专利名称：监控染液循环同期流量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及监测和控制染液循环同期流量的方法和装置，特别但并非唯一应用在纱筒染色装置上。
在准备用于制造纺织品的纱线时，纱线可以卷绕在有孔的芯筒或染管上，形成圆筒形筒子，这种卷纱的筒子称为筒子纱。多个筒子纱可叠置在多个直径稍小的有孔管，或可能十字形或三角形挤压件上，称为纱竹，垂直装在一圆形歧管或载架上。载架在装上染管及筒子纱，可降入一个称为精炼锅的圆筒形容器中。精炼锅装有一泵、一热交换器和一换向阀，并可关闭和加压。然后在压力和高温下，染液在两个相反方向上循环通过筒子纱而进行染色。
如染液只在一个方向上流动，则染色会不均匀，因为染液先接触的纤维是由最浓或最少耗用液处理的。如果染料只能“瞬染”筒子纱内面，则可能需要长时间使浓度平均于整个纤维中。这过程称为“染料泳移”。通过泳移、较浓区中的染料倾向于移回低浓度区的染液中，因此，移入吸收染料较少的纤维内。
由于温度是使许多染料被吸入纤维分子结构中的驱动力，因而升高单向流的温度，同时加速染色过程，也会增加初期的不均匀。这也会增加其后再泳移至均匀基础的需要。因此，虽然染料浓度可依赖泳移最后变为完全均匀，但达到这种均衡所需的时间却是仅有应用阶段所需要的时间的许多倍。明显地提供促使染料尽可能达到均匀的条件是较有利的，以便降低对泳移的需要。
周期性反向流动是一种可以采纳的技术，以便尽可能减小不均匀，最佳均匀可以通过使液流反向频率和温度升高率两者与染液循环周期流量相关连来实现。一般来说，如一旦全部染液在恒定温度下沿一个方向通过纱线一次就立即使液流反向，然后在另一个方向通过纱线一次，则筒子纱壁上的颜色深度差在“瞬染阶段”中多少尽可能低。如果象一般情形那样，过程中需要升高温度，则为使染料施加均匀，升温量需要与染液循环周期流量，而非时间相关连。
纱线的物理特性及因而筒子纱本身的液流阻力随温度升高而变化，因而改变其对液流的阻力，因此，流量在两个方向上可不相同，用“每分钟公升数”表述在纱线上实际所作之工较之“每分钟染液循环周期流量”意义较低。
筒子纱特性也随流量的增加而改变，在由内至外的液流上，某些筒子纱有“吹动”的倾向。这并不总是意谓着筒子纱实际受损，但筒子纱变形或纤维分离会在某些区域发生，而在另一些区域并不发生，导致在筒子纱的不同部位，特别是在纱竹之顶部或底部或在筒子纱空间处受到不均等的处理，从而导致染色不均。
在由外至内的液流上，纱间的空间可能几乎被过大的压力封闭，使液流实际上被停止。而且染工需时刻注意任何超出可接受容限的偏离，从而在产生次品前检测出机件故障并加以修正，而不是象经常会发生的情况那样，在次品产生后经询问才进行这种修改。流量控制装置的反应灵敏度和速度是非常重要的。
过去的标准作法是借助通常在宽大打开位置上的节流阀设定流量；借助机械定时器设定反向次数；以及用相同的方式在具有圆形图的时钟机构笔式记录仪上设定温度。
提供一个简单实例，如果温度需在30分钟内从80℃升至140℃，即每分钟2℃，染液周转率为每分钟3次，那么，最均匀的染料施加将通过仔细控制每次染液循环周期流量升高0.66℃来获得。不同的染料在不同的温度范围内瞬染和不同的染料组合会使得此简单实例复杂化。为获得最佳效果，在染料施加期间中在不同温度范围内可能需要不同的温度升高率。
不仅为了维持现有标准，而且也是为了建立和充分开发设备对最广大的筒子纱范围的潜力，应该监测和精确控制染液循环周期流量。
然而，精确测量严密连接的循环系统如筒子纱染色机中的流量并非易事，这部分是由于存在不可避免的紊流和涡流，而且也是由于过程中固有的温度变化的缘故。而且，循环系统的速度越高，流动特性越是偏离精确流量测量所需的理想层流情况，越难度量在纱线上所作之工。
由泵所作之工可由驱动电机的电流消耗来测定，但在染色机中所用的大部分泵中，它并不与染液循环成线性关系。传统的作法是使用螺旋泵，其中，泵壳的形状可修改泵曲线，在其范围的选定部分上将速度变为压力，电流曲线上升至最大，最后再下降并非罕见，如果存在消耗相同电流的两个不同的流量，那么它显然并不适用于控制的目的。
按照本发明，一种用于控制循环系统中液体流量的方法包括一个泵/电机组，它具有一离心泵，由一电机驱动以循环液体，该泵/电机组具有大致呈线性且显著倾斜的电机电流和液体流量之间的关系曲线，以及根据所消耗的电机电流来测定液体流量。
