CN112831853A - 一种稳态冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稳态冷却装置，由冷却单元和稳压单元组成；冷却单元位于稳压单元的上方；冷却单元包括上走丝甬道和分布在上走丝甬道内壁的冷却器；稳压单元包括下走丝甬道和多个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；所述环形隔板与水平面的夹角为0～60°。本发明的冷却单元采用冷却器的换热方式对纤维进行冷却，最大限度地减少了冷却介质的流体的流场，而保留了冷却介质的温度场，减少了吹风对纤维冷却所造成的不匀以及空间的开放性所造成大量的冷风的损失；通过对稳压单元的设计，使得冷却单元的气流不会从下走丝甬道出口流出，达到了稳态冷却的目的。
Description
技术领域
本发明属于纺织设备技术领域，涉及一种稳态冷却装置。
背景技术
在纺丝的过程中，高聚物熔体会以一定的流量从喷丝板孔中挤出，在流经喷丝板到达卷绕装置之间，纤维被拉伸至所需的细度并充分冷却固化。通过熔体纺丝动力学研究表明，冷却条件对纤维的质量如均匀性、纤度、拉伸和染色性等都具重要的影响。
通常的熔体纤维的冷却是在与冷却介质的相对运动中的热交换过程完成的。冷却介质的温度场决定了熔体纤维的冷却条件，而冷却介质的温度场和冷却介质(流体)的流场又有极其密切的关系。所以，为了确保刚生成的纤维具有优异的质量，在设计熔体纤维冷却吹风装置时，既要考虑到在传热过程中流体的流场对其影响，也要考虑到冷却介质的流动状态对纤维张力的影响，所以一个优秀的纤维冷却吹风装置设计，既要在纤维沿纺线上按照工艺要求提供所需的速度分布曲线，同时还要使纤维的扰动尽可能地小。即纺丝工艺条件的稳定，是要由冷却介质的热量和动量在传递过程的稳定来保证的。
现有丝条冷却的方式多为风冷，风冷的热交换介质为空气(具有较低的温度和一定的湿度)，风冷的方式主要有侧吹(空气从丝束的一侧吹向另一侧)和环吹(空气从丝束外侧吹向中间)，对丝束进行吹风带走熔体细流的热量，从而使丝条冷却固化。这种冷却方式结构简单、易于操作和控制，丝条冷却过程缓和，有利于使丝条形成均匀的结构形态。但是风冷具有一定的局限性，冷风是通过空调或其他制冷装置产生的，需要消耗较多的能源。在吹风过程中，冷风只能作为一次性的媒介带走热量，吹过丝束的风往往还会有较低的温度，以便带走更多的热量，但是由于空间的开放性会造成大量的冷风的损失，即使有较为密闭的空间，也会由于丝束的快速运动而将较多的冷风带到体系外，造成冷风的损失。同时，无论采用侧吹风或是环吹风，对于纤维而言都存在迎风面与背风面，造成纤维的冷却不匀，特别是对于异形纤维的冷却的差异性更加明显。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中吹风对纤维冷却所造成的不匀以及空间的开放性所造成大量的冷风的损失的问题，提供一种稳态冷却装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成；
冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元包括上走丝甬道和分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
稳压单元包括下走丝甬道和若干个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
上走丝甬道和下走丝甬道为上下贯通的一个整体，冷却单元和稳压单元固定连接形成一个整体。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种稳态冷却装置，所述冷却器为蛇管式冷却器，排管方式为围绕上走丝甬道内壁螺旋排列一周或在上走丝甬道内壁并列排列一周。
如上所述的一种稳态冷却装置，所述环形隔板与水平面的夹角为0～60°。
如上所述的一种稳态冷却装置，所述环形隔板为水平环形隔板，环形隔板的外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为60～100mm，环形隔板的内径大小设置于此主要是为了满足纤维运动的需要。
如上所述的一种稳态冷却装置，上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
如上所述的一种稳态冷却装置，冷却单元还包括设置于上走丝甬道壳体上的进风口和出风口，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；进风口与出风口的作用是换风，纺丝时会产生一定量的挥发性低聚物，通过换风降低了纺丝过程中挥发性低聚物的含量。
如上所述的一种稳态冷却装置，所述冷却单元为底面直径为80～120mm、高为100～250mm的圆柱状结构；
所述稳压单元为底面直径为80～120mm、高为200～250mm的圆柱状结构。
如上所述的一种稳态冷却装置，所述环形隔板的厚度为2.0～2.5mm，相邻两环形隔板的间距(指上隔板下表面至下隔板上表面的垂直距离)为3.0～5.0mm。
如上所述的一种稳态冷却装置，所述冷却器中含有流动的冷媒，流动的冷媒的温度为5～10℃。
如上所述的一种稳态冷却装置，流动的冷媒为水或盐水。
本发明的原理如下：
在纺丝的过程中，高聚物熔体会以一定的流速从喷丝板孔中挤出，在流经喷丝板到达卷绕装置之间，纤维被拉伸至所需的细度并充分冷却固化，冷却条件对纤维的质量如均匀性、纤度、拉伸和染色性等都具有重要影响。本发明的冷却装置包括冷却单元和稳压单元，冷却单元的作用是对丝束进行冷却，冷却单元采用冷却器的换热方式对纤维进行冷却，最大限度地减少了冷却介质的流体的流场，而保留了冷却介质的温度场，而稳压单元是使冷却单元中的冷却环境保持稳定，冷却气流不会从稳压单元流出，因而减少了吹风对纤维冷却所造成的不匀以及空间的开放性所造成大量的冷风的损失。
