李永貴，張齡方，葛明橋

（1.閩江學(xué)院紡織服裝技術(shù)福建省高校工程研究中心，福建 福州350108；2.生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （江南大學(xué)），江蘇 無錫214122）

超高速紡絲 （卷繞速度6 000～12 000 m／min）已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室階段向工業(yè)化轉(zhuǎn)變。然而，傳統(tǒng)的以壓縮空氣為動(dòng)力的吸絲槍的吸絲速度不到6 000 m／min[1-3]；因此，在超高速紡絲生頭或換筒時(shí)，不得不先降低卷繞速度，待吸絲槍捕獲紗線完成生頭或換筒后，再回到正常的卷繞速度。這使得高速紡絲不能完全實(shí)現(xiàn)，超高速卷繞機(jī)也不能完全發(fā)揮其作用[4-5]。因此，迫切要求開發(fā)新型的超高速吸絲槍。為了給制備高性能吸絲槍 （強(qiáng)吸絲力和低能耗）提供技術(shù)支持，本實(shí)驗(yàn)對(duì)最具代表性的滌綸FDY型吸絲槍進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸絲能力[5-7]、 流場(chǎng)[8-9]和紗線運(yùn)動(dòng)[10-11]的影響。不同的紡絲設(shè)備、不同的產(chǎn)品規(guī)格及紡絲速度、不同的供氣壓力需要選取不同規(guī)格的吸絲槍。但是，這方面的研究尚未見相關(guān)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同紗線種類、紗線喂入速度和供氣壓力下吸絲槍的吸絲張力和壓縮空氣質(zhì)量流率，分析了這些因素對(duì)吸絲槍吸絲效率的影響機(jī)理，為進(jìn)一步提高吸絲槍的性能提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

如圖1所示，從空壓機(jī)1出來的壓縮空氣，經(jīng)過儲(chǔ)氣罐2、油水分離器3、流量計(jì)4和壓力表5，進(jìn)入吸絲槍6。從筒子7上退繞下來的紗線被吸入吸絲槍。紗線速度由速度調(diào)節(jié)器 （喂給羅拉）9控制，由張力儀10測(cè)得的張力 （以下稱吸絲張力）間接表示吸絲槍的吸力[5-6]。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 吸絲槍結(jié)構(gòu)及工作原理

圖2是本研究所設(shè)計(jì)的吸絲槍的結(jié)構(gòu)示意圖。吸絲槍主要包括紗線吸入管①、噴嘴②、拉瓦爾管③和直管④。壓縮空氣通過入口進(jìn)入氣室，然后從壓縮空氣流入孔噴出，進(jìn)入噴嘴絲道。壓縮空氣流入孔均勻分布于噴嘴圓周，它們的軸心線具有吸絲槍軸心線的軸向和周向分量。紗線推進(jìn)管由拉瓦爾管③與直管④組成。從壓縮空氣流入孔噴出的氣流以螺旋運(yùn)動(dòng)形式通過推進(jìn)管，最后從直管排出。由于空氣旋流中心產(chǎn)生了強(qiáng)烈的負(fù)壓區(qū)，因此，紗線吸入管①入口處呈負(fù)壓，紗線容易被吸入。紗線被吸入吸絲槍后，進(jìn)入推進(jìn)管。在推進(jìn)管內(nèi)，螺旋氣流對(duì)紗線產(chǎn)生強(qiáng)力的推進(jìn)作用。最后，紗線與氣流一起被排出吸絲槍外[4-5]。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件和材料

在本研究中，吸絲槍的結(jié)構(gòu)參數(shù)采用文獻(xiàn)[5-7]所得的最佳值。紗線喂入速度v=200～1 200 m／min，供氣壓力p=0.4～0.6 MPa（表壓），所選擇的紗線品種及規(guī)格見表1。圖2為吸絲槍結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 吸絲槍結(jié)構(gòu)示意圖

表1 紗線品種及規(guī)格

1.4 評(píng)價(jià)方法

吸絲性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有吸絲張力、吸絲速度和紗線吸入管入口負(fù)壓等。為了便于不同吸絲槍的性能比較，從能量效率的角度，采用吸絲效率η來評(píng)價(jià)，其定義為吸絲張力F與空氣質(zhì)量流率G的比值，即η=F／G[5-7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線喂入速度及供氣壓力對(duì)吸絲效率的影響

