Construction of cooling section for laminating rewinder

Liberec 2017

Konstrukce chladící sekce pro laminovací p!evíje"ku

Bakalá!ská práce

Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Petr Jiránek

Vedoucí práce: Ing. Petr Žabka, Ph.D.

Liberec 2017

Construction of cooling section for laminating rewinder

Bachelor thesis

Study programme: B2301 – Mechanical Engineering Study branch: 2301R000 – Mechanical Engineering

Author: Petr Jiránek

Supervisor: Ing. Petr Žabka, Ph.D.











WƌŽŚůĄƓĞŶş



ǀnjƚĂŚƵũĞnjĄŬŽŶē͘ϭϮϭͬϮϬϬϬ^ď͕͘ŽƉƌĄǀƵĂƵƚŽƌƐŬĠŵ͕njĞũŵĠŶĂΑϲϬʹ

ƓŬŽůŶşĚşůŽ͘

ĞƌƵŶĂǀĢĚŽŵş͕ǎĞdĞĐŚŶŝĐŬĄƵŶŝǀĞƌnjŝƚĂǀ>ŝďĞƌĐŝ;dh>ͿŶĞnjĂƐĂŚƵũĞĚŽ

ŵljĐŚĂƵƚŽƌƐŬljĐŚƉƌĄǀƵǎŝƚşŵŵĠďĂŬĂůĄƎƐŬĠƉƌĄĐĞƉƌŽǀŶŝƚƎŶşƉŽƚƎĞďƵ

dh>͘

hǎŝũŝͲůŝďĂŬĂůĄƎƐŬŽƵƉƌĄĐŝŶĞďŽƉŽƐŬLJƚŶƵͲůŝůŝĐĞŶĐŝŬũĞũşŵƵǀLJƵǎŝƚş͕ũƐĞŵ

Ɛŝ ǀĢĚŽŵ ƉŽǀŝŶŶŽƐƚŝ ŝŶĨŽƌŵŽǀĂƚ Ž ƚĠƚŽ ƐŬƵƚĞēŶŽƐƚŝ dh>͖ ǀ ƚŽŵƚŽ

ƉƎşƉĂĚĢ ŵĄ dh> ƉƌĄǀŽ ŽĚĞ ŵŶĞ ƉŽǎĂĚŽǀĂƚ ƷŚƌĂĚƵ ŶĄŬůĂĚƽ͕ ŬƚĞƌĠ

ǀLJŶĂůŽǎŝůĂŶĂǀLJƚǀŽƎĞŶşĚşůĂ͕ĂǎĚŽũĞũŝĐŚƐŬƵƚĞēŶĠǀljƓĞ͘

ĂŬĂůĄƎƐŬŽƵ ƉƌĄĐŝ ũƐĞŵ ǀLJƉƌĂĐŽǀĂů ƐĂŵŽƐƚĂƚŶĢ Ɛ ƉŽƵǎŝƚşŵ ƵǀĞĚĞŶĠ

ůŝƚĞƌĂƚƵƌLJĂŶĂnjĄŬůĂĚĢŬŽŶnjƵůƚĂĐşƐǀĞĚŽƵĐşŵŵĠďĂŬĂůĄƎƐŬĠƉƌĄĐĞĂ

ŬŽŶnjƵůƚĂŶƚĞŵ͘

^ŽƵēĂƐŶĢ ēĞƐƚŶĢ ƉƌŽŚůĂƓƵũŝ͕ ǎĞ ƚŝƓƚĢŶĄ ǀĞƌnjĞ ƉƌĄĐĞ ƐĞ ƐŚŽĚƵũĞ Ɛ

ĞůĞŬƚƌŽŶŝĐŬŽƵǀĞƌnjş͕ǀůŽǎĞŶŽƵĚŽ/^^d'͘









WŽĚƉŝƐ͗

Poděkování

Rád bych touto cestou poděkoval Ing. Petru Žabkovi, Ph.D. za odborné vedení a cenné rady v průběhu tvorby bakalářské práce, firmě TRIMA spol. s.r.o. za téma bakalářské práce a možnost podílet se na zajímavém projektu, Ing. Jiřímu Zapletalovi a Bc. Martinu Wagnerovi za poskytnutí podkladů a odborné vedení. V neposlední řadě bych chtěl poděkovat svým ro- dičům za podporu po celou dobu studia.

Anotace

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem chladicí sekce pro převíjecí stroj na výrobu polotovaru pro letecký průmysl. Teoretická část sestavená z dostupné literatury popisuje roz- dělení a funkci průtočných válců použitých v konstrukci. Dále jsou popsány tepelné děje při kondukci a konvekci potřebné pro ověření chladícího účinku. Praktická část se skládá z návrhu sekce a následného výpočtu přenosu tepla ze zadaných podmínek a času potřebného pro ochlazení materiálu při výdrži na chladicím válci. V neposlední řadě je proveden výpočet průhybu válce, kontroly ložisek, kontrola pohonu a teoretická teplota tekutiny proudící ve válci, která zaručí, že nedojde ke kondenzaci na povrchu. Práce dále zahrnuje 3D model sestavy s výkresovou dokumentací.

Klíčová slova

Převíjecí stroj, chlazení, přenos tepla, kondenzace, průtočné válce

Annotation

This bachelor thesis deals with a design of a cooling section for the rewinding machine for manufacturing of semi-finished product for aviation industry. The theoretical part, composed of available literature, describes function and division of flow cylinders used in design. Further- more there is description of heat transfer such as conduction and convection, which is needed for a calculation of the cooling effect. The practical part contains design of section and subse- quent heat transfer calculation with given conditions and time needed for material cooling dur- ing the stay on the cooling roll. Last but not least is executed roll deflection, bearings life time calculation, validation of a driving device and theoretical temperature of a flowing liquid, which assures that there will be no condensation on a roll surface. Thesis also includes 3D assembly and drawings.

