DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI Alagútbordás légsugaras vetülékbevitel áramlástechnikai és szövéstechnológiai vizsgálata

Átírás

1 DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI Alagútbodás légsgaas vetülékbevitel áamlástechnikai és szövéstechnológiai vizsgálata Készítette: Szabó Lóánt okleveles gépészménök Témavezető: D. habil. Patkó István dékán, intézetigazgató Sopon 11

2 1. Az étekezés tágya, célkitűzése Az étekezés a hazai szövödékben is használatos légsgaas szövőgépek hatékonyabb működésének édekében végzett tdományos ktató- és ejlesztő mnkát oglalja össze. A légsgaas szövőgépek szakaszos működésűek, szövés soán a vetüléket az áamló levegő hatásába helyezve ektetik be a szádnyílásba. A központi légtatályból a szövőgéphez vezetett levegő nyomásából számazó enegia a ő- és segédúvókában mozgási enegiává alakl, amely elgyosítja és szállítja a vetüléket a különböző módon kialakított légvezetési csatonákban. A úvókából kilépő hengees szabadsgá az álló levegővel keveedve lelassl, a úvókától távolodva sebessége ohamosan csökken. A légsgaas vetülékbevitelhez szükséges műszaki megoldások: szövőgép gazdaságos levegőellátásának biztosítása, vetülékbevitelhez tiszta szádnyílás létehozása, bevetése keülő vetülék hosszának leméése, leejtése a hosszméős vetüléktáolóól és bevetése a szádnyílásba, légsgá létehozása és enntatása a bevetés vonalában. A légsgaas szövőgépeken a nagy vetüléksebesség és a nagyobb szövetszélesség eléése végett a úvókától távolabb a vetéspálya vonalában a légsebességet enn kell tatani: konúzo lamellasoos légcsatonával, amely lehet o nyitott ém o zát műanyag lamellákkal ellátott, poilbodákkal és segédúvókákkal. A vetülékbevetés olyamatának megétéséhez és a technológiai módosításokhoz szükségesek a minél pontosabb izikai és matematikai modellek, méések, ezeknek kiétékelése, valamint nmeiks megoldása. Disszetációm ő célkitűzései az alábbiak: az áamlási mezők vizsgálata a különböző légvezetések esetén, a különböző légvezetési megoldások tengelyiányú áamlási sebességeinek zát alakú matematikai omlákkal való leíása, méési módsze kidolgozása a elületi súlódási együtthatót leíó c = üggvény meghatáozásáa mltiilament vetüléke, számítási módsze kidolgozása a vetüléke ható eő meghatáozásáa a bevetés soán az F =, üggvénykapcsolat leíásával,

3 a két vizsgált légvezetési mód vetülékcsatonájában létejövő áamlástani viszonyok öszszehasonlítása, az ebből levonható dinamikai következtetések a légcsatonában mozgó vetüléke, vetülékbeviteli hibák csökkentésének lehetőségei a ő- és segédúvókák nyomásának és működtetési idejének változtatásával. A vetülék bevetését a úvókák vezélése által létesített áamlási mező és a bodaláda mozgása valamint a tiszta szádnyílás igyelembe vételével lehet megvalósítani. A vetüléket bevető légáam alapos ismeéséhez az alábbi helyeken kell vizsgálni légsebességet: a úvóka kilépési keesztmetszeténél, a légvezető csatona tengelye mentén a távolság üggvényében. Bevetés soán az áamlást a konúzo lamellasoos szövőgépen peiodiksan másodpecenként kb. nyolcszo hozzák léte, amely 6,5 ms-ig tat. A legújabb poilbodás gép esetén a szövőgép őtengelyének odlatszámától üggően másodpecenként húsz bevetés is lehetséges, ami 5 ms-ig tat. Az áamlási jellemzők meghatáozását követően a vetülék és a légáam eőtani kapcsolatát vizsgáltam. Az áamlás a vizsgálatok szempontjából kvázistacionáisnak tekinthető. A hazai tetilipa nagymévű visszaesésével a ktatási és pblikációs lehetőségek is kolátozódtak. A disszetáció ezt a hiányt is pótolni kívánja. Világviszonylatban a légsgaas szövőgépeket szélesköűen alkalmazzák és olyamatosan ejlesztik. A váható gazdasági ellendülés a tetilipa mnkahelyteemtő hatása hazánkban is emélhetően ézékelhető lesz, ami a szövőipa és ezen belül újabb légsgaas szövőgépek alkalmazásában is megnyilvánl.. A ktató mnka módszeei Ktató mnka megkezdése előtt a vetülék és az áamlás kapcsolatának tisztázásáa a témával kapcsolatos előzetes szakiodalmi ktatást olytattam. Az Óbdai Egyetem Tetiltechnológiai Műhelyében a légsgaas szövőgépek áamlástani és eőtani viszonyainak méésée, a különböző kialakítású légvezetési módok vizsgálatáa méőendszeeket állítottam össze, és ezeken végeztem el a laboatóimi mééseket. Az ipai mééseket a Csáda-Te Kt. telephelyén végeztem. A úvókák légogyasztásának tömegáamát GEMÜ RTS típsú légogyasztásméő műszeel métem. A konúzo lamellasoos kialakítású légcsatona tengelyében a ögzített méési helyeken a olyamatos légáam dinamiks nyomását Pandtl- csővel métem (1. ába). 3

