高速旋转热管式热辊及其传热加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热管型热辊及其加工方法，更特别的，涉及一种高速旋转热管式 热辊及其传热加工方法。
【背景技术】
[0002] 高速旋转的热管型热辑，一般指转速大于600rpm，由于管内的液体介质的离心力， 液态介质处于热管的外壁，而常规的加热线圈通过感应电磁加热对象是热管的内壁，加热 对象基本上是气相物质，故这样的产品热效率不高，且局部辊面热负荷一旦增加很多，辊面 温度也难均匀。
[0003] 热辊的种类千姿百态，需要表面温度均匀且热负荷、热交换量大的辊面数热管式 气液平衡热辊莫属。在化纤FDY工艺中，第四、五对热辊是为了完成二级牵伸、二级热定型 用的，特别是纺制涤纶或尼龙总纤度大于3000d的粗纤度长丝，辊面局部带走的热量很大， 造成辊面温度产生梯度，严重影响成品丝的质量，这是水平热管式热辊暴露出的致命弱点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一是提供一种高速旋转热管式热辊。
[0005] 本发明的目的之二是提供一种高速旋转热管式热辊的传热加工方法。
[0006] 本发明的这些以及其它目的将通过下列详细说明和描述来进一步体现和阐述。
[0007] 本发明的高速旋转热管式热辊，热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，所 述的热管孔为斜孔，斜度为0.5°~1.5°，所述的众多热管孔为50~100根，间距为7~ 10毫米，每个深孔根部联通，整体封口。
[0008] 在本发明的高速旋转热管式热辑中，热辑一端封闭，另一端打有众多热管孔后封 闭，所述的热管孔为斜孔，斜度为0.7°~1.2°，所述的众多热管孔为60~90根，间距为 7. 5~9. 5晕米。
[0009] 在本发明的高速旋转热管式热辊中，所述的热管孔封闭端的中心线直径大于封闭 端中心线直径的D/2~2D，较好的的是0. 7D~I. 5D，其中D为热管孔径。热辊的辊壁厚度 为8~32mm，热管孔直径为Φ3~Φ 16mm。当热管孔径小于Φ3ι?πι时，在热管内壁应设毛 细不锈钢毡网布，以加速冷凝液回流到加热区。
[0010] 在本发明的高速旋转热管式热辊中，还包含一段打直孔、一段打斜孔的对接热管， 或一段打直孔、一段为直径略大的环状空腔结构的热管。只要高速旋转时传热介质液体因 离心力能集中到一头，就能达到高传热效率，使充填该介质液体迅速沸腾。
[0011] 在本发明的高速旋转热管式热辊的传热加工方法中，热辊的加热区长度为辊总长 的25~50 %，较好的是30~45 %，加热方式为高频电磁加热，加热对象为液态介质，液态 介质为水或萘，如去离子水或蒸馏水。当介质为水时，工作温度低于240°C ;介质为萘时，工 作温度低于400°C。
[0012] 在本发明的高速旋转热管式热辊的传热加工方法中，所述的热管封闭空腔真空度 需达到IOmm水柱以下，灌入液态介质量不超过总容腔体积的50%，以15~35%为佳。并 且采用高频电磁加热，功率选择与辊面散热有关，与初次升温速率有关，高频感应线圈的线 圈外表面与辑体内壁的距离为2~8mm，电感值在50~120微亨之间。
[0013] 本发明是一种高速旋转热管型热辊的技术提升，该热辊装置既节能又环保，两头 封闭的热管如同一台封闭小锅炉，高频发生源配合感应加热圈就是这封闭锅炉的热源。
[0014] 本发明从提高传热效率着手，重点解决热管效应中如何进行较大的热量交换难 题，着眼点就是让液态介质吸收沸腾需要的大热量，辊面热交换放出热量也大，这让蒸汽 冷凝放热供给，本发明打斜孔则提供了一个冷凝液快速回流到位的简接动力。
