化纤长丝设备中丝束环吹风冷却理论探讨与应用
科技成果——合成纤维熔纺长丝环吹冷却技术
科技成果——合成纤维熔纺长丝环吹冷却技术适用范围纺织行业化学纤维生产企业行业现状合成纤维熔纺长丝生产过程中，冷却工序的平均耗能为2000kWh/t丝，制冷风机组的装机容量平均在600kW左右，开机半年时间，单台耗电约260万kWh。
通常的侧吹冷却风速一般为0.5m/s，而环吹冷却只需0.3m/s，同时出风面积也比侧吹冷却大2倍。
目前应用该技术可实现节能量4万tce/a，减排约11万tCO2/a。
成果简介1、技术原理该技术采用高均匀低能耗性环吹冷却装置和技术，不但解决侧吹的不利因素，减小各丝束之间冷却差异，并且与适纺超细纤维的纺丝、卷绕工艺技术以及精密卷绕设备与技术相结合，使纺丝机纺出高品质的超细纤维。
可在φ85mm的喷丝板上纺出144f、0.5dpf以下的超细纤维，对多孔细旦纤维具有极佳的可生产性和高品质。
2、关键技术（1）适纺超细纤维的纺丝、卷绕工艺技术；（2）低能耗的环吹冷却装置与技术；（3）精密卷绕设备与技术。
3、工艺流程外环吹风装置的结构：外环吹装置结构如图1所示。
该装置由1-吹风头箱、2-水平风道、3-限位传感器、4-水平风网、5-下风道、6-手动限位所组成。
图1 环吹风结构结构上：环吹风装置风道与水平的进风箱连接，风道从下到上依次设有过滤层和第一层多孔板；环吹风箱设置在进风箱上方，与进风箱之间还设有一水平多孔板；进风箱内设有若干导向筒座，环吹风箱内设有与导向筒座相同数量的风向整流筒，导向筒座与风向整流筒相接，风筒采用多孔板和若干层不同目数组合的不锈钢金属丝网组成。
保证各风筒之间和风筒内各区风压风速一致。
工艺流程：PET切片→熔融挤压（或直接纺）→精确计量→多孔纺丝→缓冷装置→均匀冷却（测吹风或环吹风）→均匀上油→多级牵伸→热辊定型→精密卷绕→涤纶丝饼。
主要技术指标本项目采用φ85mm风筒，有效吹风高度为145mm。
能纺制dpf ≤2de的涤纶纤维，对纺制0.3de≤dpf≤1.0de的多孔丝更有优势。
一种中心向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件[实用新型专利]
![一种中心向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0825206f3a3567ec102de2bd960590c69ec3d8f2.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2663441Y [45]授权公告日2004年12月15日[21]ZL 专利号200320108257.6[22]申请日2003.11.21[21]申请号200320108257.6[73]专利权人中国石化上海石油化工股份有限公司地址200540上海市金山区金一路48号[72]设计人李丽 顾家耀 程川 唐天齐 姚剑豪 林桦 [74]专利代理机构上海东方易知识产权事务所代理人沈原[51]Int.CI 7D01D 5/088权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页[54]实用新型名称一种中心向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件[57]摘要一种由内向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件，包括上盖板、导流板、分配板和喷丝板等，分配板底圆锥面与喷丝板顶锥面形成夹角为α空隙，所述的分配板上导流孔以同心圆斜式排列，所述的导流孔流出口中心距离小于导流孔流入口中心距离。
该熔融纺丝组件克服了传统中心向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件中不同径向尺寸上的聚酯熔体不能均匀一致地分配到孔呈环状分布的喷丝板上及聚酯熔体停留时间差异大的缺陷，提高了纤维的品质以及可纺性。
尤其在生产高粘度聚酯熔体时，效果更显著。
200320108257.6权 利 要 求 书第1/1页 1、一种中心向外环吹风冷却形式的熔融纺丝组件，包括组件壳体、上盖板、导流板、分配板和喷丝板等，分配板的中心区域底表面为圆锥形，喷丝板中心区域顶表面对应于分配板的锥形表面，两圆锥形的表面之间形成一空隙；喷丝板中心区域为无孔区，纺丝孔呈环状分布在其周边区域，其特征在于所述的分配板底圆锥面与喷丝板顶圆锥面形成夹角α空隙；所述的分配板上导流孔以同心圆斜式排列，所述的导流孔流出口中心距离小于导流孔流入口中心距离。
