新型的单向筒子纱染色机

技术领域

本发明涉及一种染整机械， 特别是涉及一种筒子纱染色机。 背景技术

在染整机械行业中，有一种已有技术的筒子纱 的染色机。 图 1显示了这种筒子纱染 色机的设计， 包括有缸身及其缸身底部， 其中缸身底部连接至离心泵。 染色机缸身底部 主要由筋板等基本支撑框架构成。离心泵的作 用是在染色的过程中促使染液的循环。 已 有技术普遍采用缸、 泵分离的设计， 离心泵部件不作为主缸结构的一部分。

在专利号 CN1427111A的双向筒子纱染色机中， 离心泵组件， 包括传动装置 （即马 达及轴承座等）、 传动轴、 叶轮等。 如图 1中所示， 在维护与检查时， 离心泵的传动装 置及叶轮藉由拆除泵盖与泵壳的对接而与缸身 分离，但同时也将整个液流操作系统抽离 了原来的工作位置，使维修人员无法在该系统 放于操作位置的情况下进行检测， 而且拆 除后的马达装回原来位置上的时候， 会产生位置的偏差， 降低效率造成损失， 这一问题 长期困扰生产和使用者。

同时， 染色机主缸与离心泵 （1 ) 之间隔着热交换器 （2)。 若要检查离心泵壳体内 的结构，则需移除该热交换器以从腾空的位置 检视壳体内的情况， 然而该热交换器附有 密封防漏设计于热交换器两侧， 强行将热交换器从中移走会破坏该防漏结构。 故此， 若 须检查离心泵的同时不使机器受损， 也不得不将离心泵与其连接的马达向外移走， 使其 搬离原位置。

同时， 目前在筒子纱染色机的技术中， 普遍采用双向染色。但具有双向染色功能的 筒子纱染色机， 广泛使用一种染液换向装置 （参见上述专利）， 用以调整染液于主缸内 的流向。 为达此效果， 缸内的染液需完全浸透所有筒子纱， 耗水量十分高。 与此同时， 为解决泵内的流体压力不停变换时所产生的负 荷， 替主缸内增压以防止泵体因气蚀损 坏。然而使缸身的承压要求大大增加， 缸体的设计均需要使用更厚重坚硬的材料。加 上 用水量高， 这种具有液体换向设计的筒子纱染色机不得不 大大提高生产成本。如何在不 移动离心泵位置的情况下剖开机身壳体以进行 维护与检查流体研究、以及调低缸身工作 压力及耗水量乃业界长久以来的棘手难题， 极需技术发明为解决这些问题实现重大突 破。 发明内容 本发明的目的是， 提供一种新型的单向筒子纱染色机， 前所未有的实现将缸身、 离 心泵与热交换器一体化的设计， 实现低用料、低水比以至低成本的染整机械设 计， 实现 了在不移动离心泵传动装置的情况下拆除一部 分的离心泵壳体的便拆式离心泵壳体以 进行实位监测。

本发明提供了一种新型筒子纱染色机包括有缸 身 （5)、 纱架 （15)、 纱竹 （16) 及 驱动马达 （26)， 纱架 （15)和纱竹 （16) 安装在缸身内， 其特征是缸身 （5) 内还包括 有离心泵 （27) 与热交换盘管 （18)， 热交换盘管 （18) 安装在缸身 （5) 的底部， 离心 泵 （27) 安装在热交换盘管 （18) 下方， 离心泵 （27) 入口 （6) 连通纱架 （15) 外的 空间， 离心泵出口 （4)连通纱架 （15) 内的空间。 离心泵 （27)成为缸身 （5) 的一部 分。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述纱架 （15) 呈中空状， 底部有一缺口， 纱架 （15) 内的空间与离心泵出口 （4) 相通， 该空间延至纱竹 （16)， 纱竹呈中空状， 连接至纱架内的空间， 纱竹表面有穿孔， 可让染液从中溢出。

纱竹上有细孔让流体从所述空间溢出。溢出后 的流体落入所述缸身 （5) 内的底部， 期间流经热交换器的表面。 流体流经热交换盘管 （18) 后落入离心泵入口 （6)。

