FS275—800型粘胶短纤维纺丝机的设计

FS275—800型粘胶短纤维纺丝机的设计 FS275—800型粘胶短纤维纺丝机的设计 2007年第3期 2007.?.3 人造纤维 ArtificialFibre 总第199期 Sum199 FS275—800型粘胶短纤维纺丝机的设计 肖翔 (唐山三友集团化纤有限公司河北唐山063305) 【摘要】充分借鉴引进的Lenzing粘胶短纤维纺丝机的优点,成功地完成了FS275 —800型 纺丝机的设计,并投入生产运行.FS275—800型纺丝机不仅结构紧凑,占地面积小, 生 产能力达到3,4万畦/年,而且自动化程度高,能生产多种差别化纤维,超过了进口 设备 水平. 关键词粘胶短纤维纺丝机设计结构特点技术特征 唐山三友集团化纤有限公司一期年产2万 吨粘胶短纤维纺丝机由奥地利Lenzing公司引 进,设备具有生产能力大,自动化程度高等特 点,为上世纪9O年代世界先进水平.但是, 该设备的备件价格昂贵,供货周期长,影响生 产;而且生产中使用的本地水氯离子含量高, 纺丝机的1.4539材质的一浴槽,二浴槽腐蚀 后滴漏的酸浴腐蚀机架,影响设备运行的稳定 性.而国产粘胶短纤维生产设备基本为1,2 万吨能力的生产线,自动化水平低,与国外相 比有很大差距. 为此,我们对整条生产线进行经济效益分 析,并考虑相关配套设备的能力,在以前备件 国产化的基础上,针对原进口设备的不足之处 进行改进,进行纺丝机的创新设计,要求纺丝 机生产能力达到每年3,4万吨粘胶短纤维, 整机自动化控制,产品质量好. 1纺丝机参数的确定 1.1纺丝速度,喷丝头孔数,计量泵流量和 纺丝锭数 原Lenzing纺丝机Et产60t,纺速50m/ min,每个组合喷丝头的孔数为76000孔,计 』 【2】 量泵流量为60mL/r,纺丝锭位为单面4O锭, 全机共8O锭. 提高产能,就要从提高纺速,增加组合喷 丝头孔数,增加锭数着手. 按进口纺丝机的参数,要使产量达到 120t/d,则需要增加机器的纺丝锭数到160. 而为了不使机器太长,纺丝锭距要减小,操作 不便.若使每台机器在合理长度(20m)以 内,又便于操作(锭距275mm不变),则必 须减少锭位,但又要维持120t/d的产量,则 必须提高每锭的产量,而要提高每个锭位的产 量,其途径有二:一是提高纺速,二是增加喷 丝头孔数与计量泵流量. 1.1.1纺丝速度 纺速不能无限提高,一方面受纤维素黄酸 酯凝固分解所需时间限制及凝固浴对丝速阻力 的影响和回收CS:所需时间的要求,另一方面 受设备结构上,操作条件上的限制.根据一般 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 介绍及国内生产实践所证明的纺速在 60m/min较为经济.因此,本设计确定,在设 备故障如导丝盘缠辊需要降低纺速时,为便于 操作,最低纺速定为7m/min,纺丝升头时为 30m/min,正常生产时的纺速控制在6O, 25, 70m/min. 第37卷第3期 Vo1.37,No.3 人造纤维 ArtificialFibre 2007年6月版 June,2007 1.1.2喷丝头孔数 在纺速不能较大提高的情况下,要增加产 量只能增加喷丝头孔数.目前,国产纺丝机的 喷头孑L数较少.Lenzing纺丝机的组合喷丝头 孔数为76000孔,是最多的,其组合喷丝头是 由4o个喷丝帽组成,组合喷丝头的结构如图 1所示.喷丝帽的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 是金铂合金,喷丝帽的 面径为16mm布孑L区为13mm,在布孑L区 均匀排布有1900个0.06mm的孑L.如图2所 示.通过几年的生产实践,证明该组合喷丝头 的凝固浴渗透性好,丝束成形效果好. 图1 图2 粘胶从扩流口下部进入组合喷丝头,均匀 稳定的通过分配板,经过不锈钢滤网的过滤 后,通过喷丝帽喷到凝固浴中,与凝固浴反应 生成丝束. 