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【紡織技術】卡摩紡降低氣流能耗的措施及原理分析

2019-12-20 17:50:43瀏覽:42評論:0 來源:中國紗線網   
核心摘要:瑞士立達卡摩紡的能耗比網格圈式緊密紡大幅度降低,而且減少了網格圈的維護和消耗成本,使生產成本降低??徤嫌幸粋€特殊的裝置——“氣流導向器”。
陸宗源/天問(上海)紡織新技術研發中心
摘要:在2018亞洲暨中國國際紡織機械展覽會上獲悉,立達公司最新的集聚紡細紗機空氣能源消耗只有1W/錠,而我國網格圈式集聚紡消耗一般在5-6W/錠(一臺480錠細紗機,集聚紡風機平均消耗功率3kW,還未計入吸棉風機消耗)。這說明我國在集聚紡紗領域中的氣流能源消耗上,還存在巨大的節約空間。
關鍵詞:導流板;保護罩;壓強梯度;等強線;旋轉氣流;有效半徑;湍流;擾動氣流  

瑞士立達卡摩紡的能耗比網格圈式緊密紡大幅度降低,而且減少了網格圈的維護和消耗成本,使生產成本降低??徤嫌幸粋€特殊的裝置——“氣流導向器”。國內專家普遍認為使用氣流導向器的目的是促使氣流從水平方向兩側注入,以符合“集聚原理”,但在K44-K45紡紗機的介紹視頻中,有一小段是介紹氣流導向器的,截圖見圖1。

 圖1 氣流導向器

圖1中清楚地表明:氣流導向器的氣流是從頂部小孔進入的,而其兩邊和抽氣鼓表面的間隙很小,其阻力要比頂端的進氣孔大得多,基本上沒有空氣進入。如果是賽絡集聚紡,那么氣流就是從兩須條的中間經過而起集束作用的,這和我們傳統的理解是不一樣的,對兩個須條來說,氣流都是從一側經過的,而且K45賽絡集聚紡的成紗質量是非常好的,需要的負壓也比網格圈式的低得多。

而在立達早期的產品介紹視頻上,有一個名稱叫“氣流截面圖”的動畫說明(見圖2)。其中代表氣流走向的小白點(動態的),來自于壓輥軸的導流板臂。進入導向器,經過吸入鼓表面(集聚區)進入吸風組件,路徑表明得很清楚。說明K44導向裝置原來就是從頂部輸入氣流的,恰恰是為了阻止空氣從兩側進入集聚區。

圖2氣流截面圖

國內一些文章強調的“空氣要從兩側水平方向進入,才能加強積聚效果”,并不是立達公司設計者的初衷。

K45導流板上進氣孔吸入的空氣直接來自車間大氣,那么導流板的作用應該是隔離車間大氣,保持集聚區集聚的氣流不受車間大氣流動的干擾,不讓含有灰塵和微纖維的空氣進入集聚區。

集聚紡集聚區的氣流來源于負壓管內部的低氣壓,在集聚槽口上形成了一個壓強梯度場(這不需要任何機械來限制)。在沒有任何阻礙(沒有須條)的情況下,每一點上的壓強梯度方向都指向集聚槽,梯度大小是向遠離方向遞減。所以,氣流也都向集聚槽集中,槽口上氣流最強,向外逐漸減弱直到零,這就是“集聚槽氣流場”。所以它的等強線都是以集聚槽為圓心的半圓形。

當集聚槽上有纖維須條存在時,須條總是靠向一邊(由于集聚槽的傾斜),使空氣阻力發生變化??宽殫l的一邊,由于阻力變大,壓強梯度就減小,等強線變得稀疏了;而另一邊正好相反,等強線變密了。于是等強線變形了,成為長軸向須條方向傾斜的橢圓??梢悦黠@看出,氣流方向不是完全指向中心,而是圍繞須條形成一個“旋轉氣流場”(見圖3)。 

圖3旋轉氣流場的形成

按立達樣本[4]介紹,形成毛羽少的光潔紗的基本原因是由于“旋轉氣流”將長毛羽“旋”進須條主體中去了。而并不只是“消除紡紗三角”的原因,紡紗三角的消失是集聚區后的自然結果(發生在集聚區外)。



正是這個旋轉氣流,推動須條纖維的移動、集聚。

因此集聚氣流場的形成,不需要機械導流裝置。而只需要維持“旋轉氣流場”的強度適當和穩定,就能保證產品質量。

在“開式”氣流場中(無氣流罩),負壓越大,這個旋轉流場的范圍也就越大,在靠近須條周圍最強,越向外層越弱。實際上只要中央氣流有足夠的強度能完成纖維的集聚就夠了,外層的氣流是無效的,但是它能保護內層有效旋轉氣流的穩定,不受外界氣流的干擾(干擾氣流主要是循環清潔吹風和人工清潔工作)。

