CN115540506A - 一种基于超声波的纺织品脱水装置及其脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超声波的纺织品脱水装置，包括在脱水过程中用于纺织品输送的输送装置，以及贴合于所述纺织品的表面而设置的超声波发生装置，所述超声波发生装置产生超声波、而对输送过程中与其贴合的所述纺织品的表面施以振动，将所述纺织品中的液态水分振成脱离于所述纺织品的气溶胶；还包括对所述气溶胶进行吸附的负压风机。本发明的一种基于超声波的纺织品脱水装置，能够对纺织品进行高效快捷的脱水，而具有较好的使用效果。本发明还涉及一种基于超声波的纺织品脱水方法。

Description

一种基于超声波的纺织品脱水装置及其脱水方法

技术领域

本发明涉及脱水设备技术领域，尤其涉及一种基于超声波的纺织品脱水装置，本发明还涉及一种基于超声波的纺织品脱水方法。

背景技术

纺织品领域的传统脱水，一般采用甩干机或脱水机等进行，而甩干机或脱水机均采用离心原理进行脱水，在离心力的作用下，易造成纺织品的褶皱，而影响纺织品脱水后的平整性，且纺织品脱水过程中多堆叠成团，而造成其堆叠部分内部的水分难以脱水，而影响脱水效果，同时传统脱水需要将纺织品中的水分离心甩出后再烘干，烘干方式为将纺织品中未甩出部分的水分加热至汽化，而存在能量消耗大、脱水速度慢等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于超声波的纺织品脱水装置，能够对纺织品进行高效快捷的脱水，而具有较好的使用效果。

本发明采用的技术方案是：一种基于超声波的纺织品脱水装置，包括在脱水过程中用于纺织品输送的输送装置，以及贴合于所述纺织品的表面而设置的超声波发生装置，所述超声波发生装置产生超声波、而对输送过程中与其贴合的所述纺织品的表面施以振动，将所述纺织品中的液态水分振成脱离于所述纺织品的气溶胶；还包括对所述气溶胶进行吸附的负压风机。

本发明的一种基于超声波的纺织品脱水装置，通过输送装置对纺织品以一定的速度持续进行输送，过程中超声波发生装置始终与经由其的纺织品的表面保持贴合，并施以振动，将纺织品中的液态水分振动破碎成雾滴，雾滴继续在超声波的振动下克服纺织品的纤维所产生的毛细吸附作用，而形成漂浮于临近纺织品的空间内的气溶胶，再经由负压风机对气溶胶进行吸附而实现对纺织品的脱水，因该过程中液态水分没有发生相变，只是从体积较大的液态水团先变成粒径较小的雾滴，后变成气溶胶，因此整个过程能耗大幅度降低。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述超声波发生装置包括高频发生器，以及经由所述高频发生器控制驱动的高频压电换能器；还包括与所述高频压电换能器连接的变幅杆，所述高频压电换能器与所述纺织品的表面贴合。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述高频发生器为一个或多个，所述高频压电换能器为与所述高频发生器对应的一个或多个，所述高频压电换能器为多个时，各所述高频压电换能器间经由柔性防水材料连接而成高频压电换能器阵列组合。

针对含水量较低的纺织品，或对脱水要求不高的情况，为节省成本，高频发生器及高频压电换能器均设置成一个；当需要对含水量较高的纺织品进行脱水时，高频压电换能器设置为多个，为使覆盖效果更好，各高频压电换能器间经由柔性防水材料连接而成高频压电换能器阵列组合。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述高频压电换能器阵列组合为多个高频压电换能器经由柔性防水材料连接而成的单列串联组合或矩阵组合。

针对纺织品的不同宽度情况，高频压电换能器阵列组合为单列串联组合或矩阵组合，具体安装时，柔性防水材料组成高频压电换能器阵列组合的框架，框架经由柔性防水材料胶黏连接而成，满足各高频压电换能器的外周均包覆有柔性防水材料，并于柔性防水材料内部预埋有分别与各自对应位置的高频压电换能器经由快接头快接的导线。