Key words

Rewinding machine, cooling, heat transfer, condensation, flow cylinders

8

Obsah

Obsah ... 8

Seznam použitých symbolů...10

Seznam obrázků ...12

Seznam tabulek ...14

1. Úvod ...15

2. Průtočné válce ...16

2.1 Rozdělení dle materiálu... 17

2.1.1 Ocelové válce ... 17

2.1.2 Měděné válce ... 18

2.2 Rozdělení dle vedení vody ve válci ... 19

2.2.1 Jednoplášťový jednocestný válec ... 20

2.2.2 Dvouplášťový jednocestný válec ... 20

2.2.3 Dvouplášťový dvoucestný válec ... 22

2.3 Použití průtočných válců ... 22

2.4 Údržba průtočných válců ... 23

3. Přenos tepla ...24

3.1 Kondukce ... 24

3.2 Konvekce ... 26

3.3 Kondenzace ... 27

4. Cíl práce ...29

5. Chladicí sekce ...31

5.1 Návrh geometrie chladicí sekce ... 31

5.2 Průhyb chladicího válce ... 32

5.3 Výpočet chladicího média ... 35

5.4 Výpočet odevzdaného tepla chladicí sekcí ... 36

5.4.1 Statický výpočet přestupu tepla konvekcí a kondukcí ... 37

5.4.2 Časově proměnná teplota ... 40

9

5.5 Teoretické výpočty při použití jiných metod chlazení ... 44

5.5.1 Použití měděného válce ... 45

5.5.2 Chlazení vzduchem při pohybu polotovaru ... 47

5.6 Konstrukce ... 49

5.7 Kontrola prvků konstrukce ... 50

5.7.1 Kontrola trvanlivosti ložisek ... 50

5.7.2 Kontrola konzol na ohyb ... 55

5.7.3 Kontrola pohonné jednotky ... 57

6. Ověřování teploty na válci...59

7. Závěr ...60

Zdroje ...62

Seznam příloh ...64

10

Seznam použitých symbolů

Zkratka Název Jednotka

ሶ Tepelný výkon W

ሶ _୤ Tepelný výkon folie W

ሶ௣ Tepelný výkon karbonového Prepregu W

ሶ_௩ Tepelný výkon odvedený válcovou trubkou W

ሶ_௢ Tepelný výkon odvedený okolním prostředím W

ሶ௖ Celkový tepelný výkon odvedený okolním prostředím W

ሶ Objemový průtok rotačním přívodem m³/s

ሶ Hmotností průtok rotačním přívodem kg/s

δ Tloušťka polotovaru m

ϑ Hustota tepelného toku W/m²

λ Součinitel tepelné vodivosti W/m.K

cp Měrné skupenské teplo J/kg.K

α Součinitel přestupu tepla W/m^-2.K

ρ Hustota kg/m³

t1 Teplota materiálu vstupní °C

tRB Teplota rosného bodu °C

tm Teplota okolního prostředí °C

tvody Teplota chladicí kapaliny °C

Δt Rozdíl teplot °C

p Tlak Pa

pvv Tlak vlhkého vzduchu Pa

x Relativní vlhkost vzduchu -

b Šířka materiálu m

D Průměr válce m

r1 Vnitřní poloměr válce m

r2 Vnější poloměr válce m

Dvnější Průměr šroubovice vnější okraj m

Dvnitřní Průměr šroubovice vnitřní okraj m

dvnitřní Průměr hřídele uvnitř válce m

dosa Průměr středové díry m

L Délka určujícího rozměru m

A Plocha m²

V Objem kapaliny ve válci m³

11

tRB Teplota rosného bodu °C

β Úhel opásání materiálu na válci °

g Součinitel gravitačního zrychlení m/s²

v Rychlost převíjeného materiálu m/s

ω Úhlová rychlost válce 1/s

n Počet otáček za sekundu 1/s

γ Izobarický součinitel objemové roztažnosti 1/K

τ Čas s

τ^1v Čas výdrže materiálu na válci s

τ¹ Čas jedné otáčky válce s

ν Kinematická viskozita m²/s

Re Reynoldsovo číslo -

Gr Grashoffovo číslo -

Nu Nusseltovo číslo -

Ix Moment setrvačnosti kg.m²

Mm Krouticí moment motoru N.m

Mo Krouticí moment válce N.m

i Převodový poměr převodovky -

ε Úhlové zrychlení rad/s²

P Mechanický výkon W

mv Hmotnost válce kg

Gv Zatěžující síla od válce N

mk Hmotnost kapaliny kg

Gk Zatěžující síla od kapaliny N

q Spojité zatížení od materiálu N/m

Fmat Zatěžující síla od materiálu N

Ra Radiální reakce na podpěru A N

Rb Radiální reakce na podpěru B N

Faa Axiální reakce na podpěru A N

Fab Axiální reakce na podpěru B N

Pl Zatěžující síla na ložisko N

C Dynamická únosnost ložiska N

Lh Trvanlivost ložiska h

12

Seznam obrázků

Obrázek 1: Ocelový válec s chromovaným finišováním povrchu [3] ...17

Obrázek 2: Měděné válce s různými dokončeními povrchu [3] ...18

Obrázek 3: Rotační přívod dvoucestný Deublin [7] ...19

Obrázek 4: Řez rotačním dvoucestným přívodem [6] ...20

Obrázek 5: Průtočný válec jednoplášťový jednocestný [3] ...20

Obrázek 6: Průtočný válec dvouplášťový dvoucestný [3] ...21

Obrázek 7: Průtočný válec s konstantní a zmenšující se roztečí spirály [4] ...21

Obrázek 8: Průtočný válec dvouplášťový dvoucestný [3] ...22

Obrázek 9: Zanášení válce korozí [3] ...23

Obrázek 10: Válec se šroubovicí z elastomeru [3] ...23

Obrázek 11: Zobrazení tepelného toku válcovou stěnou [9] ...25

Obrázek 12: Kondukce jednovrstvou válcovou stěnou [9] ...26

Obrázek 13: Konvekce na povrchu A) stěny chladnější B) stěny teplejší [9] ...27

Obrázek 14: Mollierův diagram vlhkého vzduchu [12] ...28

Obrázek 15: Karbonový Prepreg ...29

Obrázek 16: Polyethylenová folie ...30

Obrázek 17: Rozměrový náčrt rozmístění válců na chladicí sekci ...31

Obrázek 18: Rozměrový řez průtočným válcem ...33

Obrázek 19: Průhyb chladicího válce ...34

Obrázek 20: Výřez z Mollierova diagramu s počátečním (1) a koncovým (2) stavem ...36

Obrázek 21: Schéma přenosu tepla ...37

Obrázek 22: Graf závislosti výkonu chlazení válce na rozdílu teplot ...39

Obrázek 23: Rozměrový náčrt simulované součásti ...41

Obrázek 24: Teplotní gradient prvního válce ...41

Obrázek 25: Graf poklesu teploty na prvním válci ...42

Obrázek 26: Teplotní gradient druhého válce ...42

Obrázek 27: Graf poklesu teploty na druhém válci ...43

Obrázek 28: Časový vývoj teploty měřený pod povrchem válce ...44

Obrázek 29: Graf porovnání chladicího výkonu válce z oceli a mědi ...45

Obrázek 30: Gradient teploty na měděném válci ...46

Obrázek 31: Graf poklesu teploty na měděném válci ...46

Obrázek 32: Gradient poklesu teploty při běhu polotovaru v okolním prostředí ...47

Obrázek 33: Graf poklesu teploty v okolním prostředí ...48

Obrázek 34: Finální podoba konstrukce chladicí sekce ...50

Obrázek 35: Schéma zatížení válce ...51

13

Obrázek 36: Řez ložiskovým domkem jedna ...52

Obrázek 37: Řez ložiskovým domkem dva ...54

Obrázek 38: Konzola s pevnými vazbami ...56

Obrázek 39: Napětí von Mises ...56

Obrázek 40: Posunutí prvků na konzole ...57

Obrázek 41: Infračervený digitální termometr [19] ...59

Obrázek 42: Reálné provedení chladící sekce v lince ...61

14

Seznam tabulek

Tabulka 1: Fyzikální hodnoty oceli [12] ...17

Tabulka 2: Fyzikální hodnoty mědi [12] ...18

Tabulka 3: Vlastnosti převíjeného laminovaného polotovaru [7] ...30

Tabulka 4: Vypočítané hodnoty použité v simulaci ...34

Tabulka 5: Vstupní parametry pro výpočet rosného bodu ...35

Tabulka 6: Hodnoty únosnosti ložiska 32016 X [16] ...53

Tabulka 7: Hodnoty únosnosti ložiska RS1 6020-2RS1 [16] ...54

Tabulka 8: Hodnoty materiálu 11 373 pro simulaci ...55

Tabulka 9: Seznam výkresové dokumentace ...64

15

1. Úvod

Téma bakalářské práce zadala TRIMA spol. s.r.o. z Turnova. Jde o společnost s při- bližně 55 zaměstnanci, která vyrábí jednoúčelové stroje pro speciální textilie a vlákna, jako například netkané textilie, skelné a karbonové vlákno. Kromě těchto vyrábí i stroje pro flís, perlinkové folie, speciální gumové pásy a podobně. Velikost strojů se liší podle aplikace.

Od samostatně stojících navíjecích strojů na nitě a vlákna, přes převíjecí stroje s potiskem a laminováním, po komplexní stroje s odvíjením, navíjením, zapékáním, chlazením, řezá- ním s rozměry až do 6 metrů šíře materiálu.

Jeden ze strojů, který TRIMA zkonstruovala, je linka na výrobu karbonového plátna laminovaného s polypropylenovou folií. U tohoto stroje dochází ke spojování materiálů za- hřátím nad laminovací teplotu. Následně je materiál řezán na tenké proužky. Unik tepla z navíjeného materiálu nepředstavuje problém, jelikož šířka pásku je 1 palec a teplo může unikat mezerou, která je vytvořena při navíjení střídavě na dvě hřídele umístěné nad sebou.

Myšlenka na téma bakalářské práce přišla s novou objednávkou na podobný stroj.

Změna v technologii byla taková, že materiál již není řezán na proužky, ale zůstává v celé šíři jako vstupní materiál. Z toho důvodu je nutné přidat chladicí sekci, která následuje po laminování. Pokud je karbonový Prepreg exponován delší dobu vyšší teplotě, došlo by k de- gradaci materiálu.

Základním úkolem bakalářské práce bude zjištění možností chlazení plátnových materiálů chlazenými válci a porovnání hlavních používaných materiálů jako je ocel a měď.

Bude proveden tepelný statický výpočet přestupu tepla na válci s následným ověřením si- mulačního výpočtu v prostředí Autodesk Simulation Mechanical.

16

2. Průtočné válce

V chladicí sekci jsou použity průtočné válce, které jsou speciálně zkonstruované tak, aby uvnitř proudila voda, která má za úkol buď ohřívat či ochlazovat povrch válce, kde dochází ke styku s materiálem. Jde o komplexní zařízení náročné na konstrukci, výpočty, technologii i výrobu. Základní otázkou je konstrukce, která přesně stanoví tvar, rozměr a provedení tak, aby byly splněny požadavky zákazníka na zasazení do příslušného stroje.

Připojovací rozměry (ložiska, převodovka) navrhne konstruktér stroje s tím, že specializo- vaný výrobce pouze udělá technologické úpravy s ohledem na vyrobitelnost a funkčnost vnitřní konstrukce válce.

Výpočtová část je rozsáhlá a pro přesný výpočet ručně prakticky neproveditelná.

Pro zjištění proudění kapaliny uvnitř válce a odvodu tepla z jeho povrchu se běžně využívá CFD analýza. Díky použití této analýzy lze zjistit, zda povrch válce bude mít na každém místě, kde se dotýká materiál, co nejvyšší rovnoměrnost teploty. Významnými odchylkami teploty může dojít k nerovnoměrnosti ochlazování a tím nekonzistenci technologie výroby.

Zejména u laminování, pro které se válec také používá, je požadovaná vysoká rovnoměr- nost teploty na povrchu.

Dalším výpočtem je ověřeno, že v průběhu času, kdy materiál prochází přes válec, nedochází k nadměrnému růstu teploty povrchu válce, čímž je splněna podmínka funkč- nosti technologického procesu. Nedostatek lze vyřešit buď změnou materiálu válce, nebo úpravou rychlosti linky, což je ale méně pravděpodobné.

V poslední části bakalářské práce jsou provedeny kontrolní výpočty průhybu válce, které zajistí spolehlivost a funkčnost zařízení. Jde o to, aby průhyb byl co nejmenší, řádově v desetinách milimetru. Větší průhyb by měl vliv na nerovnoměrnost procesu, což by způ- sobilo tvorbu kazů na výsledném produktu. Vliv na průhyb může mít jednak hmotnost vody, a také vnitřní tlak. Tlak se pohybuje v řádech stovek kilo pascalů.

V technologii výroby je hleděno na zpracování povrchů a finišování konstrukčních částí, aby byla zaručena přesnost a tuhost. Klasický válec z oceli se na povrchu pochromuje a poté vyleští do zrcadlového lesku.

Válce se dají rozdělit do několika skupin podle jejich konstrukce, použití a materiálu.

