清梳联系统工艺优化与节能效果

刘艳杰 邱万福 周义德

（1.中原工学院，河南郑州， 450007；2.南阳纺织集团有限公司，河南南阳， 473007）

清梳联生产线实现高速化、连续化、自动化是纺织生产技术发展的趋势［1］。生产线中工艺流程选用、机械设备配备、系统智能控制、各排风口风量风压的相互匹配等因素，直接影响着清梳联生产线的半成品质量和使用效率。由于纺织市场、原料的变化，纺织企业呈现原料和产品经常变化的生产格局。如何合理配置清梳联主机设备，设计优化清梳联系统工艺参数，使清梳联设备能够适应于纺织生产原料和品种变化的需要，并保证高效运行，是清梳联工艺设计的关键。由于需考虑多种产品的适纺性能，清梳联设备生产线配置较完善，流程较长，但在实际生产中需要根据除杂效率、短绒率等方面的要求，采取针对性的措施；由于清梳联配套除尘系统是按照生产线设备全开设计的，其运行中多呈现“大马拉小车”的现象，使得清梳联的使用效果不甚理想。本研究结合生产实际，根据所纺制C 14.6 tex 纱的质量要求，在清梳联设备单机试验的基础上，对标准一机两线清梳联设备的流程、主要设备工艺参数、气流压力和除尘系统进行优化，以达到适应加工原料质量变化、提高成纱质量、保证清梳联设备高效运行、降低除尘系统无用能耗的目的。

1 基本情况

1.1 清梳联设备配置

JWF1012 型往复式抓棉机（配TF2412A 型桥式磁铁）→TF27 型输棉风机→AMP3000 型金属火星三合一探测器→FA103B 型双轴流开棉机→JWF1102 型单轴流开棉机（配FA051A 型凝棉器）→TF2212 型两路配棉器→JWF1026⁃160⁃10型多仓混棉机×2→JWF1124C⁃160 型单辊筒清棉机×2（配TF34A 型吸铁装置×2）→JWF016型异纤分检机×2→JWF1054 型除微尘机×2→119A 型火星探除器×2→JWF1204B⁃120 型梳棉机8 台×2。

1.2 配棉情况

采用100%新疆棉纺制C 14.6 tex 纱，配棉成分及其物理指标：原棉等级429，纤维主体长度28.85 mm，马克隆值4.07，含杂率2.8%，回潮率7.04%，短绒率9.5%，棉结276 粒/g，总杂质432 粒/g。

1.3 生产工艺流程

结合所纺品种质量要求及原棉含杂偏低、短绒率较高的情况，清梳联设备采用跳过双轴流开棉机的流程，采用“一抓，一开，双混，双清，双除，多排，多梳”的工艺流程。流程中配置JWF1102型单轴流开棉机、JWF1124C⁃160 型单辊筒清棉机和JWF1204B⁃120 型梳棉机，对原棉具有较强的开松、除杂、混和能力，适纺性较强。其中，JWF1204B⁃120 型梳棉机可根据所纺原料和纱号包覆不同型号的针布。该流程具有对原棉预开松作用柔和，短绒率低，纤维混和较为均匀，清除大杂、重杂效率较高的优点，使得生条质量稳定，生产效率提高［2］。

2 主要设备参数优化

2.1 JWF1012 型往复式抓棉机

JWF1012型抓棉机的打手工作宽度2 300 mm，采用两个锯齿刀片打手不同转向抓棉，并与打手两侧的压棉罗拉配合，实现了“多包取用，少抓多抓，精细抓棉”的工艺要求。设备打手速度在900 r/min～1 350 r/min 时可以保证开松除杂效果，但随着打手速度的提高，棉块质量降低幅度相对较大，易增加短绒率。如果出现棉流转移不畅，就会导致棉结增加，小结变大结，大杂变小杂，不利于开松和除杂［3］。且当抓棉机出棉口处负压维持在800 Pa～900 Pa 时，才能较好地保证抓棉机的工作效率。通过对打手速度和抓棉机出棉口处负压优化试验可知，当打手速度从900 r/min 提高到1 200 r/min 时，棉块质量减小，棉块短绒率稍有增加；当打手速度从1 200 r/min 提高到1 250 r/min 时，棉块短绒率明显增加。因此，为了实现抓棉机多取少抓的目标，对主要工艺进行优化：小车运行速度17 m/min，抓臂下降动程1.3 mm～1.7 mm，抓棉机打手速度1 200 r/min，出棉口处负压900 Pa。工艺优化后既能有效分解棉块，又能减少纤维损伤，并提高了抓棉机的工作效率。