稳压单元内部间距排列的环形隔板组成的是一种气封的方式，气封原理是环形隔板与环形隔板之间的间隔部分形成一系列节流间隙与膨胀空腔，迫使气体通过曲折的途径，产生节流与热力学效应而达到密封效果。
气封由许多依次排列的环形隔板和环形隔板之间的气室组成，气体从高压侧(冷却单元)流向低压侧(稳压单元)，经过环形隔板时，通道面积变小，速度增大，压力降低，同时温度降低(焓值减少)；随后气体流经相邻两环形隔板之间的区域时，通流面积突然变大，气体与上下侧的环形隔板发生碰撞，形成涡流，流速近似降到零，但压力不变，其动能全部转化为热能，由于气封中气体的散热量与气流的总热量相比很小，可以忽略，故气体焓值又恢复到原来的数值，此过程称为节流过程。当其通过下一间隙时，上述过程重复进行。气封前后气体的总压降在所有的环形隔板与气室中依次逐渐降低，重复着节流过程，直至稳压单元内外压差为零，气体在最后一个气室里压力达到与稳压单元出口压力一致，不再漏气。
通过稳压单元中由间距排列的环形隔板组成的气封设计，使得冷却单元的气流不会从下走丝甬道出口流出，确保了冷却单元冷却场的稳定性，减少了气流的对丝束的影响，达到了稳态冷却的目的。
有益效果：
(1)本发明的一种稳态冷却装置，结构简单，布局巧妙；
(2)本发明的一种稳态冷却装置，冷却单元采用冷却器的换热方式对纤维进行冷却，有效减少了吹风对纤维冷却所造成的不匀以及空间的开放性所造成大量的冷风的损失；
(3)本发明的一种稳态冷却装置，通过对稳压单元的设计，使得冷却单元的气流不会从下走丝甬道出口流出，达到了稳态冷却的目的。
附图说明
图1为本发明的稳态冷却装置的结构示意图，其中，A部分为冷却单元，B部分为稳态系统；
其中，1-出风口，2-冷却器，3-纤维，4-进风口，5-环形隔板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为80mm、高为100mm的圆柱状结构，包括进风口4、出风口1、上走丝甬道以及分布在上走丝甬道内壁的冷却器2；
进风口4和出风口1设置在上走丝甬道壳体上，进风口4位于冷却单元的下端，出风口1位于冷却单元的上端；
冷却器2为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为水，温度为5℃；排管方式为围绕上走丝甬道内壁螺旋排列一周；
稳压单元为底面直径为80mm、高为200mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和30个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板5；
环形隔板为水平环形隔板，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为60mm，厚度为2mm，相邻两环形隔板的间距为3mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
本发明的稳态冷却装置，结构简单，布局巧妙；冷却单元采用冷却器的换热方式对纤维3进行冷却，有效减少了吹风对纤维3冷却所造成的不匀以及空间的开放性所造成大量的冷风的损失；通过对稳压单元的设计，使得冷却单元的气流不会从下走丝甬道出口流出，达到了稳态冷却的目的。
实施例2
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为90mm、高为120mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为水，温度为6℃；排管方式为围绕上走丝甬道内壁螺旋排列一周；
稳压单元为底面直径为90mm、高为210mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和25个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板与水平面的夹角为10°，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为70mm，厚度为2.1mm，相邻两环形隔板的间距为3.3mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
实施例3
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为100mm、高为150mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为水，温度为7℃；排管方式为围绕上走丝甬道内壁螺旋排列一周；
稳压单元为底面直径为100mm、高为220mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和28个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板与水平面的夹角为20°，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为80mm，厚度为2.2mm，相邻两环形隔板的间距为3.5mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
实施例4
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为110mm、高为180mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为盐水，温度为8℃；排管方式为在上走丝甬道内壁并列排列一周；
稳压单元为底面直径为105mm、高为230mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和25个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板为水平环形隔板，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为85mm，厚度为2.3mm，相邻两环形隔板的间距为3.8mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
