一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统的制作方法

1.本实用新型对预氧化炉改进装置，尤其涉及一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统。


背景技术：

2.预氧化功能是将线性分析链结构的原丝转化成耐热的梯形分子结构，该工序主要是通过预氧化炉实现。这道工序实现的成功与否不仅与碳纤维的性能密切相关，也与碳纤维制造工艺息息相关。
3.在碳纤维的生产过程中，预氧化的时间一般为60～120min，预氧化是控制碳纤维产量的主要因素；预氧化装备的主要技术指标，如控温精度、温度均匀性、风量、风速等对于提高碳纤维强度至关重要。
4.如果不及时带走热量，原丝的纤维就会热量集中，产生纤维之间融并，导致后续碳纤维的发脆，性能下降。如果热量聚集更多，丝束会发生起火，处理不当，甚至会导致氧化炉爆炸。所以，风量控制工艺关键是，保持一定的温度，让纤维高效持续反应，同时快速高效带走纤维化学反应产生热量，让纤维不融并和起火，反应越快速，需要带走的热量就越多，对设备的要求就越高。这些热量必须瞬间排除，否则会发生局部温度剧升而导致纤维断裂。所以，瞬时带走预氧化过程中释放出的反应热是设备放大和工业生产技术的关键所在。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统，该装置可以有效保障预氧化炉内温度均匀散热，避免因温度过高造成碳纤维断裂问题，满足市场对高品质碳纤维需求。
6.本实用新型为了解决现有技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
7.一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统，所述预氧化炉内包括第一碳纤维束、第二碳纤维束、第一牵拉机构、第二牵拉机构、图像采集机构、光源补给机构、温控机构和清除碳纤维异常装置，所述图像采集机构、光源补给机构和温控机构分别设置在所述预氧化炉壁上，所述清除碳纤维异常装置通过行走导轨与所述预氧化炉连接；其特征在于：所述图像采集机构与所述光源补给机构对称设置在预氧化炉内壁上，所述图像采集机构通过法兰与所述预氧化炉内壁呈20
°
~26
°
夹角连接；所述光源补给机构与所述预氧化炉内壁呈21
°
~24
°
夹角连接；所述图像采集机构入射第一碳纤维束、第二碳纤维丝束距离在16mm~20mm之间；
8.所述第一牵拉机构一端与第一碳纤维束连接，所述第一碳纤维束的另一端通过导风通道与所述第二碳纤维束连接；所述第二碳纤维束的另一端与第二牵拉机构连接；所述导风通道的入口与设置在所述预氧化炉内的变频鼓风机连通，所述导风通道由第一疏风通道、散热部件、第二疏风通道构成，所述散热部件设置在第一碳纤维束与第二碳纤维束连接处之间；所述散热部件由带导风孔的第一栅板和第二栅板构成；所述第一疏风通道与所述第二疏风通道上均设置有控风阀和第一执行机构；所述第一栅板与第二栅板为锥型状，所
述第一栅板端部与第二栅板端部连接，其底部成敞口状。
9.进一步，所述控风阀由阀板、阀杆、阀体和摇臂构成，所述阀体上安装有加强箍，阀板连接摇臂通过曲柄连接轴与连杆连接；所述控风阀有四根阀杆，每根阀杆通过轴连接摇臂；所述连杆通过四根曲柄连接轴分别与摇臂连接，同时，所述连杆与第一执行机构曲柄连接，所述第一执行机构驱动第一执行机构曲柄转动带动连杆的往复运动，所述连杆通过曲柄连接轴带动阀板连同摇臂的转动，同时带动阀杆的转动，阀杆带动阀板的开合，分别实现对第一疏风通道、第二疏风通道内的风流均匀性控制。
10.所述温控机构包括dsp处理器、igbt功率模块、变频器、热风循环风机和加热元件；其中：所述dsp处理器实时监控预热炉内温度和风速，当温度低于预设值时，dsp处理器触发igbt功率模块开启加热元件，同时启动变频器控制热风循环风机转速；所述加热元件为矩阵式陶瓷片，其矩阵结构为60cm*60cm。
