浅析绿色聚酯纤维纺丝箱的优化设计

朱进梅

（北京中丽制机工程技术有限公司，北京 101111）

传统的绿色聚酯纺丝箱功能较单一，已不能满足化纤企业纺丝的需求，为了多功能多品种纺丝的需要，对纺丝箱进行改进升级，优化关键部件的设计势在必行。

1 设备的概述及工艺流程

经过长期的实践、观察和研究发现，现有技术的各种长丝纺丝箱之所以功能较单一，其一就在于纺丝箱都是针对某一产品品种而设计制造的且不具有互换性，其二在于纺丝箱的截面多为矩形，散热快，能耗大。本论文要解决的技术问题是：提供一种具有纺丝模块互换结构的圆形截面纺丝箱，可根据不同品种高分子纤维的工艺要求配制出不同的纺丝箱的优化设计方法。绿色聚酯纤维纺丝工艺流程如下图1所示。其中纺丝箱是一个很重要的部件。

图1

2 纺丝箱的优化设计

设计实例：纺丝头数：6头，喷丝板外形：φ95，两位一箱。

2.1 圆形截面纺丝箱的结构（如图2）

2.1.1 圆形截面纺丝箱强度计算

图2 圆形纺丝箱结构

材质为Q245R，设计温度310℃，设计压力：0.2MPa，圆筒直径Di=500mm，焊接接头系数φ=1，查GB150.2表2，设计温度下许用应力[s]t=106MPa，根据GB150.3.3.3节，圆形箱体设计温度下计算厚度 δ=PcDiδ/(2[σ]tφ-Pc)=0.2×500/(2×106×1-0.2)=0.47mm。

考虑筒体的稳定性，设计厚度取6mm。

2.1.2 两端平盖的计算壁厚

2.1.3 保温层壁面损失热流量

式中：F1为保温层外表面积：6.8m2，tw为保温层壁面温度：50℃，tc为环境温度：25℃，K1为传热系数，可按下列经验公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，计算后Q1=2kW。

2.1.4 保温厚度计算

纺丝箱保温层厚度直接影响能耗、箱体内温度的均匀性和纺丝车间的温度。

通过保温层传到周围环境的热量也就是保温层壁面损失热流量Q1=2kW。

式中：δ1为保温箱钢板厚度；δ2为纺丝箱保温厚度；λ1为保温材料热导率。

λ1=46.5W/（m·℃）；λ2为保温材料热导率，λ2=0.037W/（m·℃）；tw1为载热体温度，310℃。

圆形纺丝箱最小保温厚度δ2≥0.99m。

2.2 长方形截面纺丝箱的结构（如图3）

2.2.1 长方形截面纺丝箱强度计算

材质为Q245R，设计温度310℃，设计压力：0.2MPa，焊接接头系数φ=1，设计温度下许用应力[σ]t=106MPa，根据GB150.3-A.6节，应用计算机软件sw6计算结果为：设计厚度为12mm。

2.2.2 两端平盖的计算壁厚

材质为Q245R，设计温度310℃，设计压力：0.2MPa，非圆形平盖短轴长a=360，长轴长b=430，查GB150.3表5-9，非圆形平盖结构形状系数Z=3.4-2.4a/b，且Z≤2.5，因此Z=1.4。

图3 长方形纺丝箱结构

2.2.3 保温层壁面损失热流量

保温层壁面损失热流量Q1=K1F1(tw-tc)。

式中：F1为保温层外表面积：10.2m2，tw为保温层壁面温度：50℃，tc为环境温度：25℃，K1为传热系数，可按下列经验公式估算K1=9.3+0.058 tw=12.2，计算后Q1=3kW。

2.2.4 保温厚度计算

长方形纺丝箱最小保温厚度δ2≥0.99m。

3 结语

通过以上设计计算，圆形和长方形的纺丝箱性能结果如表1所示。

表1 圆形和长方形纺丝箱性能比较

通过比较，圆形纺丝箱的壁厚是长方形的1/2，箱体质量是长方形的1/2，所需的加热能源是长方形的2/3，并且焊缝数量比长方形减少1/2。因此，绿色聚酯纤维纺丝箱的设计应尽量采用圆形纺丝箱，可以节约生产成本和制造成本，带来更大的经济效益。

[1]陈立军.浅析多功能纺牵联合机柔性化设计[J].纺织机械,2013,(04):32.

[2]于丽娜.圆形纺丝箱与长方形纺丝箱结构设计的比较[J].聚酯工业,2012, (07):33.