二手梳棉机气流的研究

二手梳棉机气流的研究

时间:2018-10-08 分享到:

二手梳棉机气流的研究

  1 问题的提出

 
  二手梳棉机内部各辊筒在高速旋转梳理过程中形成了一个完整的空气动力系统,刺辊、锡林、道夫等主要辊筒表面锯齿通过高速旋转运动对纤维进行梳理,同时也带动其周围空气和纤维形成高速混合气流。
 
  这些气流经二手梳棉机内的通道和梳理区,在一些区域形成湍流,导致二手梳棉机内气流压力和速度场呈梯度分布,对各主要滚筒的梳理作用都产生一定影响。梳理过程中气流运动规律一直是梳理研究的一个重点。为便于归纳和分析,本文将二手梳棉机按其结构分为刺辊部分、锡林与盖板、 前后罩板、棉网清洁器、锡林与道夫等5个区域,分别对气流研究进行论述。
 

  2 二手梳棉机气流分析

 

  2.1 刺辊部分

 
  刺辊部分包括刺辊和锡林之间部分。在刺辊气流研究中,张文赓分析了刺辊除尘刀及小漏底附近气流情况。纪书华等用微压计测量刺辊小漏底内部压力,研究各种工艺条件与漏底压力、落棉与生条质量关系,提出适当控制小漏底出口隔距可发挥其除短绒和杂质的作用。
 
  沈天飞用微压计测量刺辊罩上多点位置的静压力,并用热球风速仪、灯及烟等技术手段来测量和观察气流速度和流向等。费青用热线风速仪和微压计测量刺辊和锡林后罩板处的气流速度和静压力,分析了刺辊和锡林周围部分位置气流的压力分布规律及对生条质量影响,讨论了刺辊吸风低压罩的作用及其对二手梳棉机后部工艺调整的影响。
 
  张耀祖提出刺辊部分的开松除杂作用与其气流运动状况有着密切 的内在联系,采用降低刺辊罩壳内气压,可在一定程度上改善刺辊部分的除杂效率。
 
  近年来,Lawrence等在研究刺辊和锡林之间的纤维转移问题时,提出作用在纤维上的力可能是一种无法控制的牵引力,这种力可能导致纤维转移的不规则。此后Lee等提出了单纤维在气流中的运动模型,研究了二手梳棉机各梳理滚筒表面之间纤维的转移机理,认为在刺辊与锡林之间的纤维转移为强转移,并采用高速摄像方法进行了验证。
 

  2.2 锡林与盖板之间

 
  Feil提出在锡林~盖板区域存在比较严重的空气湍流。此外,巴普洛夫用高灵敏度电子气压计测量了锡林和盖板间的气流压力分布,并给出二手梳棉机盖板气流的压力分布示意图,认为在盖板入口(即前6块罩板)处存在气流的正压力,使气流从锡林向盖板处流动;随后全部盖板具有一定的负压力,造成气流经盖板向锡林流动。张文赓研究也得出同样的结论,即在盖板部分形成负压,使气流通过锡林向盖板流动。此外,细川等用高速摄影方法研究了锡林气流对单纤维的作用力,认为单纤维因气流作用而受到的张力大约为0.0147N~0.0294N。
 

  2.3 锡林前后罩板

 
  张文赓、费青等都对后罩板处气流压力分布进行了测量,其结果表明后罩板处的压力分布呈抛物线形状。HAN Xianguo等用CFD方法在Fluent软件上研究了锡林后罩板气流运动情况,发现其表面上的压力分布呈波动现象。
 
  于文瑜分析了前上罩板对锡林上气流运动的影响,认为罩板隔距对锡林表面气流速度影响不大,在罩板处气流的作用下长纤维可较快地经罩板口进入其内部,便于锡林的梳理和抓取。
 
  张文赓对前罩板处的气流进行了较全面的分析,认为前上罩板上口处及整个前上罩板内均为负压。当上口隔距减小而下口隔距不变时,因负压加大,易使更多纤维进入前上罩板内。当前下罩板内气压增加时,易产生湍流,因而不利于纤维转移。
 
  巴普洛夫也得出相同的结论。因当时二手梳棉机无棉网清洁器,因而没有学者对前罩板加装棉网清洁器的气流规律进行分析。
 

  2.4棉网清洁器

 
  棉网清洁器对二手梳棉机短绒和杂质去除有重要的作用,已成为当前二手梳棉机必不可少的一个组成部分,因此,棉网清洁器对梳理过程的影响已经成为当前二手梳棉机研究的重点问题之一。但关于棉网清洁器气流运动对梳理过程影响的研究还不多,相关研究也都以定性研究为主。
 
