NO840850L - Fremgangsmaate og innretning til reduksjon av hastighet av stroemmende medier - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og innretning til reduksjon av hastigheten av strømmende medier, spesielt av fast-stoff partikler og-gassdispersjoner i underlydsdiffusorer. Oppfinnelsens gjenstand ble spesielt utviklet med henblikk på fremstilling av fibermatter av mineralullfibre. Ved fremstilling av mineralull foregår fiberdannelsen vanligvis ved ett eller flere trinns defibrering, idet det siste trinn vanligvis består i en aerodynamisk uttrekningsprosess. Fibrene fåes da i form av en fiber/gass-dispersjon, idet dispersjonen har en høy lineær hastighet som kan utgjøre mer enn 100 m/sek. inntil lydhastigheten. Fremstillingen av fibermattene foregår nu ved at fibrene avlegges på et perforert transportbånd, idet under transportbåndet bortsuges gassen. Før avlegning på transportbåndet må hastigheten av fiber/gass-dispersjonen reduseres til gjennomgangshastigheten av gassen gjennom transportbåndet.

For reduksjon av dispersjonens hastighet er det allerede kjent en rekke fremgangsmåter.

Ifølge en rekke forslag i henhold til teknikkens stand inn-føres fiber/gass-dispersjonen i en strømningskanal, idet strømningskanalen har en relativt stor åpning, hvorigjennom omgivelsesluft medinnsuges og strømningskanalen videre har en lengde som muliggjør en gjennomblanding av fiber/gass-dispersjonen med omgivelsesluften, idet den midlere hastighet innstiller seg mellom fiber/gass-dispersjonens begynnelseshas-tighet og den innsugde omgivelsesluft.

Ifølge andre forslag består strømningskanalen av en diffu-

sor, idet det i tillegg i forskjellige trinn i strømnings-retningen innsuges omgivelsesluft.

Andre fremgangsmåter beror på at fiber/gass-dispersjonen av

høy hastighet ganske enkelt slippes ut i rommet, idet dispersjonen bremses ved blanding med romluften. Eventuelt kan det derved være forankoblet en underlydsdiffusor;

Disse kjente fremgangsmåter som forlanger en fortynning av dispersjonen med rolig gass til hastighetsreduksjon, har den ulempe at den gassmengde som skal bortsuges under transportbåndet ' økes betraktelig. Dette økede gassvolum kan ikke enkelt slippes ut i atmosfæren, men må opparbeides - da den vanligvis inneholder bindemiddeldråper og findelt støv fra fiberfrem-stillingen. Pumpeydelsen for transport av dette økede gassvolum gjennom filter og vaskere belaster fremgangsmåten ugunstig.

Fremstillingen av fibermatter av liten romtetthet forlanger også at allerede ved fiberavlegningen frembringes produkter av minst mulig råtettheter. Den nødvendighet å bortsuge store gassvolum gjennom transportbåndet og den allerede dannede fibermasse betinger også at trykkfallet gjennom rå-matten er tilsvarende stor og hindrer frembringelse av mindre råtettheter.

Til grunn for oppfinnelsen lå den oppgave å redusere hastigheten av fiber/gass-dispersjoner uten dispersjonens fortynning. Dette foregår ifølge oppfinnelsen i underlydsdiffusorer. Virkningsmåten av underlydsdiffusorer er prinsi-pielt kjent. Forholdet mellom inntredelses- og uttredelses-tetthetshastighet er gitt ved forholdet mellom inntredelses-tverrsnittet og uttredelsestverrsnittet. Derved opptar diffusorveggen det strømmende mediets impulsdifferanse. Hastig-hetsreduks j onen i nærheten av diffusorveggen er derfor betraktelig sterkere enn i diffusorens akse. Det innstiller seg derfor en hastighetsprofil. Ved større forhold mellom inntredelsestverrsnitt og uttredelsestverrsnitt av diffusoren består da ingen tilstrekkelig vekselvirkning mellom strømningen i diffusoraksen og strømningen i nærheten av diffusorveggen. Det kommer derfor til tilbakestrømninger mellom diffusor-vegg og diffusorakse. Dette lar seg i prinsipp hindre ved at det strømmende mediets oppholdstid i diffusoren forlenges således at det dessuten finner sted en tilstrekkelig hastig-hetsutligning over diffusortverrsnittet. En slik forlengelse av oppholdstiden oppnås ved en forlengelse av diffusoren i akseretningen, dvs. med en meget liten åpningsvinkel av diffu soren. Ved høye tetthetshastighetsforhold på f.eks. 30 fremkommer derved diffusorlengder i akseretningen på 10 m eller mer, som teknisk er vanskelig å virkeliggjøre.

