气流铺覆纤维装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开气流铺覆纤维装置，包括同轴的过渡区、布料扩流区、铺覆纤维区和导流收缩区；气体自所述过渡区的气体入口端进入，依次穿过所述布料扩流区、所述铺覆纤维区和所述导流收缩区，并自导流收缩区气体出口端排出；所述过渡区的内部设有与过渡区同轴的布料孔板，所述布料扩流区设有与布料扩流区同轴的导气孔板，所述导流收缩区的气体出口端设有与导流收缩区同轴的排气孔板，在所述铺覆纤维区内设有试样装夹。圆柱与圆台结合的纤维铺覆装置，可以避免壁面结合处气流速度较低甚至气流无法到达而出现气流死角，不会导致大量纤维的沉积，提高纤维铺覆比例。孔板开孔位置和开孔率进行设计，使径向气流分布更均匀，从而提高纤维分布均匀性。

【技术实现步骤摘要】
气流铺覆纤维装置
本专利技术涉及铸造熔模装置
具体地说是气流铺覆纤维装置。
技术介绍
申请人已经将单一纤维和混杂纤维作为增强介质，通过掺混进涂料中加入硅溶胶型壳，型壳常温强度得到不同程度的提高，其综合使用性能得到改善(CN108213344A)。但是，在制备型壳工艺中遇到了瓶颈问题，将大长径比纤维掺混进涂料中加入型壳时，随着纤维掺混比例提高，涂料粘度增加，悬浮性降低，涂挂性能变差，纤维会出现团聚或者结团现象，最终导致型壳强度降低。采用如图1所示的初始铺覆纤维装置时，随着铺覆时间的延长，有一少部分纤维会落在装置下部的四棱台壁面上，这时再增大气流压力，部分纤维又被吹起继续做周期运动，当铺覆时间超过20s之后，受到壁效应的影响，在壁面附近的纤维会平行壁面运动，并聚集在四棱台壁面和四棱住壁面之间的结合处，即使再增大气流压力，纤维仍保持静止不再做悬浮运动，壁面结合处气流速度较低甚至气流无法到达而出现气流死角，导致大量纤维的沉积，致使纤维铺覆到型壳表面上的比例较低。因此有必要对现有的棱柱和棱台结构进行改进，从而提高纤维铺覆效率。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种气流分布相对均匀，不存在气流的死角区域、提高纤维铺覆效率的气流铺覆纤维装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：气流铺覆纤维装置，包括同轴的过渡区、布料扩流区、铺覆纤维区和导流收缩区；气体自所述过渡区的气体入口端进入，依次穿过所述布料扩流区、所述铺覆纤维区和所述导流收缩区，并自导流收缩区气体出口端排出；所述过渡区与所述布料扩流区连接处设有与过渡区同轴的布料孔板，所述布料扩流区设有与布料扩流区同轴的导气孔板，所述导流收缩区的气体出口端设有与导流收缩区同轴的排气孔板，在所述铺覆纤维区内设有试样装夹。上述气流铺覆纤维装置，所述过渡区和所述铺覆纤维区为圆柱结构，所述布料扩流区和所述导流收缩区为圆台结构，所述过渡区的气体出口端与所述布料扩流区的圆台小头端流体导通，所述布料扩流区的圆台大头端与所述铺覆纤维区的气体进口端流体导通，所述铺覆纤维区的气体出口端与所述导流收缩区的圆台大头端流体导通，所述导流收缩区的圆台小头端为气体出口端。上述气流铺覆纤维装置，所述布料扩流区、所述铺覆纤维区和所述导流收缩区的总高度H2与最大直径D2比为1-1.5；所述布料扩流区的圆台壁面与轴心夹角范围为15°≤α＜45°；所述过渡区的高度H1为所述过渡区的管道直径D1的1-1.7倍。上述气流铺覆纤维装置，所述铺覆纤维区的直径D2为18cm，所述布料扩流区的圆台壁面与轴心夹角为15°；所述布料扩流区、所述铺覆纤维区和所述导流收缩区的高度分别为11.1cm、10cm和3.7cm；所述导流收缩区气体出口端的排气孔板的直径为16cm；所述布料孔板直径为12cm，所述导气孔板的直径为14cm；所述过渡区的管道直径D1为12cm；所述过渡区的高度H1为20cm。上述气流铺覆纤维装置，所述布料孔板的开孔率如下计算得到：根据流化床分布板设计原则，分布板最小压降ΔPd与床层压降ΔPb之比，可取经验值，即：ΔPd＝(0.1-0.4)ΔPb；取布料孔板压降为床层压降的40％，则：ΔPd＝0.4h0(1-ε0)(ρm-ρ)其中：h0为床层高度，ε0为床层空隙率，ρm为颗粒密度，ρ为空气密度；取阻力系数ξ＝2，则孔速为：孔板开孔率为：其中u1为孔板径向平均气流速度，m/s；根据式中d1为气体分布板小孔直径，m；D1为板直径，m；N为开孔数量。