CN103806233B - 筒子纱染色机 - Google Patents

Abstract

一种筒子纱染色机，包括有缸身(5)纱架(15)纱竹(16)及驱动马达(26)，纱架(15)和纱竹(16)安装在缸身内，缸身(5)内还包括离心泵(27)与热交换盘管(18)，热交换盘管(18)安装在缸身(5)的底部。离心泵的壳体分为两部分，一半壳体与缸身底部(3)为一体，另一半壳体(11)可以与缸身底部(3)分离和接合。离心泵具有双吸口(25A、25B)，还装有电子调速控制系统，控制离心泵的转速。热交换盘管(18)，固定于纱架下方，向外连接至水及蒸汽源。液流控制系统控制染液单向流动，还设有增压、排压系统、注料系统及升降温系统，可广泛使用于染整行业。

Description

筒子纱染色机

技术领域

本发明涉及一种染整机械，特别是涉及一种筒子纱染色机。

背景技术

在染整机械行业中，有一种已有技术的筒子纱的染色机。图1显示了这种筒子纱染色机的设计，包括有缸身及其缸身底部，其中缸身底部连接至离心泵。染色机缸身底部主要由筋板等基本支撑框架构成。离心泵的作用是在染色的过程中促使染液的循环。已有技术普遍采用缸、泵分离的设计，离心泵部件不作为主缸结构的一部分。

在专利号CN1427111A的双向筒子纱染色机中，离心泵组件，包括传动装置(即马达及轴承座等)、传动轴、叶轮等。如图1中所示，在维护与检查时，离心泵的传动装置及叶轮藉由拆除泵盖与泵壳的对接而与缸身分离，但同时也将整个液流操作系统抽离了原来的工作位置，使维修人员无法在该系统放于操作位置的情况下进行检测，而且拆除后的马达装回原来位置上的时候，会产生位置的偏差，降低效率造成损失，这一问题长期困扰生产和使用者。

同时，染色机主缸与离心泵(1)之间隔着热交换器(2)。若要检查离心泵壳体内的结构，则需移除该热交换器以从腾空的位置检视壳体内的情况，然而该热交换器附有密封防漏设计于热交换器两侧，强行将热交换器从中移走会破坏该防漏结构。故此，若须检查离心泵的同时不使机器受损，也不得不将离心泵与其连接的马达向外移走，使其搬离原位置。

同时，目前在筒子纱染色机的技术中，普遍采用双向染色。但具有双向染色功能的筒子纱染色机，广泛使用一种染液换向装置(参见上述专利)，用以调整染液于主缸内的流向。为达此效果，缸内的染液需完全浸透所有筒子纱，耗水量十分高。与此同时，为解决泵内的流体压力不停变换时所产生的负荷，替主缸内增压以防止泵体因气蚀损坏。然而使缸身的承压要求大大增加，缸体的设计均需要使用更厚重坚硬的材料。加上用水量高，这种具有液体换向设计的筒子纱染色机不得不大大提高生产成本。如何在不移动离心泵位置的情况下剖开机身壳体以进行维护与检查流体研究、以及调低缸身工作压力及耗水量乃业界长久以来的棘手难题，极需技术发明为解决这些问题实现重大突破。

发明内容

本发明的目的是，提供一种筒子纱染色机，前所未有的实现将缸身、离心泵与热交换器一体化的设计，实现低用料、低水比以至低成本的染整机械设计，实现了在不移动离心泵传动装置的情况下拆除一部分的离心泵壳体的便拆式离心泵壳体以进行实位监测。

本发明提供了一种筒子纱染色机包括有缸身(5)、纱架(15)、纱竹(16)及驱动马达(26)，纱架(15)和纱竹(16)安装在缸身内，其特征是缸身(5)内还包括有离心泵(27)与热交换盘管(18)，热交换盘管(18)安装在缸身(5)的底部，离心泵(27)安装在热交换盘管(18)下方，离心泵(27)入口(6)连通纱架(15)外的空间，离心泵出口(4)连通纱架(15)内的空间。离心泵(27)成为缸身(5)的一部分。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述纱架(15)呈中空状，底部有一缺口，纱架(15)内的空间与离心泵出口(4)相通，该空间延至纱竹(16)，纱竹呈中空状，连接至纱架内的空间，纱竹表面有穿孔，可让染液从中溢出。

