谢春萍，高卫东，刘新金，苏旭中，朱预坤

(江南大学 纺织服装学院，江苏 无锡 214122)

紧密纺又称集聚纺，是在环锭纺纱的基础上进行创新改进而发展起来的一种新型纺纱技术［1］。其主要特点是在环锭细纱机牵引装置前增加1个纤维凝聚区以改善成纱质量［2－4］。关于紧密纺的研究已取得了一些成果［5－8］，目前国际上主要有瑞士立达(Rieter)、德国绪森(Sussen)、日本丰田(Toyota)、德国青泽(Zinser)和瑞士卡洛斯(Roscraft)公司的5种不同结构的紧密纺纱系统，其集聚原理基本相同，但在集聚方式上有所不同，前4个为负压气流集聚，最后1 个为机械式集聚［9－10］。Sussen 和 Toyota公司的紧密纺装置集聚区完全曝露，能耗和物耗较高;而Rieter公司的 COM4紧密纺纱系统尽可能实现了负压的完全利用，因此能耗较低，但需要整机引进，价格昂贵［11］;日本 Toyota公司和德国 Zinser公司的也需要整机引进，价格较为昂贵;德国Sussen公司的三罗拉网格圈式紧密纺系统虽然改造成本低，但运行和维护成本较高，机构复杂，网眼及圆孔易堵塞，需经常清洁维护或更换［12］。

针对国内现有紧密纺系统改造成本较高、能耗高的现象，本文介绍一种新型窄槽式负压空心罗拉紧密纺系统——全聚纺。该系统采用一种大直径窄槽式负压空心罗拉，配合相应专件以及吸风系统及其配套组件的整体优化设计，全面提高吸风系统集聚负压利用效率，可安装在国产机架上，便于老机改造，在实现负压气流完全集聚效果的前提下，降低系统能耗以及改造过程中机物料消耗，从而降低改造成本，提高成纱质量。

1 全聚纺机构装置简介

全聚纺装置是以传统的环锭纺三罗拉长、短胶圈牵伸装置为基础，保留中罗拉，上、下胶圈和后牵伸区机构，将前罗拉替换成直径为50 mm且表面开有条形窄槽的空心罗拉。机构装置示意图如图1所示。

图1 全聚纺装置示意图Fig.1 Structure of comp lete condensing spinning system

窄槽式负压空心罗拉结构示意图如图2所示。在空心罗拉2的表面，由最前方的输出阻捻皮辊6和原来的前皮辊5所控制的圆弧区域构成集聚区。在罗拉内部装有位置固定的吸风组件3，吸风组件通过风道1与细纱机上的中央吸风系统相连。风机开动时产生负压，在负压的作用下，集聚区周边的气流产生运动，在气流导向装置的引导下，气流穿过沟槽，通过吸风插件被吸入中央吸风系统，在此过程中，集聚区须条中的纤维在气流的作用下，自上而下，由边缘到中心向须条内部集聚，缩小须条的宽度使须条保持紧密顺直，须条在罗拉表面向前输送的过程中，其前进速度与罗拉速度保持一致，这样可减少须条的意外牵伸，尽量满足“集聚不牵伸”的原则，从而改善成纱结构，提高成纱质量。

图2 窄槽式负压空心罗拉结构示意图Fig.2 Hollow roller with strip groove structure

2 全聚纺集聚区流场模拟

利用AutoCAD绘图软件完成全聚纺集聚区三维物理模型的建立，如图3所示。其中物理模型的尺寸以及相互位置严格参照实际系统测量所得数据，条形通槽宽度为0.8 mm，吸风槽宽为3 mm，且紧贴于集聚罗拉内表面。在此基础上，利用Fluent模拟软件给出全聚纺系统集聚区流场分布。数值模拟中没有考虑须条的影响，同时也没有考虑各个部件自转所造成的近壁面气流层的存在。模拟时，设须条的集聚方向为X轴，须条前进方向为Y轴，须条厚度方向为Z轴。为便于比较分析，给出网眼罗拉型紧密纺系统集聚区流场分布。

图3 全聚纺集聚区三维物理模型Fig.3 Three-dimensional physicalmodel on condensing zone of complete condensing spinning with guiding device

Z轴截面速度流线图如图4所示。由图可知，2种结构的集聚区流场规律类似，气流均是从须条前进方向的两侧以倾斜角度进风且关于吸风斜槽的中心线对称，同时气流在该集聚区截面方向的覆盖范围相差不大，但是采用条形通槽空心罗拉的全聚纺系统速度流线更为密集，即气流在该截面的集聚方向及前进方向的流速较网眼罗拉的大，因此须条能受到更大的集聚作用力。

图4 Z轴向截面速度流线图Fig.4 Stream line diagram of flow velocity in Z-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

Y轴向截面速度流线图如图5所示。由图可知，网眼集聚罗拉外表面的气流基本上平行于须条集聚方向运动，到达吸风槽口位置时，再以一定的倾斜角度流入网眼内;而条形通槽集聚罗拉表面气流基本上以一定的倾斜角度进入通槽内，实现了怀抱式进风，有利于提高集聚效果。同时，条形通槽外表面的气流流速略高于网眼，这是因为条形通槽的负压入口较网眼大，气流不会被网眼之间的间隙所阻隔。

