一种高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法技术

本发明专利技术涉及一种高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法，本高速旋转梯度热管式热辊包括：高速永磁电机、电机轴、感应发热机构、辊体和温度控制单元；所述辊体内开设有若干环布在辊体四周且沿辊体轴向设置的梯度热管孔；所述高速永磁电机驱动电机轴转动，以带动辊体转动并由感应发热机构对辊体上加热段感应加热，并通过梯度热管孔内的热媒蒸气沿低斜度段向高斜度段导热，以使辊体加热段和传热段升温；本发明专利技术通过在热辊内设置若干梯度热管孔，适用钢材质、铝合金材质辊体，能够减小整个热辊的质量，并可以适当增加辊体的长度或者减小对轴承的应力，使辊体传热效率更高，达到辊面温度更好的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法
本专利技术属于化纤牵伸热辊
，具体涉及一种高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法。
技术介绍
在合成纤维热处理过程中，感应加热辊体是理想加热辊形式，为了提高辊体表面温度分布的均匀性，又采用了热管技术。对于钢质辊体而言，感应加热辊的热源就是辊体本身，或者对于铝合金材质的辊体，其内壁会紧密联接一圈铁素体不锈钢钢套结构用于感应加热，都属直接加热方式，其温度可控性、响应性都优于其它任何一种间接加热方式的辊体。辊体内部产生磁力线的感应线圈通入交流电后就产生交变磁场，辊体圆周方向的感应电压产生电流（涡流），从而使辊体发热。感应线圈停止通电则辊体发热也同时停止。因此，始终对辊体表面的温度进行监测，将结果反馈到电源侧，组成一个简单的控制回路，这样就能精确地保持辊体温度的恒定不变。热管式感应加热辊体筒壁内分布有热管，可以称为辊体的筒壁上的"夹层"空间。这一小空间内真空状态下封装入传热媒介，夹层中始终充满媒介的蒸气，并控制使之达到其温度对应的饱和蒸气压。辊体表面的一部分如果有热负载，则这部分辊面的温度将比其余部分的低，其附近的饱和蒸气压也随之下降。这样一来，周围的蒸气流会迅速向这里集中，通过蒸气的凝结放出气化热，使之回复到原先温度。反之，如果某一部分比其余部分的温度高，则媒介沸腾蒸发，将热量扩散开去。这种蒸发、凝结的循环在温差消除前一直持续。这实际上无需外部操作就能自动补偿调节以维持温度的平衡，并且，依靠热媒蒸气的传热，会有很高的传热效率。但对于化纤生产工艺中高速牵伸时，情况会有很大不同。高速牵伸辊有两个特点，一是高速运行，其线速度会达到1000-6000m/min，辊体的转速会达到1000-10000rpm，这样，离心力就会很大；二是由于操作的需要，辊体与电机轴相连，这使得电机轴在轴座处的应力很大，辊体重量和长度受到限制。首先在这样的高速旋转下，由于离心力的作用，热管中的热媒液体是分布在热管的外侧，而感应加热面在热管的内侧；又，感应加热的深度是有一定限度的，这和感应加热的频率有关，频率高，加热深度浅。为了提高加热的效率，一般都要求采用高频加热，高频加热的深度是非常有限的，一般不会超过2.5mm。因此，在高速旋转运行过程中，加热层与热媒液体层之间仍有一段距离，实际上仍要依靠辊体的传热才能实现。为增加感应加热深度，可以采用低频加热的方式，但却影响了加热效率；再而，以上这种感应加热方式，热管在辊体筒壁内是以平行于中心轴分布的，要求对辊体全长进行加热，辊体在轴向上重量基本上是均匀分布的，但对于电机轴座而言，随着辊体长度的增加，所受到的应力是平方关系增加的（杠杆原理），因此，这种方式，辊体的直径和长度就受到限制，影响工艺参数的优化设定。针对这种情况，已有改进的方法是高速旋转热管式热辊及其传热加工方法采用斜孔式热管，其热辊一端封闭，另一端打有众多热管孔后封闭，热管孔的斜度为0.7°～1.2°，每个热管孔根部联通，整体封口；加热段的长度缩短至辊体长度的30-45%。由于斜孔的设计，在高速运行时，热媒液体会依靠离心力回流至辊体B端的加热段进行加热，加热后产生的蒸气扩散至辊体A端实现高效传热的目的，但是热管斜度与热媒液体回流速度有关，斜度小，离心力小，回流速度就慢；特别地，当离心力小到不能克服液体在热管壁的摩擦力时，回流就不能进行，即斜孔的最小斜度受热管壁对液体的摩擦系数限制。根据计算，临界斜度的正切值等于液体在热管壁表面的摩擦系数，为了加快热媒液体的流动速度，可以增加热管斜度或增加热管内表面的光滑度这都不利于辊体设计和加工工艺。再有，斜孔的设计对于辊面的热效果也是负相关的，即对于辊体传热段的热源是热媒蒸气扩散，但斜孔的角度使热管偏向辊体内侧；而在靠近电机的加热段，热管偏向辊体外侧，远离感应加热面，存在高频感应加热深度不够的问题，特别对于长度更大的热辊来说更是如此；而对于辊体传热段的热管至辊体外表面也会大约有最大5-8mm的距离。存在热管传热至辊面距离大的问题；而对于工艺要求的辊面温度均匀，即热管里的温度是一致的，但不同的传热距离，增加了辊面的温度不均匀性。