schematycznie, ogólną budowę wtryskiwacza według przedmiotu wynalazku, widzianą w przekroju poprzecznym wzdłuż pionowej płaszczyzny symetrii;

- rysunek 4 przedstawia schematyczny widok przepływu wody pod ciśnieniem we wtryskiwaczu według przedmiotu wynalazku.

PL 202 408 B1

Sposób realizacji wynalazku

Odnosząc się do dołączonego rysunku 3 i używając dla głównych elementów tych samych numerów odnośników, co użyte w zilustrowanym rysunkiem 2 opisie obecnego stanu techniki, przedstawiono tu wtryskiwacz według przedmiotu wynalazku. Posiada on, podobnie jak wtryskiwacz według obecnego stanu techniki, wykonany ze stali korpus główny (1) o długości 3500 mm, szerokości 200 mm i wysokości 200 mm.

W górnej części tego korpusu wykonana jest cylindryczna komora (2) o średnicy 70 mm. Komora ta jest zasilana wodą pod ciśnieniem za pośrednictwem rury (3).

Na dołączonym rysunku przedstawione jest doprowadzenie wody z boku korpusu, możliwe jest jednak zasilanie wodą z góry lub z tyłu korpusu.

W przestrzeni (2) umieszczony jest wkład (4) w postaci wyłożonego tkaniną filtracyjną perforowanego cylindra.

Do podstawy (20) górnego korpusu przymocowana jest (na przykład za pomocą podłużnych szczęk (9)) mikroperforowana płyta (7), wykonana w tym przypadku z taśmy stalowej o grubości 1 mm, szerokości 25 mm i posiadającej przynajmniej jeden rząd otworów. Korzystna średnica tych otworów to 100 - 200 μm, odległość między otworami to zwykle 0,6 - 1,2 mm.

Między podstawą (20) górnego korpusu a powierzchnią mikroperforowanej płyty (7) przewidziany jest oczywiście element uszczelniający, na przykład uszczelki (23).

Zgodnie z przedmiotem wynalazku przemieszczanie wody pod ciśnieniem do wytwarzającej strumienie wody płyty (7) odbywa się przez kanał (22), który rozciąga się od krańca komory (2) do powierzchni mikroperforowanej płyty (7). Ten szczelinowy kanał składa się z dwóch naprzeciwległych, równoległych ścian (21) o wysokości 5-100 mm, oddalonych od siebie o odległość 1-10 mm. Kanał szczelinowy jest poprzecznie zamknięty.

Dzięki tej nowatorskiej konstrukcji, tak jak jest to widoczne na rysunku 4, otrzymano laminarny, pozbawiony jakichkolwiek turbulencji przepływ wody pod ciśnieniem. Na rysunku 4 widać też, że wszystkie otrzymane za pomocą otworów w płycie g(7) strumienie wody (8) posiadają taką samą energię.

W celu przedstawienia zalet urządzenia według przedmiotu wynalazku, przeprowadzono próby porównawcze, wykorzystując w tym celu urządzenie zgłaszającego typu „Jetlace 2000”. Wyżej wymienione urządzenie wyposażono we wtryskiwacze wykonane zgodnie z obecnym stanem techniki (przedstawione na rysunku 1) dla pierwszej serii prób, oraz we wtryskiwacze wykonane według przedmiotu wynalazku dla drugiej serii prób. W obu seriach prób zapewniono to samo ciśnienie wody zasilającej.

Wykorzystane w tych próbach wykonane zgodnie ze stanem techniki wtryskiwacze (takie jak przedstawiono na rysunku 1) posiadały następujące parametry:

średnica górnej komory (4): 50 mm średnica kanałów (5): 6 mm odległość między dwoma kolejnymi kanałami (5): 10 mm wysokość kanałów (5): 35 mm wysokość dolnej komory (6): 10 mm mikroperforowana płyta posiadała pojedynczy szereg mikrootworów o średnicy 120 μηι oddalonych od siebie o 0,6 mm.

