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浅析高速喷气织机引纬系统浅析高速喷气织机引纬系统 盐城纺织职业技术学院毕业设计(论文) 浅析高速喷气织机引纬系统 陈旺 班 级 纺机911 专 业 纺 织 机 电 所 在 系 机 电 工 程 系 指导老师 邓先宝 完成时间2011年12月30日至2012年04月20日 盐城纺织职业技术学院毕业设计 浅析高速喷气织机引纬系统 摘要 近二十多年来，随着喷气织机入纬率、车速的逐步的提升，喷嘴数的增加，适应性的增强等，现代喷气织机以其高速度、高质量、高效率、高自动化监控水平的特点，成为无梭织机中发展最快的机型，也成为了纺织企业...
浅析高速喷气织机引纬系统 盐城纺织职业技术学院毕业设计(论文) 浅析高速喷气织机引纬系统 陈旺 班 级 纺机911 专 业 纺 织 机 电 所 在 系 机 电 工 程 系 指导老师 邓先宝 完成时间2011年12月30日至2012年04月20日 盐城纺织职业技术学院毕业设计 浅析高速喷气织机引纬系统 摘要 近二十多年来，随着喷气织机入纬率、车速的逐步的提升，喷嘴数的增加，适应性的增强等，现代喷气织机以其高速度、高质量、高效率、高自动化监控水平的特点，成为无梭织机中发展最快的机型，也成为了纺织企业扩大生产规模的首选机型。然而，国内的喷气织机生产厂商有很大一部分是仿造国外的，对喷气织机的一些设置也未能进行深入研究，尤其是“人机对话”这一关键的数字化引纬技术，绝大多数都是进口国外产品。 本课题主要对高速喷气织机引纬系统来进行综合研究，通过对喷气织机主、辅喷嘴的喷射速度、合成速度的关系式进行推导;对主、辅喷嘴的喷射气压进行测试、分析，得到其变化规律，得到了喷气织机的一系列工艺参数，为我国的喷气织机引纬工艺提供依据。 关键词:引纬系统;喷射气压;变化规律 I 盐城纺织职业技术学院毕业设计 Analysis on the high-speed air-jet loom weft insertion system Abstract In the last 20years，following the incessant advancing of weft insertion rate and operating speed in file air-jet loom，increasing of jet nozzle，swelling of adaptability， modem air-jet loom become the first developing model for their high speed，high quality，high efficiency and high automation monitoring level，and also become the first model for textile factory to choose(But there are most air-jet loom manufacturers in domestic imitating the model of overseas，and they dont do any deep researches on some parameters(Especially the key digital technology about weft insertion man-machine conversation，which is imported from outside on the whole( The main topic of high-speed air-jet loom weft insertion system to conduct a comprehensive study, based on the auxiliary nozzle of air-jet loom, the jet velocity, resultant velocity relation is derived; in the main, auxiliary nozzle injection pressure testing, analysis, to get the change rule, obtained a series of process parameters of air jet loom, for me the air jet loom weft insertion technology basis. Key word :Weft insertion system; injection pressure; change law II 目 录 摘要 ........................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第一章 绪论 .............................................................................................................. 1 1.1 喷气织机的发展概况 ................................................................................. 1 1.2 本课题的研究意义 ..................................................................................... 