1 比流量的概念
筒子紗染色技術中有一個非常重要的技術參數———比流量,它表征在單位時間內穿過每千克紗線的染液量,其單位是L/(kg·min)。染色工藝過程就是在設定的時間內,使染料均勻上染并固著在紗線纖維上。按照染色原理,被染物(這里指紗線)與染料必須不斷接觸,才能完成上染的三個基本過程:吸附、擴散和固著。在這個過程中,除了以溫度來控制上染速率外,主要是通過染液循環(huán)以保證整個被染物(紗線)的溫度均勻性,以及與染料交換頻率均等。因此,比流量在筒子紗染色中起著非常重要的作用,設備主泵流量選取的主要依據就是比流量。傳統(tǒng)觀念認為,選擇較大的比流量有利于提高紗線的勻染性,但對某些紗會產生毛羽現象;另外,單個筒子紗的內、中、外色差,以及層與層之間的色差與比流量過低有關。
實踐證明,上述觀念有一定的片面性,它僅僅考慮了被染物與染液的交換頻率、循環(huán)頻率,即染液流量的關系,而忽略了流量與系統(tǒng)(包括紗線的穿透)阻力的關系。正是由于這種影響的存在,實際的流量并非是最初設置的流量,而是泄漏或克服阻力損失后剩余的那部分流量。如果在這種流量條件下要將紗線染好,那末,將泄漏(通過結構的改進)降低到最低限度,并通過提高主泵揚程來克服阻力損失,比流量設置多少才合適呢?以下就該問題加以討論。
2 比流量的確定
在比流量確定之前,我們有必要先對整個染液循環(huán)系統(tǒng)做一個簡單分析。
在染液實際循環(huán)系統(tǒng)中,由于設備裝置結構的限制,不可避免地會產生沿程和局部阻力損失,而這些損失需要消耗一定能量;同時,系統(tǒng)中還存在一個非常大的阻力損失,即穿透筒子紗層的阻力損失。這些阻力損失統(tǒng)稱為壓力降損失,它們都是由對流體(即染液)產生強制循環(huán)的動力源———主循環(huán)泵揚程來提供的。根據流體力學原理可知,系統(tǒng)中壓力降與流體流速的平方成正比,即與流量的平方成正比(流量=過流面積×流速)。如果實際生產中能夠實現較大的比流量,單從染色方面考慮,對勻染性是有利的,但對密度較大的紗層(如經軸紗的密度一般在0.40~0.45g/cm3),或者吸水后溶脹較大的紗線(如粘膠),則會因為阻力增大而產生很大的壓力降。這種壓力降必然會使主循環(huán)泵特性曲線的工作點向較高揚程方向移動,流量也隨之下降,主泵有可能并未在特性曲線上的經濟效率范圍內工作(通常認為主泵在比最高效率不低于7%范圍內工作是經濟的)。出現這種情況,不僅效率低,而且流量和揚程有可能不穩(wěn)定。
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