2、根据权利要求1所述的熔融纺丝组件，其特征在于所述的分配板底圆锥面与喷丝板顶圆锥面形成夹角α为2～20°。
多孔细HPETFDY环吹风冷却改造及生产工艺探讨
在纺 制 多孔细 旦丝 时 ，喷丝孔 径 的选用是 十
分 重要的 ，喷丝孔径对 多孔超 细旦复丝的可纺性影
响很大 。在高速纺 丝条 件下 ，伸展聚酯大分子的松
—
弛 时间为 １一Ｓ ０ｓ ，为 了取 得大分 子的净伸展 或取向 效果 ，熔体 的剪切速率必 须达 到 １４ 数量级 。关 ０ｓ 于剪切速 率有如 下关 系式 ｆ ｌ ｌ 。
Ｓ ＝ 盯 Ｒ ４ 。 （） １
式 中 ：Ｓ Ｒ为剪 切速 率 （一 ，高速 纺 一般 控制在 ｓ）
（ ３ ｌ － 为每个孔吐出量 Ｕｓ； 为喷丝 １ ）ｘＯ Ｓ；Ｑ ～ ｌ ）ｒ 孔毛细孔 半径 （ｍ ；ｄ ｃ ） 为熔体密度 （ｃ 。，一般 ｇ ｍ） ／
取 值为 １ ８ｇ ｍ 。 ． ｃ 。 １ ／
中图分 类号 ：Ｔ ３２ １ Ｑ４． ２
文献标 识 码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１０ — ０４ （００ ６ ０３ —３ ０ １７ ５ ２ １）０—０ ７０
随着 化纤 市场 的迅 速发 展 ，市 场 对 多孔 细旦
Ｐ ＴＦ Ｙ丝 的需求 日益 增 加 ，我厂 长 丝装 置 原 没 Ｅ Ｄ
对 吹风装 置的要 求也越来越高 ，环吹模式 就成了开
士 ＭＡ Ｇ公 司的 设备 ；纺 丝卷 绕部 分 采用 日本 东 Ａ 丽公 司的设备和技术 ，其 中纺 丝箱体 由北京 中丽公 司制造 ，卷绕机 由东丽 公 司制造 ，型号 ：Ｔ ７ ６ ｗ一 １／ ８４ Ｂ — ． 。冷却形式 由侧吹风改造成环吹风 。 ５ １ 设备改造 ． ２ 在 以往 的常 规纤 维生 产 过程 中 ，由于 喷丝 板
图 １ 冷 却吹 风装 置 比较
ｂ
（ ａ侧吹 风装 置 。ｂ环 吹风装 置 ）
一种化纤生产过程中的化纤丝冷却装置[实用新型专利]
![一种化纤生产过程中的化纤丝冷却装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a505fb955acfa1c7ab00cc33.png)
专利名称：一种化纤生产过程中的化纤丝冷却装置专利类型：实用新型专利
发明人：陈桂雄
申请号：CN201520985520.2
申请日：20151202
公开号：CN205258678U
公开日：
20160525
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种化纤生产过程中的化纤丝冷却装置，包括传送装置、喷淋装置以及储水装置，传送装置包括主动轮、从动轮以及设置在所述主动轮和从动轮之间的网状传送带，且传送装置的一端与进料装置相连，另一端与出料装置相连；储水装置设置在传送装置的下方；喷淋装置包括喷淋支架、水泵、喷淋管，喷淋支架为中空管，水泵的进水端与储水装置相连，水泵的出水端与喷淋支架的一端相通，喷淋支架的另一端与喷淋管相通，喷淋管上开设有若干个喷淋孔。
在使用时，将化纤丝通过进料装置运送到传送带上，然后开启喷淋装置，喷淋管喷出水，用于冷却传送带上的化纤丝，冷却后的水进入到储水装置中进行收集，循环使用，节约用水。
申请人：广东宝汇环保科技有限公司
地址：514400 广东省梅州市五华县水寨镇工业区
国籍：CN
代理机构：深圳市千纳专利代理有限公司
代理人：杨建新
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化纤长丝设备中丝束环吹风冷却理论探讨与应用
化纤长丝设备中丝束环吹风冷却理论探讨与应用王 辉(北京中丽制机工程技术有限公司100025)摘 要 建立物理模型对环吹风设备中丝束冷却理论进行探讨,认为环吹风可满足丝束冷却要求。
提出环吹风风速应用范围,环吹风适纺产品品种范围,环吹风中喷丝板布孔规则。
关键词 流体力学 热能平衡 熔丝直径 气流场和温度场 风速范围 适纺范围 喷丝布孔1 前言熔融纺丝时,熔体从喷丝板的毛细孔喷出,经冷却、拉伸最后凝固成丝条。