Každá oblast má své vlastní opodstatnění vhledem k užití na specifickou operaci podle po- třeb zákazníka.

17 2.1 Rozdělení dle materiálu

Hlavní dva materiály, které se používají, jsou ocel a měď. Oba materiály mají své výhody i nevýhody v závislosti na aplikaci.

2.1.1 Ocelové válce

Ocelový válec, jako je na obrázku 1, je nejběžnější variantou a též také nejlevnější.

Jde o klasickou konstrukční ocel pouze se speciálně upraveným povrchem. Tento materiál je používán tam, kde nejsou kladeny takové nároky na rychlost ohřevu a chlazení, například při menších rychlostech linky nebo na menších rozdílech teplot, kde nedochází k tak vel- kému přestupu tepla.

Obrázek 1: Ocelový válec s chromovaným finišováním povrchu [3]

Hlavní vlastnost, která má vliv na proces, je tepelná vodivost materiálu. Dále je pro výpočty důležité měrné skupenské teplo, čili kolik energie se musí přivést pro ohřátí jednoho kilogramu materiálu o jeden stupeň. Poslední hodnota, která má významný vliv na průhyb od vlastní váhy, je hustota materiálu. Všechny hodnoty jsou zobrazeny v tabulce 1.

Tepelná vodivost Měrné skupenské teplo

Hustota

Ocel ≈30 W/m.K ≈490 J/kg.K 7850 kg/m³

Tabulka 1: Fyzikální hodnoty oceli [12]

18 Výhody: Méně nákladné, jednodušší na výrobu

Nevýhody: Méně přesné rozložení tepla na válci, menší tepelná vodivost

2.1.2 Měděné válce

Ve složitých výrobních procesech, kde konstrukce, nebo technologie nedovolují aplikaci ocelových válců, dochází k nasazení měděných válců, jako jsou na obrázku 2. Ty zaručují až desetkrát větší tepelnou vodivost než ocelové válce a tím i větší účinnost a spolehlivější přenos tepla skrz materiál. Při výpočtové simulaci za stejných podmínek pro ocelový i měděný válec vyjde, že měděný dokáže pracovat až o čtyřicet procent rychleji.

Pořizovací náklady jsou sice vyšší, ale v některých aplikacích jsou nezbytné.

Obrázek 2: Měděné válce s různými dokončeními povrchu [3]

Fyzikální vlastnosti mědi se výrazně liší pouze v tepelné vodivosti, jinak jsou ostatní hodnoty srovnatelné, jak je uvedeno v tabulce 2.

Tepelná vodivost Měrné skupenské teplo

Hustota

Měď ≈370 W/m.K ≈380 J/kg.K 8800 kg/m³

Tabulka 2: Fyzikální hodnoty mědi [12]

19 Výhody: Vyšší tepelná vodivost, speciální aplikace

Nevýhody: Vyšší pořizovací cena

2.2 Rozdělení dle vedení vody ve válci

Hledisko výběru se odvíjí hlavně od požadavku na zástavbu do linky. Jelikož je po- třeba tlaková voda, musí být zajištěn uzavřený oběh. Dále záleží na průměru válce, podle čehož se volí buď dvouplášťové, nebo jednoplášťové provedení.

Jelikož jde o rotační součásti, které mění svůj úhel natočení, je zapotřebí použít speciální připojení na válec. Spojka je opatřena trubkovým závitem. Hlavní výrobce pro rotační přívody je firma Deublin. Jde o zařízení poskládané z trubkových spojek, těsnění a ložisek, které zajišťují průchod média mezi stacionární a rotující částí jak je vidět na obrázku 3 a na řezu rotačním přívodem na obrázku 4. [6]

Obrázek 3: Rotační přívod dvoucestný Deublin [7]

20 Obrázek 4: Řez rotačním dvoucestným přívodem [6]

2.2.1 Jednoplášťový jednocestný válec

Tento typ je nejjednodušší konstrukcí průtočného válce, kterou lze vyrobit. Jedná se o válec vytvořený z přesně opracované trubky se zaslepenými čely jak je vidět na ob- rázku 5. V těchto čelech je otvor pro přítok a odtok kapaliny. Cirkulace vody je zajištěna rotací válce, což může způsobovat nerovnosti na rozložení teplot na povrchu. Pokud by se pro proces použil tento typ, muselo by se při výpočtu hledět na hmotnost kapaliny, která ovlivňuje průhyb. [3]

Obrázek 5: Průtočný válec jednoplášťový jednocestný [3]

2.2.2 Dvouplášťový jednocestný válec

Technicky komplexnější je konstrukce se spirálovým vedením kapaliny pouze v tenké vrstvě pod povrchem válce jak je vidět na obrázku 6. U jednocestného válce na jedné straně kapalina vtéká a vytéká na opačné straně. Obě čela jsou opatřena trubkovým závitem pro připojení rotačního přívodu. Složitější u této varianty je napojení na motor. Je-

21 likož se jedná o poměrně těžkou komponentu, je nutný hnací element pro kompenzaci se- trvačných hmot při rozběhu a doběhu linky. V tomto případě lze například připojit ozubené kolo na jednu stranu čela. Výhodou je, že kapalina nezůstává ve válci nadbytečně dlouho a tím nedochází k nechtěnému ohřevu válce. Také dochází ke snížení spotřeby vody, což může u velkých a dlouhých válců znamenat značnou úsporu. [3]

Obrázek 6: Průtočný válec dvouplášťový dvoucestný [3]

Pro zlepšení chladicích vlastností se také používá šroubovice s klesajícím stoupá- ním, jako je na obrázku 7. Jelikož se kapalina v průběhu toku mírně ohřívá, volíme tento typ vinutí, které má za následek zvyšování rychlosti ve válci, na rozdíl od klasického vinutí, kde zůstává rychlost konstantní. Tento typ se používá pro aplikace, kde je potřeba velmi přesná kontrola teploty materiálu. [4]

Obrázek 7: Průtočný válec s konstantní a zmenšující se roztečí spirály [4]

22 2.2.3 Dvouplášťový dvoucestný válec

Podobné jako předchozí, je i varianta s dvoucestným vstupem, která spočívá v kon- strukčně složitějším připojovacím zařízení, které musí zároveň přivádět i odvádět kapalinu do spirálového vinutí. Jak je vidět na obrázku 8, výhoda tohoto válce je jednodušší vedení kapaliny do stroje pouze z jedné strany, díky čemuž může být trubkové vedení přehledné a ucelené. Kapalina je nejdříve přivedena na konec válce a poté na spirálu a následný výstup ven. [3]

Obrázek 8: Průtočný válec dvouplášťový dvoucestný [3]

2.3 Použití průtočných válců

Převážná většina průtočných válců se umisťuje do jednoúčelového stroje, ať už jed- notlivě, nebo v sérii několika válců. Soustava slouží k ohřevu či chlazení produktů. Hlavní odvětví kde se tyto válce používají, je papírenský průmysl. Z kašovité hmoty se postupně vytlačuje voda na pásu a následně je materiál tažen skrz válce, kde je intenzivně sušen ohřevnými válci až vznikne výsledný produkt. Další odvětví, kde se používají, je výroba plastových tažených pásů, kde je přes tavící hlavu polymer vytlačován mezi soustavu dvou válců, chladicího a nipovacího, které určí výslednou tloušťku materiálu.

Kromě běžně používaných aplikací pro papírenský a plastový průmysl, lze použít válce pro aplikace, kde je nutný speciální ohřev a chlazení, například když není možno chladit proudem vzduchu od ventilátoru. V bakalářské práci se jedná o chlazení dvouvrst- vého polotovaru pro letecký průmysl. [8] [10] [11]

23 2.4 Údržba průtočných válců

Vlivem chemických procesů, kdy je kov v kontaktu s vodou, dochází k postupnému zanášení válce vodním kamenem, či korozí. Na obrázku 9 je vidět koroze, kterou způsobil průtok vody válcem. Takovéto vady by značně ovlivňovaly technologický proces a snížila by se účinnost stroje. V horším případě by docházelo k úplné nefunkčnosti procesu a eko- nomickým ztrátám. Pro správný chod je třeba pravidelně provádět údržbu na válci, která zabrání přirozenému procesu zanášení. K tomuto účelu slouží kyselinové lázně, které vzniklou rez vyplaví. V uzavřených okruzích se používají glykolové roztoky, destilované vody a antikorozní přísady, které zabraňují zanášení. [3]

Obrázek 9: Zanášení válce korozí [3]

Možností, jak zabránit nechtěné korozi je použití spirály z elastomeru, která zaručí čistý chod po celou dobu používání. V tomto případně se na jádro nanáší tlustá vrstva elas- tomeru, která je opatřena spirálovým vinutím pro rozvod tekutiny, jako je na obrázku 10. [3]

Obrázek 10: Válec se šroubovicí z elastomeru [3]

24

3. Přenos tepla

Jde o komplexní fyzikální děj. Zavádí se řada zjednodušení, které umožní výpočet požadovaných veličin ze známých parametrů. Základní varianty přenosu tepla můžeme roz- dělit do tří hlavních kategorií:

- tepelná výměna vedením (kondukce), - tepelná výměna prouděním (konvekce), - tepelná výměna sáláním (radiace).

Obvykle je pro výpočet nutné zahrnout více než jeden způsob přenosu tepla. Jde například o kombinaci kondukce a konvekce. Pro výpočet je důležité použití pouze kon- dukce a konvekce, jelikož radiaci lze díky malému významu zanedbat.

