CN1070245C - 利用液体来处理纱线卷装的系统 - Google Patents

Abstract

利用液体处理纱线卷装的系统包括处理容器、与处理容器成整体的换向阀壳、低压泵和大流量截面管道系统，管道系统连接泵和换向阀壳而形成液体单向流动回路，换向阀是隔板型换向阀，由圆柱形壳体及椭圆形隔板组成，倾斜隔板装配在壳体中间位置，壳体上有两个椭圆形孔，隔板将流过两孔的液体隔开，在调整范围的中间位置用作节流阀，当处理容器内的液体处于静止或以减小的流量流过纱线时形成“截止阀”状态，为辅助转换提供泵的全压力，主循环系统中无需设置大的截流阀。

Description

利用液体来处理纱线卷装的系统

本发明涉及利用液体来处理纱线卷装的技术领域。

适用于纺织目的的纱线传统地已形成为卷绕在可透的管芯的筒形卷装。这些卷袋已支承在多锭托架上，其托架在底部具有一中心供液孔，通过其供液孔，处理液体被配给到垂直的锭子，并从那里径向通过筒形卷袋。

通过把染料和相关的化学物质与一些纤维产生物理接触来进行染纱，所说的纤维是正在被溶液或水的悬浮中进行处理，并且液体经材料进行循环，而所通过的材料是由以某些泵装置方式而被进行处理的。

通常还提供一些这种处理液体的流动进行换向的装置，以试图在整个的筒壁总厚度上均压处理，并且现已发现流动有规律的和频繁的换向是有益的。

某些制造者使用轴流泵用于循环液体，并且每隔几分钟来制动泵和再起动泵，以实现频繁的换向而达到匀染。对于大功率马达来说，这是十分困难的并且是不经济的。这种类型的泵常常是由印染设备制造厂自己来生产的，并包括一系列转子，该转子有旋转径向配置的成套叶片，其叶片交替于类似于成套固定叶片之间。这种泵的性能特点不适合于处理高密度的卷装，并且它们不可能提高足够的液体压力来渗透到纤维内，所述的纤维比如象棉或棉/聚酯混纺纱，尤其是以缝纫线形式。这种不能提高高压力意味着这种类型的泵也不适合用来把液体通过高阻力的管道系统。

这种类型的泵通常是垂直地安装在容器的底部，从轴封上的泄漏使电驱动马达变得易损害，并要求使用皮带传动。

旋转和固定构件相互之间的高速度通过则会产生涡流和剪力，它们往往会破坏一些非常重要类型的染料的精细致分布。

由于泵放在加工容器的中心，如果并非不可能的话，单独让其用来填充，排出或输送加工的液体到其它容器或从其它容器来进行这些工作是十分困难的，并且必需提供一些附加装置。由于这些原因，这种类型的循环系统在现在的行业上已很少采用。

许多世界染色设备制造者使用的任何不锈钢离心泵可从当地料源获得。即使需要也没有几个这样的制造厂具有用来制造它们自己沉重的不锈钢铸件的设备。

普通行业用于这种一直是纸和化学加工工业，它必需使用一些非常复杂和盘旋的循环系统，有时包括的一些连续操作的过程仅是为了日常维修而被停止。这些系统要求″螺旋″型离心泵，其中以适度的输送压力的性能由于泵壳的加工成型而被放弃，以便把液体离开叶轮的速度变为压力提供它们，使其操作克服系统高阻力成为可能。改进壳体支架，低压力的性能损失就整个效果来说而被减小。由于这种类型的泵能够从所生产的制造厂容易的获得，不会感到意外的是，许多染色机根据它们的使用情况而已被组成，实际上，它们对染色机结构的不利影响已被忽略，把没有问题认为是优点乃至错误地提供给用户。

这种高压力头泵的缺点是当它们使用在为具有流动换向的高湿操作而设计的装置时，容器压力必须增加到能承受高压，从而增加了费用。

由于这种泵具有的输出口比它们吸出口小，为了经济起见，逐渐形成围绕它们的染色机具有相同较小输出口尺寸的循环系统。他们类似于采用了原有已设计的泵的化学处理设备，在管道系统中也使用一些阀和热交换器，其系统具有相类似的小的流通区域，并具有相应高的总的系统阻力。

