本發(fā)明屬于同步雙向拉伸機靜壓箱組的設計領(lǐng)域，涉及一種鋰電池薄膜同步雙向拉伸機中帶漸擴型孔板的靜壓箱組的設計方法。

背景技術(shù)：

通過雙向拉伸制取高端鋰電池薄膜的生產(chǎn)工藝中，溫度和速度均勻性對于薄膜的厚度均勻性和拉伸的連續(xù)性具有重要影響。靜壓箱作為一種常用的均勻分配氣體的箱體，其合適的結(jié)構(gòu)可以顯著增強薄膜熱定型性能，是保證熱風加熱系統(tǒng)出風口處溫度均勻的關(guān)鍵生產(chǎn)設備。由于空間和機組結(jié)構(gòu)的限制，靜壓箱體積不可以設計的過大，需要在其內(nèi)部設置更多結(jié)構(gòu)，例如均勻孔板、導流板、截面異型、噴口調(diào)節(jié)等，來保證噴風口速度的均勻。

2015年桂林電氣科學研究院有限公司任小龍等人在公開號為cn205185295u的實用新型專利中公開了“一種狹縫式風口靜壓箱薄膜橫向拉伸裝置”，該裝置所述狹縫式風口與薄膜前進方向呈20～80°夾角，角度隨著各段聚酰胺酸薄膜所含待蒸發(fā)溶劑含量的減小而增大，該方法提高了受熱處溫度均勻性，改善了產(chǎn)品表面質(zhì)量和膜卷平整度。大連伊科能源科技有限公司于長青等人于2016年在公開號為cn105936123a的發(fā)明專利中公開了“一種雙向拉伸膜橫拉機同組風箱雙側(cè)對吹裝置”，在靜壓箱中間增加斜置隔板使兩側(cè)風機對吹的空氣改變風向，較傳統(tǒng)薄膜橫拉機的單側(cè)送風更能達到出風口各處壓力均衡的作用。

在國外，mohammadkhah等人2009年在processdesignandcontrol期刊發(fā)表的論文《effectofgeometryoftheplenumchamberongasdistributioninafluidizedbed》中，使用cfd模擬方法，在孔板結(jié)構(gòu)不變的基礎上研究了包括送風方向、擋板結(jié)構(gòu)、進口位置等八種不同結(jié)構(gòu)的流化床靜壓箱方案對速度輪廓和壓降的影響。hidekinakamura等人于2011年在專利號為us7988031b2的美國專利“reflowfurnaceandheaterforblowinghotair”中針對現(xiàn)有熱風式回流熔爐中的預熱區(qū)及主加熱區(qū)中存在的熱風和氧濃度的不均勻問題，分別設計了以孔徑和孔個數(shù)為變量的三組孔板進行試驗，發(fā)現(xiàn)當主加熱區(qū)單元開孔面積是預熱區(qū)的1.5-5倍時，既能改善各區(qū)熱風和氧濃度的均勻性，也能滿足預熱區(qū)低溫長時效加熱和主加熱區(qū)快速加熱的要求。

