專利名稱：超低浴比高溫脈流染紗機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及染紗機裝置設計領域，特別涉及一種超低浴比高溫脈流染紗機。
背景技術：
筒子紗染色是當今紗線染色行業(yè)中應用最為廣泛的一種方法。但是，常規(guī)筒子紗染色機的浴比較大，染色周期(尤其是棉紗線染色周期)較長，其用于升溫、冷卻、漂白和水洗的時間就占整個染色周期的一半以上，并消耗大部分的水及電能。此外，傳統(tǒng)筒子紗染色機卸載筒子紗的方法費時耗力。因此，應大力發(fā)展短流程環(huán)保型染紗技術。目前國內染整設備存在如下問題(1)染整設備效率低、工藝時間長，傳統(tǒng)溢流染色機每染一缸布所需時間約為8-10個小時，染色周期長，耗時比國外制造的染整設備長 3 4個小時。(2)污染大，每缸染色需要染料助劑量多。(3)耗水量大，傳統(tǒng)溢流染色機每公斤織物的耗水量大，比國外制造的染整設備浪費水大約為47%。(4)耗電量大，傳統(tǒng)溢流染色機每千公斤織物的耗電量約380度電，比國外產(chǎn)染整設備浪費約47%。衡量棉紗線染色工藝技術的關鍵標準，是通過精確合理的染色工藝、化工料的用量以確定染色浴比。染色浴比是衡量染色單位成本一個非常重要的指標。方法就是通過降低用水量來降低浴比。目前對染色水位的最低要求為浸泡紗線水位高低來衡量水浴比。由于傳統(tǒng)筒子紗染色機的缺點是浴比大、耗電大、用染化料助劑多、工藝時間長。 一公斤紗錠需要大于8公斤水，實際使用時，紗錠在濕透水的飽和狀態(tài)下，染色水浸泡半個紗架，極大地浪費了資源。傳統(tǒng)筒子紗染色機的浴比通常為1 5，某些經(jīng)過改進的筒子紗染色機的浴比可以降低到1 4，簡稱為低浴比筒子紗染色機，而浴比低于1 3的超低浴比筒子紗染色機一直是各生產(chǎn)企業(yè)研究的方向，至今還沒能實現(xiàn)。傳統(tǒng)染色水位只能降低覆蓋紗線20% -40%的高程度，染色周期長而且浪費水、 電染助劑，造成環(huán)境污染。在紗線暴露在液面之上的情況下，為了保證筒子染透、染勻，必須保證軸籠、設備的密封性、內外壓差充分足夠。在低水位生產(chǎn)條件下，如何保證染液與紗線均勻、充分的結合，單位時間通過紗線的流量，整個染液長時間循環(huán)確保染液的充分利用從而確保上染率，克服低水位可能帶來的對設備、質量、工藝參數(shù)的影響等等都需要投入巨大的時間與精力去做研發(fā)與論證工作。因此，本專利提供一種在超低浴比情況下實現(xiàn)脈流染紗的染紗機。
實用新型內容本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種超低浴比高溫脈流染紗機，在整個染紗過程中，水僅僅是作為染料的溶劑和紗錠浸濕的溶劑，所需的浴比非常低，達到了超低浴比的狀態(tài)，從而使染紗加熱所需的熱水量、染色化工染料的消耗量以及排污量降低，高效的脈流染色縮短了染色的工藝時間，亦降低了電耗。此方法符合生態(tài)環(huán)保的經(jīng)濟染色四要素——7K、能源、助劑、時間的最少消耗。本實用新型的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)超低浴比高溫脈流染紗機，包括染缸、紗架、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置、變頻電機、超低浴比三級葉輪泵和染色電腦， 所述自適應水位監(jiān)測裝置和熱交換盤管均設置于染缸的底部，染缸通過喇叭管與超低浴比三級葉輪泵的入口相連，變頻電機與超低浴比三級葉輪泵相連；所述超低浴比三級葉輪泵、 變頻電機、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置均通過控制器與染色電腦相連；所述超低浴比三級葉輪泵沿染液流向依次包括軸流級、離心級、固定導流葉輪級；所述紗架固定在染缸內，紗架上的紗桿中空，紗桿底部與染缸內的染液輸出通道相通，紗架底部是紗架盤，紗架盤上有孔與染缸內的染液輸入通道相通，在整個染紗過程中，染缸內的染液始終不超過紗架盤，浴比小于1 3。