壓洗絲餅塌陷原因分析及解決措施

邵明禮，蘇海霞，陳新偉

（新鄉(xiāng)化纖股份有限公司，河南新鄉(xiāng)453011）

壓洗絲餅塌陷原因分析及解決措施

邵明禮，蘇海霞，陳新偉

（新鄉(xiāng)化纖股份有限公司，河南新鄉(xiāng)453011）

針對半連續(xù)紡黏膠紡絲工藝，分析了絲餅內(nèi)層產(chǎn)生塌陷及亂絲的主要原因，包括前紡成形不良、后處理壓洗托盤變形以及壓洗車停車時產(chǎn)生的回流流體摩擦等。討論了相應(yīng)解決措施，減少前紡絲工序中成形不良絲餅的數(shù)量，處理壓洗托盤變形問題以及有針對性地進行設(shè)備改進等。

前紡絲；壓洗 ；絲餅亂絲

R535型紡絲機是原產(chǎn)于德國的半連續(xù)紡黏膠長絲紡絲機[1]，對于R535型紡絲機半連續(xù)紡黏膠紡絲工藝[2]，在后處理壓洗工藝中，極易出現(xiàn)絲餅內(nèi)層塌陷或亂絲的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在下文中一般簡稱為 “絲餅塌陷”。該問題輕則造成后紡廢絲增多，重則易造成整壓洗車壓洗質(zhì)量下降，并造成絲餅降等的嚴重后果。為了解決該問題，本文主要從亂絲原因及實際解決辦法兩個方面進行分析討論。

1 絲餅塌陷原因分析

1.1 前紡絲絲餅成形不良的影響

采用的半連續(xù)紡設(shè)備為R535型紡絲機，其升降機構(gòu)為凸輪頂桿機構(gòu)。該機構(gòu)包含一個主要部件差微箱，它使升降機構(gòu)產(chǎn)生了一個周期性的加減速轉(zhuǎn)動。在此種加減速工況下，升降機構(gòu)極易出現(xiàn)各種設(shè)備問題，比如：機臺飛輪及升降主軸的轉(zhuǎn)速差值超標，升降機構(gòu)主軸連軸節(jié)松動等。

升降機構(gòu)的設(shè)備問題，極易造成絲餅出現(xiàn)各種問題，最主要就是產(chǎn)生絲餅的 “大小頭”，即絲餅上端面大，下端面小或者上端面小，下端面大。另外，漏斗下端面與離心罐底面的距離不符合標準，也會產(chǎn)生絲條分布不均勻，產(chǎn)生絲餅的大小頭現(xiàn)象。

“大小頭”絲餅與正常絲餅一起上壓洗車壓洗時，在同一壓洗車層上， “大小頭”絲餅端面的過流阻力遠小于正常絲餅。因此在壓洗車停車落液時，大小頭絲餅內(nèi)柱流過的壓洗液體或空氣流量遠大于正常絲餅，其內(nèi)部絲條所受到的流體摩擦力較大，因此極易發(fā)生絲餅內(nèi)部絲條塌陷的現(xiàn)象。

1.2 離心罐轉(zhuǎn)速的影響

在半連續(xù)紡絲工藝中，離心罐高速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生離心力，絲餅在該作用力下卷繞成形。其中離心罐轉(zhuǎn)速為8 000～8 300 r/min。離心力的大小可用公式 （1）表示：

其中，m—質(zhì)量，kg；

r—圓周運動半徑，m；

w—圓周運動的角速度， （°）/s。

根據(jù)公式 （1）可得出：在離心罐轉(zhuǎn)速不變的情況下，隨著絲條沿離心罐內(nèi)壁卷繞，其卷繞半徑會逐漸減小，離心力會隨之減小。隨著離心力的變化，絲條間的間隙會發(fā)生變化。離心力大，絲條間的間隙小，絲餅表現(xiàn)得越緊密；而離心力小，絲條間的間隙會變大，絲餅就會疏松。由于離心力的變化,絲餅從外層到內(nèi)層，絲條間隙會由小逐漸變大，絲餅的外在表現(xiàn)為：外層緊密，內(nèi)層疏松。

