技术 ▎关于脉聚紧密纺技术特征与应用效应的再探析
近年来，由于实体经济的萎缩和供给端价格上涨，纺织行业面临的压力陡增，在这种经济形势多变，企业内部生产成本持续上升的情况下，纺纱技术的发展和创新变得尤为重要。
3月24—26日，由中国纱线网主办的“兰翔杯”2017＇全国纺纱技术创新研讨会在山东德州成功举办，会上，不少知名企业发表了对于纺织领域新技术、新装备、新材料的看法，内容非常精彩。中国纱线网将这些精彩报告分享出来，希望对广大纺织企业提供借鉴和指导意义。
无锡万宝纺织机电有限公司于2016年推出了新产品脉聚紧密纺，同年7月通过了中国纺织机械协会组织的新产品鉴定，技术水平达到国际领先。由于该紧密纺装置构思独特、设计巧妙，应用效应突出，因此产品进入宣传和市场后得到了业内人士的热切关注，各种咨询和探讨不断，中国纱线网也汇集了不少网友的问题和疑问，在这个基础上，本文对脉聚紧密纺的技术特征与应用效应进行再次探析。
脉聚紧密纺的全称是“脉动集聚联轴驱动紧密纺纱装置”，其创新点主要由脉动集聚和联轴驱动两个可以独立实施的部分组成。
1 、脉动集聚
脉动集聚集合了三项可独立应用的技术结构，分别是集聚槽分段设置、网格圈减摩擦结构和网格圈自清洁结构。
1.1 集聚槽分段设置
脉动集聚的实质是对聚集区内的集聚槽设置了分段集聚，在确保聚集区长度或者说总体集聚时间不变的情况下，集聚槽口做了分段屏蔽。其典型应用是集聚槽口三分段设置，即集聚槽中段屏蔽了三分之一，在保持集聚槽处流速不变的情况下，使单锭和整机气流流量减少了约三分之一。
脉聚紧密纺技术发明总体构思中提出了多种设置形式的分段集聚槽口，这就使得集聚区内须条运动途径上或者说整个集聚区长度内集聚负压能量的分布有几种不同的选择，三分段只是其中一种典型的应用。由于集聚过程负压能量的分布是不均匀和脉动的，所以才会产生所谓的“脉动集聚”效应。
须条进入集聚区后，与后续的集聚相比，初始集聚阶段给予了较大的集聚负压能量。众所周知，负压集聚紧密纺已经是非常成熟的环锭纺附加纺纱工艺技术，其有多种集聚形式与结构的产品，在采用负压管-网格圈集聚方式的三罗拉和四罗拉紧密纺装置中，集聚槽口也有不同的设置方式，以获得设计者所期望的集聚效应。
但是不管是三罗拉还是四罗拉紧密纺、单纱集聚还是赛络集聚，集聚槽都采用从负压集聚区上游到下游一条槽贯通式吸气槽型式。一般只在上下游位置作形态和宽度的改变，特别是上游进入处的形态改变，或者对槽体轴线与纱线行进方向的夹角作改变。
在集聚区进行连续集聚，是期望对须条轴体产生持续的径向压缩力，从而达到理想的集聚效果和纺纱质量。连续集聚方式使集聚纺纱装置消耗的气流流量大，用于负压气流的功耗大，即增加了集聚纺纱的运行成本。
脉聚紧密纺的设计者秉持着让纺纱用户“更有效益地纺纱”的理念，大胆提出将全程集聚改为间断集聚、将持续集聚改为脉动集聚的思路和结构，产生了大幅度节省集聚能耗的纺纱效应。
对于分段集聚节能效应的评估，对同一类型的风机和负压系统，在相同使用条件情况下，为了简化讨论和计算，一般都采用相似率计算公式推算参数间的对应变化。
在紧密纺系统的流场中，总流量是所有锭位进气量的总和，由于每锭集聚槽面积减少三分之一，在保持集聚槽处流速不变的情况下，系统的流量也就降低了约三分之一（Q=AV）。