原分配板的开孑L面积为9004mm,我们经 ,并增加孑L数至2217 过计算,将孑L重新排布 孑L,孑L数比原来增加了约17%,使开孑L面积 【3】 达到9455mm,从而使粘胶的流动更加均匀, 稳定,通畅. 在每个纺丝锭位同一产量的要求下,喷丝 头的孔数还决定于喷丝头孑L径,孔径越大则孔 数少,反之宜然;而喷丝头孔径则决定于纺制 纤维的纤度.我们根据生产经验,设计了几种 不同孑L径及孑L数的喷丝头,用于纺制不同纤度 的粘胶短纤维.见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1. 表1 孔数孔径适纺纤度 (个)(mm)(dtex) 20ooo0.105.56,8.88 301600.06,0.082.77,3.33 76O000.061.0,2.22 886800.060.67,1.0 1.1.3计量泵流量 一 般粘胶纺丝计量泵的吐胶量为30mlMr, 60mlMr较为普遍,本纺丝机的喷丝头孑L数达 76000孔以上,因此采用了60mlMr流量的计 量泵. 1.1.4纺丝锭数 (1)设备利用率计算, 设备利用率是指设备的生产时间与全部使 用时间(生产时间+非生产时间)的百分率, 全部使用时间中属于非生产时间的有下列几个 方面: ? 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 停机 属于计划停机的有大修,中修,小修三 种,如表2. 表2 项目大修一次小修一次清理 检修周期一正1个月5天 检修一次时间7天l0小时6小时 一 年停机次数1次l2次73次 一 年停机率(%)1.9441.3895.069 计划停机率=1.944%+1.389%+5.069%=8.4% ?运转效率 2007年第3期 2007,No.3 人造纤维 ArtificialFibre 总第199期 Sum199 纺丝机连续运转期间影响运转率的有换喷 丝头,烛形滤器等,更换周期和时间见表3. 表3 更换周期所需时间影响效率项目 (h)(min/个)(%) 换喷头6020.12 换滤器120100.14 运转效率=1一(0.12+0.14)%=99.74% ?损失率 以2%计. 综上经计算,总设备利用率为89.5% (2)纺丝锭数计算 本机设计采用76000孔,86800孔喷头纺 制棉型短纤维单丝纤度为1.5旦,设纺丝机的 利用率为89.5%,纤维收缩率为l0%,产量 为120t/d,则在纺速为55m/min,60m/min, 65m/min,70rn/min时所需的纺丝锭位数计算 如下: ?每个锭位的生产能力 q=(N×H×V×K×f×60×24)/ (9000×1000×1000×8) 式中:q一单锭生产能力 N一单丝纤度1.5旦 H一喷头孔数76000孔,86800孔 V一纺速55m/min,60m/min,65m/min, 70m/min K一设备利用率89.5% f-一纤维收缩率10% 8一纤维回潮率13% q=(1.5×H×V×0.895×0.90×60 ×24)/(9000×1000×1000x0.87) =HV2.22×10一't/d ?满足120t/d产量时所需纺丝锭数 Z=Q/q 式中:Z一纺丝锭数 Q一纺丝机产量 z=12o/(HV2.22×10)=5.405× 10/HV锭 【4】 经计算,不同纺速和不同喷丝头条件下, 纺丝锭数的选择如表4. 表4 纺速76000孔的纺锭数86800孔的纺锭数 (m/rain)(个)(个) 55129l13 60l18104 ? 6510996 7010289 从上述计算可知,产量120t/d,纺速6O , 65m/min的条件下,纺丝锭位应在110, 120锭之间. 因原纺丝机每节8锭,确定本纺丝机锭位 为56×2=112锭. 1.2主传动轴转速,导丝盘转速 1.2.1主传动轴转速 主传动轴与计量泵之间采用的齿轮组的减 速比为40/48,计量泵的转速根据工艺要求, 与喷丝头孔数,纤维纤度,纺速,计量泵流量 有关.