（机械设计及理论专业论文）双气流通道接力引纬系统的设计与研究.pdf

y6 4 8 6 1 2 西安工程科技学院硕士学位论文 摘要 目 前， 平绒织物的织造以采用单梭口 双层织造法的居多， 所用的织造设备多为五、 六十年代的有梭织机改造而成。 存在机物料消耗大， 生产率低， 噪声高和品 种单调等 缺陷。 本文利用己经成熟的喷气织机的气流接力引纬技术，结合平绒织物的织造特点， 参考了国内 外平绒织机应用现状和改造研究的成果，提出 利用 “ 主喷嘴+ 辅助喷嘴+ 双气流通道异形箱” 接力引纬的方式， 采用双梭口 双层织造法来织制平绒， 结合织造 工艺、 流体力学、 管道片设计和气流控制等相关理论和技术， 开发设计出了一套新型 的气流接力引纬系统， 对组成引纬系统的各器件及装置， 根据其结构特征进行了设计 或 优选， 对引 纬 工艺 参 数 进行了 合理配置， 并 设 计了 测 试实 验台 对该 系 统 进 行了 初步 钡 7 试和分析。 该引纬系统在织造工艺上是一个重大突破， 具有阔幅优质，自 动化程度高， 噪声 小， 生产率高和品种适应性强等优点。 不仅可以为平绒织机提供一种新机型， 还为我 国 有梭 织机昨 改 造 提供了 宝贵 经 验。 关键词。 、 平 绒 职 物 ; 双 层 织 造 法 ; 接 力 引 纬 ; 双 气 流 通 道 ; 气 流 测 试 西安工程科技学院硕士学位论文 a n l y s i s a n d i n v e s t i g a t i o n a b o u t a i r - j e t w e f t i n s e r t i o n s y s t e m w i t h t w o a i r f l o w t u n n e l s ab s t r a c t n o w , t h e w e a v i n g m e t h o d o f d o u b l e l a m i n a r s f a b r i c t h a t s i n g l e s h e d e v e r y r e v o l u t i o n h a s a l w a y s b e e n w i d e l y a d o p t e d i n w e a v i n g v e l v e t e e n . t h e s e o l d w e a v i n g e q u i p m e n t s h a v e l o t s o f d e f e c t s , f o r e x a m p l e , l o s i n g m o t i v e p o w e r , l o w e r p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y , h i g h n o i s e a n d s o o n . i n t h i s p a p e r , t h r o u g h m a k i n g u s e o f t h e a i r - j e t r e l a y w e f t i n s e r t i o n o f a i r - j e t l o o m s , i n t h e l i g h t o f v e l v e t e e n p r o d u c t i o n p r a c t i c e , a n d l e a r n i n g t h e p r e s e n t a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n o f v e l v e t e e n l o o m s a n d s o m e r e f o r m i n t h e d o m e s t i c a n d i n t e r n a t i o n a l w e a v i n g d e p a r t m e n t , w e p u t f o r w a r d t o a n e w w e a v i n g v e l v e t e e n m e t h o d t h a t t w o 乡 e d s e v e r y r e v o l u t i o n , r e l a y w e f t i n s e r t i o n o f m a i n n o z z l e+a u x i l i a r y n o z z l e+m o d i f i e d r e e d w i t h t w o a i r - j e t f l o w t u n n e l s . s o t h e r e s e a r c h f o c u s o f t h i s p a p e r c e n t e r o n d e s i g n i n g t h e k i n d o f n e w a i r - j e t r e l a y w e f t i n s e r t i o n w i t h s o m e r e l a t e d t h e o