從以上研究可知，靜壓箱中孔板是影響氣體分布均勻的重要結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)靜壓箱組采用孔口滿布孔板的送風方式，這種排布方式無疑會造成巨大的能量損耗，尤其在膜片拉幅還處在較小的范圍內(nèi)，膜片兩側(cè)孔口吹風并未對膜片進行加熱只是逸散到保溫房內(nèi)，還會在膜邊附近由上下靜壓箱孔口對吹，擾亂直接對膜片加熱的沖擊射流，從而影響整個保溫房內(nèi)流場的均勻性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種帶有漸擴型孔板的靜壓箱組設計方法，該方法基于已有靜壓箱組孔口排布的方式，預先設定各區(qū)的送風量，避免了現(xiàn)場安裝調(diào)試時對風機送風量的盲目試值，只在預設值范圍內(nèi)微調(diào)各區(qū)風機變頻控制器，即可滿足膜片對吹風速度的要求。采用帶有漸擴型孔板的靜壓箱組克服了傳統(tǒng)每組靜壓箱孔板采用孔口滿布孔板的全面送風的結(jié)構(gòu)，能夠使得熱風的循環(huán)次數(shù)增加，大量減少送風量和補風量，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種帶漸擴型孔板的靜壓箱組的設計方法，其特征是，該方法基于已有靜壓箱組孔口排布的方式，根據(jù)各區(qū)薄膜橫向拉幅的變化預先設定各區(qū)孔板的開孔范圍，隨開孔區(qū)域?qū)挾冗f增的方式對送風量進行預設；根據(jù)已有孔口排布和開孔范圍，建立開孔面積和孔徑的關(guān)系；根據(jù)孔口流量系數(shù)建立孔板送風面積和送風量之間的關(guān)系，對孔板表面的出風速度按照等溫自由射流主體段中心速度對待，由衰減公式得到其與孔徑的關(guān)系；聯(lián)立以上三組關(guān)系計算得到各區(qū)每組靜壓箱組孔板的孔徑大??；設計方法的具體步驟如下：

第一步：確定各區(qū)每組送風量qij

同步雙向拉伸機中帶漸擴型孔板的靜壓箱組排布，包括預熱區(qū)、拉伸區(qū)和熱定型區(qū)三個區(qū)，其中預熱區(qū)包含zone1、zone2和zone3三部分，拉伸區(qū)包含zone4、zone5和zone6三部分，熱定型區(qū)包含zone7和zone8兩部分；每部分區(qū)域zonei,1≤i≤8均由上下對稱布置的四組靜壓箱體組成；

由于預熱區(qū)和熱定型區(qū)不存在膜片拉幅上的變化，根據(jù)現(xiàn)有工藝數(shù)據(jù)將預熱區(qū)中zone1、zone2和zone3的送風量均設定為qp，將熱定型區(qū)中zone7和zone8的送風量設定為qs，只對拉伸區(qū)zone4、zone5和zone6中的各組靜壓箱送風量進行調(diào)整，qij即代表區(qū)zonei第j組zonei,1≤i≤8,1≤j≤4的送風量大??；根據(jù)各區(qū)薄膜橫向拉幅的變化，取定各區(qū)每組孔板沿流向的開孔區(qū)域?qū)挾葁ij，其中預熱區(qū)開孔區(qū)域?qū)挾葁11＝w12＝……＝w34＝w0，熱定型區(qū)開孔區(qū)域?qū)挾葁71＝w72＝……＝w84＝w1，各組送風量按下式計算：

隨開孔區(qū)域?qū)挾冗f增的方式對送風量進行預設；

第二步：確定各區(qū)每組孔板的開孔個數(shù)nij

根據(jù)工程實際中已有孔板的分布形式，取流向孔間距s1、展向孔間距s2，展向相鄰兩孔在流向上錯開距離s3，根據(jù)展向開孔排數(shù)4,取s3＝s1/4，確定各區(qū)每組靜壓箱開孔個數(shù)為：

第三步：確定各區(qū)每組孔板的孔徑dij

孔板開孔面積為：

又孔板送風面積和送風量之間滿足關(guān)系：

式中,μ為孔口流量系數(shù)，一般取μ＝0.78～0.82；

對孔板表面的出風速度vij，按照等溫自由射流主體段中心速度對待，以風口作為起點，其衰減公式如下：

式中,vm(ij)為zonei區(qū)第j組吹到膜片上的風速；a為無量綱紊流系數(shù)，對不同風口形式則有不同的a值；d為孔板到膜片的距離；孔板表面的出風速度vij和孔徑dij之間的關(guān)系，將上述公式聯(lián)立，求得孔徑dij：

至此，得到整個同步雙向拉伸機中帶漸擴型孔板的靜壓箱組排布，包括預熱區(qū)、拉伸區(qū)和熱定型區(qū)三個區(qū)，各區(qū)每組靜壓箱組孔板的孔徑大小。

