熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)噴風(fēng)口噴風(fēng)均勻性分析*

1. 鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2. 鄭州豫力新材料科技有限公司，河南 鄭州 450000；3. 中原工學(xué)院河南省紡織服裝產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州450007

熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)是生產(chǎn)熱風(fēng)非織造材料的關(guān)鍵設(shè)備之一。其工作原理是利用加熱的空氣以一定的速度垂直吹向并穿透纖網(wǎng)，使纖網(wǎng)中的纖維迅速受熱，部分低熔點(diǎn)纖維軟化熔融，纖維間產(chǎn)生黏結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)纖網(wǎng)加固的。熱黏結(jié)過程對烘房內(nèi)的如熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)速度、熱風(fēng)均勻性等參數(shù)有較高的要求。當(dāng)熱風(fēng)溫度控制不良、熱風(fēng)作用不均勻時(shí)，會造成黏結(jié)不均勻，布面有色差，產(chǎn)品牢度不夠、手感不一致等問題。因此，如何確保烘房內(nèi)各處熱風(fēng)溫度及熱風(fēng)速度均勻，是熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵所在。

本文提出了風(fēng)道噴風(fēng)口均勻送風(fēng)的條件，對ZW2784系列和ZW2785系列熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)的噴風(fēng)均勻性進(jìn)行了分析。

1 噴風(fēng)口均勻送風(fēng)的條件

熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)通過風(fēng)道將熱風(fēng)送到各出風(fēng)口即噴風(fēng)口，再由噴風(fēng)口將熱風(fēng)垂直吹向纖維網(wǎng)。風(fēng)道噴風(fēng)口各點(diǎn)氣體靜壓力相等是噴風(fēng)口均勻送風(fēng)的必要條件。設(shè)計(jì)時(shí)，可通過改變風(fēng)道截面，以及利用靜壓箱控制風(fēng)道尺寸及阻力系數(shù)等方法，確保噴風(fēng)口各點(diǎn)氣體靜壓力相等。為此，噴風(fēng)口面積與進(jìn)風(fēng)口面積的比值i一般取≤0.35。

但實(shí)際設(shè)計(jì)過程常常會受到安裝尺寸的限制，特別是在風(fēng)道比較長、噴風(fēng)口數(shù)量比較多的情況下，要滿足i≤0.35就需要增大風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口面積，但進(jìn)風(fēng)口面積增加會使得烘房的體積增大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面因素，優(yōu)化風(fēng)道結(jié)構(gòu)及尺寸。

2 熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)常用噴風(fēng)口形式

目前，熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)常用的噴風(fēng)口形式有圓孔形及狹縫形兩種。圓孔形噴風(fēng)口具有熱風(fēng)沖擊力小(柔和)、受熱均勻等特點(diǎn)，適用于面密度較小的薄型熱風(fēng)非織造材料的加工。狹縫形噴風(fēng)口具有熱風(fēng)穿透力強(qiáng)、烘燥效率高、熱風(fēng)循環(huán)快等特點(diǎn)，適用于面密度較大的熱風(fēng)非織造材料加工。

其中，狹縫形噴風(fēng)口排列方式分為橫向和縱向兩種，圖1(a)所示為縱向排列，各狹縫形噴風(fēng)口沿烘房縱向排列(即平行于纖網(wǎng)運(yùn)行方向)；圖1(b)所示為橫向排列，即各狹縫形噴風(fēng)口沿烘房橫向排列(即垂直于纖網(wǎng)運(yùn)行方向)。

(a) 縱向排列 (b) 橫向排列

3 不同截面風(fēng)道的噴風(fēng)均勻性分析

3.1 等截面風(fēng)道

等截面風(fēng)道是指熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)烘房內(nèi)的風(fēng)道在水平方向各處截面相等，故也稱為水平等截面風(fēng)道(圖2)。等截面風(fēng)道中氣體的流動主要受氣流所具有的靜壓力和速度矢量控制。速度矢量在垂直風(fēng)道壁方向沒有分量，而靜壓力對垂直風(fēng)道壁有作用力。當(dāng)?shù)冉孛骘L(fēng)道內(nèi)靜壓力大于風(fēng)道外空氣壓力時(shí)，氣體會從噴風(fēng)口垂直噴出并作用于水平運(yùn)動的纖網(wǎng)上。因此，為達(dá)到均勻噴風(fēng)的目的，風(fēng)道內(nèi)各噴風(fēng)口處的靜壓力應(yīng)相等。

v1、v2、v3、…、vn——各噴風(fēng)口出風(fēng)速度

計(jì)算得到的i≤0.35，說明此設(shè)計(jì)滿足噴風(fēng)口均勻送風(fēng)的條件，能夠保證各噴風(fēng)口出風(fēng)速度一致，實(shí)現(xiàn)理想的均勻送風(fēng)。