2.2 JWF1102 型单轴流开棉机

JWF1102 型单轴流开棉机采用复合打手装置，在打手的进口、中间、出口分别安装V形角钉、粗角钉、矩形刀片。大块棉由角钉开松，小块棉由矩形刀片开松，可满足“柔和开松，减少纤维损伤，大杂先落少碎”的工艺理论。实现单机单个复合打手完成自由打击、先弱后强、先疏后密的开松除杂工艺要求［4］。

纤维靠气流输送沿打手的切向进入打手室，并沿导流板围绕V 形角钉、粗角钉、矩形刀片辊筒表面螺旋前进，通过依次减小打手直径，形成打手与尘棒隔距依次变大的设计思路，使纤维得到充分开松和除杂。棉束被送至下一机台，杂质沿打手的切线方向落入集尘箱。在打手速度变化过程中，保持出棉口负压在300 Pa，并适当提高单轴流开棉机排杂口处的负压，不但可以提高排除短绒杂质的能力，还可消除单轴流开棉机落杂箱内杂质堆积的现象［5］。单轴流开棉机打手速度和排杂口负压配置试验见表1。

表1 单轴流开棉机打手速度和排杂口负压配置试验

从表1 可以看出，随着打手速度提高，开松除杂作用逐步增强，出口棉块含杂率下降，短绒率增加，但增加幅度不大。当打手速度为520 r/min和580 r/min 时，通过调整尘棒安装角，适当提高排杂口负压，可增强除杂作用，棉块含杂率降低，而短绒率增加较少。因此，本试验打手速度采用520 r/min，且排杂口负压取值850 Pa。

2.3 JWF1026⁃160⁃10 型多仓混棉机

JWF1026⁃160⁃10 型多仓混棉机采取大容量多仓逐仓时差混棉的方式，可提高原棉混和效果。通过PLC 设定与控制换仓压力，可保证各棉仓贮棉密度一致。采用仓位数字量化控制技术，与抓棉机自适应供棉技术相配合，解决了多仓混棉机工作时的“空仓”现象，提高了多仓混棉机和抓棉机的联动和工作效率。由于主要工艺参数是打手速度和棉仓压力，因此对其进行了优化试验，试验结果见表2。

表2 打手速度和棉仓压力优化试验

从表2 可以看出，当提高打手速度并适当降低棉仓压力时，会增加筵棉棉结和短绒率。因此选用最小打手速度576 r/min，且棉仓压力240 Pa时，可实现多仓混棉机筵棉棉结310 粒/g、短绒率11.9%的效果。

2.4 JWF1124C⁃160 型清棉机

JWF1124C⁃160 型清棉机打手采用矮密铝合金梳针辊筒，具有开松柔和、纤维损伤小、不易缠绕、纤维开松与除杂效果好的优点。打手速度、出棉口、排杂口负压是该型机主要的工艺参数，打手速度过低，开松除杂效果稍差；打手速度过高，容易产生索丝，造成棉结大量增加［6］。生产中需要根据加工纤维的短绒和含杂情况，优选不同的打手速度和出棉口、排杂口压力，以保证筵棉质量。优选试验结果见表3。

表3 主要工艺参数配置对筵棉质量的影响

从表3 可以看出，当采用较低的打手速度和较低的排杂口负压时，纤维中的短绒率较低，但由于原棉中的籽屑、棉结不易被消除，含杂率偏高；提高打手速度又会使短绒率升高。出棉口负压是由后道除微尘机的进棉风机所控制，为了使棉束以合适的流速和力度进入除微尘机内并拍打在网眼板上，出棉口负压不宜过高。本试验采用打手速度520 r/min，出棉口负压350 Pa，排杂口负压650 Pa 时，筵棉质量较好。

2.5 JWF1054 型除微尘机

JWF1054 型除微尘机主要作用是进一步清除棉束中的微尘和细小杂质，这时落下的尘杂已经比较细小，输送尘杂的动力不需要太大。因此要求除微尘机网眼板下方的排尘箱内要有一定的负压，但不能太高，否则不利于棉花的转移。合理控制风箱进出口压力，排尘口处负压以保持在250 Pa～300 Pa 为宜。

