CN102140743A - 超低浴比高温脉流染纱机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低浴比高温脉流染纱机及其控制方法，染纱机包括染缸、纱架、热交换盘管、自适应水位监测装置、变频电机、超低浴比三级叶轮泵和染色电脑。方法是染色电脑中的时间脉冲发生器按照设定的工艺过程发出脉流数据到变频电机控制器来控制变频电机的转速，变频电机驱动超低浴比三级叶轮泵输出脉流式波动的染液流；输出的染液流根据染色电脑中的理想参考模型进行自适应调整；自适应水位监测装置给出水位参考辨识信息，根据这一信息水位调节器和变频电机控制器分别对水位和变频电机进行调节，使其达到设定工艺过程所要求的水位和脉流。本发明中脉流染色工艺符合生态环保的经济染色四要素——水、能源、助剂、时间的最少消耗。

Description

超低浴比高温脉流染纱机及其控制方法

技术领域

本发明涉及染纱机装置及工艺控制领域，特别涉及一种超低浴比高温脉流染纱机及其控制方法。

背景技术

筒子纱染色是当今纱线染色行业中应用最为广泛的一种方法。但是，常规筒子纱染色机的浴比较大，染色周期(尤其是棉纱线染色周期)较长，其用于升温、冷却、漂白和水洗的时间就占整个染色周期的一半以上，并消耗大部分的水及电能。此外，传统筒子纱染色机卸载筒子纱的方法费时耗力。因此，应大力发展短流程环保型染纱技术。

目前国内染整设备存在如下问题：(1)染整设备效率低、工艺时间长，传统溢流染色机每染一缸布所需时间约为8-10个小时，染色周期长，耗时比国外制造的染整设备长3～4个小时。(2)污染大，每缸染色需要染料助剂量多。(3)耗水量大，传统溢流染色机每公斤织物的耗水量大，比国外制造的染整设备浪费水大约为47％。(4)耗电量大，传统溢流染色机每千公斤织物的耗电量约380度电，比国外产染整设备浪费约47％。

衡量棉纱线染色工艺技术的关键标准，是通过精确合理的染色工艺、化工料的用量以确定染色浴比。染色浴比是衡量染色单位成本一个非常重要的指标。方法就是通过降低用水量来降低浴比。目前对染色水位的最低要求为浸泡纱线水位高低来衡量水浴比。

由于传统筒子纱染色机的缺点是浴比大、耗电大、用染化料助剂多、工艺时间长。一公斤纱锭需要大于8公斤水，实际使用时，纱锭在湿透水的饱和状态下，染色水浸泡半个纱架，极大地浪费了资源。传统筒子纱染色机的浴比通常为1∶5，某些经过改进的筒子纱染色机的浴比可以降低到1∶4，简称为低浴比筒子纱染色机，而浴比低于1∶3的超低浴比筒子纱染色机一直是各生产企业研究的方向，至今还没能实现。

传统染色水位只能降低覆盖纱线20％--40％的高程度，染色周期长而且浪费水、电染助剂，造成环境污染。在纱线暴露在液面之上的情况下，为了保证筒子染透、染匀，必须保证轴笼、设备的密封性、内外压差充分足够。在低水位生产条件下，如何保证染液与纱线均匀、充分的结合，单位时间通过纱线的流量，整个染液长时间循环确保染液的充分利用从而确保上染率，克服低水位可能带来的对设备、质量、工艺参数的影响等等都需要投入巨大的时间与精力去做研发与论证工作。

因此，本专利提供一种在超低浴比情况下实现脉流染纱的染纱机及其控制方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种超低浴比高温脉流染纱机及其控制方法，采用本装置和方法在整个染色过程中，水仅仅是作为染料的溶剂和纱锭浸湿的溶剂，所需的浴比非常低，达到了超低浴比的状态，从而使染纱加热所需的热水量、染色化工染料的消耗量以及排污量降低，高效的脉流染色缩短了染色的工艺时间，亦降低了电耗。此方法符合生态环保的经济染色四要素——水、能源、助剂、时间的最少消耗。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：超低浴比高温脉流染纱机，包括染缸、纱架、热交换盘管、自适应水位监测装置、变频电机、超低浴比三级叶轮泵和染色电脑，所述自适应水位监测装置和热交换盘管均设置于染缸的底部，染缸通过喇叭管与超低浴比三级叶轮泵的入口相连，变频电机与超低浴比三级叶轮泵相连；所述超低浴比三级叶轮泵、变频电机、热交换盘管、自适应水位监测装置均通过控制器与染色电脑相连；所述超低浴比三级叶轮泵沿染液流向依次包括轴流级、离心级、固定导流叶轮级；所述纱架固定在染缸内，纱架上的纱杆中空，纱杆底部与染缸内的染液输出通道相通，纱架底部是纱架盘，纱架盘上有孔与染缸内的染液输入通道相通，在整个染纱过程中，染缸内的染液始终不超过纱架盘，浴比小于1∶3。

所述超低浴比高温染纱机还包括比例式微量控制升降温系统，该系统一端与设置于染缸内的温度探针相连，另一端与染色电脑相连。采用该系统可以保证在染纱机工作过程中染缸内的温度恒定在染色工艺曲线所要求的值，且可在需升降温时迅速达到指定温度。

所述超低浴比高温染纱机还包括一个热水预备缸，该热水预备缸设置于染缸入水口处。采用该热水预备缸，可提前准备下一步骤所需的热水量，节省工艺时间，弥补工厂水压及蒸汽压力的波动对染色过程的影响。

所述超低浴比高温染纱机还包括渐进加料系统，该系统包括加料桶和设置于加料缸入口处的控制器，该控制器与染色电脑连接。工作人员可根据设定的工艺曲线，在染色电脑上对染料的进量进行控制，实现渐进加料，防止瞬间加料过多引起染缸内染液的震荡。

