滌綸長絲冷卻吹風裝置結構特點分析與發(fā)展探討

北京中麗制機工程技術有限公司 裴 龍/文

滌綸長絲冷卻吹風裝置結構特點分析與發(fā)展探討

北京中麗制機工程技術有限公司 裴 龍/文

文章分析了滌綸長絲不同結構的冷卻吹風裝置特點，探討了側吹風雙風道裝置的優(yōu)點和雙排外環(huán)吹風裝置的發(fā)展?jié)摿?，以及側吹風與外環(huán)吹風互換的可能性及發(fā)展情況，為化纖企業(yè)更換品種提供了優(yōu)良的裝置。

側吹風 外環(huán)吹風 多孔板 蜂窩整流板 整流筒 雙風道 雙排

1 概述

紡絲過程中，高聚物熔體以一定的流量從噴絲板孔噴出，在噴絲板與卷繞裝置之間被拉伸至需要的纖度并充分冷卻固化（如圖1），其中的冷卻固化裝置即為紡絲冷卻吹風裝置。通常的滌綸長絲的紡絲冷卻裝置大致可分為側吹風式和外環(huán)吹風式。無論側吹風還是外環(huán)吹風冷卻裝置，都是由過濾網(wǎng)板、整流板以及導流風道等組成。保證由冷卻吹風裝置中吹出的風平穩(wěn)、無雜質(zhì)，風速沿紡程可按工藝要求分布，滿足高品質(zhì)絲束的質(zhì)量要求。本文將分析側吹風冷卻裝置和環(huán)吹風冷卻裝置的特點，探討其使用中的互換性及其發(fā)展。

2 冷卻吹風裝置的結構特點

2.1 側吹風裝置的構成及特點

2.1.1 側吹風裝置的構成

側吹風裝置被廣泛應用于滌綸長絲的滌綸民用長絲及工業(yè)絲，其結構簡單，有較長的吹風冷卻長度，適紡品種性廣。圖2展示了側吹冷卻裝置的結構，由下風道—水平過濾（水平網(wǎng)和無紡布）—導流風道—多孔板—垂直過濾—蜂窩板整流板等組成。氣流經(jīng)過水平過濾、導流風道、多孔板、垂直過濾、蜂窩整流板后吹出，此時得到的風在整個吹風面不再是雜亂的，而是清潔并具有一定的平穩(wěn)性的高質(zhì)量風。表1為常規(guī)D型風側吹風裝置的參數(shù)。

表1 常規(guī)D型風側吹風裝置的參數(shù)。

2.1.2 側吹風裝置的特點

由于側吹的風從風窗內(nèi)向外吹出，且每個紡絲位設有一套該裝置，為同一紡絲位全部噴絲板所共用，因此就側吹風裝置而言，對風窗有效寬度內(nèi)的同一位置的橫向風的均一性要求較高。風窗有效吹風高度可根據(jù)品種的特性而定，有效吹風高度通常在1.0～1.4米，最高可達2.2米。

過濾網(wǎng)板

過濾網(wǎng)板分為水平過濾網(wǎng)、垂直過濾網(wǎng)。水平過濾網(wǎng)采用無紡布+3層不銹鋼工業(yè)用網(wǎng)的結構，

形成對從空調(diào)機組送過來的冷卻風進行初級過濾，濾去冷卻風中的雜質(zhì)，延長垂直過濾網(wǎng)清洗周期。垂直過濾網(wǎng)除進一步對冷卻風過濾外，還起到增加導流風艙內(nèi)的風壓，以保證冷卻風具有一定的風壓要求，目前采用的由五層金屬網(wǎng)組成的垂直風網(wǎng)既可達到過濾要求，又可保證足夠風壓。在五層金屬網(wǎng)中，中間層采用高目數(shù)金屬網(wǎng)，網(wǎng)層的目數(shù)由內(nèi)向外遞減，最外層為保護用的粗篩網(wǎng)；與多孔板組合使用可滿足70pa風壓的需求。

