УДК 685.34.02 Б.М. МАМИКОНЯН, А.З. АВЕТИСЯН, З.А. МИНАСЯН

ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “МЕТАЛЛУРГИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ”. 2013. Вып. 16, №2
УДК 685.34.02
Б.М. МАМИКОНЯН, А.З. АВЕТИСЯН, З.А. МИНАСЯН
ПРИМЕНЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ МЕТОДОВ К РАСЧЕТУ ПРОЦЕССОВ
ВЛАЖНО-ТЕПЛОВОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ВЕРХА
ОБУВИ
Предложена установка для влажно-теплового формообразования заготовок верха
обуви внутренним способом. Рассмотрена возможность применения балансовых
методов к расчету основных показателей процессов влажно-тепловой фиксации формы
заготовок верха обуви на перфорированной колодке.
Ключевые слова: верх обуви, заготовка, формообразование, перфорированная
колодка, влажно-тепловая фиксация, балансовый метод.
Введение. В настоящее время в обувном производстве широко применяется
влажно-тепловая обработка обуви, цель которой состоит в фиксации ее формы
для повышения формоустойчивости и снижения уровня внутренних напряжений
в деформированных при затяжке деталях. Влажно-тепловую обработку
заготовки верха обуви проводят в ротационных (карусельных), проходных
(туннельных), элеваторных и камерных установках, которые имеют три зоны
обработки: зону увлажнения – для обработки теплым влажным воздухом, зону
сушки – для обработки горячим сухим воздухом и зону охлаждения – для
обработки холодным сухим воздухом [1, 2]. Недостатком указанных установок
является сложность их конструкции и большая продолжительность влажнотепловой фиксации формы заготовок верха обуви вследствие наличия всех трех
зон обработки, по которым последовательно должны перемещаться заготовки.
Объект исследования. Для сокращения длительности влажно-теплового
формообразования заготовок верха обуви нами разработана установка, в
которой три зоны обработки совмещены в одну (см. рис.). В установке
используется перфорированная колодка, на которую надеваются увлажненная
текстильная оболочка и заготовка верха обуви. В колодку поочередно подается
теплый влажный, горячий сухой и холодный сухой воздух, осуществляя влажнотепловую фиксацию формы заготовки верха обуви внутренним способом.
На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - пробочный кран для
подачи пара в перфорированную обувную колодку; 2 - заготовка верха обуви; 3 увлажняющая текстильная оболочка; 4 - перфорированная обувная колодка; 5 кольцевые каналы; 6 - емкость для сбора паровоздушной смеси; 7 просверленные отверстия на поверхности колодки; 8 - основная стелька; 9 52
калорифер, содержащий электронагреватель 10 для нагрева воздуха и
центробежный вентилятор 11 для подачи воздуха; 12 - паровой котел; 13 электронагреватель для нагрева воды; 14 - пробочный кран для циркуляции
паровоздушной смеси; 15 - пробочный кран для подачи воды в паровой котел из
водопровода; a - теплый влажный воздух; b - горячий сухой воздух; c холодный сухой воздух.
Рис. Схема установки влажно-теплового формообразования заготовок верха
обуви
После влажно-теплового формообразования заготовки верха обуви на
разработанной установке рекомендуется осуществить окончательную сушку
заготовки.
Методы исследования. Рассмотрим возможность применения балансовых
методов [3] к расчету процесса обработки заготовки верха обуви теплым
53
влажным воздухом на перфорированной обувной колодке. Составим уравнение
материального баланса для системы увлажняемых материалов. Обозначим массу
системы материалов (верх заготовки обуви и увлажняющая текстильная
оболочка) через M1Н , а после обработки - через M1K :
M1K
W1 ,
M1H
(1)
где W1 - количество влаги, поглощенной системой материалов.
Масса M C сухого вещества в системе материалов остается неизменной при
увлажнении системы от начальной относительной влажности
до конечной
1K
(очевидно, что
1K
1H
1H
(в процентах)
), поэтому
100
100
1H
1K
M 1K
.
(2)
100
100
Из выражения (2) находим массу системы материалов после обработки
теплым влажным воздухом:
100 1H
.
(3)
M 1K M 1H
100 1K
Следовательно, масса сорбированной влаги с учетом выражения (1) будет
MC
W1
M 1H
M 1K
M 1H
M 1H
1K
1H
100
1K
.
Обозначим через L1 массу сухого воздуха, а через d1H
влагосодержание воздуха до и после сорбции соответственно
(4)
и d1K
d1K
-
d1H .