所述超低浴比高溫染紗機還包括比例式微量控制升降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)一端與設置于染缸內的溫度探針相連，另一端與染色電腦相連。采用該系統(tǒng)可以保證在染紗機工作過程中染缸內的溫度恒定在染色工藝曲線所要求的值，且可在需升降溫時迅速達到指定溫度。所述超低浴比高溫染紗機還包括一個熱水預備缸，該熱水預備缸設置于染缸入水口處。采用該熱水預備缸，可提前準備下一步驟所需的熱水量，節(jié)省工藝時間，彌補工廠水壓及蒸汽壓力的波動對染色過程的影響。所述超低浴比高溫染紗機還包括漸進加料系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加料桶和設置于加料缸入口處的控制器，該控制器與染色電腦連接。工作人員可根據(jù)設定的工藝曲線，在染色電腦上對染料的進量進行控制，實現(xiàn)漸進加料，防止瞬間加料過多引起染缸內染液的震蕩。所述超低浴比高溫染紗機還包括高溫排放混流裝置，該裝置設置于染缸底部，其包括若干個排放閥，該排放閥與染色電腦相連用于間歇式排放污水。所述紗架包括用于疊套紗卷的紗桿和紗架盤，所述紗桿固定在紗架盤上，紗桿內部設置有連通紗架盤的、用于染液流通的紗桿孔，紗錠套在紗桿上。紗桿上的紗錠經(jīng)染液噴射產(chǎn)生滲透，紗錠內出水口分布比常規(guī)染紗機孔數(shù)少而且梳細。上述裝置在運行過程中采用如下的控制方法染色電腦中的時間脈沖發(fā)生器按照設定的工藝過程發(fā)出脈流數(shù)據(jù)到變頻電機對應的變頻電機控制器，由變頻電機控制器控制變頻電機的轉速，變頻電機驅動超低浴比三級葉輪泵輸出脈流式波動的染液流；輸出的染液流根據(jù)染色電腦中的理想?yún)⒖寄Ｐ瓦M行自適應調整；自適應水位監(jiān)測裝置給出水位參考辨識信息，根據(jù)這一信息水位調節(jié)器和變頻電機控制器分別對水位和變頻電機進行調節(jié)， 使其達到設定工藝過程所要求的水位和脈流。所述設定的工藝過程包括煮漂、染色、水洗，每個階段的時間、溫度、脈流根據(jù)紗錠的緊密度、材質、厚度設定；在設定的工藝過程中，污水從設在缸底的排放閥排放，染色電腦控制排放閥間歇打開，進行間歇溢流水洗，以去除漂浮在上層的污物(如泡沫等)。所述煮漂階段是在105-110°C的條件下進行，廢水采用高溫直接排放。在高溫高壓條件下能加速分解棉紗線上的雜質和漿料，提高漂白速率。采用高溫直接排放能省去冷卻降溫過程。相較于常規(guī)機器浴比較大(1 7-1 10)，加熱所需的蒸汽量較大，升溫時間長。漂白后，還需花較長時間冷卻降溫，才能達到安全排放要求，既費水又耗時。所述染色過程電機轉速需要在300-500rpm/min之間。在保證循環(huán)系統(tǒng)有效染液循環(huán)率90%以上時，筒子染色機的比流量可以選擇在35L/kg · min以上。由于按此比流量所選取主泵的比轉數(shù)小于300，屬于高比轉數(shù)的離心泵，因此可以減小主泵進、出口管徑，使得管路中的存水量減少，降低染液浴比。所述水洗階段控制水洗溫度在50-10(TC之間，且其包括正壓榨水階段，在這一階段通過染色電腦將染缸內的壓力增加到44kg/cm2。用于將排水后仍殘留在紗線上的污水盡量擠除，可以最大限度地降低吸附在筒子紗上的含水量，即降低污水含量，提高水洗效率，減少用水量。所述時間脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈流數(shù)據(jù)每分鐘改變變頻電機5-10次循環(huán)脈動頻率。所述變頻電機頻率變化是在水位允許范圍內產(chǎn)生波動。所述染色階段，根據(jù)紗錠的種類不同其對應的溫度工藝曲線也不同，對于種類為棉、化纖和蛋白纖維的紗錠，其對應的溫度工藝曲線具體是指(1)種類為棉的待染紗錠，其對應的溫度工藝曲線具體是指 Z1 (0
