漂浮式烘箱风嘴风速的研究.pdf 6页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn漂浮式烘箱风嘴风速的研究**白自艳，陈新轩，张胜军，李博，候雯娜（长安大学工程机械学院，西安，710064）5摘要：随着动力锂电池的广泛运用，其高容量、均匀性对涂布的要求更加严格，除了涂布的精度达到要求以外，干燥技术直接影响到后面工序的好坏。本论文通过对市面上现行漂浮式烘箱风嘴的风速实验，分析比较了上下风嘴横纵向风速与频率的关系，上下风嘴横纵向风速的特点，结果表明，目前市面上漂浮式烘箱，随着频率增加，风速呈非线性增加，纵向变化趋势比横向平缓，正常涂布风速为9-14m/s，此次风速实验证明了漂浮式烘箱可满足干燥极10片的生产要求。本文对漂浮式烘箱风嘴风速的研究，对漂浮式烘箱在涂布机中的应用提供了技术依据。关键词：涂布机；漂浮式烘箱；风嘴；风速实验中图分类号：TK8315StudyonthewindspeedofthetuyereofthefloatingovenBAIZiyan,CHENXinxuan,ZHANGShengjun,LiBo,HOUWenna(SchoolofConstructionMachinery,Chang"anUniversity,Xi"an,710064)Abstract:Withthewideapplicationofpowerlithiumbattery,itshighcapacity,uniformityofcoatingrequirementsaremorestringent,inadditiontotheaccuracyofthecoatingtomeettherequirements,20dryingtechnologydirectlyaffectsthequalityofthefollowingprocess.Inthispaper,therelationshipbetweenthelongitudinalandtransversewindspeedoftheupperandlowertuyereandthefrequencyisanalyzedandcomparedbythewindspeedexperimentofthefloatingoveninthemarket.Thelongitudinalandtransversewindspeedcharacteristicsoftheupperandlowertuyereisanalyzedandcomparedtoo.Theresultsshowthatthecurrentmarketfloattoven,alongwiththeincreaseof25frequency,windspeedisnonlinear.Thelongitudinalwindspeedchangesmoreslowlythanthetransversewindspeed.Thenormalwindspeedis9-14m/s.Thewindspeedexperimentprovesthatthefloatingovencanmeettheproductionrequirementsofthedryingpolepiece.Theresearchonthewindspeedofthefloatingovenprovidesthetechnicalbasisfortheapplicationofthefloatingoveninthecoatingmachine.30Keywords:Coatingmachine;Floatingoven;Tuyere;Windspeedexperiment0引言目前国内的涂布干燥烘箱都为传统的滚轴传动结构，其干燥效果不容乐观，经常出现能[1][2]耗大、干燥不均匀、效率低等一系列问题，成为提升锂电池品质和生产效率的瓶颈。35以滚轴作为基材支撑系统的滚轴式烘箱，空气由风嘴喷到基材，为维持基材在烘箱中的合适位置，基材表面接触在滚轴或平板上，用滚轮或平板支撑基材并提供热交换，这种方式因和基材表面产生接触，极易造成基材表面的刮伤或擦伤，当烘箱长度达到一定长度的时候，基材和辊筒之间的摩擦力增大，会导致极片在烤箱中容易断带。其次辊面的宽度会限制基材[2][3]的宽度，同时还会增加滚轴系统的调整和维护的麻烦。40针对以上的问题，漂浮式烘箱通过移除滚轴，采用全空气支撑，滚轴所产生的各种问题迎刃而解，漂浮式烘箱能够为锂电池生产厂家提供高效、均匀的涂布干燥。一次双面电池式[4][5]涂布机可减少浆料的浪费，即节约了成本又减少浆料排放对环境的污染。