细纱机节能锭子的应用研究
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细纱机节能锭子的应用研究

时间:2018-07-04
  纺织行业是能源消耗较大的产业,用电成本是纺织企业除原料之外的较大成本之一。随着纺织机械自动化水平的提高,纺纱平均号数不断变细,锭速不断提高,用电成本在整个制造成本中比例不断提高。棉纺织企业节能降耗工作越来越来受到企业的重视。细纱机占整个纺织企业能耗的60%~70%,高效节能的细纱机研究制造是今后的发展方向之一。细纱锭子做为细纱机上主要的加捻卷绕部件,随着高速化的迅猛发展,越来越受到纺织企业的关注。
 

  1 细纱机能耗理论分析

 
  细纱机全机功率的组成可分为纺锭功率、辅助功率和基础功率。细纱机全机功率的具体分类见图1。
 
细纱机全机功率分类
 
  由图1可知,纺锭主要功率包括卷绕功率和卷装功率。纺锭次要功率由空锭(锭子本身)功率和锭子传动功率组成。锭子做为细纱机上主要的加捻卷绕部件,空气阻力Fp、卷装功率Np、锭子线速度Vp 的计算公式分别见公式(1)、(2)、(3)。
 
  Fp=CPVp2S (1)
 
  Np=FpVp=CPVp3S (2)
 
  Vp=πDxNx (3)
 
  式中:C 为阻力系数(取决于卷装表面状态);P为空气密度;S为细纱卷装表面面积;Fp为空气阻力;Dx为管纱卷绕直径;Nx为管纱回转速度(同锭速)。
 
  以上公式表明,细纱卷装功率与其表面线速度的三次方呈正比(即与卷装直径和回转速度的三次方呈正比)。随着管纱的逐渐增大,细纱卷装功率在成形过程中是变化的。在管底成形阶段,卷装功率增速快,管纱成形完成后,卷装功率增速缓慢,近似线性增大,直到满管。细纱卷装功率中纺纱锭子主要功率占比相当大。在大卷装和纺细号纱时,卷装功率在纺锭主要功率中可高达70%~80%;同时,由公式(2)可知,细纱卷装的功率消耗与其表面阻力系数呈正比。因此,减少细纱管纱毛羽,提高管纱表面光洁度,可减少阻力系数C,从而减少卷装功率。在其他品种条件一定的情况下,我们只有研究环锭细纱机次要功率来降低用电消耗,主要针对锭子本身的功率和锭子传动功率。
 

  2 细纱机锭子发展趋势和能耗对比

 
  从近20年来我国细纱机锭子高速发展的规律来看,锭盘直径从24mm 逐步减少到22mm、20.5mm、19mm。现在普遍推行的小锭盘锭子具有显著的节能效果,锭子的传动功率在一定的锭速下,大轴、滚盘、锭带、电机的速度是减小的。我公司也经历了锭盘直径从22 mm、20.5mm、19mm的转变历程,实践证明,锭速越高节能效果越明显。
 
  锭子的能耗随锭速的增高而增高,低速段增长缓慢,高速段增长快。传统细纱机的动力输入,用于纺锭功率消耗约占65%~75%,辅助功率消耗约占15%~25%,牵伸功率约占10%~15%,成形(钢领板)占5%左右。随着细纱机高速化进程的不断加快,纺锭功率占全机功耗的比值也逐渐增大,辅助功率占全机功率的比值逐渐减小。
 
  实践证明,我公司改造使用自动落纱细纱机短车,铝套管锭子比光杆锭子的吨纱能耗高。同时也做了大量的对比试验,研究细纱锭子的能耗。经测试,车速为14000r/min时,YJD6111FA-19铝套管锭子平均功率为6.67W,YD6103-19光杆平锭底锭子平均功率为6.44W,YD6103-19锭子要比YJD6111FA-19 锭子节能3.4%。分析原因:铝套管锭子YJD6111FA-19系列上部转动锭杆质量约275g,YD6103-19质量是225g,差距50g左右。经纱管YD6103-19是52g,YJD6111FA-19是41g,总质量差距(275+41)-(225+52)=49(g)。显而易见在其他条件相同的情况下锭子上部转动部件质量越重,能耗越高,因为转动需要的负荷大。
 
  为能更好地分析并有效降低能耗,经和某纺机企业的探讨,制造出了新型节能锭子YJD6111F。新型节能锭子YJD6111F-19上部转动锭杆质量降低到219g,并在改造前做了大量对比试验。测试条件:锭子油位高度60mm,锭带1mmx10mmx1350mm,锭带张力10N,室温24℃。YJD6111F-19、YD6111FA-19 两种锭子的功耗对比见表1。
 