根据一些承制厂的要求，他们的这种类型的一些泵满足于其这种类型泵的高工业标准，而所述的要求由于这种系统的低的液压效率而变得无意义。

甚至由一些世界最大染色机制造厂对这种类型进行改进设计，总共只有10％的液压效率是普通的。

最大能量损失会发生在排列成行的热交换器上，这种热交换器一般吸收动力提供给装置的能量的30％以上。当填充、抽出或输送液体时，换向阀和连接到容器的输入口与输出口接头或从容器引出的输入口与输出口接头，连同串联的阀，这些阀可需要用来产生辅助功能，这些构件可消耗同量的另外30％能量，剩余的30％能量将计入于构成实际染色机的管道系统、阀门、支架等构件上。

循环通过纱线的处理液体和其纱线的机械支承系统，染色纱管、锭子和支架占应用于装置动力的非常一小部分，因此大部分热量被损失，并且连续流动的冷却水也许多需要进行低温处理。

该缺陷不在泵的制造厂，他们完全清楚，一些因素与系统设计有关，例如，一种DURCO泵手册指出″摩擦损失与管径比的五次幂成反比″这就意味着，区域的小量增加能够正好补偿在通道上理想的形状。把一个输出系统的横截面直径增加一倍可减少摩镲损失大约3％，尽管精简了这样一个系统，这时所保留的相同管径仅能非常少量的减少需用功率，并且在循环系统中利用一些小径管和构件，这时节约的钱并由此有利于制造厂，但对于机器的使用者来说增加了电和冷却水的花费。

在染色机中的换向阀一般已有最小花费的旋转L型，其中使流动液体的整个体积走旁路回到处在换向或部分打开条件下的泵内，当最小的功正做用于负载时，其结果是电机电流消耗最大。这在任何时候都是不希望的，例如当处理一部分负载时，尤其是换向阀在整个全部染色循环期间被用于控制通过负载流量速率。

在这个装置中由高速液体而形成的横向力往往会压到横向的阀上，并且不锈钢铸件相互之间往往产生摩镲和″磨损″(Gall)，这会给配合表面弄粗糙，并会造成它完全停止转动。

在一些经轴染色中，用于许多纱线染色的通常作法已形成，它在泵的排出口上提供一个节流阀，并且在转动换向阀之前关闭它，因此停止所有的流动，并从换向阀上消除这个横向力，然后改变换向阀的位置，并打开该节流阀，或是来预置一位置或是来预定一压力差，整个一个循环为45秒，使得在相反的方向上非常缓和地重新开始流动。

经轴包括一些并排放置的棉纤维，它们形成非常实心团，不易渗透，由于纤维吸收水份并膨胀，它们变得紧密并更致密。这就意味着要求比任何其纺织卷装较高的压力来渗透它。在这同时，在横向方向上它具有很小的强度，那么纤维容易被分开，这样″冲击″(Blowing)经轴，因而会产生一通道，通过该通道液体漏失并且压力受到损失。

相邻于该通道的纤维被伸长，并且经轴的结构完善仅能通过停止操作而得到修复，并重新卷绕经轴。

从技术观点看，生产过程是合理的，由于关闭节流阀和停止流动，该流动减小马达电流和净吸引压头(NPSH)要求到最小，并且这就减少了产生泡沫的倾向。改变换向阀的位置，随着流动停止，从而克服了在一个“旁路”换向阀上的固有缺陷，这就使循环率、马达电流和净吸引压头上升到最大。

需要以高温度要求处理的泵的吸入接头被施加一个少于蒸气压力总和的压力，其蒸汽压力是相应于在使用中所要求的温度加上用于特殊泵流量的净吸引压头。实际上所希望的是，在泵吸口上的实际压力可能会比所提供的安全系数要稍微的大。

对于未能提供足够压力的损失是气蚀和泵的特性衰减，相应的染色效率降低，并具有非匀染的可能性。

一种更难形容的损失是初期的气蚀，其中蒸汽泡，有时是细微的尺寸，形成在入口到转子上，并在转子叶前形成涡流，它们在泵排出压力时不会产生明显的减少。采用清洁的水，这些细小的汽泡可消失，它们随着而进入到较高的压力区域。然而，多数的染色处理包含肥皂，洗涤剂和其它化学物质，它们能使汽泡变得更持久。随后它们显示为泡沫，并进入到设备的其它区域，特别是进入到纱线的缝隙内，从而它们可阻碍染色液体到纱线的自由出入口，并能引起不均匀的染色。