k, ·Αχ{ ), 20 <4(0 <60, 0 < < 1,
A(t), 4(0 = 60,
<1 <
k2 · A3 (t), 60 <4(0 <95, 0<k2 <1 A4( ), A4( ) = 95, t3 <t<
4
-k3 · A5 (t), 95 > As(t)>65, 0<k3
A(t),為⑴=65，t5<t<t6 -k4 · A1 (t), 60>A7(t)>20, 0<k4 <1, (2)種類為化纖的待染紗錠，其對應的溫度工藝曲線具體是指
kY · 4(0' 20 <4(0 ^ 60, 0 < < 1,-
<1， f2 (t)
A2{t), 4(0 = 65,
<1 <
k2 · A3 (t), 65< A3 (t)< 132, 0<k2 <1,
A4( ), A4( ) = 132, 3 < < 4 -k3 A5(t), 132 >As(t)> 70, 0<k3 <1,
Λ(0' MO = 75, t5<t<t6
-k4 · A1 (t), 75 > A7 (t) > 20, 0<k4 <1,
<1 <
<1 <
<1 <
<1 <
<1 <
<1 <
2
<1 <
4
<1 < (3)種類為蛋白纖維的待染紗錠，其對應的溫度工藝曲線具體是指
·4(0' 20<4(0<60, ο<<ι, t0<t<^
A2(t), A2(t) = 60, tx<t<t2 k2 A3(t), 60 < A3(t)< 95, 0<k2<l, t2<t <t A4( ), Α4( ) = 95, 3< < 4 -k3· A5 (t), 95 > As(t)> 65, 0<k3<l, t4<t< MO' MO = 65, t5<t<t6 f3(t)
<1 <
6
-^·Α ( ), 60> A7 (t)> 20, 0<k4<\, 其中，fjt) (i = 1,2,3)是染色溫度隨染色時間的變化函數(shù)，Ici表示升溫或降溫
5系數(shù)，t表示染色的時間，Ai (t)是隨時間變化升溫的變量值，其單位為。C。低浴比染紗有幾個關鍵條件比流量、泵額定壓差與比轉數(shù)，具體簡述如下(1)比流量比流量是主循環(huán)泵特性曲線描述，采用合理的比流量，可增大主泵揚程，從而保證紗線的勻染性和一次染準率，并提高效率，降低能耗。筒子紗染色選擇大比流量低轉速葉輪泵，對于大容量筒子紗、高支高密度筒子紗以及經(jīng)軸紗等染色，采用低比流量，提高揚程，可以提高克服紗層穿透阻力的能力，適合超低浴比染色。比流量是筒子紗染色技術中重要的技術參數(shù)，它表征在單位時間內穿過每千克紗線的染液量，其單位是L/kg*min。染色工藝過程包括三個基本過程吸附、擴散和固著。就是在設定的時間內，使染料均勻上染并固著在紗線纖維上。按照染色原理，被染物紗線與染料必須不斷接觸，才能完成上染的三個基本過程。在這個過程中，除了以溫度來控制上染速率外，主要是通過染液循環(huán)以保證整個被染物(紗線)的溫度均勻性，以及與染料交換頻率均等。因此，比流量在筒子紗染色中起著非常重要的作用，設備主泵流量選取的主要依據(jù)就是比流量。傳統(tǒng)觀念認為，選擇較大的比流量有利于提高紗線的勻染性，但對某些紗會產(chǎn)生毛羽現(xiàn)象；另外，單個筒子紗的內、中、外色差，以及層與層之間的色差與比流量過低有關。采用低比流量，超低浴比染色質量會提高，帶來好處如降低主泵轉速、功率，達到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約染色劑、減少污水排放，具有較大的實際意義，具體如下a.降低主泵功率，節(jié)省電能。提高工作效率選擇低比流量和高揚程。采用的混流泵改為高比轉數(shù)(比轉數(shù)=200 300)離心泵。根據(jù)葉片離心泵設計理論，在流量-功率特性曲線上，相同條件下離心泵的功率變化比混流泵快。由于現(xiàn)在筒子紗染色機主循環(huán)泵電機都采用了交流變頻技術，通過轉速變化，在保證泵效率不變的條件下，可以給出不同的流量和揚程，所以基于離心泵的流量-功率變化特點，可以在不同流量下，充分降低功率消