2 第二章 喷气引纬系统 .............................................................................................. 4 2.1 喷气引纬系统组成 ..................................................................................... 4 2.2 喷气织机的引纬方式 ............................................................................... 10 2.3 喷气织机的自动控制系统 ....................................................................... 11 第三章 气流引纬原理分析..................................................................................... 13 3.1 主喷嘴的气流速度 ................................................................................... 13 3.2 辅助喷嘴的气流速度 ............................................................................... 18 3.3 中心轴上的合成气流速度 ....................................................................... 22 3.4 举例分析 .................................................................................................. 25 第四章 结论 ............................................................................................................ 27 参考文献 ................................................................................................................. 28 致谢 ......................................................................................................................... 29 盐城纺织职业技术学院毕业设计 第一章 绪论 1.1 喷气织机的发展概况 早在1914年J(Brook就申请了喷气引纬原理的专利，但是喷气引纬技术的重大突破，如:荷兰的TeStrake辅助喷嘴，美国的Ballow异型筘和捷克的组合管道片等，却是在这一专利逐步进入实用阶段以后才出现的。喷气引纬的研究工作从上世纪30年代就已经开始了，但是直到1949年捷克斯洛伐克才生产出了第一台P45型喷气织机，1952年瑞典生产出gaxbo型喷气织机，1956年采用组合式管道片抑制气流扩散，使喷气引纬的发展进入一个新的阶段。接着，西德RUtiStrake喷气织机上把钢筘做成异型筘，中间开有4mm×4mm—8mm×8m槽孔，起着集流的作用，再在纱道内每隔70mm距离设置一辅助喷嘴，补充气流，使纬纱在很长的梭道内处处受到气流的控制，得以伸直高速飞行。进入上世纪80年代以后，喷气织机的发展更是突飞猛进，到现在已经形成几个主要的生产厂家。亚洲主要是日本的Tsudakoma(津田驹)公司，Toyota(丰田)公司;欧洲的比较多，有:德国DorMer(多尼尔)公司，意大利的Promatech (舒美特)公司，比利时的Picanol(加 [1]诺)公司，瑞士的Sulzer Ltd(苏尔寿)公司等。 喷气织机发展到现在已经历了近100年，特别是从上世纪80年代中期到现在积累了丰富的高速织造工艺与技术，并结合数字化和信息化处理技术，实现了全机的数字化自动控制，各织机之间的信息化通讯(喷气织机织物品种适应性不断拓展，筘幅、转速、入纬率、运行效率和自动化、智能化程度不断提高，纬纱最 [2]多可达8喷。喷气织机的发展趋势为: (1)织机的适应性不断提高 在上世纪80年代中期到90年代初期，喷气织机以轻薄、中密织物的织造为长。到现在喷气织机的织物适应范围扩大到高密、厚重、长丝和大提花织物等，适应织物基本能覆盖所有无梭织机的产品领域。 (2)喷气织机入纬率不断提高 在无梭织机中，喷气织机的引纬是在辅助主喷嘴、活动主喷嘴、辅助喷嘴、异型钢筘的共同作用下，利用压缩空气产生的高速气流，将纬纱牵引穿越织口完 1 盐城纺织职业技术学院毕业设计 成引纬的。由于气体的质量远远小于片梭和剑杆头，喷气织机的实际运转速度，从80年代未的450转/分提高到今天的超过1000转/分，提高了2倍多。 (3)筘幅不断加宽 筘幅从150cm、170cm、190cm、210cm、230cm、250cm、280cm、340cm、360cm、390cm、420cm到440cm应有尽有。 (4)喷嘴不断增多 主喷嘴从原来的单喷、2喷、4喷，发展到现在的6喷、8喷，纬纱的颜色也随之增加到6色、8色。 (5)运行效率和自动化智能程度不断提高 喷气织机电气系统大量采用智能化、信息化的自动化控制，极大减轻了挡车工的劳动强度，提高了看台率和织机运行效率。 国内无梭织机的开发制造是近20年左右的事情，研发的手段极大多数是以仿造为主，尽管在外观上与国外织机相近，但在性能上却有较大的差异。其中一个重要的原因就是缺少对织造工艺及其数字化控制模型的研究，对织机各运动的控制不能很好地满足高速织造
