WO2012139518A1 - 超低浴比三级叶轮泵染纱机及其高温脉流染纱控制方法 - Google Patents

Description

超低浴比三级叶轮泵染纱机及其高温脉流染纱控制方法 技术领域

本发明涉及一种染纱机， 特别是涉及一种超低浴比三级叶轮泵染纱机及其高温脉流染纱 控制方法。

背景技术

旧式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 5公斤水， 实际使用时，说纱锭在湿透水的饱和状态下， 染液浸泡半个纱架。

目前国内染整设备存在如下问题： （1)染整设备效率低、 工艺周期长， I日式染色机每染一 缸布所需时间约为 5-10个小时， 染色周期长， 耗时比国外制造的染整设备长 2〜4个小时。 (2)污染大， 每缸染液需要染料助剂量多。 （3)耗水量大， 旧式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， 旧式染色机每千公斤织物的 耗电量比国外生产的染整设备浪费约 47%。 书

衡量棉纱线染色工艺技术的关键指标， 是通过合理的染色工艺用水量与纱锭质量之比来 确定染色浴比。 染色浴比是衡量染纱机标准水平的一个非常重要指标。 目前对染色机使用浴 比高低来衡量。 旧式筒子纱染色机的浴比通常为 1:5， 简称为低浴比筒子纱染色机， 而浴比低 于 1:3的筒子纱染色机称为超低浴比是生产企业研究的方向。

筒子纱染色与其它高能耗、 高污染行业一样， 节能减排是其未来发展的主要目标。 通过 染色工艺的改进、 染色设备结构性能的提高和设计优化， 降低加工过程中的水、 蒸汽、 电、 染化料消耗， 减少污水排放， 是一条实现节能减排的有效途径。 经过长期的实践应用， 人们 掌握了一些对染色性能有较大影响的参数， 并对其釆取相应的控制方式， 既可满足染色的质 量要求， 又能在一定程度上达到节能减排的效果。 小浴比条件下的染色， 不仅能够节省水和 蒸汽、 减少排放， 而且还可提高活性染料的直接性， 减少污水排放。

主泵是漂染液循环的动力源， 其性能好坏直接关系到漂染效果的好坏， 高温高压筒子纱 循环泵的扬程是筒子纱染色质量非常重要的参数，扬程太小染液不能穿透染缸内的每个纱锭， 染完的纱存在色差和染色不匀， 扬程太大不仅浪费能源， 还会由于染液对纱线的强力冲击致 使纱线表面起毛影响织造效果。 因此， 根据织物工艺需要合理控制扬程参数， 而目前的染纱 机在 1 : 3超低浴比时， 主泵扬程很难满足染色工艺要求。 需要提供一种在超低浴比工艺下仍 能够实现高扬程的三级叶轮泵染纱机。

旧式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、 内外压差足够大。 在低水位条件下， 如何保证染液与纱线均匀染色， 单位时间通过纱线的流量， 整个染液确保上染率而不出现空蚀， 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经费去做研发与论证工作。 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， 提供超低浴比三级叶轮泵染纱机， 该发明能够在染纱机中的染液低于纱锭时仍能够满足染纱机所要求的扬程， 从而实现染纱机 的超低浴比， 使染料、 助剂、 能源、 水资源的消耗达到最低， 实现节能减排的目的。

本发明的另一目的在于提供一种高温脉流染纱控制方法，在整个染色过程中采用该方法， 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， 亦降低了电耗说。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： 超低浴比三级叶轮泵染纱机， 包括染缸、纱架、 叶轮泵、 热交换盘管， 所述纱架固定在染缸内， 所述纱架上的纱杆中空， 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， 叶 轮泵设置于整个染缸的下面， 热交换盘管设置于染缸书内的底部， 所述叶轮泵为三级叶轮泵， 其泵轴与内部电机轴同轴连接， 染缸与三级叶轮泵的入口相连； 所述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， 即在整个染纱过程中， 染缸内的染液始终不超 过纱架盘， 浴比小于 1:3 (即实现超低浴比， 在整个染纱过程中， 染液始终在纱锭以下， 不浸 泡纱锭）。

所述轴流级和离心级通过同一传动轴依次与电机相连， 所述轴流级和离心级的叶片固定 在传动轴上； 所述染液经过流入通道流入轴流级， 从轴流级流出的染液直接进入离心级的输 入口， 从离心级流出的染液经过固定导流叶轮级后进入流出通道， 所述固定导流叶轮级设置 在离心级输出端与染液流出通道接口处； 所述染液流入和流出的通道相互隔离； 轴流级、 离 心级、 固定导流叶轮级均设置于导流外壳内。

所述三级叶轮泵通过喇叭管与染缸相连， 喇叭管内设有两个独立的腔体作为染液流入通 道和流出通道， 所述染液流入通道内染液的流动方向是从染缸向轴流级流动， 流入通道与轴 流级的输入端相连通； 染液流出通道内的染液方向是从离心级经由固定导流叶轮级后流向染 缸， 流出通道与离心级的输出端相连通。

所述轴流级、 离心级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。

所述固定导流叶轮片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上， 叶片安装角度与离心泵出水方向相反倾斜 45度， 这 就是固定导流叶轮级在旋转水流冲击下产生第三级的升力扬程作用， 把旋转的水经过固定导 流叶轮片后， 水就改变流动方向， 变成直流水， 这就是固定导流叶轮级的技术特征。

所述轴流叶片与第一级叶轮泵轴承之间， 设有密封圈， 该密封圈内装有铁氟龙 （PTFE) 材料， 以提高泵压差的密封性。 .