上述气流铺覆纤维装置，由于uk为6.65m/s，u1＝0.489m/s，则开孔率ψ＝7.35％；当d1＝5mm时，布料孔板的直径D1为12cm时，N＝42个。上述气流铺覆纤维装置，布料孔板的孔位置采用同心圆排列，分别在直径为2cm、6cm和10cm的圆周上均匀开孔；在直径为2cm的圆周上开孔数量为6个，在直径为6cm的圆周上开孔数量为12个，在直径为10cm的圆周上开孔数量为24个。上述气流铺覆纤维装置，所述导气孔板和排气孔板的气流速度存在如下关系：设入口气流速度为υ1，面积为A1，压强为p1；布料孔板气流速度为υ2，开孔面积为A2，压强为p2；导气孔板气流速度为υ3，开孔面积为A3，压强为p3根据实际流体的伯努利方程：圆管沿程损失达西公式为：式中：l为管长度，m；d为管直径，m；λ为沿程阻力系数；υ为断面平均流速，m/s；根据光滑区的布拉休斯公式：布料孔板和导气孔板之间的压差为：当时，υ3必定要大于υ2，两孔板之间压差向上，布料孔板上纤维受到气流向上的作用力，被气流带动向上运动，且随着气流速度的增加，孔板之间的压差增加；设排气孔板气流速度为υ4，开孔面积为A4，压强为p4；式中hm为孔板压力损失，ξ为孔板压损系数，根据标准ξ选取2，排气孔板速度等于或者低于悬浮速度时两孔板的最大压差为4.46MPa；根据连续性方程：Q＝υA＝常量υ1A1＝υ2A2＝υ3A3＝υ4A4由上述推导可知：υ4≤υ2≤υ3，所以A3≤A2≤A4；为让纤维在装置内做一定时间的悬浮运动，布料孔板上气流平均速度要大于悬浮速度，以补偿压力势能和沿程损失。上述气流铺覆纤维装置，所述导气孔板和排气孔板的中孔位置采用同心圆排列，当设置两孔板开孔率分别为3.92％和9.76％，能够满足υ4≤υ2≤υ3的速度要求。上述气流铺覆纤维装置，导气孔板分别在圆心和直径为4cm、8cm和12cm的圆周上均匀开孔径为5mm的孔共计31个孔；即在圆心上开1个孔，在直径为4cm的圆周上开孔数量为6个，在直径为8cm的圆周上开孔数量为12个，在直径为12cm的圆周上开孔数量为12个；排气孔板分别在圆心和直径为4cm、8cm和12cm的圆周上均匀开孔经为10mm的孔共计25个孔；即在圆心上开1个孔，在直径为4cm的圆周上开孔数量为6个，在直径为8cm的圆周上开孔数量为6个，在直径为12cm的圆周上开孔数量为12个。本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：1、针对现有技术的纤维铺覆装置的四棱台壁面和四棱住壁面之间的结合处存在壁效应的问题，重新对纤维铺覆装置进行设计，对装置外形结构与尺寸、孔板开孔位置、开孔率进行设计和计算，最终得到了圆柱与圆台结合的纤维铺覆装置，使得纤维在装置内分散性好，提高纤维铺覆比例。2、圆柱与圆台结合的纤维铺覆装置，可以避免壁面结合处气流速度较低甚至气流无法到达而出现气流死角，不会导致大量纤维的沉积，提高纤维铺覆比例。3、对布料孔板、导气孔板和排气孔板的开孔位置和开孔率进行设计，使径向气流分布更均匀，从而提高纤维分布均匀性。4、在满足模样顺利装夹和取出的前提下，应尽量减小摸样与铺覆纤维区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气流铺覆纤维装置，其特征在于，包括同轴的过渡区(N1)、布料扩流区(N2)、铺覆纤维区(N3)和导流收缩区(N4)；气体自所述过渡区(N1)的气体入口端进入，依次穿过所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)，并自导流收缩区(N4)气体出口端排出；所述过渡区(N1)与所述布料扩流区(N2)连接处设有与过渡区(N1)同轴的布料孔板，所述布料扩流区(N2)设有与布料扩流区(N2)同轴的导气孔板，所述导流收缩区(N4)的气体出口端设有与导流收缩区(N4)同轴的排气孔板，在所述铺覆纤维区(N3)内设有试样装夹。/n

