專利名稱：超低浴比三級葉輪泵染紗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及染紗機的設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及超低浴比三級葉輪泵染紗機。
背景技術(shù)：
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。目前國內(nèi)染整設(shè)備存在如下問題(1)染整設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備浪費約47%。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)。筒子紗染色與其它高能耗、高污染行業(yè)一樣，節(jié)能減排是其未來發(fā)展的主要目標。 通過染色工藝的改進、染色設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的提高和設(shè)計優(yōu)化，降低加工過程中的水、蒸汽、 電、染化料消耗，減少污水排放，是一條實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。經(jīng)過長期的實踐應(yīng)用，人們掌握了一些對染色性能有較大影響的參數(shù)，并對其采取相應(yīng)的控制方式，既可滿足染色的質(zhì)量要求，又能在一定程度上達到節(jié)能減排的效果。小浴比條件下的染色，不僅能夠節(jié)省水和蒸汽、減少排放，而且還可提高活性染料的直接性，減少對鹽類的依存性，降低鹽類的消耗和污水助劑的含量。因此，小浴比是筒子紗染色節(jié)能減排的一個主要特征。而其中染液完全不浸泡紗錠的超浴比染紗機更成為研究的熱點。主泵是漂染液循環(huán)的動力源，其性能好壞直接關(guān)系到漂染效果的好壞，高溫高壓筒子紗循環(huán)泵的揚程是筒子紗染色質(zhì)量非常重要的參數(shù)，揚程太小染液不能穿透染缸內(nèi)的每個紗錠，染完的紗存在色差和染色不勻，揚程太大不僅浪費能源，還會由于染液對紗線的強力沖擊致使紗線的強力伸長率降低，紗線表面起毛影響織造效果。因此，根據(jù)織物工藝需要合理控制揚程參數(shù)，而目前的染紗機在1 3超低浴比時，主泵揚程很難滿足染色工藝要求。因此，需要提供一種在超低浴比工藝下仍能夠?qū)崿F(xiàn)高揚程的三級葉輪泵染紗機。
實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供超低浴比三級葉輪泵染紗機，該實用新型能夠在染紗機中的染液低于紗錠時仍能夠滿足染紗機所要求的揚程，從而實現(xiàn)染紗機的超低浴比，使染料、助劑、能源、水資源的消耗達到最低，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)超低浴比三級葉輪泵染紗機，包括染缸、紗架、葉輪泵、熱交換盤管，所述紗架固定在染缸內(nèi)，所述紗架上的紗桿中空，紗桿底部與染缸內(nèi)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(nèi)的染液輸入通道相通，葉輪泵設(shè)置于整個染缸的下面，熱交換盤管設(shè)置于染缸內(nèi)的底部，所述葉輪泵為三級葉輪泵，其泵軸與內(nèi)部電機軸同軸連接，染缸與三級葉輪泵的入口相連；所述三級葉輪泵沿染液流向依次包括軸流級、離心級、固定導(dǎo)流葉輪級，即在整個染紗過程中，染缸內(nèi)的染液始終不超過紗架盤，浴比小于1 3(即實現(xiàn)超低浴比，在整個染紗過程中，染液始終在紗錠以下，不浸泡紗錠)。所述軸流級和離心級通過同一傳動軸依次與電機相連，所述軸流級和離心級的葉片固定在傳動軸上；所述染液經(jīng)過流入通道流入軸流級，從軸流級流出的染液直接進入離心級的輸入口，從離心級流出的染液經(jīng)過固定導(dǎo)流葉輪級后進入流出通道，所述固定導(dǎo)流葉輪級設(shè)置在離心級輸出端與染液流出通道接口處；所述染液流入和流出的通道相互隔離；軸流級、離心級、固定導(dǎo)流葉輪級均設(shè)置于導(dǎo)流外殼內(nèi)。所述三級葉輪泵通過喇叭管與染缸相連，喇叭管內(nèi)設(shè)有兩個獨立的腔體作為染液流入通道和流出通道，所述染液流入通道內(nèi)染液的流動方向是從染缸向軸流級流動，流入通道與軸流級的輸入端相連通；染液流出通道內(nèi)的染液方向是從離心級經(jīng)由固定導(dǎo)流葉輪級后流向染缸，流出通道與離心級的輸出端相連通。