淺析綠色聚酯纖維紡絲箱的優化設計

朱進梅

（北京中麗制機工程技術有限公司，北京 101111）

傳統的綠色聚酯紡絲箱功能較單一，已不能滿足化纖企業紡絲的需求，為了多功能多品種紡絲的需要，對紡絲箱進行改進升級，優化關鍵部件的設計勢在必行。

1 設備的概述及工藝流程

經過長期的實踐、觀察和研究發現，現有技術的各種長絲紡絲箱之所以功能較單一，其一就在于紡絲箱都是針對某一產品品種而設計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問題是：提供一種具有紡絲模塊互換結構的圓形截面紡絲箱，可根據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化設計方法。綠色聚酯纖維紡絲工藝流程如下圖1所示。其中紡絲箱是一個很重要的部件。

圖1

2 紡絲箱的優化設計

設計實例：紡絲頭數：6頭，噴絲板外形：φ95，兩位一箱。

2.1 圓形截面紡絲箱的結構（如圖2）

2.1.1 圓形截面紡絲箱強度計算

圖2 圓形紡絲箱結構

材質為Q245R，設計溫度310℃，設計壓力：0.2MPa，圓筒直徑Di=500mm，焊接接頭系數φ=1，查GB150.2表2，設計溫度下許用應力[s]t=106MPa，根據GB150.3.3.3節，圓形箱體設計溫度下計算厚度 δ=PcDiδ/(2[σ]tφ-Pc)=0.2×500/(2×106×1-0.2)=0.47mm。

考慮筒體的穩定性，設計厚度取6mm。

2.1.2 兩端平蓋的計算壁厚

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為環境溫度：25℃，K1為傳熱系數，可按下列經驗公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，計算后Q1=2kW。

2.1.4 保溫厚度計算

紡絲箱保溫層厚度直接影響能耗、箱體內溫度的均勻性和紡絲車間的溫度。

通過保溫層傳到周圍環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為保溫材料熱導率。

λ1=46.5W/（m·℃）；λ2為保溫材料熱導率，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 長方形截面紡絲箱的結構（如圖3）

2.2.1 長方形截面紡絲箱強度計算

材質為Q245R，設計溫度310℃，設計壓力：0.2MPa，焊接接頭系數φ=1，設計溫度下許用應力[σ]t=106MPa，根據GB150.3-A.6節，應用計算機軟件sw6計算結果為：設計厚度為12mm。

2.2.2 兩端平蓋的計算壁厚

材質為Q245R，設計溫度310℃，設計壓力：0.2MPa，非圓形平蓋短軸長a=360，長軸長b=430，查GB150.3表5-9，非圓形平蓋結構形狀系數Z=3.4-2.4a/b，且Z≤2.5，因此Z=1.4。

圖3 長方形紡絲箱結構

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為環境溫度：25℃，K1為傳熱系數，可按下列經驗公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，計算后Q1=3kW。

2.2.4 保溫厚度計算

長方形紡絲箱最小保溫厚度δ2≥0.99m。

3 結語

通過以上設計計算，圓形和長方形的紡絲箱性能結果如表1所示。

表1 圓形和長方形紡絲箱性能比較

通過比較，圓形紡絲箱的壁厚是長方形的1/2，箱體質量是長方形的1/2，所需的加熱能源是長方形的2/3，并且焊縫數量比長方形減少1/2。因此，綠色聚酯纖維紡絲箱的設計應盡量采用圓形紡絲箱，可以節約生產成本和制造成本，帶來更大的經濟效益。

[1]陳立軍.淺析多功能紡牽聯合機柔性化設計[J].紡織機械,2013,(04):32.

[2]于麗娜.圓形紡絲箱與長方形紡絲箱結構設計的比較[J].聚酯工業,2012, (07):33.