Устройство для изготовления стеклянных труб вертикальным вытягиванием со свободной поверхности расплава

 

Сущность изобретения: труба для подачи хладагента, установленная коаксиально в трубе для подачи термостабилизированного воздуха, выполнена из толстостенного высокотемпературного полого прутка, внутрь которого подается под давлением сублимирующий хладагент - вещество, которое на выходном конце полого прутка, выполненного в виде чаши, переходит из твердого в газообразное состояние, минуя жидкую фазу, причем вся внутренняя поверхность прутка до чаши покрыта слоем теплоизоляции, а наружная только от уровня стекломассы до уровня жидкости в емкости, а нижний конец полого прутка, снабженный экранами по высоте под разными углами друг к другу в несколько ярусов, расположен вне печи в емкости с крышкой и охлаждается проточной водой, барботируемой истекающими струями из сопловых устройств, установленных в несколько рядов в днище емкости, каждый ряд которых выполнен под соответствующими экранами, которые охлаждаются струями жидкости или воздуха, а выходные отверстия сопловых трубок расположены на расстоянии l = (6 ^oC 5,8) d от поверхности соответствующих экранов, где d - диаметр выходного отверстия сопловой трубки, причем на входе сопловых трубок, соединенных коллектором, а последний - с помощью вентилей и трубопроводов с подводящими магистралями воды и воздуха, установлены обратные клапаны. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для изготовления полупрозрачных для теплового излучения полых изделий и может найти применение в промышленности при изготовлении стеклянных труб.

Известно устройство для изготовления стеклянных труб вертикальным вытягиванием со свободной поверхности расплава, содержащее печь с расплавом стекла, кольцевой теплообменник с центральной трубой подачи хладоагента изнутри, коническую насадку с мундштуком, имеющих продольные каналы, трубы для подачи воздуха и варки для вытягивания трубы из расплава. При работе устройства возможно возникновение разряжения в полости луковицы и, как следствие, неравномерность распределения давления по сечению формируемой трубы.

Целью изобретения является повышение производительности труда, повышение качества труб и исключение последующего отжига в лерах.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в известном устройстве для изготовления стеклянных труб путем их непрерывного вертикального вытягивания со свободной поверхности расплава, содержащем печь с расплавом стекла, кольцевой теплообменник для наружного радиационного охлаждения изготовляемой трубы, средства подачи воздуха внутрь трубы на формирование ее геометрических размеров или термостабилизированного воздуха для одновременного конвективного охлаждения изготавливаемой трубы изнутри, коническую насадку с мундштуком, имеющих продольные каналы, трубы для подачи воздуха, и валки для вытягивания трубы из расплава, через коническую насадку с мундштуком выведена труба для подачи сублимирующего хладагента, нижней торец которой подсоединен к дозатору хладагента, а верхний выполнен в виде испарителя, размещенного над конической насадкой мундштука, причем вся внутренняя поверхность трубы для подачи сублимирующего хладагента и часть ее наружной поверхности, за исключением поверхности теплосъема и поверхности над уровнем стекломассы покрыта слоем теплоизоляции.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 зависимость распределения температур по толщине стенки трубы при формировании и охлаждении ее воздухом (кривая 1) и зависимость распределения температур по толщине трубы за счет теплоотвода и охлаждения сублимирующим хладагентом (кривая 2).

Устройство содержит печь 1 с расплавом стекломассы 2, кольцевой теплообменник 3, коническую насадку 4 с мундштуком 5, трубы 6 для подачи термостабилизированного воздуха, трубу 7 со слоем теплоизоляции 8 и экранами 9 для подачи сублимирующего хладагента 10, стеклянную трубу 11, валки для вытягивания трубы 11 из расплава 12, емкость 13 с крышкой, сопла 14, обратные клапаны 15, коллектор 16, запорно-регулирующие органы 17, трубопроводы 18 и дозатор 19.

Процесс формования, охлаждения и отжига стеклянной трубы осуществляется следующим образом.

Охлаждающее сублимирующее вещество подается под давлением по внутреннему каналу трубы 7, выполненной из высокотемпературопроводного материала, верхний торец трубы 7, находящийся внутри стеклянной трубы 11, выполнен в виде сферообразной поверхности и служит испарителем сублимирующего хладагента 10.

Переходя из твердого состояния в пар сублимирующий хладагент 10 поступает во внутреннюю полость стеклянной трубы 11, охлаждая ее за счет конвективного теплообмена и за счет одновременного поглощения лучистой энергии, причем лучистая энергия затрачиваемая на превращение хладагента 10 непосредственно в пар, поглощается, а образовавшийся пар уносится термостабилизированным потоком воздуха вверх по трубе 11. Сублимирующие вещества обеспечивают интенсивный теплосъем с внутренней поверхности трубы 11, так как теплота сублимации равна теплоте плавления и испарения, а полученный при сублимации пар существенно поглощает лучистую энергию.