从喷丝板面到卷绕部分可将纺程分成三个部分,即流动形变区、取向结晶区和塑性形变区,丝条凝固过程相当复杂,在沿纺程各质点,其运动速度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构都在不断发生变化,而这些因素又是相互影响。
由于熔体温度较周围空气温度高很多,微细旦丝条又极为细嫩,对外界环境极为敏感,因此环境变化会立即影响到初生纤维质量的均匀性,如纤维的强度、伸长性能。
而熔体本身的不均匀,纺丝温度的波动,泵供量的波动,卷绕速度的变化和冷却成型条件是非常重要的因素。
由于空气的状态和流动很容易变化,随着纺丝技术向微细旦多孔高速方向发展,冷却成型装置的设计和控制显得尤为重要。
交流接触器、低压断路器、接线端子、按钮、指示灯等低压电器均选用国内名牌大厂的产品,以保证整个系统安全、稳定、可靠的运行。
图1 电气控制系统硬件配置3 软件设计PLC 软件设计主要根据气流纺的控制过程而进行,程序部分包括主程序和3个子程序。
3.1 主程序主程序用于初始化数据,逻辑功能控制,以及子程序的调用。
3.2 参数设定和参数显示子程序可根据需要设定满筒长度、棉条号数、所纺纱线号数;设定转杯电动机的Y -Δ启动转换时间;根据工艺要求,设定控制电磁离合器、电磁制动器动作的延时时间。
可根据要求显示左右转杯的转速,左右分梳辊的转速,引纱卷绕速度,给棉速度,纱线的捻度和牵伸倍数以及每班的班产量。
3.3 点动调试子程序该子程序主要用于整机安装的调试阶段和故障发生后的诊断阶段。
涤纶POY
维 短纤维拉伸性能试验方法》 , 采用 YG023B-II
型强伸仪测试。
条干不匀率:按照 GB / T 14346—2015 《 化学
纤维 长 丝 条 干 不 匀 率 试 验 方 法 电 容 法》 , 采 用
USTER TESTER 5 型条干仪测试。
毛丝降等率:按照 GB / T 4146. 3—2011《 纺织
缓冷加热器温度的变化曲线
Fig. 3 Curves of yarn unevenness CV value of polyester
composite filament versus heat-retarder temperature
2. 2. 2 无风区高度
对于多孔丝产品,如果熔体细流在挤出喷丝
艺参数见表 1。
PET 熔体 → 静态混合器 → 纺丝箱体 → 计量泵 →
POY 导丝
响了涤纶 POY / FDY 复合丝成品的质量。 为了解
纺丝组件 → 环吹风冷却 → 上油 → ê
冷却方式,以两对热辊拉伸生产 135 dtex / 128 f 涤
合股网络器 → 主网络器 → 卷绕成形 → 检验包装
280 ~ 310
缓冷加热器温度 / ℃
冷却风压力 / Pa
260 ~ 310
-1
第一热辊速度 / ( m·min )
第二热辊速度 / ( m·min -1 )
上油率 / %
30 ~ 40
850 ~ 880
3 000 ~ 3 050
拉伸倍数
0. 5 ~ 0. 6
3. 3 ~ 3. 6
93
质量小,是成形过程中最薄弱环节,非常容易受到
品 化学纤维 第 3 部分:检验术语》 外观要求进行
环吹风冷却法生产PBT毛刷丝的工艺研究
环吹风冷却法生产PBT毛刷丝的工艺研究司徒建崧;李雪梅;郭铭信;林海;王增喜【摘要】探索了环吹风冷却法生产单丝直径0.05~0.08 mm PBT毛刷丝的工艺技术,研究了与之相对应的纺丝工艺条件。
研究结果表明,当采用90孔喷丝板,卷绕速度600 m/min,生产单丝直径0.06 mm (相当于48 dtex)的PBT刷用丝时,环吹风速为0.3~0.5 m/s,环吹风温为15~20益,环吹风湿度为60%~70%。
为加强丝条的冷却速率,采用增加雾化冷却装置的方法来提高冷却介质的传热效率。
%Researched the processes of brush fiber production by circular blow cooling method, the corresponding spinning conditions were also discussed. Results show that, when product 0. 06 mm ( 48dtex ) PBT brush fiber in 90 hole spinneret and 600 m/min winding speed, the corresponding air cooling conditions are wind speed 0. 