3 纺纱实验

3.1 实验方案

纺纱实验是在A公司的全聚纺与绪森原装网格圈紧密纺细纱机、B公司的全聚纺与四罗拉网格圈紧密纺细纱机、C公司的全聚纺与三罗拉、四罗拉网格圈紧密纺细纱机上分别进行，分别纺制精梳纯棉纱 JC 11.7 tex、JC 7.4 tex 和 JC 11.7 tex。

图5 Y轴截面速度流线图Fig.5 Stream line diagram of flow velocity in Y-axis direction.(a)Hollow roller;(b)Complete condensing spinning system

3.2 测试方法与仪器

对纱线的品质主要是从纱线的毛羽、强力、条干3个方面进行评定的，分别测试纱线的3～9 mm毛羽数、断裂强力和条干CV值等指标。具体测试仪器如下:毛羽测试仪器，陕西长岭纺织机电科技有限公司YG172A型纱线毛羽测试仪;强力测试仪器，陕西长岭纺织机电科技有限公司YG063全自动单纱强力仪;条干测试仪器，陕西长岭纺织机电科技有限公司YG135G型条干均匀度测试分析仪。测试环境:温度为(21±2)℃，相对湿度为(65±3)%。测试结果如表1～3所示。

表1 A公司(JC 11.7 tex)Tab.1 A com pany(JC 11.7 tex)

3.3 纱线性能测试结果与分析

从以上对比测试结果可以看出，全聚纺与网格圈式紧密纺相比，其条干水平有所改善，细节、粗节和棉结也都有所减少，3 mm有害毛羽降低效果基本相同，强力略有下降，即其成纱综合质量比网格圈式紧密纺相对较好。这是由于全聚纺系统采用了大直径窄槽式负压空心罗拉，并配合相应专件以及吸风系统及其配套组件的整体优化设计，使得集聚区长度增加为30 mm，非控制区理论上减少到0 mm，实现了真正意义的“全程集聚”，对纱线的集聚效果更好。空心罗拉的直径为50 mm，通过设计将车面倾角调整为30°，同时设计新的下皮圈销，使大罗拉直径时的前区浮游区长度可在11.79～14 mm间调节，对纱线条干的控制更加稳定，全面提高成纱综合质量。从运行情况看，全聚纺系统在纺纱过程中不易产生因空气飞花造成的吸孔堵塞现象，无需定时清洁或更换网格圈，改造成本投入后，几乎没有易损件的消耗，运转成本低于网格圈型紧密纺。

表2 B公司(JC 7.4 tex)Tab.2 B com pany(JC 7.4 tex)

表3 C公司(JC 11.7 tex)Tab.3 C com pany(JC 11.7 tex)

4 全聚纺系统的优势

1)成纱综合质量大幅提高。与普通环锭纺装置相比:在减少3 mm以上有害毛羽的同时保留了丰富的 1、2 mm短毛羽，3 mm以上有害毛羽减少70% ～90%，而1、2 mm短毛羽的保留量接近于环锭纱，改善了成纱条干均匀度，耐磨性增加20% ～50%，同时，条干锭差CVb较其他形式紧密纺更小。

2)改造和维护设备的成本低。采用直径为50 mm的窄槽式负压空心罗拉以提高吸风系统负压集聚效果与利用效率，同时使其转速减半，有效延长轴承和齿轮寿命、减少机械故障，大幅减少改造中的机物料消耗和系统运行维护成本，使企业细纱机全聚纺改造成本大幅降低。

3)系统运行中的能源消耗低。通过对集聚区流场分布的理论分析以及吸风系统配套组件的整体优化设计，提高吸风系统集聚负压利用效率，通过对风道的配套设计以实现吸风系统正压热尾风的有效再利用，大幅降低系统运行中的能源消耗。

4)适应性强。通过牵伸传动装置在国产细纱机上的可移植安装设计，可适应主流环锭细纱机改造，特别是长车带自落型式。同时品种适应性更强，采用窄槽式结构空心罗拉取代网眼空心罗拉，对车间环境适应性更好，对原棉的适应性更好，不易堵塞集聚罗拉与吸风组件。

采用直径为50 mm的前罗拉，将车面倾角调整为30°，配合前区摩擦力界的优化设计(包括重新设计下销和罗拉高低、进出调节、皮圈钳口的开口配合)实现大罗拉直径时的前区浮游区长度可在11.79～14 mm之间调节，提高原料的适应性。

5 结语

研制了一种新型窄槽式负压空心罗拉紧密纺系统——全聚纺。通过在3家不同纺纱企业进行纺纱实验与网格圈型紧密纺成纱质量进行全面对比指出:与网格圈式紧密纺相比，全聚纺成纱条干稍好，毛羽减少效果基本相同，强力稍有降低，即成纱综合质量相对略好。从运行情况看，由于全聚纺采用大直径窄槽式负压空心罗拉，并配合相应专件以及吸风系统的整体优化设计，使得该系统在纺纱过程中不易产生吸孔堵塞现象，无需定时清洁或更换网格圈，简化了管理工作。尽管其改造工作较网格圈式复杂，一次性改造费用较高，但全聚纺取消了网格圈、小齿轮、皮辊盒、引导胶辊及轴承等易损件，可以节省人工、节约配件成本，有效降低系统整体运行维护成本，在运行过程中几乎没有易损件的消耗，运行维护成本低于正常的网格圈式紧密纺。因此，全聚纺系统具有一定的使用优势和推广价值，能够为紧密纺技术在我国的大面积推广起到促进作用。

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