所述轴流泵、 离心泵的泵轴与电机轴心通过尼龙销联轴器同轴连接。

所述电机采用卧式变频电机直接传动， 电机借螺栓紧固于电机座上。 在水泵运转时， 其 全部轴向力 （即水泵叶轮上的水压力和全部水泵转子重量之和）均由电机座内装的轴承来承 受。 水泵转子的轴向位移可借传动装置内的螺母来调整， 这样就使整个水泵机组简化， 安装 维修方便可靠。

所述纱架包括沙盘、 吊杆和纱杆； 沙盘上表面为圆盘状， 沙盘下端为空腔结构， 沙盘下 端底部与染纱机的中心座连接， 沙盘说上表面设有沙盘出水孔、 沙盘回水孔和吊杆孔座， 吊杆 孔座设置在沙盘中心上， 纱杆固定在沙盘上表面的盘出水孔中， 纱杆为空心的筒体结构； 纱 杆的筒体内设置有水鼓， 水鼓为空心或者实心的柱状结构， 纱杆与水鼓中心线相同， 纱杆的 空心内径与水鼓外径的比值为 10:7-9， 纱杆的筒体上沿不同高度水平截面的圆周上均勾设有 多个出水孔，纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中心间距相等或者不等。

所述沙盘下端底部为圆盘形， 圆盘中心设有通孔书， 用于固定吊杆， 圆盘沿两对称轴设有 4个进水口， 圆盘上相邻两进水口之间形成 4个回水口， 4个进水口均匀与多个沙盘出水孔连 通， 形成均匀的进水通道， 4个回水口均匀与多个沙盘回水孔连通， 形成均匀的回水通道； 所述纱杆内筒体的高度为 l-12m_; 对于纱杆内筒体的高度小于 3m， 纱杆筒体上同一纵截面上 相邻两水平截面上的出水孔的中心间距相等。对于纱杆内筒体的高度大于 3m，纱杆筒体上同 一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中心间距不等。

将纱杆筒体按照高度分成 3或 5等份， 每一等份上， 纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水 平截面上的出水孔的中心间距相等， 若将纱杆筒体按照高度分成 3等份， 由下到上顺序编号 为第 1、 2、 3等份， 其中第 1等份、 第 2等份和第 3等份中纱杆 3筒体上同一纵截面上相邻 两水平截面上的出水孔的中心间距比值为 1.2-1.5:1:0.5-0.8; 若将纱杆筒体按照高度分成 5等 份， 由下到上顺序编号为第 1、 2、 3、 4、 5等份， 其中第 1等份、 第 2等份、 第 3等份、 第 4等份和第 5等份中纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中心间距比值为 1.5-1.7:1.2-1.4: 1: 0.7-0.9： 0.4-0.6。

所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机还包括自适应水位监测装置、 变频电机和染色电脑， 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， 染缸通过喇叭管与三级叶轮泵 的入口相连， 变频电机与三级叶轮泵相连； 所述三级叶轮泵、 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。

所述的超低浴比三级叶轮泵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。

所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机高温排放混流装置， 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。 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。

本发明另一目的通过如下技术方案实现：

一种超低浴比三级叶轮泵染纱机说的高温脉流染纱控制方法： 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。 书

所述煮漂阶段是在 105-11CTC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 300-500 /ym/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/¾.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 50-10CTC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， 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：

k_l · A_l (t), 20 < A^t) < 60, 0 < ^ < 1, ί。 < ί≤ t_l

A₂(t), A₂(t) = 60， t_x < t < t₂

k₂ · A₃ (t), 60 < A₃(t)≤ 95, 0 < k₂ < t₂ < t≤ t₃

A₄ (t), A₄(t) = 95， t₃ < t≤ t₄

-k₃ »A₅(t), 95 > A₅(t)≥ 65, 0 < k₃ < 1, t₄ < t≤ t₅

A₆(t), A₆(0 = 65， t₅ < t≤ t₆

-k₄ »A₇ (t), 60 > A^{t)≥ 20， 0 < ₄ < 1， t₆ < t≤ t₇ (2)种类为化纤的待染纱锭， 其对应的温度工艺曲线具体是 ίΙ

说

(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 ίΙ

书

k, · A.it), 20 < A^t) < 60， 0 < ^ < 1, ί₀ < ί < ^

= 60， < t < t₂

k₂»A₃(t), 60 < ( ≤ 95， 0 < ^₂ < 1, t₂ <t≤t₃ M = A₄(r), A₄(t) = 95, t₃ <t≤t₄

< 1, t₄ <t≤t₅ A₆(t), A,( = 65, t₅ <t<t₆

-k₄»A₇(t), 60> A₇( >20, 0<k₄ <l, t₆ <t≤t₇ 其中， /_;(0 ( = 1,2,3)是染色温度随染色时间的变化函数， 表示升温或降温系数， ί表 示染色的时间， 是随时间变化升温的变量值， 其单位为 °C。

三级叶轮泵运行原理：

第一级： 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。

第二级： 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。 该泵的喷水推进器由进水流道、 叶轮、 导叶体和喷口组成。 泵特性曲线 （扬程- -流量曲线、 效率- -流量曲线、 扬程- -吸口比转速曲线） 反映了泵的运动参 数 （转速、 周向和轴向速度） 的数学模型， 可以度量出泵的性能， 包括能量转换效能、 推进 性能和抗空化性能等。 混合泵采用混说流式喷水推进泵的性能曲线， 包括非空化条件下不同转 速时的扬程- -流量曲线和效率 流量曲线以及空化条件下扬程和效率随吸口比转速变化的修 正函数曲线， 得到该喷水推进器在流速范围内用于求解泵的性能曲线。

第三级： 固定导流叶轮级：

固定导流叶轮级采用不锈钢制造， 叶片用不锈钢做成的叶轮焊接在叶轮座上 （或叶片外 壳）， 紧固于叶轮座上， 叶片与叶轮座相邻表面刻有角书度线。 叶片安装角度一般为 45度， 这 个叶片角度与离心级出水方向相反。 导流叶轮泵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， 使到固定导流叶轮级形同一个叶轮泵。 当离心级甩出水流到第三级 后， 水流是旋转的， 导流叶轮是固定在叶轮座的叶轮外壳上， 使到水流冲刷导流叶轮后， 旋 转的水流顺着导流叶轮甩出而达到水流由旋转变成直流到鹅颈套出口， 达到第三级升压提高 升力扬程。

釆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。

本发明采用离心泵加轴流泵的脉动流体动力学原理， 具体是采用了伯努利定律流体动力 学方程。 伯努利定律是研究流体的流动状态、 运动规律、 能量转换以及流体与固体壁面间的 相互作用力等问题的方程， 包括连续性方程、 伯努利方程和动量方程等三大方程， 它们分别 解释了稳流时的质量、 能量及动量的关系与规律。 其中的伯努利方程， 用能量守恒定律解决 了液体的流动问题， 在液体动力学中占据重要地位。 伯努利方程揭示了液体流动过程中的能 量变化规律， 即流动的液体不仅具有压力能和势位能， 而且由于它有一定的流速， 因而还具 有动能。 假定理想液体在管道中作恒定流动 (压力、 流速和密度不变化的流动形式)， 得其理 想形式为：

