北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 裴 龍/文

滌綸長(zhǎng)絲冷卻吹風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析與發(fā)展探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 裴 龍/文

文章分析了滌綸長(zhǎng)絲不同結(jié)構(gòu)的冷卻吹風(fēng)裝置特點(diǎn)，探討了側(cè)吹風(fēng)雙風(fēng)道裝置的優(yōu)點(diǎn)和雙排外環(huán)吹風(fēng)裝置的發(fā)展?jié)摿Γ约皞?cè)吹風(fēng)與外環(huán)吹風(fēng)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(cè)吹風(fēng) 外環(huán)吹風(fēng) 多孔板 蜂窩整流板 整流筒 雙風(fēng)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(fēng)裝置。通常的滌綸長(zhǎng)絲的紡絲冷卻裝置大致可分為側(cè)吹風(fēng)式和外環(huán)吹風(fēng)式。無論側(cè)吹風(fēng)還是外環(huán)吹風(fēng)冷卻裝置，都是由過濾網(wǎng)板、整流板以及導(dǎo)流風(fēng)道等組成。保證由冷卻吹風(fēng)裝置中吹出的風(fēng)平穩(wěn)、無雜質(zhì)，風(fēng)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(cè)吹風(fēng)冷卻裝置和環(huán)吹風(fēng)冷卻裝置的特點(diǎn)，探討其使用中的互換性及其發(fā)展。

2 冷卻吹風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 側(cè)吹風(fēng)裝置的構(gòu)成及特點(diǎn)

2.1.1 側(cè)吹風(fēng)裝置的構(gòu)成

側(cè)吹風(fēng)裝置被廣泛應(yīng)用于滌綸長(zhǎng)絲的滌綸民用長(zhǎng)絲及工業(yè)絲，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有較長(zhǎng)的吹風(fēng)冷卻長(zhǎng)度，適紡品種性廣。圖2展示了側(cè)吹冷卻裝置的結(jié)構(gòu)，由下風(fēng)道—水平過濾（水平網(wǎng)和無紡布）—導(dǎo)流風(fēng)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(dǎo)流風(fēng)道、多孔板、垂直過濾、蜂窩整流板后吹出，此時(shí)得到的風(fēng)在整個(gè)吹風(fēng)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(fēng)。表1為常規(guī)D型風(fēng)側(cè)吹風(fēng)裝置的參數(shù)。

表1 常規(guī)D型風(fēng)側(cè)吹風(fēng)裝置的參數(shù)。

2.1.2 側(cè)吹風(fēng)裝置的特點(diǎn)

由于側(cè)吹的風(fēng)從風(fēng)窗內(nèi)向外吹出，且每個(gè)紡絲位設(shè)有一套該裝置，為同一紡絲位全部噴絲板所共用，因此就側(cè)吹風(fēng)裝置而言，對(duì)風(fēng)窗有效寬度內(nèi)的同一位置的橫向風(fēng)的均一性要求較高。風(fēng)窗有效吹風(fēng)高度可根據(jù)品種的特性而定，有效吹風(fēng)高度通常在1.0～1.4米，最高可達(dá)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(jié)構(gòu)，

形成對(duì)從空調(diào)機(jī)組送過來的冷卻風(fēng)進(jìn)行初級(jí)過濾，濾去冷卻風(fēng)中的雜質(zhì)，延長(zhǎng)垂直過濾網(wǎng)清洗周期。垂直過濾網(wǎng)除進(jìn)一步對(duì)冷卻風(fēng)過濾外，還起到增加導(dǎo)流風(fēng)艙內(nèi)的風(fēng)壓，以保證冷卻風(fēng)具有一定的風(fēng)壓要求，目前采用的由五層金屬網(wǎng)組成的垂直風(fēng)網(wǎng)既可達(dá)到過濾要求，又可保證足夠風(fēng)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(hù)用的粗篩網(wǎng)；與多孔板組合使用可滿足70pa風(fēng)壓的需求。

蜂窩整流板

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

一般蜂窩板孔為正六邊形，六邊形蜂窩W=4.76mm，其當(dāng)量直徑為Dr ≈4.76mm， 當(dāng)冷卻風(fēng)風(fēng)溫20℃，風(fēng)速0.7m/ s時(shí)：

雷諾系數(shù)Re = v×d×ρ/μ 公式（1）

其中：V—冷卻風(fēng)流速，ρ—空氣密度，μ—空氣動(dòng)力粘性系數(shù)

20℃時(shí)，ρ空氣密度 = 1.205；

μ空氣動(dòng)力粘性系數(shù) = 18.239×10-6

則Re ≈220，Re＜2000，冷卻風(fēng)為層流。

為了增強(qiáng)對(duì)空氣的整流效果，蜂窩長(zhǎng)度H應(yīng)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(fēng)距板面越近受環(huán)境影響越小，風(fēng)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(fēng)面最小距離控制在15mm左右，保證同一絲束中每根絲的吹風(fēng)環(huán)境一致，提高紡絲質(zhì)量。