所述超低浴比高温染纱机还包括高温排放混流装置，该装置设置于染缸底部，其包括若干个排放阀，该排放阀与染色电脑相连用于间歇式排放污水。

所述纱架包括用于叠套纱卷的纱杆和纱架盘，所述纱杆固定在纱架盘上，纱杆内部设置有连通纱架盘的、用于染液流通的纱杆孔，纱锭套在纱杆上。纱杆上的纱锭经染液喷射产生渗透，纱锭内出水口分布比常规染纱机孔数少而且梳细。

一种超低浴比高温脉流染纱机控制方法，染色电脑中的时间脉冲发生器按照设定的工艺过程发出脉流数据到变频电机对应的变频电机控制器，由变频电机控制器控制变频电机的转速，变频电机驱动超低浴比三级叶轮泵输出脉流式波动的染液流；输出的染液流根据染色电脑中的理想参考模型进行自适应调整；自适应水位监测装置给出水位参考辨识信息，根据这一信息水位调节器和变频电机控制器分别对水位和变频电机进行调节，使其达到设定工艺过程所要求的水位和脉流。

所述设定的工艺过程包括煮漂、染色、水洗，每个阶段的时间、温度、脉流根据纱锭的紧密度、材质、厚度设定；在设定的工艺过程中，污水从设在缸底的排放阀排放，染色电脑控制排放阀间歇打开，进行间歇溢流水洗，以去除漂浮在上层的污物(如泡沫等)。

所述煮漂阶段是在105-110℃的条件下进行，废水采用高温直接排放。在高温高压条件下能加速分解棉纱线上的杂质和浆料，提高漂白速率。采用高温直接排放能省去冷却降温过程。相较于常规机器浴比较大(1∶7-1∶10)，加热所需的蒸汽量较大，升温时间长。漂白后，还需花较长时间冷却降温，才能达到安全排放要求，既费水又耗时。

所述染色过程电机转速需要在300-500rpm/min之间。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。

所述水洗阶段控制水洗温度在50-100℃之间，且其包括正压榨水阶段，在这一阶段通过染色电脑将染缸内的压力增加到4-6kg/cm²。用于将排水后仍残留在纱线上的污水尽量挤除，可以最大限度地降低吸附在筒子纱上的含水量，即降低污水含量，提高水洗效率，减少用水量。

所述时间脉冲发生器发出的脉流数据每分钟改变变频电机5-10次循环脉动频率。

所述变频电机频率变化是在水位允许范围内产生波动。

所述染色阶段，根据纱锭的种类不同其对应的温度工艺曲线也不同，对于种类为棉、化纤和蛋白纤维的纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

(1)种类为棉的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_1\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(2)种类为化纤的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_2\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=65,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),65<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{132,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=132,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),132>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{70,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=75,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),75>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(3)种类为蛋白纤维的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_3\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

其中，f_i(t)(i＝1，2，3)是染色温度随染色时间的变化函数，k_i表示升温或降温系数，t表示染色的时间，A_i(t)是随时间变化升温的变量值，其单位为℃。

低浴比染纱有几个关键条件：比流量、泵额定压差与比转数，具体简述如下：

(1)比流量

比流量是主循环泵特性曲线描述，采用合理的比流量，可增大主泵扬程，从而保证纱线的匀染性和一次染准率，并提高效率，降低能耗。筒子纱染色选择大比流量低转速叶轮泵，对于大容量筒子纱、高支高密度筒子纱以及经轴纱等染色，采用低比流量，提高扬程，可以提高克服纱层穿透阻力的能力，适合超低浴比染色。

比流量是筒子纱染色技术中重要的技术参数，它表征在单位时间内穿过每千克纱线的染液量，其单位是L/kg·min。染色工艺过程包括三个基本过程：吸附、扩散和固着。就是在设定的时间内，使染料均匀上染并固着在纱线纤维上。按照染色原理，被染物纱线与染料必须不断接触，才能完成上染的三个基本过程。在这个过程中，除了以温度来控制上染速率外，主要是通过染液循环以保证整个被染物(纱线)的温度均匀性，以及与染料交换频率均等。因此，比流量在筒子纱染色中起着非常重要的作用，设备主泵流量选取的主要依据就是比流量。传统观念认为，选择较大的比流量有利于提高纱线的匀染性，但对某些纱会产生毛羽现象；另外，单个筒子纱的内、中、外色差，以及层与层之间的色差与比流量过低有关。

采用低比流量，超低浴比染色质量会提高，带来好处如降低主泵转速、功率，达到节能、节水、节约染色剂、减少污水排放，具有较大的实际意义，具体如下：

a.降低主泵功率，节省电能。提高工作效率选择低比流量和高扬程。采用的混流泵改为高比转数(比转数＝200～300)离心泵。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。

离心泵与混流泵相比，其流量-效率特性曲线也比较平缓，在流量变化的范围内，偏离最高效率点的范围也不会太大。这对筒子纱在装载变化或者对遇水容易发生溶胀的纤维(如粘胶纤维)来说，在流量变化过程中，设备始终有较高的工作效率。

b.主循环管路系统容积减小、浴比降低采用低比流量，主泵在相同总功率条件下，扬程相对提高，可以增大克服纱层穿透阻力的能力。这样不仅能够充分保证被染物获得均等的上染几率，还可以减少循环管路系统的容积，因为相同功率的离心泵进出口管径一般比混流泵的小。优化染机结构设计，可进一步降低浴比。

c.提高染色的一次成功率采用低比流量、高扬程后，可以增大单个筒子纱的密度(经验表明，纯棉单个筒子纱密度可达0.42g/cm³，使得染液完全从纱线纤维之间穿过，而不是从纱线之间穿过，对整个纱线的匀染和透染非常有利。由于相对提高了主泵扬程，如果相对减少纱杆的染液过流口面积，增加筒子纱层(在实际应用中最高可达17层纱)，可使上下层筒子纱获得均等的流量。所以在大容量筒子纱染色中，可更好地保证上下层筒子纱的匀染性，提高染色的一次成功率。