、 1

或 PV +—mv + meh =十旦量

2

、 1 一

或 P + -pv + pgh =恒量

其中： P_P P₂ 过流断面处的压力 (液压传动中压力即为物理学中的压强)；

ν, ν₂ --过流断面处的流量；

/¾ 过流断面处距基准液面的高度 (取特殊位置水平面作为基准面)；

p g --液体的密度和重力加速度说。

此公式的意义为在密闭管道内作恒定流动的理想液体， 其三种形式的能量在流动过程中 可以相互转化， 但各个过流断面上能量之和恒为定值。 实际流动液体因为有粘性， 所以流动 过程中会产生摩擦力， 具有能量损失； 同时油路中管道的尺寸和形状变化都会使液流产生扰 动， 也引起能量损失。 又实际流动液体在过流断面上流速 (单位时间内流过某一过流断面的液 书

体体积)不均匀， 若用平均流速计算， 必然会产生误差， 需要加一个修正系数， 因此， 实际液 体的伯努利方程为：

1 ₂ 1 ₂

P₁ +— aj TVj + pg = P₂ +— ₂pv₂ + pgh₂ + Ap_w 其中： _fll、 a₂ - 动能修正系数；

Ap_w - 单位体积液体在两过流断面间流动的能量损失。

在计算液压系统压力、 陶口运动及液体流动过程中能量损失时， 都要用到伯努利方程。 伯努利定律： 理想流体在管子里作稳流时流动速度快的地方静压强小， 流动速度慢的地 方静压强大。

伯努利方程： 理想流体作稳流时它的动能、 势能和压强的总和保持不变。

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/ . 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。 一般认为， 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层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， 在保证泵说效率不变的条件下， 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书量， 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 0.42 g /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

泵额定压差是指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的效果。 越高 的压差对于染色效果越好。

系统中压力降与流体流速的平方成正比公式：

流量 =过流面积 X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— 0.51 g /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。 说

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 %— 40 %用于补 充泄漏及纱锭穿透阻力损耗。 因此， 理论计算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， 提高了循环染液书的利用率， 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 35 L/^ . 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。 采用本发明的染纱机的原理是纱锭放进纱架固紧， 通过控制电机转速带动三级叶轮泵喷 射到纱架， 染液经过纱架喷射到纱锭流出纱层循环回纱缸体内， 将染液经过三级叶轮泵提升 染液到 30米扬程压力， 达到筒子纱染色比流量， 染色液体以高速脉流单方向喷射到纱锭， 并 完成染料对纱锭的上染过程。 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。 因此， 所需的浴比非常低。 本发明应用于超低浴比染纱机， 使染纱机具有如下优点： ( 1 )节省染料和助剂

采用本发明的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。 这种低浴比染纱条件会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， 从而较少的固色剂 （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) 实现纱锭与染液的匀染

在少水浴比过程中， 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。 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縮短染纱时间。 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。 该发明是水不浸泡纱锭， 染液对纱锭不存在阻力， 使纱锭染色具有更优势上 染效果， 而且带来省水节电等一系列好处。

(3)脉流喷射纱锭循环频率提高说

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) 染料上染纱锭提高吸附、 扩散和固着 书

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)温度保证染纱匀染

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 °C时， 两者的温差可达 10 °C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。

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 {t) = K^ l{t) Q{t)dt

J( ) = F[I(t_f ), t_f说] + j^tf L[I(t)jQ{t), t]dt → 0

式中： —上染速率； 是纱 ¾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；

/(·)——最佳上染纱锭的时间 t_f最小。

书

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， 从而縮短染纱时间。 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 13CTC时， 两者的温差可达 1CTC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， 利于匀染和縮短染纱 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说给出水位参考辨识， 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旧式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书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动流速。

( 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) 内置储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， 而旧式脉流染色机每吨纱的耗水量在 120-150吨）。 减少染助剂和蒸汽耗量。

( 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、 快开盖、 水洗装置等配备大大地提高了生产效率。

旧式溢流染色与低浴比染色参数对比见下表。

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 1可以看出， 脉流染色的效率明显优于溢流染色， 水和汽能耗远低于溢流染色， 而 耗电比溢流染色少。 由于脉流染色采说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旧式的 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°C之间，使纱线保持膨胀，以书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流染色能及。

在染色上， 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 300-500 /pm/ min之间； 压力排水所用的压力需要在 4-6 / 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 35 L g . min之间。 本发明与现有技术相比， 具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用三级叶轮泵串联的形式能够达到所要求的扬程， 且分别克服轴流泵和离心 泵的缺点， 结合二者的长处， 使能够在浴比很小， 水位只是在纱架之下时， 仍能够达到设定 的比流量， 纱锭在染色机中快速循环， 避免了在低浴比条件下， 纱锭易产生层色差的现象。 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， 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， 有利于说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、本发明实现了超低浴比。 由于采用脉流作为驱动纱锭染色的动力， 使"具有超低浴比 的三级叶轮泵染纱机"可以用最少量的染液进行染色书， 染色时的浴比非常小。 使用 "具有超 低浴比的三级叶轮泵染纱机"染纯棉纱锭的浴比为 1： 3, 染纯涤纱锭的浴比为 1： 2.5。 由于 浴比小， 染液不浸泡水， 循环染液渗透纱锭速度快， 染液阻力少， 纱锭在很短的时间内与染 液多次交换， 提高了染液与纱锭之间的交换频率， 因此可得到更高的染色重现性和一次染色 成功率高。 超浴比对染色工艺成功染色质量及重现性的效果好。 由于浴比小， 三级叶轮泵染 色机与旧式的液流脉流染色机相比， 降低了工艺过程总的耗水量， 并且具有较低的染化料消 耗， 较低的污水排放量。

以染 1吨棉纱为例， "具有超低浴比的三级叶轮泵染纱机"与旧式液流染色机在水、 电、 蒸汽及污水处理方面的成本消耗对比见表 1。 由于浴比小， 染色过程中主缸内没有水， 也就 是说纱锭没有浸在染液中， 染液的液位低于纱锭， 因此， 纱锭在提升的过程中不附带过多的 染液、 重量较轻， 即使在进入脉流前有很高的加速度， 纱锭也能在低张力下高温高压染色， 不容易擦伤。 同时， 纱锭在脉流中主要是靠脉流的， 与液流相比， "具有超低浴比的三级叶轮 泵染纱机"脉流对纱锭的作用是比较柔和的， 降低了纱锭运行过程中的张力。