導(dǎo)流風(fēng)道及多孔板

如圖2所示，導(dǎo)流風(fēng)道為漸縮式，空調(diào)機(jī)組送來的冷卻風(fēng)經(jīng)氣流分配板進(jìn)入導(dǎo)流風(fēng)道后，將風(fēng)轉(zhuǎn)成水平。導(dǎo)流風(fēng)道通常采用上窄下寬結(jié)構(gòu)，保證風(fēng)沿風(fēng)窗長(zhǎng)度方向均布吹出。

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

在側(cè)吹風(fēng)裝置的送風(fēng)高度區(qū)域內(nèi)為絲束紡程的固化區(qū)，此時(shí)絲束對(duì)風(fēng)速分布極度敏感。側(cè)吹風(fēng)窗長(zhǎng)度方向上的風(fēng)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(shí)現(xiàn)。對(duì)于常規(guī)滌綸長(zhǎng)絲品種多數(shù)情況下采用圖5所示(a)D型風(fēng)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(fēng)型對(duì)設(shè)備加工要求較高，在整個(gè)側(cè)吹風(fēng)風(fēng)窗面積上風(fēng)速穩(wěn)定均勻，保證絲束品質(zhì)。對(duì)于一些要求冷卻長(zhǎng)度較長(zhǎng)的長(zhǎng)絲，如單絲而言，單根絲條較粗，冷卻風(fēng)窗長(zhǎng)度較大，D型風(fēng)的分布不適應(yīng)，而P型風(fēng)或腰鼓型風(fēng)速分布更有利于絲束冷卻成型，如圖4所示(b)P型風(fēng)速分布。多孔板的孔徑

大小等可按工藝特殊要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(fēng)所對(duì)應(yīng)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(cè)吹風(fēng)窗寬度方向上的橫向風(fēng)速均勻性，有效吹風(fēng)面積內(nèi)統(tǒng)一橫向上風(fēng)速極差≤10%。

2.1.3 側(cè)吹風(fēng)冷卻裝置的使用效果

滌綸POY實(shí)驗(yàn)機(jī)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(duì)于常規(guī)POY紡絲，使用側(cè)吹風(fēng)裝置完全可以達(dá)到紡絲指標(biāo)要求。

2.2 外環(huán)吹裝置的構(gòu)成與特點(diǎn)

2.2.1 外環(huán)吹風(fēng)的構(gòu)成

外環(huán)吹風(fēng)多用于滌綸紡細(xì)旦紡絲設(shè)備中，每個(gè)紡位設(shè)有一套環(huán)吹風(fēng)裝置，其結(jié)構(gòu)由：水平過濾網(wǎng)—多孔板、風(fēng)道—導(dǎo)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(jī)組送來的風(fēng)經(jīng)由風(fēng)道及導(dǎo)向筒導(dǎo)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(fēng)裝置中的整流筒數(shù)量多少由每個(gè)紡位的噴絲板數(shù)決定，也就是每塊噴絲板對(duì)應(yīng)一個(gè)外環(huán)吹風(fēng)筒，這與側(cè)吹風(fēng)冷卻裝置截然不同。

2.2.2 外環(huán)吹風(fēng)的特點(diǎn)

由于外環(huán)吹的風(fēng)沿徑向由外向絲束內(nèi)吹，風(fēng)離絲束很近，因此紡絲時(shí)冷卻風(fēng)的速度要求較低，加上整個(gè)外環(huán)吹裝置與紡絲箱緊密接觸，沒有外界環(huán)境對(duì)未成形的絲束擾動(dòng)，十分適合用于細(xì)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(duì)空調(diào)機(jī)組送過來凈化空調(diào)風(fēng)進(jìn)一步過濾。為了便于更換，設(shè)計(jì)為抽屜式，置于整個(gè)裝置后下方。更換時(shí)只需來開“抽屜”，去除金屬壓網(wǎng)更換無紡布即可。

風(fēng)道、多孔板和導(dǎo)向筒

針對(duì)外環(huán)吹風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊空間小，設(shè)計(jì)了適合外環(huán)吹的風(fēng)道和導(dǎo)向筒，冷卻風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行分配。另外采用三級(jí)多孔板加強(qiáng)對(duì)送進(jìn)來的冷卻風(fēng)進(jìn)行導(dǎo)流和均勻分配，以保證每個(gè)出風(fēng)筒周圍風(fēng)壓一致和穩(wěn)定。

整流筒

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

表3 常規(guī)外環(huán)吹風(fēng)裝置參數(shù)

表4 常規(guī)外環(huán)吹風(fēng)裝置紡FDY產(chǎn)品指標(biāo)