3 ~ 0. 5 m/s, wind temperature 15 ~ 20 ℃, wind relative humidity 60 ~70%. To enhance the cooling rate, water atomization cooling device can be used to increase the cooling media’s heat transfer efficiency.【期刊名称】《化纤与纺织技术》【年(卷),期】2016(045)002【总页数】4页(P1-4)【关键词】毛刷丝;聚对苯二甲酸丁二醇酯;环吹风冷却;纺丝工艺【作者】司徒建崧;李雪梅;郭铭信;林海;王增喜【作者单位】广东省化学纤维研究所，广东广州510245;广东省化学纤维研究所，广东广州510245;广东省化学纤维研究所，广东广州510245;广东省化学纤维研究所，广东广州510245;广东省化学纤维研究所，广东广州510245【正文语种】中文【中图分类】TQ342.2进入新世纪以来，较细刷毛丝的市场潜力引起刷毛行业的广泛注意，特别是合成纤维的性能多样性和可加工性使其在化妆毛刷和各种笔类用途方面开始全面替代动物毛的使用，大大推动了较细刷毛生产的快速发展[1]。
化纤侧吹风技术方案
化纤侧吹风技术方案1. 引言化纤侧吹风技术是指在化纤生产过程中，使用一种特殊的吹风技术，将高温气流侧向吹向纤维产生加热、蒸发、烘干等效果，以提高生产效率和质量。
本文档将介绍化纤侧吹风技术的原理、应用范围、工作流程以及相关的技术参数和注意事项。
2. 技术原理化纤侧吹风技术使用高温气流对纤维进行加热和蒸发的原理是将热空气通过侧向出口喷向纤维，使纤维表面产生高温和纤维内部产生蒸汽。
通过调节喷嘴的角度、气流速度和温度等参数，可以控制纤维的加热和蒸发效果。
这种侧吹风技术可以提高加热均匀性、加速纤维干燥速度、减少纤维结块等现象。
3. 技术应用化纤侧吹风技术广泛应用于化纤生产过程中的各个环节，例如聚合、纺丝、拉伸、卷绕等。
通过对不同工艺环节的侧吹风技术的应用，可以实现以下几个方面的优化：•加热均匀性：由于侧吹风技术可以将热空气均匀地喷向纤维，因此可以提高纤维的加热均匀性，减少产生结块或不均匀加热的现象。
•干燥速度：通过侧吹风技术可以加快纤维的干燥速度，提高生产效率。
•减少纤维拉断风险：纤维在拉伸过程中容易发生断裂，通过侧吹风技术可以控制纤维表面温度，减少拉断的风险。
•提高纤维质量：侧吹风技术可以减少纤维结块和气泡等缺陷，提高纤维的质量。
4. 技术工作流程化纤侧吹风技术的工作流程主要包括以下几个步骤：1.设定技术参数，包括喷嘴的角度、气流速度和温度等。
2.启动侧吹风系统，将热空气通过侧向喷嘴喷向纤维。
3.监控纤维的加热和蒸发效果，根据需要进行调整。
4.完成加热、蒸发或干燥等工艺环节后，停止侧吹风系统。
5. 技术参数与注意事项化纤侧吹风技术的实际应用中需要注意以下几个技术参数和注意事项：•喷嘴角度：喷嘴角度的大小会影响热空气的喷射范围和喷射速度，需要根据具体工艺来进行调整。
•气流速度：气流速度会影响纤维表面的受热和纤维内部的蒸发效果，需要根据不同工艺环节进行调整。
•温度控制：温度控制是非常重要的，需要根据纤维的材料和工艺要求来设置合适的温度范围。
0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置[实用新型专利]
![0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7433a829fe00bed5b9f3f90f76c66137ef064f4a.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 201386150Y[45]授权公告日2010年1月20日专利号 ZL 200920115191.0[22]申请日2009.03.12[21]申请号200920115191.0[73]专利权人桐乡市中驰化纤有限公司地址314513浙江省桐乡市洲泉镇中驰工业园区[72]设计人赵春财 沈健彧 [51]Int.CI.D01D 5/092 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页[54]实用新型名称0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置[57]摘要本实用新型所设计的0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置，主要包括整流圆筒组固定箱体圆筒组、圆筒组固定箱体和风速递增管三部分，整流圆筒组固定箱体圆筒组与风速递增管连接，整流圆筒组固定箱体圆筒组与圆筒组固定箱体上的孔配合并设置在圆筒组固定箱体上方，在圆筒组固定箱体下方、整流圆筒组固定箱体圆筒组一侧设有进风口，且所述的整流圆筒组固定箱体圆筒组由外层圆风筒、中风筒和内层风筒层套而成。