表 2超低浴比的三级叶轮泵染纱机与旧式溢流染色机优缺点比较:

耗电量为 0.69-1.12千瓦时 /每公斤纱。 耗电量比旧式减少 83% 染纱质量：与旧式脉流染色机的原理没有 折痕解决了色面的折痕、 管差毛头等问 什么区别， 层色的差异、管差、色牢度等问题 题， 且色牢度达到 ISO14000的国际标准。 没能得到彻底的解决。

3、 本发明中的密封圈均采用铁氟龙橡胶圈 （PTFE)密封。 在旧式的液流脉流染色机中， 染液通过叶片泵旋转产生染液推力流动， 染液将染液喷洒在纱锭上， 使纱锭与染液接触并获 得循环运动的动力， 纱锭的运行主要靠染液与纱锭之间的摩擦（染液将动能传递给纱锭）。 由 于液流的密度较大， 在与纱锭连续的说摩擦过程中， 对纱锭产生很大的冲击力， 会造成纤维的 断裂和起球， 影响纱锭的外观。 在加工紧密纱锭时， 染液传递到纱锭上的力会造成经纱的位 移而破坏组织结构， 影响被加工纱锭的档次。

在 "具有超低浴比的三级叶轮泵染纱机 "中， 高速染液进入纱架后流出， 染液与纱锭经 纱架导流孔后直接喷在纱锭表面， 渗透力强、 接触面积大而且均匀。 纱锭密度较低， 在高速 脉流冲洗下， 使纱锭获得极佳的染色效果。 书

具有超低浴比的三级叶轮泵由于采用了铁氟龙密封，减小了叶轮与导流壳体之间的摩擦， 为纱锭提供了更舒适的处理环境， 即使纱在高速下运行也不会磨损纱面。 同时， 纱锭在高速 脉流中充分展开并抖动， 在循环过程中不断改变脉流状态， 由此保证纱锭的匀染性， 减少了 出现折痕的机会， 可以解决液流脉流染色机难以解决的细皱纹问题， 提高了纱锭的加工质量 和产品档次。

4、本发明具有超低浴比的三级叶轮泵染纱机水耗量减少了 69% , —公斤纱只需要 3公斤 水， 耗电量减少 83%, 工艺时间从原来的 7.5-8.0小时减少到 6-8小时， 比旧式染色时间縮短 1-2小时， 蒸汽耗量减少 58%， 染色助剂耗量减少 57%。 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， 故纱面的管差、 色牢度等问题得到解决， 提高纱线的勾染性。 对于旧式染纱机， 总耗水量 2.5-3公斤水 /每公 斤纱。

5、本发明主要是采用离心泵加轴流泵（三级叶轮泵）的脉动流体动力（脉流）染色技术。 其原理是通过控制电机转速带动三级叶轮泵喷射到纱架， 纱锭放进纱架固紧， 染液经过纱架 喷射到纱锭流出纱层循环回纱缸体内，将染液经过三级叶轮泵提升染液到 30米扬程压力，达 到筒子纱染色比流量， 染色液体以高速脉流单方向喷射到纱锭， 并完成染料对纱锭的上染过 程。 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。 因此， 所需的浴比非 常低。 浴比的降低， 意味着染纱加热所需的热水、 染色化工染料的消耗以及排污的降低， 高 效的脉流染色缩短了染色的工艺时间， 亦降低了电耗。 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、 时间的最低消耗。

6、本发明纱杆的空心筒体设置有水鼓， 水鼓可为空心或者实心的柱状结构， 纱杆与水鼓 位于同一条中心线上， 以保证纱杆和水鼓的同轴度， 纱杆的空心内径与水鼓直径的比值为 10:7-9。这样的设计极大的缩小了纱杆内空心的截面积，一方面非常有利于减少染液在纱杆中 所占的体积， 使得出水口的水路占染印水路的体积比大为减少， 有利于减少水浴比； 另一方 面， 在同样的主泵功率下， 纱杆中空心体积减少有利于相对提高管路实际扬程， 并提高染液 在纱杆中流速。超低浴比染纱机比流量公式与截面积成正比： 流量 =过流面积 X流速， 因而减 少纱杆中空腔截面积有利于提高染液在纱杆内的流速， 相对容易使经过三级叶轮泵作用的染 液管理实际扬程达到 30米。

7、 本发明与旧式液流染色机截然不同的是， 染色回流的水不浸泡纱锭， 水位只是在纱 架之下。 因此， 本发明的染纱机的浴说比非常小。 纱杆中空心体积减少后， 在三级泵的配合下 有利于染液流速的增加， 单位时间内染液循环的次数增加， 使染液与纱锭在很短的时间内充 分接触， 增强染印效果。 同时， 染液在 30米量程压力下直接喷在纱锭表面， 渗透力强、接触 面积大， 再加上纱锭循环过程中， 由于高速脉流的作用， 脉流冲洗纱锭， 有助于消除层色， 使得该机具有非常好的染纱效果。

8、本发明纱架装置底部圆盘沿两对称轴设有 4个书进水口， 圆盘上相邻两进水口之间为回 水口， 4个进水口均匀与多个沙盘出水孔连通， 形成均匀的进水通道， 4个回水口均匀与多个 沙盘回水孔连通， 形成均匀的回水通道。 纱架装置的进水通道与中心座的进水通道连通， 纱 架装置的回水通道与中心座的回水通道连通； 中心座的回水通道与轴流级的输入端相连通； 中心座的进水通道与离心级的输出端相连通。 低压染液经过三级叶轮泵加压从纱杆中的出水 孔冲出冲洗纱锭， 冲洗后的染液经沙盘上的回水孔进入沙盘中的回水通道， 经沙盘底部的回 水口流经中心座中的回水通道， 再流回三级泵， 形成用水循环。 本发明纱架装置底部设有四 进四出连接通道， 由于纱架装置底部采用四进水四出水通道设计， 从三级泵到染印出水， 以 及染印后的印液回流到三级泵非常顺畅， 且沙盘底部进水与出水均匀， 染液流动快， 染色均 勾， 减少色层差。