Det er nu funnet at ved anvendelse av et flertall mindre diffusorer, kan - på tross av forkortelse av oppholdstiden av det strømmende medium i diffusoren - høye tetthetshastighetsforhold beherskes uten at det opptrer tilbakestrømninger. Oppfinnelsens gjenstand er følgelig en fremgangsmåte til reduksjon av hastigheten av et strømmende medium i under-lydsdif f usor, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat massestrømmen M gjennom diffusoren velges således at produktet M f x Vx — ^j- er mindre enn 10 kg/s, idet ^ V^ er den midlere tetthetshastighet av diffusorinngangen og ^ 2 V2er ^en m^^~lere tetthetshastighet ved diffusorutgangen.

Tetthetshastigheten betegner produktet av tetthet ^ og hastighet ] f av dispers jonen.

Fortrinnsvis skal forholdet M f7 2. Vl være mindre enn 8,5 kg/s,

spesielt foretrukket mellom 5 og 8 kg/s.

Ifølge oppfinnelsen anvendes som diffusorer fortrinnsvis strømningskanaler med en utvidelsesvinkel mellom 3,5 og 7°.

Strømningskanalene skal fortrinnsvis ha et ovalt tverrsnitt, idet forholdet mellom den største diameter og den minste diameter er mindre enn 2. Spesielt foretrukket anvendes strøm-ningskanaler med sirkelrundt tverrsnitt. Ved avvikelse fra sirkelformet tverrsnitt, skal tverrsnittet fortrinnsvis være utformet elliptisk.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen lykkes det å beherske tetthetshastighetsforhold mellom diffusorinngang og -utgang på mer enn 30. Fortrinnsvis skal tetthetshastighetsforhold ligge mellom 50 og 200.

Tetthetshastigheten av fiber/gass-dispersjoner.som oppstår ved fremstilling av mineralull på fiberdannelsesinnretningen kan ligge over 100 kg/sek . m 2. Fortrinnsvis utgjør de ifølge oppfinnelsen anvendte begynnelsestetthetshastigheter ved inngangen av diffusoren 150-300 kg/s . m 2, spesielt foretrukket over 200 kg/s . m<2>.

Uttredelsestetthetshastighetene skal ifølge oppfinnelsen ligge under 6 kg/s . m 2. Spesielt foretrukket er uttredel-seshastigheter mellom 1 og 4 kg/s.m 2.

Ved tekniske defibreringsfremgangsmåter, f.eks. dyseblåsefremgangsmåten, fremkommer en fiberdannelsesenhet med masse-strøm av fiber/luft-dispersjon som mange ganger overtrer den ifølge oppfinnelsen til en diffusor tilførte massestrøm. Ifølge oppfinnelsen oppdeles derfor fiber/gass-dispersjonen tilsvarende deres begynnelsestetthetshastighet f^ V^og den ønskede slutt-tetthetshastighet 5"2V2"*■ enkelte massestrøm-mer fl tilsvarende M - mindre enn 10 kg/sek. og hver

• ? 1 Vl

) 2 2

massestrøm tilføres adskilt til en diffusor. Spesielt foretrukket oppdeles allerede fiberdannelsesenheten, f.eks. strekkdysen med dyseblåsefremgangsmåter i segmenter, idet hvert segment frembringer en massestrøm M av fiber/gass-dispersjonen, som tilsvarer - ifølge oppfinnelsen krevede be-tingelser .

Enskjønt fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen spesielt ble utviklet for fremstilling av fibermatter, kan den fordelaktig

over alt finne anvendelse der hvor dispersjoner av fine små-dråper eller finfordelte faste legemer i gass fremkommer med høy lineær hastighet, og hvor det ønskes en hastighetsreduksjon uten fortynning av dispersjonen. En spesiell fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består videre i at dispersjonen i gassformet medium ved uttredelse-av underlydsdiffusoren fremkommer med i det vesentlige laminar strømning og i det vesentlige turbulensfri ved relativt liten avvikning

fra den midlere hastighet.

