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紡絲箱體熔體止流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 申花玉/文

本文通過對以往化纖紡絲箱中熔體止流結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)的闡述，分析其不足之處，并提出了對以往熔體止流結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)指出了改進(jìn)后化纖紡絲箱中熔體止流結(jié)構(gòu)的合理性和在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中取得的良好收益。

熔體 止流 閥體 結(jié)構(gòu)

1.引言

在直接法或間接法熔融紡絲中, 紡絲箱是必不可少的重要紡絲設(shè)備之一。而熔體止流結(jié)構(gòu)又是紡絲箱的關(guān)鍵零部件，它是保證在紡絲過程中需要清洗、更換計(jì)量泵、紡絲組件時(shí)使泵前管道內(nèi)的熔體停止流動(dòng)的關(guān)鍵零部件。常用的熔體止流結(jié)構(gòu)形式包括機(jī)械型形式和壓縮空氣冷凍閥形式，目前行業(yè)中絕大多數(shù)采用的是壓縮空氣冷凍閥形式。

2.熔體止流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

一般情況下，一個(gè)熔體止流結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個(gè)計(jì)量泵，這樣可以在清洗、更換某個(gè)計(jì)量泵或組件時(shí)僅需開啟其對應(yīng)的止流結(jié)構(gòu)即可，不用停掉整條螺桿擠壓機(jī)或整條生產(chǎn)線便可完成某個(gè)計(jì)量泵的快速更換。熔體止流結(jié)構(gòu)形式直接決定了止流和開通熔體的速度和效果。當(dāng)然，止流的方式越簡便，止流速度越快，止流效果越好，止流閥的結(jié)構(gòu)就越理想，因此熔體止流的結(jié)構(gòu)形式在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中非常關(guān)鍵。通過不斷地實(shí)踐與探索，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司對熔體冷凍止流的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)形式更簡單，密封效果更好，更換更靈活，冷凍更快、更好，從而提高了紡絲效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

3.常用的熔體止流結(jié)構(gòu)形式

3.1 機(jī)械式針形閥圖1是一種機(jī)械式針形閥，其結(jié)構(gòu)是由①閥桿、②閥桿套、③閥桿座、④密封墊、⑤錐形密封墊等所組成。由于閥桿與錐形閥座以錐面形式密封，且閥桿形如錐針，通常稱作針形閥。針型閥的工作原理為：閥桿通過閥桿套上的螺紋，在由密封墊片、⑥導(dǎo)流套組成的通道中上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要阻斷熔體流動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)閥桿，讓其向下移動(dòng)，當(dāng)閥桿的下端頭部到達(dá)錐形密封墊時(shí)，兩者依靠錐形面相互貼緊，形成密封，從而阻止熔體流流出；當(dāng)需要熔體流動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)閥桿，讓其向上移動(dòng)，開啟二者貼緊的錐面，打開熔體通路，讓熔體流動(dòng)。并依靠⑦止動(dòng)蓋控制閥桿的移出量和開啟量。針形閥止流結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是熔體入口與熔體出口在紡絲箱體內(nèi)的角度（如圖2 A-A圖示）擺放靈活，可以是90°，也可以是60°等任意一個(gè)需要的角度。但是由于這種結(jié)構(gòu)只是單一的依靠閥桿與錐形閥座的硬擠壓密封墊片與閥桿之間、閥桿與錐形閥座之間都易泄漏，密封的可靠性較低，閥桿座和⑧接頭分別需與熔體進(jìn)管、熔體出管焊接，加工制作難度較大。另外針型閥整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積一般為圓形較大，影響紡絲箱體的整體的寬度及其與其他熔體管路的排布（如圖2）而且隨著所需熔體管路直徑的增大其外圓直徑，及閥桿的直徑也會(huì)相應(yīng)的增大，嚴(yán)重造成紡絲箱體的設(shè)計(jì)困難。因此總體上此結(jié)構(gòu)零件繁多，制造復(fù)雜、操作不方便。

圖1 機(jī)械型針型閥結(jié)構(gòu)

圖2 機(jī)械型針型閥結(jié)構(gòu)的紡絲箱

3.2 螺旋式冷凍閥

冷凍閥的工作原理是采用壓縮空氣直接吹向熔體管路，利用壓縮空氣的高速低溫，快速帶走熔體管路上的熱量，從而使熔體管路內(nèi)的熔體溫度迅速降低、凝固，從而達(dá)到快速有效地冷凍止流效果。如圖3所示，其結(jié)構(gòu)是

由①進(jìn)氣管、②排氣管、

③閥體、④閥套所組成。

閥體內(nèi)是熔體通道，呈縮頸狀；閥體外設(shè)有帶螺旋的冷凍氣道，且其上的進(jìn)氣口、出氣分別與進(jìn)氣管、排氣管相對應(yīng)。其工作原理為：當(dāng)需要截止熔體流動(dòng)時(shí)，讓低溫的壓縮空氣從進(jìn)氣管進(jìn)入，經(jīng)過閥體上的螺旋氣道對熔體進(jìn)行降溫冷凍，再經(jīng)排氣管道排出，由于閥體內(nèi)的熔體通道呈縮頸狀，被凍住的熔體形成楔栓狀，從而可有效阻止熔體流動(dòng)。當(dāng)需要開通熔體通道時(shí)，只要停止壓縮空氣的進(jìn)入，凝固的熔體融化后，紡絲即可正常。這種結(jié)構(gòu)的操作比機(jī)械式針型閥更為簡單、可靠。在此結(jié)構(gòu)中同樣存在閥體需要與熔體管焊接的缺點(diǎn)，與此同時(shí)，閥體上的螺旋氣道加工制造相當(dāng)復(fù)雜，且體積較大。

