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喷水系统动力学研究有助于探索主要引纬机构参数对水射流的出流速度的影响。通过引纬机构参数的优化组合来达到改善喷射水流的性能，提高水射流的速度和水射流对纬纱的牵引力，以实现提高喷水织机人纬率和适当扩大织造幅宽的目的。
l 喷水机构参数对织造的影响
喷水机上制造幅宽一般在1.5~2.3m的范围内，车速在600~1000r/min之间。现以沈阳纺机厂生产的GD761型喷水织机为例，根据文献[1，2]分析喷水机构参数对喷水速度的影响。
1．1喷嘴中管内水压与喷射水流初速之间的关系
已知从水汞到喷嘴间水管内径为8mm，喷嘴出水口等效直径为1.65mm，若在开始喷水时管内水压为2.0MPa,在喷水终了时为0.7MPa,流量系数C=0.96。则得出管内水压P与喷嘴出水口水流初速V之间的关系曲线，见图1，采用Matlab语言绘制。 （图片） 喷射水流的最大速度为61.6m/s，而在喷射终了时降为33.9m/s。喷水速度与管内水压之间关系曲线近似为直线，因此可以进行两者之间的近似数据估算，即当改变织物品种或门幅而需要改变喷水速度时，可以根据喷水速度参数求出相应的喷水压力，以选择更换相应的喷水弹簧规格。
由于空气阻力的作用使水滴飞越梭口时速度下降，而引纬纱速度则由水滴的作用而逐渐升高，在两者达到相等速度以前纱是伸直的。这样可以避免纱头翘屈，满足对引纬的工艺要求。
1．2 柱塞位移与喷水初速之间的关系 （图片） 图2为用数值法得出的喷水速度v与柱塞位移X之间的关系曲线，对应的弹簧倔强系数K分别为400N／cm、500 N／cm、600 N／cm，柱塞弹簧的初压缩量X0=1．71 cm。由图可见，喷水速度是随弹簧倔强系数增大而增大的。喷水速度先是急剧增大(约在位移lmm处达到峰值，其中不同K值对应的喷水速度最大值为 58．0m／s、65．5 m／s、72．2 m／s)，
然后再较缓慢的下降，这可以满足喷水引纬对较高喷水速度的需要。柱塞位移在1．0 cm内时喷水速度较大，高于或接近40m／s，这一段喷射对于喷水引纬是有效的。而位移继续增大，喷水速度将下降，不利于喷水引纬；同时位移的增大(即柱塞动程增大)对水的消耗量也将增大。因此，柱塞最大位移应在1．0-1．2 sm为宜，不宜超过1．5 cm。
1．3 喷水初速与时间之间的关系
图3所示为同一种弹簧不同最大压缩量X0(分别取2．2cm、2．0sm、1．7sm)时的喷水速度V与时间T之间的关系，柱塞面积为3．8 c m2，对应的柱塞位移X均为0.8cm。（图片） 图3表明喷水速度随弹簧初压缩量的增加而增大，对应于弹簧初压缩量X0=1．7cm、2．0cm、2．2 cm时最大喷水速度分别约为 75．3 m／s、71．5 m／s、65．5 m／s，这有利于提高喷水引纬速度。另外，弹簧初压缩量愈大。水流出流速度上升愈快，达到速度最大值的时间也略有减少，因此增加弹簧初压缩量能够显著提高纬纱的飞行速度，从而能够提高车速和织造效率。但弹簧初压缩量愈大，水流出流持续时间却愈短，这就将影响纬纱飞行的稳定性；同时弹簧初压缩量愈大，水压就愈大，对喷射系统的寿命不利；弹簧初压缩量增加也会使水流的扩散程度略有增加，动力消耗也随之增加。
通常要求弹簧初压缩量不宜太大。有时为了提高织机的车速，必须增加纬纱的飞行速度，即必须增加弹簧初压缩量，以提高水流的出流速度。此时必须相应地调节好其它几个参数(如水量、柱塞面积、出流面积等)，以增加出流持续时间，提高喷水引纬的稳定性。
总之，只要水射流速度足够保证纬纱的飞行速度，弹簧初压缩量还是以小为宜。
图3中显示水流喷射时间约在0．025s之内，所对应的主轴转角约为60-90，满足了喷水织机各机构之间的时间配合要求。
1．4 柱塞面积与喷水速度及有效喷水时间的关系