本发明采用了一种新型的离心泵设计。本发明 提供的一种新型筒子纱染色机， 所述 的离心泵的壳体是以通过离心泵的叶轮 （9) 的轴心线的径向面垂直地分为两部分， 互 相以法兰连接， 一半壳体与缸身底部 （3) 为一体， 另一半壳体 （11) 可以拆卸。 一半 壳体被移除后， 整套传动组件便清晰可见。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的离心泵装置有一对承托法兰 （12)， 承托法兰呈半圆形， 剖面倾斜状安装， 叶轮轴 （28) 及叶轮 （9) 置于承托法兰上。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的离心泵的壳体（11)的底部固定在平 台 （10) 上， 平台 （10) 装配有轮轴， 放置在导轨上， 通过转动平台 （10) 上的手柄， 可将壳体 （11) 与缸身底部 （3) 分离和接合， 并可籍调整其间的距离， 以使重新安装 时可与主缸上的连接法兰准确对位。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的离心泵具有双吸口 （25a、 b)， 两个 吸口分别位于叶轮 （9) 转动轴线的两端， 染液经双吸口 （25a、 b) 进入离心泵。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的离心泵设置有出口 （4)和入口 （6)， 离心泵入口（6)是染液进入离心泵的通道， 离心泵出口（4)是染液离开离心泵的通道， 离心泵入口 （6) 和离心泵出口 （4) 的方向朝上， 离心泵入口 （6) 连通离心泵两侧的 回流腔 （7)， 再连通至叶轮口 （8)。 从缸身 （5) 回流收集的染液通过回流腔 （7) 回到 离心泵， 并透过叶轮 （9) 转动将染液以循环的方式带回缸身 （5)。

已有设计的离心泵其吸入口及排放口分别是轴 向及径向的。本发明的离心泵泵体则 是吸口及排放口于设计上置于同一方向，离心 泵入口（6)的染液进口和离心泵出口（4) 的染液出口朝上。 结构上从离心泵出口 （4) 排出的染液直接进入纱架内的空间， 从缸 身回流的染液经过热交换盘管后直接进入离心 泵入口，此设计可令回收的染液更快被循 环， 除却不必要的引流管道， 节省空间， 而且泵体本身正位于主缸底部， 可直接提供重 心支撑。 双吸口配置与及出入口均在同一平面上的泵体 是行业中全新的设计。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机，所述的 离心泵内的叶轮（9)置于叶轮腔（ 14) 内， 位于离心泵的中心， 叶轮腔与回流腔被离心泵出口 （4) 的壁分隔开， 叶轮腔与回 流腔之间的开孔形成叶轮口 （8)， 与叶轮 （9) 的吸入口对接。

本发明中的叶轮设计也比同一直径的单向离心 泵更高效，加速了染液的循环， 用水 量少更使纱锭与染液交换的频率提高， 获得更佳的染色效果。于某些工艺上， 若既定了 染液交换的次数，频率上的提高意味着相同的 工艺能于更短的时间内完成。工艺时间上 縮短使整机耗能亦相对减少， 达到节能的目的。

本发明的目的还在于降低筒子纱染色机总体的 生产成本。本发明摒弃原有双向染色 的技术， 使用单向染色。筒子纱的络筒上有无数细小的 孔， 目的是让染液从离心泵送至 络筒中心时， 穿过这些细孔而渗入纱线内。 从络筒中心往外渗出染液的方式称为外流。 染整机械上的设计可使染液沿相反的方向流动 ，亦即是染液从筒子纱周围渗入至络筒中 心， 再被抽回离心泵。 此方式称为内流。 无论以外流或内流的方式处染， 本发明设计的 染液流动的方向都是单一的， 称为单向染色。

本发明采用单向染色的优点是设计简单， 染液从离心泵被泵进缸身 （5 ) 的纱架内 再分流至各纱竹上的络筒， 以外流的方式渗入纱线中。

透过使用 「单向外流」 的染色工艺， 主缸内的水位不用升至淹没筒子纱的高度， 用 水量只需足够让离心泵不至于出现气蚀即可， 比双向筒子纱染色机节省大部分。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机，所述的 离心泵装有电子调速控制系统， 以特 定变换的频率控制离心泵的转速， 透过恒常变化的染液流速做成脉流（impulsive flow) , 提升染液的渗透力。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机，所述的 缸身（5 )的底部置有热交换盘管（18)， 由金属中空环形管道构成， 固定于纱架下方， 管道间彼此相通， 向外连接至水源及蒸 汽源。