蜂窩整流板

蜂窩整流板起到對氣流整理的作用，可將紊亂的氣流整理成平流風。蜂窩整理的效果與其厚度、蜂窩孔大小有關（見圖3）。

一般蜂窩板孔為正六邊形，六邊形蜂窩W=4.76mm，其當量直徑為Dr ≈4.76mm， 當冷卻風風溫20℃，風速0.7m/ s時：

雷諾系數(shù)Re = v×d×ρ/μ 公式（1）

其中：V—冷卻風流速，ρ—空氣密度，μ—空氣動力粘性系數(shù)

20℃時，ρ空氣密度 = 1.205；

μ空氣動力粘性系數(shù) = 18.239×10-6

則Re ≈220，Re＜2000，冷卻風為層流。

為了增強對空氣的整流效果，蜂窩長度H應大于10～20d，且越大越好。但考慮到加工的難易程度，目前通常選擇H=59mm。

由蜂窩整流板吹出的風距板面越近受環(huán)境影響越小，風速越穩(wěn)定，考慮到紡絲組件安裝方便，噴絲板外圈噴絲孔距離蜂窩整流板出風面最小距離控制在15mm左右，保證同一絲束中每根絲的吹風環(huán)境一致，提高紡絲質(zhì)量。

導流風道及多孔板

如圖2所示，導流風道為漸縮式，空調(diào)機組送來的冷卻風經(jīng)氣流分配板進入導流風道后，將風轉成水平。導流風道通常采用上窄下寬結構，保證風沿風窗長度方向均布吹出。

多孔板對風具有均風和一定的整流作用，多孔板的開孔率決定了冷卻風的分布均勻度。開孔率越小，阻力系數(shù)越大，整流作用越強。

在側吹風裝置的送風高度區(qū)域內(nèi)為絲束紡程的固化區(qū)，此時絲束對風速分布極度敏感。側吹風窗長度方向上的風速大小的分布變化可以通過改變多孔板上孔的分部和開孔率來實現(xiàn)。對于常規(guī)滌綸長絲品種多數(shù)情況下采用圖5所示(a)D型風速分布，孔的直徑和分布為均勻排布，開孔排布如圖5（a）所示。這種風型對設備加工要求較高，在整個側吹風風窗面積上風速穩(wěn)定均勻，保證絲束品質(zhì)。對于一些要求冷卻長度較長的長絲，如單絲而言，單根絲條較粗，冷卻風窗長度較大，D型風的分布不適應，而P型風或腰鼓型風速分布更有利于絲束冷卻成型，如圖4所示(b)P型風速分布。多孔板的孔徑

大小等可按工藝特殊要求進行設計，按孔徑、孔分布區(qū)域的不同分成2區(qū)、3區(qū)或4區(qū)。圖5（b）所示為圖4（b）P型風所對應的2區(qū)多孔板圖。

多孔板的開孔率和加工質(zhì)量決定了側吹風窗寬度方向上的橫向風速均勻性，有效吹風面積內(nèi)統(tǒng)一橫向上風速極差≤10%。

2.1.3 側吹風冷卻裝置的使用效果

滌綸POY實驗機上紡絲的產(chǎn)品性能參數(shù)如表2所示。

表2 滌綸POY絲束性能參數(shù)

從表中可以看出，對于常規(guī)POY紡絲，使用側吹風裝置完全可以達到紡絲指標要求。

2.2 外環(huán)吹裝置的構成與特點

2.2.1 外環(huán)吹風的構成

外環(huán)吹風多用于滌綸紡細旦紡絲設備中，每個紡位設有一套環(huán)吹風裝置，其結構由：水平過濾網(wǎng)—多孔板、風道—導向筒—整流筒（金屬絲網(wǎng)筒+多孔筒）—密封墊—升降氣缸等組成（見圖6）。從空調(diào)機組送來的風經(jīng)由風道及導向筒導流、過濾網(wǎng)過濾、多道多孔板均流分布整理后，由金屬絲網(wǎng)和多孔筒組成的整流筒吹出。每套外環(huán)吹風裝置中的整流筒數(shù)量多少由每個紡位的噴絲板數(shù)決定，也就是每塊噴絲板對應一個外環(huán)吹風筒，這與側吹風冷卻裝置截然不同。