在换向使这个倾向到达最小时和由于所有这些原因，停止流动通常是合理的，但使走旁路的流动增加了这个倾向。

然而，在通常的管道系统中，非常希望的措施是要求在泵的排出口连接头有一个整系统规模的节流阀，并且一个自动操作员利用必需的装置来实现顺序的操作。

通过隔开换向阀的开口能够获得相同的效果，在开口间提供一宽的阀面，使阀变为一种“节流”型，而不是“旁路”型，以致在换向期间，流量自动减小到零，并且马达电流到最小。然而，由于进一步增加了壳体直径，在其壳体中L形状物会加重L型阀的公认问题。

对于早期的设计者来说，旋转的L形状物可能以反向流动的逻辑方式而出现，但是它提供一种不希望有的方向突变，并且为其更有效，它要求大的直径，精确的机壳。随着特性的损失，也必须保留大的间隙以避免在折转下表面磨损。

US 3581528中涉及一种“旁通”式阀，其中的阀门机构是安装在管路中心的蝶形阀，在处理过程中流过负载的流动速率降至最小值时，在主循环系统中的流动速率在其行程的中间位置升至最大值。在通过负载的这个“不流”点上，泵压降至最小值，因而泵不能提供辅助转换目的。

本发明的目的在于提供一种改进的利用液体处理纱线卷装的系统，其中使换向阀从“旁路”型变为“节流”型，在换向期间流量自动减少，马达电流消耗也显著减少。

按照本发明，一种利用液体处理纱线卷装的系统，包括一个处理容器、一个与处理容器成整体的换向阀壳、一个低压泵和一个大流量截面管道系统，所述管道系统连接所述泵和换向阀壳而形成一个液体单向流动回路，其特征在于：所述换向阀是隔板型换向阀，此阀由一圆柱形壳体及一椭圆形隔板组成，倾斜的隔板被装配在壳体中间位置，在壳体上，有两个椭圆形的孔，隔板将流过所述两孔的液体分隔开来，其在调整范围的中间位置用作节流阀，当处理容器内的液体处于静止或以减小的流量流过纱线时形成一种“截止阀”状态，在该状态中可为辅助转换提供泵的全压力，从而在主循环系统中无需设置大的截流阀。

有利的是，低压泵是一种集流环离心泵。

较好的是提供在处理容器内的加热线圈代替串联的热交换器。由于把泵紧密连接换向阀，这个阀也在容器内，管道系统损失的显著比例能够被消除。

有利的是这样一种系统提供了一个从负载到泵吸口接头的无限制通路，这样这个流量面积决不小于泵吸口接头的面积，并且还提供了一个从泵排出口接头到负载的无限制通路，这样这个流量面积决不小于泵排出口接头处的面积。

通过负载的流动方向最好能提供为这样一种形式，排出口面积通过转动在任何一个方向上的阀门而逐渐减小到零，口部为这样安排，以致吸口面积在整个时间保持比排出口面积大，因此染色机在任何这样节流条件下而连续地操作，而对泵没有损害或是任何其它来自气蚀的不良影响。

泵的出口和泵的吸口接头通过进一步转动阀门能够有利地被关闭，在“不流”位置，以致通过外部接头而构成可得到辅助的填充和倒空功能的泵，而在主循环系统中没有要求大的截流阀。

阻碍或流过液体流动通道截面的改变的数目能够减小到最小，并且其不能省去的面积能够增到最大，因此减小了环液体的费用。

通过把所有串联的阀从系统中除去能够消除液体流动的其它流体阻力，所述的这种的阀通常是叶片型或"蝶"型，当打开时，仍然呈现有显著的阻力。如果使这个换向阀能够提供总的截流功能，对于这个功能以胶通常使用其它一些在上部管道系统上的阀，那么由于串联的阀门和它们的自动操作者的省去，将必然减少染色机的费用。

由于液体必须流过的面积能够被很大的增加和要求循环液体的动力能够减少，阀装在整个内部，处理容器减少了换向阀的流动阻力。

由此可容易地看出，如果能够使用一个高效的较低压力的泵，那么在一个较低压力值的容器中通过一个较小功率的马达能提供一个给定的性能。

由于这样的系统损失减少到它们传统的程度的一小部分，需要泵提供一个高的排出压力不再存在，并且所提供的设计特征能够省去，并伴随有剪力，涡流和NPSH的减少，因为流动液体更精确地流过叶轮叶片形状，并平稳地流入到一个完全环状集流环内，其终归要设计一个较规则和更有效的泵。

