变频器在棉纺细纱机上的应用

变频器作为一种变速手段，同时由于其在节约能耗和控制质量上有一定的优势，从而被运用于各个行业，我们知道，对各棉纺企业来说，大家关注的重点无非是成纱的产量和质量两大方面，因此在不影响质量前提下，如何有效调整锭速达到最大限度提升自己产品的产量，从而达到节能降耗的目的，便成了当代各棉纺企业的永恒话题。下面我就我公司是如何巧用国内外变频器来优化锭子曲线，从而提高成纱产量、降低了纱线毛羽等质量指标和用电能耗等方面的作一说明。1.变频器对细纱机产量的影响我们都知道，棉纺细纱机产量的提升与纺纱速度关系密切，而纺纱速度的提高又受到纺纱断头的限制，所谓细纱断头就是指，在纺纱过程中，纺纱气圈张力值瞬时超过纱线的抱合强力值而造成纱线的断裂，因此减少细纱断头率是确保细纱正常生产的关键。而影响气圈张力变化的主要因素有气圈角速度、卷绕半径、气圈高度等。传统的环锭细纱机大部分（如A513W、FA506等）都是恒锭速的，这类细纱机在纺纱时，根据细纱的不同品种、不同纱支，通过选用不同直径的皮带盘来达到改变锭子的转速，但这种模式不能在纺纱过程中实现对大、中、小纱时锭子转速的动态控制。锭子在纺纱过程中如果一直是恒速运转，这样就会出现以下问题，如果选用较高锭速，尤其是小、大纱时，纱线所受张力会大于其所能承受的张力，会产生很多的断头，不但直接影响到成纱的产量，还严重影响产品的质量，使消耗急剧增大；如果选用较低锭速，虽然断头率较低，但产量又会受到很大影响。因此一般厂家在生产中只能选用一个折中的锭速，作为该品种最佳的上车工艺锭速，既便如此，仍然存在着小纱、大纱时断头较多，中纱时又损失了产量的双重不利后果。因为在实际纺纱过程中，在纺纱速度不变的情况下，纱线在纺纱的不同阶段所受张力也不同，即小纱最大，大纱次之，中纱最小。如果能够根据一落纱中各阶段的张力变化规律实现锭子转速的自动调整（改变锭速），尽可能地保证纺纱各阶段的张力恒定，将一落纱过程中的张力曲线矫正为恒张力曲线，就可以同时做到小纱、大纱阶段基本无断头，中纱阶段又可以提高纺纱速度的目的，从而使产量、质量同步提高。这样变频技术便顺应需要应用到棉纺细纱机上，在新型细纱机（如FA1516、DTM129等）中变频技术的合理使用实现了优质高产，降低能耗和减轻挡车工劳动强度的目的。根据细纱纺纱时张力与锭子速度的关系，即当锭速增大时纺纱张力随着增大，且锭子速度越高，纺纱张力增加值就越大，因此我们可以通过调整锭速来控制纺纱张力，并可以使纺纱过程的张力变化近似于恒定。即在小纱时纱线张力大，我们使用较低的锭速来减少断头；小纱上升时纱线张力渐小适时增快锭速；中纱纱线张力小时，使用较高的锭速；大纱开始时，纱线张力渐大，我们又减慢锭速；快到满管位置时又使用较低的适位停车锭速；在空筒管开车生头时纱线张力波动大，还可采用适宜接头的低速运行；这样我们就可以根据需要，实现细纱机在纺纱运转过程中的变锭速控制，确保纱线在各个阶段所受张力趋于恒定，从而有效地降低细纱的断头率，提高细纱机的生产效率，最终达到提高细纱产量和质量的目的（如表1）。表1  细纱不同品种十段锭速优化方案
从表1可知，新型细纱机采用变频技术后，锭速明显提高，如60S~32S，有近10%的增长，因此产量也有同比例的增加，同时由于锭速增加，纱线定长也增加，因为锭速越快，纱线成型便越紧密。通过实践，我们还发现细纱机安装变频前后同一品种的断头率有了明显的下降，以Jc14.6texk为例，我们对一落纱中小纱、中纱、大纱阶段的纺纱断头分别进行统计，安装变频器前，小纱为69根、中纱18根、大纱26根，折合细纱千锭时断头为21.15根；安装变频器后，一落纱中小纱为50根、中纱为10根、大纱为19根，折合细纱千锭时断头为13.5根。这样不但大大提高了细纱机台的效率，而且还减轻了运转工人的劳动强度。2.变频器对纱线质量的影响2.1变频器对成纱毛羽的影响锭速加快，毛羽将会大幅增加。在一落纱中毛羽的分布和纱线张力一样，管纱上层区域的毛羽明显比下层区域少，原因是纱线的气圈形态不同，纱线所受的张力也不同，纱线与卷绕器材的摩擦效果便不同。这也可以解释为什么筒纱纱线毛羽值有时会出现很大的差异。使用了变频技术后，同时我们对锭速进行了优化控制，最终保证了、纱线张力恒定和小大纱的气圈形态，从而减小了成纱的毛羽差异（如表2、3）。表2    未采用变频器JC11.7tex紧密纺两种毛羽数据
