淺析綠色聚酯纖維紡絲箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)

朱進(jìn)梅

（北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司，北京 101111）

傳統(tǒng)的綠色聚酯紡絲箱功能較單一，已不能滿足化纖企業(yè)紡絲的需求，為了多功能多品種紡絲的需要，對(duì)紡絲箱進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)，優(yōu)化關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。

1 設(shè)備的概述及工藝流程

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐、觀察和研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的各種長(zhǎng)絲紡絲箱之所以功能較單一，其一就在于紡絲箱都是針對(duì)某一產(chǎn)品品種而設(shè)計(jì)制造的且不具有互換性，其二在于紡絲箱的截面多為矩形，散熱快，能耗大。本論文要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種具有紡絲模塊互換結(jié)構(gòu)的圓形截面紡絲箱，可根據(jù)不同品種高分子纖維的工藝要求配制出不同的紡絲箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。綠色聚酯纖維紡絲工藝流程如下圖1所示。其中紡絲箱是一個(gè)很重要的部件。

圖1

2 紡絲箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)實(shí)例：紡絲頭數(shù)：6頭，噴絲板外形：φ95，兩位一箱。

2.1 圓形截面紡絲箱的結(jié)構(gòu)（如圖2）

2.1.1 圓形截面紡絲箱強(qiáng)度計(jì)算

圖2 圓形紡絲箱結(jié)構(gòu)

材質(zhì)為Q245R，設(shè)計(jì)溫度310℃，設(shè)計(jì)壓力：0.2MPa，圓筒直徑Di=500mm，焊接接頭系數(shù)φ=1，查GB150.2表2，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[s]t=106MPa，根據(jù)GB150.3.3.3節(jié)，圓形箱體設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算厚度 δ=PcDiδ/(2[σ]tφ-Pc)=0.2×500/(2×106×1-0.2)=0.47mm。

考慮筒體的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)厚度取6mm。

2.1.2 兩端平蓋的計(jì)算壁厚

2.1.3 保溫層壁面損失熱流量

式中：F1為保溫層外表面積：6.8m2，tw為保溫層壁面溫度：50℃，tc為環(huán)境溫度：25℃，K1為傳熱系數(shù)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，計(jì)算后Q1=2kW。

2.1.4 保溫厚度計(jì)算

紡絲箱保溫層厚度直接影響能耗、箱體內(nèi)溫度的均勻性和紡絲車間的溫度。

通過(guò)保溫層傳到周圍環(huán)境的熱量也就是保溫層壁面損失熱流量Q1=2kW。

式中：δ1為保溫箱鋼板厚度；δ2為紡絲箱保溫厚度；λ1為保溫材料熱導(dǎo)率。

λ1=46.5W/（m·℃）；λ2為保溫材料熱導(dǎo)率，λ2=0.037W/（m·℃）；tw1為載熱體溫度，310℃。

圓形紡絲箱最小保溫厚度δ2≥0.99m。

2.2 長(zhǎng)方形截面紡絲箱的結(jié)構(gòu)（如圖3）

2.2.1 長(zhǎng)方形截面紡絲箱強(qiáng)度計(jì)算

材質(zhì)為Q245R，設(shè)計(jì)溫度310℃，設(shè)計(jì)壓力：0.2MPa，焊接接頭系數(shù)φ=1，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[σ]t=106MPa，根據(jù)GB150.3-A.6節(jié)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件sw6計(jì)算結(jié)果為：設(shè)計(jì)厚度為12mm。

2.2.2 兩端平蓋的計(jì)算壁厚

材質(zhì)為Q245R，設(shè)計(jì)溫度310℃，設(shè)計(jì)壓力：0.2MPa，非圓形平蓋短軸長(zhǎng)a=360，長(zhǎng)軸長(zhǎng)b=430，查GB150.3表5-9，非圓形平蓋結(jié)構(gòu)形狀系數(shù)Z=3.4-2.4a/b，且Z≤2.5，因此Z=1.4。

圖3 長(zhǎng)方形紡絲箱結(jié)構(gòu)

2.2.3 保溫層壁面損失熱流量

保溫層壁面損失熱流量Q1=K1F1(tw-tc)。

式中：F1為保溫層外表面積：10.2m2，tw為保溫層壁面溫度：50℃，tc為環(huán)境溫度：25℃，K1為傳熱系數(shù)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，計(jì)算后Q1=3kW。

2.2.4 保溫厚度計(jì)算

長(zhǎng)方形紡絲箱最小保溫厚度δ2≥0.99m。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上設(shè)計(jì)計(jì)算，圓形和長(zhǎng)方形的紡絲箱性能結(jié)果如表1所示。

表1 圓形和長(zhǎng)方形紡絲箱性能比較

通過(guò)比較，圓形紡絲箱的壁厚是長(zhǎng)方形的1/2，箱體質(zhì)量是長(zhǎng)方形的1/2，所需的加熱能源是長(zhǎng)方形的2/3，并且焊縫數(shù)量比長(zhǎng)方形減少1/2。因此，綠色聚酯纖維紡絲箱的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用圓形紡絲箱，可以節(jié)約生產(chǎn)成本和制造成本，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳立軍.淺析多功能紡牽聯(lián)合機(jī)柔性化設(shè)計(jì)[J].紡織機(jī)械,2013,(04):32.

[2]于麗娜.圓形紡絲箱與長(zhǎng)方形紡絲箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較[J].聚酯工業(yè),2012, (07):33.