. 国内喷气织机的制造厂家仅有几家，年产约1500台。近几年虽然在喷气织机的研发方面已取得了很大的进步，但与国外先进设备相比，在速度、工艺的稳定性、产品的适应性、运行效率和自动化、智能化程度等方面仍有较大的差距，尤其是针对高速喷气织机的引纬、工艺、数字化模型和信息化控制系统等方面，缺少深入的研究，限制了高速喷气织机的进一步发展，已成为必须解决的关键技术问题。 1.2 本课题的研究意义 我国现在的喷气织机数字化引纬系统大部分是引用或仿造国外的进口设备，真正拥有我国自主产权的引纬系统只有非常小的一部分。而国内喷气织机的市场巨大，发展前景良好，开发具有自主知识产权的喷气织机以取代进口产品，有利于我国纺织行业的技术进步和提高企业在国际市场的竞争能力。因此，对喷气织机的开发应引起国内织机制造厂的充分重视和关注。 本课题主要对高速喷气织机引纬系统做综合研究，通过对喷气织机主、辅喷嘴的喷射速度、合成速度的关系式进行推导;对主、辅喷嘴的喷射气压进行测 2 盐城纺织职业技术学院毕业设计 试、分析，得到其变化规律，得到了喷气织机的一系列工艺参数，为我国的喷气织机引纬工艺提供相关依据。 3 盐城纺织职业技术学院毕业设计 第二章 喷气引纬系统 2.1 喷气引纬系统组成 喷气引纬是利用喷射气流对纬纱
面的摩擦力牵引纬纱通过梭口的。其特点是:喷气引纬载体——引纬介质是经过压缩的空气，载纬体质量小且易于扩散，载纬体对纬纱没有直接的握持作用，引纬机构对载体也没有直接的握持控制作用。 喷气织机的引纬系统一般由筒子架、纬纱筒子、前和后张力器、储纬器、主喷嘴、辅助喷嘴、电磁阀、储气罐、异形筘、探纬器、边剪以及拉伸喷嘴等组成。 典型的喷气引纬工艺过程如下图所示: 1-筒子 2-纬纱 3-定长储纬器 4-导纱器 5-固定主喷嘴 6-摆动主喷嘴 7-剪刀 8-异形筘 9-辅助喷嘴 10-第一探纬器 11-第二探纬器 12-经纱 13-织物 图2-1 喷气引纬工艺过程 (1)纬纱2从筒子1上退绕下来后，经过定长储纬器3，测量并储存一定长度的纬纱，并经导纱装置4引入喷嘴5，6中，准备引纬。 (2)夹纱器打开释放纬纱，主喷嘴、辅助喷嘴依次喷气，纬纱在气流作用下，在异型筘8的筘槽中飞行;为了防止气流因扩散造成的引纬气流速度的降低，由辅助喷嘴9向筘槽内补充气流，使纬纱穿越梭口，完成引纬。 (3)夹纱器夹住纬纱，主喷嘴、辅助喷嘴亦停止喷气，剪刀7剪断纬纱。测长储纬装置再度工作，准备下一次引纬。 4 盐城纺织职业技术学院毕业设计 现就引纬工作的主要部件做简要介绍: 2.1.1 筒子架 筒子架是用来放置纬纱工作筒子和预备筒子的，其形式因机型而异。但是对于筒子架的要求却基本是一致的: (1)结构坚固，坐地稳定，占地面积小; (2)插放筒子的锭芯，其方向可以调整，以使轴心对准导纱瓷眼; (3)包括筒子气圈离罩在内，整个筒子架的各个构件表面都应该光洁，防 止棉屑粉尘聚积。 2.1.2 张力器 喷气织机上常见纬纱筒子与储纬器之间安装有后张力器，储纬器与主喷嘴之间安装有前张力器，其作用为: (1)后张力器的主要作用是在于调节因筒子退绕半径大小不同而引起的张力理论差异，用来保证输入储纬器绕在储纬滚筒上的纬纱张力均匀一致。所以，后张力器所施于纬纱的张力大小，以能进行自动调节为最好; (2)前张力器的主要作目在于防止纬纱从储纬滚筒表面高速退下时纱圈的脱落，以及纬纱输入主喷嘴时因张力大小不适合所引起的引纬故障和织边不良疵点。一些机型的前张力器兼有纬纱张力制动的新功能。所以，前张力器所施于纬纱的张力大小以能进行自动地和程序地调节为最佳。 2.1.3 定长储纬器 储纬器的作用一是定长供纬，使每次引入的纬纱长度等于要求的引纬长度，并随上机筘幅的变化能够调整引纬的长度，适应织物品种的变化:二是均匀纬纱的张力，以避免筒子退绕半径不同造成纬纱张力的波动;三是减少纬纱退解张力。图2-2是定长储纬器实物图。 5 盐城纺织职业技术学院毕业设计 图2-2 定长储纬器 2.1.4 主喷嘴 主喷嘴的作用主要有两点: (1)将进入主喷嘴的压缩空气，按工艺要求进行调制、加速并充分地作用下纬纱表面，使纬纱从静止加速到引纬所需的飞行速度; (2)将纬纱输送到异形筘槽内并确定纬纱正确进入异形筘槽内的角度和位置。图2-3是异形筘式喷气织机的主喷嘴结构示意图。 图2-3 异形筘式喷气织机主喷嘴结构示意图 图中1为进气孔，2为气室，3为整流器(4为尾流区，5为锥形套管，6为亚音速加速区,7为喉部，8为跨音速区，9为气流出口，10为纬纱引射区，11为纬纱加 6 盐城纺织职业技术学院毕业设计 速区，12为纬纱引入孔。这种性能良好的主喷嘴由引纱芯子A、喷嘴壳体B及导纱(加速)管C三大件组成。引纱芯子与喷嘴壳体藉螺钉连接并可调节引纱芯子的进出位置，引纱芯子的前端固装有整流器3和锥形套管5，它们的表面与壳体的内表面共同形成了不同腔体形状的气流通道，以完成对气流流动的调制和加速的工艺要求。 2.1.5 辅助喷嘴 如果说主喷嘴是用来加速纬纱并把纬纱输送到异型筘槽内的话，则辅助喷嘴的唯一作用就是不断地、接力式地向异形筘槽内补充气流，以形成引纬所需的、稳定的速度场流，保证纬纱顺利地飞过梭口。 (1)辅助喷嘴的结构。辅助喷嘴为上扁下圆的薄壁不锈钢冲压件，其喷孔的数目和形状因生产厂商不同、用途不同而不同，目前常用的有单孔、双孔、多孔、圆孔和方孔等，如图2-4所示。 