正常轉(zhuǎn)速的離心罐，其絲餅在后處理壓洗中所產(chǎn)生 “絲餅塌陷”現(xiàn)象較少。如果離心罐的轉(zhuǎn)速低于8 000 r/min，絲餅內(nèi)層絲條間隙會明顯增大，在后處理壓洗過程中極易出現(xiàn)絲條塌陷現(xiàn)象。

1.3 壓洗車托盤間距的影響

在絲餅的后處理工序中，壓洗車的間距是一個非常重要的設(shè)備參數(shù)。壓洗車為一個多層設(shè)備，一般為六或九層。隨著壓洗車層數(shù)的增加，絲餅內(nèi)壓會逐漸變小。為保證絲餅的透液量均勻一致，壓洗車層距，從下到上是逐層增加的。

壓洗車各層層距尺寸如表1所示。

表1 壓洗車各層間距標準mm

壓洗車使用時間較長而未及時檢修，會出現(xiàn)托盤固定螺栓或間距螺栓松動等問題，造成托盤間距發(fā)生變化以及托盤局部變形。如果出現(xiàn)這種情況，會造成同一層壓洗絲餅的壓縮量不一致。對于絲餅壓縮量小于正常值的，其絲餅及其端面的透液量會增大，其端面及內(nèi)層絲條所受的液體摩擦力相應(yīng)增大，極易被壓洗液體沖亂并產(chǎn)生絲餅端面及內(nèi)層亂絲。

與正常壓洗絲餅相比，端面被沖壞的絲餅流體阻力減少，在壓洗車停車時，其端面及內(nèi)部的壓洗液及空氣的回流速度加快，對絲餅內(nèi)層摩擦力增大，導(dǎo)致內(nèi)層塌陷的可能性大大增加。

1.4 壓洗停車時絲餅內(nèi)吸的影響

在壓洗車停車時，絲餅柱內(nèi)部、壓洗車水箱以及上液管路中的壓洗液體需要回流到循環(huán)地槽中。在回流過程中，絲餅柱內(nèi)會出現(xiàn) “負壓”，絲餅端面及內(nèi)層表面會受到壓洗液體及空氣氣流的摩擦，從而導(dǎo)致絲餅內(nèi)層出現(xiàn)塌陷或亂絲等問題。其示意圖如圖1所示，圖中箭頭表示流體流動方向。

圖1 壓洗停車時絲餅內(nèi)流體流向圖

2 絲餅塌陷解決方案

2.1 減少升降系統(tǒng)故障

對于升降系統(tǒng)，差微箱部件的主要作用是產(chǎn)生一個周期性的加減速運動。此運動特性導(dǎo)致了該系統(tǒng)受到作用力為 “雙向”的，容易出現(xiàn)傳動系統(tǒng)故障。

升降系統(tǒng)故障是造成絲餅成形問題的主要原因之一。因此及時處理該系統(tǒng)故障，可以有效減少絲餅成形問題。另外也可以通過設(shè)備改進的辦法減少設(shè)備故障。例如用短軸替代差微箱。

升降系統(tǒng)差微箱部件的作用為改變絲條的纏繞角度及減少條紋絲。為驗證如上觀點，進行了如下對比實驗。首先將正常紡絲機所紡絲餅進行折開觀察分析，其條紋絲是有規(guī)律地分布在絲餅的某幾個纏繞直徑的圓周表面。然后，將差微箱去掉，用短軸代替，其絲餅條紋絲出現(xiàn)的圓周面的直徑大小發(fā)生了變化，但條紋絲的數(shù)量并沒有減少。

通過如上對比后發(fā)現(xiàn)，升降系統(tǒng)差微箱的作用是僅僅改變了絲條在絲餅圓周的纏繞角度，有利于減少壓洗處理時液體的滲透阻力。但在實際生產(chǎn)中，將未安裝差微箱的紡絲機所生產(chǎn)的絲餅進行壓洗后，相對正常絲餅其質(zhì)量指標并沒有明顯的變化。

具體質(zhì)量指標對比如表2所示，以133 dtex /30 f常規(guī)絲為例。

表2 絲餅對比試驗數(shù)據(jù)

在生產(chǎn)中，由于差微箱的作用對產(chǎn)品質(zhì)量指標影響較小，將其用短軸代替也可有效減少升降系統(tǒng)的故障，減少問題絲餅的數(shù)量。