纱竹上有细孔让流体从所述空间溢出。溢出后的流体落入所述缸身(5)内的底部，期间流经热交换器的表面。流体流经热交换盘管(18)后落入离心泵入口(6)。

本发明采用了一种离心泵设计。本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵的壳体是以通过离心泵的叶轮(9)的轴心线的径向面垂直地分为两部分，互相以法兰连接，一半壳体与缸身底部(3)为一体，另一半壳体(11)可以拆卸。一半壳体被移除后，整套传动组件便清晰可见。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵装置有一对承托法兰(12)，承托法兰呈半圆形，剖面倾斜状安装，叶轮轴(28)及叶轮(9)置于承托法兰上。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵的壳体(11)的底部固定在平台(10)上，平台(10)装配有轮轴，放置在导轨上，通过转动平台(10)上的手柄，可将壳体(11)与缸身底部(3)分离和接合，并可籍调整其间的距离，以使重新安装时可与主缸上的连接法兰准确对位。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵具有双吸口(25A、25B)，两个吸口分别位于叶轮(9)转动轴线的两端，染液经双吸口(25A、25B)进入离心泵。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵设置有出口(4)和入口(6)，离心泵入口(6)是染液进入离心泵的通道，离心泵出口(4)是染液离开离心泵的通道，离心泵入口(6)和离心泵出口(4)的方向朝上，离心泵入口(6)连通离心泵两侧的回流腔(7)，再连通至叶轮口(8)。从缸身(5)回流收集的染液通过回流腔(7)回到离心泵，并透过叶轮(9)转动将染液以循环的方式带回缸身(5)。

已有设计的离心泵其吸入口及排放口分别是轴向及径向的。本发明的离心泵泵体则是吸口及排放口于设计上置于同一方向，离心泵入口(6)的染液进口和离心泵出口(4)的染液出口朝上。结构上从离心泵出口(4)排出的染液直接进入纱架内的空间，从缸身回流的染液经过热交换盘管后直接进入离心泵入口，此设计可令回收的染液更快被循环，除却不必要的引流管道，节省空间，而且泵体本身正位于主缸底部，可直接提供重心支撑。双吸口配置与及出入口均在同一平面上的泵体是行业中全新的设计。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵内的叶轮(9)置于叶轮腔(14)内，位于离心泵的中心，叶轮腔与回流腔被离心泵出口(4)的壁分隔开，叶轮腔与回流腔之间的开孔形成叶轮口(8)，与叶轮(9)的吸入口对接。

本发明中的叶轮设计也比同一直径的单向离心泵更高效，加速了染液的循环，用水量少更使纱锭与染液交换的频率提高，获得更佳的染色效果。于某些工艺上，若既定了染液交换的次数，频率上的提高意味着相同的工艺能于更短的时间内完成。工艺时间上缩短使整机耗能亦相对减少，达到节能的目的。

本发明的目的还在于降低筒子纱染色机总体的生产成本。本发明摒弃原有双向染色的技术，使用单向染色。筒子纱的络筒上有无数细小的孔，目的是让染液从离心泵送至络筒中心时，穿过这些细孔而渗入纱线内。从络筒中心往外渗出染液的方式称为外流。染整机械上的设计可使染液沿相反的方向流动，亦即是染液从筒子纱周围渗入至络筒中心，再被抽回离心泵。此方式称为内流。无论以外流或内流的方式处染，本发明设计的染液流动的方向都是单一的，称为单向染色。

本发明采用单向染色的优点是设计简单，染液从离心泵被泵进缸身(5)的纱架内再分流至各纱竹上的络筒，以外流的方式渗入纱线中。

透过使用「单向外流」的染色工艺，主缸内的水位不用升至淹没筒子纱的高度，用水量只需足够让离心泵不至于出现气蚀即可，比双向筒子纱染色机节省大部分。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的离心泵装有电子调速控制系统，以特定变换的频率控制离心泵的转速，透过恒常变化的染液流速做成脉流(impulsiveflow)，提升染液的渗透力。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的缸身(5)的底部置有热交换盘管(18)，由金属中空环形管道构成，固定于纱架下方，管道间彼此相通，向外连接至水源及蒸汽源。