本發(fā)明的有益效果是根據(jù)各區(qū)每組薄膜寬度確定孔板的開孔范圍，較傳統(tǒng)每組靜壓箱孔板全面布風的結(jié)構(gòu)，帶有漸擴型孔板的靜壓箱組能夠使得熱風的循環(huán)次數(shù)增加，大量減少送風量和補風量，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的；改善了傳統(tǒng)靜壓箱組在膜邊邊緣由上下靜壓箱孔口對吹擾亂沖擊射流的現(xiàn)象，從提高整個保溫房內(nèi)流場的均勻性和膜片質(zhì)量；對送風量的預設避免了現(xiàn)場安裝調(diào)試過程中盲目試值，可在預設值附近調(diào)節(jié)各區(qū)風機變頻控制器依實際情況調(diào)整。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)靜壓箱組的立體圖，其中，ⅰ‐上側(cè)靜壓箱體，ⅱ‐下側(cè)靜壓箱體，1-入風口，2-孔板，3-擋板，4-孔口，5‐膜片，箭頭方向‐膜片移動方向。

圖2是傳統(tǒng)靜壓箱組的正視圖，其中，zone1、zone2、zone3-預熱區(qū)，zone4、zone5、zone6-拉伸區(qū)，zone7、zone8-熱定型區(qū)，d為孔板到膜片的距離，單位，m。

圖3是傳統(tǒng)靜壓箱組的俯視圖，其中，2-孔板，4-孔口，zone1、zone2、zone3-預熱區(qū)，zone4、zone5、zone6-拉伸區(qū)，zone7、zone8-熱定型區(qū)。

圖4各組送風量分布圖，其中，橫坐標為各組編號，縱坐標為每組中單個靜壓箱對應的送風量，單位，m³/h。

圖5是孔口排布示意圖，其中，2-孔板，4-孔口，s1‐流向孔間距，s2‐展向孔間距，s3‐展向相鄰兩孔在流向上錯開的距離。

圖6是帶有漸擴型孔板的雙向同步拉伸機靜壓箱組俯視圖。其中，wij‐開孔區(qū)域?qū)挾龋琩ij‐孔徑，nij‐開孔個數(shù)。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。

傳統(tǒng)的薄膜雙向拉伸機中靜壓箱組上下對稱布置，每組靜壓箱包括上、下側(cè)靜壓箱體ⅰ、ⅱ，如圖1所示。靜壓箱組設置有入風口1、孔板2、擋板3、孔口4和膜片5。熱風從入風口1進入靜壓箱體，經(jīng)孔板2整流使箱體內(nèi)的熱風橫流在靜壓作用下經(jīng)孔口4射出，吹到膜片5上使膜片均勻受熱，如圖2、圖3所示。傳統(tǒng)的薄膜雙向拉伸機靜壓箱組中，采用孔板2上布滿孔口4的送風方式，為滿足各個區(qū)的風速要求，只需設定同一區(qū)內(nèi)各組靜壓箱的送風量q0相同，便能實現(xiàn)該區(qū)內(nèi)孔口出風速度的一致性。但這種排布方式無疑會造成巨大的能量損耗，尤其在膜片拉幅還處在較小的范圍內(nèi)，膜片兩側(cè)孔口吹風并未對膜片進行加熱只是逸散到保溫房內(nèi)，還會在膜邊附近由上下靜壓箱孔口對吹，擾亂直接對膜片加熱的沖擊射流，從而影響整個保溫房內(nèi)流場的均勻性。由于各區(qū)每組靜壓箱組在膜片上下兩側(cè)對稱布置，為分析和敘述方便，實施例均取單側(cè)靜壓箱為例對漸擴型孔板的送風方式進行分析計算。方法的具體步驟如下：

第一步，確定各區(qū)每組單個靜壓箱送風量qij

同步雙向拉伸機中帶漸擴型孔板的靜壓箱組排布，包括預熱區(qū)、拉伸區(qū)和熱定型區(qū)三個區(qū)，其中預熱區(qū)包含zone1、zone2和zone3三部分，拉伸區(qū)包含zone4、zone5和zone6三部分，熱定型區(qū)包含zone7和zone8兩部分；每部分區(qū)域zonei,1≤i≤8均由上下對稱布置的四組靜壓箱體組成；

