喷气引纬的原理

无梭织机喷气引纬的原理

喷气织机的引纬方法是用压缩气流牵引纬纱，将纬纱带过梭口。喷气引纬的原理早在1914年就由Brooks申请了专利，但直到1955年的第二届ITMA上才展出了样机，其筘幅也只有44cm。喷气织机真正成熟是在此二十多年之后。之所以经过这么长的时间，是因为喷气织机的引纬介质是空气，而如何控制容易扩散的气流，并有效地将纬纱牵引到适当的位置，符合引纬的要求，是一个极难解决的技术问题，直到一批专利逐步进入实用阶段，这一难题得到解决。

最近十几年，随着电子技术、微机技术在喷气织机上的广泛应用，其机构部分大大简化，工艺性能更为理想，在织物质量、生产率方面有了长足的进步。喷气织机已成为发展最快的一种织机。

在喷气织机的发展过程中，已形成了单喷嘴引纬和主辅喷嘴接力引纬两大类型。在防止气流扩散方面也有两种方式：一种是管道片方式，另一种是异形筘方式。由引纬方式和气流扩散方式的不同组合形成了喷气织机的三种引纬型式。（1）单喷嘴＋管道片

该型式引纬完全靠一只喷嘴喷射气流来牵引纬纱，气流和纬纱是在若干片管道片组成的管道中行进的，从而大大减轻了气流扩散。

（2）主喷嘴＋辅助喷嘴＋管道片

前一种形式的喷气织机虽简单，但因气流在管道中仍不断衰减，织机筘幅只能到190cm，故人们在筘座上增设了一系列辅助喷嘴，沿纬纱行进方向相继喷气，补充高速气流，实现接力引纬。

（3）主喷嘴＋辅助喷嘴＋异形筘

前两种形式的喷气织机每引入一纬，管道片需在引纬前穿过下层经纱进入梭口与主喷嘴对准，引纬结束后，需再穿过下层经纱退出梭口。由于管道片具有一定厚度，且为有效地防止气流扩散紧密排列，这就难以适应高经密织物的织造，加之为保证管道片能在打纬时退出梭口，筘座的动程较大，

也不利于高速。于是人们将防气流扩散装置与钢筘合二为一，发明了异形筘。异形筘的筘槽与主喷嘴对准，引纬时，纬纱与气流沿筘槽前进。由于这种引纬型式在宽幅、高速和品种适应性等方面优势明显，为喷气织机广泛采用。

一、喷气引纬原理

（一）射流的性质

压缩气流从圆形喷嘴射出时即形成圆射流，它具有“喷射成束”的特点，喷嘴喷出的气流速度为100～200m/s，当它们一旦接触周围空气时，靠近射流边界上的微团便要与相邻的静止空气发生混合，其结果是射流将自己的一部分动量传给周围的空气，使部分原来静止的空气被射流带动向前运动（称之为射流的卷吸作用），与此同时还使部分原来静止的空气获得较低的垂直于射流轴向的速度而

缓慢地运动（称之为射流的扩散作用），这种现象沿射流的行进方向一直发生下去，导致射流能量的逐渐耗散，速度越来越低，射流截面也越来越大。

图8-28所示为圆射流的结构图，图中Ｏ为射流的极点，射流以轴线ＯＸ为对称轴，并沿

图8-28 圆射流结构

边界ae和bf扩散成圆锥体，a、b之间的距离为喷嘴直径d0，α称为射流扩散角。在射流锥体中，除abc叫做射流的核心区外，其余部分叫做混合区，核心区内各点的流速相等，均等于喷口的流速v0，圆射流的扩散角一般为12°~15°，其核心区长度s0为：