图2-4 辅助喷嘴结构图 (2)辅助喷嘴的入射角。辅助喷嘴所喷射出的气流以一定的角度射入异形钢 这两股气流之间的夹角称之为入射角或喷射角。入射筘筘槽中心与主气流汇交， 角大，射流平均速度增大，则辅助气流对纬纱的上浮力增大，有利于增加气流对纬纱的摩擦牵引力，但补充的气流与筘槽内气流碰撞加剧，流场速度分布的流散系数大，水平方向的牵引力下降，不利于控制纬纱头端的摆动和卷曲，故入射角 oo不宜太大，一般在5,10左右。 7 盐城纺织职业技术学院毕业设计 (3)辅助喷嘴的间距。辅助喷嘴的安装间距取决于主射流和辅助射流的消耗情况，其通常为5,8cm。在纬纱出梭口侧，由于纬纱的重量越来越重，纬纱头端飘动的可能性大，为提高出梭口侧的气流速度，防止纬纱产生“前拥后挤”现象，保证纬纱处于高速飞行并伸直的状态，可加大供气压，并将其间距减小(可小到25mm)。 2.1.6 电磁阀 喷气织机的转速越高，主喷嘴特别是辅助喷嘴每次喷射的作用时间越短(约在16,40ms之间)，因此，高速的喷气织机已经全部改用电磁阀来控制主、辅喷嘴的喷射时间。其结构图见图2-5。 1-阀体 2-励磁线 电磁阀结构图 此外，材料优良、性能稳定、工作频率高、使用寿命长的电磁阀，对提高引纬质量和节省气耗量是至关重要的。从节气的角度讲，一个电磁阀所控制的辅助喷嘴数已由5个减少到2个。 2.1.7 储气筒 喷气织机所用的气体全部由储气筒提供，储气筒在供气的同时还有稳定压力 8 盐城纺织职业技术学院毕业设计 的作用。目前有的机型采用压力不同的两个储气罐，分别用来供主喷嘴以及进13侧多数的辅助喷嘴和出口侧少数需要较高压力的辅助喷嘴以及拉伸喷嘴用气，以达到节约气耗量的目的。 2.1.8 异型筘 异型筘的每页筘片前沿有突起的凹槽，由许多筘片按一定的间隙轧制成型后，前面形成一条引导气流和纬纱的凹槽，称筘槽。打纬时，打纬点在筘槽的底部。 当射流与边壁碰撞后产生回流，射流受回流影响减弱了对周围静止空气的卷吸(因此，使用边界限制能抑制射流的扩散增加射流的流程，减缓射流速度的衰减，充分利用射流的能量。因此使用异型筘可以限制射流的扩散。 2.1.9 探纬器 光电式探纬器是用来探测纬纱的有无和判断引纬是否正常的。目前多数喷气织机都采用了安装两个探纬头的
，如图2-6所示。 两个探纬器可以安装在织机出纬侧靠近布边处，此时第一探纬器探测纬纱的有无或短纬，当纬纱因开口不清等原因来能通过梭口或者短纬时，由它发出织机停车信号;第二探纬器安装在正常引纬长度的外边，用来探测纬纱是否断头或者长纬，在正常引纬时它并不能探测到纬纱，只有当纬纱断头时，断了的纬纱被气流吹出梭口，或者是纬纱过长，第二，探纬器才能探测到纬纱并通过它发出织机 [3]停车信号。 图2-6 探纬器 9 盐城纺织职业技术学院毕业设计 2.1.10 边剪 喷气织机属于单侧引纬，因此必须在每次引纬之前先将前一根纬纱按时剪断，这样就可以避免再次引纬时产生短纬及斑点。边剪的作用就是能准时地将每次引入的纬纱于进口侧布边处剪断。为此，边剪的工作要万无一失，经久耐用便成为评价边剪性能优劣的主要指标。 2.1.11 拉伸喷嘴 拉伸喷嘴的作用就是将从织口飞出来的纱线头端吸直，防止其产生纬缩现象，尤其是对于强捻纬纱或弹力纬纱，加装拉伸喷嘴对防止由于纬缩而产生的疵 点十分有效。 2.2 喷气织机的引纬方式 喷气织机引纬方式的发展大体分成三个阶段:单喷嘴与管道片相结合的引纬方式;主辅喷嘴与管道片相结合的引纬方式;主辅喷嘴与异形筘相结合的引纬方[4]式。 由于目前喷气引纬所利用的喷射气流具有很大的雷诺数Re值，再加上纬纱又是柔软的弹性物体，所以单向自由端引纬(即消极引纬)的结果，必然会造成引纬过程中纬纱头端的波动，致使纬纱尾端往往产生弯曲而难以伸直，所以现在一般 [5]辅之以尾喷或吸纬装置(拉伸喷嘴)来改善纱尾端的伸直程度。 在单喷嘴引纬中虽采用了管道片来阻止气流的衰减速率，但是因为不能满足织机筘幅加宽、织造高经密织物的要求而遭遇冷遇。而茬接力引纬中 虽然也因为气流的扩散而使流速下降，然而因为它能适时地得到新的气流(辅喷气流)补充，故而可以使气流速度的下降(衰减)被控制在规定的范围内，促使纬纱速度和气流速度的差值小到更加理想的程度。所以在接力引纬中，纬纱飞行的平均速度较高、较稳，纬纱头端振幅较小，也较伸直。这些都对拓宽筘幅、提高机速、织造高经密织物及改善引纬质量十分有利。 [6]主、辅喷嘴与异型筘相结合的引纬方式，其主要优点是: (1)提高了纬纱在梭口中运行的稳定性，从而扩大了品种适应性，改进了产品质量; (2)幅宽大幅度增加，最大幅宽可达540cm; (3)降低了能源消耗。由于辅助喷嘴定时、顺序间歇开启，以及异形筘的半 10 盐城纺织职业技术学院毕业设计 封闭性能可减少气流的扩散，其动力消耗要比空气管道引纬方式小; (4)主、辅喷嘴的喷射参数可以根据纬纱特性及引纬长度进行调整，因而对纱线与织物的适应性可大为提高，甚至可以用几种性能差异很大的纬纱生产一种织物。需要指出的是，主、辅喷嘴与异形筘相结合的引纬方式，对异形筘的筘槽平滑度、装配的精确度、主、辅喷嘴的结构、电磁阀的精度以及控制方式等提出了很高的要求。 2.3 喷气织机的自动控制管理系统 由于喷气织机采用了微型计算机技术以及其他电子监测技术，对全机的运动进行控制，尤其对产品的质量的自动监控，使喷气织机的生产效率大大提高，产品质量得到了保障。