表3    采用变频器JC11.7tex两种毛羽数据
从表2、3可以看出，采用变频技术后有效保证了纱线的张力和气圈形态，使毛羽值得到了有效控制，尤其是大小纱之间的差异及管间差异有了明显的改善，从而保证了管纱的毛羽锭间的一致性，为后道生产出优质的坯布打下良好的基础。2.2锭速对条干尤其是粗细节的影响通过实践我们还发现，锭速优化后对纱线的条干及粗细节有一定的影响，尤其是在纺制高支纱上特别引起注意，否则会产生大量的细节而影响成纱的断头，在生产中如果合理优化锭子曲线，将会有效减少成纱的条干和粗细节（详见表4、5）。表4    未采用变频器JC11.7tex紧密纺条干
表5    采用变频器JC11.7tex紧密纺条干
2.3细纱锭速对成纱伸长的影响  由于纺纱张力随锭速提高而增加，因此成纱断裂伸长率与纺纱锭速有关，锭速增高，纱线断裂伸长率减小。原因是锭速增加虽然对成纱的断裂强力无明显的影响，但因纺纱张力随之增加，因此纱线断裂伸长率有随之下降的趋势，如果采取适宜的调速方法保持纺纱张力平稳，则在高速下纺纱纱线断裂伸长率将不会受到明显的影响,我公司现配的细纱车是最新型的，为保证生产过程中纺纱张力稳定,采用十段锭速方法，有效地保证了各纺纱阶段纺纱张力平稳，减少了异外伸长。总之，变频技术在细纱机上合理使用，有效地改善了纱线的毛羽、条干、粗细节和成纱的伸长等质量指标。3. 变频器对细纱机能耗成本的节约变频技术对细纱机能耗的影响也较大，尤其是对电耗的影响，因为我们知道，细纱机产量的提升和效率的提高大大降低了用电能耗，下面我举一例来说明我们如何采用变频调整技术对老设备进行节能改造，对象为纺二分厂24台老细纱机FA506，这种机器存在着诸台电机老化、故障率高、能耗高、效率低、产量低、工艺调整麻烦等问题。通过长期跟踪记录后发现有以下的特点：a.降低原细纱机的能耗，最少可降低20%左右的耗电量。b.产量可提高近10%，一方面，锭速提高，前罗拉速度也将提高；另一方面，采用了变频技术后，减少了品种翻改的时间，从而大大增加了台产。c.提高产品的质量，千锭时断头率降低，因断头的减少。挡车工可以将节省的时间用来做清洁工作，减少了许多突发性纱疵。总之，本次试验表明：采用变频器后节电效果较好，投资回报期为22个月，目前已完成第一台的试验改造工作，综合节电率达到27%。如果以我公司纺一10万纱锭一个月时间为例，月生产折合产量为1837.7吨，细纱机吨纱耗电为1023.3度，电价以0.5元/度计，一个月节约成本＝1837.7*1023.3*0.5*0.27/10000＝25.4万元，那么全年可节约用电成本304.8万元。4. 变频器在生产使用中的注意点a.变频器断电后5分钟内不能动内部的任何东西，否则会损坏内部器件，同时注意车间断电时及时关闭电源，否则突然来电会出现烧毁变频器的可能。b.使用中注意变频器过热，这样有烧坏变频器的后果，在我公司纺一细纱机F1516伦茨变频器上就曾经出现此类问题，后我们对此进行改造，将电机与变频器之间加装隔板，且在变频器部车门上安装小风扇及时排风，有效地保护了变频器。c.及时对各车台变频器进行清洁，我公司清洁周期为半个月。d．国外进口变频器价格在1.5万元左右/台，而国内产品价格在1.0万元左右/台，价格上有一定的差异，同时国内变频器在使用中也不差、故障率少，因此笔者建议应推广使用国产变频器，这样达到降低成本和方便售后服务的沟通。综上所述，变频技术已广泛应用于各个行业了，如果使用得当将对企业带来不小的经济效益，作为纺织大国，我们建议应支持国内自主产业的发展，把我们的产品做大、做精、做强。
（江苏悦达纺织集团有限公司 乐峰）