[发明专利]热管组件、包括热管组件的异型斜管式热辊及其加工方法

说明书

本发明提供一种热管组件，热管组件包括轴向排布的多个异型斜管和连通多个异型斜管的径向环形槽，每个异型斜管的径向截面均包括相同轴向锥度的第一曲面部和第二曲面部，轴向锥度为异型斜管的斜度，第一曲面部和第二曲面部相互连接成异型斜管，第一曲面部的内表面半径为Rb，第一曲面部对应位置的第二曲面部外表面半径为Rb，第二曲面部的外表面轴向加工多个半径为Ra的槽道。本发明的异型斜管式热辊，异型斜管加工采用分步工艺完成，即先分别完成第一曲面部和第二曲面部，然后贴合拼接并焊接，异型斜管的质量要求容易达到、加工成本低。

技术领域

本发明涉及化纤高速牵伸用热辊技术领域，尤其涉及一种热管组件、包括热管组件的异型斜管式热辊及其加工方法。

背景技术

目前化纤行业的牵伸热辊的加热方式都是采用电磁感应加热，输入高频电流的感应线圈产生交变磁场对辊体加热，辊体获得热量后迅速向辊面扩散，使辊面持续得到因纤维带走和空气扩散损失的热量，属于高效的直接加热方式。

中国专利CN2258173Y公开了多区感应式热牵伸辊，它由导丝盘、多区感应线圈、多路测温传感器、多路温度变送器组成；可根据工作区长度的要求(120～280mm)，分别选用2-7区感应线圈直接对热辊辊体加热，再由多路温度变送器将测温传感器检测到的各区的温度送入控制系统，以使各测量点温度在设定的工作温度上达到平衡。它可使辊体表面温度均匀性达到±1～2℃的要求，可用在民用丝、工业丝纺牵联合机上的纺丝速度 1000-6000m/min工业生产中。

另一种是蒸汽夹套式传热方式，使用电磁感应加热辊体，使夹套内的液体受热后的气化，并达到气-液相变的平衡，除了辊体本身的传热，还借助气相快速传输热量的方式来保证工作区温度的均匀。热管以与中心轴平行的方向设置（水平热管），加热方式为辊体全长加热方式，即感应线圈长度和辊体长度相当，辊体质量大，对电机轴的应力大，辊体轴向长度受到限制。

感应加热的深度与交变电流的频率有反向关系，即频率高，加热深度浅。在蒸汽夹套加热传热方式中，热辊高速旋转后由于离心力的作用，夹套中的液体处于辊体外侧，感应加热热源处于辊体内侧，对热媒液体的加热仍要通过辊体材料的传热才能实现。

另外，以上都属于热辊全长度加热方式，热辊是钢制材料，绕制线圈的铁芯的比重也很大，其质量随辊体长度是线性关系，但对电机轴所受到的应力却是平方关系，因此辊体的长度受到极大的限制。

再一种方式是在感应加热原理不变的前提下，减小感应加热段的长度，例如发明专利CN105155006B公开了加热段长度控制在热辊轴向长度的二分之一以下。热辊一端封闭，另一端打有众多热管斜孔，每个热管斜孔根部联通，整体封口。热辊的感应加热铁素体不锈钢钢套长度为辊体总长的30～45%，加热方式为高频电磁加热，加热对象为液态介质。并且，热管采用斜孔设计，热管斜孔的角度是加热段的B端斜孔在靠近辊面外侧（半径大），A端在靠近辊面内侧（半径小）。理论上，在热辊高速运行过程中，A端冷凝下来的热媒液体受离心力作用可以快速流回B端加热段，重新接受热量进行气化。

以上采用热管的设计中，辊体四周需要打许多热管孔，热管孔的数量一般达到50个以上，在相对较小的壁厚内，要保证各个热管孔都有相近的斜度，加工困难、技术难度高，在加工过程中很容易因其中某个孔达不到要求而使整个辊体报废。基于这个这种情况，日本TMT公司在中国专利CN107787058A中公开了在原有热管热辊的基础上，采用在辊体内侧设置一层高热传导碳纤维复合材料作为均热层取代热管的方法，在同样高频加热的情况下，提高轴向传热和减小壁厚，以实现热辊表面快速升温和均温的目标。

斜管式热辊的设计中最大好处和优势在于，可以采用局部高频加热的方式，减少加热段长度可以简化高频加热结构线路、减轻热辊的重量，这对提升热辊技术有重要意义，但如何解决高质量、高效制造众多热管孔仍是生产中一大难题。

发明内容