在柱塞位移xo=2．0 cm、水泵压缩弹簧K分别为550 N／cm、500 N／cm，另外柱塞面积s分别取3．8 cm、4．5 cm时，通过计算得到柱塞面积5与有效喷水时间，及喷水速度。的关系曲线见图4。柱塞面积一定时，喷水速度的最大值随弹簧刚度的增加而增大，在弹簧刚度较大的条件下，对应的喷水速度值也较大，但其对应的水流的喷射时间短，这说明在柱塞面积不变及其它喷水参数相同的情况下，随弹簧刚度的增加喷水有效时间减少。在弹簧刚度相同的情况下，改变柱塞面积对喷水速度有所影响，在喷嘴出水口等效面积不变的情况下，减小柱塞面积实际是减小了柱塞面积与喷水出水口等效面积之间的比值。在其它情况不变的情况下，该比值变大则对应喷射时间相对较长，这有利于实现喷水引纬。在生产上要考虑喷水引纬对水量的要求，当纬纱纤度较大以及织幅较宽的情况下，要求有较大的水束以保证水流包裹纬纱并牵引其飞行到较远距离，这时，柱塞的面积和动程都要适当调整以满足要求。同时，在柱塞面积凋整的情况下，要保持较高喷水速度，则弹簧初压缩量也必须相应地加以选择。这说明我们在喷水织造时合理选择喷水系统参数以达到优化织造工艺的重要性。
另外，图4表明，在同样柱塞位移的情况下，喷水速度愈大，水流所对应的喷水时间愈短。（图片） 由于喷水速度的提高，在柱塞位移量不变化的情况下，喷水时间将相应地减少，这将影响喷水引纬有效喷射时间的长短。弹簧刚度是影响喷射水流速度大小的主要因素。改变柱塞面积对喷水速度也相应地有所影响，但影响相对较小。
1.5 喷水出口等效面积对出流速度的影响
在柱塞面积、弹簧刚度、弹簧出压缩量等不变的情况下，改变喷水口出流等效面积，分析喷水口出流等效面积S2对出流速度V的影响。取喷水口出流等效面积分别为2.14mm、3mm和4mm(出流面积一般在2.1-4.5mm ),假设不考虑喷嘴性能差异方面的因素，得到的图形曲线见图5。（图片） 喷嘴出流等效面积较大变化可以通过更换不同型号喷嘴来实现，也可以通过通过调节喷针在喷嘴座中的位置来实现同一个喷嘴出流面积的微量改变。
喷嘴出流面积愈小，出流速度上升愈快，达到最大值所需要的时间也愈短；出流速度峰值也愈大。喷嘴出流面积愈小的水流速度在达到速度峰值后其下降要较喷嘴出流面积较大者的略微慢一点，相应的其对应的喷射时间略长：但相应每喷的水束流量也小，可能会造成喷水引纬效果下降。
从曲线的对比分析可知，在其它喷水参数不变的情况下，单一改变喷嘴出流面积，对喷水口出流速度的影响是比较小的，在生产织造中，只能通过它来对工艺进行适当的微凋。织造工艺的全面优化必须依靠喷水参数的优化组合，特别是对喷水速度影响比较大的柱塞面积，弹簧刚度、弹簧初压缩量以及喷嘴类型等喷水参数进行综合调节，以满足织造工艺的要求。
1．6 水量(柱塞动程)对喷嘴口出流速度的影响
水量的调节是通过调节限位螺钉来实现的，因此可方便调节以使柱塞位移的极限位置发生变化，水量调节螺钉突出长度愈短，柱塞位移愈大，水量也愈大。因此水量调节亦即改变柱塞的位移大小。现在以柱塞位移分别为0．6cm、0.7cm、0．8 cm为例进行分析，其它喷水参数不变，其结果如图6所示。图中虚线1、虚线2和虚线3分别对应柱塞位移为0．6 cm、0．7 cm、0．8 cm时的水流出流曲线终止位置。对应的速度和时间分别是(61．0 m／s，17．1 ms)、(58.6 m／s，20．2ms)和(56．1 m／s，23．4 ms)。
从图6中可以看出，无论柱塞动程的大小，即无论水量的大小，水流出流速度曲线变化规律是一致的，所不同的只是速度曲线的终止位置不同，即对应的喷射时间不同。
（图片） 水量调节螺钉突出长度短，则水流出流持续时间长，对引纬稳定性和引纬速度的提高有利。但水量调节螺钉突出长度也不宜过小，调节到一定程度后，在水泵活塞向前运动时，双臂杠杆上的凸轮转子将先撞击到凸轮。这时，一方面水量调节螺钉就失去了作用；另一方面转子与凸轮冲击太大，影响凸轮的寿命。此外，水量加大后，耗水量增加，能耗也将增加，从而影响到经济效益的提高。因此水量大小应该调节到水泵柱塞向前运动时，双臂杠杆上的凸轮转子刚好不会撞击凸轮时为最佳。
2 结 论
在出流速度理论公式的基础上，本文具体分析了喷水机构各项参数对出流速度的影响，得出弹簧刚度和弹簧初压缩量是影响喷嘴口水流速度的主要因素。
6/15/2004
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