11.进一步，所述图像采集机构由气源喷头、透明组件、齿条、电机传动齿轮、步进电机、调焦部件、摄像机、保护套筒和法兰构成；保护套筒内设置有摄像机，所述保护套筒外端通过法兰固定在预氧化炉的内壁上；所述保护套筒前段内侧套装透明组件，透明组件头部是气源喷头；所述保护套筒内部为调焦部件，调焦部件由电机传动齿轮和齿条拖动摄像机移动，步进电机通过传动轴驱动电机传动齿轮，电机传动齿轮与齿条啮合，通过调焦部件，使得摄像机形成清晰完整的图像。
12.进一步，所述光源补给机构采用两种组合光源对所述第一碳纤维束、第二碳纤维束进行光线补给，所述两种组合光源为日光光源与紫外光源的组合，紫外光源设置在日光光源下方；所述日光光源为led灯带，其光通量为9000 ；所述紫外光源为紫外线灯，其强度80。
13.进一步，所述清除碳纤维异常装置包括行走导轨、两台第二执行机构、清除异物台、清扫风机和废纤维收集箱，所述清除异物台上设有清扫风机和废纤维收集箱；每台所述第二执行机构均设置在行走导轨上；每台所述第二执行机构均由定位齿轮、换向部件、步进电机、气缸、电磁阀、清除刀、减速机组成，其中：所述定位齿轮一端与所述行走导轨连接，其另一端与所述减速机连接；所述减速机通过换向部件与所述气缸连接，所述换向部件一侧连接有步进电机、所述气缸底部连接有清除刀；所述气缸上还设置有电磁阀。
14.有益效果
15.1、本实用新型通过在预氧化炉内设置温控机构，可以有效控制预氧化炉内温度，防止温度过高或过低对碳纤维造成熔断、脆裂的质量问题；
16.2、 本实用新型中图像采集机构、光源补给机构相互配合能够克服预氧化炉内恶化生产环境对图像捕获造成的影响，为后期清除碳纤维丝束上异常状态提供保障；
17.3、本实用新型通过清除碳纤维异常装置可以精准清除异常碳纤维丝束，克服现有技术中清除异常碳纤维丝束程序复杂、效率低的问题。
附图说明
18.图1是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统结构示意图；
19.图2是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中控风阀结构示意图；
20.图3是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中第一执行机构结构示意图；
21.图4是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中图像采集机构结构示意图；
22.图5是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中清除碳纤维异常装置结构示意图；
23.图6是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中温控机构电路示意图；
24.图7是一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统中涉及预氧化炉壁整体结构示意图。
25.附图标记说明：
26.101、第一碳纤维束；102、第二碳纤维束；103、第一牵拉机构；
27.104、第二牵拉机构；105、导风通道；106、变频鼓风机；
28.107、第一疏风通道；108、散热部件；109、第二疏风通道； 110、导风孔；
29.111、第一栅板； 112、第二栅板；201、控风阀；202、阀板；203阀杆；
30.204、阀体；205、摇臂； 206、曲柄连接轴；207、加强箍；208、连杆；
31.209、第一执行机构；210、第一执行机构曲柄；212、第一执行机构机架；
32.401、图像采集机构；405、反射板； 407、气源喷头；408、透明组件；409、齿条；
33.410、电机传动齿轮；411、步进电机；412、调焦部件；413、摄像机；414、保护套筒；415、法兰；416、吹气部件；501、光源补给机构；300、清除碳纤维异常装置；301、行走导轨；302、第二执行机构；303、清除异物台；304、清扫风机；305、废纤维收集箱；
34.306、定位齿轮；307、换向部件；308、步进电机；309、气缸；310电磁阀；311、清除刀；312、减速机；601、温控机构；602、dsp处理器；603、igbt功率模块；
35.604、变频器；605、热风循环风机；606、加热元件。
具体实施方式
36.结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