9、本发明纱杆内置水鼓， 水鼓外侧的纱杆筒体上的出水孔是不均匀的， 是按照染色纱锭 出水压力差而设计的出水孔位置， 由下往上， 越到纱杆高处， 开孔越密， 以保证每一段中从 出水孔出来的染液总体流量均匀， 实现均匀染印。

10、 本发明改变了旧式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， 较好地解决了旧式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。

11、 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， 比旧式染色时间縮短 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。

12、 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， 固纱面说的、 管差、 色牢度等问题得到解决， 提高纱线的匀染性。

13、 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， 无需放水书， 节约水的同时也节约工艺时间， 旧 式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。

14、 聚酯纤维在高温染色过程中 （通常在 130°C ) 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°C以上）排除这些低聚物， 这样可以节省时间， 有效地提高效率。 由于本发明釆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。

15、 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， 省去了旧式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。

16、 本发明适应纱锭品种范围广。 本发明的染纱机与旧式染纱机不同之处是纱锭不浸泡 水。 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， 由于其表面积大、 吸收染料快， 染液流速较低时纱锭很容易染色。 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， 仿貂皮绒和仿鹿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是本发明超低浴比三级叶轮泵染纱机的整体结构示意图；

图 2是本发明装置中三级叶轮泵的主剖视图；

图 3是本发明装置中轴流级和离心级的正面结构示意图；

图 4是图 3所示装置的侧视图；说

图 5是本发明装置中固定导流叶轮片的结构示意图；

图 6是本发明装置中固定导流叶轮级外壳的主视图；

图 7是图 6所示装置的侧视图；

图 8是图 7中的 A-A剖视图；

图 9是本发明方法的冲击式脉流染色原理方框图；书

图 10是筒子纱染色机棉纱线快速漂白工艺曲线；

图 11是棉纱线的染色工艺过程；

图 12是筒子纱染色机快速水洗时残液浓度变化曲线；

图 13是本发明方法中待染纱锭为棉时的工艺曲线图；

图 14是本发明方法中待染纱锭为化纤时的工艺曲线图；

图 15是本发明方法中待染纱锭为蛋白纤维时的工艺曲线图；

图 16为本发明超低浴比染纱机的纱架装置的结构示意图；

图 17为图 16纵剖面图;

图 18为超低浴比染纱机的纱架装置下部的结构示意图；

图 19为图 18中的 A-A向截面图；

图 20为图 18中的 B-B向截面图。

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

如图 1所示， 超低浴比三级叶轮泵染纱机， 包括染缸 15、 纱架、 叶轮泵 18、 热交换盘管 17， 所述纱架固定在染缸 15内， 所述纱架上的纱杆 20中空， 纱杆 20底部与染缸 15内的染 液输出通道相通， 纱架 20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， 叶轮泵 18设置于整个染缸 15的下面， 热交换盘管 17设置于染缸内的底部， 所述叶轮 泵 18为三级叶轮泵， 其泵轴与内部电机轴同轴连接， 染缸 15与三级叶轮泵 18的入口相连； 所述三级叶轮泵 18沿染液流向依次包括轴流级、 离心级、 固定导流叶轮级， 染缸 15内的染 液始终不超过纱架盘 16，浴比小于 1:3。采用本发明的染纱机的原理是纱锭 19放进纱架固紧， 通过控制电机 2转速带动三级叶轮泵 18喷射到纱架，染液经过纱架喷射到纱锭流出纱层循环 回纱缸体内，将染液经过三级叶轮泵 18提升染液到 30米扬程压力，达到筒子纱染色比流量, 染色液体以高速脉流单方向喷射到纱锭 19， 并完成染料对纱锭 19的上染过程。 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。 因此， 所需的浴比非常低。 浴比的降 低， 意味着染纱加热所需的热水、 染色化工染料的消耗以及排污的降低， 高效的脉流染色缩 短了染色的工艺时间，亦降低了电耗说。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、 时间的最低消耗。

如图 2所示， 所述轴流级和离心级通过同一传动轴依次与电机 2相连， 所述轴流级的轴 流叶片 11和离心级的离心叶片 9固定在传动轴上， 这里具体指泵轴 6; 所述染液经过流入通 道流入轴流级， 从轴流级流出的染液直接进入离心级的输入口， 从离心级流出的染液经过固 定导流叶轮级后进入流出通道， 所述固定导流叶轮级设书置在离心级输出端与染液流出通道接 口处； 所述染液流入和流出的通道相互隔离； 轴流级、 离心级、 固定导流叶轮级均设置于导 流外壳 10内。

所述三级叶轮泵 18通过喇叭管 13与染缸 15相连， 喇叭管 13内设有两个独立的腔体作 为染液流入通道和流出通道， 所述染液流入通道内染液的流动方向是从染缸 15 向轴流级流 动， 流入通道与轴流级的输入端相连通； 染液流出通道内的染液方向是从离心级经由固定导 流叶轮级后流向染缸 15， 流出通道与离心级的输出端相连通。

如图 3所示， 所述轴流级、 离心级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。

如图 4所示， 本实施例中轴流级的轴流叶片 11个数为 3个， 离心级的离心叶片 9个数为 7个。

如图 2和图 5所示， 所述固定导流叶轮级上设置的固定导流叶轮片 12焊接在导流外壳 10上， 固定导流叶轮片 12与导流外壳 10紧固于叶轮泵机座上。 导流外壳 10焊接在第一级 叶轮泵轴承 14上， 固定导流叶轮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 11与第一级叶轮泵轴承 14之间设有密封圈 8， 该密封圈 8内装有铁氟龙 (PTFE) 材料， 以提高泵压差的密封性， 如图 2中所示。

如图 2所示， 轴流泵、 离心泵的泵轴 6与电机轴心 3通过尼龙销联轴器 7同轴连接。 所述电机 2采用卧式变频电机直接传动， 电机借螺栓紧固于电机座 1上。 在水泵在运转 时， 其全部轴向力 （即水泵叶轮上的水压力和全部水泵转子重量之和） 均由电机座 （或轴承 座） 内装的轴承来承受。 水泵转子的轴向位移可借传动装置内的螺母来调整， 这样就使整个 水泵机组简化， 安装维修方便可靠。