主缸的底部置有热交换盘管(18)，连接至染色机以外的水源及蒸汽源。热交换盘管(18)位置于染液经常浸泡的地方，通常于缸身内最低的操作水位以下。当缸内的设定温度被提升时，控制入蒸汽的阀门会酌量开启，使蒸汽走进热交换盘管(18)内。盘管内的蒸汽使管道变热，与流经管道外壁的染液做成温差。此时热量被传导至染液中，达到提高染液温度的效果。相反地当染液需要冷却时，盘管内被注入室温的自来水，使染液中的热量从中被带走。盘管中水和蒸汽的流量均由计算机控制以做出相对所设定的升温率和降温率。

在机器的设计上，换热装置放于主缸内，取代旧式外置的热交换器，以填掉用水的空间，直接降低用水量，并达致更高的换热效率。在用水减少而换热介质流量不变的情况下，于控制的角度上可以做到更高的升温或降温幅度，甚至可节省一部分使用换热介质的成本。若工艺上只要求做出相同的升温率，蒸汽用量亦能相对扣减，用水量能大量减低。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的缸身(5)的工作门(21)设有密封漏压装置。

在染色的过程中，有热水清洗筒子纱的步骤。然而将清水注入主缸内再进行加热是十分浪费时间的。部分筒子纱染色机会额外安装一个预备缸于主缸旁，容量相当于主缸注满染液后的水量。安装预备缸的好处是，将清水预先注入预备缸加热，于筒子纱需要清洗时便直接注入主缸内，节省时间。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的机身设有增压孔(24)以连接压缩空气源。

在染色过程中，为使机内的染液达至其沸点以上的温度，压缩空气被注入机身内以增加缸内压力。在密封操作的环境下，额外增加的压力使液体的温度随之上升。待设定温度下降时，机身上的排压阀会打开，将缸内的压力释出，使染色机内的环境回复至正常的大气压力，提供足够的条件让染液进一步降温。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的缸身(5)连接有注料系统，注料系统包括一条主泵循环以外的喉路，可以将染液从主缸抽到注料桶或将染色颜料从注料桶抽进主缸的染液循环内。注料桶亦会往外连接水源及蒸汽源以用作稀释桶内化学物及将染料于抽进主缸前提升至适当温度。水源亦可用作清洗注料桶，并透过排水系统将污水排走。注料桶亦包括搅拌器将颜料拌匀。

本发明提供的一种筒子纱染色机，所述的染色机设置有液流控制系统，控制染液单向流动，省却换向装置，同时所述的染色机还设置有增压、排压系统、注料系统及升降温系统。

本发明采用单向染色，取代已有的双向染色，可省却换向装置，而且换热系统亦以热交换盘管(18)取代外置的热交换器，此染色机的结构比同类旧式设计节省更多空间。因为不用换向，故此对离心泵的压差涵盖范围较小。在最高工作压力减低的情况下，有利减少缸身壳体用料。

筒子纱染色时，因外流与内流染液的行程有所分别，最低的耗水量亦会有明显的不同。如图11所示，已有的筒子纱染色机染色行内流时，因染液是由筒子纱外层流经整个筒子纱、纱管和纱竹，继而经换向器回流至热交换器和主泵，主缸内的水位必须盖过顶锁，否则筒子纱内之负压就会将水面以上的筒子纱从表面抽入空气，造成压差和流量不稳，影晌染色品质。

如图10所示，行外流时，染液流经行程刚好相反，染液由主泵经热交换器和换向器迸入纱架及纱竹，再经纱管和筒子纱内层，最后流经整个筒子纱回到主缸，只要缸底维持一定水量，就可以保持主泵压力稳定，以而保证压差和流量稳定，没必要所有筒子纱都被染液覆盖。