织机上还安装了许多监控传感器，使织机本身具有自动运行以及程序控制的功能，联结的微电子自动控制系统，机上装有主控制板，计算机进行程序控制以及质量控制，通过电子计算机形成喷气织机自动控制以及通讯网络系统，其主要功能如下: (1)电子送经和电子卷取; (2)电子自动落布的程序控制; (3)电子控制经纱张力和纬纱张力; (4)经纬纱断头自动控制系统; (5)经纬纱密度以及织机速度的自动控制，并在运行中按照有关信息进行在机调整; (6)自动纬纱修复以及自动卷绕系统，可以消除无故停车，保障织机正常运行; (7)电子选纬选色(4,12色)，按照计算机软件要求，选择不同的品种或颜色的纬纱进行引纬; (8)机器的全部信息由自动荧屏显示并记忆储存各种生产数据，数字传递功能可与中央数据库连接，实现网络信息储存; (9)电子自动维修系统，自动修复后可自动开车; (10)自动工艺变更系统; (11)电子程控快速改变品种系统; (12)自动检验织物疵点功能; 11 盐城纺织职业技术学院毕业设计 (13)人机对线)电子多臂和电子提花系统的设立，使喷气织机花色品种的适应性有很 大提高。 12 盐城纺织职业技术学院毕业设计 第三章 气流引纬原理分析 由于单喷嘴喷射引纬受到筘幅的限制和易造成纬向织疵等，因此当今的异形筘配合多喷嘴接力引纬已成为喷气引纬的主流;但是，对纬纱的控制差及对纬纱要求高仍是喷气织造的缺点:因此，对喷嘴及其气流特性的研究有着极其重要的 [7]意义。 3.1 主喷嘴的气流速度 3.1.1 圆射流 喷气织机依靠高速气流与纬纱之间的摩擦力进行引纬，通过主喷嘴和辅助喷嘴喷射出来的高速气流决定了喷气织机的引纬能力。而喷射气流属于圆射流，其发散速度很快，而且是向其出口前的四周呈倒圆锥型发散的，要想准确地测试喷射气流气压的变化情况就有了一定的难度。 图3-1 圆射流结构图 图3-1中:o为极点;ab为喷嘴孔径(2r);α为扩散角;abc为核心区;c为0 其顶点;h为极点至喷口的距离;S为核心区长度;x为极点至ef截面的距离;截00 面1-1为过渡截面，其左侧为射流的初始段、其右侧为射流的基本段;ag和bh为射流的边界:核心区之外和边界之内为混合区等。射流核心区内各点上的流速V皆相等，而混合区内各点上的流速v则都不相等。 0 [8] 圆射流的几个主要性质: 13 盐城纺织职业技术学院毕业设计 由于射流束与其周围的静止空气之间有着一定的速度梯度，所以射流边界上的气流脉动微团便与其相邻的静止空气发生掺合，其结果是: (1)射流将其部分动量传递给其相邻周界处的静止空气。这部分原来静止的空气便囡获得能量而被射流携带随之向前流动，此即为射流的卷吸(引射)作用;与此同时，还使这部分原来静止的空气获得较小的垂直于射流轴向的速度而作缓慢的垂直运动，此即为射流的扩散作用。 (2)射流一边卷吸周界邻近的静止空气又一边向其周围扩散流动，这一现象将沿其轴向一直进行下去，结果是:其一:射流的能量损失导致流速下降，射流锥随着喷射距离的增长而变大;其二:近喷嘴距离内以卷吸作用为主，而远喷嘴距离内以扩散为主，其卷吸和扩散的大小程度直接与流动速度的大小有关。 3.1.2 主喷嘴气流出口速度 [9] (1)气流速度参数 ?气体常数R ( 系统的状态由某些热力参数确定，这些参数之间的关系式称为状态方程，其他的一些热力学参数可由状态方程中已知参数来确定。有三个基本状态参数，即压力P、密度ρ和温度T构成的状态方程可表示为 F(P，ρ，T)=0 3-(1) 理想气体的状态方程就是其中一例，其表达式为 p=ρRT 3-(2) 式中R是气体常数，它由空气性质决定。对任何理想气体 RR,M 3-(3) RM式中:页为通常气体常数，=8314.3J,(kg*mol*K);为气体分子量，以空 M气为例，=28.966kg,(kg*mol)。因此R=8314.3,28.966=287(04J,(kg*k) ?气体的比热 定压比热与定容比热的比值称为比热比K，即K=C,C。从气体分子的运动理py 论可知，K与分子自由度有关，K=(n+2),n:式中n为分子自由度。在很大温度范围内，空气气体的K值为1.40，n=5。 ?音速和马赫数 14 盐城纺织职业技术学院毕业设计 对于可压缩流体来说，压力扰动是以波传播的形式在流体内传递，微弱扰动波可在压缩介质内传播的速度称为音速。声音的传播是一个等熵过程，下面用等熵过程来推导音速
。 设小扰动波阵面在压强为P，密度为ρ的静止流体中以速度a自左向右传播，11 小扰动波阵面后，流体有速度u=du，压强P=P=dp， 221 Ρ=ρ+dρ，式中du，d，dρ均为小量。 21P 运用质量守恒和动量守恒定理得到 ρα=(ρ+dρ)(α+du) 3-(4) 11 2-ρα+(ρ1+dρ)(a+du)=p-(P+d) 3-(5)1211P 合并以上两式，略去二阶以上小量后有 2 αd=d pP 由于流体运动通常是正压过程，P=p(ρ)，于是从上式得到 2 α=d/d pρ 前面已指出，小扰动传播是等熵过程，从而就导出声速公式 ，，a,dp/d, (s代表等熵过程) 3-(6) 从音速的定义可以看出，音速是标志着流体压缩性的一个重要参数，音速小，表示密度改变d所需的压强d大，表示了流体较难压缩。对于不可压缩流体，音速ρp a趋近无穷大，意味着小扰动在不可压缩流体中的传播几乎是瞬间完成的，而在压缩流体中，小扰动的传播需要一定的时间。 对于完全气体，熵是 PS,clnvk, 3-(7) 在等熵过程中，s是常数，于是 ,,,pKP,,,,,,,,,, 因此，完全气体的音速公式是 a,KP/,,KRT 3-(8) 2 由能量方程CT+V,2=CT可以推出 pP0 2，，T/T0,1,V/2CPT0 15 盐城纺织职业技术学院毕业设计 2V,1,22(V/2，CPT) 2V,1,22(V/2，KRT/(K,1)) 22a/(K,1),22V，2a/(K,1) 1,21，(1,K)Ma/2 3-(9) ,K K,1PT,,,,,PT00,, 又因为 ,KK,11,PK,,21,，Ma,,2P0,, 所以 3-(10)由上式可以推出 K,1，，K2P0,,,,1M0,,,,,,K,P1,,，， 3-(11) K,1，，K02P,,,,1V,CM0,C,,,,,K,1P,,，， 3-(12) 3.1.3 主喷气流沿中心轴的衰减速度 圆射流气流从喷口喷出，由子外界的摩擦及空气阻力，使气流速震逐步减小。 