Přenos tepla jde dále rozdělit dle časové závislosti na ustálené a neustálené vedení tepla. Ustálený děj je takový, při kterém je teplotní rozdíl v čase neměnný. Pro tyto děje je jednoznačný gradient teploty a možnost zjistit teplotu v jakémkoliv místě zkoumaného pro- storu. Neustálený děj se vyznačuje změnou teploty na základě působení zdrojů tepla či odvodu tepla. Výpočet je řešen pomocí parciální diferenciální rovnice vedení tepla s pří- slušnými okrajovými podmínkami. Z důvodu složitosti výpočtu se přistupuje k použití přibliž- ných diferenciálních rovnic, nebo k použití diagramů. V současné době lze pro výpočty vy- užít simulační programy jako je například Autodesk Simulation Mechanical. [2]

3.1 Kondukce

Sdílení tepla funguje na principu předávání kinetické energie částic z teplejší do chladnější. Pevná látka se snaží vyrovnat kinetickou energii ve všech částicích, čímž do- chází ke sdílení tepla. Základem pro výpočet je Fourierův zákon, který udává množství tepla proteklého jednotkou plochy za předpokladu spojitého prostředí. Tvar Fourierova zákona je následující: [9]

ߴ ൌ െߣǤ_ௗ௫^ௗ௧ሾܹǤ ݉^ିଶሿ (1)

Kde: λ – součinitel vodivosti materiálu ϑ – hustota tepelného toku

25 Obrázek 11: Zobrazení tepelného toku válcovou stěnou [9]

Na obrázku 11 je veličina ϑ určující množství tepla proteklého jednotkou plochy za jednotku času kolmou na směr vedení tepla a nazývá se hustota tepelného toku. Poměr dt/dx se nazývá teplotní gradient. Udává, jak se změní teplota se vzrůstající vzdáleností.

Pro geometrie jako je válec či deska označujeme roviny se stejnou teplotou izotermické plochy. Množství tepla prošlého plochou za jednotku času je dáno vztahem: [9]

ܳሶ ൌ ߴǤ ܣ ൌ ߣǤ_ௗ௫^ௗ௧Ǥ ܣሾܹሿ (2)

Jelikož se tato práce zabývá přestupem tepla na válcích, lze hovořit pouze o staci- onárním vedení tepla složenou válcovou stěnou, jako je zobrazeno na obrázku 12. Vedení tepla jednoduchou válcovou stěnou vypočítáme s použitím známých parametrů. Pro trubku o délce l, vnitřní poloměru r1, vnějším poloměru r2, součiniteli tepelné vodivosti λ a povr- chové teplotě v místě 1 a 2. Pro tento případ je t1 > t2. Dosadíme do Fourierova zákona: [9]

ܳሶ ൌ െߣǤ_ௗ௥^ௗ௧Ǥ ʹǤ ߨǤ ݎǤ ݈ሾܹሿ (3)

Po matematických úpravách dostaneme vztah:

ܳሶ ൌ^{௧ǤଶǤగǤఒǤ௟}_୪୬ೝమ

ೝభ ሾܹሿ ⁽⁴⁾

Dosazením za teplotu na povrchu a uvnitř válce vznikne rovnice ve tvaru:

ܳሶ ൌ^{ଶǤగǤఒǤ௟Ǥሺ௧}_୪୬ೝమ^{భି௧మሻ}

ೝభ ሾܹሿ (5)

26 Obrázek 12: Kondukce jednovrstvou válcovou stěnou [9]

3.2 Konvekce

Je děj, při kterém dochází k přenosu teploty prostřednictvím kapalných a plynných látek a pevnou stěnou. Konvekce, nebo také proudění, lze rozdělit do dvou základních sku- pin. Laminární (přirozené) je takové proudění, kde proudění je vyvoláno rozdílnými měrnými hmotnostmi vzduchu. Též se nazývá proudění volné. Turbulentní (nucené) proudění je ta- kové proudění, kdy je vzduch poháněn vnější silou, například vzduch z ventilátoru či vítr.

Stanovení, zda se jedná o laminární či turbulentní výpočet, se určí podle Reynoldsovy rov- nice. Jelikož materiál je tažen sekcí, je pro tuto práci důležité pouze proudění turbulentní, proto nebude laminární proudění dále uvažováno. [9]

Základem pro výpočet konvekce je Newtonův vztah. Pokud tekutina proudí kolem plochy konstrukce pevného tělesa a pokud má povrch tělesa rozdílnou teplotu od teploty proudící tekutiny, dochází mezi nimi k výměně tepla. Situace je zobrazena na obrázku 13.

Tento jev je dán vztahem: [9]

ߴ ൌ ߙ௞Ǥ ሺݐଵെ ݐଶሻሾܹǤ ݉^ିଶሿ (6)

Kde: ϑ – hustota tepelného toku

(t1 – t2) – rozdíl teplot povrchu konstrukce a tekutiny nebo naopak αk – součinitel přestupu tepla při proudění

27 Obrázek 13: Konvekce na povrchu A) stěny chladnější B) stěny teplejší [9]

Pro výpočet je obtížné stanovit hodnotu součinitele přestupu tepla při proudění, je- likož existuje celá řada možností, jak může tekutina proudit. Hodnota bývá často v praxi určena experimentálně. Pro stanovení výpočtového součinitele lze však také použít podob- nostních rovnic. Hodnota součinitele přestupu tepla závisí na tvaru obtékaného tělesa, vis- kozitě tekutiny, rychlosti, rozdílu teplot, materiálu tělesa, geometrie obtékaného tělesa a dalších. V rámci práce bude uveden pouze konkrétní případ ve výpočtech.

3.3 Kondenzace

Jde o stav, při kterém je vlhký vzduch maximálně nasycen vodní párou. Teplota, při které se začínají vylučovat kapičky, se nazývá rosný bod. Jiné vyjádření pro rosný bod je stav nasycení. V případě, že teplota vzduchu klesne pod teplotu rosného bodu, dojde k vy- lučování vodní páry obsažené ve směsi ve formě kapiček vody na povrchu pevné látky.

Tuto závislost též vykresluje Mollierův diagram vlhkého vzduchu (Obrázek 14), na kterém lze odečíst teplotu rosného bodu ze zadaných parametrů. Pro obecný stav je nutné znát tlak, relativní vlhkost a teplotu. Pro nasycený stav stačí znát teplotu, jelikož re- lativní vlhkost je ϕ = 1. [2]

28 Obrázek 14: Mollierův diagram vlhkého vzduchu [12]

Pro výpočet kondenzace se používá empirický vzorec [13]

ݐ_ோ஻ ൌ ସ଴ଷ଴Ǥሺ௧ାଶଷହሻ

ሺସ଴ଷ଴ିሺ௧_ೡೡାଶଷହሻǤ୪୬ሺ௫ሻെ ʹ͵ͷ [7]

Kde: TRB – teplota rosného bodu tvv – teplota vlhkého vzduchu x – relativní vlhkost

29

4. Cíl práce

Jak již bylo zmíněno v úvodu, stroj vychází z předchozí zakázky pro letecký prů- mysl. Převíjené materiály jsou karbonový Prepreg (Obrázek 15) a polypropylenová folie (Obrázek 16). Jedná se o převíjecí laminovací stroj, kde však materiál není řezán na pásky, což zapříčiňuje, že teplo nemá kudy unikat při navíjení. Z tohoto důvodu je třeba umístit za laminovací sekci chladicí sekci, která zajistí dostatečné snížení teploty materiálu.

Hlavní náplní práce je návrh chladicí sekce, na kterou navazuje tepelný výpočet a poté konstrukce všech potřebných prvků jako jsou rám a konzoly. Kromě návrhu rozložení a rozmístění všech komponent na chladicí sekci je nutné také zkontrolovat stěžejní části, jako jsou ložiska a podpůrné konzoly, které tvoří nosnou část jednotlivých válců.

Prvním úkolem je provedení rešerše možných typů chlazení navíjených materiálů a jejich použití v celkové sestavě stroje. Je třeba zohlednit všechny možné aspekty ovlivňující proces chlazení, jako je okolní teplota, ztráty na chladiči a rychlost procesu. Pro tento případ bude zvolen zjednodušený výpočet, jelikož nelze přesně stanovit, jaké podmínky budou panovat v lokalitě, kde se bude stoj nacházet. Zohledněny budou pouze významné vlivy na proces.

Během návrhu a konstrukce bude hleděno na ekonomičnost výroby, vyrobitelnost a jednoduchou montáž s možností co nejlepšího nastavení. Zařízení je nutno přesně seřídit, aby nedocházelo k posunu materiálu mimo osu stroje. Během procesu by mohlo docházet k vibracím vlivem dynamických účinků od rotujících součástí, proto je kladen důraz na tu- host konstrukce.

Obrázek 15: Karbonový Prepreg

30 Obrázek 16: Polyethylenová folie

Materiály mají vlastnosti vypsané v tabulce 3.

Materiál Tloušťka vrstvy

[mm]

Hustota [Kg/m3]

Vodivost [W/m.K]

Měrné skupen- ské teplo

[J/kg.K]

Karbonový Prepreg 0.2032 750 1 1120 – 1250

Polypropylenová folie 0.0305 1470 0,36 2550 - 3000

Tabulka 3: Vlastnosti převíjeného laminovaného polotovaru [7]

Šířka obou materiálu je shodná. Největší možný rozměr, který bude ve stroji použit, je b = 927,1 mm. Jde o případ, ve kterém je největší akumulace tepla v materiálu, proto bude tento rozměr použit ve výpočtech.