2.6 JWF1204B⁃120 型梳棉机

JWF1204B⁃120 型单刺辊梳棉机具有较好的梳理纤维、分离短绒、去除杂质和棉结的作用。梳棉机刺辊、锡林、盖板的速度，以及各部件工艺隔距、集尘箱负压值是决定梳棉机分梳质量和产量的主要因素。提高刺辊、锡林速度，可增加梳理强度，有利于细小杂质与纤维分离，在提高产量的基础上也明显改善了生条质量［7］。在盖板至锡林间隔距不变条件下，适当提高盖板速度，可提高短绒和尘杂转移效果，降低结杂和短绒率。具体应根据原棉质量和喂入筵棉的短绒及含杂情况，合理配置刺辊、锡林和盖板速度及各部位的梳理隔距。梳棉工序根据“早落少碎”的原则，采用“低速喂入，高速梳理”的方案，将棉箱的打手速度降低到522 r/min，将刺辊和锡林速度分别提高到900 r/min 和450 r/min，盖板速度设定为260 mm/min，出条速度140 m/min 时，梳棉机单产可以达到40 kg/h，生条质量也明显提高。

梳棉机集尘箱负压对梳棉机梳理效果、落棉量、生条质量、棉结、杂质和短绒的排除率、车间环境等均有较大的影响。采用优化后的锡林、刺辊、盖板速度，且生条定量23.5 g/5 m 条件下，采用不同集尘箱负压进行试验，结果见表4。

从表4 可以看出，当梳棉机集尘箱内负压由850 Pa 提高至950 Pa 后，生条根数短绒率降低，棉结尘杂粒数减少。说明适当提高集尘箱负压后，不仅提高了棉结、杂质和短绒的排除率，还能使纤维得到更充分的梳理，梳理效果有所提高，梳棉机落棉率稍有增加。但若集尘箱负压升至1 050 Pa 时，梳理排杂效果变化不大，落棉率增加较为明显，并且系统在高负压下运行，机器承压增大，除尘系统能耗增加。因此优选集成箱负压为950 Pa。

表4 梳棉机集尘箱负压对生条质量影响

2.7 优化结果

整条清梳联生产线工艺优化前后，C 14.6 tex针织纱生条质量和成纱质量对比情况如下。

从以上数据可以看出，工艺优化后的生条和成纱各质量指标均有不同程度的改善。

3 清梳联除尘系统运行优化

由于清梳联除尘系统设备是按照生产线设备全开、系统风量最大、压力最高的情况进行设计的，运行中当工艺参数调整或部分机台停运后，系统的排风量和风压都会相应改变，因此也需要对除尘系统进行优化，才能满足清梳联设备的排风要求。本项目在原设计配套主风机的基础上，根据工艺要求对主风机采用变频控制，在保持除尘机组进风箱处压力的条件下，降低主风机的运行频率，以满足清梳联系统各排尘点所需风量和风压的要求，达到节能的目的。

该项目每套清梳联清棉设备配置一套除尘机组，配备主风机风量50 580 m3/h，全压1 602 Pa，主风机装机功率37 kW；每8 台梳棉机配置一套除尘机组，配备主风机风量41 400 m3/h，全压1 965 Pa，主风机装机功率37 kW。所纺品种在跳转双轴流开棉机的情况下，清棉除尘系统优化前后运行效果如下。

从以上数据可以看出，除尘系统结合工艺进行优化后，在保证清梳联生产线除尘系统的压力和风量，且维持设备高效生产的同时具有一定的节能效果。一机两线清梳联系统运行每年按7 500 h 计算，清棉除尘系统每套每年可节能7 500×（31.96-25.71）=46 875（kW·h），梳棉除尘 系 统 可 节 能2×7 500×（31.36-26.05）=79 650（kW·h），每套清梳联每年可节约电能126 525 kW·h，节能效果达17.8%，按电费0.65 元/（kW·h）计算，每套清梳联每年可节约电费约8.22 万元。

4 结论

为保持清梳联系统设备的良好开松、除杂和混和效果，需要根据原棉特点和产品规格，对各主机设备的主要工艺参数进行优化，才能保证系统设备的高效运行，并改善生条质量。

针对采用100%新疆棉（含杂在2%～3%）纺制的C 14.6 tex 纱品种，清梳联采用“一抓，一开，双混，双清，双除，多排，多梳”的工艺配置，通过采取优化各部打手速度、尘棒隔距、风口负压等措施，充分发挥各单机的作用，有效去除原棉中的棉结、杂质、短绒等，达到“早落少碎，逐步开松”的效果。合理配置梳棉机参数，采用“低喂高梳”的梳理方案，优化分梳效果，减少纤维损伤，提高生条质量。

清梳联设备对系统排风量和风压的要求比传统开清棉设备更高、更严。优化清梳联工艺的同时需要对除尘系统进行调整，特别是清梳联除尘器吸风箱压力，应根据清梳联设备开启情况和设定的运行参数进行调整，保证适当压力数值，以保证产品质量和节能运行。通过对一机两线清梳联除尘系统进行优化，采用变频控制除尘系统主风机，每套清梳联除尘系统综合节电达17.8%，每年可节约电费8.22 万元。