Ряд сублимирующих веществ имеет небольшие величины давления насыщенных паров и процесс их испарения протекает крайне медленно. Среди веществ, процесс сублимации которых протекает сравнительно интенсивно, можно назвать йод, нафталин, йодистый аммоний, тефлон и др. с температурой сублимации от 200 до 800^оС, что соответствует диапазону температур стеклянной трубы по ее длине, (от 1050^оС в зоне луковицы до 800^оС на выходе из кольцевого теплообменника). С другой стороны, лучистая энергия поглощенная верхней, расположенной над поверхностью стекломассы, частью трубы 7, передается теплопроводностью в ее нижнюю теплосъемную часть, расположенную в емкости 13, заполненную жидкостью. Внутренняя цилиндрическая часть поверхности трубы 7 по всей длине покрыта слоем теплоизоляции, предотвращающей нагрев и преждевременный фазовый перевод сублимирующего хладагента 10. Наружная поверхность трубы 7 также, от уровня стекломассы 2 до уровня жидкости в емкости 13, покрыта слоем теплоизоляции 8, для предотвращения от чрезмерного нагрева поступающего на формирование и охлаждение стеклянной трубы 11 воздуха по трубе 6. На нижнем погруженном в жидкость конце трубы 7 расположены в несколько ярусов по высоте и под углом друг к другу экраны 9, выполненные из того же материала, что и труба 7. Все тепло, так как труба 7 покрыта изнутри и снаружи слоем теплоизоляции 8, передается теплопроводностью экраном 9. В сопла 14, за которыми могут быть установлены образные клапаны 15, подается для интенсификации теплосъема с трубой 7 и экранами 9 охлаждающая жидкость или газ, которые подводятся к соплам 14 через распределительный коллектор 16 и трубопровод 18. Струи жидкости или газа, образующиеся при истечении из сопел 14. Струи смывают экраны 9 более интенсивно отбирают тепло, а с другой стороны, осуществляют интенсивное перемешивание объема жидкости в емкости 13, способствуя дополнительной интенсификации теплообмена поверхности трубы 7. Формование трубы 11 определенного диаметра и толщины осуществляется кольцевым теплообменником 3, охватывающим стеклянную трубу 11 и сжатым воздухом, поступающим в полость стеклянной трубы 11 по трубе 6. Так как наружный воздух, подаваемый в трубу 11 в зависимости от погодных условий, а также в зимнее и летнее время, имеет различную температуру, то это отрицательно сказывается на технологических параметрах производства стеклянных труб. (Скорости вытягивания, диаметре и толщине стенки). Это приводит к значительным временным и энергетическим затратам по выводу машины вертикального вытягивания на режим с соблюдением требований ГОСТа. В связи с этим наружный воздух перед подачей в трубу 11 предварительно термостабилизируется до определенной необходимой для выработки конкретной продукции температуры, например, в индивидуальных калориферах, теплообменниках-утилизаторах и др. устройствах, использующих вторичные энергоресурсы. В качестве теплоносителей в них могут быть использованы, во-первых, как самостоятельные теплоносители, так и удаляемые из емкости 13 жидкость или газ и, во-вторых, в качестве термостабилизированного воздуха может быть использован как подаваемый на охлаждение экранов 9 и барботаж жидкости в емкости 13 чистый газ, так и смесь его с индивидуально подготовленным термостабилизированным воздухом.

Так как воздух среда прозрачная для теплового излучения, то с его помощью практически невозможно охладить внутреннюю поверхность стеклянной трубы 11 до температуры ее наружной поверхности, которая интенсивно охлаждается кольцевым теплообменником 3 за счет поглощения лучистой энергии. В результате этого по толщине стенки трубы 11 образуются значительные перепады температуры, которые приводят к возникновению недопустимых остаточных напряжений, для снятия которых необходим отжиг труб 11 лерах, что связано с большими энергетическими затратами и технологическими трудностями. Поэтому в качестве дополнительного хладагента через дозатор 19 в трубу 7 подается сублимирующий хладагент.

В результате этого происходит понижение и выравнивание температуры (кривая 2 фиг. 1) наружной и внутренней поверхностей стеклянной трубы 11 и соответственно остаточных напряжений. Таким образом, совокупность существенных признаков предложенного устройства обеспечивает получение более высокого эффекта охлаждения, что в конечном итоге повышает производительность труда, повышение качества труб и исключает последующий отжиг в лерах.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБ ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЫТЯГИВАНИЕМ СО СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАСПЛАВА, содержащее печь с расплавом стекла, кольцевой теплообменник, коническую насадку с мундштуком, имеющие продольные каналы, трубы для подачи воздуха и валки для вытягивания трубы из расплава, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности труда, повышения качества труб и исключения последующего отжига в лерах, оно снабжено выведенной через коническую насадку с мундштуком трубой для подачи сублимирующего хладагента, нижний торец которой подсоединен к дозатору хладагента, а верхний выполнен в виде испарителя, размещенного над конической насадкой мундштука, причем вся внутренняя поверхность трубы для подачи сублимирующего хладагента и часть ее наружной поверхности, за исключением поверхности теплосъема и поверхности над уровнем стекломассы, покрыты слоем теплоизоляции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испаритель выполнен в виде вогнутой сферообразной поверхности, днище которой сообщается с трубой, подводящей сублимирующий хладагент.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что поверхность теплосъема трубы для сублимирующего хладагента выполнена в виде последовательного ряда экранов, размещенных вдоль трубы и помещенных в емкость с охлаждающей жидкостью.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что экраны выполнены в виде симметричных относительно трубы для сублимирующего хладагента пластин, повернутых относительно одна другой и установленных напротив сопл, которые закреплены в днище емкости с охлаждающей жидкостью, подсоединены к напорной магистрали и направлены на соответствующие пластины.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что емкость с охлаждающей жидкостью выполнена в виде бака, который через крышку соединен с одной подводящей и двумя отводящими магистралями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3