31

5. Chladicí sekce

Z důvodu degradace karbonového Prepregu při vystavení vyšší teplotě je nutné ho po laminaci okamžitě schladit. Laminace probíhá při teplotě 37 °C. Teplota, při které se pryskyřice v Prepregu aktivuje a nenávratně ztvrdne, je 65 °C. Jelikož materiál není řezán, musí se schladit ještě před navíjením, aby nedocházelo k prohřívání jádra návinu, což by mělo za následek degradaci materiálu. Doba strávená na vyšší teplotě (pod 65 °C) ovlivňuje dobu zpracovatelnosti Prepregu. Běžně se udržuje zmražený. Cílem chladicí sekce je od- vést tolik tepla, aby teplota v materiálu klesla v každém místě pod 26 °C.

5.1 Návrh geometrie chladicí sekce

Na sekci jsou umístěny prvky převzaté z linky z předchozího projektu, čímž se sníží výrobní náklady, stejně tak jako čas na konstrukci nových dílů. Jsou zde použity válce ne- hnané, pouze na ložiskách volně se otáčející, posazené na tenzometrických blocích, které ověřují správné napnutí materiálu. Průměr těchto válců je 197 mm. Dále je v návrhu použit nehnaný válec, který je umístěn uprostřed sekce, který ale může být v budoucnu vyměněn za hnaný válec. Vyroben bude pouze nehnaný, ale v případě, že nebude zajištěno dosta- tečné napnutí materiálu, dodatečně bude vyroben hnaný a původní nehnaný bude použit jako náhradní díl. Oba válce mají průměr 197 mm. Všechny válce kromě chladicích jsou speciálně pogumované, jelikož karbonový Prepreg nemůže přijít do styku s železem či hli- níkem, ze kterých jsou standardní válce vyrobeny.

Obrázek 17: Rozměrový náčrt rozmístění válců na chladicí sekci

32 Šířka sekce vychází z rozteče stěn linky. Délka je volena tak, aby zabírala co nej- méně místa, ale zároveň s ohledem na zavádění materiálu před začátkem procesu. Hlav- ním požadavkem je zajistit co největší úhel opásání na chladicích válcích s ohledem na protažení materiálu skrz sérii válců. Jelikož výškově není sekce omezena, je zvolena vzdá- lenost 270 mm od os spodních válců. Pokud by válce nebyly v jedné ose, bylo by složitější rovnání válců na konzolách. Na obrázku 17 je vidět finální rozložení válců s jejich horizon- tálními i vertikálními vzdálenostmi. Úhel opásání na obou válcích je 181,74°. Pro zjednodu- šení výpočtu teplot bude uvažován přibližně přímý úhel β = 180°.

Z návrhu lze vypočítat dobu výdrže na válci za využití známé rychlosti toku materi- álu, a úhlu opásání, který je přibližně 180°, tedy půl otáčky válce. Výpočtem zjistíme čas výdrže materiálu:

ݒ ൌ ͳͷͲǡ͵݉Ǥ ݉݅݊^ିଵൌ ʹǡͷͲͷ݉Ǥ ݏ^ିଵ

ݒ ൌ ߱Ǥܦ

ʹ ՜ ߱ ൌ ݒǤ ʹ ܦ ൌ

ʹǡͷͲͷǤʹ

ͲǡͶͷͲ ൌ ͳͳǡͳ͵ݎܽ݀Ǥ ݏ^ିଵ Doba jedné otáčky válce:

߱ ൌ ʹǤߨ

߬_ଵ ՜ ɒଵൌʹǤ ߨ

߱ ൌ ʹǤ ߨ

ͳͳǡͳ͵ ൌ Ͳǡͷ͸Ͷͷݏ

Doba výdrže polotovaru na jednom válci:

߬_ଵ௩ൌ߬_ଵ

ʹ ൌ Ͳǡʹͺʹ͵ݏ

Kde: v – rychlost linky D – vnější průměr válce τ¹ – doba periody otočení

τ^1v – doba výdrže materiálu na válci

5.2 Průhyb chladicího válce

Chladicí válec je na zakázku vyráběný firmou Mitex GmbH se sídlem v Německu.

Základ pro výrobu je návrh konstrukce chladicího válce připravený firmou TRIMA, který obsahoval pouze průměr, délku a připojovací prvky. Konstrukce vnitřní části je navržena firmou Mitex. Maximální průhyb válce je 0,2 mm. Pro výpočet je vymodelován válec dle rozměrů zobrazených na obrázku 18.

33 Obrázek 18: Rozměrový řez průtočným válcem

Simulace průhybu je vytvořena v programu Autodesk Inventor v prostředí pevnostní analýzy. Uvažuje se zastavený válec, který je prostě zatížen silou způsobující ohyb. Pro zjednodušení simulace lze vypnout vnitřní šroubovici a podpěrné mezikruží, jelikož tyto prvky nejsou nosné. Uvažuje se pouze hřídel, dvě čela a vnější plášť. Hlavní činitelé jsou gravitace působící na hmotnost válce, hmotnost protékající vody, vnitřní tlak od tekutiny a zatížení od opásaného materiálu. Hmotnost válce je přibližně 600 kg. Vnitřní tlak kapaliny je maximálně 0,6 MPa a provozní tlak je 0,4 MPa. Tažený materiál je dle výpočtu na lince 30 N/cm. Hmotnost kapaliny je určena výpočtem vnitřního objemu. Hodnoty určené do si- mulace jsou zapsané v tabulce 4.

Hmotnost válce se určí z iVlastností aplikace Autodesk Inventor:

݉_௩ ൌ ͷ͸ͷ݇݃

ܩ_௩ൌ ݉_௩Ǥ ݃ ൌ ͷ͸ͷǤͻǡͺͳ ൌ ͷͷͶʹǡ͸ͷܰ

Kde: mv – hmotnost válce

Výpočet hmotnosti kapaliny:

ܸ ൌߨ

Ͷ Ǥ ൫ܦ^{௩௡³௝௦௜ଶ} െ ܦ_{௩௡௜௧â௡À}^ଶ ൯Ǥ ݈ଵ൅ߨ

Ͷ Ǥ ൫ܦ^{௩௡³௝æÀଶ} െ ݀_{௩௡௜௧â௡À}^ଶ ൯Ǥ ݈ଶ൅ߨ

Ͷ Ǥ ݀^௢௦௔ଶ Ǥ ݈ଷൌ

ൌߨ

ͶሺͲǡͶ͵^ଶെ Ͳǡ͵ͻ^ଶሻǤ ͳǡͲͻͲ ൅ߨ

ͶሺͲǡͶ͵^ଶെ ͲǡͳͶ^ଶሻǤ ͲǡͲ͵Ͳ ൅ߨ

Ͷ Ǥ ͲǡͲ͵ʹ^ଶǤ ͳǡʹͶͲ ൌ Ͳǡ͵ʹͻ͹݉^ଷ

݉_௞ ൌ ߩǤ ܸ ൌ ͳͲͲͲǤͲǡ͵ʹͻ͹ ൌ ͵ʹͻǡ͹݇݃

ܩ_௞ ൌ ݉_௞Ǥ ݃ ൌ ͵ʹ͵Ͷǡ͵͸ܰ

34 Kde: V – objem vnitřního prostoru ve válci

mk – hmotnost kapaliny Zatížení od materiálu:

ݍ ൌ ͵ͲܰǤ ܿ݉^ିଵൌ ͵ܰǤ ݉݉^ିଵ ܨ_௠௔௧ൌ ݍǤ ܾ ൌ ͵Ǥ ͻʹ͹ǡͳ ൌ ʹ͹ͺͳǡ͵ܰ

Kde: q – zatěžující síla od materiálu stanovená výpočtem ve firmě b – šířka materiálu

Název síly Velikost zatížení

Hmotnost válce 5542,65 N

Hmotnost kapaliny 3234,36 N

Vnitřní tlak 0,4 MPa

Zatížení od materiálu 2781,3 N

Tabulka 4: Vypočítané hodnoty použité v simulaci

Při užití všech zatěžujících členů vyjde pro válec o tloušťce vnějšího pláště 10 mm maximální průhyb 0,019 mm, jak je vidět na obrázku 19. Největší podíl na průhybu má vnitřní tlak, který se částečně eliminuje hmotností válce, kapaliny a zatížení od materiálu.

Díky tomu je největší dilatace na boku válce. V zadání je požadován průhyb válce pod 0,2 mm což válec splňuje.

Obrázek 19: Průhyb chladicího válce

35 5.3 Výpočet chladicího média

Pro výpočet mezní teploty, při které nebude docházet ke kondenzaci na povrchu válce, jsou zákazníkem určeny parametry uvedené v tabulce 5. Tyto hodnoty jsou udržo- vány v průběhu činnosti stroje pomocí klimatizačního systému. V případě, že nejsou zajiš- těny stálé podmínky, může docházet k nežádoucímu vysrážení kapiček vody na povrchu válce. Pro kontrolu těchto podmínek by byl vhodný měřící systém vlhkosti a teploty v pro- storu stroje.

