纺丝箱体熔体止流结构的设计探讨

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纺丝箱体熔体止流结构的设计探讨

北京中丽制机工程技术有限公司 申花玉/文

本文通过对以往化纤纺丝箱中熔体止流结构形式和特点的阐述，分析其不足之处，并提出了对以往熔体止流结构进行的改进设计，同时指出了改进后化纤纺丝箱中熔体止流结构的合理性和在实际生产应用中取得的良好收益。

熔体 止流 阀体 结构

1.引言

在直接法或间接法熔融纺丝中, 纺丝箱是必不可少的重要纺丝设备之一。而熔体止流结构又是纺丝箱的关键零部件，它是保证在纺丝过程中需要清洗、更换计量泵、纺丝组件时使泵前管道内的熔体停止流动的关键零部件。常用的熔体止流结构形式包括机械型形式和压缩空气冷冻阀形式，目前行业中绝大多数采用的是压缩空气冷冻阀形式。

2.熔体止流结构的设计要求

一般情况下，一个熔体止流结构对应一个计量泵，这样可以在清洗、更换某个计量泵或组件时仅需开启其对应的止流结构即可，不用停掉整条螺杆挤压机或整条生产线便可完成某个计量泵的快速更换。熔体止流结构形式直接决定了止流和开通熔体的速度和效果。当然，止流的方式越简便，止流速度越快，止流效果越好，止流阀的结构就越理想，因此熔体止流的结构形式在设计及生产过程中非常关键。通过不断地实践与探索，北京中丽制机工程技术有限公司对熔体冷冻止流的结构形式进行了改进设计，使其结构形式更简单，密封效果更好，更换更灵活，冷冻更快、更好，从而提高了纺丝效率，降低企业生产成本。

3.常用的熔体止流结构形式

3.1 机械式针形阀图1是一种机械式针形阀，其结构是由①阀杆、②阀杆套、③阀杆座、④密封垫、⑤锥形密封垫等所组成。由于阀杆与锥形阀座以锥面形式密封，且阀杆形如锥针，通常称作针形阀。针型阀的工作原理为：阀杆通过阀杆套上的螺纹，在由密封垫片、⑥导流套组成的通道中上下运动。当需要阻断熔体流动时，旋转阀杆，让其向下移动，当阀杆的下端头部到达锥形密封垫时，两者依靠锥形面相互贴紧，形成密封，从而阻止熔体流流出；当需要熔体流动时旋转阀杆，让其向上移动，开启二者贴紧的锥面，打开熔体通路，让熔体流动。并依靠⑦止动盖控制阀杆的移出量和开启量。针形阀止流结构的优点是熔体入口与熔体出口在纺丝箱体内的角度（如图2 A-A图示）摆放灵活，可以是90°，也可以是60°等任意一个需要的角度。但是由于这种结构只是单一的依靠阀杆与锥形阀座的硬挤压密封垫片与阀杆之间、阀杆与锥形阀座之间都易泄漏，密封的可靠性较低，阀杆座和⑧接头分别需与熔体进管、熔体出管焊接，加工制作难度较大。另外针型阀整体结构复杂，体积一般为圆形较大，影响纺丝箱体的整体的宽度及其与其他熔体管路的排布（如图2）而且随着所需熔体管路直径的增大其外圆直径，及阀杆的直径也会相应的增大，严重造成纺丝箱体的设计困难。因此总体上此结构零件繁多，制造复杂、操作不方便。

图1 机械型针型阀结构

图2 机械型针型阀结构的纺丝箱

3.2 螺旋式冷冻阀

冷冻阀的工作原理是采用压缩空气直接吹向熔体管路，利用压缩空气的高速低温，快速带走熔体管路上的热量，从而使熔体管路内的熔体温度迅速降低、凝固，从而达到快速有效地冷冻止流效果。如图3所示，其结构是

由①进气管、②排气管、

③阀体、④阀套所组成。

阀体内是熔体通道，呈缩颈状；阀体外设有带螺旋的冷冻气道，且其上的进气口、出气分别与进气管、排气管相对应。其工作原理为：当需要截止熔体流动时，让低温的压缩空气从进气管进入，经过阀体上的螺旋气道对熔体进行降温冷冻，再经排气管道排出，由于阀体内的熔体通道呈缩颈状，被冻住的熔体形成楔栓状，从而可有效阻止熔体流动。当需要开通熔体通道时，只要停止压缩空气的进入，凝固的熔体融化后，纺丝即可正常。这种结构的操作比机械式针型阀更为简单、可靠。在此结构中同样存在阀体需要与熔体管焊接的缺点，与此同时，阀体上的螺旋气道加工制造相当复杂，且体积较大。