Dispersjonen dannet ifølge oppfinnelsen av fine partikler i gass har derfor fremragende egenskaper for videreforarbeidel-sestrinn som filtrering, tyngdekraftbelegg eller magnet-skilling. F.eks. kan aerodynamisk defibrert metallsmelter, hvor metallpulver fremkommer dispergert i gass med høy hastighet, etter reduksjon av hastigheten ifølge oppfinnelsen spesielt fordelaktig underkastes adskillelse av spesielt store eller spesielt fine pulverpartikler.

Oppfinnelsens gjenstand er også en innretning bestående av

et flertall av frembringelsesinnretninger for dispersjoner av fine partikler og gass, samt et flertall av etterkoblede underlydsdiffusorer, idet det til hver frembringelsesinnretning er etterkoblet en underlydsdiffusor, og hver frembringelsesinnretning frembringer en massestrøm M av dispersjonen, idet produktet av massestrømmen M og forholdet mellom diffusorens uttredelsestverrsnitt og inntredelsestverrsnitt er mindre enn 10 kg/sek.

Forholdet mellom uttredelses- og inntredelsestverrsnitt av diffusoren kan ligge over 30, fortrinnsvis over 50. I ekstreme tilfeller kan forholdet mellom uttredelses- og inn-tredelsestverrsnittet av diffusoren oppnå verdier på 200.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningsfigurene. Fig. 1 viser en anordning til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved dyseblåsefremgangsmåten til fremstilling av mineralull. Fig. 2 viser et vertikalt tverrsnitt gjennom anordningen ifølge fig. 1. Fig. 3 viser den relative anordning av diffusorut-tredelsestverrsnitt til utgangen av fiberfrem-

bringelsesinnretningene.

Fig. 4 viser en detalj fra fig. 2 iøket målestokk.

Fig. 5 viser en eksempelvis anvendt fiberfrembringelses-enhet. Fig. 6 viser som diagram sammenheng mellom den til en diffusor tilførte massestrøm i avhengighet av forholdet mellom inntredelses- og uttredelses-tetthetshastigheten.

Oversiktstegningen på fig. 1 viser en smeltedigel 1, hvorfra det ved underkanten trer ut et flertalls smeltestrømmer som trer inn i den etter dyseblåsefremgangsmåten arbeidende strekkdyse 2. Smeltedigel 1 og strekkdyse 2 forklares dessuten nærmere ved hjelp av fig. 5. Under strekkdysene 2 er det eksempelvis anordnet åtte diffusorer 50. Diffusorene er forbundet over befestigelsesdeler 52 med strekkdysene og har videre overgangsdeler 51, hvori foregår overgangen fra. rett-vinklet strekkdyseutgang til sirkelrundt tverrsnitt av diffusorinngangen.

På fig. 2 er det skjematisk antydet smeltedigel 1 og der-under strekkdysen 2, hvori det befinner seg dessuten uttrekningsdelen 7, som skal forklares av strekkdysen. Uttredelsestverrsnittet av strekkdysen 2 er betegnet med 54. Under uttrekningsdelen befinner det seg bestigelsesdelen 52, hvormed diffusoren 50 er fastgjort til strekkdysen 2.

Mellom uttredelsestverrsnittet 54 og- strekkdysen 2 kan det være anordnet en gummimansjett som hindrer inntrengning av gass. Fra uttredelsestverrsnittet 55 av diffusoren 50 trer fiberdispersjonen ut med nedsatt hastighet. Mellom diffusoren 50 kan det ved uttredelsesenden anordnes forstøv-ningsdyser 64 for bindemiddel. Under diffusoren 50 befinner det seg det perforerte transportbånd 62, hvorpå fibrene avlegges for dannelse av matte 61 under bortsuging av luft tilsvarende pilene 63. Transportbåndet beveger seg i retningen av pilen 65. Fig. 3 forklarer den relative anordning av uttredelsestverrsnittet 55 av diffusoren til anordningen av uttredelsestverrsnittet 54 av strekkdysen. Det er vist to fiberdannelsesinnretninger som er oppdelt i segmenter, idet hver av fiberdannelsesinnretningene 8 har segmenter med hver ett uttredelsestverrsnitt 54. Videre er det inntegnet aksen 56 av diffusoren. Som det allerede fremgikk av fig. 2 er diffusoraksen svinget mot midtplanet av strekkdysen 2. Svingningen av aksen 56 foregår ved hjelp av de på fig. 4 forstørret viste overgangsstykker 51. Krumningen av aksen 56 av overgangsstykkene 51 skal ha en størst mulig radius for ikke å bevirke flyvekraftseparering av fibrene fra fiber/ gass-dispersjonen. Fortrinnsvis har aksen 56 av overgangsstykkene 51 en krumningsradius på ca. 1 m. Ved. en divergens-vinkel av diffusoren på 7° kan svingningen utgjøre mellom 4 og 7°.