表5为喷丝头76000孔,计量泵转速 60mL/r条件下,纺速与主轴转速对应的计算 结果. 表5 纺速(m/min)主轴转速(r/min) 55142 ? 60155 65168 70180 1.2.2导丝盘转速 纺丝机的纺速是指牵伸机第5,8辊线速 度.在第1-4辊与第5,8辊之间有1%的负 牵伸,即: (V5一V1)/V1=一1%' 式中:V一第5,8辊的线速度,即纺速 V一第1,4辊的线速度 而在牵伸机第1,4辊与导丝盘之间有 60%,70%的牵伸,即: 第37卷第3期 Vo1.37.?.3 人造纤维 ArtifieialFibre 2007年6月版 June,2007 (V1一V导)/V导II牵伸比 式中:V导一导丝盘线速度 导丝盘是直径为200mm左右的锥形陶瓷 盘,按200mm直径的圆柱体近似计算.则在 纺速7—70m/min,牵伸比60%和70%时的导 丝盘转速见表6. 表6 牵伸比纺速导丝盘转速 (%)(m/min)(r/min) 77 1515 603030 5050 7070 76.6 1514.2 703028.4 5047.3 7066.2 2凝固浴循环的设计 根据凝固浴组成,生产每吨纤维所需要的 HSO量为0.66,0.75t,在纺丝过程中要保 持凝固浴落差在5g/L左右,则生产每吨纤维 所需的凝固浴循环量最大为140m.,全机每天 生产120t纤维所需要补充的凝固浴量为1.68 ×10m./d,单面纺丝凝固浴槽的凝固浴补充 量为8.4×10'm/d,即97L/s. 为保证每锭丝束成形好,必须使凝固浴流 量均匀,稳定,因此纺丝机每节设1个进酸 口,共7个.每个进酸口流量为97/7II14L/s. 一 浴槽的结构如图3所示. 凝固浴从一浴槽下部进入槽体,通过挡板 的缓冲进入前部,通过稳流孔板的小孔,均 匀,缓慢地向上涌起,与纺丝喷丝头喷出的粘 胶反应,完成丝束成形,反应完的凝固浴从上 部隔板溢流至后部腔体排走. 一 浴槽进酸管直径为150ram,其凝固浴 的流速为14×10/(1T×75)=792mm/s.稳 【5】 图3 流孔板总的开孔面积为15943em.,则通过孔 板的凝固浴流速为97×10./15943=60mm/s. 3排风设计 粘胶纤维在纺丝凝固成形过程中放出大量 的cs及Hs等有害气体,纺丝机前面有活 动拉窗进行密封,避免有害气体外溢.在纺丝 机顶部设置机内排风装置,将有害气体排出. 根据资料,纺丝时产生的cs量为制胶时 加入量的15%,而集中在纺丝机上散出的占 总量的40%.制胶时Cs2加入量为280kg/t纤 维,则生产每吨纤维所散出的cs量为280× 15%×40%=16.8kg,日产120吨纤维的纺丝 机每小时散出的CS量为16.8×12o/24II 84kg. 纺丝机机内空间为43m.,则机内空气中 的CS2含量为84000/43II1953g/m. 当纺丝机正常生产时,拉窗全部封闭,避 免有害气体溢出.纺丝升头或处理缠辊时打开 拉窗,纺丝机单面共7个拉窗,可单独控制. 以打开2个拉窗时计,其漏风面积为5.5m, 加上设备缝隙,按6m.计.在空气中,气体 自然流动的速度为0.5m/s,则每小时纺丝机 单面的排风量为6×0.5×60×60=10800m 2007年第3期 2007,?.3 人造纤维 ArtificialFibre 总第199期 Sum199 含cs及Hs的气体在管道中的合理流 速为5,9m/s,则所需管道出口的最大面积为 10800/3600/5=0.6m,最小面积为10800/ 3600/9=0.33m.. 4浸浴深度及锭距的确定 浸浴深度就是喷丝头至凝固浴液面的距 离,此长度对纤维凝固的状况及其性能起决定 性的作用.浸浴深度应适应于所纺纤维凝固所 需时间.对于同种纤维在纺速提高或喷丝头孔 数增加时,为了保证凝固时间,必须增加浸浴 深度.