实施例5
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为115mm、高为200mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为盐水，温度为9℃；排管方式为在上走丝甬道内壁并列排列一周；
稳压单元为底面直径为110mm、高为240mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和20个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板与水平面的夹角为40°，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为90mm，厚度为2.4mm，相邻两环形隔板的间距为4.1mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
实施例6
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为118mm、高为220mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为盐水，温度为10℃；排管方式为在上走丝甬道内壁并列排列一周；
稳压单元为底面直径为115mm、高为245mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和25个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板与水平面的夹角为50°，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为95mm，厚度为2.5mm，相邻两环形隔板的间距为4.5mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
实施例7
一种稳态冷却装置，由相连的冷却单元和稳压单元组成，冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元为底面直径为120mm、高为250mm的圆柱状结构，包括进风口、出风口、上走丝甬道、分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
进风口和出风口设置在上走丝甬道壳体上，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端；
冷却器为含有流动的冷媒的蛇管式冷却器，流动的冷媒为盐水，温度为10℃；排管方式为在上走丝甬道内壁并列排列一周；
稳压单元为底面直径为120mm、高为250mm的圆柱状结构，包括下走丝甬道和25个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板；
环形隔板与水平面的夹角为60°，外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为100mm，厚度为2.5mm，相邻两环形隔板的间距为5mm；
上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
Claims (10)
1.一种稳态冷却装置，其特征在于：由相连的冷却单元和稳压单元组成；
冷却单元位于稳压单元的上方；
冷却单元包括上走丝甬道和分布在上走丝甬道内壁的冷却器；
稳压单元包括下走丝甬道和若干个在下走丝甬道内间距排列的环形隔板。
2.根据权利要求1所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述冷却器为蛇管式冷却器，排管方式为围绕上走丝甬道内壁螺旋排列一周或在上走丝甬道内壁并列排列一周。
3.根据权利要求1所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述环形隔板与水平面的夹角为0～60°。
4.根据权利要求3所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述环形隔板为水平环形隔板，环形隔板的外径大小与上走丝甬道直径相同，内径大小为60～100mm。
5.根据权利要求1所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，上走丝甬道的上端为进丝口，下走丝甬道的下端为出丝口。
6.根据权利要求2所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，冷却单元还包括设置于上走丝甬道壳体上的进风口和出风口，进风口位于冷却单元的下端，出风口位于冷却单元的上端。
7.根据权利要求1所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述冷却单元为底面直径为80～120mm、高为100～250mm的圆柱状结构；
所述稳压单元为底面直径为80～120mm、高为200～250mm的圆柱状结构。
8.根据权利要求3所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述环形隔板的厚度为2.0～2.5mm，相邻两环形隔板的间距为3.0～5.0mm。
9.根据权利要求1所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，所述冷却器中含有流动的冷媒，流动的冷媒的温度为5～10℃。
10.根据权利要求9所述的一种稳态冷却装置，其特征在于，冷媒为水或盐水。
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