本发明具体的工作原理是： ( 1 )轴流级： 轴流级釆用不锈钢制成， 由两端轴承支承， 一端由电机 2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染液 抽给离心级， 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。在变频电机带动下， 轴流叶片 11甩出水运送到离心级的入口端， 形成第一 级扬程。 说

(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。 超低浴书比的轴流级和离心级的结构如图 3和 图 4所示。

(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 旋转而导流叶轮固定， 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， 固定导流叶轮片焊接固定在导流外壳上， 导流外壳焊接在第一级叶轮泵轴承上， 使到水流冲刷导流叶轮后， 旋转的水流顺着导流叶轮甩出而达到水流由旋转变成直流到喇叭 管出口， 达到第三级升压提高升力扬程。

导流叶轮采用不锈钢制造， 固定导流叶轮片用不锈钢做成， 叶轮焊接在导流外壳上， 导 流外壳焊接在第一级叶轮泵轴承上， 固定导流叶轮片安装角度一般为 45度， 这个叶片角度与 离心级出水方向相反。 导流壳体如图 5-8所示。

本发明相较于现有技术具有诸多优点， 以染 1吨棉纱为例， 本发明与 I日式液流染色机在 水、 电、 蒸汽及污水处理方面的成本消耗对比见表 1。 由于浴比小， 染色过程中主缸内没有 水， 也就是说纱锭没有浸在染液中， 染液的液位低于纱锭， 因此， 纱锭在提升的过程中不附 带过多的染液、 重量较轻， 即使在进入脉流前有很高的加速度， 纱锭也能在低张力下高温高 压染色， 不容易擦伤。 同时， 纱锭在脉流中主要是靠脉流的， 与液流相比， 本发明对纱锭的 作用是比较柔和的， 降低了纱锭运行过程中的张力。

表 3使用本发明的染纱机与旧式溢流染色机优缺点比较

总耗水量 65-100升 /每公斤纱，是理论计算。 总耗水量 22-45升 /每公斤纱， 实际耗用。 工艺时间 8-14小时， 是理论计算。 工艺时间 5.5-7.5小时， 是实际工艺时间。 耗电量为 0.69-1.12千瓦时 /每公斤纱 耗电量比旧式减少 83%

染纱质量与旧式脉流染色机的原理没有什 折痕解决了色面的折痕、 管差毛头等问题， 么区别， 层色的差异、管差、色牢度等问题 且色牢度达到 ISO14000的国际标准。

没能得到彻底的解决。 说

实施例 2

"超低浴比染纱机"主视图如图 1所示， 该染纱机有下面部件组成：

( 1 )基本配置有： 主缸身、 缸盖、 缸盖平衡锤、书纱架轴心、 纱架盘、 纱锭、 提纱装置、 洗缸装置、 变频电机、 杂质过滤器、 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、 第二主缸排水阀、 第一主缸排水陶、 主缸入蒸汽 阀、 第一主缸入水阀、 第一主缸入水阀。

(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 16CTC ; 最高工作温度 14CTC ; 设计压力 0.5MPa; 设计工作压力 0.45MPa; 加热率 20°C~130°C约 30min; 冷却率 130°C~80 °〇约 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 lg/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°C ;

(2) 染色工艺

纯棉染色：

匀染剂 0.3g/L; 分散剂 0.2g/L; Na2S04 (元明粉） 60 g/L~80g/L速染作用； Na2C03 (纯 碱） 20 g/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 °C ;

锦纶染色： 醋酸 0.5g/L; 醋酸钠 l.Og/L; 匀染剂 1.5g/L; 分散剂 0.2g/L; 甲酸 3% (染黑色时用， 100 °C染色 20min以后加入）; 浴比 1:3; 时间 60min; 温度 98°C~ 100°C。

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。

本实施例 2中， 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说置和热交换盘管 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， 纱架盘书 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， 其包括若干个排放陶， 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具体结构见实施例 1的描述。

一种超低浴比高温脉流染纱机控制方法如图 9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 控制排放陶间歇打开， 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 105-11CTC的条件下进行， 废水釆用高温直接排放。 在高温高压条件 下能加速分解棉纱线上的杂质和桨料， 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 10所示， 在图中 A表示入水和装载筒子阶段， B表示在 105°C的高温下漂白 15min_; C表示 90°C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 H₂0₂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， 尤其是说在 C阶段采用高温直接排放。

所述染色过程电机转速需要在 300-500 / m/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 50-10CTC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 ，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， 书即降低污水含量， 提高水洗效率， 减少 用水量。 棉纱线的染色工艺过程如图 11所示， 其中正压榨水阶段如图中 "0"所标示阶段。 在图 11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 12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 13所示， 具体是指：

k_l · A_l (t), 20 < A_l (t) < 60， 0 < ^ < 1, t_Q < t≤

A₂(t) = 60， t < t≤ t₂

k₂ · A₃(t), 60 < A₃(t)≤ 95 0 < k < 1， < t≤ t,

A_A(t), A₄{t) = 95， t₃ < t≤

95 > A t)≥ 65， 0

A₆(0， A₆( = 65， ί₅ < ί < t₆

-k₄ » Α_Ί{ΐ), 60 > Α_Ί (t)≥ 20, 0 < ^₄ < 1, t₆ < t≤ t₇

(2)种类为化纤的待染纱锭， 其对应的温度工艺曲线， 如图 14所示， 具体是 t_Q <t≤ t₂ <t <t. t₄ <t≤t, 说

te <t≤t₇

( 如图 15所示， 具体是指:

ί₀ < ί <

书

t₂ <t≤t₃

<t≤

t₆ <t≤t₇

其中， /,.(0( = 1,2，3)是染色温度随染色时间的变化函数， 表示升温或降温系数， ί表 示染色的时间， 是随时间变化升温的变量值， 其单位为 °C。

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 4.5X 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°C及压力超过 0.5X105MPa 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 /rnin 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。