已有染色机需要行走内流(即染液从筒子纱外渗入)，必先确保整个过程中筒子纱浸泡于染液中，否则部分空气会被抽入纱竹以至主泵内，产生气蚀的现象，损害主泵结构。在已有染色机上浸泡所有筒子纱所需的最低浴比大约是1:4至1:6(在染整行业中用浴比作为指标，衡量处染工艺中机器内筒子纱与用水的重量比例)。

本发明使用单向外流的方式处染筒子纱。染液由主泵经纱架及纱竹进入筒子纱内层，再往外渗出，最后被收集回主泵，形成一单向循环。只要缸底维持一定水量，就可以保持主泵压力以至流量稳定，没必要将缸内所有筒子纱以染液没顶。

将两种机型比较下，本发明的筒子纱染色机，染色浴比可降低至1:3。换句话说，每一单位的筒子纱可节省同一重量的用水。一个载量达一吨的筒子纱染色机比旧式载量相同的机型至少可节省一吨以上用水。因此，本发明相比传统的筒子纱染色机，处染每一吨筒子纱至少节省一吨以上用水。单以中国纱线目前每年产量达2500万吨计，若全使用本发明的染色机染色，每年便可节省2500万吨的用水，相当于两个半西湖的储水量，其节约用水的效益是十分惊人的，还大大减少了污染排放。

使用本发明产品，可达到六省优势：省电，应用了高低频交替。省水，只需合适的水量确保主泵不会抽空即可。省蒸汽，浴比降低相应蒸汽用量亦减少。省助剂，浴比降低相应助剂用量亦减少。省工艺时间，升降温时间加怏，缩短工艺时间。省压缩空气，在某些工艺情况下无需加压行机。

附图说明

图1是旧式筒子纱染色机的基本结构示意图。

图2是本发明的结构剖面图。

图3是本发明中缸身底部跟可分离式壳体闭合时的侧视图。

图4是本发明中缸身底部跟上述壳体分离的示意图。

图5是本发明中包含出入口的一端离心泵铸件示意图。

图6是两端离心泵组件的剖面图。

图7是两端离心泵组件连接后的立体示意图。

图8是双吸口式叶轮的立体结构示意图。

图9是双吸口式叶轮的剖面示意图。

图10是外流时的染液行程

图11是内流时的染液行程

附图中

1.离心泵

2.热交换器

3.缸身底部

4.离心泵出口

5.缸身

6.离心泵入口

7.回流腔

8.叶轮口

9.叶轮

10.轮轴安装平台

11.壳体

12.承托法兰

13.对接法兰

14.叶轮腔

15.纱架

16.纱竹

17.筒子纱

18.热交换盘管

19.染液过流孔

20.吊环

21.工作门

22.料桶

23.注料马达

24.增压孔

25.吸口

26.驱动马达

27.离心泵

28.叶轮轴

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明作进一步的阐述：

如图2所示，本实施例提供一种筒子纱染色机，包括主缸、纱架、离心泵、热交换盘管(18)，所述纱架固定在染缸内，所述纱架上的纱竹中空，与主泵出口相互连通。热交换盘管(18)位于主缸底部，往外连接水源及蒸气源，离心泵装置在该染色机的缸身底部支撑架内。

图2显示了本实施缸身底部的侧面图，离心泵出口(4)连接至缸身底部内离心泵的出口，使染液可从离心泵出口经离心泵出口输送至缸身(5)。

离心泵入口(6)与离心泵出口之间界定的间隙被定义为回流管道，此室连接至缸身底部内离心泵两侧的回流腔(7)以至叶轮口(8)。从缸身(5)回流收集的染液通过此室回到离心泵，并透过叶轮(9)转动将染液以循环的方式带回缸身(5)。

主泵壳体的离合设计上亦可配合已有轮轴及导轨等技术使安装或拆装时更方便。在此实施例中，壳体上附有轮轴安装平台(10)以装配所述机械。通过转动平台上的手柄，操作员可将壳体(11)与缸身底部(3)分离，轮轴及导轨设计可确保该壳体返装时无缝接合，如图3所示。