4 1. ába. Légsebesség méése és a vetüléke ható eő meghatáozásának méési elendezése Egy-egy bevetés ideje a szövőgép odlatszámától üggően 5-6 ms, ami alatt nem végezhető el a méés. A bevetés tengelye mentén kialakló áamlás gyakolatilag üggetlen olyamatos légáam esetén a bevetési időtől. A dinamiks nyomásból a Benolli egyenlet alapján meghatáozható az áamlási sebesség. A poilboda vetülékcsatonájában léptetőmotoal állandó sebességgel mozgatott Pitot-csőhöz kapcsolódó 14PC típsú nyomásézékelővel tötént a dinamiks nyomás meghatáozása. A dinamiks nyomással aányos villamos eszültséget DSO 9 oszcilloszkóp-előtét közbeiktatásával métem, amely személyi számítógéphez csatlakozott (. ába).. ába. Poilbodás légsgaas szövőgép sebességeloszlásának és légogyasztásának méési elendezése Az eddigiekhez képest, a kiejlesztett méési módszeel, a Pitot-cső állandó sebességű mozgatásával a poilboda csatonájában a olyamatos mééssel teljesebb inomáció nyehető az áamlási viszonyokól, különös tekintettel a segédúvókák elszennyeződéséől és helytelen beállításkól. 4

5 A dinamiks nyomás méését a bodaszélesség mentén vetülékonal nélkül végeztem. Stacionáis légáamba ektetett vetüléke ható eő méésée ROTHSCHILD R-119 típsú eőméő állt endelkezéseme. A dimenziótlan elületi súlódási együttható ábán látható méési elendezéssel végeztem el. c = meghatáozását a ába. Laboatóimi méőendsze a elületi súlódási együttható meghatáozásáa A közelítő üggvényeket és a koelációs együtthatókat Micosot Ecel pogammal hatáoztam meg. 3. Új eedmények összeoglalása, tézisek A matematika módszeének megelelően a izikai mennyiségeket dimenziótlan omában kezeltem, amelyeket úgy kaptam meg, hogy a vizsgált izikai mennyiségeket a hozzátatozó állandó (pl. maimális) étékeivel osztottam. Méési eedmények alapján meghatáozható - laboatóimi és ipai viszonyok esetén is a légsebesség és a légvezetési mód, bodaszélesség, tápnyomás, úvóka típs, onala ható elületi súlódási eő, közötti kapcsolat. 5