Tlak vzduchu ݌_௩௩ ൌ Ͳǡͳܯܲܽ

Teplota v místnosti ݐ_௠ ൌ ͸͹ιܨ ൌ ͳͻǡͶͶιܥ Vlhkost v místnosti ݔ ൌ ͷͲΨ ൌ Ͳǡͷ

Tabulka 5: Vstupní parametry pro výpočet rosného bodu

Použijeme vzorec (5) pro výpočet rosného bodu ݐ_ோ஻ൌ ͶͲ͵ͲǤ ሺݐ_௠൅ ʹ͵ͷሻ

ሺͶͲ͵Ͳ െ ሺݐ௠൅ ʹ͵ͷሻǤ Žሺݔሻሻ െ ʹ͵ͷ ൌ

ͶͲ͵ͲǤ ሺͳͻǡͶͶ ൅ ʹ͵ͷሻ

ሺͶͲ͵Ͳ െ ሺͳͻǡͶͶ ൅ ʹ͵ͷሻǤ ŽሺͲǡͷሻሻ െ ʹ͵ͷ ൌ ͺǡͺιܥ Z vypočtené hodnoty vyplývá, že kapalina proudící válcem nesmí být nižší než 8,8

°C. Minimální hodnota teploty vody musí splňovat:

ݐ_௩௢ௗ௬ ൒ ૢι۱

Pro zjištění rosného bodu lze použít i Mollierův diagram. Postup práce s diagramem je následující:

1. Na ose y nalezneme teplotu v místnosti,

2. od této hodnoty se postupuje po rovnoběžce zastupující izotermu,

3. dále nalezneme křivku odpovídající hodnotě relativní vlhkosti vzduchu v míst- nosti,

4. průsečíkem čar je dán stav okolního prostředí,

5. pro získání rosného bodu, při kterém se na válci začnou tvořit kapičky, je nutné ze získaného průsečíku načrtnout kolmici na osu x,

6. v průsečíku kolmice a křivky maximálního nasycení vzduchu je stav konden- zace,

7. odečtení teploty rosného bodu lze na ose y při sestrojení rovnoběžky s osou x ze stavu kondenzace.

36 V tomto případě:

Obrázek 20: Výřez z Mollierova diagramu s počátečním (1) a koncovým (2) stavem

Z obrázku 20 lze vyčíst, že hodnota teploty rosného bodu je přibližně 8,5 °C, což potvrzuje výpočet. Pro jistotu provozu je doporučena teplota minimálně o 3 °C vyšší, uva- žujeme-li také změnu podmínek v místnosti. Teplota chladicího média bude uvažována 18

°C dle dohody se zákazníkem.

5.4 Výpočet odevzdaného tepla chladicí sekcí

Důležitou částí bakalářské práce je výpočet přenosu tepla z přivedeného materiálu.

V prvním kroku jde o výpočet statický, ve kterém se jedná o ustálený stav. To znamená, že materiál, válec a vzduch mají stále stejné podmínky a přenos probíhá nepřetržitě, bez oh- ledu na ohřev válce a vzduchu.

Druhým krokem je termální simulace v MKP programu, kde se teplota mění s ča- sem. Výstupem této simulace je graf zobrazující pokles teploty při výdrži na válci a graf vývoje teploty válce, jak se bude v průběhu času ohřívat.

Kromě výše uvedeného je v zadání požadováno porovnání s chlazením jinými způ- soby, například válec z materiálu s vyšší tepelnou vodivostí. Další varianta, která bude vy- počítána, je chlazení proudem vzduchu, buď samotným během materiálu, nebo nuceným

37 chlazením od ventilátorů. Na závěr budou tato řešení porovnána a případně doporučena k použití.

5.4.1 Statický výpočet přestupu tepla konvekcí a kondukcí

Pro přenos tepla platí, že přivedený tepelný výkon musí být menší než tepelný výkon chlazení jak je zobrazeno na obrázku 21. Karbonový Prepreg i folii uvažujeme dokonale prohřátou v celé šíři i tloušťce. Teplo je akumulováno hlavně ve folii, Prepreg částečně fun- guje jako izolant. Vstupní teplota materiálu do sekce je 37 °C. Výchozí požadovaná teplota je pod 26 °C.

Obrázek 21: Schéma přenosu tepla

Tepelný výkon folie:

ܳ_௙ሶ ൌ ݉ሶǤܿ௣Ǥ ሺݐ_ଶെ ݐ_ଵሻ ൌ ܾǤ ߜǤ ߩǤ ݒǤ ܿ_௣Ǥ ሺݐ_ଶെ ݐ_ଵሻ

ܳ௙ሶ ൌ Ͳǡͻʹ͹ͳǤͲǡͲ͵ͲͷͳͲͲͲ Ǥ ͳͶ͹ͲǤʹǡͷͲͷǤʹ͹ͲͲǤሺʹͷ െ ͵͹ሻ ൌ െ͵͵͹͵ǡ͸ܹ

Kde: ݉ሶ – hmotnostní tok

ܳሶ – tepelný výkon b – šířka materiálu δ – tloušťka materiálu

Tepelný výkon karbonového Prepregu:

ܳ௣ሶ ൌ Ͳǡͻʹ͹ͳǤͲǡʹͲ͵ʹͳͲͲͲ Ǥ ͹ͷͲǤʹǡͷͲͷǤͳʹͲͲǤሺʹͷ െ ͵͹ሻ ൌ െͶͲ͹͹ǡʹͺܹ

Součet tepelných výkonů:

38

෍ ܳሶ_௖ൌ ܳ_௙ሶ ൅ ܳ௣ሶ ൌ െ͹ͶͷͲǡͺͺܹ

Záporné znaménko znamená, že teplo je odváděno.

Pro výpočet tepelného toku trubkou z povrchu do vnitřku válce je uvažována teplota na povrchu 22 °C a teplota uvnitř se rovná teplotě přiváděné kapaliny, čili 18 °C.

Tepelný tok válcovitou trubkou:

ܳ௩ሶ ൌ ʹǤ ߨǤ ߣǤ ܾǤ ሺͳͺ െ ʹʹሻ

Ž ݎݎ^ଶ_ଵ

ܳ_௩ሶ ൌ ʹǤ ߨǤ ͵ͲǤͲǡͻʹ͹ͳǤሺͳͺ െ ʹʹሻ

Ž ͲǡʹʹͷͲǡʹͳͷ

ൌ െͳͷ͵͹ͷǡ͹ܹ

Ze známého průtoku rotačním přívodem lze vypočítat, jaký výkon má chladicí mé- dium ve válci. Za předpokladu, že do válce vstupuje voda o teplotě 18 °C a vystupuje o teplotě 20 °C, je odváděno teplo o velikosti:

ܸሶ ൌ ʹǡ͵ʹǤͳͲ^ିଷ݉^ଷȀݏ

݉ሶ ൌ ܸሶǤ ߩ ൌ ʹǡ͵ʹ

ͳͲͲͲǤ ͳͲͲͲ ൌ ʹǡ͵ʹ݇݃Ȁݏ

ܳሶ ൌ ݉ሶǤ ܿ_௣Ǥ οݐ ൌ ʹǡ͵ʹǤ Ͷͳͺͳǡ͹Ǥ ሺʹͲ െ ͳͺሻ ൌ ͳͻͶͲ͵ǡͳܹ

Výsledek udává maximální možný chladící výkon kapaliny uvnitř válce. Výkon lze případně regulovat průtokem vody, kde čím vyšší průtok, tím větší chlazení. Hodnota je kladná, jelikož na vstupu je kapalina chladnější než na výstupu.

Maximální rozdíl teplot, který může nastat, je zobrazen v grafu na obrázku 22. Roz- díl teplot může být nižší než 4,9 °C, jinak nebude zaručeno dostatečné chlazení. Pokud by byl rozdíl teplot vyšší, voda by už nezvládla odvádět tolik tepla. Červená křivka znázorňuje konstantní mezní stav odvodu tepelného výkonu ohřáté kapaliny. Černá křivka zobrazuje chladicí výkon válce s rozdílem teplot na vnitřní a vnější stěně válce.

39 Obrázek 22: Graf závislosti výkonu chlazení válce na rozdílu teplot

Mimo přenosu tepla kondukcí dochází ještě k chlazení během materiálu linkou.

V místě dotyku materiálu na válci je konvekce pouze ze strany Prepregu. Únik tepla z obou stran probíhá mezi převáděcími a chladicími válci. Chlazení materiálu vzduchem lze vypo- čítat dle vztahu (6), k čemuž je nutné určit bezrozměrná čísla Re, Gr, Nu pro nalezení sou- činitele přestupu tepla. Pro výpočet je použita střední hodnota teploty, v případě zadání je teplota materiálu 37 °C a teplota okolí 20 °C. Rychlost linky je 150,3 m/min.

Střední rozdíl teplot:

οݐ ൌݐ௠൅ ݐଵ

ʹ ൌʹͲ ൅ ͵͹

ʹ ൌ ʹͺǡͷιܥ Určující rozměr pro kriteriální rovnici:

ܮ ൌ ߨǤ ݀ ൌ ߨǤͲǡͶͷ

ʹ ൌ Ͳǡ͹Ͳ͹݉

ܵ ൌ ܮǤ ܾ ൌ ͳǡͶͳͶǤͲǡͻʹ͹ͳ ൌ ͳǡ͵ͳͲ͹݉^ଶ Vztahy pro výpočet bezrozměrných čísel:

ܴ݁ ൌݒǤ ܮ ߥ ൌ

ʹǡͷͲͷǤ ͳǡͶͳ

ͳͷǡͳͳͷǤͳͲ^ି଺ൌ ͳͳ͹ͳ͹ͳ

ܩݎ ൌ ݃Ǥ ܮ^ଷǤ ߛǤ οݐ

ߥ^ଶ ൌͻǡͺͳǤͲǡ͹Ͳ͹^ଷǤ ͵ǡͶ͵ǤͳͲ^ିଷǤ ʹͺǡͷ

ሺͳͷǡͳͳ͸ǤͳͲ^ି଺ሻ^ଶ ൌ ͳͶͺ͵ͳ͹ͷʹʹͷ

ܰݑ ൌ ͲǡͲʹͺͺǤ ܴ݁^଴ǡ଼ൌ ͵ʹ͸ǡͻʹͷ Součinitel přestupu tepla:

-1,94

-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0

1 2 3 4 5

Chladící výkon [W]x 10000

Teplotní rozdíl [ °C]

40 ߙ ൌܰݑǤ ߣ

ܮ ൌ͵ʹ͸ǡͻʹͷǤͲǡͲʹͷ͸

Ͳǡ͹Ͳ͹ ൌ ͳͳǡͺͶ ܹ

݉^ଶǤ ܭ

ܳሶ_଴ ൌ ߙǤ οݐǤ ܵ ൌ ͳͳǡͺͶǤ ʹͺǡͷǤ ͳǡ͵ͳͲ͹ ൌ ͶͶʹǡʹܹ

Pokud je materiál mezi válci, je použit níže uvedený výpočet. Jedná se o konvekci z obou stran materiálu, délka určujícího rozměru je odměřena z výkresu sestavy.