试验表明,当凝固浴温度42,48?, 组成H2SO4105,120g/L,Na2SO4260,280g/ L,ZnSO15,20g/L的情况下,反应时间不 少于0.2s,在60m/min的纺速下,浸浴深度 必须大于200mm.浸浴深度越大,纤维的成 形越均匀,纤维的强度和柔性越好.根据试验 资料,浸浴深度增加2,2.5倍,纤维强度可 提高20%,30%.即在一般凝固浴组成条件 下,凝固时间为0.5,0.6s.纺速最高70m/ rain,浸浴深度600,700mm,本设计浸深采 用800mm. 60mL/r的计量泵全长229mm,组合喷丝 头外径214mm,考虑其它部件如离合器的安 排风管部件 装,将锭距设定275mm.全机长度约19m, 宽度5.6m,占地面积107m. 5纺丝机主要技术特征 5.1型式 FS275—800型粘胶短纤维纺丝机,双面, 单排,深浴式.可纺制0.67,8.88dtex的粘 胶短纤维. 5.2基本参数及尺寸 纺丝锭数:双面112锭,单面56锭,7 节;双面96锭,单面48锭,6节;双面80 锭,单面40锭,5节 纺丝锭距:275mm 喷丝头型式:组合喷丝头 计量泵流量:60mL/r 导丝盘直径:200mm 牵伸比:60%,70% 浸浴深度:800mm 生产能力:90,120t/d 外形尺寸:19×5.65×4.37m 机台重量:约80t 5.3纺丝机结构及物料走向 纺丝机结构如图4所示. 图4 【6】 第37卷第3期 Vo1.37.?.3 人造纤维 ArtificialFibre 2007年6月版 June,2007 本型纺丝机主要由机架,一浴槽,二浴 槽,水槽,主传动,鹅颈管,喷丝头,导丝 盘,导丝棒,导丝钩,尾部支架,拉窗,排风 管,控制箱等组成.整体结构为面对面式设 置,机架由上,下两部分组成,是整体设备的 基础,几乎所有部件都安装在机架上面.下部 机架经常与酸性,碱性液体接触,选用不锈钢 材料,上部机架的工作环境较好,选用碳钢材 料.主传动机构由减速电机,主传动轴,夹壳 齿轮联轴器,轴承座等组成,安装在机架的前 部.其中减速电机与计算机连接用变频调速器 调速,采用DCS控制系统控制.水槽安装在 机架的前部,鹅颈管位于机架的前部通过旋转 接头连接在机架上,导丝盘与导丝棒,导丝钩 安装在机架的中部,排风管,控制箱安装在机 架的上方.机架的上方安装起密闭作用的拉 窗.一浴槽采用PVC板材热成形后进行组焊, 安装在机架内的下部,一浴槽的前部安装有挡 板,前,后部分别安装有回酸管.喷丝头为组 合式结构,位于一浴槽内的底部与鹅颈管连 接.二浴槽采用不锈钢外包玻璃钢结构,安装 在机架的中部,位于导丝盘支架的上面,二浴 槽的前,后分别有二浴进酸口,尾部有回酸 管. 凝固浴从一浴槽后部的进酸管进入浴槽, 从浴槽的挡板上部返到一浴槽底部,通过孔板 均匀,稳定地进入一浴槽前部,与喷出的粘胶 发生反应.凝固浴与粘胶发生反应后,从隔板 上部溢流到一浴槽后部,从前,后两个回酸管 流出. 二浴槽安装在机架的中部,位于导丝盘支 架上面.二浴从二浴槽前,后7个管口均匀进 入浴槽,对丝束不仅有洗涤的作用,而且能蒸 出部分二硫化碳和硫化氢,二浴由浴槽后部通 过二浴回酸桶过滤掉部分大的胶块后流走. 纺丝机的喷丝头采用组合喷丝头设计,喷 丝板上排布有4O个喷丝帽,每个喷丝帽有 500,2217个喷丝孔. .在纺丝机机头,粘胶由粘胶管进入纺丝 机,粘胶管通过不断地变径,对粘胶进行合理 【7】 分配,保证每锭的粘胶流速相同,粘胶在管路 中无胶皮,结块现象产生.每锭的粘胶以相同 的流速进入计量泵,由主轴通过离合器控制的 计量泵以设定的流量将粘胶打人烛形滤器,经 鹅颈管从喷丝头喷出,在一浴槽中与凝固浴发 生反应凝固为丝束.丝束从喷丝头至凝固浴液 面离开浴槽,丝束在凝固浴中的浸深长度达到 钩,导丝盘,导丝棒的 800mm.丝束通过导丝 牵伸取得一定的机械性能,然后进入二浴槽. 在二浴槽出口,丝束离开纺丝机,进入牵伸 机.牵伸机的牵伸辊与导丝盘之间对丝束按一 定的牵伸比进行牵伸,提高丝束的机械性能. 