所述軸流級、離心級的葉輪外殼與葉輪的兩相鄰表面，均呈球形面。這樣保證了葉片在任何安裝角度時，葉輪外圓與外殼之間有很小的間隙，以減少回流水量損失。所述軸流泵的葉片個數(shù)為3個。所述離心級的葉片個數(shù)為7個。所述固定導(dǎo)流葉輪片焊接固定在導(dǎo)流外殼上，固定導(dǎo)流葉輪片與導(dǎo)流外殼緊固于葉輪泵機座上。葉輪泵機座、導(dǎo)流外殼、離心泵軸承座在葉輪座外殼上是不動的。固定導(dǎo)流葉輪片與導(dǎo)流外殼焊接在第一級葉輪泵軸承上，葉片安裝角度與離心泵出水方向相反傾斜 45度，這就是固定導(dǎo)流葉輪級在旋轉(zhuǎn)水流沖擊下產(chǎn)生第三級的升力揚程作用，把旋轉(zhuǎn)的水經(jīng)過固定導(dǎo)流葉輪片后，水就改變流動方向，變成直流水，這就是固定導(dǎo)流葉輪級的技術(shù)特征。所述軸流葉片與第一級葉輪泵軸承之間，設(shè)有密封圈，該密封圈內(nèi)裝有鐵氟龍 (PTFE)材料，以提高泵壓差的密封性。所述軸流泵、離心泵的泵軸與電機軸心通過尼龍銷聯(lián)軸器同軸連接。所述電機采用臥式變頻電機直接傳動，電機借螺栓緊固于電機座上。在水泵運轉(zhuǎn)時，其全部軸向力(即水泵葉輪上的水壓力和全部水泵轉(zhuǎn)子重量之和)均由電機座內(nèi)裝的軸承來承受。水泵轉(zhuǎn)子的軸向位移可借傳動裝置內(nèi)的螺母來調(diào)整，這樣就使整個水泵機組簡化，安裝維修方便可靠。三級葉輪泵運行原理第一級軸流級軸流級采用不銹鋼制成，由兩端軸承支承，一端由電機直接驅(qū)動，運轉(zhuǎn)過程中，軸
4流級葉輪提供第一級吸附進水起到抽水揚程作用，與離心級挨著將紗缸回流水抽水給離心級，由于泵內(nèi)充滿液體，離心級葉輪快速轉(zhuǎn)動，葉輪的葉片驅(qū)使液體抽水轉(zhuǎn)動，液體轉(zhuǎn)動時依靠慣性向葉輪外緣流去，同時葉輪從吸入室吸進液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運動中液體作用升力于葉片，反過來葉片以一個與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個力對液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時液體的動能與壓能均增大。在變頻電機帶動下，軸流級葉片甩出水運送到離心級的閥口入端全開啟時流量增大，所產(chǎn)生的水流增力加大，形成第一級揚程。第二級離心級離心級緊挨著軸流級，軸流級依靠旋轉(zhuǎn)葉輪的翼形葉柵對繞流液體產(chǎn)生的升力來傳遞能量給離心級葉輪。葉輪均經(jīng)靜平衡校正。離心級原理是通過轉(zhuǎn)子(葉輪)高速轉(zhuǎn)動后將低壓流體帶動向外甩出到出口匯集擠壓，形成高壓流體；渦流泵是通過渦輪將外部低壓流體吸入到渦輪腔內(nèi)逐步向中心擠壓后形成中間高壓導(dǎo)出形成高壓流體。離心級是與軸流級同軸連接，實質(zhì)是三級葉輪泵的一種類型。該泵的噴水推進器由進水流道、葉輪、導(dǎo)葉體和噴口組成。泵特性曲線(揚程一流量曲線、效率一流量曲線、揚程一吸口比轉(zhuǎn)速曲線)反映了泵的運動參數(shù)(轉(zhuǎn)速、周向和軸向速度)的數(shù)學(xué)模型，可以度量出泵的性能，包括能量轉(zhuǎn)換效能、推進性能和抗空化性能等?；旌媳貌捎没炝魇絿娝七M泵的性能曲線，包括非空化條件下不同轉(zhuǎn)速時的揚程一流量曲線和效率一流量曲線以及空化條件下?lián)P程和效率隨吸口比轉(zhuǎn)速變化的修正函數(shù)曲線，得到該噴水推進器在流速范圍內(nèi)用于求解泵的性能曲線。第三級固定導(dǎo)流葉輪級固定導(dǎo)流葉輪級采用不銹鋼制造，葉片用不銹鋼做成的葉輪焊接在葉輪座上(或葉片外殼)，緊固于葉輪座上，葉片與葉輪座相鄰表面刻有角度線。葉片安裝角度一般為45 度，這個葉片角度與離心級出水方向相反。導(dǎo)流葉輪泵是緊接著離心級的旋轉(zhuǎn)水流逆行導(dǎo)流，即水流是旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)葉輪固定，使到固定導(dǎo)流葉輪級形同一個葉輪泵。當離心級甩出水流到第三級后，水流是旋轉(zhuǎn)的，導(dǎo)流葉輪是固定在葉輪座的葉輪外殼上，使到水流沖刷導(dǎo)流葉輪后，旋轉(zhuǎn)的水流順著導(dǎo)流葉輪甩出而達到水流由旋轉(zhuǎn)變成直流到鵝頸套出口，達到第三級升壓提高升力揚程。