作为对上述技术方案的进一步限定，基于超声波的纺织品脱水装置还包括滚筒，所述滚筒的转向与所述输送装置的输送方向相同，所述高频压电换能器阵列组合经由张力调节贴合于所述滚筒上，以使各所述高频压电换能器在所述滚筒的带动下动态轮换工作。

在对含水量较高的纺织品进行脱水时，为避免单独的高频压电换能器持续工作影响使用寿命，高频压电换能器阵列组合经由张力调节贴合于滚筒上，以使各高频压电换能器在所述滚筒的带动下动态轮换工作。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述柔性防水材料为防水树脂材料，所述高频压电换能器为由压电元件和基板元件构成的多孔薄片式金属换能器。

作为对上述技术方案的进一步限定，基于超声波的纺织品脱水装置还包括位于所述超声波发生装置下游的烘干装置。

当纺织品的脱水要求较高时，还可以设置烘干装置，先由超声波发生装置配合负压风机进行一次脱水，再经由位于超声波发生装置下游的烘干装置进行二次脱水，而达到预期效果，同时，采用超声波发生装置、负压风机及烘干装置配合的情况，能耗还是远远低于传统的甩干机等脱水方式的能耗。

本发明还提供了一种基于超声波的纺织品脱水方法，使用前述的一种基于超声波的纺织品脱水装置进行脱水，包括如下步骤：

a、输送装置对纺织品进行输送，贴合于所述纺织品的表面而设置的超声波发生装置产生超声波、而对输送过程中与其贴合的所述纺织品的表面施以振动，将所述纺织品中的液态水分振动破碎成雾滴，所述雾滴继续在超声波的振动下克服所述纺织品的纤维所产生的毛细吸附作用，而形成漂浮于临近所述纺织品的空间内的气溶胶；

b、负压风机对步骤a中产生的气溶胶进行吸附，而使所述气溶胶远离临近所述纺织品的空间，实现对所述纺织品的脱水。

经过实验对比，以纯棉布匹为例，使用传统的脱水方式每脱水1g大约消耗2200J能量，而采用本发明的方法进行的脱水，每脱水1g大约消耗小于100J能量，能耗大大降低。

作为对上述技术方案的进一步限定，基于超声波的纺织品脱水装置还包括位于超声波发生装置下游的烘干装置，基于超声波的纺织品脱水方法还包括：步骤c、所述烘干装置对经由所述超声波发生装置进行初次脱水后的纺织品进行二次脱水。

当纺织品的脱水要求较高时，再经由步骤c的烘干装置进行烘干脱水。

作为对上述技术方案的进一步限定，在步骤a中所述超声波发生装置产生的超声波的频率为50Hz～2MHz，所述纺织品的孔径大小为10μm～800μm，所述纺织品的厚度为0.1mm～5mm，所述超声波的频率与所述纺织品的孔径大小呈反比。

纺织品的孔径越小，纤维所产生的毛细吸附作用越大，而越需要高频率的超声波振动。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述纺织品的孔径大小为10μm～200μm时，所述超声波的频率为500kHz～2MHz；所述纺织品的孔径大小为200μm～500μm时，所述超声波的频率为100kHz～1MHz；所述纺织品的孔径大小为500μm～800μm时，所述超声波的频率为50Hz～100kHz。

作为对上述技术方案的进一步限定，在步骤a中，所述输送装置的输送速度为0.1m/s～2m/s，所述超声波发生装置中的高频压电换能器呈间歇性工作，所述高频压电换能器的占空比为5％～60％。

占空比的设置，能够在纺织品的整个脱水过程中作为湿度水平的调节函数。

附图说明

图1为本发明一种基于超声波的纺织品脱水装置的结构示意图；

图2为本发明一种基于超声波的纺织品脱水装置的另一角度结构示意图；

图3为本发明高频压电换能器为一个时的布置位置示意图；

图4为本发明多个高频压电换能器为单列串联组合时的结构示意图；

图5为本发明多个高频压电换能器为单列串联组合时与滚筒的布置位置示意图；

图6为本发明多个高频压电换能器为矩阵组合时的结构示意图。

图中：

1-输送装置，2-超声波发生装置，21-高频压电换能器，22-柔性防水材料，23-单列串联组合，24-矩阵组合，3-负压风机，4-烘干装置，5-滚筒，6-纺织品。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

