气流纺工艺计算公式（卡摩纺降低气流能耗的措施及原理分析）

陆宗源/天问(上海)纺织新技术研发中心

摘要：在2018亚洲暨中国国际纺织机械展览会上获悉，立达公司最新的集聚纺细纱机空气能源消耗只有1W/锭，而我国网格圈式集聚纺消耗一般在5-6W/锭（一台480锭细纱机，集聚纺风机平均消耗功率3kW，还未计入吸棉风机消耗）。这说明我国在集聚纺纱领域中的气流能源消耗上，还存在巨大的节约空间。

关键词：导流板；保护罩；压强梯度；等强线；旋转气流；有效半径；湍流；扰动气流

瑞士立达卡摩纺的能耗比网格圈式紧密纺大幅度降低，而且减少了网格圈的维护和消耗成本，使生产成本降低。卡摩纺上有一个特殊的装置——“气流导向器”。国内专家普遍认为使用气流导向器的目的是促使气流从水平方向两侧注入，以符合“集聚原理”，但在K44-K45纺纱机的介绍视频中，有一小段是介绍气流导向器的，截图见图1。

图1 气流导向器

图1中清楚地表明：气流导向器的气流是从顶部小孔进入的，而其两边和抽气鼓表面的间隙很小，其阻力要比顶端的进气孔大得多，基本上没有空气进入。如果是赛络集聚纺，那么气流就是从两须条的中间经过而起集束作用的，这和我们传统的理解是不一样的，对两个须条来说，气流都是从一侧经过的，而且K45赛络集聚纺的成纱质量是非常好的，需要的负压也比网格圈式的低得多。

而在立达早期的产品介绍视频上，有一个名称叫“气流截面图”的动画说明（见图2）。其中代表气流走向的小白点（动态的），来自于压辊轴的导流板臂。进入导向器，经过吸入鼓表面（集聚区）进入吸风组件，路径表明得很清楚。说明K44导向装置原来就是从顶部输入气流的，恰恰是为了阻止空气从两侧进入集聚区。

图2气流截面图

国内一些文章强调的“空气要从两侧水平方向进入，才能加强积聚效果”，并不是立达公司设计者的初衷。

K45导流板上进气孔吸入的空气直接来自车间大气，那么导流板的作用应该是隔离车间大气，保持集聚区集聚的气流不受车间大气流动的干扰，不让含有灰尘和微纤维的空气进入集聚区。

集聚纺集聚区的气流来源于负压管内部的低气压，在集聚槽口上形成了一个压强梯度场（这不需要任何机械来限制）。在没有任何阻碍（没有须条）的情况下，每一点上的压强梯度方向都指向集聚槽，梯度大小是向远离方向递减。所以，气流也都向集聚槽集中，槽口上气流最强，向外逐渐减弱直到零，这就是“集聚槽气流场”。所以它的等强线都是以集聚槽为圆心的半圆形。

当集聚槽上有纤维须条存在时，须条总是靠向一边（由于集聚槽的倾斜），使空气阻力发生变化。靠须条的一边，由于阻力变大，压强梯度就减小，等强线变得稀疏了；而另一边正好相反，等强线变密了。于是等强线变形了，成为长轴向须条方向倾斜的椭圆。可以明显看出，气流方向不是完全指向中心，而是围绕须条形成一个“旋转气流场”（见图3）。

图3旋转气流场的形成

按立达样本[4]介绍，形成毛羽少的光洁纱的基本原因是由于“旋转气流”将长毛羽“旋”进须条主体中去了。而并不只是“消除纺纱三角”的原因，纺纱三角的消失是集聚区后的自然结果（发生在集聚区外）。

正是这个旋转气流，推动须条纤维的移动、集聚。

因此集聚气流场的形成，不需要机械导流装置。而只需要维持“旋转气流场”的强度适当和稳定，就能保证产品质量。

在“开式”气流场中（无气流罩），负压越大，这个旋转流场的范围也就越大，在靠近须条周围最强，越向外层越弱。实际上只要中央气流有足够的强度能完成纤维的集聚就够了，外层的气流是无效的，但是它能保护内层有效旋转气流的稳定，不受外界气流的干扰（干扰气流主要是循环清洁吹风和人工清洁工作）。

