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变频调速技术在涤纶长丝纺丝设备中的应用 1引言一般化纤丝的生产规模不大,无疑是采用间接纺,主要设备流程为:从原料(切片)→螺杆挤压机→过滤器→熔体分配管→纺丝箱(含纺丝泵、喷丝板组件等)→冷却吹风→卷绕机(含上油、吸咀、导丝盘、热牵伸辊(以下简称热辊)和卷绕头等。由于过滤器、熔体分配管和冷却吹风等单元机的电气控制简单,本文不作介绍。涤纶长丝高速纺丝机全机部位数有2、4、6、8、12、16等不等,每个纺丝部位纺丝头数有8、10、12、16等不等,每位配有4-8台纺丝计量泵,纺丝卷绕速度为2500-4000m/min(POY绦)或3500-6000m/min(FDY丝),配用螺杆直径为Φ60至Φ160mm等,最大卷绕尺寸Φ420×250mm。 2螺杆挤压机螺杆挤压机是熔融法切片纺丝设备中的关键设备,其作用是输送、熔融和混炼高分子聚合物,并将熔体送出,使其达到纺丝工艺要求,螺杆挤压机控制的最终参数不是螺杆转速而是螺杆出口熔体压力,因此,该系统实质上是熔体压力控制系统。螺杆挤压机现均采用交流异步电动机传动,变频调速、电动机的容量取决于螺杆的直径和运转速度,例如螺杆直径为Φ45mm,运转速度为20-100r/min,电动机功率为15kW,而螺杆直径为Φ200mm,运转速度为20-50r/min,电动机功率为150kW.螺杆挤压机压力控制系统原理框图如图1。 图1螺杆压力控制系统方框图 压力变送器安装于螺杆出口处,它将溶体压力转换为电信号送至调节器,该调节器由CPU微处理器等组成数字式调节器,压力信号(电流信号)在调节器中与压力设定值进行比较,若其差值为零,则调节器输出信号不变,变频器输出频率不变,若比较后的差值信号为正或负,则调节器将对偏差信号进行PID运算后输出,调节变频器输出频率和螺杆转速,使熔体压力维持不变。 3纺丝箱纺丝箱体是将置于其中的熔体分配管、载止阀、纺丝泵、纺丝组件进行保温用的密封箱体。纺丝泵(计量泵)一般均采用齿轮泵作为计量泵,常称为纺丝泵,纺丝泵主要是将熔体增压,连续定量地送至喷丝板组件,通过喷丝板微孔喷成丝束。纺丝泵通常采用永磁同步电动机单独传动,变频同步调速,其调速方式通常有两种,其一是,一台大功率变频器驱动多台同步电动机,可以保证各台纺丝泵严格同步运转,如图2(A),而电动机可逐台起动或分组起动,该电路简单、控制方便,造价较低,但变频器容量需放大,各纺丝泵转速一致,适合纺制同一规格的丝。其二是每台同步电动机单独用一台小变频器驱动,各台同步电动机可以调至同步运转,也可分别设定其运行频率,各台电动机以不同的速度运转,如图2(B),适用于纺丝位数较少的(例如二位纺丝机)用于新产品的开发试验。该电路使用变频器数量较多,造价较高,且多台变频器输出频率有离散性,为达到转速严格同步,需增设串行通信接口,然而各变频器可以软起动,变频器容量基本与电动机容量相同,无需放大,当某一电动机或有关机械出故障时,只需停止出故障的纺丝位(头),而不会造成纺丝机停机产生的浪费,而且每台变频器可分别设定其运行频率,这样一台纺丝机可同时纺出多种不同规格的POY丝。 图2(A)一台变频器驱动多台电动机图2(B)一台变频器驱动一台电动机原理框图原理框图 4卷绕机卷绕机根据所纺纤维的品种(如POY丝、FDY丝、工业丝等),规格不同而有多种型式,通常卷绕机由机架、上油装置、切丝器、吸咀、导丝盘、热牵伸辊、网络喷咀、卷绕头等根据功能需要选择组成。其中有电气传动的单元有上油装置、热牵伸辊(以下简称热辊)和卷绕头等。4.1上油装置上油装置用于对加工中的丝纤维施加一定量的合纤油剂,以利于后续加工,减少静电,使纤维具有一定的柔软性,平滑性和抗静电性等。上油方式有多种,一般采用油咀或狭缝式或油盘园周溢流式上油,纺丝油剂由小型计量泵定量连续不断地输送到注油口,丝束通过注油口时能获得足够的油量。每台计量泵由单独交流异步电动机传动,变频器统一供电,变频调速。4.2热辊热辊通常用于高速纺丝(FDY丝等)或工业长丝等设备,一般由永磁同步电动机或交流异步电动机传动,变频调速。热辊外壳被加热,使丝束在热状态下进行牵伸,热辊轴向表面各点温度应均匀,并被控制在工艺所需的温度范围内。热辊的加热可以是电热丝加热(目前很少用),也可以是电磁感应加热,此时,热辊壳体作为次级线圈而被感应加热。因热辊是旋转体,故一般采用非接触式测温,表面最高温度为250℃,温控精度为≤±1.5℃,调节各热辊的温度,可得到不同强度,伸长和热收缩率的丝。(1)工业长丝设备中的热辊涤纶工业长丝具有模量高,强度大,伸长小,耐磨性和尺寸稳定性好的特点,是产业用纺织品的理想材料,工业长丝的生产目前大多采用纺丝牵伸卷绕一步法生产工艺,其纺丝速度2600m/min以上,卷绕速度≤4000m/min,纺丝头数16头,每位4头,