由图1结合图2中所示，一种基于超声波的纺织品脱水装置，包括在脱水过程中用于纺织品6输送的输送装置1，以及贴合于纺织品6的表面而设置的超声波发生装置2，超声波发生装置2产生超声波、而对输送过程中与其贴合的纺织品6的表面施以振动，将纺织品6中的液态水分振成脱离于纺织品6的气溶胶，还包括对气溶胶进行吸附的负压风机3。

通过输送装置1对纺织品6以一定的速度持续进行输送，过程中超声波发生装置2始终与经由其的纺织品6的表面保持贴合，并施以振动，将纺织品6中的液态水分振动破碎成雾滴，雾滴继续在超声波的振动下克服纺织品6的纤维所产生的毛细吸附作用，而形成漂浮于临近纺织品6的空间内的气溶胶，再经由负压风机3对气溶胶进行吸附而实现对纺织品6的脱水，因该过程中液态水分没有发生相变，只是从体积较大的液态水团先变成粒径较小的雾滴，后变成气溶胶，因此整个过程能耗大幅度降低。

具体的，输送装置1可以是滚筒式传送带，本实施例中，输送装置1的输送速度为0.1m/s～2m/s，超声波发生装置2包括高频发生器，以及经由高频发生器控制驱动的高频压电换能器21，还包括与高频压电换能器21连接的变幅杆，高频压电换能器21与纺织品6的表面贴合。

根据不同的使用要求，本实施例中，高频发生器设置为一个或多个，高频压电换能器21为与高频发生器对应的一个或多个，针对含水量较低的纺织品6，或对脱水要求不高的情况，为节省成本，高频发生器及高频压电换能器21均设置成一个，高频压电换能器21为固定式，其固定于输送装置1的一侧、而与传输中的纺织品6的一面贴合，由图3中所示，高频压电换能器21其固定于输送装置1的上侧、而与传输中的纺织品6的上表面贴合。

当需要对含水量较高的纺织品6进行脱水时，高频压电换能器21设置为多个，高频压电换能器21为多个时，各高频压电换能器21间经由柔性防水材料22连接而成高频压电换能器阵列组合，针对纺织品6的不同宽度情况，高频压电换能器阵列组合为多个高频压电换能器21经由柔性防水材料22连接而成的单列串联组合23或矩阵组合24，如纺织品6宽度在10cm～30cm范围时，由图4中所示，采用单列串联组合23，当纺织品6宽度大于30cm时，由图6中所示，采用矩阵组合24，矩阵的行数和列数根据具体使用需要设定即可。

具体安装时，柔性防水材料22组成高频压电换能器阵列组合的框架，框架经由柔性防水材料22胶黏连接而成，满足各高频压电换能器21的外周均包覆有柔性防水材料22，并于柔性防水材料22内部预埋有分别与各自对应位置的高频压电换能器21经由快接头快接的导线。

本实施例中，基于超声波的纺织品脱水装置还包括滚筒5，滚筒5的转向与输送装置1的输送方向相同，高频压电换能器阵列组合经由张力调节贴合于滚筒5上，以使各高频压电换能器21在滚筒5的带动下动态轮换工作。以单列串联组合23为例，由图5中所示，高频压电换能器阵列组合贴合于滚筒5上，本实施例中，滚筒5的滚动角速度需要根据纺织品脱水装置中的纺织品6的输送速度进行调节，以保证超声波发生装置2与纺织品6间同步，而减少二者间的滑动摩擦，以避免纺织品6与超声波发生装置2间的磨损。张力调节的方式为通过调节滚筒5中的主动滚筒及从动滚筒间的轴间距来调节张力，具体的，主动滚筒的动力传递装置采用电机传动。

在对含水量较高的纺织品6进行脱水时，为避免单独的高频压电换能器21持续工作影响使用寿命，高频压电换能器阵列组合经由张力调节贴合于滚筒5上，以使各高频压电换能器21在滚筒5的带动下动态轮换工作。