如图4所示，尺寸为常用尺寸，随着阀体内部熔体管道的所需管径增大时整个冷冻阀体的长度和直径也会增加，这样就会增加箱体内部熔体管路的长度及整个箱体的长度和宽度，从而影响整个厂房的空间布置。

图3 螺旋式冷冻阀结构

图4 螺旋式冷冻阀结构的纺丝箱

4.改进设计的熔体止流结构

4.1 结构形式及工作原理

为解决上述熔体止流结构形式存在的技术问题，北京中丽制机工程技术有限公司结合实际生产分析将其改进设计成一种新型的冷冻熔体止流结构形式——阀体为扁嘴式结构。其工作原理是利用冷冻压缩空气使熔体管路内的熔体快速有效的凝固。由于凝固栓截面为扁圆形，局部比熔体通道宽，可以很好阻塞熔体流动，从而达到止流目的。如图5所示的结构构成，主要由阀体和压缩空气通道组成，阀体是局部加工变形的熔体管路。

图5 改进设计后的冷冻阀体结构

首先，利用不锈钢管的塑变性，通过胎模将①熔体管路的阀体段成压扁嘴形状（见图5中Ⅰ、K-K视图），再将压缩空气的排气管与其焊接。压缩空气的进入通道由②进气管、③接口座、④快插接头所组成，压缩空气的排气通道由⑤堵板、⑥外管、⑦气管、焊接而组成；压缩空气的进、排气通道与⑧三通相连，形成完整的冷冻气流通路。压缩空气的进气口对准阀体扁嘴形管处，由于此处熔体成扁片状，压缩空气直吹的接触面积增大，且熔体成扁平状，易于快速凝固。由于凝固的熔体栓不是圆柱状，即使在一定的熔体压力下熔体很难通过阀体，可有效阻止熔体通过，达到止流的作用。同时凝固栓呈扁平状，当停止压缩空气的进入后，凝固的熔体很容易融化，可实现快速开启流通。当需要止流时，只需将压缩空气从快速插头接入，经过阀体的空气从三通的排气口自动排出，操作非常方便。由于阀体就是熔体管路中的一部分，使得整个阀体结构简单，体积小，利于在纺丝箱体中摆放。

4.2 阀体设计原则及方法

阀体形状的设计，对于不同管径（φG、φH）的熔体管，其压扁胎膜的尺寸（φB）、扁形管孔的尺寸（C、D、E、F）、进气管与阀体间的距离（A）都是不同的，当熔体管的管径越大，相应的C、D、E越大，而F值则越小。这种设计既满足了不同熔体管管径的需要，又能有效提高冷冻阀冷冻的可靠性，而且能有效控制利用压缩空气量，节约能源。如表1、表2所示，实际生产中常用的熔体管管径及其相应的尺寸。

表1 不同管径时压扁胎膜与扁形管孔尺寸对应表

为提高冷冻效果，缩短冷冻时间，降低压缩空气的用量，一般距离A控制在5～15mm之间效果最好。

表2 实际化纤生产中常用熔体管管径及压缩空气参数

4.3 改进型阀体止流结构的优点

与以往阀体止流结构设计相比，改进后的冷冻阀结构形式有如下优点：

1）整体结构更紧凑，其零件加工更简单，制造成本低，便于安装拆卸，应用灵活；

2）进气管与排气管道相套，大大简化冷冻气流的结构，从而减小冷冻阀占用的空间，为化纺丝箱的布管空间提供方便；

3）阀体部分为扁平形状熔体管，增大与压缩空气的接触面积，及冷冻的熔体厚度，有效提高熔体的凝固速度和冷冻效果；

4）冷冻用压缩空气连接采用卡箍式带单向阀快速终端管接头，操作安装方便快捷。

5.结束语

通过不断地探索实践，北京中丽制机工程技术有限公司对纺丝箱中熔体止流结构形式进行的改进设计，使改进后的阀体止流结构紧凑，加工简单，制造成本低，止流效果稳定可靠，空气耗量小，符合节约能源、降低纺丝单耗的要求。在化纤纺丝箱设计中进行了广泛的推广，并得到了用户的一致认可。

余若伟，王辉，井佳音. FDY纺丝牵伸机纺丝箱的设计[J]. 纺织机械，1997，(2)：4～12.