2.2 減少離心罐的轉(zhuǎn)速異常

對于離心罐，其正常轉(zhuǎn)速為8 000～8 600 r/min。當轉(zhuǎn)速低于8 000 r/min時，所得絲餅屬于異常錠。

造成離心罐轉(zhuǎn)速異常的原因很多，主要原因有：電錠錠子線包卷繞不合格，電錠轉(zhuǎn)子部件阻力增大，電錠運行電壓偏低等原因。

異常錠絲餅壁厚會明顯大于正常絲餅。在紡絲時凡是發(fā)現(xiàn)壁厚明顯大于其它錠的異常錠，要及時檢查電錠轉(zhuǎn)速，不合格的要及時檢查檢修電錠部件。

2.3 減少因操作造成的問題絲餅

在實際生產(chǎn)中，各種問題絲餅的產(chǎn)生除了設(shè)備原因以外，還有操作工操作等其它原因。比如紡絲過程中，升降漏斗位置過高或過低等，均會造成絲餅的成形不良。漏斗過高，輕則產(chǎn)生上端面大下端面小的問題，重則出現(xiàn) “疵點”絲餅；漏斗過低，絲餅則會出現(xiàn)下端面大上端面小的問題。

對于漏斗的高低位置問題，理論上要求漏斗端面與離心罐中心的最小距離為3～5 mm。在實際生產(chǎn)中，比較普遍的做法是用手指進行測量。即用小手手指放在漏斗與離心罐的中間，漏斗頭部輕壓手指時即為合格。

在生產(chǎn)中，也可采用固定厚度的基準板來保證漏斗位置的高低。在平漏斗時，將一定厚度的基準板放在離心罐中心，當漏斗降到最低位置時，與基準板相碰。該法雖然較為精確，缺點是在操作上不太方便。

另外也可加工一個平漏斗專用工具，示意圖如圖2所示。

圖2 平漏斗工具

工作原理：基準塊通過O形圈與漏斗固定在一起，基準塊與漏斗下端面齊平，將定位螺栓的尺寸A調(diào)整為要求距離。

在使用時，要求保持機臺升降系統(tǒng)運行，當漏斗運行到最低端時，調(diào)整升降漏斗高低，要求定位螺栓1剛好保持不動。此時漏斗底面與離心罐底面間尺寸剛好為尺寸A。

2.4 合理調(diào)整托盤間距

在壓洗車托盤的間距調(diào)整中，應(yīng)按照標準進行調(diào)整。其標準參考表1。在實際調(diào)整時，還應(yīng)考慮托盤局部變形的問題。對于托盤的變形情況有如下幾種：中間上凸，中間下凹等，如圖3、圖4所示。

圖3 托盤中間上凸

圖4 托盤中間下凸

對于托盤中間上凸的 （如圖3所示），應(yīng)適當調(diào)小托盤的間隔距離，將該層間距向?qū)泳鄻藴?（如表1）的下限調(diào)整。對于托盤中間下凹的（如圖4所示），應(yīng)適當調(diào)大托盤間隔距離，將該層間距向?qū)泳鄻藴手?（如表1）的上限調(diào)整。對于變形較為嚴重的托盤，還可以通過增加加強筋的方法，減少變形。

2.5 在壓洗車上增加防內(nèi)吸裝置

造成絲餅內(nèi)層絲條塌陷的主要原因，是壓洗停車時壓液及空氣對絲餅內(nèi)層的摩擦力。因此可以通過減小該摩擦力，達到減少或避免絲餅內(nèi)層絲條的塌陷及亂絲。

在實際生產(chǎn)中，通過設(shè)計了一種壓洗車用回氣管，以達到減少壓洗液體及回流氣體對絲餅內(nèi)層的摩擦力，如圖5所示。

圖5 壓洗回氣管安裝示意圖

該方案工作原理：

該裝置安裝在壓洗車水箱上，并保證單向閥高度大于等于壓洗車高度。在壓洗車正常壓洗時，單向閥關(guān)閉，壓洗回流管不通液體，壓洗正常壓洗；當壓洗車停車時，單向閥打開，回流管回氣，空氣回流進入水箱，減少絲餅柱內(nèi)的回氣量。