采用的三級葉輪泵改為高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵(比轉(zhuǎn)數(shù)=200 300)，使之特性曲線也發(fā)生了變化。根據(jù)葉片離心泵設(shè)計理論，在流量與功率特性曲線上，相同條件下離心泵的功率變化比三級葉輪泵快。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(shù)，通過轉(zhuǎn)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，充分降低功率消耗。離心泵與三級葉輪泵相比，其流量與效率特性曲線也比較平緩，在流量變化的范圍內(nèi)，偏離最高效率點的范圍也不大。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(shè)備始終有較高的工作效率。本實用新型采用離心泵加軸流泵的脈動流體動力學(xué)原理，具體是采用了伯努利定律流體動力學(xué)方程。伯努利定律是研究流體的流動狀態(tài)、運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換以及流體與固體壁面間的相互作用力等問題的方程，包括連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程等三大方程，它們分別解釋了穩(wěn)流時的質(zhì)量、能量及動量的關(guān)系與規(guī)律。其中的伯努利方程，用能量守恒定律解決了液體的流動問題，在液體動力學(xué)中占據(jù)重要地位。伯努利方程揭示了液體流動過程中的能量變化規(guī)律，即流動的液體不僅具有壓力能和勢位能，而且由于它有一定的流速，因而還具有動能。假定理想液體在管道中作恒定流動(壓力、流速和密度不變化的流動形式)，得其理想形式為P1+^pvl + Pghl = P2+ ^pv22+ Pgh2( 1)或尸廠 + ^mv2 + mgh =恒量^1P + ^pv2 + pgh = flfi其中=PpP2-過流斷面處的壓力(液壓傳動中壓力即為物理學(xué)中的壓強)；V1V2-過流斷面處的流量；hp h2-過流斷面處距基準液面的高度(取特殊位置水平面作為基準面)；P g—液體的密度和重力加速度。此公式的意義為在密閉管道內(nèi)作恒定流動的理想液體，其三種形式的能量在流動過程中可以相互轉(zhuǎn)化，但各個過流斷面上能量之和恒為定值。實際流動液體因為有粘性， 所以流動過程中會產(chǎn)生摩擦力，具有能量損失；同時油路中管道的尺寸和形狀變化都會使液流產(chǎn)生擾動，也引起能量損失。又實際流動液體在過流斷面上流速(單位時間內(nèi)流過某一過流斷面的液體體積)不均勻，若用平均流速計算，必然會產(chǎn)生誤差，需要加一個修正系數(shù)，因此，實際液體的伯努利方程為P1 + ^a1PV12 +Pghl=P2+^ a2pv22 + pgh2 +I^pw(2 )其中ai、ει2-動能修正系數(shù)；Apw-單位體積液體在兩過流斷面間流動的能量損失。在計算液壓系統(tǒng)壓力、閥口運動及液體流動過程中能量損失時，都要用到伯努利方程。伯努利定律理想流體在管子里作穩(wěn)流時流動速度快的地方靜壓強小，流動速度慢的地方靜壓強大。伯努利方程理想流體作穩(wěn)流時它的動能、勢能和壓強的總和保持不變。在設(shè)計本實用新型三級葉輪泵時還有一個重要概念，就是比流量。比流量是筒子紗染色技術(shù)中重要的技術(shù)參數(shù)，它表征在單位時間內(nèi)穿過每千克紗線的染液量，其單位是 L/kg · min0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。染色工藝過程三個基本過程吸附、擴散和固著。就是在設(shè)定的時間內(nèi)，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(shè)備主泵流量選取的主要依據(jù)就是比流量。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(zhuǎn)數(shù)小于300，屬于高比轉(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)由下面公式給出