r i e s a n d t e c h n i q u e . a l l t h e m a i n 爪c t o r s 9 f t h e w e f t i n s e r t i o n s y s t e m h a v e b e e n d e s i g n e d o r s e l e c t e d a c c o r d i n g , t o t h e i r o w n c o n s t r u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s , t h e w e f t i n s e r t i o n p a r a m e t e r c o n 命g u r a t i o n , a n d t h e p r i m a r y t e s t a n d a n l y s i s a b o u t t h e s y s t e m m e n t io n e d a b1 。 二 ha v e b e e n p r a c t i s e d b y s p e c ia l t e s t i n g i n s t r u m e n t s . t h e i n v e n t i o n 。 八 t h e w e f t i n s e r t i o n s y s t e m i s a g r e a t i m p r o v e i n w e a v i n g p r o c e s s , w h i c h h a s a d v a n t a g e s o f l o n g r e e d w i d t h , s m a l l n o i s e , h i g h a u t o m o t i o n d e g r e e a n d h i g h p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y . t h i s p a p e r c a n p r o v i d e n o t o n l y a n e w l o o m s f o r w e a v i n g v e l v e t e e n , b u t a l s o t h e p r e c i o u s e x p e r i e n c e f o r t h e r e f o r m i n g o f s h u t t l e l o o m s i n o u r c o u n t r y . p o s t g r a d u a t e s t u d e n t : d u y a n - w e i ( m e c h a n i c a l d e s i g n t w o a i r - j e t f l o w t u n n e l s ; t h e w e a v i n g m e t h o d o f d o u b l e l a m i n a r s f a b r i c ; r e l a y w e f t i n s e r t i o n ; a i r f l o w t e s t 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 . 1课题应用背景 平绒织物是一种起毛织物，属于棉织物中较高档的产品。 的表面均匀被覆盖着耸立的绒毛，绒毛高度一般约 1 . 2 m 。左右 整的绒面，所以称为平绒。平绒织物主要有下列特点川: 这种织物 形 成平 ( 1 )由于这类织物的表面是借纤维断面与外界摩擦，因此耐磨性能 较之一般织物要高 4 - 5 倍。 ( 2) 良的弹性 ， 这种织物表面密布着耸立的绒毛，具有柔软的手感和优 织物不易起皱。 ( 3 ) 织物表面绒毛丰满平整 ， 对光线 的反射作用强， 有柔和的光泽 。 ( 4 )布身较厚实，并借表面的绒毛形成空气层，因而保暖性好。 由于平绒织物具有以上特点，所以很受人们喜爱，在生活和工业方 面有广泛 的应用 。如今平绒类织物 已在纺织产品中占有一定的位 置，并 已达到较高的质量水平，畅销 国内外 。 1 . 1 . 1平绒织物组织 2.1 【 ， ， 平绒织物按其绒毛形成方法的不同，可分为纬起毛平绒和经起毛平 绒 。 目前 ，国 内生产 的平绒织物绝大 多数是经平绒 。经平绒织物是 由分 别卷绕在两个织轴 上的的两 组经 纱 ( 即地经 与绒经 )与一组纬纱 ，用双 层组织的织造方法织制而成。织造时，地经纱分别形成上下层组织的梭 口，纬纱依次引入进行交织后，形成了两层地布，而绒经则位于两层地 布之间， 并根据一定的绒毛高度的要求与上下层地布同时交织， 如图 1 - 1 所示。织成的这种双层组织的织物，下机以后 ( 或直接在织机上)将连 接上下层地布的绒经割断，便成为两层独立的起毛织物。双层组织织造 法织制经平绒织物，根据其开口和投纬方法不同，分为单梭 口织造法和 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 1 1 课题应用背景 第一章绪论 平绒织物是一种起毛织物，属于棉织物中较高档的产品。