6 1. Tézis A laboatóimi sebességméés eedményeit a úvóka kilépési keesztmetszetében mét legnagyobb áamlási sebességgel, a bodaszélesség hosszát a konúzo lamellaso esetén alkalmazott úvóka belső sgaának étékével dimenziótlanítottam. Így az alábbi üggvénykapcsolat adódott a dimenziótlanított sebességeloszlása, amely nem ügg a tatálynyomástól és a bodaszélességtől: ahol: p =. (1) : a légvezetési megoldás tengelye mentén az áamlás sebessége [m/s], : a úvóka kilépési keesztmetszetében mét áamlási sebesség [m/s], p : az áamlása jellemző dimenziótlanított üggvény [-], : a méési pont helye a légvezetési csatona tengelyében [mm], : a úvóka belső sgaa [mm]. A üggvény leolyását csak az áamlást enntató légvezetési megoldás kialakítása beolyásolja, amely lehet: cső, szabadsgá, nyitott ém konúzo lamellaso, zát műanyag konúzo lamellaso. Zát cső esetée a méési eedmények tg α = 1 meedekségű egyenessel, míg szabadsgá esetén egy vízszintes egyenessel közelíthetők. Zát műanyag és nyitott ém lamellák esetén a méési eedményeket egy-egy másodokú polinommal közelítettem (4. ába). 4. ába. Különböző légvezetési módoka jellemző zát matematikai üggvények 6

7 A 4. ábán látható üggvénykapcsolatok segítségével a vizsgált légvezetési megoldások áamlási tengelyének tetszőleges helyén meghatáozható a dimenziótlanított áamlási sebesség az (1) ösz- szeüggés alapján. Zát műanyag lamellaso esetén, ha > 7, 8: = p,4 = +, ,88 =,4 + 5,88 +,343. () Zát műanyag lamellaso tengelyiányú sebessége a () egyenlet alapján hatáozható meg:,4 +, ,88 = =,4,343 5, (3) Nyilvánvaló, hogy a tetilipai gyakolatban a hatékony vetülékbevitel lehetséges műszaki megoldásai a cső és a szabadsgá közötti légvezetési módok közötti tatományban találhatók.. Tézis A 3. ábán látható méési módszeel - lamináis áamlás esetén - a vetülék elületi súlódási együtthatója az alábbi omában hatáozható meg: c = (4) A dimenziótlan elületi súlódási együttható ügg: a vetülékonal tlajdonságaitól, a vetüléket szállító légáamlás izikai jellemzőitől (sebesség, sűűség). Egy adott onaltíps (mltiilament 8 te) és levegő állapot esetée a métékegység nélküli elületi súlódási együttható a méési eedmények alapján az 5. ábán láthatóan alakl a dimenziótlanított sebesség üggvényében. 7

8 5. ába. A elületi súlódási együttható változása hatványközelítés esetén A vizsgált mltiilament vetülék esetén a méési eedményeket hatvány üggvénnyel közelítve - a vizsgált 3 m/s 174,3 m / s légsebesség tatományban a deteminációs együttható ( R ) étéke jónak mondható. Így a közelítő üggvény:,631 c =,75 (5) A elületi súlódási együttható a sebesség növekedésének üggvényében (5) csökken, amelynek magyaázata, hogy a növekvő sebesség megváltoztatja a vetülékonal alaki tlajdonságait. 3. Tézis A dolgozat elméleti úton hatáozza meg a vizsgált vetüléke ható dimenziótlan eő nagyságát a dimenziótlanított bodaszélesség üggvényében műanyag konúzo légvezetési mód esetén. Az elemi vetülékhossza ható elemi elületi súlódó eő: df 1 = ρ c D π d. (6) A (6) egyenletet és étékekkel dimenziótlanítva: df 1 = ρ D π c d (7) Behelyettesítve (7) egyenletbe a () és (5) dimenziótlanított kiejezéseket: 8

9 ahol: df 1 = ρ D π, K =,95 1 N ρ a levegő sűűsége: 1,,63 3 kg / m, d = K 1,37 d, (8) D a 8 te-es mltiilament vetülék átlagos átméője: 4 6,34 1 m, a vetülékcsatona kezdeti keesztmetszetében mét áamlási sebesség: 174,3 m/s, 3 a vizsgált úvóka sgaa: 3,5 1 m, c a elületi súlódási együttható [-], a légsebesség a konúzo lamellaso tengelyében [-]. A z = behelyettesítéssel és műanyag lamellasot vizsgálva a () összeüggés alapján a vetülékonala ható elemi eőt az alábbi összeüggéssel számolható: df 5,88 = K,4z + +,343 dz. (9) z 1,37 A (9) egyenlet mindkét oldalát integálva z z kapjk: F ( z) F ( z z 1,37 5,88 ) = K,4z + +,343 dz. = 7, 8 z z Bevezetve az alábbi helyettesítéseket és K étékével osztva: ) z (1) F ( z = F : a légvezetési mód kezdeténél a vetüléke ható mét eő [N], az 1. ábán bemta- tott méés alapján: F = 1 N. F ( z) = F : z > 7, 8 esetén a konúzo lamellaso tengelyében a vetüléke ható elméleti elületi súlódási eő [N]. Az integálása alkalmas dimenziótlanított egyenlet: F = F z 5,88 +,4z + +,343 z z Fz 1,37 dz = F + F z (11) ahol: z = 7,8: az integálás kezdeti étéke [-], 9