【技术特征摘要】
1.气流铺覆纤维装置，其特征在于，包括同轴的过渡区(N1)、布料扩流区(N2)、铺覆纤维区(N3)和导流收缩区(N4)；气体自所述过渡区(N1)的气体入口端进入，依次穿过所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)，并自导流收缩区(N4)气体出口端排出；所述过渡区(N1)与所述布料扩流区(N2)连接处设有与过渡区(N1)同轴的布料孔板，所述布料扩流区(N2)设有与布料扩流区(N2)同轴的导气孔板，所述导流收缩区(N4)的气体出口端设有与导流收缩区(N4)同轴的排气孔板，在所述铺覆纤维区(N3)内设有试样装夹。


2.根据权利要求1所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述过渡区(N1)和所述铺覆纤维区(N3)为圆柱结构，所述布料扩流区(N2)和所述导流收缩区(N4)为圆台结构，所述过渡区(N1)的气体出口端与所述布料扩流区(N2)的圆台小头端流体导通，所述布料扩流区(N2)的圆台大头端与所述铺覆纤维区(N3)的气体进口端流体导通，所述铺覆纤维区(N3)的气体出口端与所述导流收缩区(N4)的圆台大头端流体导通，所述导流收缩区(N4)的圆台小头端为气体出口端。


3.根据权利要求2所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)的总高度H2与最大直径D2比为1-1.5；所述布料扩流区的圆台壁面与轴心夹角范围为15°≤α＜45°；所述过渡区(N1)的高度H1为所述过渡区(N1)的管道直径D1的1-1.7倍。


4.根据权利要求3所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述铺覆纤维区(N3)的直径D2为18cm，所述布料扩流区(N2)的圆台壁面与轴心夹角为15°；所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)的高度分别为11.1cm、10cm和3.7cm；
所述导流收缩区(N4)气体出口端的排气孔板的直径为16cm；所述布料孔板直径为12cm，所述导气孔板的直径为14cm；
所述过渡区(N1)的管道直径D1为12cm；所述过渡区(N1)的高度H1为20cm。


5.根据权利要求1所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述布料孔板的开孔率如下计算得到：
根据流化床分布板设计原则，分布板最小压降ΔPd与床层压降ΔPb之比，可取经验值，即：
ΔPd＝(0.1-0.4)ΔPb；
取布料孔板压降为床层压降的40％，则：
ΔPd＝0.4h0(1-ε0)(ρm-ρ)
其中：h0为床层高度，ε0为床层空隙率，ρm为颗粒密度，ρ为空气密度；
取阻力系数ξ＝2，则孔速为：



孔板开孔率为：

其中u1为孔板径向平均气流速度，m/s；
根据



式中d1为气体分布板小孔直径，m；D1为板直径，m；N为开孔数量。

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳芬，路焱，吕凯，张翔，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15