2.2.2 外環(huán)吹風的特點

由于外環(huán)吹的風沿徑向由外向絲束內(nèi)吹，風離絲束很近，因此紡絲時冷卻風的速度要求較低，加上整個外環(huán)吹裝置與紡絲箱緊密接觸，沒有外界環(huán)境對未成形的絲束擾動，十分適合用于細旦纖維的紡絲冷卻。

水平過濾網(wǎng)

水平過濾網(wǎng)由無紡布和金屬網(wǎng)組成，對空調(diào)機組送過來凈化空調(diào)風進一步過濾。為了便于更換，設計為抽屜式，置于整個裝置后下方。更換時只需來開“抽屜”，去除金屬壓網(wǎng)更換無紡布即可。

風道、多孔板和導向筒

針對外環(huán)吹風裝置結構緊湊空間小，設計了適合外環(huán)吹的風道和導向筒，冷卻風在風道內(nèi)進行分配。另外采用三級多孔板加強對送進來的冷卻風進行導流和均勻分配，以保證每個出風筒周圍風壓一致和穩(wěn)定。

整流筒

對于外環(huán)吹來說，每套環(huán)吹風中各個整流筒吹出的風穩(wěn)定、一致，整流絲網(wǎng)筒的設計及加工質(zhì)量很重要。為保證環(huán)吹風筒風壓一定，風阻一定，整流筒由多孔板+金屬絲網(wǎng)組合而成（見圖7）。風阻在一定范圍內(nèi)與絲束條干不勻率成反比，適當增大阻尼可以獲得理性的風壓，保證絲束條干的均勻率。通常外環(huán)吹風風箱中的風壓設定為45pa。以下表3為常規(guī)外環(huán)吹風裝置的參數(shù)，表4為常規(guī)外環(huán)吹風裝置紡絲產(chǎn)品指標。

表3 常規(guī)外環(huán)吹風裝置參數(shù)

表4 常規(guī)外環(huán)吹風裝置紡FDY產(chǎn)品指標

以上每個卷絲餅經(jīng)綜合定等后，均為優(yōu)等品。不難看出外環(huán)吹風在紡細旦絲方面具有十分顯著的優(yōu)勢。

密封與升降器缸

因外環(huán)吹風的所放品種單絲纖度較小，且吹風面距纖維很近，冷卻風速較低，風室內(nèi)不能受到環(huán)境中任何擾動，因此每個環(huán)吹風風筒與紡絲箱之間要求密封良好，密封墊在其中起到重要作用。該密封墊除回彈性能好，滿足密封作用外，還要耐高溫、使用壽命長。經(jīng)多次實踐后，目前我公司所采用的硅海綿橡膠板參數(shù)（如表5）使用效果好，更換周期在一年左右。

表5 硅海綿橡膠板參數(shù)

該密封墊的耐壓試驗結果見表6。

試驗件規(guī)格：480mmX150mmX12.7mm，壓塊規(guī)格575mmX170mmX10mm的20號鋼鋼板

表6 硅海綿橡膠板耐壓測試結果

外環(huán)吹風裝置為生頭操作方便，由氣缸帶動升降，整個風箱升降式運行需平穩(wěn)不傾斜，保證生頭后上升風箱與紡絲箱平行，風箱中各個整流筒與箱體完全接觸，密封良好。

2.3 側吹裝置與外環(huán)吹裝置的互換性

為了滿足產(chǎn)品市場的需求，方便用戶企業(yè)更換產(chǎn)品，我們通過嘗試并探尋側吹風裝置與外環(huán)吹風裝置的互換性。使用新型嵌入式底框安裝結構（見圖8）方便現(xiàn)場安裝操作。現(xiàn)場只需將側吹底板及以上部分移走，將環(huán)吹整體直接放入調(diào)平即可。且甬道部件通用， 環(huán)吹底框結構設計有前踏板以保證操作安全。以最小的變動簡化了現(xiàn)場的安裝操作。用戶根據(jù)不同產(chǎn)品選擇側吹、環(huán)吹冷卻方式隨意互換安裝。

