一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉的制作方法

1.本发明涉及碳纤维生产设备技术领域，尤其涉及一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉。


背景技术：

2.在碳纤维生产中，预氧化是至关重要的工序，其功能是将碳纤维丝束中的线性分子链结构的丝束转化成耐热的梯形分子结构，该工序不仅与碳纤维的性能密切相关，也与碳纤维的制造成本息息相关。工业上主要用于实现碳纤维丝束预氧化的技术，是采用预氧化炉产生循环的热风，从而使碳纤维丝束在高温碳化环境中实现氧化。
3.目前所使用的预氧化炉主要结构如图1所示，其将多个烘箱在横向拼接成一体，并采用水平吹风、垂直吹风、中央到两端等方式向碳纤维丝束进行吹风。这种结构整体长度较长，占地面积较大，零部件较多，导致制造成本高昂，并且最大的问题是带动碳纤维丝束移动的驱动辊只能架设在预氧化炉的两端外侧，导致碳纤维丝束的跨度较大，其中间部分容易下垂导致丝束相互之间贴合、缠绕，影响碳纤维丝束的预氧化效果。
4.鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉，能够有效降低单层碳纤维丝束跨度，降低擦丝概率，提升碳纤维丝束的预氧化效果，并减少预氧化过程所需风机数量及预氧化炉的占地面积。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉，解决现有的预氧化炉结构由于长度较长，导致碳纤维丝束的跨度较大，在预氧化过程中容易下垂的问题。
7.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，包括：中央分配器，用于将气流向上和向下进行分流；上层预氧化腔室，与所述中央分配器上部连通，内部底端设置电加热器；上层回风室，与所述上层预氧化腔室连通；下层预氧化腔室，与所述中央分配器下部连通，内部顶端设置电加热器；下层回风室，与所述下层预氧化腔室连通；公共回风室，两端分别连通所述上层回风室和所述下层回风室，中间段连通所述中央分配器连通，内部设置风机，用于带动气体的流动；碳纤维丝束沿水平方向穿过所述上层预氧化腔室和所述下层预氧化腔室。
8.进一步地，所述上层预氧化腔室与所述上层回风室的连通处设置上层布风装置，所述下层预氧化腔室与所述下层回风室的连通处设置下层布风装置，所述上层布风装置和
所述下层布风装置用于均布进入所述上层回风室和所述下层回风室的气流。
9.进一步地，所述中央分配器内设置两个斜面，两个所述斜面呈朝向所述公共回风室逐渐收拢的形状。
10.进一步地，两个所述斜面上下对称设置。
11.进一步地，所述风机设置一个，且设置在所述中央分配器与所述公共回风室的连通处。
12.进一步地，所述风机的出风口处设置减缩流道，所述减缩流道的侧壁呈朝向所述中央分配器逐渐扩大的形状。
13.进一步地，所述公共回风室的两端均设置转向叶栅，用于引导气流进行转向。
14.进一步地，所述转向叶栅包括第一平行段、第二平行段和连接段；所述第一平行段与所述上层回风室或所述下层回风室长度方向平行；所述第二平行段与所述公共回风室长度方向平行；所述连接段两端分别与所述第一平行段和所述第二平行段相连。
15.进一步地，所述连接段为曲面结构。
16.进一步地，所述上层预氧化腔室和所述下层预氧化腔室的端面设置端部气封，碳纤维丝束从所述端部气封处穿入、穿出。
17.通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：设计的一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉，通过采用从中间到上下两侧的吹风方式，能够有效减少预氧化炉占地面积，同时能够降低辊架间丝束的长度，有效地避免丝束产生下垂；双层布置的预氧化腔室还能够有效地降低向环境排出的热量，减少本预氧化炉的能源消耗；上下两层预氧化腔室共用一台风机，可以减少预氧化过程风机数量。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明背景技术中现有的预氧化炉的结构示意图；图2为本发明实施例中新型布风结构的碳纤维预氧化炉的侧视图；图3为本发明实施例中图2的a处放大图；图4为本发明实施例中新型布风结构的碳纤维预氧化炉的气体流向的示意图；图5为本发明实施例中新型布风结构的碳纤维预氧化炉的正视图；附图标记：中央分配器1、上层预氧化腔室2、上层回风室3、下层预氧化腔室4、下层回风室5、电加热器6、公共回风室7、风机8、减缩流道8a、上层布风装置9、下层布风装置10、转向叶栅11、第一平行段11a、第二平行段11b、连接段11c、端部气封12。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.一种新型布风结构的碳纤维预氧化炉，如图2~5所示，包括：中央分配器1，用于将气流向上和向下进行分流；上层预氧化腔室2，与中央分配器1上部连通，内部底端设置电加热器6；上层回风室3，与上层预氧化腔室2连通；下层预氧化腔室4，与中央分配器1下部连通，内部顶端设置电加热器6；下层回风室5，与下层预氧化腔室4连通；公共回风室7，两端分别连通上层回风室3和下层回风室5，中间段连通中央分配器1连通，内部设置风机8，用于带动气体的流动；碳纤维丝束沿水平方向穿过上层预氧化腔室2和下层预氧化腔室4。