ܮ ൌ ͳǡͲ͹ͻ݉

ܵ ൌ ܮǤ ܾ ൌ ͳǡͲ͹ͻǤ Ͳǡͻʹ͹ͳ ൌ ͳ݉^ଶ Vztahy pro výpočet bezrozměrných čísel:

ܴ݁ ൌݒǤ ݀_௨ ߥ ൌ

ʹǡͷͲͷǤ ͳǡͲ͹ͻ

ͳͷǡͳͳͷǤͳͲ^ି଺ ൌ ͳ͹ͺͺʹʹ

ܩݎ ൌ݃Ǥ ^ଷǤ ߛǤ οݐ

ߥ^ଶ ൌͻǡͺͳǤͳǡͲ͹ͻ^ଷǤ ͵ǡͶ͵ǤͳͲ^ିଷǤ ʹͺǡͷ

ሺͳͷǡͳͳ͸ǤͳͲ^ି଺ሻ^ଶ ൌ ͵ͳͳͻͻǡͻ

ܰݑ ൌ ͲǡͲʹͺͺǤ ܴ݁^଴ǡ଼ൌ ͶͷͺǡͶͺͻ Součinitel přestupu tepla:

ߙ ൌܰݑǤ ߣ

 ൌ

ͶͷͺǡͶͺͻǤͲǡͲʹͷ͸

ͳǡͲ͹ͻ ൌ ͳͲǡͺͺ ܹ

݉^ଶǤ ܭ

ܳሶ_଴ൌ ߙǤ οݐǤ ܵ ൌ ͳͲǡͺͺǤ ʹͺǡͷǤͳ ൌ ͵ͳͲǡͲʹܹ

Oproti kondukci je konvekce zanedbatelná, ač má také jistý podíl na chlazení. Ze vztahů lze odvodit přibližná délka, která je potřeba k ochlazení celého materiálu pod teplotu 26 °C, což je řešeno v kapitole 5.5.2.

5.4.2 Časově proměnná teplota

Pro zjištění doby, za jakou se materiál ochladí, je použit software Autodesk Mecha- nical Simulation. Jsou provedeny dvě na sebe navazující simulace k nastínění procesu chlazení na dvou válcích. Pro zjednodušení výpočtu je použit výřez 5° o tloušťce 10 mm zobrazeného na obrázku 23. Tenký materiál na povrchu je nastaven na teplotu 37 °C, tep- lota pláště na 18 °C a na vnitřní okraj válce je nastaven na konstantní teplotu 18 °C.

41 Obrázek 23: Rozměrový náčrt simulované součásti

je nastaveno 10 kroků v rozsahu 0,2823 s, což je časová výdrž materiálu na válci.

Na obrázku 24 je zobrazena teplotní kontura a hodnota teploty ochlazeného polotovaru. Na obrázku 25 je zobrazen graf poklesu teploty v bodu těsně pod povrchem.

Obrázek 24: Teplotní gradient prvního válce

42 Obrázek 25: Graf poklesu teploty na prvním válci

Již po tomto výpočtu je vidět, že teplota klesne pod požadovaných 26 °C. Pro ově- ření je na obrázku 26 zobrazena navazující simulace na druhém válci s grafem poklesu teploty na obrázku 27.

Obrázek 26: Teplotní gradient druhého válce

43 Obrázek 27: Graf poklesu teploty na druhém válci

Riziko těchto simulací spočívá v tom, že probíhají z počátečního stavu při rozběhu stroje, kdy je teplota válce 18 °C. V průběhu času se začne mírně ohřívat. Průběh ohřívání válce je znázorněn na obrázku 28. Při výpočtu v průběhu chlazení je opakovaně na povrch přiváděn polotovar o teplotě 37 °C. Z výpočtu lze zjistit stav, na kterém se ustálí chladicí proces. Jedná se o ideální případ, kdy je zaručen naprostý kontakt válce s polotovarem a polotovar je dokonale prohřátý na vstupní teplotu. V reálném případě je možné, že budou vznikat vzduchové kapsy či nedokonalosti styku a tím snížena kondukce tepla.

44 Obrázek 28: Časový vývoj teploty měřený pod povrchem válce

Byla provedena opakovaná simulace nežádoucího ohřevu válce na 25 cyklech. Na počátku každého cyklu byl na povrch přiveden materiál o vstupní teplotě a následně chlazen kondukcí od válce. Konec každého cyklu představoval začátek pro nový výpočet.

Asymptota, ke které se křivka grafu přibližuje, je 22 °C. Výpočet potvrzuje, že válec je scho- pen materiál ochladit při dané rychlosti linky. Pro zajištění výrobního procesu byl implemen- tován druhý chladicí válec, kterým se eliminuje případný nadměrný ohřev prvního válce.

Cyklus stroje je 15 minut, následně probíhá výměna navíjeného a odvíjeného materiálu.

Dále se provádí i technologická odstávka v případě vady na materiálu, která trvá přibližně 2 minuty. Z výše uvedeného plyne, že využití potenciálu stroje je 50-60%. Čas v prodlevách mezi výrobním procesem je příznivý pro chlazení válců, které by měly zajistit dostatečný odvod akumulované teplo.

5.5 Teoretické výpočty při použití jiných metod chlazení

Vedlejší část této práce se zabývá porovnáním chlazení ocelovým válcem s jinými možnostmi chlazení. První typ výpočtu je při použití jiného materiálu chladicího válce a to mědi. Druhý typ je bez použití chladicích válců a chlazení probíhá pouze za běhu polotovaru a teplo je odváděno konvekcí okolním prostředím.

18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

teplota válce pod povrchem [°C]

Čas běhu linky [s]

Časový diagram vývoje teploty válce pod povrchem

45 5.5.1 Použití měděného válce

Hlavní parametr, který se mění, je tepelná vodivost λ. Hodnota vodivosti mědi je zobrazena v tabulce 2, z níž je zřejmé, že vodivost mědi je desetkrát vyšší než vodivost oceli. Stejně jako pro výpočet tepelného toku trubkou z povrchu do vnitřku válce je uvažo- vána teplota na povrchu 22 °C a teplota uvnitř se rovná teplotě přiváděné kapaliny, čili 18 °C.

Tepelný tok válcovitou trubkou:

ܳ_௩ሶ ൌ ʹǤ ߨǤ ߣǤ ܾǤ ሺͳͺ െ ʹʹሻ

Ž ݎݎ^ଶଵ

ܳ_௩ሶ ൌ ʹǤ ߨǤ ͵͹ͲǤͲǡͻʹ͹ͳǤሺͳͺ െ ʹʹሻ

Ž ͲǡʹʹͷͲǡʹͳͷ

ൌ െͳͺͻ͸͵Ͷܹ

Při porovnání výsledků zobrazených na obrázku 29 je zřetelné, že měděný válec zvládne bez problému přenést velké množství tepla stěnou trubky. Jediné, na čem bude záležet, je schopnost chladícího média odvádět dostatečně rychle teplo z válce. Měděný válec by měl význam, pokud by bylo vyžadováno ochladit materiál o velmi vysoké teplotě za velmi krátký čas při delším běhu linky. Vzhledem k povaze stroje a zakázky není nutné řešení použít.

Obrázek 29: Graf porovnání chladicího výkonu válce z oceli a mědi

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1 2 3 4 5

Chladící výkon [W]x 10000

Teplotní rozdíl [ °C]

46 Obrázek 30: Gradient teploty na měděném válci

Obrázek 31: Graf poklesu teploty na měděném válci

47 Při porovnání grafů na obrázku 31 a obrázku 25, chlazení u mědi a oceli, dojde k přibližně podobnému účinku. Významnější rozdíl je v rozložení teploty uvnitř válce zobra- zeného na obrázku 30, kde se díky vyšší tepelné vodivosti šíří teplo rychleji a dochází k dří- vějšímu kontaktu s chladicí kapalinou.

5.5.2 Chlazení vzduchem při pohybu polotovaru

Aby bylo možné porovnat způsoby chlazení, je provedeno ověření výpočtu teploty chlazení pouze vzduchem, čili konvekcí. Polotovar se pohybuje linkou o rychlosti 150,3 m/min. Neznámou veličinou je zde čas, za který teplota materiálu poklesne pod 26 °C. Přestože karbonový Prepreg funguje spíše jako izolant díky obsažené pryskyřici uv- nitř matrice, probíhá únik tepla z obou stran materiálu. Pro výpočet bude využita tepelná vodivost z tabulky 3, jelikož skutečné účinky nejsou známy. Nejextrémnější případ nastává v případě, že celý polotovar bude mít výchozí teplotu 37 °C. Dle zadání je dána teplota materiálu 37 °C a teplota okolí 20 °C.