如圖3（a）所示。不同的供氣壓力p下，隨著紗線喂入速度v從200 m／min到1 200 m／min逐漸增大，吸絲力F都呈減小趨勢(shì)。這可能是由于隨著v的增大，吸絲槍內(nèi)空氣與紗線的相對(duì)速度越來越小，從而使得兩者間的摩擦力減小，通過紗線張力來反映的F就呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。當(dāng)v相同時(shí)，F(xiàn)隨著p的增大而增大。其原因可能是，隨著p的增大，壓縮空氣流入孔中，壓縮空氣處于超臨界狀態(tài) （馬赫數(shù)M=1）[12]空氣速度不變，空氣密度隨著p的增大而增大，從而空氣質(zhì)量流量G也隨之增加，空氣密度也相應(yīng)提高，從而紗線與空氣之間的摩擦力增大，結(jié)果使F提高。如圖3（b）所示，總體來看，在p一定的條件下，吸絲效率η隨著v的增大而減??；當(dāng)v保持不變時(shí)，隨著p的增大，η基本呈下降趨勢(shì)。這可能是由于p越大，槍內(nèi)尤其是壓縮空氣流入孔出口附近由于空間較小，使得亂流越多，造成較多的空氣動(dòng)能損失，轉(zhuǎn)化成無用的熱能 （或勢(shì)能），最終降低了η。而p過小，則難以形成超音速渦流，在紗線吸入管中無法產(chǎn)生足夠的負(fù)壓，紗線不能被吸入，吸絲槍無法應(yīng)用。

圖3 紗線喂入速度v和供氣壓力p對(duì)吸絲效率的影響

2.2 紗線品種及規(guī)格對(duì)吸絲效率的影響

全拉伸絲 (FDY)和拉伸變形絲 （DTY）是滌綸長(zhǎng)絲中應(yīng)用最為廣泛的兩種。我們用這兩類長(zhǎng)絲的10種紗線 （見表1）來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過改變紗線品種與細(xì)度來考察紗線特征對(duì)吸絲槍吸絲效率的影響規(guī)律。設(shè)定v=600 m／min，p=0.5 MPa。

如圖4所示，隨著FDY、DTY紗線線密度增大，F(xiàn)隨之增加，η也隨之提高。這主要是因?yàn)椋瑢?duì)于同一類紗線，紗線直徑隨著紗線線密度增加而增加，從而增加了紗線與空氣之間的摩擦力，即提高了F。同一細(xì)度的不同紗線，在同一條件下，F(xiàn)DY受到的F要比DTY的F大。這可能是因?yàn)镈TY紗線具有較高的彈性，盡管單絲有波狀屈曲，增大了與空氣的摩擦力，但由于DTY有卷曲，實(shí)際喂入速度比設(shè)計(jì)給定值大，所以實(shí)測(cè)F值會(huì)較小，總體表現(xiàn)出來的F就小于相同細(xì)度的FDY紗線。隨著紗線種類及規(guī)格的變化，空氣質(zhì)量流量G基本不變，因此本文未列出，其影響可以忽略不計(jì)，原因可能是紗線直徑相對(duì)吸絲槍氣道直徑來說很小，對(duì)氣流流場(chǎng)的影響很小。η與F變化趨勢(shì)相似。

圖4 紗線種類和細(xì)度對(duì)吸絲效率的影響

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了實(shí)驗(yàn)條件和紗線種類與規(guī)格對(duì)吸絲槍吸絲效率的影響。結(jié)果表明：

（1） 對(duì)同一種紗線，在p一定的條件下，隨著v的增加，吸絲力F和吸絲效率η呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；v一定時(shí)，隨著p的增大，F(xiàn)和空氣質(zhì)量流量G均增大，但η呈下降趨勢(shì)。

（2）在p和v一定的條件下，同一類紗線，線密度越大，F(xiàn)和η越大；對(duì)于相同細(xì)度的FDY與DTY， FDY受到的F較大，η較高。

（3）僅通過增加供氣壓力來提高吸絲槍作用的辦法并不可行。

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