改变传统选择比流量的方法，结合不同主循环泵(离心泵、混流泵、轴流泵)特性曲线，设定合理的比流量，相对提高主循环泵扬程，不仅可以满足大容量筒子纱的染色工艺，还可通过增大一般筒子纱(尤其是纯棉筒子纱)的密度，提高染色的一次成功率。此外，低比流量可提高效率、降低能耗。

(2)泵额定压差与比转数关系

泵额定压差，在泵额定工况下，其额定排出压与额定吸入压力之差。泵的排出压力与吸入压力之差，表示被送液体经过泵后所获得的能量(压力能)增加量。而压差越大则表示在纱线交换循环的速度越快，对于染液交换频率更高就更有利于提高染液的匀染，而正常传统设备在生产液量下降时完全不能达到低浴比设备的效果。越高的压差对于染色效果越好。

纱线染色要考虑被染物与染液的交换频率，即染色循环频率。实际的流量并非是最初设置的流量，而是泄漏或克服阻力损失后剩余的那部分流量。在整个染液循环系统中，还存在一个非常大的阻力损失，即穿透筒子纱层的阻力损失。这些阻力损失由主循环泵扬程提供，根据流体力学原理可知，系统中压力降与流体流速的平方成正比。

即与流量的平方成正比公式：

流量＝过流面积×流速

如果实际生产中能够实现较大的比流量，单从染色方面考虑，对匀染性是有利的，但对密度较大的纱层(例如经轴纱的密度一般在0.48-0.51g/cm³)，或者吸水后溶胀较大的纱线(例如粘胶)，则会因为阻力增大而产生很大的压力降。这种压力降必然会使主循环泵特性曲线的工作点向较高扬程方向移动，流量也随之下降，主泵有可能并未在特性曲线上的经济效率范围内工作。

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，但会因流量大而增大流程或局部阻力损失，再加上纱线容量增加而产生的阻力减少，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。

主循环泵设计中，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。按这个要求，一般都是选择混流泵，它的特点是大流量、低扬程。所以为了保证一定的染液穿过纱层，不得不将总流量的30％一40％用于补充泄漏及纱锭穿透阻力损耗。因此，传统的比流量并没有反映出实际的比流量。

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。

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。比转数由下面经验公式给出：

比转数低于300具有离心泵功能，高于300属于混合泵，高过500以上属于轴流泵。

脉流染纱属于超低浴比过程，由于其结构特点，表现出与普通溢流或喷射染纱不同的特征。

(1)低浴比对染料和助剂的影响

脉流染纱与普通溢流或喷射染纱的最大不同，就是其能在非常低的浴比(1∶3以下)条件下实现染纱。然而，这种低浴比染纱条件带来染料对纱锭上染率的变化。如在活性染料染纱时，染料的直接性随着染纱浴比的降低而提高，使染料对促染剂(如元明粉、食盐等电解质)的依存性降低，上染率提高，较少的固色剂(碱剂)就可以获得较高的固色率，而固色剂的减少，又可以减少染料的水解。因此，为了控制染料的上染速率，宜使用直接性较低的活性染料。

(2)纱锭与染液的快速交换

在超低浴比过程中，必须通过纱锭与染液足够的交换次数，才能完成染料上染的，脉流染纱也是依靠这种方式来实现染料对纱锭的上染。根据Beckmann的理论，喷射染色的最佳上染速率为：

$V_g\left(t\right)=K{\&Integral;}_0^{t_f}I\left(t\right)\&times;Q\left(t\right)\mathrm{dt}$

$J(\&CenterDot;)=F[I\left(t_f\right),t_f]+{\&Integral;}_0^{t_f}L[I\left(t\right),Q\left(t\right),t]\mathrm{dt}\&RightArrow;0$

式中：V_g(t)——上染速率；K是纱长系数；

I(t)——纱锭每循环一圈染料的上染率；

Q(t)——纱锭染液能耗最小，循环染色频率最小；

J(·)——最佳上染纱锭的时间t_f最小。

显然，单位时间内纱锭与染液的交换次数越多越有利于匀染和缩短染纱时间。脉流染纱浴比低染液，循环频率高且纱锭带液量低可使运行速度较快纱锭与染液高频率的交换利于匀染。在适宜的染色工艺支持下，脉流染纱可以实现快速染纱。

(3)脉流牵引的纱锭循环方式

普通溢流或喷射染纱设备染纱时，纱锭的运行速度由染液喷射量来决定，染液喷射量的降低会使纱锭运行速度变慢，且进一步影响纱锭与染液的交换频率。而脉流染纱时，纱锭循环是靠脉流牵引，染液的循环频率可以根据工艺的需要独立控制，改变染液量，并不会影响纱锭的循环频率。

(4)染料上染纱锭的变化

染纱过程包括染料的吸附、扩散和固着三个基本过程，其中固着过程时间较长，而染料的吸附和扩散过程与染液和纱锭的相对运动有关。由流体动力学可知，液体的运动黏度随温度的升高而降低，而脉流的运动黏度却随温度的升高而提高。对于脉流染纱，随温度升高，染液运动黏度的降低和气体运动黏度的提高，更有利于打破吸附和扩散边界层的动态平衡，使该边界层厚度变薄，利于染料向纤维内部迁移，从而缩短染纱时间。与此同时，两种流体运动黏度的变化，还为提高纱锭的运行速度提供了条件。也就是说，在循环流量不变的情况下，脉流黏度的增加提高了其对纱锭的附着力，使纱锭运行速度加快，更有利于染料对纱锭的均匀上染。

