1.2.2 比流量的选择

　　传统筒子染色机的设计中普遍认为：纱线与染液的交换频率，主要取决于染液的循环流量，因此比流量的选取都比较大，而对扬程的选取并不看得那么重要。按照这个要求，一般都是选择混流泵，其特点就是大流量，低扬程。事实上，由于过去的设备结构上存在较大的缺陷，如顶锁、换向装置等容易产生很大的泄漏，造成染液循环短路，而为了保证一定的染液量必须穿过纱层，所以不得不将总流量的30～40%用于补充这部分泄漏。从这一点可以说明，传统的比流量仅仅是一个名义值，并没有反映出纱线染色实际需要的比流量。

　　筒子染色机可以通过结构的改进，提高循环染液的利用率，省去曾经作为补偿泄漏的那部分流量，适当提高系统总体所需的扬程。这样不仅可以满足纱线密度或者容量增加而产生纱层阻力所需的能耗，而且还可以减少管路循环系统空间，提高主循环泵的使用效率。实践证明，在保证循环系统有效染液循环率90%以上筒子染色机的比流量，可以选择20 L/kg·min（传统设计至少在35 L/kg·min以上）。由于按此比流量所选取主泵的比转数小于300，属于高比转数的离心泵，因此可以减小主泵进、出口管径，减少管路中的储水量，降低染液浴比。

　　1.2.3 低比流量的功效

　　通过上述分析可以看出，采用低比流量，只要染色机的结构性能能够得到保证，不仅可以满足染色质量要求，而且还可带来节能减排的功效。具体有如下几方面。

　　（1）主泵工作效率。选择低比流量和较高扬程后，可以将过去采用的混流泵改为高比转数（ns=200～300）离心泵，随之而来的特性曲线也发生了变化。根据叶片离心泵设计理论，在流量一功率特性曲线上，离心泵的功率变化随流量变化比混流泵快。由于现在筒子染色机主循环泵电机都采用了交流变频技术，在保证主泵效率不变的条件下，可通过转速变化给出不同的流量和扬程，所以基于离心泵的流量一功率变化特点，能够在不同流量下减少功率消耗。

　　离心泵与混流泵相比，其流量一效率特性曲线也比较平缓，在流量变化的范围内，偏离最高效率点的范围也不会太大。这对筒子纱在装载变化或者对遇水容易发生溶胀的纤维（如粘胶纤维）来说，流量在变化过程中，始终具有较高的工作效率。

　　（2）主循环系统容积。采用低比流量，主泵在相同总功率条件下，相对提高扬程可以增大克服纱层穿透阻力的能力。这样不仅能够充分保证被染物获得均等的上染机率，还可以减少循环管路系统的容积，因为相同功率的离心泵进出口管径一般比混流泵小。如果再通过结构的优化设计，又可达到进一步降低浴比的目的。

　　（3）筒子纱的匀染性。采用低比流量、高扬程后，密度较大的单个筒子纱（有经验表明，纯棉单个筒子密度可达0.45g/cm3），由于染液主要从纱线纤维之间穿过，而不是从纱线之问穿过，所以可获得较好的匀染性和透染性。主泵的扬程相对提高，还可将纱杆的染液过流口面积相对减少，增加筒子纱层（在实际应用中最高可达l7层纱），并能使上下层筒子纱获得均等流量。这对于大容量筒子纱染色来说，能够更好地保证上下层筒子纱的匀染性。因此，低比流量提高了筒子纱的染色质量，减少了因染色质量问题而返修所造成的能源和时间浪费。

　　2、设备结构优化

　　筒子染色设备的结构性能，是染色工艺的根本保证。小浴比在满足染色工艺的条件下，主要是对染液循环系统空间尽可能缩小来降低浴比，近年来这方面也有了较大进步。主要体现在设备主结构和辅助功能的优化设计。

　　2.1 设备主结构

　　筒子染色机主结构对整机性能起到至关重要的作用，长期以来，人们始终致力于染色质量和节能减排性能方面的改进和技术发展，并取得了一定成效。归纳起来有以下几种设备主结构形式。

　　（1）将换热器与主循环泵设计为一体并直联于换向装置，省去了相当一部分主循环管路，减少染液的储存量。这样即使不采用染液单向循环也可以降低浴比，并且具有较好的工艺操作性。目前，已经有越来越多的筒子染色机采用这种形式。

　　（2）对于容量不大（500kg以下）筒子染色机，采用小螺旋管的盘管式换热器，并设置在主缸体下部封头内。小螺旋管具有强化传热的效果，并且占用空间不大。主循环泵为多级轴流泵（增加扬程），可正反转进行换向。不需要换向器，省去了所有的主循环管路。

　　（3）采用（卧式）管式筒体，每根筒子纱柱都有各自的管式简体，通过一定的方式并联起来，形成不同容量的并联组合。这种形式的主循环系统容积大概是目前筒子染色机中最小的，因此浴比很小（据介绍最低浴比可达1：3）。这种形式的染色机需要配置一些自动装卸的辅助设备，否则装卸的劳动强度大。这样一来，设备的总体投入成本提高，也许是用得起的厂家并不多。但从节能减排、提高生产效率（可采用自动装卸纱）方面来讲，是值得推广应用的。

　　（4）染笼纱杆采用非等同心圆分布，可在容积相等的条件下增加容纱量，减少筒子纱柱之间的空间，降低浴比。这实际上是染笼纱杆的优化排列。

　　2.1 辅助功能

　　以上是对筒子纱染色的工艺或者设备结构性能的参数（浴比和比流量）提出的优化设计，在节能减排方面能够起到非常重要的作用，许多技术性能先进的设备已经得到了应用，并且也产生了明显效果。然而一些辅助功能对节能减排产生的作用和影响，往往被人们所忽视。实际上：，这一部分仍然可以进行结构和功能上的优化设计，达到节能减排的功效。这里简单谈一下这方面的问题。

　　2.1.1 高效换热

　　目前比较先进的筒子染色机都是采用外置管壳式换热器，其主要目的是为了提高换热效率。从传热学来讲，高温流体（如蒸汽）走壳程，而低温流体（被加热的染液）走管程，并且将换热器设置在主循环管路中，加快管程中低温流体的流速j非常有利于换热效率的提高和减少蒸汽的浪费。当然，这种结构形式会提高设备的制造成本，使用者一次性设备成本投入可能较高，但能够获得长久经济效益。