较好的是，换向阀是一种隔板型换向阀。

下面结合附图通过实施进一步说明本发明，其中：

图1是根据本发明利用液体来处理纱线卷装的系统的透视示意图；

图2是图1系统的一个换向阀的局部剖面透视图，该换向阀是处在由外向内换向的位置；

图3是图2所示的阀处在一个由内向外换向位置并包括一个用于处理纱线容器的局部剖视图；

图4是图1系统的一种管道排列的示意平面图；

图5是沿图4中箭头V-V方向所剖的剖面图，其中换向阀处在由内侧向外侧流动的位置；

图6是类似于图5的一个示图，其中被转动180°的阀处在由外侧向内侧流动的位置；

图7是类似于图5的一个示图，其中换向阀被转动到90°的位置而这时没有流动；

图8是类似于图5的一个示图，其中换向阀被转动270°的位置而这时没有流动；

图9是类似于图5的一个示图，其中换向阀被转动292.5°位置而用来返回到一个储罐。

现参看附图并首先参看图1，一种利用液体来处理纱线卷装的系统包括一个泵，如图所示的一个集流，环型离心泵1，该泵通过一个未图示的电动机来转动；一个安装在壳体2内的换向阀，一个把泵1的输出端接头4连接于换向阀壳体2的输入端接头5的大直径管3；一个大直径管3,3a把向阀壳体2的输出端法兰6连接于泵1的输出端接头7；以及包括一个安装在换向阀壳体2上的处理容器8(见图3)。流体根据图1中箭头所示的方向单向地循环，即流体从泵1经过管3，3a到换向阀壳体2，并通过管3b返回到泵1，这里所述的泵1是不可逆的。一个在换向阀壳体2内的换向阀9的角度位置决定着流体流经于在容器内安装在支架11上的纱筒10的流动方向。因此，根据图3所示的该位置上的换向阀9，进入于换向阀壳体2的接头5内的流体向上流动通过一个中心垂直导管12流入到支架11内，并从支架的内侧流到其外侧，即径向向外地流到纱筒10上，并下落在容器8内，经过一个多孔支座13，接着流过换向阀壳体2上的一个周围通道14，然后液体经过法兰6，离开换向阀壳体流过管3b并返回到泵7。

根据图3所描述的给出的流动的换向阀9的位置被表示在图5中。壳体2可认为有比所需要的一个旋转L形短管较小的直径，而在此时，提供一个用于流体流动的大的区域，在换向阀壳体自身内部而没有流体方向突然的改变。流体通过法兰5输入其装置的一端，流体直接向上流经负载，然后经过负载返回向下流过大的空间14，并通过法兰6向外流到泵1的抽吸接头7内。

如果换向阀转动180°到达图6所示的位置，通过法兰5而流入到壳体2内的流体(如图2所示)通过阀9而被向下偏流，使得流体向上流动而经过该空间14，向外流过多孔支座13，然后径向向内地流过纱筒10到锭子11上并由此向下流入到中心导管12，然后向外流过法兰6。这样图2和图6所示的流体流经负载的情况与图3和图5所示的完全相反。

阀9是圆柱形的并且能够在开口的两侧提供宽的支承，其两侧本身起着密封作用并且利用支承阀9来减少泄漏，而且可以借此摩擦面使得有可能使用较严密的间隙，而不是通常小直径轴支承相对于L型阀的配合口处有一定的距离。总的机械效率便由此能够获得，而没有损失先前在循环系统中通过一些额外的串联式阀而提供的任何多功能性。

整个系统对流体流动的阻力能够被大大地减小到一定的程度，而不再要求使用一个高压泵，并且所示出的集流环型离心泵1能够提供足够的压力。这种泵能够够具非常好的特性曲线，它适合于纱线卷装最大量的要求，并且在敏感染液中能够产生较小的紊乱或剪力。通过所描述的这种结构能够获得对于加工给定纱线负载所要求的增加操作效率以及减少动力、时间和水，并且这种设备能够较容易的制造、操作和安装。

图7示出了换向阀9处在90°的位置，即位于在图5位置与图6位置之间的位置。随着阀从一个方向上满流开始转动，经过图7转动的90°这个无流动位置，再转动另一方向的满流，当阀和泵之间的主线连接两个都关闭时，马达驱动集流环型离心泵1的电流在无流动位置时刻也降到最小。

一旦这种情况形成，即，在主循环系统中有完全切断循环的能力，而无需使用截止阀，这就有可能提供一些合适的连接，以便使用现有的通道来执行其它所要求的附加外置的一些阀和管道布置所做的工作任务。

