一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁及其控制装置

摘要

本发明公开了一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁及其控制装置，属于碳纤维生产技术领域。该迷宫式气锁包括氮气入口，膨胀室，整流室，密封腔以及迷宫密封通道。其中，氮气入口与膨胀室连通，膨胀室底部通过整流板与整流室分割，同时通过整流板上的导流孔与整流室连通，整流室底部为设有导流孔的气封板，气封板内部形成供纤维丝束通过的密封腔，在密封腔的丝束出口端通过迷宫入口与迷宫密封通道连接。本发明采用线切割与迷宫密封相结合的原理，在纤维丝束前进方向的垂直方向上形成气态幕墙，有效的阻挡外部空气进入到炉体内部。同时，在丝束出口端还是由迷宫道结构，能够有效降低氮气外泄，大大减少了氮气的消耗，大幅度降低了生产成本。

权利要求

1.一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁，其特征在于，包括氮气入口(1)，膨胀室(2)，整流室(13)，密封腔(12)以及迷宫密封通道(11)，其中，氮气入口(1)与膨胀室(2)连通，膨胀室(2)底部通过整流板(3)与整流室(13)分割，同时通过整流板(3)上的导流孔(7)与整流室(13)连通，整流室(13)底部为设有气封口(6)的气封板(5)，气封板(5)内部形成供纤维丝束(8)通过的密封腔(12)，在密封腔(12)的丝束出口端通过迷宫入口(10)与迷宫密封通道(11)连接，所述整流板(3)的底面上设有导流板(4)，所述导流板(4)垂直于整流板(3)。

2.权利要求1所述的迷宫式气锁，其特征在于，膨胀室(2)和整流室(13)内的横截面积是氮气入口(1)入口面积的100～200倍。

3.权利要求1所述的迷宫式气锁，其特征在于，密封腔(12)的丝束进口端设有与碳化炉的出口端密封连接的连接件。

4.权利要求1所述的迷宫式气锁，其特征在于，气封口(6)在气封板(5)上均匀分布，且沿纤维丝束(8)的宽度方向上设有多组宽度大于丝束出口(9)宽度的气封口(6)。

5.一种含有权利要求1所述迷宫式气锁的控制装置，其特征在于，主要由控制机构、传感器(17)、计量器(16)、供气装置(20)组成，所述控制机构包括计算机(15)、传感器(17)、止回阀(18)和气动调节阀(19)。

6.权利要求5所述的控制装置，其特征在于，计算机(15)与传感器(17)、止回阀(18)、气动调节阀(19)、供气装置(20)和计量器(16)连接，以实现连锁控制。

说明书

一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁及其控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁及其控制装置，属于碳纤维生产技术领域。

背景技术

[0002] 碳纤维是一种非常重要的新型非金属材料，具有高拉伸强度、耐高温、抗腐蚀等一系列优点，同时具有良好的加工性能，被广泛地用于军事、航空航天、医疗器械、体育用品等诸多领域。

[0003] 碳纤维的加工一般是将经过喷丝、拉伸、水洗、致密化等工艺获得的有机纤维原丝先在100～300℃的氧化气氛中进行预氧化处理，然后在惰性保护气的保护作用下分别依次经过低温碳化和高温碳化后获得的新型碳材料。

[0004] 在碳纤维生产过程中，为了提高生产效率、节约能耗，往往需要将多束预氧化纤维丝束排成带状连续通过碳化炉的进行处理。因此，碳化炉必须敞口，以便于丝束进出，但是高温炉的两端炉口必须密封。一方面需要抑制高温炉高温炉外氧气扩散至炉内高温氧化产生大量毛丝，影响产品质量；另一方面也需要避免炉内高温气体外泄，污染周围环境。现有的密封装置多种多样，有结构比较复杂的液态密封装置，也有各式各样的气体密封装置。在气体密封装置中其结构形式又分为闸板式、鸭嘴式以及非接触型迷宫式等。非接触迷宫式密封结构往往存在耗气量大、密封效果不够理想等问题。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁，所采取的技术方案如下：

[0006] 一种用于碳纤维生产的迷宫式气锁，该迷宫式气锁包括氮气入口1，膨胀室2，整流室13，密封腔12以及迷宫密封通道11。其中，氮气入口1与膨胀室2连通，膨胀室2底部通过整流板3与整流室13分割，同时通过整流板3上的导流孔7与整流室13连通，整流室13底部为设有气封口6的气封板5，气封板5内部形成供纤维丝束8通过的密封腔12，在密封腔12的丝束出口端通过迷宫入口10与迷宫密封通道11连接。