  张喜昌等对前罩板加装棉网清洁器的气流作用进行了定性分析,提出采用棉网清洁器可以降低前罩板处的气压,减少湍流产生,有利于纤维从锡林向道夫转移,同时棉网清洁器的气流还可以起到协助纤维伸直的作用。
 
  孙鹏子等采用常规试验方法研究了二手梳棉机锡林后罩板处的棉网清洁器风量大小对生条质量的影响,结果表明:棉网清洁器风量过大或过小均不利于生条质量的改善,风量以180m3/h~240m3/h较为适宜。邵敬党就二手梳棉机加装棉网清洁器对气流运动的影响进行了定性的理论分析,指出加装棉网清洁器有助于后罩板气压降低,对提高生条的质量有利。
 

  2.5 锡林和道夫之间

 
  沈天飞从气流运动角度分析了道夫上三角区纱疵形成机理和消除纱疵的方法。Lauber等用高速摄影和激光多普勒测速仪研究梳理过程中纤维运动情况,给出了锡林和道夫之间纤维与气流的运动速度及方向。Jehle研究了用粒子图像测速仪(PIV)测量二手梳棉机在生产条件下锡林和道夫隔距点下楔形区的气流运动状态,给出了该区域气流速度分布图像。Dehghani等用高速摄像来拍摄烟雾运动轨迹,并对所拍摄的相关图片进行了处理,发现在锡林~道夫隔距点以下区域出现湍流。
 
  近年来,计算机技术发展和流体动力学有限元软件的开发和应用,使得定量分析二手梳棉机气流运动成为可能。Mahlmann等引用粒子图像测速仪(PIV)在锡林~道夫间距为0.381mm和罩板隔距为3.5mm时,测量该区域空气和纤维构成混合气流的运动情况。并用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)数值计算方法,分析锡林和道夫之间纤维转移区隔距点下方区域的空气和纤维混合气流的运动状态,以定量形式给出了此处气流运动规律。
 
  Lee等建立了单纤维在气流中的运动模型,认为锡林和道夫间纤维的转移为弱转移,并用高速摄像方法来加以验证。
 

  3 总结与展望

 
  从上述二手梳棉机气流研究进展可以看出:
 
  (1)以往国内外研究二手梳棉机气流的重点是刺辊处的气流,而对于锡林与盖板间、锡林与道夫间气流研究则相对较少。这是因为刺辊处气流对开松和除杂均有重要的影响,另外,刺辊处空间较大,测定气流运动较容易。目前研究以锡林与道夫间气流运动规律为多。这是因为锡林与道夫气流对纤维转移影响的机理仍不清楚,而非接触测量技术发展使准确测量道夫处气流成为可能。
 
  (2)早期研究二手梳棉机气流通常采用热线风速仪和微压计等接触式测量方法(其中也包括高速摄影方法,但当时的高速摄影与现在的高速摄像技术相差较多)测量气流速度和压力。近年来,激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪、高速摄影等非接触式测量方法开始应用于气流速度的测量。
 
  (3)早期研究以定性为主,定量研究比较少,尚未见到过用完整的空气动力学模型分析与描述二手梳棉机流场中气流变化规律的报道。
 
  (4)关于二手梳棉机气流的全面研究也比较少,只有张文赓、Kamogawa、细川、巴甫洛夫等进行过此方面的研究与探讨,但上述较全面的研究也主要是以定性的方式分析了二手梳棉机各处气流的运动情况。
 
  (5)流体分析中所建立的纤维模型也只停留在单纤维模型上,缺少对气流中纤维束运动规律的分析与研究。
 
  (6)关于锡林与盖板间气流运动规律的研究还不多见,在锡林与盖板间的气流对梳理和除杂的影响方面还缺乏定性和定量的研究。
 
  (7)对棉网清洁器气流运动规律的研究也不多。其原因可能是由于棉网清洁器的使用时间相对较短,在二手梳棉机上广泛采用只有近10年时间;棉网清洁器中除尘刀隔距较小(0.18mm~0.75mm),要想直接测量该处气流运动比较困难。
 
  (8)二手梳棉机生产过程中会导致生条温度上升,进而影响到生条温度变化。关于气流对二手梳棉机内部温度变化影响的研究还较为少见,有待今后进一步研。
 
  (9)本文就二手梳棉机气流研究现状和发展动态进行综合论述,指出以往二手梳棉机气流研究的不足,对今后二手梳棉机气流研究提出展望。现代非接触测量技术,如激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪和高速摄像机及红外温度测量仪等,可以准确地测量出二手梳棉机气流的运动状态与温度,用梳理理论、空气动力学与等相关专业知识,在上述准确测量的基础上,可以建立刺辊、锡林与盖板、前后罩板、棉网清 洁器、锡林与道夫气流运动变化与温度变化的数学模型,并用于指导二手梳棉机的设计与生产。
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