本实用新型所得到的0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置，内部的风速高，大大的提升了风在丝束间的穿透能力。
同时还具有结构简单、清洗周期长、产品品质优、能耗低、制作成本低的特点。
200920115191.0权 利 要 求 书第1/1页1.一种0.5dpf～6.0dpf长丝环吹风冷装置，主要包括整流圆筒组固定箱体圆筒组(1)、圆筒组固定箱体(2)和风速递增管(3)三部分，其特征是所述整流圆筒组固定箱体圆筒组(1)与风速递增管(3)连接，整流圆筒组固定箱体圆筒组(1)与圆筒组固定箱体(2)上的孔配合并设置在圆筒组固定箱体(2)内，在圆筒组固定箱体(2)上整流圆筒组固定箱体圆筒组(1)一侧设有进风口(4)，且所述的整流圆筒组固定箱体圆筒组(1)由外层圆风筒(1-1)、中风筒(1-2)和内层风筒(1-3)层套而成。
长丝生产中侧吹冷却和环吹冷却的异同点
长丝生产中侧吹冷却和环吹冷却的异同点长丝生产中侧吹冷却和外环吹冷却的异同钱荣春我们的间接纺丝的工艺流程为：切片输送-切片干燥-熔融挤出-过滤分配-熔体纺丝-冷却成形-丝束上油-卷绕成形。
冷却成形是长丝生产的重要过程之一，冷却条件是固化过程的决定因素，强烈地影响长丝的结构和纺丝线上的各种分布，是一系列不均匀的根源。
熔融纺丝时，熔体从喷丝板的毛细孔喷出，经冷却、拉伸最后凝固成丝条。
从喷丝板面到卷绕部分可将纺程分成三个部分，即流动形变区、取向结晶区和塑性形变区，丝条凝固过程相当复杂，在沿纺程各质点，其运动速度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构都在不断发生变化，而这些因素又是相互影响。
如果按照冷却介质（空气）吹出的方向分：横吹和竖吹。
横吹分为侧吹和环吹。
竖吹分为顺流和逆流。
目前比较常用的是横吹中的侧吹和环吹（常指外环吹），下面我们具体介绍。
（一）侧吹：熔体细流被冷却风从丝束的一侧吹过，结构简单，操作方便，有很高的冷却强度，但冷却强度不均匀（属于不均匀冷却）；出风口附近冷却强度远高于远离出风口处，造成同一截面内温度不均匀（即迎风面和背风面存在较大的差异）；最大气流速度受到限制。
因此适宜于孔数少的长丝冷却和采用矩形喷丝板纺丝的冷却型式，或者是有方向性的异型喷丝板丝条的冷却。
为了减小气流的紊乱程度，在侧吹风装置上设置过滤网，试验表明通过降低金属网的细度能很好的降低湍流。
最好是将几层金属网叠起来使用，即形成整流层。
改善湍动的程度仅取决于所用网的层数，使用时，各层丝网应交错一个锐角，以防止发生干扰现象。
图1.侧吹风装置1.照明灯；2.导丝器；3.排风门；4.单体吸附装置；5.喷丝板；6.气室；7.整流层；8.风道侧吹冷却的示意图（二）侧吹的工艺条件对丝束成形的影响：⑴风速：它对纤维的成形影响最大，这是由于空气的导热系数低，致使熔体细流与周围空气的换热效果主要决定与空气的给热系数α。
试验证明在离喷丝板不远处，熔体细流的冷却成形，α主要受冷却风速的影响。
外环吹装置在化纤长丝设备中的应用
｛
— — 一 — —
＿ １ 一
．
ｒ
ｌ
Ｉ
Ｉ １
ｌ
ｌ
目前在化纤设备中， 丝束冷却成形 的方式主要 有侧 吹风 、 外环 吹 风 和 中心 环 吹三 种 。而 在长 丝 设
． ．．．
＿ ＿ Ｌ
备 中多 以侧 吹风装置 为主 。外环 吹风和 中心环 吹主
质， 具有 节省能 源 ， 减小 位距 的特点 。
图 １ 外环吹吹风冷却示意图
在 图 １中可 以看 到 ， 在外 环 吹 中风 向整 流筒 由
过滤网筒 、 圆筒形多孔板和硅海绵橡胶密封环组成 ， 冷却风从丝束外周向中心吹 。在喷丝板至有效吹风 区间可设置无风区， 以降低纺线张力 。当泵供量小 ，
