低張力高效節能蒸洗箱的設計特點和優勢

錢蘋生+包德全+徐谷倉

摘要：低張力高效節能蒸洗箱具有水洗效率高、全封閉、節能、低張力等特點，完全符合當下印染行業的節能減排需求。本文結合該設備的設計特點并結合生產實例，說明了其在節能減排和降低成本等方面的優勢。

關鍵詞：蒸洗箱；低張力；高效；節能減排；全封閉設計

中圖分類號：TS192.3 文獻標志碼：B

Design Features and Advantages of Low Tension High Efficiency and Energy Saving Steaming and Washing Box

Abstract： A kind of low tension， high efficiency and energy saving steaming and washing box was introduced in this paper. The advantages of the machine were described through the introduction on the design combined with production practice.

Key words： steaming and washing box； low tension； high efficiency； energy conservation and emission reduction； totally enclosed design

傳統水洗機的結構為頂部敞開式，軋車外露，箱體無保溫，箱內未設置擋板，耗水量大，能耗高，水洗效率低。2015年5月，國家三部委聯合發布的公告明確提出淘汰這部分高耗水、高能耗、低效率的敞開式水洗槽以及74型煮漂機等落后裝備，改用先進的節能、環保、高效型設備替代。此舉旨在提升工業用水效率，降低能耗和污水排放量，促進節能減排，改善車間生產環境，有效控制生產成本。對此，江蘇賽格紡織機械有限公司研發出一款低張力高效節能蒸洗箱，該設備是在消化吸收了國外先進機型設計的基礎上，進行創新和改進的產品，具有水洗效率高、低張力、車速快、節能環保、穩定可靠、經濟適用等特點。

1 低張力高效節能蒸洗箱的設計特點

1.1 全封閉設計

蒸洗箱全封閉設計，與軋車采用積木式組合結構，且軋車也采用全封閉結構（圖1），全不銹鋼材質。這在最大程度上防止了蒸汽外溢。蒸洗箱和軋車護罩均采用不銹鋼板整體焊接而成，自帶加強筋，結構簡單，箱體結構穩固，設備清潔方便。為了保持蒸洗機的外觀整體性、安全性和操作及維護的方便性，專門設計了便于拆裝的護罩、踏步箱，并申請了專利（專利申請號：201520186332.3）。

在蒸洗箱傳動側和操作側立面中部設有兩扇大鋼化玻璃可視窗，不僅能清晰觀察到蒸洗箱內織物運行情況，而且也方便穿布、擦機和檢修。

彈簧助力式頂蓋開啟設計。僅需一人輕松操作，不僅降低員工勞動強度，而且避免了可移動式頂蓋容易被踩踏變形的風險，以及多人操作容易導致手指壓傷的安全隱患。

頂蓋防滴水自流液封設計。蒸洗箱內常用作熱水洗，蒸汽遇頂蓋冷凝成凝結水后，水滴表面張力克服重力，隨頂蓋坡度自流至液封小槽，形成液封，阻止蒸汽外溢。

1.2 高水洗效率

蒸洗箱內導布輥采用回形穿布路線設計（又稱“雙穿布設計”）。容布量可達25m左右，較常規上五下六的水洗箱增加了近 1倍，延長了水洗時間。外側導布輥直徑為200mm，內側導布輥直徑為150mm。織物通過迂回穿布，織物間距變小，最小間距不足10mm，在織物運行過程中，相鄰織物運行方向相反，且在相鄰織物間自然形成一層高速的水膜摩擦，有助于織物中的污染物與洗液之間的交換。

蒸洗箱內波形檔板設計。在織物高速運行過程中，擾動周圍洗液，并在波形檔板的協同作用下使洗液形成湍流，有利于破壞織物表面邊界層的擴散阻力，縮短雜質的擴散路徑。另外，波形檔板形成分格水洗，對角開孔設計，在箱體內洗液自然形成蛇形逆流，延長了液流路徑，增加了污染物濃度梯度，從而增強了水洗動力。