由于預熱區(qū)和熱定型區(qū)不存在膜片拉幅上的變化，根據(jù)現(xiàn)有工藝數(shù)據(jù)將預熱區(qū)中zone1、zone2和zone3的送風量均設定為qp，將熱定型區(qū)中zone7和zone8的送風量設定為qs，只對拉伸區(qū)zone4、zone5和zone6中的各組靜壓箱送風量進行調(diào)整，qij即代表區(qū)zonei第j組zonei,1≤i≤8,1≤j≤4的送風量大??；根據(jù)各區(qū)薄膜橫向拉幅的變化，取定各區(qū)每組孔板沿流向的開孔區(qū)域?qū)挾葁ij，其中預熱區(qū)開孔區(qū)域?qū)挾葁11＝w12＝……＝w34＝w0＝1m，熱定型區(qū)開孔區(qū)域?qū)挾葁71＝w72＝……＝w84＝w1＝4.6m，其余每組根據(jù)膜片在各區(qū)拉幅的變化確定孔板沿流向的開孔寬度wij如表1所示：

表1各區(qū)每組孔板沿流向的開孔寬度wij

由于在預熱區(qū)和熱定型區(qū)內(nèi)薄膜拉幅沒有變化，可根據(jù)已有工藝數(shù)據(jù)設定預熱區(qū)中zone1、zone2和zone3的單個靜壓箱送風量qp＝2347.6m³/h，熱定型區(qū)中zone7、zone8的送風量qs＝7414.1m³/h，對拉伸區(qū)zone4、zone5和zone6中的各組靜壓箱送風量按各區(qū)薄膜橫向拉幅的變化通過公式(1)進行預設，得到各區(qū)每組單個靜壓箱送風量取值如表2：

表2各區(qū)每組送風量

第二步，確定各區(qū)每組孔板的開孔個數(shù)nij

取流向孔間距s1＝0.1m，展向孔間距s2＝0.0885m，確定展向相鄰兩孔在流向上錯開距離s3，根據(jù)展向開孔排數(shù)為n＝4，取s3＝s1/4＝0.025m，根據(jù)公式(2)確定各區(qū)每組靜壓箱開孔個數(shù)如表3所示：

表3各區(qū)每組孔板的開孔個數(shù)nij

第三步，確定各區(qū)每組孔板的孔徑dij

各區(qū)每組靜壓箱體吹到膜片上的速度vm(ij)根據(jù)工藝要求取為：

預熱區(qū)：vm(ij)＝30m/s(1≤i≤3,1≤j≤4)；

拉伸區(qū)：vm(ij)＝25m/s(4≤i≤6,1≤j≤4)；

熱定型區(qū)：vm(ij)＝25m/s(7≤i≤8,1≤j≤4)。

根據(jù)trüpel和實驗室的實驗，對圓孔射流出口初始速度均勻的流場，將無量綱紊流系數(shù)取為a＝0.066；流量系數(shù)μ一般與當量孔徑比和雷諾數(shù)有關(guān)，影響流出系數(shù)的因素較多，這里取μ＝0.78，根據(jù)公式(2)、(3)、(4)、(5)計算，其中，孔板到膜片的距離d＝0.255m，計算結(jié)果需與現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果對比，依實際情況對送風量在預設值附近微調(diào)即可。

由上，再根據(jù)公式(6)得到各區(qū)每組靜壓箱孔板的孔徑dij，如表4所示：

表4各區(qū)每組靜壓箱孔板的孔徑dij

至此，得到整個同步雙向拉伸機中帶漸擴型孔板的靜壓箱組排布，見圖6，包括預熱區(qū)、拉伸區(qū)和熱定型區(qū)以及各區(qū)每組靜壓箱組孔板的孔徑大小。