基于FloWorks软件的并条机风道优化分析

贾成举

（沈阳宏大纺织机械有限责任公司，沈阳 110141）

由于梳棉机输出生条的重量不匀率约为4%，直接用生条纺纱会带来诸多问题，例如：成纱的重量偏差及重量不匀率波动大，纤维伸直平行度差，成纱的条干强力差；生条中有少量的棉絮，纺纱时会产生较多的粗节和细节。而并条工序可以有针对性的解决以上问题［1］，即通过并条机的并合牵伸，将多股生条处理成供纺纱机使用的熟条。由于棉絮的存在，加上高速并条机的普遍使用（如：立达公司制造的RSB D22型，车速可达2×1 100m／min），使得并条过程中清洁需求更加重要。目前，其主要的清洁方法是采用吸风系统收集并条过程中产生的短绒、飞花等杂尘［2］，吸风效果直接影响着棉条质量。

分析并条机吸风系统的工况特性属于空气动力学范畴，其手工计算十分复杂。随着计算机技术的不断发展，计算流体力学（CFD）类分析软件已经广泛应用于航空、航天、汽车、冶金、医药等领域［3］，笔者采用FloWorks软件对风道模型进行流场特性分析，为并条机降低成本、缩短研制周期提供指导。

1 吸风系统的组成

吸风系统由风机电机、风翼轮、储棉箱、风道、吸风口等组成，其结构原理如图1所示。空气从罩壳上固定入口进入，经牵伸区在上、下吸风口处对牵伸区内的飞花及罗拉上清洁落下的棉絮、杂尘等进行吸收，进入吸风口的气流再经风道输送到储棉箱，经滤网过滤后的清洁空气从风翼轮排出机外［4］。

2 吸风系统常见的问题

并条机的牵伸区多采用预牵伸和主牵伸，压辊多采用上下放置形式，如“三上三下”式或“三上四下”式，这种牵伸布置方式需要多处进行吸风清洁操作［5］。针对这种布置需使用多个吸风口；但是，多吸风口清洁方式存在以下问题：① 各吸风口风力流量不均匀且差异较大，牵伸区清洁度不一致；② 风道内部局部有挂花问题。

图1 吸风系统结构

其解决方案为：① 调节各吸风口截面积及位置，保持各吸风口吸风强度相等；② 增大低风速吸风口处的负压，进而增大风速；③ 优化风道结构，减少产生气流漩涡区域，提高风道流量。

虽然针对风道存在的问题提出了具体的解决方案，但对风道整体结构进行修改、安装调试过程中涉及到车面、检测平台及牵伸区等诸多并条机重要部件，组装工作量大、操作复杂，而且有些主风道结构为了提供密封效果，借用车面铸件内部型腔，对于此种风道结构的修改需要重新设计车面铸件的局部结构，试验成本高、周期长。所以，笔者基于FloWorks软件对风道进行仿真分析，为快速、准确完成风道优化设计提供依据。

3 风道仿真分析

对原风道三维模型进行FloWorks软件流体仿真分析，并参照KA22型风速计测量数据，为风道结构优化提供参考依据。将三维实体模型导入FloWorks分析模块中（如图2a）所示），选择上、下吸风口的入口为流体入口，吸棉箱通道接口设置为流体出口（如图3所示）。根据其流动类型将其设置为内部流动，选择空气作为风道中的流动介质［6］；选择上、下吸风口及吸棉箱接口，分别设置其各个接口处温度压力和流量；运行仿真分析得到仿真图解（如图4、图5所示）。

图2 风道结构

图3 风道吸风口

4 优化对比

从图4a）、图5a）中可以看出，在主风道与吸棉箱接口处管道A区域（或图5a）中D区域），为了保证与多种输入规格的导条架接口相适应，设置了一段长为200mm的安装调节区域，气流在此区域形成了一个局部气流流动死区，压力损失较大并形成局部气旋，飞花、棉絮在此聚集而导致此处挂花严重，需要进行优化处理。优化后的风道结构如图2b）所示，从分析数据（见图4b））可以看出优化后A区域气流流速已从蓝色级别2m／s提升到黄色级别19m／s，气流提速效果十分显著。

从图5a）速度流迹图中可看出，在吸棉箱与风道接口罩壳的上部和下部B、C区域，吸风气流在此处产生的漩涡较多，需要进行优化处理，优化后的风道结构如图2b）所示。从分析数据（见图5b））可以看出，优化后B、C区域气旋产生的漩涡数量大约下降了60%，可以预计此区域发生大量气旋而产生风道挂花严重的可能性将大大降低。

图4 风道横向截面结构示意

图5 风道速度流迹图

上述分析过程，定性地将优化前、后的风道流场特性进行了对比，为了详细说明优化的效果，将KA22型风速计的测量数据、原风道结构的仿真数据及优化后的新风道结构仿真数据汇总对比，见表1。

表1 风道各部位风速数据汇总对比 单位：m／s

5 结论

5.1 主风道与吸棉箱接口处管道A区域负压增大，风速从原来的1.3m／s提高到4.1m／s。

5.2 吸棉箱与风道接口罩壳上部B区域气旋漩涡数量减少，风速从原来的3.7m／s提高到5.6m／s。

5.3 吸棉箱与风道接口罩壳下部C区域气旋漩涡数量减少，风速从原来的3.2m／s提高到5.4m／s。

5.4 FloWorks仿真分析数据与KA22型风速计测量数据误差不大，能够满足风道优化分析的准确性要求，并能提供一些局部或不便人工测量的特殊位置数据，提高了风道优化设计的速度和准确性。

［1］王维滨.FA302型并条机吸风系统的使用实践［J］.棉纺织技术，1995，23（6）：187－188.

［2］张文庚.纺织气流问题［M］.北京：纺织工业出版社，1989.

［3］刘西侠，毕小平，赵以贤.装甲输送车乘员舱内三维空气流动与传热的数值计算［J］.兵工学报，2003，24（1）：15－18.

［4］谢永奇.JWF－A型并条机吸风系统气流流场的数值仿真［J］.纺织学报，2009，30（9）：109－114.

［5］王介生.棉纺工程中气流的应用与分析［J］.棉纺织技术，2000，26（7）：379－381.

［6］潘雷，苏树为.有进出口的容器内流体流动数值分析［C］／／山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集，2007.