蒸洗箱內液下高溫水洗，液上高溫汽蒸，有利于提高雜質分子的布朗運動，促使雜質分子由織物內部向邊界層轉移，由織物界面邊界層向洗液中轉移。

1.3 低張力

由于回形穿布路線設計，織物的包角增大，運行阻力增加，導致織物的經向張力增大。為了避免織物經向張力過大而引起織物尺寸不穩定、起皺、克重降低等質量問題，將頂部導布輥設置為電機同步傳動，并有重力感應裝置，靈敏反映織物在運行狀態下的經向張力，從而整體調節所在蒸洗箱上排導布輥的轉速來達到前后同步，達到降低織物經向張力的效果。

在常規水洗箱產品中，張力調節裝置常采用擺臂式松緊架。正常開機過程中，由兩端的氣缸助力，水洗箱內的織物經向張力主要由過布導布輥的摩擦力和前后水洗軋車輥面的線速度差形成，張力大小由松緊架擺臂的擺幅大小反映出來（即織物經向張力越大，松緊架的擺幅越大），然后再傳遞給角位移傳感器，通過電信號改變電機所在變頻器的供電頻率來調節前后軋車的線速度，從而達到同步的目的。很顯然，這種方式的松緊架，織物需要承受擺臂式松緊架導布輥的自重，以及氣缸的阻力，因此織物經向張力較大，且靈敏度不高。新設備改良設計了對稱平衡式張力架（專利申請號：201520181486.3），織物經向張力輕微的波動就能靈敏地反映出來，再通過精密設計的角位移傳感器來調節前后軋車線速度，達到同步的目的。這對生產輕薄織物或對張力敏感的織物是非常有利的。

1.4 節能環保

采用全封閉式設計，避免了蒸汽外溢產生的浪費。在1個標準大氣壓下，100℃水的汽化潛熱高達2256.8kJ/kg，折合標煤約0.077kg，這部分熱量可以將7.34kg的常溫（25℃）水加熱至98℃。另外，新設備四面保溫，減少了箱體表面部分的熱量散失，使熱能得到充分有效利用；水洗效率的提高，促使水和熱能得到充分利用，降低了水耗和能耗，也減少了污水排放量；采用末端蒸洗箱單點給水，逐槽倒流，箱內波形檔板分格水洗，蛇形逆流的液流方式，使洗液和熱能得到極大限度的利用。

蒸洗箱的高溫廢水經具有自主知識產權的熱能回收裝置（專利號ZL 2006 20074296.2）置換出熱能后排放。該換熱器（圖2）主要由一個液槽和一組旋轉圓盤空心軸組成，旋轉圓盤由33個壓模成型的薄壁熱交換圓盤片組成，經電機驅動旋轉；廢水進水溫度95℃，廢水出水溫度50℃；凈水進水溫度30℃，凈水出水溫度75℃；凈水再補給到最后一格蒸洗箱，可大大節省蒸汽消耗，并減輕污水處理壓力。

1.5 自動化

蒸洗箱設有自動溫控系統。蒸洗箱水洗溫度可在觸摸屏上自行預設，由電腦自動控溫，無需人工調節蒸汽流量大小。選用德國寶帝公司的氣動電磁閥控制蒸汽，高精度的溫度傳感器實時監測蒸洗箱內洗液溫度（圖3），電腦自動控制蒸汽閥門啟閉狀態，達到自動精準控溫的目的。

蒸洗箱還設有自動補水和排水系統，當切換工藝、擦機時，無需人工逐個開啟閥門補水或排水，可在觸摸屏上一鍵處理。在蒸洗箱給水點設有定量給水裝置和計量裝置，可根據工藝設定給水量大小，有效控制水耗，并可實時反映出給水的當前流量和累計流量，便于水耗監測和成本統計。

1.6 其他特點

蒸洗箱箱底為斜底設計，帶有一定的坡度，便于排盡箱體內殘存污水；前后兩蒸洗箱之間的高度差為50mm，便于洗液依靠自重逐格倒流；軋車采用斜拉式結構，停機時上軋輥自動脫開，避免橡膠輥長時間靜止壓軋產生不可逆壓痕；軋車前專門設計有可調式的擴幅裝置（專利申請號201520181105.1），軋車后設被動彎輥，兩道擴幅裝置防止平幅織物起皺和卷邊；軋車部分結構緊湊，省去了軋車機架，蒸洗箱和軋車采用積木式組合結構，整機精度高，現場安裝方便快捷；蒸洗箱導布輥外置式軸承傳動，機械密封，方便潤滑和檢修；不銹鋼直接蒸汽加熱管，采用減震消音水汽混合技術，大大降低了蒸汽直接加熱時產生的噪音污染，避免了蒸汽壓力和爆鳴對箱體產生的沖擊。