(5)温度分纱的差异

由于脉流染纱浴比较低，且储纱架体内纱锭及其吸附的染液与自由染浴(循环染浴)处于分离状态，所以染纱纱锭经过脉流时的温度总是要高于纱缸体内纱锭的温度，尤其在快速升温至130℃时，两者的温差可达10℃左右。脉流染纱上染过程中纱锭的均匀性，通常通过控制纱缸底部热交换盘管使到染液补充温度，使升温速率及纱锭的循环温度速率来实现。因此，控制纱锭与染液快速交换，既能保证染料匀染，又使纱锭获得均匀的温度染纱。

冲击式脉流染色可在低浴比下进行，染液不浸泡纱锭，大大减少染料的助剂用量，纱锭与染液由于不浸泡在水中，减少了纱锭渗透阻力，加快染色交换速度，利于匀染和缩短染纱时间，电机转速泵水牵引染液冲洗纱锭循环，使纱锭和染液的循环频率可由电机转速控制，这就是冲击式脉流染色原理。脉流由计算机按照随机信号发出“时间脉冲发生器”产生，每分钟改变电机5-10次循环波动频率，这个频率变化是在水位允许范围内产生波动。由染色工艺给出理想参考模型(水位调节规律)与变频电机控制转速驱动超低浴比三级叶轮泵输出脉流(水泵出水)，水位监测水的警戒线给出水位参考辨识，调节变频电机转速达到染色工艺的冲击脉流。制定染色工艺时，要充分考虑工艺参数(如温度、时间和浴比等)，纱锭与染液的相对运动，以及染液温度和浓度的均匀性等脉流染色中的关键因素，以使纱锭受控染色，保证良好的染色质量。脉流染色设备的结构与传统溢流或喷射染色有较大差异，由于设备性能与染色工艺的相适应性，设备本身的结构设计，以及染色过程的控制问题等，在过去一段时间内，脉流染色产品存在一些不尽人意的质量问题得到本专利设计改进而解决。通过几个关键技术改进，采用与脉流染纱设备相适应的染色工艺，并通过先进的染色控制技术监控染色过程，才能保证“具有超低浴比的三级叶轮泵染纱机”染色质量的保证。

所述本发明与现有工艺技术相比，具有如下的特点：

(1)超低浴比高温染纱机脉流控制方法采用汽流脉流染色机控制流程，可配合一浴法染色工艺，更有效地缩短深色染色工艺时间到6-7小时。浅色比原来缩小1-2小时。

(2)脉流是可调节流量的脉流。

(3)超低浴比三级叶轮泵转速比流量稳定。

(4)配备的预备缸可提前准备下一步骤所需的热水量，节省工艺时间，弥补工厂水压及蒸汽压力的波动对染色过程的影响。

(5)内置摆纱架可减少缸内压力泄漏的机会。

(6)染棉浴比低至1∶3，极低的耗水量。降低排污成本、提高一次性成功率及重现性。(活性染料染纯棉每吨耗水在22-45吨，而传统脉流染色机每吨纱的耗水量在120-150吨)。减少助剂和蒸汽耗量。

(7)无需改造和改变设备，各种重量的针纱锭和纺纱锭及其纤维的混纺物都可以进行漂白和染色。

(8)高温排放、喷淋水洗等装置的配备大大地提高了生产效率。

本发明与现有技术相比，具有节水、节电、节约蒸汽、染料等优点，传统溢流染色与低浴比染色参数对比见下表。

图1本发明与传统溢流染色的对比

比较项目	本发明染色	传统溢流染色
			水浴比	1比2.8～1比3	1比8～1比10
染色工艺时间(小时)	6～7	8～14
			耗水量(一吨纱锭用水量)	22～45	80～120
耗电量(千瓦*小时/吨纱锭)	308～420	1600～2400
			耗蒸汽量(吨汽染/吨纱锭)	0.8～1.3	2～4.16
染料(元/吨纱锭)	940～1800	960～2330
			助剂(元/吨纱锭)	90～250	450～800

从表可以看出，脉流染色的效率明显优于溢流喷射染色，水和汽能耗远低于溢流喷射染色，而耗电与溢流喷射染色相当。由于脉流染色采用交流变频控制水泵流量，加工中厚以下纱锭，流量仅为额定的80％，将缩短的加工时间考虑进去，实际总的耗电费用并没有明显增加。耗水量和染化料降低，排污量减少，保护环境。脉流技术提高染纱质量，超低浴比染纱技术与传统的溢流染色机有很大的不同。由于水位在纱架下面，水洗可以在超低浴比染色工艺过程中叶轮泵不停的连续水洗和染色，节省了入水和排水时间。水洗时，主缸始终保持不浸泡筒子纱，并控制水洗温度在50-100℃之间，使纱线保持膨胀，以加速未固着的染料从纤维内向外扩散。随着污水的连续排放，残余染浴被连续稀释。由于水洗系统可加速清水和污水之间的交换，水洗效率得以提高，水洗时间缩短，水、电和蒸汽的消耗量也得以降低。从设备性价比来考虑，脉流染色表现出的诸多优势非溢喷染色能及。

本发明与现有技术相比，具有如下几个关键技术改进。

(1)离心泵加轴流泵(脉流混合泵)的改进

离心泵加轴流泵(脉流混合泵)的改进采用三级叶轮泵实现对染色过程的自动水位控制，可以根据染色工艺需要自动设置水位高度。

(2)染缸水位器监测改进

该技术通过染缸安装的由电脑控制的水位控制器使得包括前处理、染色、染色后处理及洗水工序的染色全过程均采用低水位，即水位在纱架的下面没有浸泡纱线，没在染液中或水液中的水位，染缸主泵的运行方向由内到外的单向循环(IN-OUT)。

(3)工艺结构改进

新型节水节能环保纱线染色技术要求松纱松出的纱必须密度均匀、成型良好；简管、纱笼密封性良好；染色时染液充分循环；温度、流量、压力的参数控制在规定范围之内。为了保证纱线牢度在染色后排水、皂洗后排水时需要采用压力排放来充分排净纱线中的残留的含染料与电解质浓度较高的水。