飘浮式烘箱的作者简介：白自艳(1991-)，女，硕士研究生，主要研究方向：机电液一体化通信联系人：陈新轩（1960-），男，教授、硕导，主要研究方向：工程机械机电液一体化.E-mail:CXX-727@163.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn研究和实施将会对涂布行业产生深远的影响。1涂布机烘箱451.1漂浮式烘箱模型本次实验用飘浮式烘箱模型如图1所示，间接传热风机采用中压风机，德东中压排风抽风用心式鼓风机DE300，其功率为1.5（kw），风量约4500/4100（m3/min），升压约510/550（kPa）。飘浮式烘箱为连续式对流干燥室，左端风机为进风，右端出风。进风机连接外接的发热包，流动的空气通过空气过滤器、空气加热器及风道，最后送到干燥风道和烘箱风嘴[6]50吹出进行烘干，出风机抽风。图1烘箱模型Fig.1Ovenmodel551.2漂浮式烘箱风嘴工作原理漂浮式烘箱的工作原理如图2所示，动量均衡及机械能均衡理论，当下风嘴空气的支撑力等于基材重量与上风嘴空气压力时，基材在竖直方向受力平衡，因此会飘浮在上下两风嘴之间。实际工作中，上下风嘴的支撑力是动态变化的，支配基材位置的作用力可用弹簧效应解释，基材在两风嘴间传送时，就像上下两个弹簧维持着平衡。干燥速率主要由空气撞击涂60层的表面速度及撞击涂层空气的温度决定。在理想情况下，要求空气从喷孔喷射到涂层上，能够与相邻的喷孔喷射到涂层上的空气相互重合，并且喷射到涂层上的空气速度均匀，温度[7][8[9]场均匀。图2风嘴工作原理65Fig.2Workingprincipleoftuyere-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2涂布机烘箱风速实验2.1实验仪器风速实验用风速仪参数如表1所示，当皮托管连接MP120可直接显示风速测量值。测量管道内的动压后，根据伯努利方程计算风速：70风速（m/s）=C×C×C×动压（Pa）mcr式中，Cm表示差压探头系数：Cc表示测量系统修正系数：Cr表示温度补偿系数。574.2θ+156842.77C=rPo式中，θ表示温度（℃）：P0表示大气压力（Pa）。表1MP120风速仪参数75Tab.1ParametersofMP120anemometer功能量程精确度分辨率单位2.5±0.7m/s(2~5m/s)风速2~40m/s0.1m/sm/s±0.5%读数±0.3m/s(5~40m/s)2.2实验过程实验开始前进行如下操作：测量环境为常温25℃，检测风嘴，风管，打开气缸，保险杆是否组装完毕，为保证安全，重新检查上下箱合页螺钉，打开气缸，保险杆。接线完毕后，通气打开上盖，进行测量。80测量过程为开机，清零，按下功能键，皮托管连接，风速测量，读取数据，记录。2.3数据分析2.3.1出风口风速与频率风闸90°，60°，30°时1号上风嘴，1号下风嘴，2号上风嘴，2号下风嘴风速如图3图4图5所示，随着频率的增加，风速呈非线性增长，风闸开度越小，分速越小。上风嘴和下85风嘴风速存在一定误差，通过上下风闸可以调节到一致，但风速会减少0.5m/S左右。频率在15HZ以下风速基本为零，正常涂布风速要求为9-14m/S，测试后风机频率38HZ-50HZ可以达到正常涂布要求风速，经过实验验证涂布机漂浮式烘箱可以达到涂布机干燥生产要求。90图3风闸90°风速Fig.3Windspeedwhenairbrakeis90°-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图4风闸60°风速Fig.4Windspeedwhenairbrakeis60°95图5风闸30°风速Fig.5Windspeedwhenairbrakeis30°2.3.2出风口横纵向风速特性实验环境：风机频率50HZ，常温25℃。测量工具：MP120风速仪。测量点如图6所示，100取3号和4号烘箱取进行实验，每个烘箱取五个风嘴，每个风嘴取测量点2X5即纵向两点，横向五点，每个风嘴共计10点，每节烘箱共计50个测量点。图6测量点Fig.6Measuringpoint1053号烘箱号上风嘴风速纵向分布如图7所示，上风嘴风速横向分布如图8所示，下风嘴风速纵向分布如图9所示，下风嘴风速横向分布如图10所示，通过分析3号烘箱风速，上风嘴横向风速基本稳定，最大误差8.43%。3号烘箱第二个上风嘴纵向风速波动范围较大，最大误差14.77%，风速从第一个测量点到第三测量点急剧下降，到第四个测量点开始趋于平稳，可能为制造工艺的原因，3号烘箱其余四个上风嘴横向风速基本稳定。3号烘箱下风110嘴横向最大误差8.53%，纵向最大误差7.9%，其误差都在允许范围内，可满足生产要求。