24.本预氧化炉的运行过程如图4所示，从风机8出来的高速气流进入到中央分配器1内，在中央分配器1内分为向上和向下的两股气流。向上的气流进入到上层预氧化腔室2内，气流经过电加热器6加热后吹扫碳纤维丝束的表面完成传热传质过程，而后气流带走反应生成热和反应产物后进入到上层回风室3内，而后进入到公共回风室7内，并在风机8的带动下再次流动至中央分配器1，从而实现上层部分的热风气流的循环。向下的气流同理，在进入到下层预氧化腔室4内后被电加热器6加热，之后进入下层回风室5、公共回风室7，并在风机8的带动下再次流动至中央分配器1，从而实现下层部分的热风气流的循环。
25.本预氧化炉通过采用从中间到上下两侧的吹风方式形成上下两个循环的热风气流，能够有效减少预氧化炉的占地面积；同时将碳纤维丝束沿水平方向穿过上层预氧化腔室2和下层预氧化腔室4，并且优选将丝束设置成与中央分配器1的长度或宽度方向平行，能够有效地降低辊架间丝束的长度，从而减少碳纤维丝束的跨度，有效地避免丝束产生下垂，防止丝束之间产生贴合、缠绕，从而保证碳纤维丝束的预氧化质量；双层布置的两个预氧化腔室还能够有效地降低向环境排出的热量，减少本预氧化炉的能源消耗；上下两层预氧化腔室共用一台风机，可以减少预氧化过程风机数量。
26.优选地，上层预氧化腔室2与上层回风室3的连通处设置上层布风装置9，下层预氧化腔室4与下层回风室5的连通处设置下层布风装置10，上层布风装置9和下层布风装置10用于均布进入上层回风室3和下层回风室5的气流，从而平均气流对上层回风室3与下层回风室5产生的冲击力，保证本预氧化炉工作时的稳定性。
27.作为中央分配器1的一种优选实施方式，中央分配器1内设置两个斜面，两个斜面呈朝向公共回风室7逐渐收拢的形状，气流通过两个斜面可以被自然地分成上、下两股气流，并在斜面的作用下产生转向。两个斜面优选在上下方向对称设置，从而保证向上和向下分出的两股气流的流量基本相同，从而保证上下两层的预氧化效果的一致性，并且能够进
一步地保证本预氧化炉工作时的稳定性。
28.受益于本氧化路的特殊结构，风机8可以只需要设置一个，通过将这个风机8设置在中央分配器1与公共回风室7的连通处，即可对上层循环气流和下层循环气流同时进行带动，与传统的预氧化炉相比，大大降低了风机数量，降低本预氧化炉的制造成本。风机8的出风口处优选设置减缩流道8a，减缩流道8a的侧壁呈朝向中央分配器1逐渐扩大的形状，通过减缩流道8a的结构，气流在经过减缩流道8a后流速就能够被放缓，并且风吹到的面积也更加大，从而能够被中央分配器1更好地进行分流。
29.由于公共回风室7和上层回风室3、下层回风室5的长度方向之间在排布时会产生夹角甚至直角，气流进入公共回风室7时容易直接对公共回风室7的侧壁产生较大的冲击，导致公共回风室7产生振动，影响本预氧化炉工作中的稳定性，为了解决上述问题，公共回风室7的两端均优选设置有转向叶栅11，用于引导气流进行转向。转向叶栅11的一种优选结构为：包括第一平行段11a、第二平行段11b和连接段11c；第一平行段11a与上层回风室3或下层回风室5长度方向平行；第二平行段11b与公共回风室7长度方向平行；连接段11c两端分别与第一平行段11a和第二平行段11b相连，气流通过第一平行段11a的引导能够快速地进入转向叶栅11中，之后在第二平行段11b和连接段11c的作用下转向成与公共回风室7长度方向平行的气流，并且通常转向叶栅11会间隔设置多个，每个转向叶栅11只用于转向一部分气流，从而使气流更加分散，有效避免了气流对公共回风室7产生撞击。连接段11c优选为曲面结构，曲面结构与的两端与第一平行段11a和第二平行段11b相切，从而进一步地减小气流对转向叶栅11的撞击，提升本预氧化炉工作中的稳定性。
30.在碳纤维的预氧化过程中会产生大量的氰化氢等有毒气体，因此需要保证预氧化炉的密封性，因此优选上层预氧化腔室2和下层预氧化腔室4的端面设置端部气封12，碳纤维丝束从端部气封12处穿入、穿出，从而避免预氧化炉内的气体向外泄漏。
31.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。