[0015] 本发明是将热管孔打成有一定角度的孔，则辊高速旋转时，液态介质会因离心力 自行移动到直径大的一端，充满液体的管子一端，接受感应电磁加热后沸腾，产生的蒸汽迅 速输送到热管另一端，气液平衡状况下又因辊面输出热量，快速进行凝结放热，液态介质又 回流到加热端，周而复始，形成优良的热管传热效应，具有传热效率高、阻力损失小、结构紧 凑、工作可靠和维护费用少的优点。该技术在空间技术、电子、冶金、动力、石油、化工、机械、 纺织、化纤、塑料、各种行业得到了广泛的应用。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的高速旋转优质热管式热辊的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。实施例应理解为仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员 可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的 范围。 实施例1
[0018] 以尼龙FDY工艺典型的热定型辊φ190X350为例，传统热辊做法是：辊外径 φ190mm,辊内径φ?65mm .，壁厚12. 5mm，均匀在圆周分布打60~64个φ7深320的圆 孔，孔的一端封闭，即不打透，另一端联通，介质可流动，真空环境下灌入总体积35~40% 的纯净水约276~315CC，辊的中心放置50ΗΖ工频感应线圈，线圈匝数至少200以上，电感 值在50~120微亨之间。加热器长度达300mm，设定该热辊在180°C温度下工作，则热管空 腔内汽液平衡时压力为1.0 IMPa，这么高压力下，转速4000米/分，转数达6700rpm，液相 水由于离心力作用都集中到热管的外壁，而感应磁力线涡流主要加热对象是辊的内壁。内 壁与蒸汽接触，热传导效率偏低，靠金属传导传热使外壁升温液态水才能使介质汽化，故这 种结构阻碍了热管传热效应的充分发挥。本发明将φ7χ320:孔打成与辊中心线呈Γ的角 度，见图1所示，辊底中心圆中177.5,$昆前端中心圆中166.2,两圆比较大11.3111111，相当于 两个ip7mm孔直径的80%，故辊一旦高速旋转，液相介质均集中到辊的根部端，而本发明 的高频感应加热线圈长度也只有原工频线圈的1/2或更少，感应电磁加热系统集中加热液 态介质，迅速使电磁涡流产生的热量转化为汽化潜热，最大效率发地挥了热管效应，达到 了辊面大热量输出后，能及时补充的效果，这是目前任何一种热辊达不到的。
[0019] 斜孔的机械加工，必须采用枪钻技术，配合电子分度头，严格预处理好进钻的导 孔，确保60~64个孔，角度一致，偏差< ±3%，深孔的深度公差应做到±0. 5mm，进钻端还 要进行机加工，以便每个深孔根部联通，整体封口。辊的真空腔体内壁应做纯化处理或电镀 纯铜，严格防止高温环境下发生介质与金属的电化学反应，生成不凝气体产生气阻，影响辊 面热变换，使汽液平衡温度均匀的特性失效。辊前端还需打一个直径φ3深IlOmm的温度传 感器孔，以便温度信号传递给温控系统，再将输出信息控制高频发生源的工作。
[0020] 按上述要求装配好的热辊以1000 rpm转速旋转，设定温度为120°C，从室温开始只 需6分钟时间就达到设定温度，平衡4分钟后测辊面温度，四点位量温度差±0. 5°C (实际 为测量误差）辊面温度均匀是热管式传热最基本的汽液平衡热辊的特征。
[0021] 将上述热辊继续升温至180°C，并提高转至6000rpm，本发明更显示出热管效应 的均温和热负荷较大状况下的补偿温度功能，将总纤度5000d的温丝条挂在辊面上绕两 圈，湿丝条的水即刻烘干，水蒸发带走的热量由热辊表面迅速补偿，实测辊面温度偏差小于 2Γ。 实施例2
[0022] 以尼龙FDY工艺典型的热定型辊φ19〇χ350为例，传统热辊做法是：辊外径 φ190mm,辊内径<p165mm ,壁厚12. 5mm，均匀在圆周分布打60