^^ ο離心泵與混流泵相比，其流量-效率特性曲線也比較平緩，在流量變化的范圍內， 偏離最高效率點的范圍也不會太大。這對筒子紗在裝載變化或者對遇水容易發(fā)生溶脹的纖維(如粘膠纖維)來說，在流量變化過程中，設備始終有較高的工作效率。b.主循環(huán)管路系統(tǒng)容積減小、浴比降低采用低比流量，主泵在相同總功率條件下， 揚程相對提高，可以增大克服紗層穿透阻力的能力。這樣不僅能夠充分保證被染物獲得均等的上染幾率，還可以減少循環(huán)管路系統(tǒng)的容積，因為相同功率的離心泵進出口管徑一般比混流泵的小。優(yōu)化染機結構設計，可進一步降低浴比。c.提高染色的一次成功率采用低比流量、高揚程后，可以增大單個筒子紗的密度 (經(jīng)驗表明，純棉單個筒子紗密度可達0. 42g/cm3,使得染液完全從紗線纖維之間穿過，而不是從紗線之間穿過，對整個紗線的勻染和透染非常有利。由于相對提高了主泵揚程，如果相對減少紗桿的染液過流口面積，增加筒子紗層(在實際應用中最高可達17層紗)，可使上下層筒子紗獲得均等的流量。所以在大容量筒子紗染色中，可更好地保證上下層筒子紗的勻染性，提高染色的一次成功率。改變傳統(tǒng)選擇比流量的方法，結合不同主循環(huán)泵(離心泵、混流泵、軸流泵)特性曲線，設定合理的比流量，相對提高主循環(huán)泵揚程，不僅可以滿足大容量筒子紗的染色工藝，還可通過增大一般筒子紗(尤其是純棉筒子紗)的密度，提高染色的一次成功率。此外，
6低比流量可提高效率、降低能耗。(2)泵額定壓差與比轉數(shù)關系泵額定壓差，在泵額定工況下，其額定排出壓與額定吸入壓力之差。泵的排出壓力與吸入壓力之差，表示被送液體經(jīng)過泵后所獲得的能量(壓力能)增加量。而壓差越大則表示在紗線交換循環(huán)的速度越快，對于染液交換頻率更高就更有利于提高染液的勻染，而正常傳統(tǒng)設備在生產(chǎn)液量下降時完全不能達到低浴比設備的效果。越高的壓差對于染色效果越好。紗線染色要考慮被染物與染液的交換頻率，即染色循環(huán)頻率。實際的流量并非是最初設置的流量，而是泄漏或克服阻力損失后剩余的那部分流量。在整個染液循環(huán)系統(tǒng)中， 還存在一個非常大的阻力損失，即穿透筒子紗層的阻力損失。這些阻力損失由主循環(huán)泵揚程提供，根據(jù)流體力學原理可知，系統(tǒng)中壓力降與流體流速的平方成正比。即與流量的平方成正比公式流量=過流面積X流速如果實際生產(chǎn)中能夠實現(xiàn)較大的比流量，單從染色方面考慮，對勻染性是有利的， 但對密度較大的紗層(例如經(jīng)軸紗的密度一般在0. 48-0. 51g/cm3)，或者吸水后溶脹較大的紗線(例如粘膠)，則會因為阻力增大而產(chǎn)生很大的壓力降。這種壓力降必然會使主循環(huán)泵特性曲線的工作點向較高揚程方向移動，流量也隨之下降，主泵有可能并未在特性曲線上的經(jīng)濟效率范圍內工作。如果按傳統(tǒng)的設計觀念，選擇大比流量雖然沒有大的泄漏量，但會因流量大而增大流程或局部阻力損失，再加上紗線容量增加而產(chǎn)生的阻力減少，使得染液循環(huán)的整個系統(tǒng)能耗增加。在此情況下，用來克服系統(tǒng)阻力損失的主泵揚程應該達到足夠高，才能保證所需的染液穿透紗層。主循環(huán)泵設計中，被染物與染液的交換頻率主要取決于染液的循環(huán)流量，因此比流量的選取都比較大，而對揚程的選取并不重視。按這個要求，一般都是選擇混流泵，它的特點是大流量、低揚程。所以為了保證一定的染液穿過紗層，不得不將總流量的30% — 40%用于補充泄漏及紗錠穿透阻力損耗。因此，傳統(tǒng)的比流量并沒有反映出實際的比流量。