權(quán)利要求1.超低浴比三級葉輪泵染紗機，包括染缸、紗架、葉輪泵、熱交換盤管，所述紗架固定在染缸內(nèi)，所述紗架上的紗桿中空，紗桿底部與染缸內(nèi)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(nèi)的染液輸入通道相通，葉輪泵設(shè)置于整個染缸的下面，熱交換盤管設(shè)置于染缸內(nèi)的底部，其特征在于，所述葉輪泵為三級葉輪泵，其泵軸與內(nèi)部電機軸同軸連接，染缸與三級葉輪泵的入口相連；所述三級葉輪泵沿染液流向依次包括軸流級、 離心級、固定導(dǎo)流葉輪級，在整個染紗過程中，染缸內(nèi)的染液始終不超過紗架盤，浴比小于 1 3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述軸流級和離心級通過同一傳動軸依次與電機相連，所述軸流級和離心級的葉片固定在傳動軸上；所述染液經(jīng)過流入通道流入軸流級，從軸流級流出的染液直接進入離心級的輸入口，從離心級流出的染液經(jīng)過固定導(dǎo)流葉輪級后進入流出通道，所述固定導(dǎo)流葉輪級設(shè)置在離心級輸出端與染液流出通道接口處；所述染液流入和流出的通道相互隔離；軸流級、離心級、固定導(dǎo)流葉輪級均設(shè)置于導(dǎo)流外殼內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述三級葉輪泵通過喇叭管與染缸相連，喇叭管內(nèi)設(shè)有兩個獨立的腔體作為染液流入通道和流出通道，所述染液流入通道內(nèi)染液的流動方向是從染缸向軸流級流動，流入通道與軸流級的輸入端相連通；染液流出通道內(nèi)的染液方向是從離心級經(jīng)由固定導(dǎo)流葉輪級后流向染缸，流出通道與離心級的輸出端相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述軸流級、離心級的葉輪外殼與葉輪的兩相鄰表面，均呈球形面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述軸流級的葉片個數(shù)為3個；離心級的葉片個數(shù)為7個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述焊接有固定導(dǎo)流葉輪片的導(dǎo)流外殼焊接固定在第一級葉輪泵軸承上，固定導(dǎo)流葉輪片安裝角度與離心泵出水方向相反，傾斜45度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述軸流葉片與第一級葉輪泵軸承之間，設(shè)有密封圈，該密封圈內(nèi)裝有鐵氟龍材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述軸流級、離心級的泵軸與電機軸心通過尼龍銷聯(lián)軸器同軸連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述電機采用臥式變頻電機直接傳動，電機借螺栓緊固于電機座上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低浴比三級葉輪泵染紗機，其特征在于，所述三級葉輪泵的比轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置在300-500之間，比轉(zhuǎn)數(shù)由下面公式給出比轉(zhuǎn)數(shù)= 3+65Χ"Χλ/1￥。
專利摘要本實用新型公開了超低浴比三級葉輪泵染紗機，包括染缸、紗架、葉輪泵，紗架底部是紗架盤，紗架盤上有孔與染缸內(nèi)的染液輸入通道相通，葉輪泵設(shè)置于整個染缸的下面，葉輪泵為三級葉輪泵，其泵軸與內(nèi)部電機軸同軸連接，染缸與三級葉輪泵的入口相連；三級葉輪泵包括軸流級、離心級和固定導(dǎo)流葉輪級，軸流級和離心級通過同一傳動軸依次與電機相連，染液經(jīng)過流入通道流入軸流級，從軸流級流出的染液直接進入離心級的輸入口，從離心級流出的染液經(jīng)過固定導(dǎo)流葉輪級后進入流出通道。在工作過程中染缸內(nèi)的染液始終不超過紗架盤，浴比小于1∶3。該實用新型能夠在染紗機中的染液低于紗錠時達到所要求的揚程，實現(xiàn)染紗機的低浴比，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
文檔編號D06B23/04GK202055029SQ201120112538
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者章紅麗, 鐘漢如, 陳曉輝, 黎嘉球 申請人:廣州番禺高勛染整設(shè)備制造有限公司