专利名称：喷嘴装置和纱的处理方法
技术领域：
本发明总的说来是涉及一种将固体与流体相接触的装置和方法，具体地说是涉及喷咀装置，即包括一种喷咀或喷头的装置，该装置用一种流体操作，这种流体不一定须是气体。
喷咀装置广泛地用于纱处理工艺中，这虽是本发明优先选用的一个方面，却不是唯一受益的领域。例如，包括人造纤维或由其组成的纱，该人造纤维包括经常需要某种处理的全合成纤维，其包括膨体化和/或单丝组或单丝团的相互掺混一起形成复丝纱产品，而这种处理的共同环节是将纱与一种流体，例如空气或蒸汽相接触，流体一般是处于高温和高压下，或处于高紊流状况下。
一般说来，普通的喷咀装置构成膨体化装置(也叫喷射装置)的进口部分，通常由热空气或蒸汽操作;这种装置的目的首先是塑化纱，然后让纱受到压力和/或紊流的冲击，从而使纱变形，变卷曲起皱，并得到一种更疏松的纱产品。这样，膨体化装置实际上包括一第一部分，也叫装置的引入端，用于将纱带入并穿过一通道;以及包括一第二部分，例如具有较大区域的一个舱室，纱以高速进入该舱室并在那里受到刀片或舱室各段的强力作用从而变卷起皱，换句话说在热和压力下被改性。
然而，市售的膨体化喷头装置在吸入端总出现一些问题，特别是当处理由不同种长丝组组成的纱时，例如由不同颜色形成的长丝部分(譬如由带有各种颜色或染料的聚合物中熔纺的，或由不同种类的聚合物熔纺的)构成的多颜色纱时。由加工或由于喷头磨损引起的非常小的不规则都会引起相当大的流动变化，有趋势使被处理纱产生不规则的吸入和流动。例如，当处理纱由不同颜色的长丝团组成时，不规则的吸入趋于改变丝的位置顺序，即构成纱的纤维的相对位置，而这种变化只对由同种丝组构成的纱才不会引起有害的结果。只要使用不同种长丝组或长丝团，在纱中的丝的位置改变总是趋于改变纱的视觉或触摸性质，例如颜色外观，从而引起一系列质量、均匀性以及颜色变动的问题。
就吸入性能而言，由于不同喷头(例如在同一生产厂的不同部门中)性能完全一样与其说是规律，不如说是例外，因此，既使达到一致性和可重复再现性参数，喷咀结构和喷咀操作性能在许多纱生产领域中也会引出非常大的问题。
因此，本发明的一个主要目的，是提供一种喷咀装置，它能够消除这些缺陷，并能使单个喷咀装置具有一致的和可重复再现的吸入性能，或使在某一工厂中所用的任意数量的平行运行的喷咀装置具有上述性能，例如，在一设备中处理由不同的长丝团组成的复丝纱时，这种设备可以平行运行的方式生产8、12、16支或更多支的纱，因此要求有相应数目的平行喷咀装置。
现在，依据本发明，已发现上述目的和另外的优点可以在具有如下所述的那种类型的喷咀装置中获得(A)一个外壳，其带有一上游进口端和一下游出口端;
(B)一内喷咀元件，它具有一锥形的外壁部分和一实际上与外壳连接的轴向通道;
(C)一外喷咀元件，其也与外壳连接，其带有一锥形的内壁部分;
(D)一实质上具有一上端和一下端的锥形缝隙，该缝隙在内喷咀元件的锥形外壁部分与外喷咀元件的锥形内壁部分之间形成;缝隙的轮廓为缝隙的上、下端之间的各径向平面的横截面区域所限定;
(E)进口装置，其用于使流体进入外壳并进入与锥缝上端相邻的区域;和(F)用于在上述缝隙的上述横截面区域内产生有至少一处压差区的装置。
依据本发明的一个一般实施例，这种新颖的喷咀装置由于在缝隙内至少有一个压差区，从而在缝隙内提供至少一处压力降(表明至少有两处缝隙区各有一不同的压力和流速)，从而在此提供了至少两处流体流速不同的纵向相邻的缝隙区。如果不打算涉及一般的理论问题的话，可以假设这种压力或速度梯度能够在缝隙中起流体动态“控制”的作用，从而提供了使流体带上纱线进入缝隙后和其后的纱处理喷头中呈现一种可控制的和可重现的流动，从而保持的对“纱定位”(yarnpositioning)的控制，即对如前所述的成品纱的各组分丝的位置的控制。
因此，通过使用本发明所教授的喷咀装置生产或处理多色和/或多种聚合物的纱时，能获得颜色和/或聚合物各组分位序的恒定一致性。本发明进一步的应用和优点在说明书叙述过程中会变得很明显。