实施例 3

该实施例涉及超低浴比三级叶轮泵染纱机与实施例 1不同之处在于纱架装置。如图 16-20 所示， 一种超低浴比染纱机的纱架装置， 包括沙盘 21、 吊杆 22和纱杆 23; 吊杆 22通过设置 在沙盘 21中心的吊杆孔座 26固定在沙盘 21上，纱杆 23为空心的筒体结构，纱杆 23的筒体 内设置有水鼓 27， 水鼓 27为空心或者实心的柱状结构， 纱杆 23与水鼓 27设置在同一条中 心线上， 纱杆 23的空心内径与水鼓说 27外径的比值为 10:7-9， 纱杆 23的筒体上沿不同高度水 平截面的圆周上均匀设有多个出水孔 28， 纱杆 23筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的 出水孔 28的中心间距相等或者不等； 纱杆 23内筒体的高度为 l-12m， 对于纱杆 23内筒体的 高度小于 3m，优选纱杆 23筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔 28的中心间距相 等，对于纱杆 23内筒体的高度大于 3m，优选纱杆 23筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上 的出水孔 28的中心间距不等， 可将纱杆 23按照筒体书高度分成 3或 5等份， 每一等份上， 优 选纱杆 23筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔 28的中心间距相等， 若将纱杆 23 筒体按照高度分成 3等份， 由下到上顺序编号为第 1、 2、 3等份， 其中第 1等份、 第 2等份 和第 3等份中纱杆 23筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔 28的中心间距比值为 1.2-1.5:1:0.5-0.8； 若将纱杆 23筒体按照高度分成 5等份， 由下到上顺序编号为第 1、 2、 3、 4、 5等份， 其中第 1等份、 第 2等份、 第 3等份、 第 4等份和第 5等份中纱杆 23筒体上同一纵 截面上相邻两水平截面上的出水孔 28的中心间距比值为 1.5-1.7:1.2-1.4: 1: 0.7-0.9： 0.4-0.6。 沙盘 21上表面为圆盘状，沙盘 21上表面设有沙盘出水孔 24、沙盘回水孔 25和吊杆孔座 26， 吊杆孔座 26设置在沙盘 21中心上， 纱杆 23固定在沙盘上表面的盘出水孔 24中； 沙盘下端 为空腔结构， 沙盘下端底部通过法兰与染纱机的中心座连接， 如图 20所示， 沙盘下端底部为 圆盘形， 圆盘中心设有通孔， 用于固定吊杆 22， 圆盘沿两对称轴设有 24个进水口 30， 圆盘 上相邻两进水口之间为回水口 31， 4个进水口 30均匀与多个沙盘出水孔 24连通， 形成均匀 的进水通道， 4个回水口 31均匀与多个沙盘回水孔 5连通， 形成均匀的回水通道。

本发明纱杆 23的空心筒体设置有水鼓 27， 水鼓 27可为空心或者实心的柱状结构， 纱杆 23与水鼓 27位于同一条中心线上， 以保证纱杆 23和水鼓 27的同轴度， 纱杆 23的空心内径 与水鼓 27直径的比值为 10:7-9。这样的设计极大的縮小了纱杆内空心的截面积， 一方面非常 有利于减少染液在纱杆中所占的体积， 使得出水口的水路占染印水路的体积比大为减少， 有 利于减少水浴比； 另一方面， 在同样的主泵功率下， 纱杆 23中空心体积减少有利于相对提高 管路实际扬程， 并提高染液在纱杆 23中流速。 超低浴比染纱机比流量公式与截面积成正比： 流量 =过流面积 X流速， 因而减少纱杆中空腔截面积有利于提高染液在纱杆内的流速，相对容 易使经过三级叶轮泵作用的染液管理实际扬程达到 30米。

与旧式液流染色机截然不同的是， 染色回流的水不浸泡纱锭， 水位只是在纱架之下。 因 此， 本发明的染纱机的浴比非常小。纱杆 23中空心体积减少后， 在三级泵的配合下有利于染 液流速的增加， 单位时间内染液循环的次数增加， 使染液与纱锭在很短的时间内充分接触， 增强染印效果。 同时， 染液在 30米量程压力下直接喷在纱锭表面， 渗透力强、 接触面积大， 再加上纱锭循环过程中， 由于高速脉流的作用， 脉流冲洗纱锭， 有助于消除层色， 使得该机 具有非常好的染纱效果。

本发明纱架装置底部圆盘沿两对称轴设有 4个进水口 30， 圆盘上相邻两进水口之间为回 水口 31， 4个进水口 30均匀与多个沙盘出水孔 24连通， 形成均匀的进水通道， 4个回水口 31均匀与多个沙盘回水孔 25连通，说形成均匀的回水通道。 纱架装置的进水通道与中心座的 进水通道连通， 纱架装置的回水通道与中心座的回水通道连通； 中心座的回水通道与轴流级 的输入端相连通； 中心座的进水通道与离心级的输出端相连通。 低压染液经过三级叶轮泵加 压从纱杆 23中的出水孔冲出冲洗纱锭，冲洗后的染液经沙盘 1上的回水孔 5进入沙盘中的回 水通道， 经沙盘底部的回水口 31流经中心座中的回水通道， 再流回三级泵， 形成用水循环。 本发明纱架装置底部设有四进四出连接通道，由于纱架书装置底部采用四进水四出水通道设计， 从三级泵到染印出水， 以及染印后的印液回流到三级泵非常顺畅， 且沙盘底部进水与出水均 匀， 染液流动快， 染色均匀， 减少色层差。

本发明纱杆内置水鼓， 水鼓外侧的纱杆筒体上的出水孔是不均匀的， 是按照染色纱锭出 水压力差而设计的出水孔 28位置， 由下往上， 越到纱杆高处， 开孔越密， 以保证每一段中从 出水孔 8出来的染液总体流量均匀， 实现均匀染印。

本发明由于有效提高管路扬程， 可以增大单个筒子纱的密度。 试验表明， 纯棉单个筒子 纱密度可达 0. 42 g / c ³， 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。

本发明采用低比流量、 高扬程后， 相对减少纱杆的染液过流口面积， 增加筒子纱层， 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。

总体来说， 采用本发明技术配合三级泵的应用， 可以实现染色水位不浸泡纱线染色， 缩 短生产周期， 尤其是实现环保、 节能、 高效， 降低水、 电、 蒸汽、 各类化工原料的消耗， 缩 短整个工艺流程。 经测试， 与现有技术相比， 应用本发明技术， 水耗量可减少 69 % ; 电耗量 可减少 83 % ; 蒸汽耗量可减少 58 % ; 助剂耗量可减少 57 % ; 染纱工艺周期时间可縮短 2-7 小时 （按不同染纱时间缩短 5. 5小时 -7小时） 。 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