(4)研究开发过程对各工艺参数进行了优化以保证染色生产过程的稳定，具体如下：染色过程产生泵速需要在300-500rpm/min之间；压力排水所用的压力需要在4-6kg/cm²之间；浴比要求控制在1∶2.5～1∶3之间；比流量(单位时间经过单位重量纱线的水量)要求控制在35L/kg·min之间。

本发明与现有工艺技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明改变了传统溢流染色以循环染液染色纱锭的方式，通过利用高速脉流来染色纱锭运行，使纱与水之比少于1∶3，染纱采用脉动流速与纱锭接触获得脉动循环动力，从而大大降低了染纱水浴比，较好地解决了传统的筒子纱染色机所存在的浴比大、能耗高、排污量大等问题。纱锭在混流泵染色机中快速循环，避免了在低浴比条件下，纱锭易产生内外层色差的色花现象。由于纱锭所含的染液相对较少(储纱架内的纱锭和筒子纱缸染液是分离的)，所以即使在高温高压染色条件下，也不会对纱锭产生过大的张力，也不会产生对纤维组织损伤，特别是对敏感纱锭(如含氨纶弹力类纱锭)的湿加工，提供了有利条件。纱锭在高温高压染色和低浴比染液的快速循环，提高了染色过程中纱锭与染液的交换频率，有利于比流量筒子纱染色表面积、上染速率快的超细纤维纱锭的匀染。除此之外，纱锭与染液的脉流快速交换频率，伴随着脉流冲洗作用，在酶处理(如酶退浆、酶煮漂、酶抛光)和原纤维的纤化等工艺中，对加快处理液的反应速度和提高处理效果，起到了很重要的作用。

2、本发明使染料、助剂、能源、水资源消耗达到最低。水耗量减少了69％，污水排放量减少了69％，电耗量减少了83％，蒸汽耗量减少了58％，助剂耗量减少了57％，染工艺时间从原来的7.5-14.5小时减少到5.5-8.0小时，比传统染色时间缩短6小时。同时混流泵使染液在纱锭染色循环产生脉动流体动力效应，提高了染液与纱锭之间的染色交换频率。

3、染纱工艺增加了脉动流体染色过程，使纱锭质量减少了单个筒子纱的内、中、外色差，以及层与层之间的色差，固纱面的、管差、色牢度等问题得到解决，提高纱线的匀染性。

4、纱线染色完成后，需要把染色留下来的电解质盐碱去掉，工艺进行多次(至少3次)水洗，吸光度值在刚染色完时，纱线表面遗留盐碱使到表面光亮度差，吸光度值为1.5％，加酸洗后，30分钟吸光度值下降到0.5％，由于残留电解质，需要加皂液清洗，60分钟后吸光度值大约0.7％，再经过几次清水洗后，吸光度值接近0值，采用超低浴比1∶3工艺可以实现快速过程染色，因为纱缸水位不浸泡纱锭，无需放水，节约水的同时也节约工艺时间，传统染纱机每次放水大约5-10分钟，超低浴比工艺只需要1分钟，染一缸纱需要十多次换水过程，节约水。

5、聚酯纤维在高温染色过程中(通常在130℃)会析出低聚物，如果不排除，则降温后会沉积在纱锭上或沾污设备，因此，应尽可能在高温条件下(100℃以上)排除这些低聚物，这样可以节省时间，有效地提高效率。由于本发明采用液体流速作为纱锭染色，所以染色结束，进行高温排放并不影响纱锭的运行。高温排放缩短了染色周期，有效地排除了低聚物，提高了纱锭的色牢度。利用热回收综合系统还可将余热回用。采取的措施是：将高温排放的染液由泵抽入到装有热交换盘管的收集罐中，将收集罐中的冷水预热，预热后的水注入预备缸中，节约了预备缸中的水升温所需的蒸汽，达到了节约能源的目的。

6、工艺的总耗水量不是由染色过程浴比决定的，而是由水洗工艺决定的。三级叶轮泵染色机采用喷淋连续水洗技术。在水洗过程中，排水阀始终处于开启状态。通过喷射系统将清水喷向纱锭，与纱锭交换后的污水直接排放，未上染的浮色不经循环就直接被稀释并排放，不会造成二次污染，省去了传统脉流染色机浸浴式水洗进水及排水时间，省水、省时、效率高，大大提高了纱锭的色牢度。

7、本发明适应纱锭品种范围广。高温脉流染色与传统浴比液流染色均属于液流纱芯染色工艺，本发明只是促使纱锭不浸泡水的条件下上染工艺不同。因此，高温脉流染色能适用于一般液流染色所能加工的一切纱锭品种。对于那些微细和超细纤维纱锭，由于其比表面积大、吸收染料快，染液流速较低时纱锭很容易染花。液流染色由于液流速度的限制，不可能提高很快，所以比表面积大的纱锭在液流染色中是很难做好的。而在脉流染色中，脉流既可以达到很高的速度，又对纱锭损伤很小，纱锭在高速脉流的下形成很高的速度(最高染液流速为700m/min)，可以保证在非常短的时间内与染液充分接触，以此达到匀染。而且对其他高档纱锭，仿桃皮绒和仿麂皮纱锭等均有很好的匀染性和非常好的手感。应用“超低浴比三级叶轮泵的染纱机”可显著降低用水量及染化料、蒸汽的消耗，减少污水排放量。适应纱锭品种范围广，特别对一些高密度的纱锭进行染色时，可以克服液流脉流染色机难以解决的细皱纹问题。