下文详细讨论的优选实施例，其是通过获得“线性”流动方向，即实质上为轴向流来提供缝隙流动动态控制，或者如果需要，也可获得螺旋方向流，用于获得或控制扭捻纱线。
要注意，在本文的主要内容中，关于锥形缝的术语“轴向”一词应理解为顺缝隙流动运动的主矢量是沿轴向的，此时仅仅相对较小的矢量是朝着与该缝隙的圆锥形一致的径向。另外，要注意关于术语“锥形”一词，是指所具有的外轮廓是锥形的缝隙，外轮廓汇合或逐渐收缩于一点，在此外外直径缩至予定最小值。
因此，为了使缝隙内径和外径之间的差沿流动方向，即朝着外径值最小的方向，也变得越来越小，缝隙的内轮廓可以渐缩，但不是必须渐缩。经常见的是，缝隙的外径在接近内喷咀元件的下端达到其最小值，即在该处缝隙逐渐改变其实际上是环形的性质，而实际上变成了一块圆面，不过与其说这是本发明的一个关键特性，不如说是本发明的一个较优选的特性。
依据本发明，可以采用不同的结构改动或改进，以便在缝隙的横截面内产生压差区，为了便于解释，可以假定整个缝隙区实际上为外径和内径连续减小(从流向上看是向下游)的圆环形，该环形可以，但不是必须，具有实际上相等的“宽度”(等于内外径之间的差值);从本发明的实践情形看，可以通过本发明喷咀装置的各种结构特征来建立压差区，例如局部改变缝隙的轴向长度和/或径向宽度。例如，缝隙至少有一个区域可以有减少的轴向长度和/或减少的径向宽度，为此，外喷咀元件和内喷咀元件之一，或两者共同，可以作结构上的改变以便达到这种效果。
在一个结构简单、运行效果好的本发明一个优选实施例中，外喷咀元件至少有一个，最好是两个周边的轴向凹口，靠近缝隙上端，用以提供至少一处沿上述缝隙的区域，在此区域流体介质的流动阻力局部减少，是因为该处的长度减少了，流体处于一较低的高度，即通过该凹口便可流入。
依据本发明的另一实施例，内和/或外喷咀元件上设置了一个或多个凹槽或突起，从而使圆环产生“收缩”或“凸出”(从径向横截面看)，凹槽或突起至少沿圆锥缝隙的轴向长度的一部分延伸。
术语“轴向凹口”是指实质上沿轴向的切口或凹槽，正象例子所述的外喷咀元件的整体形状那样;最好在外喷咀元件的“上边沿”处至少设置两个这种轴向切口，即在锥形缝隙的上端处，流体介质从此处进入缝隙。
在许多场合优选的是将这类凹口基本上对称设置，即互相等距离配置。这样，对于设置两个凹口的在两凹口之间的外周边距离是180°，三凹口的距离为120°，四凹口的距离为90°，不过使用过多的凹口会减小对流动控制的效果。
另外，本发明提供了一种处理丝纱的新型方法将其穿过一膨体化装置，该装置包括一喷咀装置，该喷咀具有上述的在锥形缝隙中的流体动态控制。对用于加工复丝纱，该复丝纱包括至少两根且典型的为三到六根不同的长丝团，或者对于掺混是否具有均匀性和可重现性成为除颜色均匀性外其它原因的必不可少的要求时，本发明提供了最可获实利的方法。
本发明提供一种适于处理合成纱的喷咀装置，其包括一带有一进口端和一出口端的外壳，进口端位于出口端的上游;一内喷咀元件，其有一锥形的外壁部分和一实际上为轴向的通道;一外喷咀元件，其有一锥形的内壁部分;内和外喷咀元件都在外壳定位;内喷咀元件的锥形的外壁部分和外喷咀元件的内壁部分一起形成带有一上端或上游端和一下端或下游端的圆锥形缝隙;进口装置，其用于将一种流体输入外壳中并进入其内与锥形缝的上端相邻的区域;锥形缝由在缝隙的上端和下端之间的所有径向平面内一横截面所限定;以及用于在缝隙的横截面区域提供至少一个压差区的装置;用于提供压差区的装置包括至少一个具有减少的轴向长度和/或减少的径向宽度的缝隙区域;具有一减少的轴向长度和/或一减少的径向宽度的至少一个缝隙区域由外喷咀元件和/或内喷咀元件的轮廓或结构提供;外喷咀元件有至少一个周边构造，例如轴向凹口，其邻近缝的上端，用以提供至少一个沿缝隙具有减少对流体介质的流动阻力的区域;内和外喷咀元件中至少一个具有至少一个沿锥形缝隙至少一部分延伸