因此，亟需开发一种新的高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速旋转梯度热管式热辊及其加工方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高速旋转梯度热管式热辊，其包括：高速永磁电机、电机轴、感应发热机构、辊体和温度控制单元；其中所述辊体上固定连接有有不锈钢连接锥套，所述电机轴通过不锈钢连接锥套与辊体相连，所述感应发热机构固定在连接座上，所述感应发热机构设置在辊体一端内孔中，所述辊体内开设有若干环布在辊体四周且沿辊体轴向设置的梯度热管孔；所述辊体上设置有加热段和传热段，所述加热段、传热段分别与梯度热管孔上低斜度段、高斜度段对应，即所述高速永磁电机驱动电机轴转动，以带动辊体转动，并由温度控制单元控制感应发热机构对辊体上加热段感应加热，并通过梯度热管孔内的热媒蒸气沿低斜度段向高斜度段导热，以使辊体加热段和传热段升温。进一步，所述梯度热管孔采用至少两级梯度，且低斜度段斜度为0°-0.5°，高斜度段为0.5°-2.5°。进一步，同一梯度热管孔中低斜度段、高斜度段的热管内径尺寸一致且光滑联通。进一步，所述感应发热机构包括：高频感应线圈组件；所述高频感应线圈组件接入高频电流以产生交变磁场对辊体加热。进一步，各梯度热管孔的一端靠近高速永磁电机，各梯度热管孔远离高速永磁电机的一端在辊体内联通，且通过堵环将各梯度热管孔与辊体封口。进一步，所述高速旋转梯度热管式热辊还包括：超温保护器；所述超温保护器安装在连接座上，且超温保护器的探头与辊体端面非接触；所述超温保护器适于检测辊体端面温度数据，并根据辊体端面温度数据控制高频感应线圈组件断开及报警。进一步，所述高速旋转梯度热管式热辊还包括：旋转变压器；所述旋转变压器安装在高速永磁电机的基座上，所述旋转变压器与高速永磁电机电性相连；所述旋转变压器适于调节高速永磁电机转速精度。另一方面，本专利技术提供一种高速旋转梯度热管式热辊加工方法，其包括：将不锈钢连接锥套固定连接在辊体上；通过不锈钢连接锥套将电机轴与辊体连接；通过连接座将感应发热机构与高速永磁电机连接，将感应发热机构设置在辊体一端内孔中；通过在辊体内开设有若干环布在辊体四周且沿辊体轴向设置的梯度热管孔，使各梯度热管孔的一端靠近高速永磁电机，各梯度热管孔远离高速永磁电机的一端在辊体内联通，且通过堵环将各梯度热管孔整体封口；通过感应发热机构接入高频电流以产生交变磁场对辊体加热。进一步，所述梯度热管孔的低斜度段从靠近高速永磁电机端处进钻，所述梯度热管孔的高斜度段从远离高速永磁电机端处进钻，通过电子分度头控制导孔，以使低斜度段、高斜度段孔口相对且光滑连接；靠近高速永磁电机端处梯度热管孔单独封口，远离高速永磁电机端处钻口通过机加工使各梯度热管孔的根部联通，以进行整体封口。进一步，所述高速旋转梯度热管式热辊加工方法适于加工如上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，包括：/n高速永磁电机、电机轴、感应发热机构、辊体和温度控制单元；其中/n所述辊体上固定连接有不锈钢连接锥套，所述电机轴通过不锈钢连接锥套与辊体相连，所述感应发热机构固定在连接座上，所述感应发热机构设置在辊体一端内孔中，所述辊体内开设有若干环布在辊体四周且沿辊体轴向设置的梯度热管孔；/n所述辊体上设置有加热段和传热段，所述加热段、传热段分别与梯度热管孔上低斜度段、高斜度段对应，即/n所述高速永磁电机驱动电机轴转动，以带动辊体转动，并由温度控制单元控制感应发热机构对辊体上加热段感应加热，并通过梯度热管孔内的热媒蒸气沿低斜度段向高斜度段导热，以使辊体加热段和传热段升温。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，包括：
高速永磁电机、电机轴、感应发热机构、辊体和温度控制单元；其中
所述辊体上固定连接有不锈钢连接锥套，所述电机轴通过不锈钢连接锥套与辊体相连，所述感应发热机构固定在连接座上，所述感应发热机构设置在辊体一端内孔中，所述辊体内开设有若干环布在辊体四周且沿辊体轴向设置的梯度热管孔；
所述辊体上设置有加热段和传热段，所述加热段、传热段分别与梯度热管孔上低斜度段、高斜度段对应，即
所述高速永磁电机驱动电机轴转动，以带动辊体转动，并由温度控制单元控制感应发热机构对辊体上加热段感应加热，并通过梯度热管孔内的热媒蒸气沿低斜度段向高斜度段导热，以使辊体加热段和传热段升温。


2.如权利要求1所述的高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，
所述梯度热管孔采用至少两级梯度，且低斜度段斜度为0°-0.5°，高斜度段为0.5°-2.5°。


3.如权利要求2所述的高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，
同一梯度热管孔中低斜度段、高斜度段的热管内径尺寸一致且光滑联通。


4.如权利要求1所述的高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，
所述感应发热机构包括：高频感应线圈组件；
所述高频感应线圈组件接入高频电流以产生交变磁场对辊体感应加热。


5.如权利要求1所述的高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，
各梯度热管孔的一端靠近高速永磁电机，各梯度热管孔远离高速永磁电机的一端在辊体内联通，且通过堵环将各梯度热管孔与辊体封口。


6.如权利要求1所述的高速旋转梯度热管式热辊，其特征在于，
所述高速旋转梯度热管式热辊还包括：超温保护器；
所述超温保...

【专利技术属性】
技术研发人员：周焕民，
申请(专利权)人：无锡中力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32