Videre er det vist utformningen av overgangen fra firkantet tverrsnitt ved inngangen av overgangsstykket 51 til rundt utgangstverrsnitt.

Fig. 5 viser en fiberdannelsesinnretning ifølge dyseblåsefremgangsmåten. En smeltedigel 1 inneholder mineralsmelten 3. Under smeltedigelen er det anordnet smelteuttredelses-åpninger 5 og 5' i med mellomrom forskjøvet dobbeltrekke. Under smeltedigelen 1 befinner det seg strekkdysen 2 som består av strekkdysesegmenter 2a, 2b, 2c og 2d. Strekkdysesegmentene er anordnet på en bærer 3 0 som bærer et flertall av vertikalt derpå fastgjorte bæreplater 31. Strekkdysesegmentene 2a-2d er over svalehaleføringen 32 høydejuster-bar enkeltvis for å innstille avstanden mellom strekkdyse-overkanten og smelteutløpsåpningene 5, 5'. Til justering er det anordnet drivmotorer 40 som over en akse 41 og et tannhjul 4 2 virker på en med strekkdysesegmentene forbundet tannstang 43. De enkelte strekkdysesegmenter er avplukket ved avslutningsblikk 33 gasstett mot bæreplaten 31.

Selve strekkdysen består av innløpsdelen 6, uttrekningsdelen 7, samt drivstråledyser 18 med drivgasstilførselsledninger 9. Til hvert segment føres over tilførselsledning 19 drivgassen adskilt. Ved den nedre ende av uttrekningsdelen 7 befinner det seg hver gang en boring gjennom strekkdysen loddrett til strekkdysemidtplanet. Boringen muliggjør over en forbin-delsesledning 13a og trykkmåleapparat 14 måling av gasstrykket i uttrekningsdelen 7. Ved avvikelser av gasstrykk i uttrekningsdelen 7 fra en nominell verdi, kan over ledning 44 motoren 40 styres adskilt til høydejustering av hvert dyse-segment 2a til 2d. Videre er det anordnet tverrstråledyser 20 som likeledes mates fra drivgasstilførselsledningen 9.

Tverrstråledysene 20 som hver gang er rettet mellom to av smelteuttredelsesåpningen 5 av den naboplasserte rekke uttredende smeltestrømmer, bevirket en økning av trykkfallet i strekkdyseinnløpet 6. Under strekkdysen 2 påfestes ved hvert strekkdysesegment 2a, 2b, 2c osv. en underlydsdiffusor 50 ved hjelp av befestigelseselement 52.

i Eksempel

a) Fiberfrembringelsesinnretninq.

Det anvendes en strekkdyse tilsvarende fig. 5 med følgende

,dimensjoner:

Snevreste bredde i strekkdyseinnløpet d = 4 mm

Diameter av drivstråledysen 1 mm

Diameter ved utgangen av drivstråledysen 1,5 mm

i Bredde ved begynnelsen av utstrekningsdelen 8 mm

Lengde av uttrekningsdelen 80 mm

Lengde av strekkdyseinnløp i akseretning 3 mm

Diameter av smelteutløpsåpningen av digel 1 mm

Antall dysenipler som munner i et strekkdysesegment 26 i

dobbeltrekke Antall segmenter: 8

Tverrsnittsflate ved utgangen av hvert segment 50 x 10,5 mm<2>

Fremgangsmåteparametrene var følgende:

Lufttrykk i drivgasstilførselsledning 9 = 9,6 bar

Gasstrykk 20 mm over uttrekningsenden av strekkdysen: 0,35 bar Pr. dysenippel uttredende smeltemengde: 14,6 g/min.

Smeltetemp. i smeltedigelen: 1400°C

Gasshastighet ved utgangen av strekkdysen: 288 m/sek.