如圖4所示，尺寸為常用尺寸，隨著閥體內(nèi)部熔體管道的所需管徑增大時(shí)整個(gè)冷凍閥體的長度和直徑也會(huì)增加，這樣就會(huì)增加箱體內(nèi)部熔體管路的長度及整個(gè)箱體的長度和寬度，從而影響整個(gè)廠房的空間布置。

圖3 螺旋式冷凍閥結(jié)構(gòu)

圖4 螺旋式冷凍閥結(jié)構(gòu)的紡絲箱

4.改進(jìn)設(shè)計(jì)的熔體止流結(jié)構(gòu)

4.1 結(jié)構(gòu)形式及工作原理

為解決上述熔體止流結(jié)構(gòu)形式存在的技術(shù)問題，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)分析將其改進(jìn)設(shè)計(jì)成一種新型的冷凍熔體止流結(jié)構(gòu)形式——閥體為扁嘴式結(jié)構(gòu)。其工作原理是利用冷凍壓縮空氣使熔體管路內(nèi)的熔體快速有效的凝固。由于凝固栓截面為扁圓形，局部比熔體通道寬，可以很好阻塞熔體流動(dòng)，從而達(dá)到止流目的。如圖5所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主要由閥體和壓縮空氣通道組成，閥體是局部加工變形的熔體管路。

圖5 改進(jìn)設(shè)計(jì)后的冷凍閥體結(jié)構(gòu)

首先，利用不銹鋼管的塑變性，通過胎模將①熔體管路的閥體段成壓扁嘴形狀（見圖5中Ⅰ、K-K視圖），再將壓縮空氣的排氣管與其焊接。壓縮空氣的進(jìn)入通道由②進(jìn)氣管、③接口座、④快插接頭所組成，壓縮空氣的排氣通道由⑤堵板、⑥外管、⑦氣管、焊接而組成；壓縮空氣的進(jìn)、排氣通道與⑧三通相連，形成完整的冷凍氣流通路。壓縮空氣的進(jìn)氣口對準(zhǔn)閥體扁嘴形管處，由于此處熔體成扁片狀，壓縮空氣直吹的接觸面積增大，且熔體成扁平狀，易于快速凝固。由于凝固的熔體栓不是圓柱狀，即使在一定的熔體壓力下熔體很難通過閥體，可有效阻止熔體通過，達(dá)到止流的作用。同時(shí)凝固栓呈扁平狀，當(dāng)停止壓縮空氣的進(jìn)入后，凝固的熔體很容易融化，可實(shí)現(xiàn)快速開啟流通。當(dāng)需要止流時(shí)，只需將壓縮空氣從快速插頭接入，經(jīng)過閥體的空氣從三通的排氣口自動(dòng)排出，操作非常方便。由于閥體就是熔體管路中的一部分，使得整個(gè)閥體結(jié)構(gòu)簡單，體積小，利于在紡絲箱體中擺放。

4.2 閥體設(shè)計(jì)原則及方法

閥體形狀的設(shè)計(jì)，對于不同管徑（φG、φH）的熔體管，其壓扁胎膜的尺寸（φB）、扁形管孔的尺寸（C、D、E、F）、進(jìn)氣管與閥體間的距離（A）都是不同的，當(dāng)熔體管的管徑越大，相應(yīng)的C、D、E越大，而F值則越小。這種設(shè)計(jì)既滿足了不同熔體管管徑的需要，又能有效提高冷凍閥冷凍的可靠性，而且能有效控制利用壓縮空氣量，節(jié)約能源。如表1、表2所示，實(shí)際生產(chǎn)中常用的熔體管管徑及其相應(yīng)的尺寸。

表1 不同管徑時(shí)壓扁胎膜與扁形管孔尺寸對應(yīng)表

為提高冷凍效果，縮短冷凍時(shí)間，降低壓縮空氣的用量，一般距離A控制在5～15mm之間效果最好。

表2 實(shí)際化纖生產(chǎn)中常用熔體管管徑及壓縮空氣參數(shù)

4.3 改進(jìn)型閥體止流結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

與以往閥體止流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，改進(jìn)后的冷凍閥結(jié)構(gòu)形式有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）整體結(jié)構(gòu)更緊湊，其零件加工更簡單，制造成本低，便于安裝拆卸，應(yīng)用靈活；

2）進(jìn)氣管與排氣管道相套，大大簡化冷凍氣流的結(jié)構(gòu)，從而減小冷凍閥占用的空間，為化紡絲箱的布管空間提供方便；

3）閥體部分為扁平形狀熔體管，增大與壓縮空氣的接觸面積，及冷凍的熔體厚度，有效提高熔體的凝固速度和冷凍效果；

4）冷凍用壓縮空氣連接采用卡箍式帶單向閥快速終端管接頭，操作安裝方便快捷。

5.結(jié)束語

通過不斷地探索實(shí)踐，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司對紡絲箱中熔體止流結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使改進(jìn)后的閥體止流結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡單，制造成本低，止流效果穩(wěn)定可靠，空氣耗量小，符合節(jié)約能源、降低紡絲單耗的要求。在化纖紡絲箱設(shè)計(jì)中進(jìn)行了廣泛的推廣，并得到了用戶的一致認(rèn)可。

余若偉，王輝，井佳音. FDY紡絲牽伸機(jī)紡絲箱的設(shè)計(jì)[J]. 紡織機(jī)械，1997，(2)：4～12.