因此K45的“導流板”應該叫做“氣流罩”更為確切,它使集聚區空間和車間大空間隔離。

在第15屆上海國際紡機展覽會上,立達展出了K46細紗機的集聚紡部件模型。除了吸鼓的形狀和尺寸還是保留原樣以外,吸風插件、氣流導向器(元件)都作了很大的改進。其吸氣插件(“Bright”)上的集聚槽沒有斜度,出風口縮小了一半還多,可能是為了減小結合處的面積而減少泄漏,見圖4。 

圖4 K46細紗機的集聚紡部件模型

導流器改變最大的是那種簡單的“頂孔”形式,變成了由兩片透明有機玻璃單片相互插入的組合體,進氣通道也改為“迷宮”式的方向相反的兩個斜長孔??諝膺M入要經過一個“曲折”的通道,但是其通道的截面積相對網格圈還是大很多的,因而空氣阻力也相對小得多。據稱,其吸鼓的大斷面空氣通道,結合新型導流器,顯著降低了能耗,可以節省17%的能源消耗。而整個節能集聚紡裝置(包括風道),節能高達63%。導流器覆蓋了集聚區域,合理地引導氣流,使氣流穩定地通過集聚區,不受外界氣流的干擾,保證集聚纖維所需的空氣流量最小,再結合大截面的風道保證了低能耗率,見圖5。 

圖5 K46細紗機的導流器

導流器的“過濾”作用,一是防止空氣中的灰塵和纖維顆粒進入;二是氣流通過“曲折”通道,使之穩定地進入集聚區空間到達吸氣插件,在集聚空間形成“環狀氣流”。須條纖維在環狀氣流中被優化整合,其結果是纖維在全部集聚區間內得到充分集聚。

吸風鼓式集聚紡系統不需要太多的日常維護和清潔工作,運轉高效,其導流器還具有質量監督功能,空氣導向元件可以“檢測”安全運行,并監測質量。

盡管導流器過濾了氣流,但是有時還會積累灰塵而影響正常的集聚區氣壓。當負壓值達到設定的臨界值時,導流器上的紅指示器發出警告,表明該集聚紡裝置必須清洗,見圖6。 

圖6 導流器上的紅指示器

這就給所有紡紗單元提供了附加安全的質量監控功能,如有集聚不良情況,可以立即被發現。

節能的另一個措施是單一管道系統(集聚紡和吸棉笛管公用一套吸風管道)降低能耗。

立達專利節能吸棉笛管不同于傳統的“鴨嘴”形吸風口,將原來長方形的吸風口改成了圓形,從側面吸入,大大減小了吸風口的面積,節能效果比后者又有所改進,見圖7。 

圖7 立達專利節能笛管
總之,立達集聚紡的節能措施包括:
(1)在加捻前的集聚區內將外露的長毛羽用旋轉氣流“捻入”須條主體,因此只需要用很少的能量,“搬動”幾根毛羽(有效功)就可以了。

(2)旋轉氣流的產生依靠集聚槽的傾斜。但是,不利因素是氣流需要推動須條橫向移動,增加了能量消耗。

(3)在開放式的氣流場中,中心部位的“有效旋轉氣流”必定要帶動周圍空氣,形成一個相對龐大的氣流團,增加了好幾倍的“無效”能耗。但是該無效氣流團可以“抵抗”車間大氣流動的干擾,保證中心旋轉氣流的穩定。從這一點來說,它還是“有效”的。而立達集聚紡采用“氣流罩”的方式將有效旋轉氣流與車間大氣“隔離”,讓旋轉氣流局限在集聚區狹小的空間內,可以明顯地降低能耗。

(4)氣流罩的設計順應旋轉氣流方向,使氣流平穩地進入集聚區,既有利毛羽被捻入,又使能量消耗降低。因為這樣集聚槽可以不傾斜(或很小傾斜),須條不需要有橫向移動,可以減少能量消耗。

(5)立達抽吸鼓式氣流集聚紡裝置由于在整個氣流通道中沒有“大風阻”元件(例如網格圈),因此在保證流量的情況下,風壓可以有效降低。它將負壓吸風管道與和吸棉風管合一,加之風道的優化設計,消除或減小了每一個細小的無效能量消耗,因此才達到了較低的能耗水平。
參考文獻:
[1]沈曉來.立達 K 4 4緊密紡裝置主要元件的作用[J].上海紡織科技.2005.2.
[2]朱鵬,倪遠.緊密紡紗氣動凝聚結構的研究[J].棉紡織技術.2008.11.
[3]王超,謝春萍,蘇旭中.緊密紡集聚區氣流導向裝置的應用效果[J].棉紡織技術.2011.8.
[4]RETER樣本,K46 Compact Spinning Machine——For fully-compacted yarns with lowest energy consumption
(責任編輯:小編)
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