传统筒子纱染色机设计中普遍认为,被染物与染液的交换频率主要取决于染液的循环流量,因此比流量的选取都比较大,而对扬程的选取并不重视。按照这个要求,一般都是选择混流泵,它的特点是大流量、低扬程。事实上,由于过去的设备在结构上存在较大的缺陷,如顶锁、换向装置等容易产生很大的泄漏,形成染液循环短路,所以为了保证一定的染液穿过纱层,不得不将总流量的30%~40%用于补充这部分泄漏。因此,传统的比流量并没有反映出实际的比流量。
近年来,通过不断改进染机结构,大大减少了系统的泄漏量。而另一方面,设备容量的不断增大,提高了整个系统的阻力。如果按传统的设计观念,选择大比流量虽然没有大的泄漏量,但会因流量大而增加沿程或局部阻力损失,再加上纱线容量增加而产生的阻力,使得染液循环的整个系统能耗增加。在此情况下,用来克服系统阻力损失的主泵扬程应该达到足够高,才能保证所需的染液穿透纱层。
筒子纱染色机结构的不断改进,提高了循环染液的利用率,可以不考虑曾经作为补偿泄漏的那部分流量,提高系统总体所需的扬程。这样不仅可以满足容量增加而产生系统阻力所需的能耗,同时减少了管路循环系统空间,提高了主循环泵的使用效率。
实践证明,在保证循环系统有效染液循环率90%以上时,筒子染色机的比流量可以选择20L/(kg·min)[传统至少在35L/(kg·min)以上]。由于按此比流量所选取主泵的比转数小于300,属于高比转数的离心泵,因此可以减小主泵进、出口管径,使得管路中的存水量减少,降低染液浴比。
3 低比流量的应用
由于实际所需的比流量没有传统设计的那么大,因此可以在提高染液有效循环率的前提下,降低比流量,并将部分能量用于提高主循环泵的扬程。通过这种参数的改变,可以解决一些实际问题。例如,大容量筒子纱(1000kg以上)、高支高密度筒子纱(密度0.4g/cm3)和经轴纱等,纱层阻力都比较大,若了解了实际比流量,可通过提高主泵扬程来克服整个系统阻力,尤其是穿透纱层的阻力。在实际应用中,只有高比转数离心泵(区别于混流泵)能够满足这种要求。离心泵具有效率高、特性曲线平缓等特点。它的流量和扬程选择面也比较宽,尤其对大容量筒子染色,能够提供较高的扬程。
4 采用低比流量的意义
采用低比流量,不仅可以保证染色质量,还可带来其它好处,具有较大的实际意义。
4.1 降低主泵功率,节省电能,提高工作效率
选择低比流量和较高扬程后,可以将过去采用的混流泵改为高比转数(ns=200~300)离心泵,随之特性曲线也发生了变化。根据叶片离心泵设计理论,在流量-功率特性曲线上,相同条件下离心泵的功率变化比混流泵快。由于现在筒子纱染色机主循环泵电机都采用了交流变频技术,通过转速变化,在保证泵效率不变的条件下,可以给出不同的流量和扬程,所以基于离心泵的流量-功率变化特点,可以在不同流量下,充分降低功率消耗。
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