10 F = F F K F : a vetüléke ható elméleti dimenziótlanított eő a konúzo lamellasoban [-], 1 = K,95 1 [ N] 3 [ N] = = 1 []: - lamellaso kezdeti keesztmetszetében a dimenziótlanított eő [-]. Maple pogammal végeztem el a (11) egyenlet integálását. A mét és számolt elméleti étékeket a 6. ába tatalmazza. 6. ába. Zát műanyag lamellaso esetén a mét és az elméleti úton kapott eedmények összehasonlítása Fmi A 6. ábán látható dimenziótlanított eők: Fmi = és F ei K ahol: F mi a mét dimenziótlanított eők a zát műanyag lamellaso tengelyében [-], F mi a konúzo lamellaso tengelyében kialaklt áamlásba helyezett álló vetüléke ható mét eők étékei K a vizsgált vetüléke jellemző konstans [N], F ei az elméleti dimenziótlanított eők [-]. [N], Az elméleti úton kapott megoldás jól közelíti a mét étékeket a vizsgált vetülék esetén. Kijelenthető, hogy az F megméésével jó közelítéssel meghatáozható a vetüléke ható eő z-től üggően a konúzo lamellaso légcsatonájában, amennyiben ismet: a vizsgált légvezetési móda meghatáozott dimenziótlan sebességeloszlás (lásd 1. tézis), a vetülékátméő és elületi súlódási együttható (lásd. tézis). 1

11 4. Tézis A vizsgált konúzo lamellasoos és poilbodás légvezetési módok áamlási viszonyaia és a vetüléke ható eőke az alábbi megállapításokat tettem (7. ába): A konúzo lamellsasoos légvezetési mód esetén az áamlás sebessége a bevetés iányában <, 1 tatományban eponenciálisan csökken, hasonlóan a hengees sza- b badsgá kezdeti áamlásához. Az >, esetén a konúzosoban az áamlási sebesség közel lineáisan csökken, de étéke kisebb, mint a poilboda csatonájában a b légáam átlagsebessége, ezáltal a onala kisebb, de egyenletes elületi súlódási eő hat. A poilbodás légvezetési mód esetén, ha >, 1 az áamlási sebesség változása a b segédúvókák hatása miatt peiodiksnak tekinthető a vetülékcsatona tengelyében. A bevetési légsebesség középétéke a bodaszélesség mentén nem változik. A mozgó vetüléke ható eő a sebesség peiodiks ingadozásából eedően változik. 7. ába. A vizsgált légvezetési módok légáamainak összehasonlítása 5. Tézis A vetülékbeviteli hibák és a légogyasztás csökkentésée elméleti, tapasztalati megontolásaim és méési eedményeimből az alábbi eltevés tehető: A poilbodás légsgaas szövőgépek segédúvóka csopotjai kezdetben öt segédúvókából álltak. Az ipai köülmények között vizsgált Donie légsgaas szövőgépen négyes csopotokban működtetik a segédúvókákat (8. ába). A segédúvókák által létesített légáam - amely a vetüléket szállítja - egyenletesebbé tételée javaslom, hogy az áamlási mezőt a segédúvókák minél kisebb csopotú, illetve egyenkénti staétaszeű vezélésével 11

12 célszeű megvalósítani. A úvási szakasz hosszának övidítésével a sűített levegő elhasználása csökkenthető. 8. ába. A vizsgált szövőgép levegőendszee 1

