[发明专利]限定喷孔的水刺喷射条装置

说明书

技术领域

本发明涉及水刺处理(hydroentangling process)，更具体而言，涉及用于水刺处理的喷孔形喷射条装置的特定构造。

背景技术

水刺法或“水刺纺织”是用于将松散的纤维网机械结合以直接形成织物的处理。这种织物的种类属于“无纺”系列的工业织物。水刺法中的基本机理是使纤维受到由一排连续的高速水射流产生的不均匀压力场。在纤维与相邻的纤维相接触的情况下，水射流对纤维的冲击使相邻的纤维移位和旋转，从而引起纤维的缠结。在纤维的这些相对移位期间，一些纤维绕其他纤维扭转并/或与其他纤维互锁，而形成高强度的结构，这种高强度至少部分地来源于互相作用的纤维之间的摩擦力。所得到的产品是由缠结纤维形成的高度压缩且均匀的织物。这样的水刺织物通常是高柔性的，并且是高强度的，通常在性能上优于织造和针织的对照织物。因此，水刺处理是其他制造织物的方法的高速低成本的替代方法。水刺机可以例如以快达每秒700米或更多织物的速度运行(制造织物)，其中该织物可以例如具有约1米和约6米之间的宽度。在工作中，水刺处理取决于将加压水导引通过特定喷嘴所产生高速水射流的特定固有属性。

传统地，轴向延伸的水刺喷嘴由两段或两部分组成。圆筒段(毛细管部分)通常包括对于喷嘴的流体入口，其具有例如约120微米的直径。毛细管部分流体地连接到具有例如约15度锥角的锥形部分，不过该锥角可以进行较大的改变。具体而言，水刺喷射通过一个或多个相对薄的板条进行喷射，该板条具有约1米和约6米之间量级的长度，并且每米具有约1600和约2000个之间的喷孔或喷嘴(例如见图1)。制造成千上万个彼此靠近的这么小的喷孔或喷嘴导致了对这种装置的设计处理的许多限制。通常，喷射条是具有例如约1毫米厚度的薄板条的形式。这些制造限制部分地由于从水刺处理初期开始就通常使用的锥形管-毛细管几何结构。虽然在过去三十年中这种喷射条几何结构工作良好，但是处理参数的改变已经带来了对于改善的且更耐久的喷射条的需求。例如，在水刺处理中用于促使流体通过板条中喷孔或喷嘴的工作压力已经从约100bar提高到超过500bar。由于加压流体的增大的压力所施加到喷射条的力，喷射条(喷嘴)趋于更快地磨损。此外，这样高的流体压力还可以导致使相同的喷嘴几何结构产生不同形状的水射流。因此，对于低流体压力的喷嘴工作良好的处理和条件需要为通过喷嘴产生的高压水射流进行修改，从而表明现有的喷孔(喷嘴)几何结构或其他构造对于高压水射流不是最优的。

喷孔(也称作“喷嘴”或“喷嘴孔”)的几何结构通常对排出的水射流的一致性具有显著的影响(参见例如Lin S.P.，Reitz R.D.(1998)，Drop and spray formation from a liquid jet，Ann.Rev.Fluid Mech.，Vol.30；Wu P.-K.，Miranda R.F.和Faeth G.M.(1995)，Effects ofinitial flow conditions on primary breakup of non-turbulent andturbulent round liquid jets，Atomization and sprays，Vol.5，pp.175-196；或者Vahedi Trafreshi H.和B.Pourdeyhimi(2003)“Effectsof Nozzle Geometry on Waterjet Breakup at High Reynolds Numbers”，Experiments in Fluids，(35)364-371)。在锐边的水射流喷孔的情况下，处于板形式的喷射条将受压水体(在歧管或其他合适装置中)与下游的空气(水刺处理区域)分离，并且在从板的面对水体的主表面到各个喷嘴之间存在突然过渡的情况下，喷嘴从加压水体到下游空气延伸通过板的主表面。于是，加压水在水流中进入喷嘴，其中锐边使得水流在喷嘴的流体入口(毛细管部分)处与喷嘴壁分离，并在进入毛细管部分时形成射流紧缩(颈缩构形)。根据毛细管部分的长度以及水流的水动力学或其他参数，水流可以在一定距离之后再附着或不附着至壁(参见例如Lefebvre A.H.(1989)Atomization and Spray，Hemisphere Publishing Corporation；或者Bayvel，L.，和OrzechowskiZ.(1993)Liquid Atomization，Taylor & Francis)。