图73号上风嘴风速纵向分布Fig.7Longitudinalwindspeeddistributionof3uppertuyere-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn115图83号上风嘴风速横向分布Fig.8Transversewindspeeddistributionof3uppertuyere图93号下风嘴风速横向分布Fig.9Longitudinalwindspeeddistributionof3lowertuyere120图103号下风嘴风速纵向分布Fig.10Transversewindspeeddistributionof3lowertuyere3号烘箱上下风嘴风速和横向分布如图11所示，上下风嘴风速和纵向分布如图12所示，通过分析涂布机烘箱上下风嘴风速之和，其横向最大误差为5.2%，比上风嘴风速误差8.43%125小3.2%，比下风嘴横向风速误差8.53%小3.3%。其纵向最大误差为10.2%，比上风嘴风速误差14.77%小4.5%，可见其最大误差与理想情况较接近。根据漂浮式烘箱动量均衡及机械能均衡的工作原理，当下风嘴空气的支撑力等于基材重量与上风嘴空气压力时，基材在竖直方向受力平衡，因此会飘浮在上下两风嘴之间。证明漂浮式烘箱可满足极片干燥中风速的生产要求。130图113号上下风嘴风速和横向分布Fig.11Longitudinalsumwindspeeddistributionof3upperandlowertuyere-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图123号上下风嘴风速和纵向分布135Fig.12Transversesumwindspeeddistributionof3upperandlowertuyere3结论本文给出了涂布机用漂浮式烘箱出风口风速大小与频率的关系，上下出风口横纵向风速的变化特性。通过MP120测风仪对漂浮式烘箱上下出风口横纵向风速的测量，上风嘴和下风嘴风速存在一定误差，通过上下风闸调节可以减少误差，但风速会减少0.5m/S左右。随140着频率增加，风速呈非线性增加，纵向变化趋势较横向平缓，几乎可以达到。理想状态下，烘箱上下风嘴风速均匀，上下风嘴风俗和均匀，测试后风机频率在38HZ-50HZ可以达正常涂布风速9-14m/S，此次实验验证漂浮式烘箱可满足干燥极片的生产要求。本文的研究结果为漂浮式烘箱在涂布机中的应用提供了理论依据，对后续漂浮式烘箱风速的流体分析提供参考。145致谢感谢深圳市新嘉拓自动化技术有限公司对本次实验的大力支持。[参考文献](References)[1]丁俊健，阎秋生.国内涂布干燥技术研究现状及其发展趋势[J].广东印刷，2016，（02）：40-42[2]黄藴芝.滚筒干燥技术与应用[J].中国食品工业，1999，（07）：45150[3]李徐佳，王亚男，王华山，李楠.锂电池极片干燥过程供风量计算模型[J].电源技术，2017，（02）：198-201[4]JUNG,D.S.Hwang,T.H.Park,S.B.Choi,J.W.Spraydryingmethodforlarge-scaleandhigh-performancesilicinnegativeelectrodesinLi-ionbatteries[J].Nanoletters,2013,5[5]MIN,LIXIANHUA,HOUYUJING,SHAJIE,WANGSHEJUN,HUXIANG,LIUZONGPING,SHAO.155Facilespray-dryingsynthesisofcore-shellstructuregraphitecarboncompositeasasuperioranodeforLi-ionbatteries[J].JournalofPowerSource,2014[6]卫延斌，候和平，张海燕.悬浮烘干系统烘箱体结构优化研究[J].西安理工大学学报，2015，（02）:171-175[7]张海燕，刘金金，徐卓飞，候和平.凹版机烘干装置风嘴横风板结构参数研究[J].包装工程，2014，（23）：94-99160[8]丁俊健.气悬浮干燥喷嘴结构与气流喷出速度分布关系的研究[J].印刷杂志，2016，（05）：44-46[9]MUNYeongSonJung,HYUNKimYun,CHANKang.StudyofCo_3o_4mesoporousnanosheetspreparedbyasimplespray-dryingprocessandtheirelectrochemicalpropertiesasanodematerialforlithiunsecondarybatteries[J].ElectrochimicaActa,2014,116-6-'