第一節(jié) 主缸結(jié)構(gòu)與特征

與傳統(tǒng)的間歇式溢噴染色機(jī)相同，主缸是氣流染色機(jī)的主體部分，用于織物和染液的存放，并通過織物和染液的循環(huán)，完成染料對織物纖維的上染過程。主缸有罐式和管式之分。高溫罐式是圓筒形的承壓容器，儲(chǔ)布槽裝在內(nèi)部；常溫型為矩形截面，儲(chǔ)布槽與缸體連為一體。管式基本都是高溫型，管內(nèi)可分隔兩個(gè)儲(chǔ)布槽，但更大的容量還是采用多管并聯(lián)。由于罐式主缸無論是儲(chǔ)布槽的氣相空間，還是液相空間都處于一個(gè)容器內(nèi)，所以工況條件（如溫度和壓力的平衡）都能趨于一致。這為多管設(shè)計(jì)提供了條件。多管是為了增加容布量，可以將一個(gè)較大批量在同一缸中或者減少分缸次數(shù)進(jìn)行染色加工。這樣不僅可以減少缸差的出現(xiàn)，同時(shí)還可以提高生產(chǎn)效率。目前最多已達(dá)到8管，可一次性染色1760～2000kg織物。

一、工況條件

對設(shè)備而言，工況條件指的是最高工作溫度、最高工作壓力以及工作介質(zhì)。高溫高壓主缸適于高溫（溫度高于水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)）染色條件，也可用于常溫工藝條件；最高工作溫度為140℃，最高工作壓力略高于對應(yīng)飽和蒸汽壓力。為了安全起見，除了設(shè)有溫度和內(nèi)壓過載保護(hù)裝置外，還必須設(shè)置超壓泄放裝置（即安全閥）。同時(shí)考慮到染色工藝的需要，在130℃條件下高溫排液，主缸內(nèi)溫度驟降可能產(chǎn)生負(fù)壓，還必須設(shè)置真空安全閥，以防主缸被吸癟。為了保證安全，高溫高壓主缸用于高溫工藝（如130℃染色），溫度達(dá)到85℃時(shí)，設(shè)備就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉排氣閥，并對進(jìn)水閥、排液閥產(chǎn)生自鎖。當(dāng)高溫工藝結(jié)束后，溫度降至85℃時(shí)，排氣閥自動(dòng)泄壓。待主缸內(nèi)部表壓降至為零時(shí)，才可開啟操作孔。常溫常壓主缸僅適于常溫染色工藝條件，理論上最高工作溫度不得超過100℃，實(shí)際上為98℃。常溫常壓主缸體為J形，可能因密封較好，為了防止溫度超過100℃而形成內(nèi)壓，須設(shè)置與大氣始終保持相通的通氣口。儲(chǔ)布槽除底部為夾層外，與常溫常壓主缸體基本上成為一體，儲(chǔ)布槽各槽之間以隔板分開。

主缸接觸的介質(zhì)主要是染液，由染料、電解質(zhì)及各類化學(xué)助劑組成的水溶液。由于這些化工原料有一定的腐蝕性，并且染料在上染過程中不能接觸鐵離子，所以，主缸體的材質(zhì)都是采用奧氏體耐酸堿不銹鋼。

二、主缸體

高溫高壓主缸有罐式和管式兩種，儲(chǔ)布槽裝在其中。高溫高壓主缸體是承受內(nèi)壓部件，屬于D1類壓力容器，從材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，都受到壓力容器相關(guān)技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控。罐式主缸內(nèi)的各管儲(chǔ)布槽是連通的，并置于一個(gè)臥式罐體中；而管式的儲(chǔ)布槽則是分別放在各自的筒體中，并通過連通裝置保持染液和氣相相通。高溫高壓主缸體的壁厚是根據(jù)壓力容器強(qiáng)度計(jì)算并考慮鋼板減薄量而獲得的，常溫常壓主缸體的壁厚相對較薄，主要是滿足剛度和變形要求。

氣流染色機(jī)主缸體除了常溫常壓以外，主要是以圓筒形式為主。相對管式主缸體，罐式主缸的結(jié)構(gòu)緊湊，可以儲(chǔ)存最少的染液量。罐式主缸儲(chǔ)布槽中的織物，可以在襯有聚四氟乙烯棒或板上滑動(dòng)向前移動(dòng)；也有采用轉(zhuǎn)鼓形式，利用重力的偏心作用，使織物轉(zhuǎn)向前部。罐式主缸體的圓筒形對儲(chǔ)布槽的結(jié)構(gòu)有一定限制，特別是儲(chǔ)布槽不能按照織物有序移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)，容易使織物造成倒布或壓布現(xiàn)象產(chǎn)生。相比之下，常溫型主缸具有較好的織物滑行的結(jié)構(gòu)形狀。