通过缩小进气口面积来控制流场中的流量是惯用的工艺方法。相似率计算公式中流量和转速成线性关系式Q1/Q2=n1/n2，及功率与转速成立方关系式N1/N2=(n1/n2)3。（上述式中：Q-流量，A-进气截面积，V-流速，n-转速，N-功率）
在原有的集聚系统中，减小集聚槽口面积三分之一后，使负压流量显著减小，风机功率略有降低和负压略有加大，这其实就是节能的关键所在。流量、功率和负压三个参数就是按照设计者期望的方向变化的，流量减小和负压增大为风机转速的降低提供了空间，风机转速的降低大幅度节省了能耗。
这里已经很清楚集聚槽口面积减少三分之一，所显现的节能效应。其实脉聚纺正是因为进气口截面积的减小，导致了需求流量的减小，再通过降低风机转速使在集聚负压不变的情况下实现节能的。
实践已经证明，通过风机、风机电机的系统性优化，是完全可以达到或接近理论计算（功率是转速的立方关系N1/N2=(n1/n2)3的相似率计算公式）的功耗节省。
同时对于同一个负压管道系统，原先的管道是按照大流量设计的，现在由于流量大幅降低，气流在管道系统的阻力损耗也得到了大幅度降低。
值得重申的是，脉聚纺的应用不仅大幅度降低了每锭和整机的集聚能耗，同时也大幅度降低了整个车间的交换气流排量，大幅节省了空调能源的运行成本，这也是另一个不可忽视的节能项目。这个交换气流排量不仅是简单的空气流量，更是包含了干、湿与冷、热能量交换的空气流量！
也有一些担心的问题是，随着集聚流量的明显减小，是不是会导致集聚能力下降，对成纱质量有不利影响。其实这个问题才是脉动集聚能否应用的关键所在。由于脉动集聚结构在须条进入集聚区初始集聚阶段和须条离开集聚区的最终集聚阶段，都保证了集聚须条中纤维足够的负压能量（图1），因此通过理论研究和高速摄像分析，以及纱线测试，都证明脉聚紧密纺在节能的同时并不影响集聚品质，当然用户的反映是最好的实践检验。
图1脉聚紧密纺集聚区动态须条
脉聚紧密纺结构的节能效应可以应用在三罗拉、四罗拉紧密纺装置及单纱和赛络紧密纺装置上。
1.2 网格圈减摩擦结构
对于负压管网格圈形式的负压气流式紧密纺装置而言，网格圈的使用寿命是一个影响生产运行和管理的关键因素，网格圈与负压管两者的摩擦是在负压气流正压力作用下的滑动摩擦，长期的相对滑动使网格圈与吸管产生相互磨损，网格圈的磨损使其成为必须短周期频繁更换的低寿命易损件。
由于脉聚纺集聚区中段的集聚槽具有一段中断，为负压管在表面设置一个下凹平台提供了可能，使网格圈和负压管之间产生了一定的空隙，大大减少了网格圈与负压管的摩擦接触面积。
图2是一个已经磨损的负压管，可以通过负压管磨损的情况了解到网格圈与哪些区域负压管发生磨损。
图2 网格圈与负压管发生磨损的区域
事实上在负压管与网格圈接触的区域，两者是都有磨损的，网格圈与负压管的正压力，除了网格圈张紧器的张力和阻捻上罗拉的驱动张力外，还有在带须条情况下负压对网格圈和须条的吸力。脉聚纺分段集聚一方面减少了约三分之一对网格圈正压力作用的负压流量，另一方面下凹的平台也减少了网格圈与负压管的摩擦接触，甚至于还同时减少了网格圈的回转阻力。
必须指出，柔性体网格圈与负压管之间的运动阻力，并不是简单地按照“摩擦力=正压力×摩擦因素”这个经典摩擦力计算公式来计算的，柔性体与刚性体、柔性体与柔性体之间的摩擦力，还与摩擦包围弧度和弧长的大小相关的。