Druga seria płyt została przeprowadzona z wykorzystaniem tego samego urządzenia, lecz wyposażonego we wtryskiwacze wykonane zgodnie z przedmiotem wynalazku. Górna komora posiadała taką samą średnice jak w konwencjonalnych wtryskiwaczach, kanał szczelinowy (22) o wysokości 36 mm rozciągał się od komory zasilającej (4) do mikroperforowanej płyty (7), równoległe ściany tego kanału były oddalone od siebie o 3 mm.

Mikroperforowana płyta również miała postać płyty posiadającej otwory o średnicy 120 μm oddalone od siebie o 0,6 mm.

W tych próbach porównawczych obróbce została poddana ważąca 250 g/m² tkanina włókninowa na bazie włókien poliestrowych o mianie 1,7 dtex.

Tkanina ta została poddana działaniu dwóch wtryskiwaczy działających kolejno na obie strony tkaniny.

Woda była dostarczana do górnej komory urządzenia każdego typu, ciśnienie zasilające było stopniowo zwiększane.

PL 202 408 B1

Stwierdzono, że dla tej samej prędkości ruchu tkaniny włókninowej względem wykorzystywanych do obróbki strumieni, przy ciśnieniu dochodzącym do około 50 bar, otrzymane z obu typów urządzeń produkty charakteryzowały się dobrą jednorodnością i porównywalnymi właściwościami mechanicznymi.

Jednak przy ciśnieniu powyżej 50 bar w produkcie otrzymanym za pomocą konwencjonalnego wtryskiwacza (takiego, jak przedstawiony na rysunku 1) pojawiły się wady połączeń. Wady te powiększały się wraz ze wzrostem ciśnienia przyjmując w rezultacie postać nieregularnych, równoległych pasm, tak jak to przedstawiono na rysunku 1.

Jednakże wtryskiwacz według przedmiotu wynalazku pozwolił na otrzymanie nieposiadającej żadnych widocznych wad doskonale zespolonej tkaniny przy wykorzystaniu ciśnienia do 400 bar.

W rezultacie, dzięki wykorzystania urządzenia według przedmiotu wynalazku, okazało się możliwe zarówno zwiększenie prędkości produkcji bez obniżenia właściwości produktu jak i obróbka znacznie grubszych tkanin lub nawet innych typów zespołów, które nie mogą być obrabiane za pomocą konwencjonalnych wtryskiwaczy.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do obróbki materiałów w postaci arkuszy za pomocą strumieni/igieł wodnych, posiadające:

   - korpus (1) dostarczający wodę pod ciśnieniem, obejmujący rozciągającą się na całej długości wyżej wymienionego korpusu komorę zasilającą (2), do której woda pod ciśnieniem jest pobierana przez filtr (4);

   - obszar rozprowadzania, w którym woda pod ciśnieniem rozprowadzana jest na całej szerokości obróbki przez płytę z mikroperforacją (7), której otwory wyznaczają igły wodne (8) skierowane ku powierzchni materiału (S) poddawanego obróbce, przy czym materiał (S) jest podtrzymywany przez urządzenie transportujące poddane działaniu źródła podciśnienia pozwalającego na usunięcie wody wykorzystywanej do obróbki, znamienne tym, że posiada kanał (22) do przekazywania wody z krańca komory zasilającej (2) do powierzchni perforowanej płyty (7), przy czym kanał (22) posiada prostokątny przekrój poprzeczny rozciągający się na całej długości wtryskiwacza, zaś odstęp pomiędzy ścianami bocznymi (21) tego kanału (22) oraz jego wysokość zapewniają jednokierunkowy, stabilny i niezakłócony turbulencjami przepływ wody.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odległość między dwoma ścianami bocznymi (21) wyznaczającymi kanał rozprowadzający (22) zawiera się w przedziale od 1 mm do 10 mm, zaś wysokość ścian bocznych wynosi od 5 mm do 100 mm.