权 利 要 求 书

1、 超低浴比三级叶轮泵染纱机， 包括染缸、 纱架、 叶轮泵、 热交换盘管， 所述纱架固定 在染缸内， 所述纱架上的纱杆中空， 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， 叶轮泵设置于整个染缸的下面， 热交换 盘管设置于染缸内的底部， 其特征在于， 所述叶轮泵为三级叶轮泵， 其泵轴与内部电机轴同 轴连接， 染缸与三级叶轮泵的入口相连； 所述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， 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所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于， 所述轴流级和离心 级通过同一传动轴依次与电机相连， 所述轴流级和离心级的叶片固定在传动轴上； 所述染液 经过流入通道流入轴流级， 从轴流级流出的染液直接进入离心级的输入口， 从离心级流出的 染液经过固定导流叶轮级后进入流出通道， 所述固定导流叶轮级设置在离心级输出端与染液 流出通道接口处； 所述染液流入和流出的通道相互隔离； 轴流级、 离心级、 固定导流叶轮级 均设置于导流外壳内。

3、根据权利要求 2所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于， 所述三级叶轮泵通 过喇叭管与染缸相连， 喇叭管内设有两个独立的腔体作为染液流入通道和流出通道， 所述染 液流入通道内染液的流动方向是从染缸向轴流级流动， 流入通道与轴流级的输入端相连通； 染液流出通道内的染液方向是从离心级经由固定导流叶轮级后流向染缸， 流出通道与离心级 的输出端相连通；

所述轴流级、 离心级的叶轮外壳与叶轮的两相邻表面， 均呈球形面；

所述轴流级的叶片个数为 3个； 离心级的叶片个数为 7个；

所述焊接有固定导流叶轮片的导流外壳焊接固定在第一级叶轮泵轴承上， 固定导流叶轮 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， 该密封圈内装有铁氟龙材料； 所述轴流级、 离心级的泵轴与电机轴心通过尼龙销联轴器同轴连接；

所述电机采用卧式变频电机直接传动， 电机借螺栓紧固于电机座上。

4、根据权利要求 1所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机，其特征在于，所述纱架包括沙盘、 吊杆和纱杆； 沙盘上表面为圆盘状， 沙盘下端为空腔结构， 沙盘下端底部与染纱机的中心座 连接， 沙盘上表面设有沙盘出水孔、 沙盘回水孔和吊杆孔座， 吊杆孔座设置在沙盘中心上， 纱杆固定在沙盘上表面的盘出水孔中， 纱杆为空心的筒体结构； 纱杆的筒体内设置有水鼓， 水鼓为空心或者实心的柱状结构， 纱杆与水鼓中心线相同， 纱杆的空心内径与水鼓外径的比 值为 10:7-9, 纱杆的筒体上沿不同高度水平截面的圆周上均匀设有多个出水孔， 纱杆筒体上 同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中心间距相等或者不等。

5、根据权利要求 4所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于， 所述沙盘下端底部 为圆盘形， 圆盘中心设有通孔， 用于固定吊杆， 圆盘沿两对称轴设有 4个进水口， 圆盘上相 邻两进水口之间形成 4个回水口， 4个进水口均匀与多个沙盘出水孔连通， 形成均匀的进水 权 利 要 求 书 通道， 4个回水口均匀与多个沙盘回水孔连通， 形成均匀的回水通道；

所述纱杆内筒体的高度为 l-12m_;

对于纱杆内筒体的高度小于 3m，纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的 中心间距相等；

对于纱杆内筒体的高度大于 3m，纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的 中心间距不等。

6、根据权利要求 5所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于： 将纱杆筒体按照高 度分成 3或 5等份， 每一等份上， 纱杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中 心间距相等， 若将纱杆筒体按照高度分成 3等份， 由下到上顺序编号为第 1、 2、 3等份， 其 中第 1等份、 第 2等份和第 3等份中纱杆 3筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔 的中心间距比值为 1.2-1.5: 1 :0.5-0.8 ; 若将纱杆筒体按照高度分成 5等份， 由下到上顺序编号 为第 1、 2、 3、 4、 5等份， 其中第 1等份、 第 2等份、 第 3等份、 第 4等份和第 5等份中纱 杆筒体上同一纵截面上相邻两水平截面上的出水孔的中心间距比值为 1.5-1.7:1.2-1.4: 1: 0.7-0.9： 0.4-0.6。

7、根据权利要求 1所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于， 所述的超低浴比三 级叶轮泵染纱机还包括自适应水位监测装置、 变频电机和染色电脑， 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， 染缸通过喇叭管与三级叶轮泵的入口相连， 变频电机 与三级叶轮泵相连； 所述三级叶轮泵、 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。

8、根据权利要求 1所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机， 其特征在于， 所述的超低浴比三 级叶轮泵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；

所述的超低浴比三级叶轮泵染纱机高温排放混流装置， 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。

9、基于权利要求 7或 8所述超低浴比三级叶轮泵染纱机的高温脉流染纱控制方法，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。

10、 根据权利要求 9所述的所述超低浴比三级叶轮泵染纱机的高温脉流染纱控制方法， 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 权 利 要 求 书 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；

所述煮漂阶段是在 105-11CTC的条件下进行，废水采用高温直接排放； 所述染色过程电机 转速需要在 300-500 /pm/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 50-1 (XTC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 kg I cm²；

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： k_l · Α_ι (ί)， 20 < A_l (t) < 60， 0 < k_Y < ί, t。 < t≤ ^

A₂{t), A₂(t) = 60， t_l < t≤ t₂

k₂ · A₃ (t), 60 < A₃ (t)≤ 95， 0 < k₂ < t₂ < t≤ t₂ fi (0 = A₄ (t), A₄( = 95, t₃ < t≤ t₄

-k₃ » A₅(t), 95 > A₅(t)≥ 65, 0 < k₃ < t₄ < t≤ t₅

A₆ (t), A₆(t) = 65, t₅ < t≤ t₆

-k₄ * A₇ (t), 60 > A₇(i) > 20, 0 < k₄ < 1, t₆ < t≤ t₇

(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：

(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,(t)

权 利 要 求 书

其中， /(0^' = 1，2，3)是染色温度随染色时间的变化函数， 表示升温或降温系数， ί表 示染色的时间， Λ.(0是随时间变化升温的变量值， 其单位为。 C。