沿着主轴的方向，喷气气流速度的逐步减少即中心轴速度的衰减。不同供气压力 [10]条件的气流衰减速度不同。 由动力特性褥到任意截面上的动量表示为: R22,QV,,,r2V,2,,Vydy0000, 0 3-(13)其中Qo为截面流量，Y为任意点到轴心的距离 22,,RVm上公式两边同时除以得 16 盐城纺织职业技术学院毕业设计 2221rVVyy00,,,,,,,,d2,,,,,,,,,,RVmVmRR,,,,,,,,0 3-(14) 21.5，，Vy,,1.52,(1,,),1,,,,,VmR,,,,，，因为 用y表示y/R，则 2121.5,,，，1,,,d,,B2,0 nn1V1,,V,,Cd,,nB,d,,,,m,,,,00VmVm,,,,令积分 yV RVm按及的变化范围，从无因次速度分布线上分段进行B的数值积分，可得出n具体数值见表3-1: 表3-1 n取不同值时所得到的Bn与Cn的值 22r0V0,,,,,2B2,2，0.464,,,,RVm,,,,于是 Vmr0,3.28， VR0 3-(15) 又由射流的几何特征一射流外边界扩张的变化规律 tanα=K=λα(圆断面的λ为3.4，圆柱形管的紊流系数a为0.076) RR/r0tana,, X0，sX0/r0，s/r0对射程为S处的截面有 RXs0,a，，a，tantan r00r0r 17 盐城纺织职业技术学院毕业设计 r0tana,0X由得 Rssas,,aXa,1，tan,1，3.4,3.4，0.294,,r0r0r0r0,, Ras,3.4(，0.294)00rr于是将射流半径R沿程变化规律式代入得 V,s,8.96r0,0.966VV,m,s,8.96r0,as/r0，0.294, 3-(16)其中:r为主喷嘴出口断面上的射流半径(mm); 0 a喷嘴紊流因数(圆射流中a=0.075); s为距喷嘴的距离(mm); V为喷嘴出口处的速度(m/s); V为断面轴心处距喷嘴的距离为S时的速度(m/s)。 m 3.2 辅助喷嘴的气流速度 3.2.1 辅助喷嘴特性 由于主喷嘴的喷射效果受到限制，现代织机广泛采用了接力喷嘴引纬系统;主喷嘴的作用仅是接力引纬中的一个传力者，负责把储纬器的纬纱以一定的速度不断的喂入梭口，并交付给辅助喷嘴喷出的辅助气流即可。因此，辅喷嘴的压力一般比主喷嘴的要求高，它担负着输送纬纱不断向前通过梭口的任务，其耗气量占整机耗气量的80%左右;所以辅喷嘴的气流特性与工艺配置直接影响引纬质量、 [11]织造效果、能耗大。辅助喷嘴、辅助喷嘴横截面以及喷孔截面的结构特点图如下。 图3-2 辅助喷嘴 18 盐城纺织职业技术学院毕业设计 图3-3辅助喷嘴横截面的结构特点 图3-4辅助喷嘴喷孔截面的结构特点 3.2.2 辅喷嘴的气流速度推导及计算 根据流体力学中能量的一般方程 22,,,,,VV,T::,,,,u，,d,，u，,VndA,,fVd,，KdA，PnVdA，q,d,,,,,,,,,,,22,t,n,,,, 定常流动条件下，式中左端第一项为零，假定气流场中无热源，气流内部通过流动截面的热传导可以忽略不计，并不计质量力所做的功，则式中右端第一项和第四项均略去，设单位时间通过管壁面传给控制体中流体的热量为Q，控制面为管壁面，部分外力做的功，可以分两种情况来考虑:一种是气体的粘性可以忽略， [10]这时气流沿管壁滑移，壁面不存在切向摩擦力。而壁面上法向的压力与气流速度垂直，因此，做功为零。另一种是需要考虑气体的性，这时紧贴管壁面的气体速度为零，因此，虽有切向力的作用，但做功依然为零。采用一元流动模型，上式成为 :::222,,,,，，,VAu，V/2，d(u，V/2),(u，V/2),,A，dA(V，dV)(P，dP)，PVA，Q 3-(17) 整理上式并忽略高阶微量，得 :2,VAd(u，V/2),,d(APV)，Q 3-(18) 19 盐城纺织职业技术学院毕业设计 ,,PP,,dd,,()APV,AV,AVd,,,,m,A,V,C(常数),,注意到质量流量， 因此，上式可表示为 ,,pV2Q:d,u，，,,,qH,,,2m,, 3-(19) p:u，,h,式中，示单位质量流体的焓，勺?表示管壁传给单位质量流体的热量， 2,,V,,dh，,qH,,2,,所以可得出 3-(20)在绝热流动的条件下，q=O，能量方程式为 H 2 d(h+V/2)=0 3-(21)对上式积分得 h+V=C(常数) 3-(22)2 可逆过程流动意味着不存在微团之间的内摩擦以及气流与管壁之间摩擦，即流动 是理想流体的流动，这时，一般形式的运动方程式成为 VdV+d/ρ=0 P 2Vdp，,C(常数),,2对上式积分可得 3-(23)由热力学可知等熵过程的方程为 P,C(常数)K, 3-(24)由热力学可知，h=CT，R=C—C，完全气体的状态方程为 ppV P=ρRT 3-(25)式中，R为气体常数; T为气体的绝对温度; P为气体的绝对压强; ρ为气体的密度。 由此可以推出 KRKPh,,,PCTT,1,1,KK 3-(26) 20 盐城纺织职业技术学院毕业设计 因此能量方程可以写成 22KVKPVRT，,C(常数)，或者，,C(常数) ,K,12K,12 3-(27) 对于辅助喷嘴，当完全气体从一个封闭的大容器通过一根细管绝热定常地流入大气，设大气压为P，容器里的压强为P。