主缸的底部置有热交换盘管 （18)， 连接至染色机以外的水源及蒸汽源。 热交换盘 管（18 )位置于染液经常浸泡的地方， 通常于缸身内最低的操作水位以下。 当缸内的设 定温度被提升时， 控制入蒸汽的阀门会酌量开启， 使蒸汽走进热交换盘管（18 ) 内。 盘 管内的蒸汽使管道变热， 与流经管道外壁的染液做成温差。 此时热量被传导至染液中， 达到提高染液温度的效果。相反地当染液需要 冷却时， 盘管内被注入室温的自来水， 使 染液中的热量从中被带走。盘管中水和蒸汽的 流量均由计算机控制以做出相对所设定的 升温率和降温率。 在机器的设计上， 换热装置放于主缸内， 取代旧式外置的热交换器， 以填掉用水的 空间， 直接降低用水量， 并达致更高的换热效率。在用水减少而换热介 质流量不变的情 况下， 于控制的角度上可以做到更高的升温或降温幅 度， 甚至可节省一部分使用换热介 质的成本。若工艺上只要求做出相同的升温率 ， 蒸汽用量亦能相对扣减， 用水量能大量 减低。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的缸身 （5 ) 的工作门 （21 ) 设有密封 漏压装置。

在染色的过程中，有热水清洗筒子纱的步骤。 然而将清水注入主缸内再进行加热是 十分浪费时间的。部分筒子纱染色机会额外安 装一个预备缸于主缸旁， 容量相当于主缸 注满染液后的水量。 安装预备缸的好处是， 将清水预先注入预备缸加热， 于筒子纱需要 清洗时便直接注入主缸内， 节省时间。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的机身设有增压孔（24) 以连接压縮空 气源。

在染色过程中， 为使机内的染液达至其沸点以上的温度， 压縮空气被注入机身内以 增加缸内压力。在密封操作的环境下， 额外增加的压力使液体的温度随之上升。 待设定 温度下降时， 机身上的排压阀会打开， 将缸内的压力释出， 使染色机内的环境回复至正 常的大气压力， 提供足够的条件让染液进一步降温。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机， 所述的缸身 （5 ) 连接有注料系统， 注料系 统包括一条主泵循环以外的喉路，可以将染液 从主缸抽到注料桶或将染色颜料从注料桶 抽进主缸的染液循环内。注料桶亦会往外连接 水源及蒸汽源以用作稀释桶内化学物及将 染料于抽进主缸前提升至适当温度。水源亦可 用作清洗注料桶， 并透过排水系统将污水 排走。 注料桶亦包括搅拌器将颜料拌匀。

本发明提供的一种新型筒子纱染色机，所述的 染色机设置有液流控制系统， 控制染 液单向流动， 省却换向装置， 同时所述的染色机还设置有增压、 排压系统、 注料系统及 升降温系统。

本发明采用单向染色， 取代已有的双向染色， 可省却换向装置， 而且换热系统亦以 热交换盘管（18 )取代外置的热交换器， 此新型染色机的结构比同类旧式设计节省更多 空间。 因为不用换向， 故此对离心泵的压差涵盖范围较小。在最高工 作压力减低的情况 下， 有利减少缸身壳体用料。

筒子纱染色时， 因外流与内流染液的行程有所分别， 最低的耗水量亦会有明显的不 同。 如图 11所示， 已有的筒子纱染色机染色行内流时， 因染液是由筒子纱外层流经整 个筒子纱、 纱管和纱竹， 继而经换向器回流至热交换器和主泵， 主缸内的水位必须盖过 顶锁， 否则筒子纱内之负压就会将水面以上的筒子纱 从表面抽入空气， 造成压差和流量 不稳， 影晌染色品质。 如图 10所示， 行外流时， 染液流经行程刚好相反， 染液由主泵经热交换器和换向 器迸入纱架及纱竹， 再经纱管和筒子纱内层， 最后流经整个筒子纱回到主缸， 只要缸底 维持一定水量， 就可以保持主泵压力稳定， 以而保证压差和流量稳定， 没必要所有筒子 纱都被染液覆盖。

已有染色机需要行走内流 （即染液从筒子纱外渗入）， 必先确保整个过程中筒子纱 浸泡于染液中， 否则部分空气会被抽入纱竹以至主泵内， 产生气蚀的现象， 损害主泵结 构。 在已有染色机上浸泡所有筒子纱所需的最低浴 比大约是 1 : 4至 1 : 6 (在染整行业中 用浴比作为指标， 衡量处染工艺中机器内筒子纱与用水的重量比 例）。

本发明使用单向外流的方式处染筒子纱。 染液由主泵经纱架及纱竹进入筒子纱内 层， 再往外渗出， 最后被收集回主泵， 形成一单向循环。 只要缸底维持一定水量， 就可 以保持主泵压力以至流量稳定， 没必要将缸内所有筒子纱以染液没顶。