图4示出的管3包括一个返回到储罐的接头16，一个由管18连接到中心导管12的旁路接头17，并且它具有一个真空抽出接头19，所示出的管3b包括一个从储罐填充的接头20，一个填充水的接头21以及一个排放接头22。图4还示出了用于驱动阀9的一个马达23和齿轮装置24。

换向阀9的设计为极好的利用实际工作孔提供了保证，在工作孔中从制造和检查观点看有助于阀的转动，并且当更换支承时(其支承是由在注册商标特氟隆(Teflon)所销售的材料形成的)，也有助于阀的拆除和更换。

在阀9有角度位置时(如图7所示)，容器8能够通过接头21从一个储罐中填充流体。一个填充旁路通道和相同尺寸的阀被提供在泵排出接头到内侧流动线上。由于容器8接通大气和阀门打开，其机器能够通过卷装而被填弃，空气由于纱线的填充而从其排出，这就减少了空气密封在纱线的间隙中的可能性，在这种情况下这就有可能保留有如小的气泡并产生未染点，以致纱线随着部分填充过程而被侵湿，但在填充加速过程中的时候，它也有可能到达泵1内。

由于阀9在相同的位置，也有可能的是借助接头20从储罐中来把液体填充于机器内，当换向阀9已被液体所充满并随后开动泵1时，除了液面传感器将会显示外，相同的结构将会用于上述情况之中。此外液体将被传送，随着填充过程的作用，液体穿过负载使其浸湿。当储罐已排空时，传感器将会关闭填充阀，常规的换向程序将会启动。

在所有情况下，进入的水流过泵1，然后从内向外流动穿过负载，用于从负载上驱逐空气的压力在第一种情况下是由供给的水所提供的，在第二种情况下是由泵1所提供的。

真空状态通过连通一个真空源可被使用于填充装置从储罐到容器的顶部，并且打开储罐阀。在图7的90°位置和图8的270°位置中，阀9被关闭，液体在主系统中不能循环。在主系统中为使液体通过图4所示的接头16返回到储罐，则阀9转动到图9所示的292.5°位置。由于偏置阀上的排出口，泵的吸收接头7能够连接到装置的底部，并且泵的排出接头4可连接到朝着储罐的接头16。尽管阀上的吸入口在其操作时不是完全打开的，但是足够的区域可用来把液体从容器的底部抽出，并且注入到储罐，直到一个相配的传感器制动泵，并关闭储罐阀，然而，用偏心阀来代替对称阀是难以操作的，除非它对返回液体到储罐有便利的具体要求，但是最好还是使用一个对称阀。

随着重复的一系列短真空与图7位置上的阀9一起抽出，一个真空抽出循环能够执行，让真空泵开到它最大的真空状态，然后打开真空阀门并让真空作用在负载上，在关闭阀之前使其降到一致的程度，并在重复循环之前让它再恢复原状。

尽管所示出的利用液体来处理纱线卷装的系统是一垂直排列的系统，它只是一个最佳系统的一个实施例，但也有可能包括水排列的一些的其它构形。

Claims (4)

1．一种利用液体处理纱线卷装的系统，包括一个处理容器、一个与处理容器成整体的换向阀壳、一个低压泵和一个大流量截面管道系统，所述管道系统连接所述泵和换向阀壳而形成一个液体单向流动回路，其特征在于：所述换向阀是隔板型换向阀，此阀由一圆柱形壳体及一椭圆形隔板组成，倾斜的隔板被装配在壳体中间位置，在壳体上，有两个椭圆形的孔，隔板将流过所述两孔的液体分隔开来，其在调整范围的中间位置用作节流阀，当处理容器内的液体处于静止或以减小的流量流过纱线时形成一种“截止阀”状态，在该状态中可为辅助转换提供泵的全压力，从而在主循环系统中无需设置大的截流阀。

2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于：从负载到泵的吸口接头形成一个无限制的通路，使其流量面积决不小于泵吸口接头的面积，从泵的排出口接头到负载形成一个无限制的通路，使其流量面积决不小于泵的排出口接头处的面积。

3．根据权利要求1所述的系统，其特征在于：通过负载的流动方向能以下述方式转换：排出口面积通过在任何一个方向上转动阀而逐渐减小到零，口部为这样安排，以致吸口面积在整个时间保持比排出口面积大，因此染色机在任何这样节流条件下而连续地操作，而对泵没有损害或是没有任何其它来自气蚀的不良影响。

4．根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于：泵的出口和泵的吸口接头通过进一步转动阀门被关闭在“不流”位置，以致通过外部接头使泵可得到辅助的填充和倒空的功能，从而在主循环系统中无需大的截流阀。

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