附图说明

图1是本发明染纱机的主视图；

图2是超低浴比三级叶轮泵的轴流级和离心级的主视图；

图3是图2所示装置的侧视图；

图4是超低浴比三级叶轮泵导流壳体的主视图；

图5是图4所示装置的侧视图；

图6是本发明方法的冲击式脉流染色原理方框图；

图7是筒子纱染色机棉纱线快速漂白工艺曲线；

图8是棉纱线的染色工艺过程；

图9是筒子纱染色机快速水洗时残液浓度变化曲线；

图10是本发明方法中待染纱锭为棉时的工艺曲线图；

图11是本发明方法中待染纱锭为化纤时的工艺曲线图；

图12是本发明方法中待染纱锭为蛋白纤维时的工艺曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

“高温染纱机”主视图如图1所示，该染纱机有下面部件组成：

(1)基工配置有：主缸身、缸盖、缸盖平衡锤、纱架轴心、纱架盘、纱锭、提纱装置、洗缸装置、变频电机、气体过滤器、高温排放混流装置、汽水混流器。

(2)泵和阀：轴流叶片、离心泵叶片、主循环泵、导流叶片、导流壳体、容积感应器入水阀、高温排放冷却阀、高温混流排放阀、主缸排水阀2、主缸排水阀1、主缸入蒸汽阀、主缸入水阀2、主缸入水阀1。

(3)仪表传感器：温度表、温度探针、水位测量装置、零压开关、双针压力表、压力传感器、液体过滤器。

所述的超低浴比高温染纱机实例符合染纱工艺：设定温度160℃；最高工作温度140℃；设计压力0.5MPa；设计工作压力0.45MPa；加热率20℃～130℃约30min；冷却率130℃～80℃约20min；进水时间2min～5min；排水时间2min～5min；浴比1∶2.5～1∶3。

所述的超低浴比高温染纱机实例适合对涤纶、涤/棉、腈、腈/棉、全棉、人造丝/棉、锦纶/粘胶、天丝/棉、莫代尔/棉、大豆纤维、竹纤维/棉、丝光羊毛等筒子纱的染色。

所述的超低浴比高温染纱机实例染色织物工艺符合：

(1)染色前处理工艺

皂洗剂1g/L～1.5g/L；分散剂1.5g/L；络合剂0.8g/L；浴比1∶3；时间20min～25min；温度20℃；

(2)染色工艺

纯棉染色：

匀染剂0.3g/L；分散剂0.2g/L；Na2SO4(元明粉)60g/L～80g/L速染作用；Na2CO3(纯碱)20g/L～25g/L固色作用；浴比1∶3；染色时间40min；固色时间60min～75min；温度65℃；

锦纶染色：

醋酸0.5g/L；醋酸钠1.0g/L；匀染剂1.5g/L；分散剂0.2g/L；甲酸3％(染黑色时用，100℃染色20min以后加入)；浴比1∶3；时间60min；温度98℃～100℃。

所述的超低浴比高温染纱机有高温脉流染色机大料桶功能有快速回流、加料。小料桶比例式定量注料，双排水。高温混流排放，染色搅拌，计量输入功能。精密流量，双入水。可各自单独加入，也可同时打开操作。

所述超低浴比脉流新工艺的高温染纱机整机构造包括如下主要部件：包括染缸15、纱架、热交换盘管17、自适应水位监测装置、变频电机2、超低浴比三级叶轮泵18和染色电脑，所述自适应水位监测装置和热交换盘管17均设置于染缸15的底部，染缸15通过喇叭管与超低浴比三级叶轮泵18的入口相连，变频电机2与超低浴比三级叶轮泵18相连；所述超低浴比三级叶轮泵18、变频电机2、热交换盘管17、自适应水位监测装置均通过控制器与染色电脑相连；所述超低浴比三级叶轮泵18沿染液流向依次包括轴流级、离心级、固定导流叶轮级；所述纱架固定在染缸15内，纱架上的纱杆20中空，纱杆20底部与染缸15内的染液输出通道相通，纱架底部是纱架盘16，纱架盘16上有孔与染缸15内的染液输入通道相通，在整个染纱过程中，染缸15内的染液始终不超过纱架盘16，浴比小于1∶3。

所述超低浴比高温染纱机还包括比例式微量控制升降温系统，该系统一端与设置于染缸15内的温度探针相连，另一端与染色电脑相连；所述超低浴比高温染纱机还包括渐进加料系统，该系统包括加料桶和设置于加料缸入口处的控制器，该控制器与染色电脑连接。

所述所述超低浴比高温染纱机还包括高温排放混流装置，该装置设置于染缸15底部，其包括若干个排放阀，该排放阀与染色电脑相连用于间歇式排放污水，所述超低浴比高温染纱机还包括一个热水预备缸，该热水预备缸设置于染缸15入水口处。

所述的超低浴比高温染纱机还包括如下附件：(1)加料桶配备回流搅拌系统、半缸溢流下料系统；(2)增加模拟水位控制系统；(3)配备不锈钢筒子纱架、绞纱纱架、散毛笼；(4)外置式显示配中央控制系统；(5)预备缸带输送泵及喷射式搅拌系统和直接升温系统；(9)压力脱水系统。

所述超低浴比三级叶轮泵18具体结构如下：

(1)轴流级

轴流级采用不锈钢制成，由两端轴承支承，一端由电机直接驱动，运转过程中，轴流级叶轮提供第一级吸附进水起到抽水扬程作用，与离心级挨着将纱缸回流水抽水给离心级，由于泵内充满液体，离心级叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体抽水转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。在变频电机2带动下，轴流级叶片甩出水运送到离心级的阀口入端全开启时流量增大，所产生的水流增力加大，形成第一级扬程。

(2)离心级

离心级紧挨着轴流级，轴流级依靠旋转叶轮的翼形叶栅对绕流液体产生的升力来传递能量给离心级叶轮。叶轮均经静平衡校正。离心级原理是通过转子(叶轮)高速转动后将低压流体带动向外甩出到出口汇集挤压，形成高压流体；涡流泵是通过涡轮将外部低压流体吸入到涡轮腔内逐步向中心挤压后形成中间高压导出形成高压流体。离心级是与轴流级同轴连接，实质是三级叶轮泵的一种类型。超低浴比的轴流级和离心级的结构如图2和3所示。其中6表示泵轴，轴流叶片11和离心叶片9固定在泵轴上，离心级和轴流级同轴连接。离心叶片9为7个，轴流叶片11为3个。