37.如图1至图7所示，本实用新型提供一种碳纤维预氧化炉内的速散热系统，所述预氧化炉内包括第一碳纤维束101、第二碳纤维束102、第一牵拉机构103、第二牵拉机构104，图像采集机构401、光源补给机构501、温控机构601和清除碳纤维异常装置300；所述图像采集机构401、光源补给机构501和温控机构601分别设置在所述预氧化炉壁上，所述清除碳纤维异常装置300通过行走导轨301与所述预氧化炉连接；所述图像采集机构401与所述光源补给机构501对称设置在预氧化炉内壁上，所述图像采集机构401通过法兰415与所述预氧化炉内壁呈20
°
~26
°
夹角连接；所述光源补给机构501与所述预氧化炉内壁呈21
°
~24
°
夹角连接；所述图像采集机构401入射第一碳纤维束、第二碳纤维丝束距离在16mm~20mm之间；所述第一牵拉机构103一端与第一碳纤维束101连接，所述第一碳纤维束101的另一端通过导风通道105与所述第二碳纤维束102连接；所述第二碳纤维束102的另一端与第二牵拉机构104连接；所述导风通道105的入口与设置在所述预氧化炉内的变频鼓风机106连通，所述导风通道105由第一疏风通104道、散热部件105、第二疏风通道109构成，所述散热部件108设置在第一碳纤维束101与第二碳纤维束102连接处之间；所述散热部件108由带导风孔110的第一栅板111和第二栅板112构成；所述第一疏风通道107与所述第二疏风通道109上均设置有控风阀201和第一执行机构209；所述第一栅板111与第二栅板112为锥形状，所述第一栅板111端部与第二栅板112端部连接，其底部成敞口状。所述第一栅板111与所述第二栅板112由柔性材料制成，避免因温度过高出现碳纤维束熔断。为保证预氧化炉内均匀控风，其方法为：所述第一栅板111、第二栅板112与所述变频鼓风机106之间的夹角为c，0≤c≤80
°
，
所述第一栅板111、第二栅板112与所述变频鼓风机106之间最小距离为，0cm<l≤20cm。
38.所述第一栅板111、第二栅板112的导风孔110隙率为10％～90％，通孔深度h和通孔截面积s之间的关系是：10≤h/s≤100，通孔的截面形状为圆形。
39.流入控风阀201的风速为1～15m/s，风速的均匀性≤
±
10％；所述变频鼓风机到控风阀之间的距离l与导风通道的体积v和流经进风腔体的风速有关，具体的关系公式：
[0040][0041]
其中：h为进风腔体的高度；为流量系数；栅板与变频鼓风机最大安装距离不能超过20cm。
[0042]
所述第一疏风通道107与所述第二疏风通道109上均设置有控风阀201。本实用新型中控风阀201，根据实际炉内温场分布，实时调节阀门开度。所述控风阀201可通过混入冷风，将温度向下调节。如图2，图3所示，控风阀由阀板202、阀杆203、阀体204和摇臂205构成，所述阀体204上安装有阀体加强箍207，阀板202连接摇臂205通过曲柄连接轴206与连杆208连接。控风阀201有四根阀杆203，每根阀杆203装有控风阀阀板摇臂205。所述控风阀201由两组阀板202组成。连杆208通过四根曲柄连接轴206分别与摇臂205连接。同时，所述连杆208与第一执行机构曲柄210连接，所述第一执行机构曲柄210安装在第一执行机构209上，第一执行机构209固定在第一执行机构机架212上。所述第一执行机构209驱动第一执行机构曲柄210转动，带动连杆208的往复运动，连杆208通过曲柄连接轴206带动阀板202连接摇臂205的转动，同时带动阀杆203的转动，阀杆203带动阀板202的开合，分别实现对第一疏风通道、第二疏风通道内的风流均匀性控制。
[0043]
本实用新型的实际散风过程，将风通过预氧化炉子中部变频鼓风机吹入导风通道，第一栅板111与第二栅板112端部连接处改变风流向，经过导风孔后，风均匀水平吹入预氧化炉，风方向与丝束运动方向水平，同时分别通过第一疏风通道107和第二疏风通道109回流到入风口。
[0044]