匀性差 。特别是在纺多孔 细旦丝时， 每根丝冷却差 异大 ， 丝束品质受 到很大影 响， 严重时导致纺丝失 败。外环吹冷却方式 ， 改变了以往的单 向大面积吹
显优势 ， 但是其吹出的冷却风 ， 在到达丝束 中间时 ， 存在风速降低 ， 冷却效果减弱的现象 ， 这就要求喷丝 板设计时 ， 孔的分布做相应考虑 ， 以提高丝束冷却均
６ ・ 品应用 － ６ 产
纺织机械
２１ ００年第 ２期
外环 吹装 置在 化 纤长 丝设 备 中 的应 用
裴 龙
（ 北京 中丽制机工程技术有 限公 司 １ １ １ ） ０ １ １
摘
要 阐述外环吹 风 系统 的特 点和结 构 ， 分析 了外环 吹风装 置结构 上 的合理 性和 新的发展 空 间。 细旦 丝 外环吹 双排
利 进行 。 ３ １ 外 环吹 风装 置的 结构 ． 外 环吹装 置结 构如 图 ２所示 。
涤纶长丝侧吹风空调节能技术回顾与探讨
－１ ・ ７
２ 世纪 ８ 年代末 ， 国有些空调制造厂， ０ ０ 我 在有
如果按最大送风量 ２ ０ ／ 计算 ， ０８ ｈ ０ 不考虑送 风经旁通闽返回的混合作用 ， 各换热器 的运行参数 分别为 ： 一次加热器进 出口风温 一 ｆ ４５℃ ； 二次加热
２ 世纪 ８ ０ ０年代初 ， 国各省市兴起 了一股争 我 上涤纶长丝项 目的热潮。由于丝束冷却技术对丝束
器、 表冷器 、 喷淋室、 再加热器 、 送风机 、 精过滤器、 旁 通管以及控制仪表等部件组成， 见图 ｌ 。
三
圈 ｌ
粗、 精过滤器按 Ａ Ｈ Ａ ｓ Ｒ Ｅ标准 ５ —７ 制造 ， ７ ６ 捕
捉率分别为 ９ ％和 ９ ．％， ５ ９９ 效率分别是 ５ ％ ～ ５ ５ ６％
霰 管 磊 暴 ９年 ｔ 工师高工师 西 纺 工 科设 院３９ 翥 螽 ；∈ ４ 生 总 程 、 程 ・ 省 织 业研 计 ，０ 副 级 江 ３２ ０
维普资讯
建 筑热能 通风 空调
维普资讯
２０ 年 第 ２期 ０２
涤 纶长 丝 侧 吹风 空 调 节 能 技 术 回顾 与探 讨
万仁 里
（ 江西省纺织工业科研设计院 ）
【 摘要 】 顾回 了我国涤纶长丝倒吹风 空调 系统的发展历程 ， 分析了三个典型系统的能耗情况
指 出了倒 吹风 与卷绕 组合 空调 系统 是创新 与 节能 系统。
质量的重要性 以及对其认识 的肤浅， 我们 只有走全
套 引进 的路 子 。当 时 的 Ｕ ＷＡ Ｌ Ｇ和 Ｋ ＡＶＺ等 ｄ 、Ｔ Ｒ １Ｉ 公 司是我们 引进设 备的主要 几家 生产 厂商。 １８ ９３年 ， 涤纶 长丝 工程 中 引进 了 ＬＧ公 司的 某 Ｔ
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化纤长丝设备中丝束环吹风冷却理论探讨与应用王 辉(北京中丽制机工程技术有限公司100025)摘 要 建立物理模型对环吹风设备中丝束冷却理论进行探讨,认为环吹风可满足丝束冷却要求。
提出环吹风风速应用范围,环吹风适纺产品品种范围,环吹风中喷丝板布孔规则。
关键词 流体力学 热能平衡 熔丝直径 气流场和温度场 风速范围 适纺范围 喷丝布孔1 前言熔融纺丝时,熔体从喷丝板的毛细孔喷出,经冷却、拉伸最后凝固成丝条。
从喷丝板面到卷绕部分可将纺程分成三个部分,即流动形变区、取向结晶区和塑性形变区,丝条凝固过程相当复杂,在沿纺程各质点,其运动速度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构都在不断发生变化,而这些因素又是相互影响。
由于熔体温度较周围空气温度高很多,微细旦丝条又极为细嫩,对外界环境极为敏感,因此环境变化会立即影响到初生纤维质量的均匀性,如纤维的强度、伸长性能。
而熔体本身的不均匀,纺丝温度的波动,泵供量的波动,卷绕速度的变化和冷却成型条件是非常重要的因素。
由于空气的状态和流动很容易变化,随着纺丝技术向微细旦多孔高速方向发展,冷却成型装置的设计和控制显得尤为重要。
交流接触器、低压断路器、接线端子、按钮、指示灯等低压电器均选用国内名牌大厂的产品,以保证整个系统安全、稳定、可靠的运行。
图1 电气控制系统硬件配置3 软件设计PLC 软件设计主要根据气流纺的控制过程而进行,程序部分包括主程序和3个子程序。
3.1 主程序主程序用于初始化数据,逻辑功能控制,以及子程序的调用。
3.2 参数设定和参数显示子程序可根据需要设定满筒长度、棉条号数、所纺纱线号数;设定转杯电动机的Y -Δ启动转换时间;根据工艺要求,设定控制电磁离合器、电磁制动器动作的延时时间。