采用的三级叶轮泵改为高比转数离心泵(比转数＝200～300)，使之特性曲线也发生了变化。根据叶片离心泵设计理论，在流量与功率特性曲线上，相同条件下离心泵的功率变化比三级叶轮泵快。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。

离心泵与三级叶轮泵相比，其流量与效率特性曲线也比较平缓，在流量变化的范围内，偏离最高效率点的范围也不大。这对筒子纱在装载变化或者对遇水容易发生溶胀的纤维(如粘胶纤维)来说，在流量变化过程中，设备始终有较高的工作效率。

(3)固定导流叶轮级

固定导流叶轮级是紧接着离心级的旋转水流逆行导流，即水流是旋转而导叶轮固定，使到导流叶轮形同一个叶轮泵。当离心级甩出水流到第三级后，水流是旋转的，导流叶轮是固定在导流外壳上，使到水流冲刷导流叶轮后，旋转的水流顺着导流叶轮甩出变成直流的水流流到纱架盘出口，达到第三级升压提高升力扬程。

导流壳体如图4和5所示。所述固定导流叶轮片12焊接固定在导流外壳上，固定导流叶轮片与导流外壳紧固于叶轮泵机座上。叶轮泵机座、导流外壳、离心泵轴承座在叶轮座外壳上是不动的。固定导流叶轮片与导流外壳焊接在第一级叶轮泵轴承14上，叶片安装角度与离心泵出水方向相反倾斜45度。所述轴流叶片与第一级叶轮泵轴承之间，设有密封圈8。

超低浴比三级叶轮泵18均用不锈钢制造。密封圈内装有铁氟龙(PTFE)材料，以提高泵的密封性。水泵叶轮的转向，从吸水入口看，为逆时针方向。水泵的叶轮外壳与叶轮的两相邻表面，均呈球形面。这样保证了叶片在任何安装角度时，叶轮外圆与外壳之间有很小的间隙，以减少回流水量损失。根据使用需要，该发明三级叶轮泵型水泵可按“设计性能表”增速或降速使到变更流量及扬程。

所述一种超低浴比高温脉流染纱机控制方法如图6所示，染色电脑中的时间脉冲发生器按照设定的工艺过程发出脉流数据到变频电机2对应的变频电机控制器，由变频电机控制器控制变频电机2的转速，变频电机2驱动超低浴比三级叶轮泵18输出脉流式波动的染液流；输出的染液流根据染色电脑中的理想参考模型进行自适应调整；自适应水位监测装置给出水位参考辨识信息，根据这一信息水位调节器和变频电机控制器分别对水位和变频电机2进行调节，使其达到设定工艺过程所要求的水位和脉流。

所述设定的工艺过程包括煮漂、染色、水洗，每个阶段的时间、温度、脉流根据纱锭的紧密度、材质、厚度设定；在设定的工艺过程中，污水从设在缸底的排放阀排放，染色电脑控制排放阀间歇打开，进行间歇溢流水洗，以去除漂浮在上层的污物(如泡沫等)。

所述煮漂阶段是在105-110℃的条件下进行，废水采用高温直接排放。在高温高压条件下能加速分解棉纱线上的杂质和浆料，提高漂白速率。采用高温直接排放能省去冷却降温过程。相较于常规机器浴比较大(1∶7-1∶8)，加热所需的蒸汽量较大，升温时间长。漂白后，还需花较长时间冷却降温，才能达到安全排放要求，既费水又耗时。筒子纱染色机棉纱线快速漂白工艺曲线如图7所示，在图中A表示入水和装载筒子阶段，B表示在105℃的高温下漂白15min；C表示90℃高温排放污水，时间很短，所以在图上并未表示出；D表示中和水洗阶段；E表示水洗和用酶清除残余的H₂O₂阶段；F表示最后水洗阶段。从图中可看到在整个阶段中染缸内都处于较高温度，尤其是在C阶段采用高温直接排放。

所述染色过程电机转速需要在300-500rpm/min之间，变频电机频率变化是在水位允许范围内产生波动。

所述水洗阶段控制水洗温度在50-100℃之间，且其包括正压榨水阶段，在这一阶段通过染色电脑将染缸15内的压力增加到4-6kg/cm²，用于将排水后仍残留在纱线上的污水尽量挤除，可以最大限度地降低吸附在筒子纱上的含水量，即降低污水含量，提高水洗效率，减少用水量。棉纱线的染色工艺过程如图8所示，其中正压榨水阶段如图中“o”所标示阶段。在图8中，在同一时间出现的不同曲线代表不同材质的工艺曲线。图9是筒子纱染色机快速水洗时残液浓度变化曲线。

所述时间脉冲发生器发出的脉流数据每分钟改变变频电机5-10次循环脉动频率。

所述变频电机频率变化是在水位允许范围内产生波动。

所述染色阶段，根据纱锭的种类不同其对应的温度工艺曲线也不同，对于种类为棉、化纤和蛋白纤维的纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

(1)种类为棉的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线，如图10所示，具体是指：

$f_1\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(2)种类为化纤的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线，如图11所示，具体是指：

$f_2\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=65,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),65<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{132,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=132,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),132>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{70,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=75,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),75>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(3)种类为蛋白纤维的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线，如图12所示，具体是指：

$f_3\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

其中，f_i(t)(i＝1，2，3)是染色温度随染色时间的变化函数，k_i表示升温或降温系数，t表示染色的时间，A_i(t)是随时间变化升温的变量值，其单位为℃。