3 冷卻風裝置的發(fā)展方向

3.1 側吹風裝置的發(fā)展方向

隨著市場的需求和變化，出現(xiàn)了大位距的雙風道側吹風，總進風在每位的出風口對應兩個進風箱中，馮分別吹進兩個風閥室，兩個高密無紡布過濾抽屜，兩個水平多孔板上行至各自的風道腔中，再由過濾整流板網(wǎng)吹出，形成2個完全獨立的側吹風裝置。其功能相當于兩套側吹風并在一起，也可稱為雙胞胎型側吹風。滿足了現(xiàn)在向大位距，高產(chǎn)量，減削耗方向發(fā)展的要求。該種側吹風適用于化纖長絲生產(chǎn)中每位20頭以上噴絲板的紡絲生產(chǎn)線，配置雙胞胎卷繞頭，最大位距可做到1.95m。

大位距、雙風道、雙風室側吹風的特點是風速可單獨調(diào)節(jié)，兩風室之間的風避免了相互干涉，形成“不同冷卻速率的控制系統(tǒng)”，可方便的、均勻的控制絲束中的兩種纖維（POY、FDY）的預取向度和品質(zhì)。由最初用于同一品種的多頭紡，繼后發(fā)展應用于一步法異收縮PET混纖復合紡生產(chǎn)中的新產(chǎn)品上。

為更易獲得更多的異纖度的復合產(chǎn)品，各風室還可獨立

上油，滿足了FDY，POY不同上油位置的工藝要求。圖9中的雙風道側吹風應用于異纖復合絲紡絲機中，主要生產(chǎn)滌綸滌綸的復合的ITY纖維。絲束纖度范圍為25d～180d，典型品種為138d/120f，紡絲速度3500m/min。一步法異收縮PET混纖復合紡集合了兩種不同的工藝路線，實現(xiàn)了POY與FDY同步紡絲，生產(chǎn)的復合纖維具有里立體感強、抗皺等特點。表7為該紡絲產(chǎn)品指標。

表7 138d/120f一步法異纖復合產(chǎn)品指標

3.2 外環(huán)吹裝置的發(fā)展方向

3.2.1 雙排外環(huán)吹

當每位紡絲頭數(shù)增加到12頭及以上時，若紡絲組件仍單排排布，導致紡絲位距太大，從而失去多頭紡降耗的意義。若紡絲組件雙排排列可大大縮小紡絲位距，節(jié)約投資和能耗。因此研發(fā)雙排外環(huán)吹也勢在必行。如圖10所示，導向筒座與風向整流筒相接，呈雙排交錯排列，兩排中最近的三個風向整流筒呈正三角形分布，保證每個風筒風壓一致。目前已有多個廠家使用，使用效果良好。

3.2.2 一步法細旦混纖復合長絲外環(huán)吹

混纖復合長絲是由兩種不同原料、不同纖度、不同孔數(shù)、不同伸長、不同沸水收縮、不同截面形狀、不同取向度的纖維復合而成，其中紡制細旦混纖復合長絲的時候，側吹風裝置就不能達到工藝要求，只能采用外環(huán)吹冷卻系統(tǒng)。如圖11所示，為混纖復合長絲紡絲示意圖，1，2有獨立的風閥、風道、風箱、上油系統(tǒng)，操作面相對，對應第一紡位，第二紡位的1，2與第一紡位采用背靠背的形式，減少紡絲位之間的位距。此種結構有利于新品種的開發(fā)，是未來市場發(fā)展的趨勢。

4 結束語

冷卻吹風裝置在整個紡絲過程中起到非常重要的作用，任何一種形式的吹風設備都必需做到為絲束提供最有利的成形條件的同時，又減少對絲束張力的干擾。在此基礎上我們會一直在不斷地研究中努力向前發(fā)展，以適應目前在化纖紡絲行業(yè)中不斷發(fā)展的新形勢。在新的經(jīng)濟創(chuàng)新環(huán)境中，融入技術創(chuàng)新，優(yōu)化結構，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 董紀震 等，合成纖維生產(chǎn)工藝學.北京紡織工業(yè)出版社，1981.

[2] 郭大生，王文科編著.聚酯纖維科學與工程.中國紡織出版社，2001.3.

[3] 于麗娜、許睿哲，滌綸長絲側吹風裝置結構探討.聚酯工業(yè)，2013.