纺丝机有拉窗密闭,有害气体由排风机从 排风管排出. 5.4纺丝机的防腐措施 纺丝机的机架材料:各立柱与横梁为 00Crl8Nil2Mo2Ti,与凝固浴或酸性气体接触 的部分为00cr20Ni25M05cu4,上部机架不与 酸性气体接触采用Q235A材质涂耐酸碱漆. 一 浴槽采用PVC板材热成形后焊接,保 证了防腐的要求,降低了成本. 二浴槽采用内部钢骨架外包玻璃钢,既保 证了部件的整体刚度,又提高了部件的耐腐蚀 性能. 排风管和排气罩选用PP材料. 6设备特点 (1)结构紧凑,占地面积小.设备总长 仅19m,占地面积107m. (2)生产能力大.采用大型组合喷丝头, 每锭能达到88680孔,单机年产量30000, 40000t. (3)自动化程度高.主传动减速电机, 导丝盘减速电机全部采用变频调速和DCS控 制系统,每个电机减速机的转速,电流,扭距 等参数在中央控制室的计算机上都有显示和报 警,便于生产控制.同时,与牵伸机,切断机 连锁控制,牵伸比能达到70%,提高了纤维 的强度指标(下转30页) 2007年第3期 2007.?.3 人造纤维 Arti6cialFibre 总第199期 Sum199 2.3织造 平纹组织交织点多,面料紧密,手感挺 括,织造时缩率大;斜纹组织交织点相对于平 纹组织交织点少,面料手感柔软丰厚,织造时 缩率较平纹小;同时采用平纹和斜纹织造时, 由于平纹相对于斜纹交织点多,造成平纹部分 经纱紧,斜纹部分经纱松,结果斜纹部分的经 纱下垂,停经片下沉,造成停车.细旦Teneel 高支纱强力低且脆,经纱密度高,经纱之间的 摩擦大,易造成经纱断头.纬纱密度大,则增 加了综框打纬时对经纱摩擦次数,也增加了经 纱的断头.我们采取了如下措施. ?增加斜纹的密度,斜纹的密度是平纹密 度的一倍. ?穿综时把斜纹穿在前区,平纹穿在后 区. ?降低平纹部分综框的开口量,开口量降 低15mm. ?停经架前后位置由130mm调到150mm, 高度由30mm调到20mm,并且变换停经架的 角度,使停经片的摆动不宜过大. ?尽量降低经纱张力. ?边撑采用橡胶边撑,采用橡胶卷布辊, 整理采用卷装. 通过采取以上措施,织造效率达到86% 以上.入库一等品率为100%,其物理指标如 表4所示. 表4细旦Tencel纤维面料物理指标 项目平均值 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值差异曲 无浆干重(m2)98.210o.83—2.6% 幅宽(em)166165.100.6% 经密(10em)646649.6一0.5 纬密(10em)390393.70.9% (上接7页)能生产高白度纤维,高强度纤 维,阻燃纤维,竹浆纤维等差别化纤维. (4)采用大浴顺流高速纺.故障纺速仅 7m/min,便于操作,降低了能耗;最高纺速 70m/min,提高了设备的生产能力.一浴槽采 用多口均匀供酸,落差小于5,7g/L. (5)垂直纺丝.二浴槽设在机内,单锭 传动,浸深800mm,每束丝经过导丝盘与导 丝棒的牵伸后在纺丝机内部同时进入二浴槽, 即每条丝束的凝固时间相同,丝束成形效果 好,因此纤维品质均匀,稳定. (6)选材可靠.二浴槽采用不锈钢外包 玻璃钢结构,一浴槽采用PVC板材热成形后 进行组焊,在保证使用效果的前提下,提高了 设备关键部位的防腐蚀能力,同时降低了设备 的制作成本. 【3O】 7结语 经过我们的努力,完成了FS275—800型 粘胶短纤维纺丝机的创新设计,制作,安装并 投入运行,经过生产实践证明,产品的各项指 标达到国际先进水平,生产的高白度纤维,着 色纤维,负离子纤维,阻燃纤维等一系列差别 化粘胶短纤维产品已投入批量生产. FS275—800型粘胶短纤维纺丝机的设计 研发,不仅为我公司节约了设备的资金投入, 而且由于此设备的应用,提高了产品质量,取 得了很好的经济效益.同时,通过本纺丝机的 设计,制作,解决了原设备备件国产化的难 题,保证了生产的正常运行.本型纺丝机已取 得国家专利.