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紡絲箱體熔體止流結構的設計探討

北京中麗制機工程技術有限公司 申花玉/文

本文通過對以往化纖紡絲箱中熔體止流結構形式和特點的闡述，分析其不足之處，并提出了對以往熔體止流結構進行的改進設計，同時指出了改進后化纖紡絲箱中熔體止流結構的合理性和在實際生產應用中取得的良好收益。

熔體 止流 閥體 結構

1.引言

在直接法或間接法熔融紡絲中, 紡絲箱是必不可少的重要紡絲設備之一。而熔體止流結構又是紡絲箱的關鍵零部件，它是保證在紡絲過程中需要清洗、更換計量泵、紡絲組件時使泵前管道內的熔體停止流動的關鍵零部件。常用的熔體止流結構形式包括機械型形式和壓縮空氣冷凍閥形式，目前行業(yè)中絕大多數(shù)采用的是壓縮空氣冷凍閥形式。

2.熔體止流結構的設計要求

一般情況下，一個熔體止流結構對應一個計量泵，這樣可以在清洗、更換某個計量泵或組件時僅需開啟其對應的止流結構即可，不用停掉整條螺桿擠壓機或整條生產線便可完成某個計量泵的快速更換。熔體止流結構形式直接決定了止流和開通熔體的速度和效果。當然，止流的方式越簡便，止流速度越快，止流效果越好，止流閥的結構就越理想，因此熔體止流的結構形式在設計及生產過程中非常關鍵。通過不斷地實踐與探索，北京中麗制機工程技術有限公司對熔體冷凍止流的結構形式進行了改進設計，使其結構形式更簡單，密封效果更好，更換更靈活，冷凍更快、更好，從而提高了紡絲效率，降低企業(yè)生產成本。

3.常用的熔體止流結構形式

3.1 機械式針形閥圖1是一種機械式針形閥，其結構是由①閥桿、②閥桿套、③閥桿座、④密封墊、⑤錐形密封墊等所組成。由于閥桿與錐形閥座以錐面形式密封，且閥桿形如錐針，通常稱作針形閥。針型閥的工作原理為：閥桿通過閥桿套上的螺紋，在由密封墊片、⑥導流套組成的通道中上下運動。當需要阻斷熔體流動時，旋轉閥桿，讓其向下移動，當閥桿的下端頭部到達錐形密封墊時，兩者依靠錐形面相互貼緊，形成密封，從而阻止熔體流流出；當需要熔體流動時旋轉閥桿，讓其向上移動，開啟二者貼緊的錐面，打開熔體通路，讓熔體流動。并依靠⑦止動蓋控制閥桿的移出量和開啟量。針形閥止流結構的優(yōu)點是熔體入口與熔體出口在紡絲箱體內的角度（如圖2 A-A圖示）擺放靈活，可以是90°，也可以是60°等任意一個需要的角度。但是由于這種結構只是單一的依靠閥桿與錐形閥座的硬擠壓密封墊片與閥桿之間、閥桿與錐形閥座之間都易泄漏，密封的可靠性較低，閥桿座和⑧接頭分別需與熔體進管、熔體出管焊接，加工制作難度較大。另外針型閥整體結構復雜，體積一般為圓形較大，影響紡絲箱體的整體的寬度及其與其他熔體管路的排布（如圖2）而且隨著所需熔體管路直徑的增大其外圓直徑，及閥桿的直徑也會相應的增大，嚴重造成紡絲箱體的設計困難。因此總體上此結構零件繁多，制造復雜、操作不方便。

圖1 機械型針型閥結構

圖2 機械型針型閥結構的紡絲箱

3.2 螺旋式冷凍閥

冷凍閥的工作原理是采用壓縮空氣直接吹向熔體管路，利用壓縮空氣的高速低溫，快速帶走熔體管路上的熱量，從而使熔體管路內的熔體溫度迅速降低、凝固，從而達到快速有效地冷凍止流效果。如圖3所示，其結構是

由①進氣管、②排氣管、

③閥體、④閥套所組成。

閥體內是熔體通道，呈縮頸狀；閥體外設有帶螺旋的冷凍氣道，且其上的進氣口、出氣分別與進氣管、排氣管相對應。其工作原理為：當需要截止熔體流動時，讓低溫的壓縮空氣從進氣管進入，經過閥體上的螺旋氣道對熔體進行降溫冷凍，再經排氣管道排出，由于閥體內的熔體通道呈縮頸狀，被凍住的熔體形成楔栓狀，從而可有效阻止熔體流動。當需要開通熔體通道時，只要停止壓縮空氣的進入，凝固的熔體融化后，紡絲即可正常。這種結構的操作比機械式針型閥更為簡單、可靠。在此結構中同樣存在閥體需要與熔體管焊接的缺點，與此同時，閥體上的螺旋氣道加工制造相當復雜，且體積較大。