由于容器很大，可以认为细管内流动不10 影响它的状态，容器内气体是静止的，V=0。完全气体等熵地从大容器经细管流0 入大气，根据能量方程式有 2110KPVKP，, 1,121,0K,K, 3-(28) 进而可以推出辅助喷嘴气流出口速度: K,1KP21KV,RT(1,)1 KP0,1 3-(29) 3.2.3 辅助喷嘴气流速度沿中中心轴方向的衰减 辅助喷嘴的安装具有严格的角度要求，喷出的气流对主射入气流的喷向角α oo一般为8,9，指的是喷射流轴心与筘槽中心在Z方向的夹角。喷射角8是指喷射 oo流轴心与筘槽中心在Y方向的央角，一般为5,6。辅助喷嘴气流也是圆射流，其衰减规律和主喷嘴气流一样，但是由于其射程短、流量小，不能像主喷嘴那样能保持一段与出口速度相等的时刻，其衰减速度为: 0.966V1V,mas，0.2941 3-(30)r 其中:r为断面上的射流半径(mm); 1 a喷嘴紊流因数(圆射流的a=O.075): s为距喷嘴的距离(mm); V为出口处的速度(m/s); V为断面轴心处距喷嘴口的距离为S时的速度(m/s)。 0 实践证明，纬纱在距喷口中心线mm处，纱速已经衰减成出口流速的十分之一，若离开400mm或更远，气流速度将低于纬纱飞行速。但由于引入了异形筘片，加之前后喷嘴气流角度、筘座的摆动，引纬的流场分布十分复杂;理想的喷口形状还有待于再实验和改进。 21 盐城纺织职业技术学院毕业设计 3.3 中心轴上的合成气流速度 3.3.1 合成气流概述 合成气流是主喷嘴的气流和辅助喷嘴的气流在异型筘的筘槽内汇交成一束符合引纬工艺技术要求的气流。主、辅喷嘴和异型筘的质量性能怎样直接影响合成气流的质量、喷射方向的准确性、稳定性和波动性，最终影响引纬质量的好坏。主喷气流有确定合成气流流动方向的作用，因此，它的气流头端要始终领先于射入的喷射气流。这一点要由主喷时间早于辅喷时间或主喷气流速度大于辅喷气流速度来保证，又因为辅助喷嘴是沿筘幅方向安装的，所以每组辅喷气流的射入必在其上游的合成气流经历一段衰减距离之后，因此形成的合成气流呈现出波浪的状态。合成气流的数值和波动率的大小，便自然而然地成为人们十分关注的问题。 气流合成的最大速度取决于辅喷气流入射汇交于主喷气流时的数值，即前述的有效速度,气流合成的最小速度取决于合成气流在辅助喷嘴间距之间经衰减和损失后的速度，其影响因素涉及辅助喷嘴的间距、供气压力、异型筘的质量、经纱密度以及车速等。 喷嘴的内腔结构和孔口形状不同，其性能也各异;喷嘴的喷射性能不同，则气流合成的速度曲线分布也不同，当孔口形状一定时，内部粗糙程度越小，在相同压力下其出口流速则越高。因此，喷嘴的内腔结构和孔口形状对气流合成有很大影响。 供气压力对气流合成有很大的影响，供气压力越大，合成气流速度越大，波动率则越小。但是供气压力增大，势必要增加压缩空气的消耗量，这样的结果，不利于喷气织机的节能。 喷向角即辅助喷嘴的安装角，它是喷气引纬中辅助喷嘴很重要的一个调节参数，若喷向角过大，气流从筘背泄漏掉的多，被利用的少，所以喷向角的大小直接影响着引纬质量、引纬效率和气流利用率。 在一定的筘幅内，喷嘴的安装间距小，个数就多，筘槽内的补充气流就多，气流合成的波动率则必然小，这样有利于引纬平稳，但流量增加，能耗增大的事实必应兼顾考虑。减小辅助喷嘴间距或增加辅喷嘴数目，可以十分明显地提高合成气流速度和减小合成气流的波动率。 3.3.2 中心轴上的合成速度 22 盐城纺织职业技术学院毕业设计 在本实验中，所用的TT-800型喷气织机，其辅助喷嘴共分成6组，第1、2、3组每组5个喷嘴，第4组4个喷嘴，第5、6组每组3个。1-5组(1-22)中每个喷嘴间的间距是80mm，第22、23、24三个辅助喷嘴的间距是50mm，第24、25个辅助喷嘴 oo的间距为100mm。第1组(1-5)辅助喷嘴的启闭时间为:80到140;第2组(6-10) ooo辅助喷嘴的启闭时间为:100到160;第3组(11-15)辅助喷嘴的启闭时间为:120 ooo到180;第4细(16-19)辅助喷嘴的启闭时间为:140到200:第5组(20-22)辅助 ooo喷嘴的启闭时间为:160到220:第6组(23-25)辅助喷嘴的启闭时间为:180到 oo260。各辅助喷嘴的喷射角为10。活动主喷嘴距第1个辅助喷嘴的距离为30mm。主、辅喷嘴的出口半径分别为2mm和0.5mm。 根据主、辅喷嘴的合成现象，现推导其在钢筘方向中心轴的合成速度，如下: K,1，，P02K0()1V,c,,,K,1P，，由式3一(12)得知，主喷嘴的出口速度为，由式3-(29) K,1KP21KVRT1,(1,)KP,10得知，辅助喷嘴的出13速度为，由式3-(16)得知，喷嘴在距喷嘴出口Smm处的衰减速度为: 0.966VV,maS，0.2940 r 当气流到达距第1个辅助喷嘴距离为Smm，尚未到达第2个辅助喷嘴时，距活0 动主喷嘴的距离则为S+30mm，此时主、辅喷嘴的气流速V、V为: 001 0.966V0,0V,a(S，30)0，0.294 0r 3-(31) 0.966V0,V,1aS0，0.294 1r 3-(32) 其中， V:主喷嘴出口速度(m/s); 0 V:辅助喷嘴出口速度(m/s); 1 a :喷嘴紊流因数(圆射流中a=O.075); s:距辅助喷嘴的距离(mm): 0 r:为主喷嘴断面上的射流半径(mm); 0 23 盐城纺织职业技术学院毕业设计 r:为辅助喷嘴断面上的射流半径(mm)。 