的长凹槽或突起;内喷咀元件的外壁部分和/或外喷咀元件的内壁部分上至少有一长凸起或凹槽，其长度至少达到缝隙的一部分;至少提供了两个缝隙的轴向长度减少区，例如，用一对轴向凹口，在外喷咀元件靠近缝隙的上端处，例如，大体上位于围绕缝隙外周边等距离之处，以形成实质上沿从上端到下端的缝隙流体介质的交替增加或减少的流动阻力是对称分布;内喷咀元件是一锥形元件，其具有一轴向伸延的中心通道和包括在外壳内相对外喷咀元件定位的装置，外喷咀元件是一长的、基本上是管状的元件，该管状元件有一在一头部之内形成的锥形内壁，该头部至少有一长凹槽，以使流体通过而进到缝隙的上端;管状头部元件在缝隙的上端的相对部分具有一对凹槽，凹槽提供有至少与头部元件的非凹入部分的周边长度相等的凹槽周边长度;本发明也提供一种膨化纱的设备，该设备包括一用于处理伴有在高湍流状况下的流体的纱的喷射区域;其中，所述喷射区域包括一喷咀装置;本发明还提供一种利用通过膨化系统的通道加工复丝纱的方法，其中，该系统包括一喷咀装置;复丝纱包括至少两个不同的长丝团，且其中加工过程包括混合过程。
下面通过实施例(这并不是限制本发明)并参照附图解释本发明的目的、结构及特点，其中
图1A是依据本发明的一个喷咀装置的轴向剖面局部示意图;
图1B是构成图1A喷咀装置的外喷咀元件形成部分的侧向透视图;
图1C是图1B所示喷咀装置绕纵轴旋转90°的另一侧视图，表示根据本发明一个优选实施例的缝隙流动态控制装置;和图2是表示依据本发明的各种缝隙流动态控制装置的示意性的剖切透视图。
图1A表示根据本发明的一个喷咀装置1的工作实例的轴向剖面图，并作了某些简化。它主要是由一种结构材料，例如不锈钢、陶瓷或类似材料制成，并包括一个带有一“上”端111和一“下”端112的外壳11。外壳11的主要功能为(Ⅰ)使内喷咀元件12与外喷咀元件14保持运行连接，以便形成锥形缝隙16;(Ⅱ)允许流体介质，例如热空气或蒸汽由进口18通过，并进入到由外壳11的内部与外喷咀元件14的外部形成的大体上为圆柱形的空间114内，外喷咀元件14的上部设有纵向槽或沟147、148，用于让流体通过进入到缝16的“上”端161;和(Ⅲ)把实际上是连续的固体材料流，例如由设置在喷咀装置1“上游”的长丝组生产或处理装置或设备析出来的复丝束送入管144，通过流体吸入并使之与流体相互作用。在管144“下端”的膨胀区13用虚线表示出，因其是先有技术，不构成本发明的组成部分。
内喷咀元件12包括带有一外螺纹123和一轴心孔或通道122的上部圆柱体120，轴心孔122具有一上“入口”或进口127;外壳相应的螺纹113使得喷咀元件12相对于外壳和/或外喷咀元14位置固定住。喷咀元件12还包括一带有锥形外表面的下部125。锥形部分125的最下部分延伸进入外喷咀元件14，从而在内喷咀元件12的外表面121与外喷咀元件14的内表面141之间形成缝隙16。一个减压区，即产生强抽吸作用区，在通道122的下端生成，减压区的产生取决于流体的压力，进而也取决于通过缝隙16的流速，并且一种固体流，例如一种复丝束(纱或纱前纤维，图中未示出)从通道122的入口127供入，其与在入口127附近的外界流体(一般为空气)一道被送进并穿过通道144，这种抽吸作用取决于多丝束的外径以及堆积密度，或空隙体积。
因此进入壳11内“头部空间”114邻近缝隙上端161的流体介质具有两个作用，即输送或吸入送入的复丝束进入喷咀装置1中，并且在下游装置中，例如在膨胀装置13中对被处理的固体材料精整或者换句话说改性，以便随后作膨体化处理。
这里再次提起注意纱线膨体化处理仅是本发明的一种应用，虽然是一种优选的应用;显然，在通过喷咀装置时的流体与固体的相互作用是本发明优选的但不是主要特征。换言之，本发明所讲授的主要是涉及在缝隙16内的流动状况和其内的流体的动态控制，而任何其他在流体和被处理的固体材料之间的相互作用是次要的。