式中：——喷嘴直径；

——喷嘴紊流系数，圆形喷嘴为0.07；

——实验常数，圆射流为0.035。

过了核心区之后的射流，在同一截面上速度分布的规律是越接近于轴线位置的速度越大，且射流轴线上的流速可用下面的经验公式计算：

式中：——距喷嘴出口为x处的射流中心点流速； <

——喷嘴出口处中心点流速；

——喷嘴紊流系数（因喷嘴特性而异）；

——喷嘴出口处直径。

若以单个主喷嘴引纬型式为例，喷嘴直径d0＝11mm，则射流轴线上的速度变化特征如图8-29所示，在核心区长度范围内，轴心速度相等，在这之后流速下降很

快，当x=360mm

图8-29 射流轴心气流速度的衰减

时，轴心的流速只有原来的，而在s=740mm处，只有原来的，难以满足引纬要求，需设置防气流扩散装置。

对于圆形喷嘴，可根据图8-28求出距喷口x处的射流截面直径dx的大小。由图中几何关系可得：

若α取中间值13.5°，则

以上讨论的是圆射流的特性，若气流从矩形或椭圆形孔口喷射出来，则称之为扁射流，它的结构特征和参数计算与圆射流不同，较为复杂。

在采用接力引纬的喷气织机上，主喷嘴和辅助喷嘴射流轴线之间呈一定夹角，两者的射流在合流时发生碰撞，为使两股射流碰撞后的能量损失小而利用率高，主喷嘴和辅助喷嘴之间的夹角应小些，使合流后的射流更有利于引纬。

（二）气流引纬时纬纱的受力

纬纱在射流的控制下运动，纬纱所受的射流牵引力为：

式中：——气流对纱线的摩擦系数（在0.025～0.033之间，根据纱线的表面性质确定）；

——空气密度（kg/m3）；

——作用在单元纱段上射流流速（m/s）；

——单元纱段的飞行速度（m/s）；

——单元纱段的直径（m）；

——单元纱段的长度（m）。

由上式可知，在其它条件相同时，Cf值愈大的纱线，气流对纬纱的摩擦牵引力也大。实验表明：空气阻力系数Cf与纤维种类、纱线表面的毛茸程度有关，如纤维表面光滑、纱身毛茸少的纱线的Cf

值较小，反之则较大。

上式中的πＤｄl是受气流牵引的纱线微段的表面积，表面积愈大，纱线受到的摩擦牵引力也愈大，即纱线直径粗时，纱线受到的摩擦牵引力大。纱线受到的摩擦牵引力，还与气流和纬纱的相对速度的平方成正比。在引纬开始时，气流速度很大，而纬纱处于静止状态，故两者的相对速度最大。随引纬的进行，气流速度因扩散作用越来越低，而纬纱速度越来越高，故气流和纬纱的相对速度下降，对应的纬纱所受的摩擦牵引力减小，但受气流牵引的纱线长度在增加，且增加得很快，两者增长的结果使Ｆ开始时迅速增加，经历一段时间后，Ｆ不再有明显的增加。

实际引纬时，纬纱除了受到气流的摩擦牵引力外，还受到阻力的作用，阻力主要是纬纱进喷嘴之前与导纱器的摩擦引起的。

在喷气引纬时，纬纱飞行速度的平均值已突破50m/min，纬纱飞行速度的大小和变化特征与引纬时气流速度的大小和变化特征密切相关。气流与纬纱速度的理想配合应为：纬纱飞行速度ｕ尽量接近ｖ，但又不超过ｖ，这样既能保证纬纱以高速飞行，缩短纬纱的飞行时间，又能保证纬纱挺直。在接力引纬的喷气织机上，由于气流能按需要得到及时补充，使气流速度的波动范围小，（ｖ－ｕ）的差值变化也小到更加理想的程度，如图8-30所示，从而为提

图8-30 喷气织机（ｖ－ｕ）的差值变化

高喷气引纬质量和增加引纬幅宽，提供了良好的条件。

二、喷气引纬的品种适应性

喷气引纬以惯性极小的空气作为引纬工质，并且引纬工质单向流动，因此织