1 辅助喷嘴沿主喷嘴速度方向上的分速度为: 10.966V,,1,1,VVcosacosa0aS，0.2941r,α为辅助喷嘴的喷射角 3-(33)由于在这个S处主、辅喷嘴气流的汇合主要是沿主喷气流的方向，因此其汇合后0 的合成气流方向依然是沿主喷气流的方向，即钢筘方向的，所以在这个S处的气0 流合成速度为: 0.966V00.966V10,,，,Vs(1A)(1B)cosa，00a(S30)aS，，0.2940.29401rr 3-(34) 其中，A:表示主喷气流在其喷射中心轴上某处的衰减率 B:表示辅喷气流在其喷射中心轴上某处的衰减率 当喷射气流到达距第2个辅助喷嘴S处且还没有到达第3个辅助喷嘴时，此1 时，主喷嘴与第1个辅助喷嘴的喷射气流已合成，其速度为V，即V在此处的衰S0C 减逮度，所以这一点的合成速度即为V’与第2个辅助喷嘴气流的合成速度，而、 S0 000.966V0.966V,0,,，,VS(1A)(1B)cosa，，，0101a(S30S)a(SS)，，0.2940.294 01rr 000.966V0.966V,,，,(1A)(1B)cosa，，11a(110S)a(80S)，，0.2940.29401rr 3-(35) 由于所有的辅助喷嘴的供气压力均相同，安装角度也一致，所以此时第2个 辅助喷嘴的喷射速度为 0.966V1,,2Vcosa1aS，0.294 1r 3-(36) 此点的合成速度为: VV010.9660.966V,,A，,BS1(1)(1)cos,11a，Sa，S(110)(80)，，0.2940.29401rr 24 盐城纺织职业技术学院毕业设计 10.966V，,(1B)cosa1aS，0.294 1r 3-(37) 由此类推，可以得到整个筘幅内的合成气流速度。实际上，喷嘴所喷射出来的气体速度是有一定范围的，在有效距离内，适合其速度关系式，超出这个范围就不适合了。实验证明，主喷嘴的气流速度在距主喷嘴出口180,200mm处就衰减到很少了，此时它对辅助喷嘴的气流速度影响很少，可忽略不计;辅助喷嘴由于自身的设计因素，其喷射速度也是有一定的范围，实验证明:本织机所使用的辅助喷嘴的气流有效射程为80mm,1OOmm之间，超出这个范围就毫无意义了，所以每个辅助喷嘴对相邻的下一个辅助喷嘴的影响也很小(相对于间距为80mm的辅助喷嘴而言)。因此从第3个辅助喷嘴开始，气流的合成速度仅与其相邻的辅助喷嘴有关系，与主喷嘴没关系了，因为主喷嘴距第3个辅助喷嘴的距离为190mm。 从第4个辅助喷嘴开始，距辅助喷嘴出口S距离处的气流的合成速度为: 110.966v0.966v,,，,v(1B)cosa(1b)cosa，a(80S)aS，，0.2940.29411rr 3-(38) 3.4 举例分析 (1)储气筒压力保持0.69MPa不变，绝热系数K=1.4，主喷嘴的供气压力为0.2MPa K,1，，P,,2K0,,VC,,,,1,,KP,1,,，，时，根据主喷气流出口速度 ，可得其出口速度为474.24785m/s。根据公式3-(16)，距离主喷嘴出口10mm起的衰减速度如表3-2所示: 表3-2 距离主喷嘴出口10mm起的衰减速度(m/s) (2)储气筒压力保持0.69MPa不变，绝热系数K=1.4，辅助喷嘴的供气压力分别为0.2、0.3、0.35、0.4、0.495MPa时，根据主喷气流出口速度公式 25 盐城纺织职业技术学院毕业设计 K,1KKP21,,VRT1,,1,,KP,10,,，得出其出口速度，见表3-3。 表3-3 不同压力下辅助喷嘴的初始速度(m/s) 根据公式3-(16)，表3-3中各个压力下距辅助喷嘴出口lOmm起的衰减速度见表3-4。 表3-4 距离辅助喷嘴出口lOmm起衰减速度(m/s) 26 盐城纺织职业技术学院毕业设计 第四章 结论 本文在分析喷气织机引纬系统的基础上，透过过对TT-800喷气织机的引纬系统中各引纬机构进行大量的测试与分析，尤其是对织机主喷嘴、辅助喷嘴速度公式及合成气流速度公式的推导;得到如下主要结论: (1)主、辅喷嘴的喷射气流，从喷嘴出口到距离其1Omm处气流的扩散速度最快。固定主喷嘴、活动主喷嘴及辅助喷嘴的气压分别下降了31.2,,45.0,、67(7,,78.8,和74.6,。随着喷射距离的增加，气流的扩散速度渐渐减慢，并趋于平缓;出口处的气体压力随着喷射气压的增大而增大;在不同气压下，气流的扩散情况类似，但还是不难发现喷射气压大的气流扩散的快，随着供气压力的增加，活动主喷嘴的出口压力交化程度比固定主喷嘴的出口压力变化程度大; (2)主喷嘴对第1个辅助喷嘴从其出口到距离其1Omm处的气流影响相对来说比较小，此后影响显而易见;主喷嘴对辅助喷嘴气流的影响从第3个开始减弱，对第4个及以后的辅助喷嘴的气流基本上没有影响; (3)由于各个辅助喷嘴的安装存在误差，使得各辅助喷嘴的引纬气流速度分布并不完全在同一方向上，因而在实际生产中要对辅助喷嘴的高度、气流喷射角度两个工艺参数进行严格的控制，来提升各辅助喷嘴喷射气流间的有效汇合。 27 盐城纺织职业技术学院毕业设计 参考文献 [1]王荣根(国外无梭织机的发展现状[J](纺织导报，2004(4):23-25( [2]陈亚威，沈毅(喷气射流引纬技术的国内外研究现状[J](现代纺织技术，2007(4):43-45( [3]曹海燕(SGA21l异型筘多喷嘴引纬系统的工作原理[J](河北纺织，2006(2):40-41( [4]毛新华(新型织造设备与工艺[M](北京:中国纺织出版社，2002.1( [5]张平国(喷气织机引纬原理与工艺[M](北京:中国纺织出版社，2005.12( [6 ]严鹤群，戴继光(喷气织机原理与使用[M](北京:中国纺织出版社，2006(9. 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