这种织物 的表面均匀被覆盖着耸立的绒毛，绒毛高度一般约1 2 m m 左右，形成平 整的绒面，所以称为平绒。平绒织物主要有下列特点： ( 1 ) 由于这类织物的表面是借纤维断面与外界摩擦，因此耐磨性能 较之一般织物要高4 5 倍。 ( 2 )这种织物表厩密布着耸立的绒毛，具有柔软的手感和优 良的弹性，织物不易起皱。 ( 3 ) 织物表面绒毛丰满平整，对光线的反射作用强，有柔和的光泽。 ( 4 ) 布身较厚实，并借表面的绒毛形成空气层，因而保暖性好。 由于平绒织物具有以上特点，所以很受人们喜爱，在生活和工业方 面有广泛的应用。如今平绒类织物已在纺织产品中占有定的位置，并 已达到较高的质量水平，畅销国内外。 1 1 1 平绒织物组织2 1 3 1 平绒织物按其绒毛形成方法的不同，可分为纬起毛平绒和经起毛平 绒。目前，国内生产的平绒织物绝大多数是经平绒。经平绒织物是由分 别卷绕在两个织轴上的的两组经纱( 即地经与绒经) 与一组纬纱，用双 层组织的织造方法织制而成。织造时。地经纱分别形成上下层组织的梭 口，纬纱依次引入进行交织后，形成了两层地布，而绒经则位于两层地 布之间，并根据一定的绒毛高度的要求与上下层地布同时交织，如图l 一 1 所示。织成的这种双层组织的织物，下机以后( 或直接在织机上) 将连 接上下层地布的绒经割断，便成为两层独立的起毛织物。双层组织织造 法织制经平绒织物，根据其开口和投纬方法不同，分为单梭口织造法和 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 双梭口织造法两种。前者是织机主轴每一回转形成一个梭口，投入一根 纬纱，后者是织机主轴每一回转同时形成两个梭口，每个梭口中各引入 一根纬纱。由于经平绒的形成原理与一般织物相比存在着较大差别，因 此织造设备与工艺便具有其独特性。 1 1 2 现有织造设备 图1 1 平绒织物组织图 目前，我国现有各种型号的平绒织机近5 0 0 0 台，其中绝大多数为盔 ，” 羞筹年代的有梭织机改装而成的，有以下5 种型式： 1 5 1 1 m ( 4 4 i n ) ，15 1 5 ( 5 6in ) 型织机改装成的双层单梭口棉织型织 机( 短机身) 由1 5 1 1 m ( 4 4i n ) ，1 5 15 ( 5 6i n ) 织机改装成的双层单梭口丝织机 ( 长机身) 1 5 i5 ( 5 6in ) 型织机改装成的双层单梭口磁控引纬棉织型织机( 短 机身) ”1 由普通棉织机改造成的双层双梭口剑杆织机 双喷管双梭口管道片方式喷气式平绒织机 在实际生产中，以采用单梭口双层织造法( ) 的居多。单梭口 双层织造法织制平绒织物，在原来有梭织机上设置了双层织制的开口机 构、加边装置、双织轴装置、绒经和地经各自的送经机构“、连续式 卷取机构等。为了减少经纱伸长，降低地经断头，力求绒经张力均匀 和有利于织物质量的改善，对于织机的一些有关机构参数和吊综方面， 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 也采取了一定的措施，以保证织造过程能顺利进行。但是，这些 5 0 , 6 0 年代的有梭织机，设备简陋，技术落后，存在机料消耗大，运转操作困 难，生产率较低，噪声高，品种单调、织物质量差等缺陷。 双层双梭口织机 ( )织造时， 织机主轴每一回转同时形成两个梭 口。采用这种织造方法，能使经平绒织物的生产率大大提高，也可以减 少经纱的磨擦和伸长，降低经纱断头，使绒经张力均匀。又由于它的开 口形式是混合式梭 口，即上层地经采用上开口式梭口，下层地经采用下 开口式梭口，而绒经则采用中开口式梭口，大大有利于织物质量的改善。 国外开发的新型平绒织机为双梭口剑杆织机， 如德国g u s k e n 剑杆织机t 引 ， 这种织机技术相对先进，生产率也高，但其价格昂贵，大约 1 0 - 2 0万美 元/ 台，不可能大量引进，目前国内只引进了十余台;采用喷气双梭口双 层织造法织机时，由于是主喷嘴加管道片方式引纬，管道片的结构限制 了经密的增加 ，难 以织制经密高 的平 绒织物 ，经纱断头率也高 ;又因为 只有主喷嘴 ，引纬过程中没有气流补充，难以增加幅宽，只能织较窄的 织物 。 1 . 1 . 3 现状分析 以上情况表明，现有的平绒织机难以适应当今竞争 日益激烈的国际 市场，成为我国平绒行业技术进步、增强国际竞争力的极大障碍，迫切 需要进行技术改造。但是平绒织机在织机总数 ( 约 1 0 4万台 s )中所占 的比例极小，市场有限，所以大多数织机生产厂家一般不愿投入大量的 财力和物力来开发新型平绒织机;而平绒织物生产厂家大部分为中小型 企业，技术力量单薄，难以自行开发设计;国外的新机型由于价格远远 超过国内平绒厂的承受能力，又不可能大量引进。平绒织物生产厂家急 需科研院所开发研制出一种适合我国国情的、成本低、自动化程度高、 噪声小、生产率高、品种适应性强的具有新型引纬方式的平绒织机。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 1 . 2喷气引纬发展现状 刚体 引纬 的局 限性 表现在 引纬时加速引纬构件 的质 量是纬纱质量的 几万倍，使引纬速度的发展受到限制。