本实施例中，为使连接效果更好，柔性防水材料22为防水树脂材料，为使雾滴更好的脱离纺织品6的表面，高频压电换能器21为由压电元件和基板元件构成的多孔薄片式金属换能器。

为有更广的适用范围，基于超声波的纺织品脱水装置还包括位于超声波发生装置2下游的烘干装置4，当纺织品6的脱水要求较高时，通过设置的烘干装置4，先由超声波发生装置2配合负压风机3进行一次脱水，再经由位于超声波发生装置2下游的烘干装置4进行二次脱水，而达到预期效果，同时，采用超声波发生装置2、负压风机3及烘干装置4配合的情况，能耗还是远远低于传统的甩干机等脱水方式的能耗。

经过实验对比，以纯棉布匹为例，使用传统的脱水方式每脱水1g大约消耗2200J能量，而采用实施例一中的基于超声波的纺织品6脱水装置进行的脱水，每脱水1g大约消耗小于100J能量，能耗大大降低。

除纯棉布匹以外，还进行了其他几种不同种类的纺织品6的脱水实验，以一定的超声波功率，调整输送装置1的输送速度，不同种类的纺织品6脱水能耗基本在40J/g～100J/g，详见下表，由下表可见，针对不同的纺织品6种类，输送速度小于0.1m/s的情况下，脱水能耗会增加，故本实施例中，针对不同种类的纺织品6，输送装置1的输送速度为0.1m/s～2m/s。

超声波功率＝频率*振幅，而超声波能量的传输由超声波功率和时间表征。

实施例二

本发明还提供了一种基于超声波的纺织品脱水方法，使用实施例一中的一种基于超声波的纺织品脱水装置进行脱水，包括如下步骤：

a、输送装置1对纺织品6进行输送，贴合于所述纺织品6的表面而设置的超声波发生装置2产生超声波、而对输送过程中与其贴合的纺织品6的表面施以振动，将纺织品6中的液态水分振动破碎成雾滴，雾滴继续在超声波的振动下克服纺织品6的纤维所产生的毛细吸附作用，而形成漂浮于临近纺织品6的空间内的气溶胶；

b、负压风机3对步骤a中产生的气溶胶进行吸附，而使气溶胶远离临近纺织品6的空间，实现对纺织品6的脱水。

经过实验对比，使用传统的脱水方式每脱水1g大约消耗2200J能量，而采用本发明的方法进行的脱水，由实施例一中实验对比表中可见，每脱水1g大约消耗40J～100J能量，能耗大大降低。

针对脱水要求较高的情况，本实施例中，基于超声波的纺织品脱水装置还包括位于超声波发生装置2下游的烘干装置4，基于超声波的纺织品6脱水方法还包括：步骤c、烘干装置4对经由超声波发生装置2进行初次脱水后的纺织品6进行二次脱水，即经由超声波发生装置2和负压风机3配合进行初次脱水后，再经由步骤c的烘干装置4进行烘干脱水。

经由超声波发生装置2和负压风机3配合进行初次脱水后，再经由步骤c的烘干装置4进行烘干脱水，能耗还是远远低于传统的甩干机等脱水方式的能耗。

本实施例中，在步骤a中超声波发生装置2产生的超声波的频率为50Hz～2MHz，纺织品6的孔径大小为10μm～800μm，纺织品6的厚度为0.1mm～5mm，超声波的频率与纺织品6的孔径大小呈反比。

纺织品6的孔径越小，纤维所产生的毛细吸附作用越大，而越需要高频率的超声波振动。

Fc≈1/6d³πρA(2πf)²

Fc--通过超声波传递到液态水分形成的液滴的体积力；

d---纺织品6的孔径；

ρ---液体密度；

A---超声波振幅；

f---超声波频率；

Fm≈σπcosθ/d

Fm—毛细吸附力大小；

σ---纺织物表面张力；

θ---液体与纺织品6的孔径间的夹角；

综上，纺织品6孔径与毛细吸附力大小呈反比，与通过超声波传递到液态水分形成的液滴的体积力大小呈反比，即纺织品6孔径越小，毛细吸附力越大，需要通过超声波传递到液态水分形成的液滴的体积力越大。