Уравнение материального баланса для теплого влажного воздуха будет
L1 d1H L1 M1H L1 d1K L1 M1K ,
следовательно,
M 1K M 1H
W1
.
(5)
L1
d1H d1K
d1H d1K
Для уменьшения затрат тепла в разработанной установке используется
циркуляция отработавшего воздуха путем добавления к нему свежего воздуха
массой L0 для компенсации потерь воздуха через неплотности и свежей влаги
массой WK для компенсации сорбированной влаги массой W1 . В результате
уравнение баланса влаги в воздухе установки принимает вид
(6)
L1H d1H L0 d0 W1 L1K d1K L0 dm ,
где d0 - влагосодержание добавляемого свежего воздуха; L1H - масса теплого
влажного воздуха, поступающего в перфорированную колодку; L1K - масса
54
отработавшей паровоздушной смеси, вновь поступающей в паровой котел; d m влагосодержание воздуха, теряемого через неплотности.
Принимая L1H L1K L1 , из уравнения (6) определяем влагосодержание
воздуха на входе в перфорированную колодку:
W1 L0 d m d0
.
(7)
d1H d1K
L1
Из выражения (7) определяем массу свежей влаги, вводимой для
компенсации сорбированной:
WK L1 d1H d1K W1 L0 d m d0 .
(8)
Как видно из выражения (8), из-за потерь воздуха расход свежей влаги
превышает массу сорбируемой системой материалов влаги.
Составим уравнение теплового баланса разработанной установки.
Обозначим через I1H энтальпию теплого влажного воздуха, поступающего в
перфорированную колодку, а через I1K - энтальпию отработавшей
паровоздушной смеси, вновь поступающей в паровой котел. Уравнение будет
иметь вид L1H I1H L1K I1K , поэтому расход тепла на нагревание воздуха в
калорифере определится выражением
Q L1H I1H L1K I1K L1K I1H I1K .
(9)
С учетом потерь воды и воздуха, а также циркуляции отработавшего
воздуха уравнение теплового баланса примет вид
L1H I1H L0 I 0 M 1H c1H 1H W r qc
(10)
L1K I1K L0 I m M 1H c1H 1K W1cB 1K Qn ,
где I 0 - энтальпия добавляемого свежего воздуха; c1H - средняя массовая
теплоемкость системы материалов до обработки теплым влажным воздухом;
и 1K - соответственно температуры систем материалов до и после
1H
увлажнения теплым влажным воздухом; I m - энтальпия воздуха, теряемого
через неплотности; cB - массовая теплоемкость воды; Qn - тепловые потери
установки; r - скрытая теплота парообразования; qc - теплота сорбции.
Из уравнения (10) определяем расход тепла на повышение энтальпии
воздуха в калорифере:
Q L0 I m I 0 M1H c1H 1K
W1 r qc cB 1K Qn .
(11)
1H
Аналогичным образом балансовые методы можно применить также к
расчету процессов обработки заготовки верха обуви на перфорированной
обувной колодке горячим сухим и холодным сухим воздухом.
55
Выводы. Применение балансовых методов к расчету процессов
формообразования заготовок верха обуви на перфорированной обувной колодке
позволяет определить важнейшие показатели процесса: расход воздуха при
увлажнении, сушке и охлаждении; массу влаги, поглощаемой заготовкой верха
обуви при увлажнении, и влаги, удаляемой из заготовки при сушке; массу
свежей влаги, вводимой для компенсации сорбированной влаги; расход тепла на
нагревание воздуха в калорифере и т.д. Управление указанными показателями
позволит сократить время влажно-теплового формообразования заготовок верха
обуви, сэкономить энергетические и водные ресурсы, повысить качество обуви.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Довнич И.И. Технология производства обуви. – М.: Академия, 2004. – 288 с.
Коваленко П.И. Технология изготовления обуви. – Ростов н/Д.: Феникс, 2000. –
320 с.
Основы проектирования химических производств / В.И. Косинцев, А.И.
Михайличенко, Н.С. Крашенинникова и др. – М.: Академкнига, 2010. – 371 с.
Материал поступил в редакцию 14.05.2013.
B.M. MAMIKONYAN, A.Z. AVETISYAN, Z.A. MINASYAN
APPLICATION OF BALANCE METHODS TO THE CALCULATION OF
WET-HEAT SHAPING OF UPPER BILLET PROCESSES
A set for the wet-heat shaping of upper billets by an inner method is proposed. The
opportunity of applying the balance methods to the calculation of the main indices of the
processes of wet-heat fixation of upper billet shapes on the perforated pad is considered.
Keywords: upper part of a shoe, billet, shaping, perforated pad, wet-heat fixation, balance
method.
56