所述超低浴比高温染纱机技术功能：

(1)混合型加压系统，既能以全充满形式，也能以空气加压形式进行漂染加工，浴比能得到有效地控制。

(2)垂直式主缸的缸体配备气动控制的缸盖和缸锁，安全释压阀调定压力为4.5×105MPa。主、副缸之间的气动平衡阀，供染液回收用

(3)热交换盘管17装放在主缸底部，并配备两个风膜式、气缸式控制阀及疏水器。

(4)纱架采用固定式底座，机座用碳钢焊接制成。

(5)染缸配备温度、压力感应器，以确保染缸在温度超过80℃及压力超过0.5×105MPa时，不能打开缸盖。另外，缸盖配备手动式安全联锁，从而保证缸内在无压及水位低于缸盖口时才能开盖。

(6)配有独特的、高效率对衡式混流泵连机械密封装置。混流泵产生脉流约10次/min波动循环交变脉动流量，足以使染液对纱线进行充分、均匀地渗透，扩散和固着。

(7)压差传感变频控制流量系统的优势显示为，如果源于压差变化的流量发生变化，那么在相同的染色程序情况下，染色结果也相同。在染色机浴比不同的情况下，也能以相等的染色程序实现相同的染色结果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.超低浴比高温脉流染纱机，其特征在于，包括染缸、纱架、热交换盘管、自适应水位监测装置、变频电机、超低浴比三级叶轮泵和染色电脑，所述自适应水位监测装置和热交换盘管均设置于染缸的底部，染缸通过喇叭管与超低浴比三级叶轮泵的入口相连，变频电机与超低浴比三级叶轮泵相连；所述超低浴比三级叶轮泵、变频电机、热交换盘管、自适应水位监测装置均通过控制器与染色电脑相连；所述超低浴比三级叶轮泵沿染液流向依次包括轴流级、离心级、固定导流叶轮级；所述纱架固定在染缸内，纱架上的纱杆中空，纱杆底部与染缸内的染液输出通道相通，纱架底部是纱架盘，纱架盘上有孔与染缸内的染液输入通道相通，在整个染纱过程中，染缸内的染液始终不超过纱架盘，浴比小于1∶3。

2.根据权利要求1所述的超低浴比高温脉流染纱机，其特征在于，所述超低浴比高温染纱机还包括比例式微量控制升降温系统，该系统一端与设置于染缸内的温度探针相连，另一端与染色电脑相连；所述超低浴比高温染纱机还包括渐进加料系统，该系统包括加料桶和设置于加料缸入口处的控制器，该控制器与染色电脑连接。

3.根据权利要求1所述的超低浴比高温脉流染纱机，其特征在于，所述超低浴比高温染纱机还包括高温排放混流装置，该装置设置于染缸底部，其包括若干个排放阀，该排放阀与染色电脑相连用于间歇式排放污水，所述超低浴比高温染纱机还包括一个热水预备缸，该热水预备缸设置于染缸入水口处。

4.基于权利要求1-3任一项所述超低浴比高温脉流染纱机的控制方法，其特征在于，染色电脑中的时间脉冲发生器按照设定的工艺过程发出脉流数据到变频电机对应的变频电机控制器，由变频电机控制器控制变频电机的转速，变频电机驱动超低浴比三级叶轮泵输出脉流式波动的染液流；输出的染液流根据染色电脑中的理想参考模型进行自适应调整；自适应水位监测装置给出水位参考辨识信息，根据这一信息水位调节器和变频电机控制器分别对水位和变频电机进行调节，使其达到设定工艺过程所要求的水位和脉流。

5.根据权利要求4所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述设定的工艺过程包括煮漂、染色、水洗，每个阶段的时间、温度、脉流根据纱锭的紧密度、材质、厚度设定；在设定的工艺过程中，污水从设在缸底的排放阀排放，染色电脑控制排放阀间歇打开，进行间歇溢流水洗。

6.根据权利要求5所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述煮漂阶段是在105-110℃的条件下进行，废水采用高温直接排放。

7.根据权利要求5所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述染色过程电机转速需要在300-500rpm/min之间，变频电机频率变化是在水位允许范围内产生波动。

8.根据权利要求5所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述水洗阶段控制水洗温度在50-100℃之间，且其包括正压榨水阶段，在这一阶段通过染色电脑将染缸内的压力增加到4-6kg/cm²。

9.根据权利要求4所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述时间脉冲发生器发出的脉流数据每分钟改变变频电机5-10次循环脉动频率。

10.根据权利要求4所述的超低浴比高温脉流染纱机控制方法，其特征在于，所述染色阶段，根据纱锭的种类不同其对应的温度工艺曲线也不同，对于种类为棉、化纤和蛋白纤维的纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

(1)种类为棉的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_1\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(2)种类为化纤的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_2\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=65,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),65<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{132,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=132,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),132>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{70,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=75,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),75>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

(3)种类为蛋白纤维的待染纱锭，其对应的温度工艺曲线具体是指：

$f_3\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{k}_1\&CenterDot;A_1\left(t\right),20<A_1\left(t\right)<\mathrm{60,0}<k_1<1,t_0<t\&le;t_1\\ A_2\left(t\right),A_2\left(t\right)=60,t_1<t\&le;t_2\\ k_2\&CenterDot;A_3\left(t\right),60<A_3\left(t\right)\&le;\mathrm{95,0}<k_2<1,t_2<t\&le;t_3\\ A_4\left(t\right),A_4\left(t\right)=95,t_3<t\&le;t_4\\ -k_3\&CenterDot;A_5\left(t\right),95>A_5\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{65,0}<k_3<1,t_4<t\&le;t_5\\ A_6\left(t\right),A_6\left(t\right)=65,t_5<t\&le;t_6\\ -k_4\&CenterDot;A_7\left(t\right),60>A_7\left(t\right)\&GreaterEqual;\mathrm{20,0}<k_4<1,t_6<t\&le;t_7\end{array}\right.$

其中，f_i(t)(i＝1，2，3)是染色温度随染色时间的变化函数，k_i表示升温或降温系数，t表示染色的时间，A_i(t)是随时间变化升温的变量值，其单位为℃。

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