賈成舉

（沈陽宏大紡織機械有限責任公司，沈陽 110141）

由于梳棉機輸出生條的重量不勻率約為4%，直接用生條紡紗會帶來諸多問題，例如：成紗的重量偏差及重量不勻率波動大，纖維伸直平行度差，成紗的條干強力差；生條中有少量的棉絮，紡紗時會產(chǎn)生較多的粗節(jié)和細節(jié)。而并條工序可以有針對性的解決以上問題［1］，即通過并條機的并合牽伸，將多股生條處理成供紡紗機使用的熟條。由于棉絮的存在，加上高速并條機的普遍使用（如：立達公司制造的RSB D22型，車速可達2×1 100m／min），使得并條過程中清潔需求更加重要。目前，其主要的清潔方法是采用吸風系統(tǒng)收集并條過程中產(chǎn)生的短絨、飛花等雜塵［2］，吸風效果直接影響著棉條質(zhì)量。

分析并條機吸風系統(tǒng)的工況特性屬于空氣動力學范疇，其手工計算十分復雜。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算流體力學（CFD）類分析軟件已經(jīng)廣泛應用于航空、航天、汽車、冶金、醫(yī)藥等領域［3］，筆者采用FloWorks軟件對風道模型進行流場特性分析，為并條機降低成本、縮短研制周期提供指導。

1 吸風系統(tǒng)的組成

吸風系統(tǒng)由風機電機、風翼輪、儲棉箱、風道、吸風口等組成，其結構原理如圖1所示?？諝鈴恼謿ど瞎潭ㄈ肟谶M入，經(jīng)牽伸區(qū)在上、下吸風口處對牽伸區(qū)內(nèi)的飛花及羅拉上清潔落下的棉絮、雜塵等進行吸收，進入吸風口的氣流再經(jīng)風道輸送到儲棉箱，經(jīng)濾網(wǎng)過濾后的清潔空氣從風翼輪排出機外［4］。

2 吸風系統(tǒng)常見的問題

并條機的牽伸區(qū)多采用預牽伸和主牽伸，壓輥多采用上下放置形式，如“三上三下”式或“三上四下”式，這種牽伸布置方式需要多處進行吸風清潔操作［5］。針對這種布置需使用多個吸風口；但是，多吸風口清潔方式存在以下問題：① 各吸風口風力流量不均勻且差異較大，牽伸區(qū)清潔度不一致；② 風道內(nèi)部局部有掛花問題。

圖1 吸風系統(tǒng)結構

其解決方案為：① 調(diào)節(jié)各吸風口截面積及位置，保持各吸風口吸風強度相等；② 增大低風速吸風口處的負壓，進而增大風速；③ 優(yōu)化風道結構，減少產(chǎn)生氣流漩渦區(qū)域，提高風道流量。

雖然針對風道存在的問題提出了具體的解決方案，但對風道整體結構進行修改、安裝調(diào)試過程中涉及到車面、檢測平臺及牽伸區(qū)等諸多并條機重要部件，組裝工作量大、操作復雜，而且有些主風道結構為了提供密封效果，借用車面鑄件內(nèi)部型腔，對于此種風道結構的修改需要重新設計車面鑄件的局部結構，試驗成本高、周期長。所以，筆者基于FloWorks軟件對風道進行仿真分析，為快速、準確完成風道優(yōu)化設計提供依據(jù)。

3 風道仿真分析

對原風道三維模型進行FloWorks軟件流體仿真分析，并參照KA22型風速計測量數(shù)據(jù)，為風道結構優(yōu)化提供參考依據(jù)。將三維實體模型導入FloWorks分析模塊中（如圖2a）所示），選擇上、下吸風口的入口為流體入口，吸棉箱通道接口設置為流體出口（如圖3所示）。根據(jù)其流動類型將其設置為內(nèi)部流動，選擇空氣作為風道中的流動介質(zhì)［6］；選擇上、下吸風口及吸棉箱接口，分別設置其各個接口處溫度壓力和流量；運行仿真分析得到仿真圖解（如圖4、圖5所示）。

圖2 風道結構

圖3 風道吸風口

4 優(yōu)化對比

從圖4a）、圖5a）中可以看出，在主風道與吸棉箱接口處管道A區(qū)域（或圖5a）中D區(qū)域），為了保證與多種輸入規(guī)格的導條架接口相適應，設置了一段長為200mm的安裝調(diào)節(jié)區(qū)域，氣流在此區(qū)域形成了一個局部氣流流動死區(qū)，壓力損失較大并形成局部氣旋，飛花、棉絮在此聚集而導致此處掛花嚴重，需要進行優(yōu)化處理。優(yōu)化后的風道結構如圖2b）所示，從分析數(shù)據(jù)（見圖4b））可以看出優(yōu)化后A區(qū)域氣流流速已從藍色級別2m／s提升到黃色級別19m／s，氣流提速效果十分顯著。

從圖5a）速度流跡圖中可看出，在吸棉箱與風道接口罩殼的上部和下部B、C區(qū)域，吸風氣流在此處產(chǎn)生的漩渦較多，需要進行優(yōu)化處理，優(yōu)化后的風道結構如圖2b）所示。從分析數(shù)據(jù)（見圖5b））可以看出，優(yōu)化后B、C區(qū)域氣旋產(chǎn)生的漩渦數(shù)量大約下降了60%，可以預計此區(qū)域發(fā)生大量氣旋而產(chǎn)生風道掛花嚴重的可能性將大大降低。

圖4 風道橫向截面結構示意

圖5 風道速度流跡圖

上述分析過程，定性地將優(yōu)化前、后的風道流場特性進行了對比，為了詳細說明優(yōu)化的效果，將KA22型風速計的測量數(shù)據(jù)、原風道結構的仿真數(shù)據(jù)及優(yōu)化后的新風道結構仿真數(shù)據(jù)匯總對比，見表1。

表1 風道各部位風速數(shù)據(jù)匯總對比 單位：m／s

5 結論

5.1 主風道與吸棉箱接口處管道A區(qū)域負壓增大，風速從原來的1.3m／s提高到4.1m／s。

5.2 吸棉箱與風道接口罩殼上部B區(qū)域氣旋漩渦數(shù)量減少，風速從原來的3.7m／s提高到5.6m／s。

5.3 吸棉箱與風道接口罩殼下部C區(qū)域氣旋漩渦數(shù)量減少，風速從原來的3.2m／s提高到5.4m／s。

5.4 FloWorks仿真分析數(shù)據(jù)與KA22型風速計測量數(shù)據(jù)誤差不大，能夠滿足風道優(yōu)化分析的準確性要求，并能提供一些局部或不便人工測量的特殊位置數(shù)據(jù)，提高了風道優(yōu)化設計的速度和準確性。

［1］王維濱.FA302型并條機吸風系統(tǒng)的使用實踐［J］.棉紡織技術，1995，23（6）：187－188.

［2］張文庚.紡織氣流問題［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1989.

［3］劉西俠，畢小平，趙以賢.裝甲輸送車乘員艙內(nèi)三維空氣流動與傳熱的數(shù)值計算［J］.兵工學報，2003，24（1）：15－18.

［4］謝永奇.JWF－A型并條機吸風系統(tǒng)氣流流場的數(shù)值仿真［J］.紡織學報，2009，30（9）：109－114.

［5］王介生.棉紡工程中氣流的應用與分析［J］.棉紡織技術，2000，26（7）：379－381.

［6］潘雷，蘇樹為.有進出口的容器內(nèi)流體流動數(shù)值分析［C］／／山東省暖通空調(diào)制冷2007年學術年會論文集，2007.