优选的，纺织品6的孔径大小为10μm～200μm时，超声波的频率为500kHz～2MHz；纺织品6的孔径大小为200μm～500μm时，超声波的频率为100kHz～1MHz；纺织品6的孔径大小为500μm～800μm时，超声波的频率为50Hz～100kHz。

在步骤a中，输送装置1的输送速度为0.1m/s～2m/s，超声波发生装置2中的高频压电换能器21呈间歇性工作，高频压电换能器21的占空比为5％～60％。

占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例，占空比的设置，能够在纺织品6的整个脱水过程中作为湿度水平的调节函数。

以纯棉布匹脱水为例，布匹宽度2.2m，含水率85％，输送速度0.2m/s，超声波频率20kHz，超声波间歇式工作，周期为0.01s，其中超声波震动时长0.0006s，停顿时长0.0094s，即占空比为6％，单个高频压电换能器21的单级脱水效果，布匹含水率从85％将至53％。

以上所述仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：包括在脱水过程中用于纺织品输送的输送装置，以及贴合于所述纺织品的表面而设置的超声波发生装置，所述超声波发生装置产生超声波、而对输送过程中与其贴合的所述纺织品的表面施以振动，将所述纺织品中的液态水分振成脱离于所述纺织品的气溶胶；还包括对所述气溶胶进行吸附的负压风机。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：所述超声波发生装置包括高频发生器，以及经由所述高频发生器控制驱动的高频压电换能器；还包括与所述高频压电换能器连接的变幅杆，所述高频压电换能器与所述纺织品的表面贴合。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：所述高频发生器为一个或多个，所述高频压电换能器为与所述高频发生器对应的一个或多个，所述高频压电换能器为多个时，各所述高频压电换能器间经由柔性防水材料连接而成高频压电换能器阵列组合。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：所述高频压电换能器阵列组合为多个高频压电换能器经由柔性防水材料连接而成的单列串联组合或矩阵组合。

5.根据权利要求4所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：基于超声波的纺织品脱水装置还包括滚筒，所述滚筒的转向与所述输送装置的输送方向相同，所述高频压电换能器阵列组合经由张力调节贴合于所述滚筒上，以使各所述高频压电换能器在所述滚筒的带动下动态轮换工作。

6.根据权利要求3所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：所述柔性防水材料为防水树脂材料，所述高频压电换能器为由压电元件和基板元件构成的多孔薄片式金属换能器。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声波的纺织品脱水装置，其特征在于：基于超声波的纺织品脱水装置还包括位于所述超声波发生装置下游的烘干装置。

8.一种基于超声波的纺织品脱水方法，其特征在于：使用权利要求1至权利要求7中任一项的一种基于超声波的纺织品脱水装置进行脱水，包括如下步骤：

a、输送装置对纺织品进行输送，贴合于所述纺织品的表面而设置的超声波发生装置产生超声波、而对输送过程中与其贴合的所述纺织品的表面施以振动，将所述纺织品中的液态水分振动破碎成雾滴，所述雾滴继续在超声波的振动下克服所述纺织品的纤维所产生的毛细吸附作用，而形成漂浮于临近所述纺织品的空间内的气溶胶；

b、负压风机对步骤a中产生的气溶胶进行吸附，而使所述气溶胶远离临近所述纺织品的空间，实现对所述纺织品的脱水。

9.根据权利要求8所述的一种基于超声波的纺织品脱水方法，其特征在于：在步骤a中所述纺织品的孔径大小为10μm～800μm，所述纺织品的厚度为0.1mm～5mm，所述超声波发生装置产生的超声波的频率为50Hz～2MHz，所述超声波的频率与所述纺织品的孔径大小呈反比。

10.根据权利要求9所述的一种基于超声波的纺织品脱水方法，其特征在于：在步骤a中，所述输送装置的输送速度为0.1m/s～2m/s，所述超声波发生装置中的高频压电换能器呈间歇性工作，所述高频压电换能器的占空比为5％～60％。

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