如图4所示，所述预氧化炉内壁上均设置对丝束图像进行异常监控的图像采集机构401，所述图像采集机构401由气源喷头407、透明组件408、齿条409、电机传动齿轮410、步进电机411、调焦部件412、摄像机413、保护套筒414和法兰415构成。在保护套筒414内设置有摄像机413，所述保护套筒414外端通过法兰415固定在预氧化炉的内壁上。保护套筒414前段内侧套装透明组件408，透明组件408头部是气源喷头407。所述保护套筒414内部为调焦部件412，调焦部件412由电机传动齿轮410和齿条409拖动摄像机413移动，步进电机411通过传动轴驱动电机传动齿轮410，电机传动齿轮410与齿条409啮合，通过调焦部件412，使得摄像机413形成清晰完整的图像，摄像机413由摄像机镜头和摄像机感光件组成。图像采集机构401以25倾斜安装，且安装在整个碳纤维丝束宽幅的中心点。反射板405安装在图像采集机构后面，起到加强炉膛内光照强度的作用。本实用新型中图像采集机构401中的透明组件408中轴线重合，透明组件408的头部与（碳纤维）丝束之间的距离为最好在17mm。透明组件408前端采用耐高温350℃的玻璃制备而成。反射板405固定安装在图像采集机构的后端，反射板尺寸为40cm*40cm，所述图像采集机构401设置有可以对摄像机镜头进行清洁的正压吹气部件416。
[0045]
如图7所示，所述预氧化炉内均设置光源补给机构501，所述光源补给机构501采用两种组合光源，即日光光源与紫外光源的组合，紫外光源设置在日光光源下方；所述日光光源为led灯带，其光通量为9000；紫外光源为紫外线灯，其强度80。所述图像采集机构401与所述光源补给机构501对称设置在预氧化炉内壁上，所述图像采集机构401通过法兰415与所述预氧化炉内壁呈20
°
~26
°
夹角连接；所述光源补给机构501与所述预氧化炉内壁呈21
°
~24
°
夹角连接；所述正压吹气部件416与碳纤维丝束距离在16mm~20mm。
[0046]
如图5所示，所述预氧化炉内设通过行走导轨301连接有清除碳纤维异常装置300包括行走导轨301、两台第二执行机构302、清除异物台303、清扫风机304和废纤维收集箱305，所述清除异物台303设置有所述清扫风机304和废纤维收集箱305；所述第二执行机构302通过定位齿轮306与行走导轨301连接；每台所述第二执行机构302均由定位齿轮306、换向部件307、步进电机308、气缸309、电磁阀310、清除刀311、减速机312组成，其中：
[0047]
所述定位齿轮306一端与所述行走导轨301连接，其另一端与所述减速机312连接；所述减速机312通过换向部件307与所述气缸309连接，所述换向部件307一侧连接有步进电机308、所述气缸309底部连接有清除刀311；所述气缸309上还设置有电磁阀310。
[0048]
本实用新型的清除碳纤维异常装置300中两台第二执行机构302都达到定位区域。识别碳纤维异常系统驱动喷嘴电磁阀310，喷出高压气体，通过气缸309，迅速将清除刀311推出，将缺陷丝束截断。清除碳纤维异常装置300驱动清扫风机304，将清除异物台上的被截断的丝束吹扫到废纤维收集箱305中。所述清除碳纤维异常装置300按照丝束传送速度计算发送控制命令的时间，当毛丝、断丝到达清除区域时，驱动相应的控制第二执行机构302，进行清除，从而实现毛丝、断丝在线自动清除。
[0049]
如图1、图6所示，所述预氧化炉内设置有温控机构601，所述温控机构601包括dsp处理器602、igbt功率模块603、变频器604、热风循环风机605和采用矩阵式陶瓷ptc加热元件606；所述dsp处理器602实时监控预热炉内温度和风速，当温度低于预设值时，dsp处理器602触发igbt功率模块603开启加热元件606，同时启动变频器604控制热风循环风机605转速；以保证预氧化炉内温度均恒。
[0050]
加热元件606可在100
‑
350℃自动调节。每块陶瓷ptc加热元件606尺寸是60cm*60cm。每层加热平面形成了5行10列的加热矩阵。预氧化炉内每个温区的温度由加热元件606控制，加热元件606采用ptc特种陶瓷恒温加热，电力驱动装置采用igbt进行功率控制。ptc特种陶瓷具有恒温加热特性，可抑制电网电压波动。
[0051]
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。