此外，新產品設計充分考慮到實用性、經濟性和穩定可靠性，導布輥及軋車軸頭加粗，高速運行更加穩定可靠；調節水洗箱單元機上排主傳動導布輥經向張力的重力傳感器由下排導布輥移至上排導布輥設置，不僅可以減少1臺減速電機，而且張力感應更加靈敏，調節織物經向張力更加可靠靈活；由于關鍵零部件（如電機減速機、軸承、氣缸、空氣彈簧等）均采用國際配套，箱體的下料、拼裝和焊接由本公司標準化制作，讓整機不僅精度高、穩定可靠，而且價格大幅降低，單價僅為進口機型的1/3～1/2。

2 使用效果對比測試及成本概算（表 1）

結合表1，以每日生產時間為20h，年工作時間為300天，工業用水均價1.8元/m3，工業用電均價0.8元/kW·h，工業用蒸汽均價220元/t，污水處理費用4.6元/m3，每條生產線年生產能力為1500萬m/a計算，則每臺水洗工藝機組使用低張力高效環保蒸洗箱與敞開式平洗槽比較，每年可節水21600 m3，節約蒸汽6960t，減少污水排放量18576m3，增加用電72000kW·h，每年可削減成本1597929.60元，折算成單位削減成本則約為0.106元/m布；每臺水洗工藝機組用低張力高效環保蒸洗箱與普通封閉式水洗箱比較，每年可節水7200m3，節約蒸汽1320t，減少污水排放量6192m3，增加用電72000 kW·h，每年可削減成本274 243.20元，折算成單位削減成本則約為0.018元/m布。其中，還不包含廢水熱能回收和箱體保溫后節省的蒸汽費用等。（以上數據是以生產純棉或滌/棉混紡中薄梭織工裝面料為主的染整加工企業為例，因產品各異，生產工藝存在差別，各工廠具體情況有所不同，以上數據僅作為參考。在具體實施過程中，還需要各印染加工企業加強水、電、汽方面的管理，優化生產工藝，真正做到節能減排，達到降低成本的目的。）

低張力高效節能蒸洗箱由于穿布路線增加，且過布導布輥的包角也比較大，織物所產生的經向張力隨之增加，為了降低織物經向累積張力，在上排導布輥增設傳動裝置，增加了運行過程中的電能消耗，但從整體效果來看，這提高了水洗效率，降低了生產成本。另外，由于穿布路線交錯復雜，必然會給操作工的穿布和清潔工作帶來一定麻煩，因此在該設備的使用過程中，還需要加強對操作工的培訓。

綜上所述，提高印染生產過程中織物凈洗環節的水洗效率，提高工藝車速、優化蒸洗機凈洗性能設計，對節能、降耗、減排的效果非常明顯，所帶來的經濟效益也是相當可觀。從長期運行效果來考慮，選用低張力高效節能蒸洗箱是比較經濟的選擇。

3 結語

為提高水洗效率，本文從全封閉設計、積木式組合、高效水洗結構、上排導布輥主傳動的低張力拖動方式、節能環保、自動化設計以及其他幾個方面的獨特設計特點，論述了低張力高效節能蒸洗箱的主要優點。以生產純棉或滌/棉梭織中薄工裝面料為主的染整加工企業為例，將3種不同類型水洗箱使用效果進行比對，得出采用低張力高效節能蒸洗箱水洗機組，可獲得明顯的經濟效益和節能減排效果，具有很大的優勢，可縮短設備流程，減少占地面積，提高生產效率等。但由于其結構緊湊，穿布路線復雜，在日常生產過程中，會給操作工的穿布和清潔工作帶來一定麻煩，因此在推廣和應用過程中，還需要加強培訓和引導。

參考文獻

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作者簡介：錢蘋生，男，1984年生，染整工程師，主要從事與染整相關的技術、管理和營銷工作。

作者單位：錢蘋生、包德全、徐谷倉，江蘇賽格紡織機械有限公司；徐谷倉，中國紡織工程學會染整專業委員會。