可根据要求显示左右转杯的转速,左右分梳辊的转速,引纱卷绕速度,给棉速度,纱线的捻度和牵伸倍数以及每班的班产量。
3.3 点动调试子程序该子程序主要用于整机安装的调试阶段和故障发生后的诊断阶段。
4 结语气流纺的电气控制系统,通过改进设计后采用了可编程控制器PLC 作为核心控制单元,中文文本显示器TD200作为人机交互界面,同时对给棉电动机和引纱卷绕电动机采用了变频调速技术,使整个电气控制系统具有自动检测,纱线断头自停,工艺参数动态设定和自动显示,生产数据自动处理和通信等功能,使整机的电气控制水平得到了很大的提高。
目前在化纤长丝纺丝中丝条的凝固冷却,一般采用侧吹风冷却。
日本TM T 、德国Barmag 推出了具有国际先进水平的细旦纤维外环吹冷却装置,使从喷丝板纺出的丝以最省的能耗达到最佳的冷却效果。
由于吹风面积和供风量仅为侧吹风方式的1/5,大大节约能量。
因其吹风方向为周向而不是一排,纺丝组件可双排排布,使得纺丝位距减小,可依靠卷绕位距排布纺丝设备,便于模块管理,节约厂房、设备及公用工程投资,纤维品质大大提高。
外环吹风结构在外径85mm 的喷丝板上纺出288孔以上的细旦丝,可纺制高质量单丝纤度0.3dpf 的多孔超细旦丝。
2 环吹风理论及讨论要保证单丝有均匀的纤度、结晶度和取向度,应保证每根单丝有相同的冷却条件。
传统使用的侧吹风形式,因其冷风是从很大面积的风网上吹向远离出风面的几束纤维,浪费了很多能量。
因冷风从丝束近风网处穿过丝束吹向远风网处,出风口附近冷却强度高于远离出风口处,同一截面丝束冷却条件不同。
尤其是纺制聚合物热量较高的纤维或根数较多的多孔丝时,丝束散逸热量很大,近风网与远风网处风温差异很大,造成同一截面每根丝冷却差异较大,初生纤维质量的均匀性差。
外环吹冷却方式因其冷风由丝束外侧周向均匀地吹向环状排布的丝束中心,出风面与丝束距离很近,极好的利用了能量。
同时由于冷风不需穿过多根纤维,空气温升较小,各丝束冷却条件相近。
图1 环吹风结构设计外环吹风结构如图1所示,在丝束固化点前(即冷却长度范围内),是熔体细流向初生纤维转化的过渡阶段。
喷丝板至出风区是初生纤维形成的主要区域。
当冷风自外向内吹时,丝束在完成向下运动的同时向风筒中心飘动,因这时丝束还未完全冷却,风速过大,丝与丝之间会因相互接触会产生粘连并丝现象,当冷风吹向丝束时,由于热交换,风筒中心空气温度上升,中心丝束的冷却效果就会大大减弱。
风筒的高度越短,操作越方便,但过短会造成冷却不全,影响纺丝生头。
因此,选择适当的风筒长度、风速及喷丝板排布等参数并加以控制是化纤工程中的重要研究内容。
为找到合适的外环吹风设计参数,特建立物理模型,对环吹风筒风流场和温度场进行研究。
2.1 试验参数图2 喷丝板布孔图图3 环吹风计算结构图按照板径95mm 纺83dtex/192f PO Y 长丝设计基本参数如下:风筒度:92mm ;风筒内径:95mm ;无风区长度:46mm ;喷丝板微孔直径:0.16mm ;喷丝板口出丝速度:0.1m/s ;卷绕速度:45m/s ;单丝直径:0.006mm ;喷丝板表面温度:280℃;环吹风进风温度:20℃;环吹风进风速度:0.35～0.6m/s ;喷丝板丝束排布:192孔四层环状排布:第一圈:直径76mm 周向排布52孔;第二圈:直径68mm 周向排布52孔;第三圈:直径60mm 周向排布52孔;第四圈:直径52mm 周向排布36孔。
见图2、图3所示。
2.2 物理模型2.2.1 低速空气按不可压缩流体运动处理。
2.2.2 纤维丝束和气流间的相互作用采用阻力元和热元近似。
2.2.3 丝束向下运动过程中,温度逐渐降低,纤维放热等于空气吸热。
2.3 控制方程对于稳态纺丝,根据流体力学原理和热能平衡原理,计算公式为:9V 9t+V · V =-1ρ p +ν△V -β(T (z )-T a )g +f9T9t +V · T =-k △T +q 式中:f ———丝束阻力元体积强度;q ———丝束热源;ν=1.49×10-5m 2/s ;k =1.49×10-5m 2/s ;β=1/T (z )k 。
2.3.1 边界条件喷丝板:T =553K ,V =0无风区:9T9r=0,V =0风筒内壁:T =553K ,筒壁径向速度V r =0.35～0.6m/s ,其他速度分量等于零。