YJD6111F-19、YD6111FA-19 两种锭子的功耗对比
 
  由表1 可以得出,车速在14000r/min、15000r/min、16 000 r/min、17 000 r/min、18000r/min、16 000 r/min (带空管)时,YJD6111FA-19 系列锭子平均功率(与YJD6111F-19系列锭子相比)分别增加了0.6%、0.21%、1.66%、1.6%、1.2%、3.86%,从而进一步确认锭子质量对耗能的影响。我们对纺JC11.8tex纱的吨纱能耗进行对比试验(单独挂电表连续测定),细纱平均锭速为16500r/min,满纱长度为5000m,采用YJD6111FA-19 系列锭子吨纱用电为3430kW·h,采用YD6103-19系列锭子吨纱用电为3190kW·h,采用YJD6111F-19系列锭子吨纱用电为3040kW·h。可以看出新型铝套管节能锭子的节能效果明显。
 
  经长期实践,新型铝套管节能锭子特别适用于集聚纺细纱机集落改造与新机配套和老机自动落纱改造配套。锭子本身高度减少10mm~20mm,避免龙筋下降或放宽太多时纺纱角度变化的影响,也避免了短车自动落纱改造后纺大纱时,因上升过程上部托脚限制钢领板上升而造成纺纱不满的现象。
 

  3 节能锭子研究引发的思考

 
  细纱机高速化必须要尽快推进。阻碍我国细纱机高速化首先是“轻定量,慢车速,质量好”的工艺管理理念根深蒂固的思想意识问题。随着纺织科技的不断发展,高速自动化是必然趋势。
 
  我国纺织企业的纺纱钢领直径大多数是40mm~42mm,少数细号纱使用38mm,而国外纺28.1tex 纱都采用直径为38 mm 甚至35mm的钢领直径。我国现纺细纱机自动落纱占比小,用工问题严峻,正是此问题阻碍了纺纱的高速化。但是使用自动落纱长车用大直径钢领能耗必定会更高。因此,在一定锭速下,细纱钢领直径减小,钢丝圈运行速度低,才是解决制约环锭纺高速化的途径。钢领直径减小,在高速下钢丝圈的运行线速度比大钢领要小得多。例如锭速17000r/min,钢领直径40mm 的钢丝圈速度是πx40x17000/(60x1000)=35.59(m/s),钢领直径42mm的钢丝圈速度是37.3m/s,钢领直径38mm 的钢丝圈速度是33.81m/s,线速度越快,磨损加剧,断头增加。因此采用小直径钢领可以进一步提高锭子速度。
 
  细纱卷装功率随管纱卷装直径增大而增大,除了高速回转克服空气阻力之外,纺纱长度越长,管纱纱线越重,势必会使带动锭子转动负荷的不断增大,这就是小纱能耗小,大纱能耗大的主要原因,也是小直径钢领卷装比大直径钢领卷装能耗低、电流小的主要原因。同时小直径钢领纺纱时气圈小,与空气摩擦小,这也是使用小卷装(小直径钢领)节能的重要原因之一。
 
  加快推行高速节能锭子使用,特别更换小锭盘锭子是投资小、见效快的节能途径,也为今后细纱机高速化奠定长远基础。保养到位的一般锭子更换周期长达10年。在相同的锭速情况下减小锭盘直径,可实现细纱机大轴速度降低,节电、降耗效果显著,同时滚盘重量、联轴器重量、皮带张力影响电耗也是比较大的因素之一,研究节能也要从这些因素入手。细纱机现在普遍采用平皮带传动,皮带张力小易打滑或掉皮带,但张力大容易使细纱机尾端大轴变形负荷增大,我公司试验由于皮带张力过紧造成电机电流增加2A 左右,且容易造成车尾端大轴轴承严重损坏。
 
  细纱机由于自身变形,地坪变动,造成轴向变形对能耗影响也较大,必须要定时分析测定电流差异进行针对性的整修。同时,高效节能风机和电机的应用也可以使细纱机节能更显著。
 

  4 结束语

 
  细纱机锭子生产企业按照此思路进一步降低锭子上部杆盘的重量,可研究出来更加高速和节能的锭子;同时,在减少锭盘上部直径后,使锭带容易上跑得到优化。所有的锭子都配置刹锭器是解决高速后大纱拔纱困难的根本途径,特别是大纱时的断头很难拔纱,为进一步提高锭速打下坚实的基础。
 
  纺织企业要抛弃以往“锭速低,纺纱质量好;锭速增加,断头会增加”的直接因果联系思想观念,只有找到断头的根本原因,才能更好地解决质量和节能的关系。与此同时,密切联系纺机企业,及时探讨节能锭子带来的其他影响,找到提高锭子质量的有效解决方法;建议使用进口上轴承,进一步延长锭子的使用寿命,减少故障并提高锭速。
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