主缸體下部一般是通過支回液管與主回液管連接，為了避免主回液管產(chǎn)生“氣袋”，另外還有一連通管將主回液管與主缸體氣相空間連通。主體循環(huán)染液主要存放在主回液管中，而主缸體內(nèi)不存放主體循環(huán)染液。由于氣流染色機(jī)的浴比很低，主回液管中的液位對染液主循環(huán)泵產(chǎn)生的倒灌高度不能滿足主循環(huán)泵的抗汽蝕能力，所以，高溫高壓主缸在85℃以上時(shí)，總要加入0.007MPa的壓縮空氣，以提高水的沸點(diǎn)。相比之下，常溫常壓主缸不具備這種功能，即使在85～98℃的常壓下工作，主循環(huán)泵也容易產(chǎn)生汽蝕，影響染液的循環(huán)狀態(tài)。因此，從提高低浴比主循環(huán)泵抗汽蝕性的方面來考慮，氣流染色機(jī)宜采用高溫型，而常溫型用于60℃以下較為合適。這也是使用者在設(shè)備選型中應(yīng)該注意的。

三、儲(chǔ)布槽

氣流染色機(jī)的儲(chǔ)布槽是用來堆積被染織物，也就是說大部分被染織物是堆放在儲(chǔ)布槽中。與傳統(tǒng)的溢噴染色機(jī)相比，相同的儲(chǔ)布槽空間，氣流染色機(jī)儲(chǔ)布槽中去除了主體循環(huán)染液，可容納更多的織物。由于同樣重量的輕薄織物與厚重織物占用空間不同，為了充分有效地利用儲(chǔ)布槽空間，現(xiàn)在又出現(xiàn)了窄槽體與寬槽體。窄槽體用于輕薄織物，寬槽體用于克重較大的織物。輕薄織物的壓布和倒布是槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。高溫高壓氣流染色機(jī)的儲(chǔ)布槽放置在一個(gè)臥式承壓圓筒容器內(nèi)，而常溫常壓型的儲(chǔ)布槽則與側(cè)板和頂蓋連為一體構(gòu)成整臺(tái)機(jī)身。考慮到每個(gè)布環(huán)的循環(huán)周期有要求，通常將槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成單槽和多槽，各槽之間的染液是相連通的。儲(chǔ)布槽的容布量是根據(jù)織物平方米克重和設(shè)備可達(dá)到織物線速度而確定的，一般將織物循環(huán)周期控制在2～3min內(nèi)。儲(chǔ)布槽容積一定時(shí)，不同克重織物的容布量是有差異的。主要是對輕薄織物的長度限制，使得輕薄織物的容布量減少。為了滿足織物克重的適用范圍，目前將儲(chǔ)布槽設(shè)計(jì)成可變載結(jié)構(gòu)，如圖3-2所示。用于厚重織物時(shí)，擴(kuò)大儲(chǔ)布通道；而用于輕薄織物時(shí)則可以縮小儲(chǔ)布通道。這樣就可減少輕薄織物在寬通道中的壓布或倒布現(xiàn)象的出現(xiàn)。

圖3-2 變載儲(chǔ)布槽示意圖

氣流染色機(jī)的儲(chǔ)布槽內(nèi)不存放循環(huán)染液（存在主回液管中），儲(chǔ)布槽內(nèi)織物不會(huì)出現(xiàn)因水流而造成串布現(xiàn)象，故織物糾纏、打結(jié)發(fā)生的概率很小。儲(chǔ)布槽內(nèi)織物的移動(dòng)主要是依靠設(shè)備的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，例如在儲(chǔ)布槽底部鋪設(shè)減磨材料（如聚四氟乙烯板或棒）或采用轉(zhuǎn)鼓式儲(chǔ)布槽，管式采用缸體向前傾斜一定角度并在槽底部襯聚四氟乙烯棒等，以減少織物在儲(chǔ)布槽中的運(yùn)行阻力。轉(zhuǎn)鼓式儲(chǔ)布槽是利用織物堆積偏重（后面堆積大于前面）產(chǎn)生自然轉(zhuǎn)動(dòng)，將儲(chǔ)布槽后面的織物逐步轉(zhuǎn)送到前面，織物在儲(chǔ)布槽中沒有相對滑動(dòng)。這樣可以減少對織物的損傷，同時(shí)不容易出現(xiàn)壓布現(xiàn)象。但是，對輕薄織物有可能出現(xiàn)織物夾在轉(zhuǎn)鼓與主缸內(nèi)壁之間的現(xiàn)象，并且這種結(jié)構(gòu)的制造難度較大，故目前采用的較少。采用固定式的儲(chǔ)布槽，可沿織物移動(dòng)方向的截面大小設(shè)計(jì)成有規(guī)律的變化，使得織物運(yùn)行的阻力以及織物之間的相互擠壓盡可能小，從而防止儲(chǔ)布槽內(nèi)織物在移動(dòng)過程可能出現(xiàn)壓布或纏布現(xiàn)象。目前罐式氣流染色機(jī)在織物出導(dǎo)布管進(jìn)入儲(chǔ)布槽之前增加了一套擺布裝置，可對織物進(jìn)行有規(guī)律的堆置，不僅可以最大限度地利用儲(chǔ)布槽空間，而且可以減少織物的壓布和倒布現(xiàn)象的發(fā)生。