离心泵壳体的另一半亦包含所述部分的回流腔、叶轮口、叶轮腔及轴承支撑。于设计上这些泵壳必具的特征被分割成两份。由于泵壳的剖面与轴心重迭，为避免传动装置于移除壳体时脱离，主机缸身底部包含一对承托法兰(12)于离心泵轴心两侧。其法兰本体亦被分成两半，另一半于壳体另一侧上。不同于壳体对接法兰(13)的是，承托法兰的剖面是倾斜的，使位于缸身底部一侧的半边法兰能完全承托整支传动轴。

图4进一步说明缸身(5)内的染色操作情况。包含出入口的一部分离心泵壳体与其周边的筋板物料构成缸身(5)支撑的一部分，壳体的另一半同样以螺丝及密封圈等与主缸体对接，与传统设计不同的是，该壳体(11)被取出的时候，整个染液传输系统不会同时被移除，相反地可停留在原来的位置上，壳体相对轴心是横向取出的，故此并没影响转轴及叶轮等在机器上的位置。马达于此设计下能免被拆除，省却因重新安装而需要与轴心校准的时间。

于实际操作时，操作员将筒子纱(17)套上纱竹(16)，并使用纱架(15)上的吊环(20)将整个纱架吊起并吊进主缸内。所述纱架是中空的，底部有一缺口。纱架被放进主缸后其中空的空间与离心泵出口相连。纱架上有至少一纱竹，纱竹是中空的而且连接至纱架内的空间。纱竹表面有穿孔让染液从中溢出。纱架于主缸内固定后，在确保主泵不会发生气蚀现象的情况下，染液会被注入至不高于缸内筒子纱的水位，然而水位的设定于染色过程以至机械设计中不限于此。主缸的工作门(21)具有密封防漏压设计以避免染色机于染色过程中有染液渗漏出现。

从离心泵出口进入缸身(5)的染液通过纱架(15)被分流至纱竹(16)，经过纱竹上的穿孔渗透入筒子纱(17)中，流向如箭嘴A所示。染液从筒子纱渗出后流回主缸底部，主缸底部设有热交换盘管(18)，所述热交换盘管(18)由一组或多组圆环形的金属中空管道组成，管道间彼此相连，并往外连接水源及蒸气源。所述管道被安装于主缸内纱架的下方，并处于染液流经的主要通道上。所述热交换盘管(18)透过注入蒸气或冷水充斥该热交换盘管(18)以将缸身(5)内流经的染液加热或冷却。亦可以在水源或蒸汽源进入所述管道前加上任何装置以控制水或蒸汽注入管道的流量，以达致理想的升温或降温速度。于所述管道另一端往外连接排放通道以将冷凝水排走。纱架设有染液过流孔(19)让染液穿过纱架。染液最后被导回主泵，流向如箭嘴B所示。染液流经热交换盘管(18)后落入离心泵入口(6)，离心泵入口与所述离心泵内的回流腔(7)相接，使染液经离心泵入口流入回流腔，最后到叶轮口(8)，受压后到离心泵出口(4)，重复整个染液循环。

在注入染料的时候，操作员将染料倒入料桶(22)内，并开动注料马达(23)将染料经注料喉路注入染液循环内。

按此实施例，双吸式离心泵的两边泵壳皆可以锻铸件的方式做成，使包含离心泵出入口一端的壳体具有与缸身(5)底部管中管结构相接的法兰，包含离心泵出口(4)和离心泵入口(6)，如图5所示。结构上亦可以钢材物料焊接以做出两边壳体。从图5所见，离心泵出口壁往对接法兰延伸，将离心泵入口包含的空间分隔成左中右三个室，其中左右两室于壳体内是连通的，被定义为回流腔(7)。中间的室被定义为叶轮腔(14)，分隔三室的两壁靠近对接法兰的位置有两个半圆形的缺口，如图5所示。另一边的离心泵壳体亦具备所述两侧半圆缺口，以致当两边壳体合上时，离心泵内分隔回流腔与叶轮腔的两壁组合成两个与传动轴同心的圆孔，此两个圆孔被定义为双吸式离心泵的入口(8)。