风筒出风口:9T 9x =0,9V9x=02.3.2 计算参数 横向阻力元:δf =C D ρU (z )22d (z )δ(z )C D =C D (Re d (z )),Re d (z )=U (z )×d (z )ν轴向阻力元:δf =C f 12ρ[V s (z )-U (z )]2·πd (z )δzC f =K (Re d )n ,K =0.37,n =-0.61热源体积强度:q =α[T s (z )-T]·(πd )ΔA图4 丝条直径分布图图5 丝条速度分布α=1.74[V s (z )A s (z )]0.259[1+(8U (z )V s (z ))2]0.167丝条直径分布:d (z )=d oe -47.5857(0.184-z)d 0=0.16mm ,d L =0.006mm ,L =0.184mm丝条速度分布:根据丝条质量连续方程ρS (z )V S (z )[d (z )]2=ρs o V SO d 2V S (z )=ρs0V s o d 2ρS (z )[d 0e-47.5857(0.184-z )]2=0.1e 88.5398(0.184-z)2.3.3 计算参数图示丝条直径和速度之间关系按熔丝体积不变原则,假定熔丝直径变化的规律,计算熔丝直径。
丝条的直径及速度分布如图4、图5所示。
2.4 数值计算及讨论采用有限体积法将丝筒内空间划分为网格,请清华大学工程力学系湍流实验室对风速0.35～0.6m/s 时各参数进行计算:风速0.4m/s 时,喷丝板底部及出风筒面气流温度分布如图6、图7所示。
喷丝板底部及出风面气流速度分布如图8、图9所示。
图6 喷丝板底部气流温度分布图7 出风筒面气流温度分布图8 喷丝板底部气流速度分布图9 出风面气流速度分布从图8,图9可以看出:风速0.4m/s 风场比较均匀,不同层上单丝温度分布相同。
风筒顶部气流不十分均匀(图6,图7),经环吹区后风速逐渐均匀,出口截面的速度分布相当均匀。
结论:采用环吹技术,设定风筒高度为92mm 时,单丝6μm 的纤维可以在风速0.4m/s 时获得稳定气流场和温度场,丝束冷却条件一致,此直径丝束可得到充分冷却。
3 环吹设计参数讨论3.1 风速对丝条冷却的影响模拟111dtex/72f (对应单丝直径约14μm ,1.67dpf )和333dtex/72f (对应单丝直径约28μm ,6.67dpf )纺丝状况,采用2圈各36根丝布置方式,风筒长度184mm 和240mm ,风速0.4～0.8m/s ,建立模型,数值进行对比。
对83dtex/192f (对应单丝直径约6μm ,0.3dpf )风速0.35～0.6m/s 纤维冷却情况对比(图10):F -0.35m/s E -0.4m/s A -0.45m/s B -0.5m/s D -0.55m/s C -0.6m/s图10 直径0.006mm 纤维温度分布曲线可以看出喷丝板出口温度553K 风速在0.35～0.6m/s 变化风场基本均匀,风筒出口纤维温度为350～380K ,风速对纤维冷却影响不大。
对比单丝直径6μm 和14μm 不同纺速环吹气流温度分布图,说明随着丝束直径加大,丝束冷却需要的热能增加,风速亦增加才可达到相对稳定(图11)。
图11 不同风速下气流温度分布图一般说来,风速越小纤维抖动越小,但风速过小对空调要求越高。
因此,在保证冷却充足的条件下宜选用较小的风速,因此建议:对总纤度小于167dtex ,单丝小于1dpf 的纤维,可使用风速0.4m/s 。
对总纤度167～222dtex ,单丝1～2dpf 的纤维,可使用风速0.6m/s 。
3.2 环吹适纺范围的讨论风筒长度是决定环吹风的重要参数。
A -风速0.8m/s 纤维6.7DPFB -风速0.7m/s 纤维1.67DPFC -风速0.4m/s 纤维0.3DPF图12 不同直径纤维温度分布我们知道,涤纶玻璃化温度为69℃。
环吹结构的油嘴一般位于喷丝板下1～1.2m 处,丝束在此1～1.2m 的自然冷却中还可降温100～130℃。
因油嘴处丝束温度不应高于玻璃化温度,所以将油嘴处温度设为50～60℃。
在此条件下,丝束在环吹风出口处温度应小于150～190℃(423K ～463K ),这样才可完全满足纺丝冷却要求。
将此处温度设定为460K 。
对比图12可以看出:对单丝直径6μm ,(0.3dpf ),丝束在喷丝板下110mm 处即可达到设定温度,设定无风区为46mm ,风筒长度大于70mm 可满足冷却要求。