将两种机型比较下， 本发明的新型筒子纱染色机， 染色浴比可降低至 1 : 3。 换句话 说，每一单位的筒子纱可节省同一重量的用水 。一个载量达一吨的新型单向筒子纱染色 机比旧式载量相同的机型至少可节省一吨以上 用水。因此， 本发明相比传统的筒子纱染 色机， 处染每一吨筒子纱至少节省一吨以上用水。 单以中国纱线目前每年产量达 2500 万吨计， 若全使用本发明的染色机染色， 每年便可节省 2500万吨的用水， 相当于两个 半西湖的储水量， 其节约用水的效益是十分惊人的， 还大大减少了污染排放。

使用本发明产品， 可达到六省优势： 省电， 应用了高低频交替。 省水， 只需合适的 水量确保主泵不会抽空即可。 省蒸汽， 浴比降低相应蒸汽用量亦减少。 省助剂， 浴比降 低相应助剂用量亦减少。 省工艺时间， 升降温时间加怏， 縮短工艺时间。 省压縮空气， 在某些工艺情况下无需加压行机。

附图说明

图 1是旧式筒子纱染色机的基本结构示意图。

图 2是本发明的结构剖面图。

图 3是本发明中缸身底部跟可分离式壳体闭合时� �侧视图。

图 4是本发明中缸身底部跟上述壳体分离的示意� �。

图 5是本发明中包含出入口的一端离心泵铸件示� �图。

图 6是两端离心泵组件的剖面图。

图 7是两端离心泵组件连接后的立体示意图。

图 8是双吸口式叶轮的立体结构示意图。

图 9是双吸口式叶轮的剖面示意图。

图 10是外流时的染液行程。

图 11是内流时的染液行程。 附图中

1. 离心泵

2. 热交换器

3. 缸身底部

4. 离心泵出口

5. 缸身

6. 离心泵入口

7. 回流腔

8. 叶轮口

9. 叶轮

10.轮轴安装平台

11.壳体

12.承托法兰

13.对接法兰

14.叶轮腔

15.纱架

16.纱竹

17.筒子纱

18.热交换盘管

19.染液过流孔

20. 吊环

21.工作门

22.料桶

23.注料马达

24.增压孔

25.吸口

26.驱动马达

27.离心泵

28.叶轮轴 具体实施方式

下面通过实施例， 对本发明作进一步的阐述：

如图 2所示， 本实施例提供一种新型的筒子纱染色机， 包括主缸、 纱架、 离心泵、 热交换盘管 （18)， 所述纱架固定在染缸内， 所述纱架上的纱竹中空， 与主泵出口相互 连通。 热交换盘管（18)位于主缸底部， 往外连接水源及蒸气源， 离心泵装置在该染色 机的缸身底部支撑架内。

图 2显示了本实施缸身底部的侧面图， 离心泵出口 （4) 连接至缸身底部内离心泵 的出口， 使染液可从离心泵出口经离心泵出口输送至缸 身 （5)。

离心泵入口 （6) 与离心泵出口之间界定的间隙被定义为回流管 道， 此室连接至缸 身底部内离心泵两侧的回流腔（7) 以至叶轮口 （8)。 从缸身 （5) 回流收集的染液通过 此室回到离心泵， 并透过叶轮 （9) 转动将染液以循环的方式带回缸身 （5)。

主泵壳体的离合设计上亦可配合已有轮轴及导 轨等技术使安装或拆装时更方便。在 此实施例中，壳体上附有轮轴安装平台（10)以 装配所述机械。通过转动平台上的手柄， 操作员可将壳体 （11 ) 与缸身底部 （3 ) 分离， 轮轴及导轨设计可确保该壳体返装时无 缝接合， 如图 3所示。

离心泵壳体的另一半亦包含所述部分的回流腔 、 叶轮口、 叶轮腔及轴承支撑。 于设 计上这些泵壳必具的特征被分割成两份。 由于泵壳的剖面与轴心重迭， 为避免传动装置 于移除壳体时脱离， 主机缸身底部包含一对承托法兰（12)于离心泵 轴心两侧。 其法兰 本体亦被分成两半， 另一半于壳体另一侧上。 不同于壳体对接法兰（13) 的是， 承托法 兰的剖面是倾斜的， 使位于缸身底部一侧的半边法兰能完全承托整 支传动轴。

图 4进一步说明缸身 （5) 内的染色操作情况。 包含出入口的一部分离心泵壳体与 其周边的筋板物料构成缸身 （5) 支撑的一部分， 壳体的另一半同样以螺丝及密封圈等 与主缸体对接， 与传统设计不同的是， 该壳体（11 )被取出的时候， 整个染液传输系统 不会同时被移除， 相反地可停留在原来的位置上， 壳体相对轴心是横向取出的， 故此并 没影响转轴及叶轮等在机器上的位置。马达于 此设计下能免被拆除， 省却因重新安装而 需要与轴心校准的时间。