如圖4所示，尺寸為常用尺寸，隨著閥體內部熔體管道的所需管徑增大時整個冷凍閥體的長度和直徑也會增加，這樣就會增加箱體內部熔體管路的長度及整個箱體的長度和寬度，從而影響整個廠房的空間布置。

圖3 螺旋式冷凍閥結構

圖4 螺旋式冷凍閥結構的紡絲箱

4.改進設計的熔體止流結構

4.1 結構形式及工作原理

為解決上述熔體止流結構形式存在的技術問題，北京中麗制機工程技術有限公司結合實際生產分析將其改進設計成一種新型的冷凍熔體止流結構形式——閥體為扁嘴式結構。其工作原理是利用冷凍壓縮空氣使熔體管路內的熔體快速有效的凝固。由于凝固栓截面為扁圓形，局部比熔體通道寬，可以很好阻塞熔體流動，從而達到止流目的。如圖5所示的結構構成，主要由閥體和壓縮空氣通道組成，閥體是局部加工變形的熔體管路。

圖5 改進設計后的冷凍閥體結構

首先，利用不銹鋼管的塑變性，通過胎模將①熔體管路的閥體段成壓扁嘴形狀（見圖5中Ⅰ、K-K視圖），再將壓縮空氣的排氣管與其焊接。壓縮空氣的進入通道由②進氣管、③接口座、④快插接頭所組成，壓縮空氣的排氣通道由⑤堵板、⑥外管、⑦氣管、焊接而組成；壓縮空氣的進、排氣通道與⑧三通相連，形成完整的冷凍氣流通路。壓縮空氣的進氣口對準閥體扁嘴形管處，由于此處熔體成扁片狀，壓縮空氣直吹的接觸面積增大，且熔體成扁平狀，易于快速凝固。由于凝固的熔體栓不是圓柱狀，即使在一定的熔體壓力下熔體很難通過閥體，可有效阻止熔體通過，達到止流的作用。同時凝固栓呈扁平狀，當停止壓縮空氣的進入后，凝固的熔體很容易融化，可實現(xiàn)快速開啟流通。當需要止流時，只需將壓縮空氣從快速插頭接入，經過閥體的空氣從三通的排氣口自動排出，操作非常方便。由于閥體就是熔體管路中的一部分，使得整個閥體結構簡單，體積小，利于在紡絲箱體中擺放。

4.2 閥體設計原則及方法

閥體形狀的設計，對于不同管徑（φG、φH）的熔體管，其壓扁胎膜的尺寸（φB）、扁形管孔的尺寸（C、D、E、F）、進氣管與閥體間的距離（A）都是不同的，當熔體管的管徑越大，相應的C、D、E越大，而F值則越小。這種設計既滿足了不同熔體管管徑的需要，又能有效提高冷凍閥冷凍的可靠性，而且能有效控制利用壓縮空氣量，節(jié)約能源。如表1、表2所示，實際生產中常用的熔體管管徑及其相應的尺寸。

表1 不同管徑時壓扁胎膜與扁形管孔尺寸對應表

為提高冷凍效果，縮短冷凍時間，降低壓縮空氣的用量，一般距離A控制在5～15mm之間效果最好。

表2 實際化纖生產中常用熔體管管徑及壓縮空氣參數(shù)

4.3 改進型閥體止流結構的優(yōu)點

與以往閥體止流結構設計相比，改進后的冷凍閥結構形式有如下優(yōu)點：

1）整體結構更緊湊，其零件加工更簡單，制造成本低，便于安裝拆卸，應用靈活；

2）進氣管與排氣管道相套，大大簡化冷凍氣流的結構，從而減小冷凍閥占用的空間，為化紡絲箱的布管空間提供方便；

3）閥體部分為扁平形狀熔體管，增大與壓縮空氣的接觸面積，及冷凍的熔體厚度，有效提高熔體的凝固速度和冷凍效果；

4）冷凍用壓縮空氣連接采用卡箍式帶單向閥快速終端管接頭，操作安裝方便快捷。

5.結束語

通過不斷地探索實踐，北京中麗制機工程技術有限公司對紡絲箱中熔體止流結構形式進行的改進設計，使改進后的閥體止流結構緊湊，加工簡單，制造成本低，止流效果穩(wěn)定可靠，空氣耗量小，符合節(jié)約能源、降低紡絲單耗的要求。在化纖紡絲箱設計中進行了廣泛的推廣，并得到了用戶的一致認可。

余若偉，王輝，井佳音. FDY紡絲牽伸機紡絲箱的設計[J]. 紡織機械，1997，(2)：4～12.