13 4. A ktatómnkával kapcsolatos ontosabb pblikációk Folyóiatcikkek magya és angol nyelven: 1. Szabó L.: Légsgaas szövőgépek ejlesztése. Magya Tetiltechnika, 7/5. pp Szabó L., Szabó R.: Szálasanyag statisztikák. Tetil Fom, 8. XVIII. év szám. pp Szabó L., Szabó L.: Tibológia a tetilipaban. Magya Tetiltechnika, 8/. pp Szabó L., Szabó L.: A pnematika tetilipai alkalmazása. Magya Tetiltechnika, 8/3-4. pp Patkó I., Szabó L.: Vetülékbeviteli elvek összehasonlító elemzése. Magya Tetiltechnika, 8/5. pp Szabó L.: A sűített levegő a tetiltechnológiában. Magya Tetiltechnika, 9/1. pp Patkó I., Szabó L.: A szövés és áamlás kapcsolatának vizsgálata légsgaas szövőgépeken. Magya Tetiltechnika, 9/5. pp Patkó I., Szabó L.: Légsgaas szövőgépek vetülékbevitelének eőtani vizsgálata. Magya Tetiltechnika, 1/1. pp (HU ISSN 6-453X) 9. Patkó I., Szabó L., Vákövi J.: Alagútbodás légsgaas szövőgépek ő- és segédúvókáinak áamlási vizsgálata. Magya Tetiltechnika, 1/. pp (HU ISSN 6-453X) 1. Patkó I., Szabó L.: Alagútbodás légsgaas szövőgépek vetülékbevitelének vizsgálata. Magya Tetiltechnika, 1/4. pp (HU ISSN 6-453X) 11. Szabó, L., Patkó, I., Ooszlány, G.: The Dynamic Stdy o the Wet Insetion o Ai Jet Weaving Machines. Acta Polytechnica Hngaica, Vol.7, No.3, 1. pp (ISSN ) 1. Patkó I., Szabó L., Szabó L.: Vetülékbeviteli hibák elemző vizsgálata légsgaas szövőgépeken. Magya Tetiltechnika, 1/5. pp (HU ISSN 6-453X) 13. Patkó. I., Szabó L.: Légsgaas szövőgépek áamlástani vizsgálata. Gép, LXI. évolyam, 1/8. pp (ISSN ) 14. Szabó L., Szabó L.: Légsgaas szövőgépeken alkalmazott hosszméős vetüléktáolók. Magya Tetiltechnika, 11/1. pp (HU ISSN 6-453X) 15. Bodo Á., Szabó L.: Poilbodás légsgaas szövőgép segédúvókájának áamlástani szimlációja. Magya Tetiltechnika, 11/. pp (HU ISSN 6-453X) 13

14 Koneencia előadások: 1. Dénes J., Szabó L., Szabó R.: Légsgaas vetülékbevitel elemzése. IN-TECH-END 5 koneencia Bdapest, 5. szeptembe Szabó L.: Légsgaas szövőgépek áamlástani vizsgálata. Galamb Józse Integált Pojekt Szakkollégim Oktatói Nap, Bdapest, BMF, 9. nov Patkó, I., Szabó, L.: The Stdy o the Flow Conditions o Ai Jet Weaving Machines 1th Intenational Symposim o Hngaian Reseaches, Bdapest Tech, 9. novembe Szabó, L.: Pnematic Wet Insetion o Poile Reed in Ai Jet Looms Intenational Joint Coneence on Envionmental and Light Indsty Technologies, Óbda Univesity Bdapest, 1. novembe Szabó L.: Áamlási viszonyok vizsgálata a poilbodás légsgaas szövőgép vetülékcsatonájában Galamb Józse Integált Pojekt Szakkollégim Oktatói Nap, Bdapest, ÓE, 1. decembe 17. Koneencia kiadványok: 1. Dénes J., Szabó L., Szabó R.: Légsgaas vetülékbevitel elemzése. th IN-TECH-END 5 5 Intenational Coneence Poceedings 8-9 septembe 5 Bda pest, pp (ISBN ). Patkó, I., Szabó, L.: The Stdy o the Flow Conditions o Ai Jet Weaving Machines 1th Intenational Symposim o Hngaian Reseaches, Bdapest Tech, 9. novembe pp (ISBN ) 3. Szabó, L.: Pnematic Wet Insetion o Poile Reed in Ai Jet Looms Intenational Joint Coneence on Envionmental and Light Indsty Technologies, Óbda Univesity Bdapest, 1. novembe pp (ISBN ) 14