气流引纬时加速流体的质量很小 ( 一次喷射气流在 2 g左右) ，能很快把气流加速到很高速度。引纬的可 靠性 、适应性虽不如刚体引纬，但 由于各种微电子控制装置的应用，能 准确而有效地控制流体，用流体积极控制纬纱飞行己成为现实。近年来， 自动对织 口 ( a p f ) 、 自动处理断纬 ( a p r ) . i键盘 ( 人工智能键盘 ) 、四 色 、六色 自由换纬 、超起 动 电机 、引纬第一纬处理 、磁 卡记忆系统等用 于生产，更使喷气织机发展到新的阶段 。 ， 。 目前有三种气流引纬机构应用于生产 。 ( 1 )主、辅喷嘴接力喷射，用异形箱引导气流和纬纱 此类 引纬机构基 于 自由圆射 流 的喷射结构和轴心速度 的变化规律 ， 将主喷嘴喷射的气流与间距不大的多个辅喷嘴喷射的气流互相接应，并 由异形拓的箱槽限制气流的扩散，形成一条速度高、流程宽的高速流场。 纬纱在 高速气流牵 引下 ，从主喷嘴 中射 出，飞越梭 口，完成 引纬任务。 此 种引纬机构的特 点是可用 曲柄连杆打纬 ，速 度高 ，动 力消耗小， 打纬点低，可织制高密厚重织物。由于纬纱被限制在i fi槽内飞行，减低 了纬 纱 被经 纱 阻挡 的可 能 性 ，可 允许 上下经 纱 层张 力不等 ，有利 于改善 织物 风格 。箱槽前面 露裸 ，有利 于对纬纱飞行状态用频 闪仪进行检测 ， 便于精确设计和调整引纬工艺参数。但此种引纬方式的耗气量较多，购 置钢箱 的费用高，因而 改变 品种的投 资较大。 ( 2 )单喷嘴喷射气流，用管道片引导气流和纬纱，用普通箱打纬 由许多薄管道片组合成与躺幅一样宽的导纱管道，每页薄管道片为 设有中腔、上端开口的光滑薄片，装在钢箱的前面。薄片间的空隙供经 纱穿过和升降。 此种引纬机构的特 点是气流被管道片控制，构成有限空间射流，可 用大气量、远射程的单喷嘴引纬.因用普通钢箱打纬，改变品种时购置 钢箱的投资小，可应用于幅宽不大的织物。因管道片与经纱摩擦大，对 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 经纱和上浆要求较高。另外，此种引纬机构在打纬时，管道片须摆至织 口布面下方，打纬机构在打纬时需向下偏移，因而，管道片引纬机构的 高速适应性不如异形箱，仅应用于多品种、小批量生产。 ( 3 )主、辅喷嘴接力喷射引纬，用管道片引导气流和纬纱 此种引纬机构用管道片控制气流，并在一定间隔处装有辅助喷嘴接 力喷射气流。显然，这种引纬方式既有利减少气流扩散，节约用气，又 可增加引纬长度。但由于管道片与经纱的摩擦及对纬纱飞行状态的观察 不便，限制了应用的广泛性和高速化。目前，一些特种高档织物和运转 速度不高的品种采用此类机构。 1 . 3课题的提出 通过以上对平绒织物工艺要求和喷气引纬技术现状的分析，我们提 出一种新型的适于织制平绒织物 的双层气流接力 引纬系统 ，与一般喷气 织机的不同之处就在于它是利用已经进入成熟阶段的喷气织机的多种气 流控制技术 ，并结合平绒织物 的织造特 点 以及 国内外平绒织机应用现状 和改造研究的初步成果，利用 “ 主喷嘴+ 辅助喷嘴+ 异形箱”双气流通道 接力的引纬方式，采用双梭口双层织造法来织制经平绒织物。该课题在 织造工艺上是一个重大突破 ，不仅可 以为 国内平绒行业的发展提供一条 可行之路，同时也可以进一步推广到其他织物的织造上，为我国近百万 台有梭织机的改造提供宝贵的经验，具有 良好的经济效益和社会效益。 本课题是 “ 新型平绒织机的开发与研究”中的一个子项 目。接力引 纬系统是喷气织机的关键部分，引纬系统的不断完善和创新，有望使平 绒喷气织机成为高速、高效、优质、阔幅、省力，自动化程度高、品种 适 应性 强 的织机 。 . 通过计算机检索和手工检索信息资料， 检索结果( 查新报告见附录 1 ) 显示:未发现和本课题研究内容相同的文献报道 ， 一 的 。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 1 . 4主要解决的问题 空气流动是一种普遍的流体现象，但要对空气进行精确的控制，则 涉及许多学科领域，如流体力学、机械学和微电子学等。喷气引纬机构 是机、电、气等技术在引纬工艺中的综合运用。 鉴于喷气引纬是一个非常复杂的过程，整个引纬系统的设计与实现 涉及多方面的工作，研究工作需要从设计、测试分析两个方面来进行， 所以本文在明确了织造工艺的基础上，着重于设计主喷嘴、异型钢箱、 辅助喷嘴的结构和工艺参数，并使用模拟喷气引纬试验台对所设计的系 统进行了测试和验证。本课题解决的关键问题主要有以下儿点: ( 1 )双气流通道异形钢箱的设计与优选 ( 2 )主喷嘴结构参数确定 ( 3 )辅助喷嘴结构参数确定、喷射角、喷向角、间距、分组的确定 ( 4 )主、辅助喷嘴喷射时间的配合 ( 5 )喷气引纬气流测试实验台的组建 ( 6 )本引纬系统的性能测试与分析 ( 7 )耗气量的测试与分析 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第二章喷气引纬的理论基础 为了便于研究和理解喷气引纬的实质，先对喷气引纬所使用这种压 力较小、流量较大、流速较高且速度衰减很快 以及雷诺数较高的射流性 质进行概括的说明是非常必要的 ， 卜2 3 ， 。 