因此，泵设计具有充分直的功率曲线，以提供流量的精确直接测量。该流量可以是染液循环周期流量，并可在泵上使用可与现有电脑技术相容之控制装置，从而不再使用传统的流量量度装置。
当使用换向阀来控制染液循环周期流量时，液流应由换向阀调节，而非在其关闭时绕道，使液流反向。
换向阀的角位移最好可响应电机电流读数而连续调整，以控制流量。
泵最好装有一泵壳，具有对液流阻力最小及容量大的集流环，用以集聚直接来自泵动叶轮的未修改的液流。此种泵是在我们的中国专利申请第93105675.6号中描述的，并可具有一个与实际流量保持密切关系的功率曲线，故可理想用于监测控制上。
因此，使用适当泵设计，可精确控制通过泵的液体流量。然而，对其实施量度工作的全部液体量需实际上通过该负载，而不可绕道回至该泵。我们的中国专利申请第94107597.4号的主题的节流式换向阀高度适合供此使用。
系统阻力宜降低，以便可使用具有陡峭，直线的功率曲线的高流量，低水头集流环的泵。
现在对照以下附图，以举例的方式说明本发明
图1显示各种泵用的染色容器中的压力对流量的曲线图；图2显示适用于本发明中的泵的功率对流量的曲线图；及图3显示与图2相似的曲线，但为大体不适用于本发明方法的泵的情形。
参阅附图，且先参阅图1，可以看出传统系统的液流阻力使使用者失去泵性能的大部份有用部份，而一良好设计的系统可如何提供改良的性能，同时降低系统中所有压力，同时省除去对高压螺旋泵的需要。设计泵，使泵壳为一集流环，对液流具有最小的阻力，充足的容量，以聚集直接来自泵动叶轮的未修改的液流，可确保功率曲线与实际流量保持密切关系，故可理想用于监测控制上。如图2所示，一理想之功率曲线为提供每小时50立方米的流量增加，在曲线之任一位置处需要额外的几乎整整2个马力。
精确的控制需要相当陡峭的曲线，虽有泵具有此陡峭的曲线，但无一在低水头高流量范围，大致水平的直线曲线并无用处，因为无斜度来指示控制用的变化。
在图3所示之泵中，尤其是开始于左侧的较低位置上，在二不同流量处消耗相同的马力，例如在2220及3850gpm处消耗120马力，故该曲线不能用于约1600gpm以上的控制。
本专业技术人员能容易设计控制装置，以感测所消耗的电机电流程度，及其消耗时间，从而计算在循环系统中的液体流量，及在所需液量已流过时，使液流反向。
权利要求
1.一种用于控制循环系统中液体流量的方法，包括使用一泵/电机组，它具有一离心泵，由电机驱动，以循环流动该液体，此泵/电机组在电机电流及液体流量之间具有一关系曲线，此关系曲线大致呈线性及显著倾斜，以及根据所消耗的电机电流测定液体流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，欲控制的流体流量为染液循环周期流量，包含使用换向阀，其中，调节液流，而非在其关闭时使液流绕道，以便使液流反向。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，响应电机电流的读数，不断调整换向阀的角位移，以控制流量。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，该泵装有一泵壳，它具有一集流环，该环具有对液流最小的阻力及充分的容量，以聚集直接来自泵动叶轮的液流。
5.根据前述任一项权利要求所述的的方法，其特征在于，所述泵是中国专利申请第93105675.6号中所要求保护的泵。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述换向阀是中国专利申请第94107597.4号中所要求保护的节流式换向阀。
全文摘要
为控制液体的流量,尤其是使用换向阀控制染液循环周期流量,流体在循环系统内使用泵/电机组循环流动,泵/电机组包含一离心泵由电机驱动,此泵/电机组在电机电流及液体流量之间具有一关系曲线,此关系曲线大致呈线性并显著倾斜,液体流量由所消耗电机电流测定。
文档编号G01F5/00GK1186950SQ97112938
公开日1998年7月8日 申请日期1997年6月4日 优先权日1997年6月4日
发明者徐达明, 法兰克·克里佛 申请人:科万商标投资有限公司