Stanovení času potřebného pro ochlazení materiálu je simulací vypočítáno pomocí hodnot v bodě 5.4.1. Pod požadovanou hodnotu klesne teplota v čase 11 sekund. Na ob- rázku 32 je vidět teplotní gradient v průřezu polotovaru. Na obrázku 33 je zobrazen graf poklesu teploty v nejteplejší části ochlazovaného polotovaru.

Obrázek 32: Gradient poklesu teploty při běhu polotovaru v okolním prostředí

48 Obrázek 33: Graf poklesu teploty v okolním prostředí

Chlazení materiálu vzduchem je dáno vztahem (6). Pro určení součinitele přestupu tepla je použita bezrozměrná čísla Re, Gr, Nu. Dále je pro výpočet použita střední rozdíl teplot materiálu a okolního prostředí. Při prodloužení času se zvyšuje určující rozměr, jenž má vliv na počítaný výkon. Z výpočtu vyplývá výsledná hodnota 9,7 sekund.

Střední rozdíl teplot:

οݐ ൌݐ_௠൅ ݐ_ଵ

ʹ ൌʹͲ ൅ ͵͹

ʹ ൌ ʹͺǡͷιܥ Určující rozměr pro kriteriální rovnici:

ܮ ൌ ߬Ǥ ݒ ൌ ͻǡ͹ǤʹǡͷͲͷ ൌ ʹͶǡ͵݉

Chlazená plocha

ܵ ൌ ܮǤ ܾ ൌ ʹͶǡ͵Ǥ Ͳǡͻʹ͹ͳ ൌ ʹʹǡͷ݉^ଶ Vztahy pro výpočet bezrozměrných čísel:

ܴ݁ ൌݒǤ  ߥ ൌ

ʹǡͷͲͷǤ ʹͶǡ͵

ͳͷǡͳͳͷǤͳͲ^ି଺ൌ ͶͲͳ͸͵Ͷ͹ǡʹ

ܩݎ ൌ݃Ǥ ݀_௨^ଷǤ ߛǤ ο–

ߥ^ଶ ൌͻǡͺͳǤʹͲ^ଷǤ ͵ǡͶ͵ǤͳͲ^ିଷǤ ʹͺǡͷ

ሺͳͷǡͳͳ͸ǤͳͲ^ି଺ሻ^ଶ ൌ ͷǡͻͻǤͳͲ^ଵଷ

49

ܰݑ ൌ ͲǡͲʹͺͺǤ ܴ݁^଴ǡ଼ൌ ͷͷʹ͸ǡ͸

Součinitel přestupu tepla:

ߙ ൌܰݑǤ ߣ ܮ ൌ

ͷͷʹ͸Ǥ ͲǡͲʹͷ͸

ʹͶǡ͵ ൌ ͷǡͺʹʹ ܹ

݉^ଶǤ ܭ

ܳሶ௏ൌ ߙǤ ο–Ǥ ܵ ൌ ͷǡͺʹʹǤ ʹͺǡͷǤ ʹʹǡͷ ൌ ͵͹͵ͺǡ͵ܹ

Celkový výkon chlazení vzduchem z obou stran je dvojnásobná hodnota:

ܳሶ_஼ ൌ ܳሶ_௏Ǥ ʹ ൌ ͹Ͷ͹͸ǡͷܹ

Výsledky simulace a výpočtu se liší, což může být způsobeno součinitelem přestupu alfa, který má velké množství proměnných a značně ovlivňuje výpočtový model. Z obou hodnot ale lze určit, že vzdálenost potřebná pro chlazení pouze vzduchem od běhu mate- riálu, musí být větší než 24 metrů, což by mělo za následek prodloužení linky vertikálně, či horizontálně. Vzhledem k výsledku výpočtů je použití chladicího zařízení nutné.

5.6 Konstrukce

Hlavní části sestavy, jako jsou měřicí válce a pasivní válec, jsou převzaty z před- chozího projektu. Aby bylo možné prvky zakomponovat do stroje, je nutné zkonstruovat a vyrobit nosný rám a konzoly, které budou při montáži vyrovnány do roviny a osazeny ložis- kovými domky s válci. TRIMA provedla výrobu konzol s ložiskovými domky, aby byly zajiš- těny přesné rozměry, které jsou u těchto částí velmi důležité.

Při návrhu rámu musejí být zohledněny výstupní elementy z válců, jako je motor či rotační přívod. Celá sekce je výškově nastavitelná, což je zajištěno odtlačovacími šrouby v patkách rámů velikosti M20x60, které umožňují rozsah nastavení 30 mm. Celá konstrukce je zakotvena závitovými tyčemi M20 do hloubky 200 mm. Kromě otvorů pro šrouby jsou do desky přidány transportní otvory pro usnadnění manipulace při použití jeřábu.

Výsledná podoba chladicí sekce je zobrazena na obrázku 34.

50 Obrázek 34: Finální podoba konstrukce chladicí sekce

5.7 Kontrola prvků konstrukce

Kromě návrhu, výpočtu průhybů a teplot je provedena kontrola dalších prvků kon- strukce, aby mimo jiné nedocházelo k nadměrnému ohybu konzol a tím k odbíhání materi- álu. Velmi důležitým prvkem ke kontrole jsou také ložiska a jejich schopnost odolávat zatí- žení po celou dobu provozu.

5.7.1 Kontrola trvanlivosti ložisek

Pro výpočet trvanlivosti ložisek je nejprve vypočítána reakce na podpory. Zatížení od válce a kapaliny vypsané v tabulce 4 je uvažováno uprostřed délky největšího průměru válce, spojité zatížení je v šířce 927,1 mm symetricky od jeho středu a na jeho konci je zavěšen motor s převodovkou zajištěný pouze momentovým ramenem, z čehož vyplývá, že hlavní nositel zatížení je konec hřídele. Hmotnost převodovky je 32 kg, motoru 20 kg.

Všechna zatížení s rozměry jsou zobrazena na obrázku 35.

Výpočet zatížení od motoru a převodovky:

ܯ ൌ ሺ͵ʹ ൅ ʹͲሻǤ ͻǡͺͳ ൌ ͷͳͲܰ

51 Schéma zatížení válce:

Obrázek 35: Schéma zatížení válce

Reakce na podpěry je vypočítána z rovnice rovnováhy pro posouvající se síly a mo- mentovou rovnici rovnováhy pro kterýkoliv bod v nosníku. Ve výpočtu jsou uvažovány pod- pěrné body Ra a Rb symbolizující ložiska. Uvažovaný kladný směr momentové rovnice je ve směru hodinových ručiček.

Rovnice rovnováhy pro posouvající se síly:

ܴ_௕െ ݍǤ ͻʹ͹ െ ሺܩ_௩൅ ܩ_௞ሻ ൅ ܴ_௔െ ܯ ൌ Ͳ Rovnice momentové rovnováhy:

ݍǤ ͻʹ͹Ǥ͸ʹͶǡͷ ൅ ሺܩ_௩൅ ܩ_௞ሻǤ͸ʹͶǡͷ െ ܴ_௔Ǥ ͳʹͷʹ ൅ ܯǤ ͳ͵͹͵ǡͷ ൌ Ͳ Z této rovnice lze po dosazení čísel získat reakci v podpěře Ra:

͵Ǥͻʹ͹Ǥ͸ʹͶǡͷ ൅ ሺͷͷͶʹǡ͸ͷ ൅ ͵ʹ͵Ͷǡ͵͸ሻǤ͸ʹͶǡͷ െ ܴ_௔Ǥ ͳʹͷʹ ൅ ͷͳͲǤͳ͵͹͵ǡͷ ൌ Ͳ

ܴ_௔ൌ͵Ǥͻʹ͹Ǥ͸ʹͶǡͷ ൅ ሺͷͷͶʹǡ͸ͷ ൅ ͵ʹ͵Ͷǡ͵͸ሻǤ ͸ʹͶǡͷ ൅ ͷͳͲǤͳ͵͹͵ǡͷ ͳʹͷʹ

ܴ_௔ൌ ͸͵ʹͶܰ

Po dosazení hodnoty Ra do rovnice pro posouvající síly vyjde hodnota pro druhou podpěru:

52

ܴ_௕െ ͵Ǥͻʹ͹ െ ሺͷͷͶʹǡ͸ͷ ൅ ͵ʹ͵Ͷǡ͵͸ሻ ൅ ͸͵ʹͶ െ ͷͳͲ ൌ Ͳ

ܴ_௕ ൌ ͷ͹ͶͶǡͲͳܰ

5.7.1.1 Ložiskový domek 1

Domek zajišťuje válec proti pohybu dvěma kuželíkovými ložisky, která jsou opřena o hranu jak je vidět na obrázku 36. Použita jsou ložiska normy ČSN 024720 – 32016 X.

Hodnoty pro výpočet jsou vypsány v tabulce 6. kuželíková ložiska nejsou zakryta tak, jako například kuličková, proto jsou použity Nilos ringy, které vytváří v ložisku drážku a zajišťují těsnost a nepropustnost maziv přivedených mazničkou do prostoru domku. Minimální po- žadovaná trvanlivost ložiska je Lhmin = 10000 h.

Obrázek 36: Řez ložiskovým domkem jedna

Otáčky ložiska:

Jedna otáčka válce trvá t = 0,5645 sekund dle výpočtu v bodě 5.1. Počet otáček za minutu lze získat z převrácené hodnoty:

݊ ൌ ͳ

Ͳǡͷ͸Ͷͷ Ǥ ͸Ͳ ൌ ͳͲ͸ǡʹͻ݋ݐȀ݉݅݊