2 . 1压缩空气的性质 空气可以压缩。在等温条件下，一定重量的气体体积与其压力成反 比 ，即 : p , v, =p 2 v2 式中:p t . v 。一一气体未被压缩前的压力和体积; p 2 , v :一一气体被压缩后的压力和体积。 压力指的是流体作用于容器壁上的力。工程上常用帕斯卡 ( p a )来 作为压力的量度单位 。但也有用压力计中液柱高度或大气压单位来表示 压力大小的，它们之间的关系为: p =h y , 式中:p 一一单位面积上所承受的压力 ( p a ) ; h 一一压力计中所用液体的液柱高度 ( m) ; y l 一一压力计中所用液体的重度 ( n l m 3 ) . 工程上表示压力的方法有三种: ( i )绝对压力 以绝对真空为基准的压力叫绝对压力。理论公式所表示的压力，一 般均为绝对压力 。 ( 2 )表压力 当绝对压力高于大气压力时，其所高出的数值就叫表压力，即: 表压力 二绝对压力一大气压力 一般压力计上所表示的数值均为表压力。可见，欲将表压力换算成 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 绝对压力时，只需要再加上 1 大气压 ( 1 0 1 . 3 2 5 k p a )即可: 绝对压力=表压力+大气压力 ( 3 )真空度 当绝对压力低于大气压力时， 其低于大气压力的数值就叫真空度( 即 负压 ) 。可见: 真空度=大气压力一绝对压力二负的表压力 真空计上的直接读数就是真空度 ( 负的表压力) 。 经过压缩的空气叫做压缩空气。显然，一定体积的空气经过压缩后， 其压力增加，体积减小，重度增加，温度升高。因此，压缩空气具有较 大的内能，并力图将其体积膨胀，以恢复到原来的状态。压缩空气一经 喷管向外喷出时，必然会因具有较大的内能而以较高的速度运动，这是 压缩空气最基本的性质。 2 . 2气体绝热状态变化的特点 气体由于受热或冷却以及作机械的压缩或膨胀而变更其状态时， 主要 有五种形式 ( 等温、等容、等压、绝热及多变状态变化) 。绝热状态变化 为气体状态变化 的一种 。 所谓绝热状态，就是说气体在此状态变化的过程中，既不向气体加 入热量，也不 自气体取出热量。换句话说，气体作绝热状态变化时，不 与其容器发生任何热交换现象。由此可知，气体作绝热压缩时，因与此 压缩功相当的热量不能外传而使气体温度升高;反之，气体作绝热膨胀 时，因不能从外界获得热量，故必须要消耗与此膨胀功所相当的热量而 使气体的温度下降。 对于不具有冷却装置的小型压气机来讲，它的工作过程近似于绝热 状态变化过程。气体的绝热状态方程为: p , v k = p z 、 一 常 数 即 pzp , 一 ( v k,ii l 匕少 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 z / / 仁 夕 / / /.少 / / 少 / 夕 / / /团团日 日 日 夕/ ! / 7日尸 日 /r / i门厂日 /r日口 日日 “ /尸口口 口 p , p _ 图 2 -1绝热压缩终了时温度表 所以气体经过绝热压缩后的压力 p : 为: p 2 = p , . 引 l 炸) 式中:p , v, p 2 一一分别表示压缩前后的气体压力 ( p a ) ; v 2 一一分别表示压缩前后的气体体积 ( m 3 ) ; k一一气体的绝热指数。 p 2 叫 做 压 缩 比 ， 它 与 压 缩 终 了 时 的 气 体 温 度 关 系 如 图2 - 1 所 示 。 由 p , 图中可以看出，压缩比越大时，气体的终了温度也越高。 2 . 3圆射流性质 压缩空气从圆形喷嘴射出叫做圆射流。它具有 “ 喷射成束”的特点。 由于喷出的射流与其周围静止的空气之间有着一定的速度梯度，所以靠 近边界上的射流脉动微团，便要与相邻的静止空气发生掺杂。结果是射 流将 自己的一部分动量传递给空气，使一部分原来静止的空气，被射流 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 带着向前运动( 此即为射流的卷吸作用) ; 同时使一部分原来静止的空气， 获得较低的速度并作垂直于射流轴线的缓慢运动 ( 此即为射流的扩散作 用) 。射流一边卷吸周围的空气，同时又一边扩散流动， 这一现象将要沿， 着射流的轴线方向一直继续进行下去。结果是射流的动量逐渐消失;速 度越来越低;射流锥的直径也越来越大。射流要扩散而使其速度急骤下 降 ( 衰减)的这一性质，在喷气引纬中必须给予十分重视。 图 2 -2为圆射流的结构图。图中 。为射流的极点。射流以 o x为对 称轴，并沿边界线 a e 和 b f 扩散成圆锥形。a , b为喷嘴出口处直径 d 。 的 两个端点， a为射流的扩散角。射流锥中，除 a b c叫射流的核心区外， 其余部分都叫混合区。研究指出，只有核心区内的流速分布才是均匀的 ( 数值也相等) 。由于混合区的存在和发展，使得核心区延长至 c点时即 消失。圆形喷嘴的扩散角a一般为 1 2 。- 1 5 0， 其核心区长度 s 。 为: d so =入 . - - 二 二 口 级点 图 2 -2圆射流结构图 式 中 :s 。 