图6是两端离心泵组件于其中一侧的回流腔(7)的剖面图。从缸身(5)回流到离心泵入口的染液被引导至双吸式离心泵的入口，如图中箭头所示。

图7显示了两端离心泵组件连接后的结构，其中壳体(11)是局部剖开的以更佳地展示其内部结构。叶轮及其传动轴安装在由两端壳体合并成的完整叶轮腔(14)中，其中叶轮两侧都有吸口(25)，安装时与所述的圆孔同心地相接，使叶轮转动时，其吸口能透过所述的圆孔将染液从回流腔吸进叶轮内，利用叶轮转动的离心力将染液增压并沿叶轮腔送至离心泵出口。

图8是本发明中使用的的双吸式叶轮。叶轮的设计基本采用一般离心泵使用的压水式设计，在此实施例总共使用五块导叶，然而数量上不在此限。与传统叶轮不同的是此叶轮的吸口位于轴线的两端，换言之叶轮两侧是对称的。染液可从叶轮两端进入，并受同一块导叶推动而产生流体压力。

图9是双吸式叶轮的径向剖面图。当叶轮按图所示以顺时针转动时，于叶轮内的染液便受导叶及离心力的推动被引出叶轮，其流向如箭头所示。

Claims (8)

1.一种筒子纱染色机，包括有缸身(5)、纱架(15)、纱竹(16)及驱动马达(26)，纱架(15)、纱竹(16)安装在缸身(5)内，其特征是：

缸身(5)内还包括有离心泵(27)与热交换盘管(18)，热交换盘管(18)安装在缸身(5)的底部，离心泵(27)安装在热交换盘管(18)下方，是染色机的重心支撑；

离心泵(27)的壳体是以通过离心泵的叶轮(9)的轴心线的径向面垂直地分为两部分，互相以法兰连接，一半壳体与缸身底部(3)为一体，另一半壳体(11)可以拆卸，所述另一半壳体(11)的底部固定在平台(10)上，平台(10)装配有轮轴，放置在导轨上，通过转动平台(10)上的手柄，可将所述另一半壳体(11)与缸身底部(3)分离和接合；

离心泵(27)装置有一对承托法兰(12)，承托法兰呈半圆形，剖面倾斜状安装，叶轮轴(28)及叶轮(9)置于承托法兰上；

离心泵(27)具有双吸口(25A、25B)，两个吸口分别位于叶轮(9)转动轴线的两端，染液经双吸口(25A、25B)进入离心泵；

离心泵(27)设置有入口(6)和出口(4)，离心泵入口(6)是染液进入离心泵的通道，离心泵出口(4)是染液离开离心泵的通道，离心泵入口(6)连通离心泵两侧的回流腔(7)，再连通至叶轮口(8)，双吸口装置与出入口分别设置在同一平面，离心泵入口(6)和离心泵出口(4)的方向朝上；

离心泵(27)入口(6)连通纱架(15)外的空间，离心泵出口(4)连通纱架(15)内的空间。

2.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是所述的纱架(15)呈中空状，底部有一缺口，纱架(15)内的空间与离心泵出口(4)相通，该空间延至纱竹(16)，纱竹呈中空状，连接至纱架内的空间，纱竹表面有穿孔；纱架(15)设有染液过流孔(19)，染液可以通过染液过流孔(19)穿过纱架循环流回离心泵(27)。

3.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是所述的离心泵内的叶轮(9)置于叶轮腔(14)内，位于离心泵的中心，叶轮腔与回流腔被离心泵出口(4)的壁分隔开，叶轮腔与回流腔之间的开孔形成叶轮口(8)，与叶轮(9)的吸入口对接。

4.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是所述的离心泵装有电子调速控制系统，以特定变换的频率控制离心泵的转速。

5.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是所述的热交换盘管(18)，由金属中空环形管道构成，固定于纱架下方，管道间彼此相通，向外连接至水源及蒸汽源。

6.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是所述的缸身设有增压孔(24)，连接压缩空气源，压缩空气被注入机身内以增加缸身压力，在密闭的容器里，额外增加的压力使染液的温度随之上升。

7.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是设置有液流控制系统，控制染液单向流动，并省却染液换向装置。

8.根据权利要求1所述的一种筒子纱染色机，其特征是设置有增压、排压系统、注料系统及升降温系统。