顺便指出，经过几年到十多年不等时间的使用，一大批早期的紧密纺负压管发生了明显的磨损现象，进一步的使用会因网格圈运行不稳定而影响集聚品质及网格圈容易磨损影响使用寿命的问题，不管是现有三罗拉还是四罗拉紧密纺的负压管，都可以更换为脉动集聚结构，实现产品更新升级，由于大幅度的节能效应，更新投入成本的回收期很短，性价比很高。
1.3 网格圈自清洁结构
在负压管-网格圈形式的负压气流式紧密纺装置中，网格圈是柔性织物，长时间运行在纺纱环境中，短纤维和尘杂会在气流的影响下积聚在网格圈的反面（非集聚工作面），并跟随网格圈运转，使网格圈局部堵塞而严重影响集聚效果，所以必须要定期进行清洗。
利用负压源对网格圈进行自清洁是一项现有技术，也是紧密纺装置的一个可选项。有多种在负压管上设置自清洁气流孔的专利技术方案（见图3-图5）。普通紧密纺的自清洁气流孔一般设置在负压管与网格圈紧密接触的部位，相对气流耗量大，自清洁效率低、效果差。
图3 自清洁气流孔专利一
图4 自清洁气流孔专利二
图5 自清洁气流孔专利三
对于网格圈自清洁功能的实现确实是以消耗一定的负压能量为代价的，在负压能耗与品质稳定及网格圈人工清洁周期、成本之间取得“得失”平衡。
由于脉聚纺的自清洁结构设置在集聚槽中断处下凹平台与下游集聚槽交界处，巧妙地将自清洁孔与下游集聚槽合二为一，自清洁气流是作用在网格圈与负压管有间隙的部位，相对自清洁效率高、效果好。并且是在脉动集聚大幅度节能基础上的一项拓展应用，因此深受用户欢迎。
对一个产品的设计要进行综合性价比的考量，有时还得兼顾潜在效益，比如产品品质的稳定性。
万宝公司也同时推出了不带自清洁功能的脉聚纺集聚槽口（图6），供用户在清洁条件较好的品种上选用，节能效果更胜一筹。
图6不带自清洁功能的脉聚纺
2 、联轴驱动
脉聚紧密纺纱装置的联轴驱动结构，是为降低投资与运行成本、稳定驱动而设计的，特别适用于不方便、不愿意更换前罗拉的机台。为了适于不更换前罗拉的需求，国内外已经有三种集聚罗拉的驱动方式被公开，其中国内的两种有少量应用，国外意大利马佐里的一种公开不久。
作为第四种不更换前罗拉的集聚罗拉驱动结构，联轴驱动结构巧妙地应用了类似于十字联轴节的耦合驱动方式。十字联轴节耦合驱动方式是允许主动端和被动端存在有一定的偏心，但并不等于故意设置偏心。两节集聚罗拉的接头是放置在一个罗拉座里面的，两者不存在超公差的配合，因而驱动中运行非常平稳。
十字联轴节虽然是一种有间隙和间隙累积的耦合，但作为一种单向和轻载荷的驱动结构，这种累积间隙在安装和启动后即被消除，而且由于取消了每节集聚罗拉上传动齿轮，消除了齿轮驱动的径向力，使得集聚罗拉运行更加平稳。
作为一项纯机械设计，万宝公司不仅作了大量机械试验与测试，而且已经经历了多家客户一年多时间的纺纱试验和应用，证明这种耦合是可靠的，对改善集聚品质是有利的。
需要说明的是，脉聚紧密纺的联轴耦合驱动结构与现有技术在操作便利性方面最大的区别是，联轴耦合驱动的集聚罗拉在运转中发生问题时，不能随意取下某节罗拉，而必须在停车后才能对集聚罗拉脱卸，进行操作处理。
3 、结语
脉聚紧密纺的节能降本效应已经被应用实践所证实，作为一项新产品其仍有完善和进步的空间，期望行业同仁为用好该产品提供建设性的意见和建议。当然由于脉聚紧密纺更深一步的技术测试方法、数据及计算等或许会涉及商业竞争，如有必要的话可以在小范围内进行深入的交流探讨。（无锡万宝纺织机电有限公司 倪远）
原创文章，转载请注明中国纱线网