一一核心区长度 ( m m ) ; d o 一一喷嘴出口处直径 ( ;m n ) ; a 一一喷嘴紊流系数，圆形喷嘴的 a = 0 . 0 7 k 一一试验常数，圆射流 的 k为 0 . 3 3 5 0 将 a , k值代入上式，可得出圆射流的 s 。 与 d 。 关系式: 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 s o = 4 . 7 8 6 d o 在同一截面上，射流速度的分布规律是越接近于轴线位置的速度也 越大 。 在大气中， 射流轴心速度的变化规律如图 2 -3 所示。 由图中可看出， 轴心速度的变化很大:即在核心区以内为等速，超过 c点时气流速度就 要骤然衰减，而后才缓慢地下降。 在工程计算中，使用喷嘴出口断面的中心作为起始点较为方便。所 以用下式即可算出距喷嘴出口断面为 s处的断面中心流速 v ， 为: 0 . 9 7 vo =v 料 : v .- - m , 4 l q ugh n m fn ,l. j j( 叹， ; a 一一喷嘴紊流系数; s 一一断面 s 距喷嘴出口断面的距离 ( ) r o 一一 喷嘴出口处的半径 ( m m ) , 一 一 ， 州 川 . . . s 卜 ， 州 图 2 -3淹没射流速度衰减图 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 当喷嘴形状和出口速度一定时，射流的外边界就被确定下来，此时 射流便按着一定的扩散角向前作扩散运动。利用这一特性，就可求出圆 射流的直径沿射程变化的规律如下式所示: d = 6 . 8 ( a s +0 . 1 4 7 d . ) 式中:d 一一距喷嘴出口断面为 s处的射流断面直径 ( 二) ; d 。 一一喷嘴出口断面的直径 ( m m ) , 应 该注意 ，从 出 口断面 为矩 形的喷嘴 向外射 的扁射 流 ，它 的结构特 征和参数计算与圆射流不同的事实。特别是扁射流的形状是沿着垂直于 矩形喷嘴长边方向而逐渐扩大的特点，在喷气引纬工艺中，不应忽视。 2 . 4管流的性质 喷气引纬中，由气源到喷嘴出口，这段压缩空气的流动属于管流。 管流具有如下基本性质 。 2 . 4 . 1质量守恒 根据质量守恒定律 ，在稳定流动情况下，流经不同断面的质量应相 等。对于空气等可压缩气体来讲，质量守恒方程式为: a , v , y , = a 2 v s y z =c 式中:a , . a z 一一分别表示管流中的两个不同截面面积 ( m ) -, v 2 一一 分别表示流经 a - y z 一一分别表示流经 a - a 2 时流体的平均流速 ( m / s ) ; a ， 时流体的重度 ( n / m ) e vlr 上式指 出，管路截 面积不 同时，流经各断面 的流速也不相等 :即面 积小的截面，其平均流速反而大。 2 . 4 . 2能量方程 众所周知，气体是可以压缩的。理论上讲，在计算气体能量变化时， 应该考虑到气体由于压缩引起的气体密度变化而影响到气体能量的变化 量。但是这样会给工程计算带来麻烦。实际上由于气体的马赫数 m = o . 3 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 时 ( m = 竺 ，其中v 为气体流速;c 为当地音速) ，气体的密度相对变化还 不到 5 % 、 相对压力误差小于 2 . 2 5 % ; 所以工程上一般将 m 2 3 0 0 时 的 流 动 r e值越 大 ，流动就越紊 乱。由于在紊流 中流体质点之间互相掺混交换动 量，所以质点运动极为复杂，质点的运动速度大小和方向也都随时间而 改变。图 2 -4是用热线风速仪测得的管中 m点处的瞬时轴向速度图，由 图中可 以看 出: 1 . m点的瞬时速度的轴向分速度 v ，随时间作不规则的变化。 2 . 上述 变化在相 当的时间 内总是 围绕着其 “ 平均值 ”而 上下波动 。 这一性 能在紊流的压力场 中同样 也存在 。瞬 时速度 围绕其平均值而上下 波动的这种现象叫做脉动现象。 由于紊流中质点的速度是脉动变化的，所以为简便起见，在研究分 析紊流问题时， 就常采用其时均速度 ( 平均速度)石 来代替其脉动的瞬时 速 度 ，即 : 工 v d t 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 式中:v 一一时均速度 ( m / s ) : t 一 一 时 间间隔 ( 秒 ) 。 2 秒 iliiiiiiiiiiiii川 !1!111川 ilillllllll!iiiiiiiillll 图 2 -4时均速度 同时 ，紊流 中某点处的时均 ( 平均 )压力p 为: p = 1 t工 p d t 式中:p 一一时均压力 ( p a ) . 实践证明，气流引纬在其有效工作时段即定常流引纬纱时，管道中 紊流在相当长时间内所测得的v 值， 接近于定值。 因此， 又把这种紊流叫 做时均紊流。由于v 为定值， 所以时均紊流也是稳定流。 伯努里方程和欧 拉方程等也都适用于时均紊流 。 2 . 5 . 