筒子紗染色機結構的不斷改進，提高了循環(huán)染液的利用率，可以不考慮曾經(jīng)作為補償泄漏的那部分流量，提高系統(tǒng)總體所需的揚程。這樣不僅可以滿足容量增加而產(chǎn)生系統(tǒng)阻力所需的能耗，同時減少了管路循環(huán)系統(tǒng)空間，提高了主循環(huán)泵的使用效率。在保證循環(huán)系統(tǒng)有效染液循環(huán)率90%以上時，筒子染色機的比流量可以選擇在 35L/kg ·π η以上。由于按此比流量所選取主泵的比轉數(shù)小于300，屬于高比轉數(shù)的離心泵， 因此可以減小主泵進、出口管徑，使得管路中的存水量減少，降低染液浴比。比轉數(shù)由下面經(jīng)驗公式給出
權利要求1.超低浴比高溫脈流染紗機，其特征在于，包括染缸、紗架、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置、變頻電機、超低浴比三級葉輪泵和染色電腦，所述自適應水位監(jiān)測裝置和熱交換盤管均設置于染缸的底部，染缸通過喇叭管與超低浴比三級葉輪泵的入口相連，變頻電機與超低浴比三級葉輪泵相連；所述超低浴比三級葉輪泵、變頻電機、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置均通過控制器與染色電腦相連；所述超低浴比三級葉輪泵沿染液流向依次包括軸流級、離心級、固定導流葉輪級；所述紗架固定在染缸內，紗架上的紗桿中空，紗桿底部與染缸內的染液輸出通道相通，紗架底部是紗架盤，紗架盤上有孔與染缸內的染液輸入通道相通，在整個染紗過程中，染缸內的染液始終不超過紗架盤，浴比小于1 3。
2.根據(jù)權利要求1所述的超低浴比高溫脈流染紗機，其特征在于，所述超低浴比高溫染紗機還包括比例式微量控制升降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)一端與設置于染缸內的溫度探針相連， 另一端與染色電腦相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的超低浴比高溫脈流染紗機，其特征在于，所述超低浴比高溫染紗機還包括漸進加料系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加料桶和設置于加料缸入口處的控制器，該控制器與染色電腦連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的超低浴比高溫脈流染紗機，其特征在于，所述超低浴比高溫染紗機還包括高溫排放混流裝置，該裝置設置于染缸底部，其包括若干個排放閥，該排放閥與染色電腦相連用于間歇式排放污水。
5.根據(jù)權利要求1所述的超低浴比高溫脈流染紗機，其特征在于，所述超低浴比高溫染紗機還包括一個熱水預備缸，該熱水預備缸設置于染缸入水口處。
專利摘要本實用新型公開了一種超低浴比高溫脈流染紗機，該染紗機包括染缸、紗架、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置、變頻電機、超低浴比三級葉輪泵和染色電腦，所述自適應水位監(jiān)測裝置和熱交換盤管均設置于染缸的底部，染缸通過喇叭管與超低浴比三級葉輪泵的入口相連，變頻電機與超低浴比三級葉輪泵相連；所述超低浴比三級葉輪泵、變頻電機、熱交換盤管、自適應水位監(jiān)測裝置均通過控制器與染色電腦相連；所述超低浴比三級葉輪泵沿染液流向依次包括軸流級、離心級、固定導流葉輪級；在整個染紗過程中，染缸內的染液始終不超過紗架盤，浴比小于1∶3。本實用新型中脈流控制工藝符合生態(tài)環(huán)保的經(jīng)濟染色四要素——水、能源、助劑、時間的最少消耗。
文檔編號D06B3/09GK202055028SQ20112011214
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者羅湘春, 鐘漢如, 黎嘉球 申請人:廣州番禺高勛染整設備制造有限公司