儲(chǔ)布槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足一定的織物容量和運(yùn)行線速度，通常以織物在儲(chǔ)布槽內(nèi)相對滯留時(shí)間不超過3min為設(shè)計(jì)依據(jù)，目的是為了保證織物的均勻上染和防止產(chǎn)生折痕。限制了織物在儲(chǔ)布槽內(nèi)的滯留時(shí)間，也就意味著織物容布量限定。為此，提高氣流染色機(jī)的容布量，只有采用增加儲(chǔ)布槽數(shù)量。如何滿足各儲(chǔ)布槽具有相同的染液與織物交換條件，以達(dá)到完全相同的勻染效果，不出現(xiàn)管差，是氣流染色機(jī)儲(chǔ)布槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。

四、布水分離

與傳統(tǒng)溢噴染色機(jī)所不同的是，氣流染色機(jī)的儲(chǔ)布槽中，織物與主體循環(huán)染液是處于分離狀態(tài)。由聚四氟乙烯棒作襯底，織物在聚四氟乙烯棒之上，即完全暴露在氣相中（溢噴染色機(jī)是全部或部分浸入染液中），染液漏入主回液管。織物在儲(chǔ)布槽中，實(shí)際上處于類似于濕蒸過程，相對于部分浸入染液中的小浴比溢噴染色機(jī)而言，儲(chǔ)布槽內(nèi)織物所處的溫度和浸潤條件相同。在這種條件下，織物纖維的上染染料主要是依靠織物纖維表面吸附的染液來提供。由于氣流染色的浴比很低，其染液的濃度較高，這恰恰為織物在循環(huán)一周中向纖維內(nèi)部提供了足夠的新鮮染液，使得織物在如此低的染色浴比條件下均勻上染。因此，氣流染色在儲(chǔ)布槽中的布水分離，既是降低浴比的需要，同時(shí)也是織物纖維上染條件所必要的。有人曾經(jīng)在氣流染色機(jī)上做過實(shí)驗(yàn)，有意識將儲(chǔ)布槽內(nèi)存儲(chǔ)部分水，織物相當(dāng)于部分浸入染液中，結(jié)果是反而出現(xiàn)了不均勻上染的現(xiàn)象。而唯一能夠解釋的就是織物在氣相中與在液相中所處動(dòng)力邊界層和擴(kuò)散邊界層的條件不同，所以造成了織物不同部位的上染率有差異。

氣流染色機(jī)的布水分離過程與設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。氣流霧化式染色機(jī)的布水分離是織物與染液離開導(dǎo)布管后，進(jìn)入儲(chǔ)布槽過程中在重力的作用下，染液通過聚四氟乙烯棒的縫隙流入主回液管。由于這部分染液是隨織物同時(shí)過來的，有的被織物包覆起來（尤其是緊密度高的織物）所以分離的速度相對緩慢。實(shí)際上存在染液分布不均勻的現(xiàn)象，對一些敏感色在加料過程中會(huì)產(chǎn)生一定的影響。一般只有通過加快織物和染液的循環(huán)頻率，縮短染液分布不均勻的滯留時(shí)間，才能夠改變這種分布狀態(tài)。

與氣流霧化染色形式相比，氣壓滲透染色形式的布水分離效果比較好。染液與織物在染液噴嘴中交換后，多余的染液經(jīng)過回流管直接到主回液管，通過提布的作用又可擠壓出部分染液回流。織物進(jìn)入氣流噴嘴時(shí)，僅織物含帶部分染液。這樣一方面加快的主體染液的循環(huán)頻率，縮短了染液溫度和濃度平衡的時(shí)間；另一方面避免過多的染液隨同織物進(jìn)入儲(chǔ)布槽內(nèi)，造成新的濃度分布不均勻。