2湍流度 即使在稳定 的气流 中 中任 一区 间 的气 流速度 ， 也总是存在着微小的漩涡 实 际上是呈高频 的脉动状态 因此管流或流束 我 们把 流体 中任 一点的瞬时流速 v 和包括这一点在内的任一区间的平均流速， 之差， 即 ， = v - v 叫做脉动速度分量 ( 三维流动中的三个脉动速度分量分别为加,e v , d u 和 ，) 。为了说明气流的脉动情况大小，通常用湍流度e 来表示，即: 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 : _(w )2 式 中:一一脉动速度分量的均方根值 ( m i na 如果气流流经 良好的收缩管子，则其气流脉动速度的均方根值近似 不变 所以可由其进口截面上的湍流度e , v , 和 出口截面上的湍流度 _ 一ra v 了 。 乙2一1 寸 ; 一e , 式中收 缩 比 n = e 2 = v 2_ a, v , a2 ( 其中v , , v 。 分别表示进、出口截面上的任 一点的瞬时流速;a , . 随 收缩 比的增 加 而 减 小 。 a ， 分别表示进、出口截面面积) 。可见，湍流度 所 以在设计渐缩形喷嘴时应考虑到这个特 点。 2. 5. 3管中紊流结构及其速度分布 由试验得知，管中紊流结构如图 2 -5所示。图中 1为由于附着力影 响而紧贴在管壁上的一层极薄的流体，因它为层流流动，所以叫做层流 图2 一5紊流结构 边层。2为由层流过渡到紊流的过渡区。3为完全发展成紊流的紊流核心 区。对于圆管中层流边层厚度s 的计算，可用以下经验公式: 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 s= 3 0 r e 五 式中: s 一一层流边层厚度 ( m m ) ; d 一一管道直径 ( m m ) ; 几 一一紊流时沿程阻力系数。 由上知，流体速度越大时，层流边层越薄;流体粘度越大时，层流 边层越厚。值得注意的是虽然层流边层一般都极薄，但对流体的流动和 热能量的传导影响却很大。 例如由层流边层厚度 s 与管道绝对粗糙度 的 相应关系知: ( a )当s 时 如图 2 -6中 ( 1 ) , 完全为s 所淹没，管子呈光滑状; 此时二 对流动的影响极小， 能量损失也甚微。 这样的管道叫做水力光滑管。 ( b )当s 由气源输来 的压缩空气经主喷嘴进气管 4和 4 从主喷嘴的径向进入主喷嘴中心。已 经储存在储纬器 1和 1 中的纬纱 2和 2 便在主喷嘴气流的作用下被分 别喷入上层梭 口和下层梭口，并沿着双气流通道异形钢箱 6的上、下引 纬气流通道的中心线高速起飞。压缩空气经主喷嘴喷射出来以后，由于 气流严重扩散，导致流速迅速下降，纬纱不能顺利飞出梭口，使织物幅 宽受到限制，因此双气流通道异形 钢箱6的上、下气流通道中分别安装 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 有若干支上层辅助喷嘴 5 和下层辅助喷嘴 5 ， 其间距为 5 -8 厘米， 3 -6 支辅助喷嘴为一组，依次从辅助喷嘴所喷出的一股又一股接踵而来的辅 助气流在整个管道中汇聚成为一股密集连续的强劲的气流束，托浮着纬 纱沿气流通道的中心线不间断地加速向前推进，使纬纱顺利飞出梭口。 与此同时，纬纱 2和 2 在上中下层经纱的作用下从脱纱槽脱出。引纬结 束后， 钢箱 6将纬纱 2和 2 同时打向织口，并使之分别与上层梭口经纱 7 和下层梭口经纱 8交织后， 形成双层织物。打纬结束后，剪刀 9将主喷 嘴侧的纬纱剪断 ，以便下次引纬。 1 、 1 进 气 管 经 纱 一 储 纬器2 , 2 一 纬纱3 , 3 一 主喷嘴 5 , 5 一 辅助喷嘴 8一 下层梭 口经纱 6 一 双气流通道异形拓 9一 剪 刀 4 , 4 一 主喷嘴 7一 上层 梭 口 图 3 -1双气流通道喷气引纬工作原理图 本引纬系统主要由气源气路，钢箱，主喷嘴、辅助喷嘴和其他配件 所组成。设计条件:织机转速: 6 0 0 r p m ;箱宽:2 心 o o m m ;打纬机构:四 连杆打纬，尺寸为曲柄 8 2 m m ， 连杆 2 1 6 m m ， 摇杆7 2 1 . 7 m m ， 机架 7 9 4 . 2 2 m m , 开日机构:多臂开口:综平度:3 0 5 0。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 3 . 2气源气路设计 压缩空气是喷气引纬的载体，为了保证喷射引纬的正常进行，对压 缩空气要求为: 最大含油量不超过o . l m g / m 3 ; 压力露点湿度在4 一 1 0 0c ; 最大含尘量为 1 m g / m 3 ;最大含尘微粒不大于 l u m ; 进入织机的压力在 0 . 5 mp a :压缩机的输 出压力在 0 . 7 -0 . 7 5 mp a 0 . xn (1 . 2 一 1 . 4 ) 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 式中:q 一一每台空压机供气量 ( m / h ) ; n 一一空压机设计台数; q l 一一每台织机耗气量 ( m / h ) ; n 卜 - 一 织机台数。 图 3 -2中心压缩机站 3 . 