圓孔形噴風(fēng)口噴出的熱風(fēng)直接作用于纖網(wǎng)時(shí)，易造成纖網(wǎng)受熱不均勻。因此為保證垂直吹向纖網(wǎng)表層的熱風(fēng)各處均勻，特在噴風(fēng)口下方加裝勻風(fēng)板。勻風(fēng)板采用平板沖孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖3)。工作時(shí)，熱風(fēng)通過勻風(fēng)板上均勻分布的小孔，并在勻風(fēng)板兩側(cè)空氣負(fù)壓的作用下，均勻、柔和地作用于纖網(wǎng)上。

圖3 勻風(fēng)板沖孔結(jié)構(gòu)示意

3.2 變截面風(fēng)道

變截面風(fēng)道的截面沿烘房水平方向逐漸減小(即風(fēng)道高度在減小)，這種設(shè)計(jì)多用在熱風(fēng)烘燥工藝路線較長的烘房結(jié)構(gòu)中，其具體截面與風(fēng)道頂部斜面傾斜度及導(dǎo)流板形式有關(guān)。在變截面風(fēng)道中，高速運(yùn)動的熱空氣沿風(fēng)道水平進(jìn)入烘房內(nèi)部，在烘房頂部與周圍空氣充分混合，并在受到頂部斜面阻力后，原來水平運(yùn)動的方向發(fā)生改變，產(chǎn)生了垂直向下的分量。接著，熱空氣在垂直向下分量和負(fù)壓的共同作用下，向下通過狹縫，充分、均勻地吹到纖網(wǎng)上，使纖網(wǎng)受熱均勻。

3.2.1 變截面風(fēng)道頂部

變截面風(fēng)道通過改變風(fēng)道頂部高度來保證風(fēng)道內(nèi)各處靜壓力相等，即保證近端(距進(jìn)風(fēng)口最近處)和遠(yuǎn)端(距進(jìn)風(fēng)口最遠(yuǎn)處)的噴風(fēng)口處靜壓力相等。圖4為變截面風(fēng)道示意圖。

v1、v2、v3、…、vn——各噴風(fēng)口出風(fēng)速度

計(jì)算得到的i≤0.35，說明此設(shè)計(jì)滿足噴風(fēng)口均勻送風(fēng)的條件，各噴風(fēng)口出風(fēng)速度一致。

此外，與圓孔形噴風(fēng)口相比，狹縫形噴風(fēng)口可根據(jù)用戶及產(chǎn)品的需求加以調(diào)節(jié)，故在實(shí)際生產(chǎn)中狹縫形噴風(fēng)口具有更多的靈活性。

3.2.2 變截面風(fēng)道弧形導(dǎo)流板

采用弧形導(dǎo)流板的優(yōu)化設(shè)計(jì)可進(jìn)一步保證變截面風(fēng)道送風(fēng)均勻。變截面弧形導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)如圖5所示：加熱后的空氣沿水平方向進(jìn)入風(fēng)道，受到弧形導(dǎo)流板的阻力作用后，運(yùn)動方向改變，熱空氣向下通過狹縫均勻作用于纖網(wǎng)上。該結(jié)構(gòu)能夠提高熱風(fēng)效率，減少熱量損失。

圖5 變截面風(fēng)道弧形導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)示意

4 結(jié)語

(1)ZW2784系列熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)為等截面風(fēng)道，采用圓孔形噴風(fēng)口，計(jì)算得到i≈0.21，滿足噴風(fēng)口均勻送風(fēng)條件。實(shí)際應(yīng)用中，為使送風(fēng)更均勻、柔和，可在噴風(fēng)口下方安裝沖孔勻風(fēng)板。

(2)ZW2785系列熱風(fēng)黏結(jié)機(jī)為變截面風(fēng)道，采用縱向排列的狹縫形噴風(fēng)口，計(jì)算得到i≈0.19，滿足噴風(fēng)口均勻送風(fēng)條件。在變截面風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用弧形導(dǎo)流板，可使狹縫形噴風(fēng)口噴出的熱風(fēng)更均勻，同時(shí)還能有效減少熱量損失。

(3) 對比兩種噴風(fēng)口，狹縫形噴風(fēng)口因其縫隙可根據(jù)用戶及產(chǎn)品需求加以調(diào)節(jié)，故在實(shí)際生產(chǎn)中具有更多的靈活性，但是生產(chǎn)面密度較小的薄型熱風(fēng)非織造材料需慎重選用。