以上每個(gè)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(fēng)在紡細(xì)旦絲方面具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。

密封與升降器缸

因外環(huán)吹風(fēng)的所放品種單絲纖度較小，且吹風(fēng)面距纖維很近，冷卻風(fēng)速較低，風(fēng)室內(nèi)不能受到環(huán)境中任何擾動(dòng)，因此每個(gè)環(huán)吹風(fēng)風(fēng)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(zhǎng)。經(jīng)多次實(shí)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(yàn)結(jié)果見表6。

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

表6 硅海綿橡膠板耐壓測(cè)試結(jié)果

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

2.3 側(cè)吹裝置與外環(huán)吹裝置的互換性

為了滿足產(chǎn)品市場(chǎng)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(cè)吹風(fēng)裝置與外環(huán)吹風(fēng)裝置的互換性。使用新型嵌入式底框安裝結(jié)構(gòu)（見圖8）方便現(xiàn)場(chǎng)安裝操作?，F(xiàn)場(chǎng)只需將側(cè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有前踏板以保證操作安全。以最小的變動(dòng)簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)的安裝操作。用戶根據(jù)不同產(chǎn)品選擇側(cè)吹、環(huán)吹冷卻方式隨意互換安裝。

3 冷卻風(fēng)裝置的發(fā)展方向

3.1 側(cè)吹風(fēng)裝置的發(fā)展方向

隨著市場(chǎng)的需求和變化，出現(xiàn)了大位距的雙風(fēng)道側(cè)吹風(fēng)，總進(jìn)風(fēng)在每位的出風(fēng)口對(duì)應(yīng)兩個(gè)進(jìn)風(fēng)箱中，馮分別吹進(jìn)兩個(gè)風(fēng)閥室，兩個(gè)高密無紡布過濾抽屜，兩個(gè)水平多孔板上行至各自的風(fēng)道腔中，再由過濾整流板網(wǎng)吹出，形成2個(gè)完全獨(dú)立的側(cè)吹風(fēng)裝置。其功能相當(dāng)于兩套側(cè)吹風(fēng)并在一起，也可稱為雙胞胎型側(cè)吹風(fēng)。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(cè)吹風(fēng)適用于化纖長(zhǎng)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(fēng)道、雙風(fēng)室側(cè)吹風(fēng)的特點(diǎn)是風(fēng)速可單獨(dú)調(diào)節(jié)，兩風(fēng)室之間的風(fēng)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(yù)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(yīng)用于一步法異收縮PET混纖復(fù)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(fù)合產(chǎn)品，各風(fēng)室還可獨(dú)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(fēng)道側(cè)吹風(fēng)應(yīng)用于異纖復(fù)合絲紡絲機(jī)中，主要生產(chǎn)滌綸滌綸的復(fù)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(fù)合紡集合了兩種不同的工藝路線，實(shí)現(xiàn)了POY與FDY同步紡絲，生產(chǎn)的復(fù)合纖維具有里立體感強(qiáng)、抗皺等特點(diǎn)。表7為該紡絲產(chǎn)品指標(biāo)。

表7 138d/120f一步法異纖復(fù)合產(chǎn)品指標(biāo)

3.2 外環(huán)吹裝置的發(fā)展方向

3.2.1 雙排外環(huán)吹

當(dāng)每位紡絲頭數(shù)增加到12頭及以上時(shí)，若紡絲組件仍單排排布，導(dǎo)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(shì)在必行。如圖10所示，導(dǎo)向筒座與風(fēng)向整流筒相接，呈雙排交錯(cuò)排列，兩排中最近的三個(gè)風(fēng)向整流筒呈正三角形分布，保證每個(gè)風(fēng)筒風(fēng)壓一致。目前已有多個(gè)廠家使用，使用效果良好。

3.2.2 一步法細(xì)旦混纖復(fù)合長(zhǎng)絲外環(huán)吹

混纖復(fù)合長(zhǎng)絲是由兩種不同原料、不同纖度、不同孔數(shù)、不同伸長(zhǎng)、不同沸水收縮、不同截面形狀、不同取向度的纖維復(fù)合而成，其中紡制細(xì)旦混纖復(fù)合長(zhǎng)絲的時(shí)候，側(cè)吹風(fēng)裝置就不能達(dá)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(fù)合長(zhǎng)絲紡絲示意圖，1，2有獨(dú)立的風(fēng)閥、風(fēng)道、風(fēng)箱、上油系統(tǒng)，操作面相對(duì)，對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)有利于新品種的開發(fā)，是未來市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

[1] 董紀(jì)震 等，合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué).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(xué)與工程.中國(guó)紡織出版社，2001.3.

[3] 于麗娜、許睿哲，滌綸長(zhǎng)絲側(cè)吹風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)探討.聚酯工業(yè)，2013.