因此K45的“导流板”应该叫做“气流罩”更为确切，它使集聚区空间和车间大空间隔离。

在第15届上海国际纺机展览会上，立达展出了K46细纱机的集聚纺部件模型。除了吸鼓的形状和尺寸还是保留原样以外，吸风插件、气流导向器（元件）都作了很大的改进。其吸气插件（“Bright”）上的集聚槽没有斜度，出风口缩小了一半还多，可能是为了减小结合处的面积而减少泄漏，见图4。

图4 K46细纱机的集聚纺部件模型

导流器改变最大的是那种简单的“顶孔”形式，变成了由两片透明有机玻璃单片相互插入的组合体，进气通道也改为“迷宫”式的方向相反的两个斜长孔。空气进入要经过一个“曲折”的通道，但是其通道的截面积相对网格圈还是大很多的，因而空气阻力也相对小得多。据称，其吸鼓的大断面空气通道，结合新型导流器，显著降低了能耗，可以节省17%的能源消耗。而整个节能集聚纺装置（包括风道），节能高达63%。导流器覆盖了集聚区域，合理地引导气流，使气流稳定地通过集聚区，不受外界气流的干扰，保证集聚纤维所需的空气流量最小，再结合大截面的风道保证了低能耗率，见图5。

图5 K46细纱机的导流器

导流器的“过滤”作用，一是防止空气中的灰尘和纤维颗粒进入；二是气流通过“曲折”通道，使之稳定地进入集聚区空间到达吸气插件，在集聚空间形成“环状气流”。须条纤维在环状气流中被优化整合，其结果是纤维在全部集聚区间内得到充分集聚。

吸风鼓式集聚纺系统不需要太多的日常维护和清洁工作，运转高效，其导流器还具有质量监督功能，空气导向元件可以“检测”安全运行，并监测质量。

尽管导流器过滤了气流，但是有时还会积累灰尘而影响正常的集聚区气压。当负压值达到设定的临界值时，导流器上的红指示器发出警告，表明该集聚纺装置必须清洗，见图6。

图6 导流器上的红指示器

这就给所有纺纱单元提供了附加安全的质量监控功能，如有集聚不良情况，可以立即被发现。

节能的另一个措施是单一管道系统（集聚纺和吸棉笛管公用一套吸风管道）降低能耗。

立达专利节能吸棉笛管不同于传统的“鸭嘴”形吸风口，将原来长方形的吸风口改成了圆形，从侧面吸入，大大减小了吸风口的面积，节能效果比后者又有所改进，见图7。

图7 立达专利节能笛管

总之，立达集聚纺的节能措施包括：

(1)在加捻前的集聚区内将外露的长毛羽用旋转气流“捻入”须条主体，因此只需要用很少的能量，“搬动”几根毛羽（有效功）就可以了。

(2)旋转气流的产生依靠集聚槽的倾斜。但是，不利因素是气流需要推动须条横向移动，增加了能量消耗。

(3)在开放式的气流场中，中心部位的“有效旋转气流”必定要带动周围空气，形成一个相对庞大的气流团，增加了好几倍的“无效”能耗。但是该无效气流团可以“抵抗”车间大气流动的干扰，保证中心旋转气流的稳定。从这一点来说，它还是“有效”的。而立达集聚纺采用“气流罩”的方式将有效旋转气流与车间大气“隔离”，让旋转气流局限在集聚区狭小的空间内，可以明显地降低能耗。

(4)气流罩的设计顺应旋转气流方向，使气流平稳地进入集聚区，既有利毛羽被捻入，又使能量消耗降低。因为这样集聚槽可以不倾斜（或很小倾斜），须条不需要有横向移动，可以减少能量消耗。

(5)立达抽吸鼓式气流集聚纺装置由于在整个气流通道中没有“大风阻”元件（例如网格圈），因此在保证流量的情况下，风压可以有效降低。它将负压吸风管道与和吸棉风管合一，加之风道的优化设计，消除或减小了每一个细小的无效能量消耗，因此才达到了较低的能耗水平。

参考文献：

[1]沈晓来.立达 K 4 4紧密纺装置主要元件的作用[J].上海纺织科技.2005.2.

[2]朱鹏，倪远.紧密纺纱气动凝聚结构的研究[J].棉纺织技术.2008.11.

[3]王超,谢春萍,苏旭中.紧密纺集聚区气流导向装置的应用效果[J].棉纺织技术.2011.8.

[4]RETER样本,K46 Compact Spinning Machine——For fully-compacted yarns with lowest energy consumption

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