Gasstrykk ved utgangen av strekkdysen: 0,74 bar

Gassens temperatur ved utgangen av strekkdysen 120°C.

Det ble funnet C-glassfibre med midlere diameter på 2,8 u. Tykkelsessteddelen over 150 y utgjorde 2,6 vekt%.

b) Hastighetsreduksjon.

Diffusorene bestående av et overgangsstykke 51 med inntredelsestverrsnitt 50 x 10,5 mm 2 og et sirkelrundt utgangstverrsnitt med en radius på 2,6 cm. Deretter utvider diffusoren seg over en lengde på 1,45 m til et likeledes sirkelrundt utgangstverrsnitt på 10 cm radius.

Den fra diffusoren uttredende fiber/gass-dispersjon har en midlere hastighet på 5,2 m/sek. og en temperatur på 110°C.

c) Mattedannelse.

Etter uttreden fra diffusoren sprøytes fibrene i dispersjonen med en 15%-ig vandig oppløsning av et fenolformaldehyd-bindemiddel. Bindemiddelmengden utgjorde ca. 1 vekt% referert til fibrenes vekt.

Fibrene ble avlagt på et perforert transportbånd av 1 m bredde, idet det under transportbåndet over en lengde på 60 cm (avsugningsflate 0,6 m 2) ble bortsuget 1,5 kg/sek. luft.

Matten hadde en råtetthet på 2,6 kg/m<3>. Etter kompresjon

av matten og herdning av bindemidlet i en vanlig herdeovn, hadde matten en tetthet på 6 kg/m 3.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til reduksjon av gasshastighet av dispersjoner av fine partikler i gass i underlydsdiffusor, karakterisert ved at massestrømmen M gjennom diffusoren velges således at produktet M $^ V, er mindre enn 10 kg/sek., idetj'-^ er den midlere tetthetshastighet ved dif f usorinngangen og $ 2 V2 ^en midlere tetthetshastighet ved diffusorutgangen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dispersjonen av fine partikler og gass tilsvarende dens begynnelsestetthetshastighet^ og den ønskede slutt-tetthetshastighet f 2^ 20PP ^eler enkelte masse-strømmer tilsvarende M £^ mindre enn 10 kg/sek. og hver massestrøm tilføres adskilt til en diffusor, hvis uttredelses-tverrsnittsflate forholder seg til inntredelsestverrsnitts-flåtene som f^ til $^ V2'

3. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet M holdes mindre enn 8,5 kg/sek., fortrinnsvis mellom 5 og 8 kg/sek.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at det anvendes diffusorer med en utvidelsesvinkel på 3,5-7°.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at det anvendes diffusorer med ovalt, fortrinnsvis elliptisk tverrsnittflate med et akseforhold fra 1 til 2, spesielt foretrukket sir-kelrund tverrsnittflate.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at forholdet mellom tetthetshastigheten ved diffusorinngangen og-utgangen er større enn 30, fortrinnsvis ligger mellom 50 og 200.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at som dispersjon anvendes en ved fiberdannelsesinnretningen dannet mineral-fiber/gass-dispersjon.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det som fiberdannelsesinnretning anvendes en ifølge dyseblåsefremgangsmåten arbeidende slissformet strekkdyse, idet strekkdysen er oppdelt i enkelte segmenter og hvert trekkdysesegment gir en massestrøm av fiber/gass-dispersjon som overholder be-tingelsen M ?1 V1 mindre enn 10 kg/sek.

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at uttredelsestetthets-hastigheten ^2 V2 fra diffusoren utgjør mindre enn 5 kg/sek.

10. Innretning bestående av et flertall av frembringelsesinnretninger for dispersjoner av fine partikler og gass med lineære tetthetshastigheter på over 150 kg/s.m og et flertall av underlydsdiffusorer, idet det til hver frembringelsesinnretning er etterkoblet en underlydsdiffusor, idet underlydsdiffusorene har en kvotient mellom uttredelsestverrsnittsflaten og inntredelsestverrsnittsflaten på større enn 30, og idet produktet av ved hver frembringelsesinnretning frembragt masse-strøm M av dispersjonen og kvotienten av uttredelsestverrsnittsflaten og inntredelses-tverrsnittsf laten av diffusoren er mindre enn 10 kg/sek.