2 . 2气路设计 图 3 -3为本课题为平绒织机所设计的气路系统工作原理图。由空压 站输送来的压缩空气经过球阀 2 、油雾气 3 、分水过滤器 4和过滤器 5 进 入气路分配 器 6 ，由气路分配器 出来 的气流被分成 了六条通 路: 其中有两 路分别经辅助喷嘴调压阀 2 4送至辅助喷嘴储气罐 2 5 ; 两路分别经尾喷调 压阀 7将气流送至上、 下层尾喷辅助喷嘴 9 , 1 0 ; 一路经四通又分成三路， 其中两路分别经主喷嘴调压阀 1 2送到主喷嘴储气罐 1 5 ， 另一路弱风经一 个三通分别通过弱风调压阀 2 1 送至主喷嘴 1 8 , 1 9 ; 还有一路微风经三通 分成两路，分别经微风调压阀 2 3送至上、下层主喷嘴 1 8 , 1 9 0 辅助喷嘴储气罐是织机上的一个稳定气源，辅助喷嘴 2 7 、压纱盘清 洁喷嘴 3 0 、储纬器常开喷嘴 3 1和储纬器储纬气流 3 2 ，其用气都由辅助 喷嘴储气罐来提供;而主喷嘴储气罐是织机上的另一个稳定气源，气流 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 分别经主喷嘴电磁阀 1 7 进入主喷嘴。 2 3 4 西 公 冬 1 一 气源2 一 球 阀开关3 一 油雾器4 一 分水过滤 器5 一 过滤器6 一 气路分 配 器7 一 尾喷调压 阀8 一 尾喷 电磁 阀9 一 上层尾喷辅助喷嘴1 0 一 下 层 尾喷辅助喷嘴1 1 一 四通1 2 一 主喷嘴调压阀1 3 一 连接器1 4 一 压力表 1 5 一 主喷嘴储气罐1 6 一 单 向阀1 7 一 主喷嘴 电磁 阀1 8 一 上层主喷嘴 1 9 一 下 层主喷嘴2 0 一 三通2 1 一 弱风 调压 阀2 2 一 弱风 电磁阀2 3 一 微 风 调压阀2 4 - 辅助喷嘴调压阀2 5 - 辅助喷嘴储气罐2 6 一 辅助喷嘴电磁 阀2 7 一 上层辅助喷嘴2 8 一 下层辅助喷嘴2 9 一 储纬气喷嘴电磁阀 3 0 一 压纱盘清洁喷嘴3 1 一 储纬器常开喷嘴3 2 一 储纬器储纬喷嘴 图 3 -3双气流通道喷气引纬装置气路系统工作原理图 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 3 . 3异 t,钢箱的设计 3 . 3 . 1异it , 钢箱简介 按相关经验公式可以得出自由喷射的气流将迅速扩散，在中心线上 到达离喷嘴 4 0 0 m m处，气流速度将近是出口处流速的 1 / 1 0 。例，若出口 处流速为 3 0 0 m / s时，在距离喷嘴 4 0 0 m m处流速将降为 3 0 m / s ，已接近为 纱速。若离开 4 0 0 m m更远处，气流速度将低于纱速，这样就将使纱线在 4 0 0 m m以后不能伸直， 相反气流还将使纱线运动受到干扰而发生抖动， 因 此需要设计气流通道加以控制，而管道片或异形箱的形状和质量对气流 引纬有着重要意义。它的作用有: ( 1 )约束气流扩散; ( 2 )箱槽约束纬纱的跳动; ( 3 )决定经纱的排列位置和经纱的密度，并在打纬时把纬纱推 向织 口。 经过综合考虑了管道片和异形钢箱的优缺点，我们设计开发了一种 具有管道片形状的封闭异t箱。这种形型箱集中了管道片和普通异形钢 箱的优点的同时也很好地避免了其各 自的缺点，即不仅适织于高密织物， 气流扩散也得到 了有 效控制，而且幅宽也不受限制 。 3 . 3 . 2结构设计 异形钢 躺安装 在箱座上 ，随打纬机 构运动;经纱穿过钢箱缝隙 ，在 钢箱的限制范围内实现开口运动。打纬、引纬、开口机构三者配合完成 纬纱 的引射 ，因此钢箱 的设计 ，必须 与另外两种机构相结合 。所设计的 织机打纬和开口机构的运动曲线如图 3 -4 、图 3 -5所示，由打纬、开口 运动配合所绘的脱纱图如图 3 -6所示 ( 1 )上下层中心位置确定 根据开口机构梭口满开，打纬机构摆到最后的位置时，设定上下层 气流通道 的 中心 ，中心 的选择应稍微偏离梭 口中心 ，即上层 向上偏 ，下 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 层向下偏， 这样有利于纬纱在飞行中不从脱纱槽脱出， 初步设定为 3 0 m m o ( 2 )基圆选择、外圆选择 气流通道截面形状初步选择为圆形，基圆 ( 内圆和外圆)半径的选 择要与经纱位置线的运动、箱座的摆动紧密联系，根据其允许纬纱飞行 的角度 、始喷角度和终喷角度选择 。 几月溉一峨翻户 图3 -4打纬运动曲线 二燕刃 - ,7 2 0 - 图 3 -5开口运动 曲线 ( 3 )织 口位置 织口的高低位置需要调节 2 5 2 6 ，再加上平绒织物本身比较厚，故异 型钢箱上下层中间位置留的打纬点较一般异形钢箱要宽一些; ( 4 )脱纱槽设计 脱纱槽的设计一方面要满足织造工艺，使纬纱能在经纱的作用力之 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 下顺 利 的脱 出 下 飞 出脱 纱 槽 另一方面在非脱纱时段，要避免纬纱在扩散气流的作用 同时注意箱齿壁厚的影响，壁厚较大时可开的宽一些， 壁厚较小时则不易开得太宽，预防气流扩