[0007] 优选地，膨胀室2和整流室13内的横截面积是氮气入口1入口面积的100～200倍。

[0008] 优选地，在整流板3的底面上还设有导流板4。

[0009] 更优选地，导流板4垂直于整流板3。

[0010] 优选地，密封腔12的丝束进口端设有与碳化炉的出口端密封连接的连接件。

[0011] 优选地，气封口6在气封板5上均匀分布，且沿纤维丝束8的宽度方向上设有多组宽度大于丝束出口9宽度的气封口6。

[0012] 本发明还提供了一种含有所述迷宫式气锁的控制装置，主要由控制机构、传感器、计量器、供气装置组成。

[0013] 优选地，控制机构包括计算机15、传感器17、止回阀18和气动调节阀19。

[0014] 优选地，计算机15与传感器17、止回阀18、气动调节阀19、供气装置20和计量器16连接，以实现连锁控制。

[0015] 本发明获得的有益效果是：

[0016] 本发明采用线切割与迷宫密封相结合的原理，在纤维丝束前进方向的垂直方向上形成气态幕墙，有效的阻挡外部空气进入到炉体内部。同时，在丝束出口端还是由迷宫道结构，能够有效降低氮气外泄，大大减少了氮气的消耗，大幅度降低了生产成本。

附图说明

[0017] 图1为本发明一种优选方案中的迷宫式气锁的正视结构示意图。

[0018] 图2为本发明一种优选方案中含有迷宫式气锁的控制装置的结构示意图。

[0019] 图中：1，氮气入口；2，膨胀室；3，整流板；4，导流板；5，气封板；6，气封口；7，导流孔；8，纤维丝束；9，丝束出口；10，迷宫入口；11，迷宫密封通道；12，密封腔；13，整流室14，迷宫式气锁；15，计算机；16，计量器；17，传感器；18，止回阀；19，气动调节阀；20，供气装置；21，气体制造装置；22，丝束；23，炉膛。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。

[0021] 图1为本发明一种优选方案中迷宫式气锁的正视结构示意图。图中箭头所指方向为纤维丝束8的前进方向。从图1中可知，该迷宫式气锁是由膨胀室2、整流室13、密封腔12以及迷宫密封通道11组成。其中，在膨胀室2的上端和低端分别设有一个氮气入口1。膨胀室2内的横截面积是该氮气入口1的200倍，以使氮气进入膨胀室后迅速膨胀。在膨胀室2的底部是有垂直于氮气入口1方向的整流板3。在整流板3上设有若干均匀分布的导流孔7，以便将膨胀室2中经过膨胀后的氮气导入到整流室13中。同时，在整流板3上还是有处于整流室13中的若干导流板4，以对通过导流孔7的氮气进行导流，将氮气导向位于整流室13下部的气封板5。气封板5上均匀分布有若干气封口6，以便在氮气通过气封口6后形成垂直于纤维丝束8的气态幕墙。其中，气封口6优选排列成垂直于纤维丝束8前进方向的形式。同时，沿纤维丝束8宽度方向设有若干到长度大于由气封板5形成的密封腔12一端的丝束出口的宽度，以封死外部空气进入到与密封腔12另一端连通的碳化炉中。在气封板5形成的密封腔12中，一端为丝束出口9，另一端为与碳化炉密封连接的连接件。在丝束出口9的一端，设有迷宫密封通道11，丝束出口9内侧是为纤维丝素8通过的通道，而外侧则是迷宫密封通道11的迷宫入口10，以便将外溢的废气或氮气导入到迷宫密封通道11中。

[0022] 图2为本发明一种优选方案中含有迷宫式气锁的控制装置的结构示意图。从图2可知，该控制装置主要有迷宫式气锁14、计算机、计量器16、传感器17、止回阀18、气动调节阀19、和供气装置20组成。还可以包括与供气装置20连接的气体制造装置21。其中，迷宫式气锁14的两个氮气入口1与供气管道连接。在与氮气入口1的供气管道上有近及远依次连接有计量器16,、传感器17、止回阀18以及气动调节阀19。计量器16,、传感器17、止回阀18以及气动调节阀19分别与计算机15进行连接，以实现连锁控制。供气装置20与气动调节阀19连接，可通过控制机构的计算机15自动控制调节阀19，最终实现对供气装置20出气量的控制。传感器17和计量器16可收集管道内气体的数据信息，并可将数据信息反馈到计算机15中，以最终实现对进入迷宫式气锁14中的氮气或其他保护气流量、流速、温度等因素的控制。迷宫式气锁14的一段与高温炭化炉等装置的炉膛连接，炉膛内的丝束22经过迷宫式气锁14后被牵引出来。氮气等保护气有气体制造装置21制造出来或者直接购买来又供气装置20供气，通过气动调节阀19后，通过单向止回阀18，再经过传感器17和计量器16后分流进入迷宫式气锁14的两个氮气入口1。经过迷宫式气锁14时，在迷宫密封通道11一端密封，并从炉膛23进入高温炭化炉或低温炭化炉内。可以再由高温炭化炉或低温炭化炉的废气出口回收。

[0023] 虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。