五、提布裝置

或許是受到傳統(tǒng)溢噴染色機(jī)的影響，氣流染色機(jī)仍然采用了提布輥，但其僅僅是起到織物的導(dǎo)向作用，使織物從儲(chǔ)布槽中順利進(jìn)入噴嘴。正因?yàn)樘岵疾痪哂袪恳椢镞\(yùn)動(dòng)的主要功能，所以提布輥的輥面沒有采用增加驅(qū)動(dòng)摩擦的橡膠條，而是采用波形接觸面。這樣可以大大減小提布輥與織物表面因打滑而產(chǎn)生的擦傷現(xiàn)象。但考慮到與氣流風(fēng)速變化時(shí)的同步，提布輥一般都采用交流變頻控制。通過提布輥的速度和風(fēng)速的比例控制，可以控制織物在出導(dǎo)布管后的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，避免某些輕薄針織物產(chǎn)生折痕。

當(dāng)氣流染色機(jī)的風(fēng)機(jī)特性和功率確定后，不同克重織物在氣流牽引運(yùn)行過程中的織物最高線速度是一定的。這主要取決于氣流的牽引速度和提布輥的表面線速度。盡管提布輥不承擔(dān)牽引織物運(yùn)動(dòng)的主要功能，但是對織物的運(yùn)行速度還是有一定影響。主要是提布輥表面與織物接觸的摩擦力，以及織物在提布輥上包角大小，對織物產(chǎn)生的牽引力有影響。當(dāng)提布輥表面的線速度增大至一定程度后，就會(huì)與織物產(chǎn)生相對滑動(dòng)（即提布輥表面的線速度大于織物的運(yùn)行線速度）。嚴(yán)重時(shí)織物不僅被氣流牽引走，而且會(huì)出現(xiàn)織物的纏輥現(xiàn)象。當(dāng)提布輥表面的線速度低于氣流牽引織物循環(huán)的線速度時(shí)，織物在提布輥表面也會(huì)產(chǎn)生相對滑動(dòng)。這種織物運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際上對織物有一個(gè)牽制作用，使織物在氣流中會(huì)產(chǎn)生一定抖動(dòng)擴(kuò)展效果，對容易起皺的織物可以消除折痕的產(chǎn)生。但是過分的相對滑動(dòng)，會(huì)對一些織物表面造成起毛。

氣流染色機(jī)的提布輥對厚重或吸水量較大的毛巾類織物具有較大作用，可以減輕氣流牽引織物的負(fù)荷，同時(shí)產(chǎn)生這種作用主要是借助織物自重（包括吸水）產(chǎn)生的張力在提布輥包角內(nèi)所產(chǎn)生的摩擦力。對于輕薄織物和一些編織非常稀松的織物，提布輥對織物產(chǎn)生的作用相對較小。對含有彈力纖維（如氨綸）的針織物，在提升過程中會(huì)產(chǎn)生一定的彈性變形，提布輥的表面結(jié)構(gòu)對織物產(chǎn)生的握持力有影響。采用對織物具有一定握持力的提布輥表面結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到較好的織物提升效果。

六、擺布裝置

織物離開導(dǎo)布管后經(jīng)過擺布控制，可有序地落入儲(chǔ)布槽內(nèi)，并且可以最大限度上利用儲(chǔ)布槽的有效空間。這對氣流機(jī)來說是非常重要的，因?yàn)槠鋬?chǔ)布槽內(nèi)不存放自由循環(huán)染液（存在主回液管中），如果織物堆放無序，就會(huì)出現(xiàn)壓布現(xiàn)象，造成布速不穩(wěn)定和較大的織物張力，嚴(yán)重時(shí)無法提升。一般的擺布裝置是通過擺布斗對織物直接作用，使之左右擺折。

對于輕薄織物在如何增加容布量而不出現(xiàn)壓布或亂布現(xiàn)象方面，已經(jīng)引起了設(shè)計(jì)者的高度重視。目前絕大部分的擺布裝置都是左右擺布，實(shí)際上在三維空間中，堆布的狀況還不是很理想，容易出現(xiàn)前后方向的倒布現(xiàn)象，一旦發(fā)生就會(huì)造成織物的壓布。雖說通過氣流和提布輥的牽引，也能夠強(qiáng)行拉起，但對針織物，特別是高彈力針織物，往往會(huì)形成很大的織物張力。為了解決這一問題，有人將擺布裝置設(shè)計(jì)成可同時(shí)左右和前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，織物的堆積狀況大為改觀。當(dāng)然，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，目前還沒有推廣使用。