同理，虽然喷咀元件12、14，二者必须有缝隙形成面121，141，但他们也许不一定须具备附加功能，例如具有一个进入外壳11的入口127;或在外壳11中的定位，即借助于一螺纹123和与外壳肩台119相贴定位的止面142;或其他特征，其包括例如流体槽147，148，通道管146，和密封装置，例如隔盘145与O型圈118。事实上，所有这些次要功能都可以由分离的元件与缝隙成形面主体121，141的有效联接而获得。
图1B和1C表示出在图1A中的优选的多功能外喷咀元件的细节。依据本发明对流体的动态控制是通进一对“凹槽”，“凸起”或“窗”获得，例如，其形状类似于城塔上部边缘的箭窗，即位于元件14形成喷咀部分的上端的轴向凹口191，192。因此，各凹口191，192下游部分的每个缝隙的轴向长度会被各凹口191，192的轴向长度“缩短”，因而各凹口“之下”缝隙部分的流动阻力会减少。换句话说，会形成两个压差区或降压区，并且至少在缝隙的轴向上伸延一定长度。
优选的是使各凹口191，192的轴向长度或深度占缝隙16的轴向长度相当部分，即在其上端161与下端162之间。对于本发明的许多应用，各凹口191，192的轴向长度在缝隙16的整个长度的约10%到50%之间范围内。一优选的特例是在各凹口191，192的轴向长度占整个缝隙长度的约30%。各凹口191，192的“宽度”或外周边长度可在约30°到160°之间范围内(相对于圆周360°而言)，例如约120°，而相应的优选缝隙外周至少为约90°。
为了结构简单，优选对称地设置或使实际尺寸相同的各凹口实质上等距设置。选择凹口总数取决于其绝对尺寸。经常优选的最少数目是两个，但由于缝隙16典型的最大外尺寸是在5至10毫米(mm)之间，超过4个凹口一般不会改善对缝隙流的动态控制且较少采用。因此，更愿选用数量少的“宽”(例如外周边90°-150°)凹口而较少采用数量多的“窄”凹口(例如外周边为30-90°)。此外，虽然许多场合优选基本上是矩形的切口，其他形状，例如多边形、圆形或椭圆形也可以使用。
图2是一示意性的轴测图，其表示在内喷咀元件22和外喷咀元件24的相邻壁部之间形成的缝隙26，缝隙26具有一上端261和一下端262，从图2显然可见，各轴向凹口291将会减少在相应凹口下的缝隙26的长度，从而在该缝隙区域内引起压力降或压力差;以相同的方式，在一个内喷咀元件22或外喷咀元件24上，或者同时在二者上的轴向凹口或轴向突起293，295处也会引起压力差。依据本发明的另一实施例，外喷咀元件26壁上的钻孔(图2中未示出)也可用作产生缝隙26的至少一个而优选为至少两个压差区的方法。考虑到凹槽、突起和钻孔的尺寸，形状及数目，效果不甚好的这种方式常比或多或少效果更佳的那些方式更受青眯。对于许多场合，从便于加工的观点看，人们更愿用在形成缝隙的区域内具有实际上光滑表面的内外喷咀元件。
依照本发明，用图1A，1B和1C所示的类型的一种喷咀装置所作的运行实验表明，可以由喷咀装置获得均匀的配色效果和/或可以对不同聚合物的长丝部分，例如聚酰胺类和/或聚酯类和/或聚烯烃类的各种长丝能完美地膨体化和/或相互混合。
对于本领域的技术人员来说，很明显可对上述实施例作各种改进。例如虽然纱的处理或生产是优选应用领域时，当得知或推测到缝隙流动态控制对连续处理有益，例如增加均匀性，就可以用来处理其以类型的固体流，包括输送固体颗粒或纤维并使它们互相混合，或与一种气体或液体流相互混合。因此，如果必要，气体流可以用液体流代替。
权利要求