該方案工作過程：

當壓洗車停車時，壓洗水泵停車，壓洗液體在重力作用下回流，此時，回氣管單向閥打開，絲餅上端面及回氣管進氣。在絲餅柱內(nèi)、壓洗水箱以及上液管中壓洗液體全部回流到循環(huán)水槽中后，回氣管回氣補償工作結(jié)束。

設(shè)壓洗車總回流量 （包括絲餅柱、壓洗水箱以及上液管內(nèi)的壓洗液體體積）為Q1，回流管的回氣量 （主要回流的流體為空氣）為Q2，壓洗車絲餅內(nèi)部回流量 （主要回流流體為空氣）為Q3，Q1=Q2+Q3，在壓洗車總回流量Q1不變的情況下，加大Q2，則Q3相應(yīng)減小。因此增加回流管的回氣量Q2，在壓洗停車時，可以減少絲餅內(nèi)孔的回流量Q3，以此減少液體及空氣流對絲餅內(nèi)層的沖擊摩擦。

如果將回流管的回氣量Q2加大到與Q1相等，則Q3等于零。因此在實際生產(chǎn)中，可通過適當調(diào)整回氣管管徑，增大回氣量，當回氣管的回氣量等于壓洗車總回氣量時，絲餅柱內(nèi)層的損壞會降到最低。

2.6 絲餅分類處理

將不同類型的絲餅分類進行處理，如將絲餅分為正常絲餅、中型絲餅及小型絲餅等。

對于正常絲餅采用正常壓洗的方法進行處理。對于中型絲餅可以采用自制小壓洗車進行處理。在壓洗時，由于絲餅小于正常絲餅，其壓洗壓力應(yīng)適當降低，應(yīng)在0.02～0.04 MPa。對于小型絲餅，可采用小型淋洗車進行處理。

分類處理的優(yōu)點是：可對不同厚度的絲餅進行有針對性的處理，避免中小型絲餅對大絲餅的壓洗造成影響。各種絲餅處理質(zhì)量也可得到相應(yīng)提高。

3 結(jié)語

針對絲餅內(nèi)層塌陷的處理解決措施較多，除了上文介紹的方案外，還有其它方案，如可在成形不良絲餅內(nèi)部增加相應(yīng)特制內(nèi)撐等方法避免內(nèi)層塌陷等。

總的來說，處理該問題首先要加強工藝及設(shè)備管理，在前紡絲工序減少因操作原因造成的問題絲餅。如果設(shè)備維護不到位，在前紡中會造成各種問題絲餅，如大小頭絲餅以及疵點絲餅等，在后處理工序中會造成絲餅漏液并損壞絲餅，甚至影響整壓洗車的壓洗質(zhì)量。其次有針對性地進行設(shè)備技術(shù)改造，如增加職工可操作性的工具，針對壓洗車內(nèi)吸固有缺陷，增加回流管，制作針對各種問題絲餅的專用壓洗車或淋洗車，對各種絲餅進行分類處理等。

綜上所述，造成絲餅亂絲的原因是多方面的，要想減少絲餅塌陷數(shù)量甚至杜絕其發(fā)生，就要在前紡及后處理兩個工序上進行綜合治理，工藝管理與設(shè)備改造相結(jié)合才能達到預(yù)期效果。

[1] 李桂埠.適用于R535型紡絲機的絲距梳 [J].人造纖維，2001，31（6）:11-12.

[2] 李乃迪.半連續(xù)式紡絲機空氣浴對黏膠長絲染色性能的影響 [J].人造纖維，2016，46（3）:14-15.

ANALYSISOF SPINNING CAKE COLLAPSE AND SOLUTION DISCUSSION

SHAOMing-li,SU Hai-xia,CHENG Xin-wei
(Xinxiang Chemical Fiber Co.,Ltd.,Xinxiang Henan 453011,China)

Analyzed themain reasons for spinning cake collapse in semi-continuous viscose rayon spinning process,including bad shape in pre-spinning,tray deformation in post-process,fluid friction caused by backflow in pressure washing downtime.Discussed the corresponding solutions,for example,reducing bad shaped cakes during pre-spinning,handling the deformed trays,improving equipment.

pre-spinning,pressure washing,spinning cake collapse

TQ341.1

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.02.003

1672-500X(2017)02-0010-05

2017–05–09

邵明禮 (1977-)，男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，從事化纖設(shè)備開發(fā)及管理工作。