于实际操作时， 操作员将筒子纱 （17 ) 套上纱竹 （16)， 并使用纱架 （15) 上的吊 环（20)将整个纱架吊起并吊进主缸内。 所述纱架是中空的， 底部有一缺口。 纱架被放 进主缸后其中空的空间与离心泵出口相连。纱 架上有至少一纱竹， 纱竹是中空的而且连 接至纱架内的空间。 纱竹表面有穿孔让染液从中溢出。纱架于主缸 内固定后， 在确保主 泵不会发生气蚀现象的情况下， 染液会被注入至不高于缸内筒子纱的水位， 然而水位的 设定于染色过程以至机械设计中不限于此。 主缸的工作门（21 )具有密封防漏压设计以 避免染色机于染色过程中有染液渗漏出现。

从离心泵出口进入缸身 （5) 的染液通过纱架（15)被分流至纱竹 （16)， 经过纱竹 上的穿孔渗透入筒子纱（17) 中， 流向如箭嘴 A所示。 染液从筒子纱渗出后流回主缸底 部， 主缸底部设有热交换盘管 （18)， 所述热交换盘管 （18) 由一组或多组圆环形的金 属中空管道组成， 管道间彼此相连， 并往外连接水源及蒸气源。所述管道被安装于 主缸 内纱架的下方， 并处于染液流经的主要通道上。 所述热交换盘管（18)透过注入蒸气或 冷水充斥该热交换盘管 （18) 以将缸身 （5) 内流经的染液加热或冷却。 亦可以在水源 或蒸汽源进入所述管道前加上任何装置以控制 水或蒸汽注入管道的流量，以达致理想的 升温或降温速度。于所述管道另一端往外连接 排放通道以将冷凝水排走。纱架设有染液 过流孔（19)让染液穿过纱架。 染液最后被导回主泵， 流向如箭嘴 B所示。 染液流经热 交换盘管 （18) 后落入离心泵入口 （6)， 离心泵入口与所述离心泵内的回流腔 （7 ) 相 接， 使染液经离心泵入口流入回流腔， 最后到叶轮口 （8)， 受压后到离心泵出口 （4)， 重复整个染液循环。

在注入染料的时候， 操作员将染料倒入料桶 （22) 内， 并开动注料马达（23)将染 料经注料喉路注入染液循环内。

按此实施例，双吸式离心泵的两边泵壳皆可以 锻铸件的方式做成， 使包含离心泵出 入口一端的壳体具有与缸身 （5)底部管中管结构相接的法兰， 包含离心泵出口 （4)和 离心泵入口 （6)， 如图 5 所示。 结构上亦可以钢材物料焊接以做出两边壳体。 从图 5 所见， 离心泵出口壁往对接法兰延伸， 将离心泵入口包含的空间分隔成左中右三个室 ， 其中左右两室于壳体内是连通的，被定义为回 流腔（7)。中间的室被定义为叶轮腔（14)， 分隔三室的两壁靠近对接法兰的位置有两个半 圆形的缺口， 如图 5所示。另一边的离心 泵壳体亦具备所述两侧半圆缺口， 以致当两边壳体合上时， 离心泵内分隔回流腔与叶轮 腔的两壁组合成两个与传动轴同心的圆孔， 此两个圆孔被定义为双吸式离心泵的入口 (8)。

图 6是两端离心泵组件于其中一侧的回流腔（7) 的剖面图。 从缸身 （5) 回流到离 心泵入口的染液被引导至双吸式离心泵的入口 ， 如图中箭头所示。

图 7显示了两端离心泵组件连接后的结构， 其中壳体（11 )是局部剖开的以更佳地 展示其内部结构。 叶轮及其传动轴安装在由两端壳体合并成的完 整叶轮腔（14) 中， 其 中叶轮两侧都有吸口 （25)， 安装时与所述的圆孔同心地相接， 使叶轮转动时， 其吸口 能透过所述的圆孔将染液从回流腔吸进叶轮内 ，利用叶轮转动的离心力将染液增压并沿 叶轮腔送至离心泵出口。

图 8是本发明中使用的的双吸式叶轮。叶轮的设� �基本采用一般离心泵使用的压水 式设计， 在此实施例总共使用五块导叶， 然而数量上不在此限。 与传统叶轮不同的是此 叶轮的吸口位于轴线的两端， 换言之叶轮两侧是对称的。染液可从叶轮两端 进入， 并受 同一块导叶推动而产生流体压力。

图 9是双吸式叶轮的径向剖面图。当叶轮按图所� �以顺时针转动时， 于叶轮内的染 液便受导叶及离心力的推动被引出叶轮， 其流向如箭头所示。