1.一种适于处理合成纱的喷咀装置(1)，所述装置包括一带有一进口端(111)和一出口端(112)的外壳(11)，所述进口端(111)位于所述出口端(112)的上游；一内喷咀元件(12)，其有一锥形的外壁部分(121)和一实际上为轴向的通道(122)；一外喷咀元件(14)，其有一锥形的内壁部分(141)；所述内和外喷咀元件(12)、(14)都在所述外壳(11)内定位；所述内喷咀元件(12)的所述锥形的外壁部分(121)和所述外喷咀元件(14)的所述内壁部分(141)一起形成带有一上端或上游端(161)和一下端或下游端(162)的圆锥形缝隙(16)；进口装置(18)，其用于将一种流体输入所述外壳(11)中并进入其内与所述锥形缝(16)的上端(161)相邻的区域(114)；所述锥形缝(16)由在所述缝隙(16)的所述上端(161)和所述下端(162)之间的所有径向平面内一横截面所限定；以及用于在所述缝隙的所述横截面区域提供至少一个压差区的装置。
2.根据权利要求1的喷咀装置，其中，用于提供所述压差区的所述装置包括至少一个具有减少的轴向长度和/或减少的径向宽度的缝隙区域。
3.根据权利要求2的喷咀装置，其中，所述具有一减少的轴向长度和/或一减少的径向宽度的至少一个缝隙区域由所述外喷咀元件(14)和/或所述内喷咀元件(12)的轮廓或结构提供。
4.根据权利要求1-3的喷咀装置，其中，所述外喷咀元件(14)有至少一个周边构造，例如轴向凹口(191)，其邻近所述缝隙(16)的所述上端(161)，用以提供至少一个沿所述缝隙，具有减少对所述流体介质的流动阻力的区域。
5.根据权利要求1-3的喷咀元件，其中，所述内和外喷咀元件(12，14)中至少一个具有至少一个沿所述锥形缝隙(16)至少一部分延伸的长凹槽或突起。
6.根据权利要求5的喷咀装置，其中，在所述内喷咀元件(12)的所述外壁部分(121)和/或所述外喷咀元件(14)的内壁部分(141)上至少有一长凸起或凹槽，其长度至少达到所述缝隙(16)的一部分。
7.根据权利要求3或4的喷咀装置，其中，至少提供有两个所述缝隙(16)的轴向长度减少区，例如，用一对轴向凹口(191，192)，在所述外喷咀元件(14)靠近所述缝隙(16)的所述上端(161)处，例如，大体上位于围绕所述缝隙(16)外周边等距离之处，以形成实质上沿从所述上端到所述下端的所述缝隙所述流体介质的交替增加或减少的流动阻力是对称分布。
8.根据权利要求1-6的任一权利要求的喷咀装置，其中，所述内喷咀元件(12)是一锥形元件，其具有一轴向伸延的中心通道(122)和包括在所述外壳(11)内相对所述外喷咀元件(14)定位的装置(123)，外喷咀元件是一长的、基本上是管状的元件，该管状元件有一在一头部(140)之内形成的所述锥形内壁(141)，该头部(140)至少有一长凹槽(147、148)，以使所述流体通过而进到所述缝隙(16)的所述上端(161)。
9.根据权利要求7的喷咀装置，其中，所述管状头部元件在所述缝隙的所述上端的相对部分具有一对凹槽，所述凹槽提供有至少与所述头部元件的非凹入部分的周边长度相等的所述凹槽的周边长度。
10.一种膨化纱的设备，所述设备包括一用于处理伴有在高湍流状况下的流体的纱的喷射区域;其中，所述喷射区域包括上述权利要求1-9中的任何一项的喷咀装置。
11.一种利用通过膨化系统的通道加工复长丝纱的方法，其中，所述系统包括权利要求1-9中任意一项所确定的喷咀装置。
12.根据权利要求11的方法，其中，所述复长丝纱包括至少两个不同的长丝团，且其中所述加工过程包括混合过程。
全文摘要
一种喷嘴装置，其包括带有进口端(111)和出口端(112)的外壳(11)；一内喷嘴元件(12)，它有锥形外壁部分(121)和轴向通道(122)；一外喷嘴元件(14)，它有锥形内壁部分(141)；外、内锥形壁(121、141)一起形成有上、下端(161)和(162)的锥形缝(16)；流体由进口(18)进入外壳(11)，并进入与锥形缝(16)的上端(161)相邻的(114)区域；锥形缝(16)由上、下端(161)和(162)之间各径向平面的环形横截面区域所限定；在该缝隙的横截面区域内设置有可形成至少一处压差区的装置。
文档编号D06B3/04GK1072971SQ9211081
公开日1993年6月9日 申请日期1992年9月18日 优先权日1991年9月18日
发明者约翰·戴维斯 申请人:纺织技术公司