噴水系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究有助于探索主要引緯機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)水射流的出流速度的影響。通過(guò)引緯機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化組合來(lái)達(dá)到改善噴射水流的性能，提高水射流的速度和水射流對(duì)緯紗的牽引力，以實(shí)現(xiàn)提高噴水織機(jī)人緯率和適當(dāng)擴(kuò)大織造幅寬的目的。l噴水機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)織造的影響噴水機(jī)上制造幅寬一般在1.5~2.3m的范圍內(nèi)，車(chē)速在600~1000r/min之間。現(xiàn)以沈陽(yáng)紡機(jī)廠生產(chǎn)的GD761型噴水織機(jī)為例，根據(jù)文獻(xiàn)[1，2]分析噴水機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴水速度的影響。

　　1．1噴嘴中管內(nèi)水壓與噴射水流初速之間的關(guān)系已知從水汞到噴嘴間水管內(nèi)徑為8mm，噴嘴出水口等效直徑為1.65mm，若在開(kāi)始噴水時(shí)管內(nèi)水壓為2.0MPa,在噴水終了時(shí)為0.7MPa,流量系數(shù)C=0.96。則得出管內(nèi)水壓P與噴嘴出水口水流初速V之間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1，采用Matlab語(yǔ)言繪制。噴射水流的最大速度為61.6m/s，而在噴射終了時(shí)降為33.9m/s。噴水速度與管內(nèi)水壓之間關(guān)系曲線近似為直線，因此可以進(jìn)行兩者之間的近似數(shù)據(jù)估算，即當(dāng)改變織物品種或門(mén)幅而需要改變噴水速度時(shí)，可以根據(jù)噴水速度參數(shù)求出相應(yīng)的噴水壓力，以選擇更換相應(yīng)的噴水彈簧規(guī)格。由于空氣阻力的作用使水滴飛越梭口時(shí)速度下降，而引緯紗速度則由水滴的作用而逐漸升高，在兩者達(dá)到相等速度以前紗是伸直的。這樣可以避免紗頭翹屈，滿(mǎn)足對(duì)引緯的工藝要求。

　　1．2柱塞位移與噴水初速之間的關(guān)系圖2為用數(shù)值法得出的噴水速度v與柱塞位移X之間的關(guān)系曲線，對(duì)應(yīng)的彈簧倔強(qiáng)系數(shù)K分別為400N／cm、500N／cm、600N／cm，柱塞彈簧的初壓縮量X0=1．71cm。由圖可見(jiàn)，噴水速度是隨彈簧倔強(qiáng)系數(shù)增大而增大的。噴水速度先是急劇增大(約在位移lmm處達(dá)到峰值，其中不同K值對(duì)應(yīng)的噴水速度最大值為58．0m／s、65．5m／s、72．2m／s)，然后再較緩慢的下降，這可以滿(mǎn)足噴水引緯對(duì)較高噴水速度的需要。柱塞位移在1．0cm內(nèi)時(shí)噴水速度較大，高于或接近40m／s，這一段噴射對(duì)于噴水引緯是有效的。而位移繼續(xù)增大，噴水速度將下降，不利于噴水引緯；同時(shí)位移的增大(即柱塞動(dòng)程增大)對(duì)水的消耗量也將增大。因此，柱塞最大位移應(yīng)在1．0-1．2sm為宜，不宜超過(guò)1．5cm。

　　1．3噴水初速與時(shí)間之間的關(guān)系圖3所示為同一種彈簧不同最大壓縮量X0(分別取2．2cm、2．0sm、1．7sm)時(shí)的噴水速度V與時(shí)間T之間的關(guān)系，柱塞面積為3．8cm2，對(duì)應(yīng)的柱塞位移X均為0.8cm。圖3表明噴水速度隨彈簧初壓縮量的增加而增大，對(duì)應(yīng)于彈簧初壓縮量X0=1．7cm、2．0cm、2．2cm時(shí)最大噴水速度分別約為75．3m／s、71．5m／s、65．5m／s，這有利于提高噴水引緯速度。另外，彈簧初壓縮量愈大。水流出流速度上升愈快，達(dá)到速度最大值的時(shí)間也略有減少，因此增加彈簧初壓縮量能夠顯著提高緯紗的飛行速度，從而能夠提高車(chē)速和織造效率。但彈簧初壓縮量愈大，水流出流持續(xù)時(shí)間卻愈短，這就將影響緯紗飛行的穩(wěn)定性；同時(shí)彈簧初壓縮量愈大，水壓就愈大，對(duì)噴射系統(tǒng)的壽命不利；彈簧初壓縮量增加也會(huì)使水流的擴(kuò)散程度略有增加，動(dòng)力消耗也隨之增加。通常要求彈簧初壓縮量不宜太大。有時(shí)為了提高織機(jī)的車(chē)速，必須增加緯紗的飛行速度，即必須增加彈簧初壓縮量，以提高水流的出流速度。此時(shí)必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)好其它幾個(gè)參數(shù)(如水量、柱塞面積、出流面積等)，以增加出流持續(xù)時(shí)間，提高噴水引緯的穩(wěn)定性。總之，只要水射流速度足夠保證緯紗的飛行速度，彈簧初壓縮量還是以小為宜。圖3中顯示水流噴射時(shí)間約在0．025s之內(nèi)，所對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角約為60-90，滿(mǎn)足了噴水織機(jī)各機(jī)構(gòu)之間的時(shí)間配合要求。

　　1．4柱塞面積與噴水速度及有效噴水時(shí)間的關(guān)系在柱塞位移xo=2．0cm、水泵壓縮彈簧K分別為550N／cm、500N／cm，另外柱塞面積s分別取3．8cm、4．5cm時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到柱塞面積5與有效噴水時(shí)間，及噴水速度。的關(guān)系曲線見(jiàn)圖4。柱塞面積一定時(shí)，噴水速度的最大值隨彈簧剛度的增加而增大，在彈簧剛度較大的條件下，對(duì)應(yīng)的噴水速度值也較大，但其對(duì)應(yīng)的水流的噴射時(shí)間短，這說(shuō)明在柱塞面積不變及其它噴水參數(shù)相同的情況下，隨彈簧剛度的增加噴水有效時(shí)間減少。在彈簧剛度相同的情況下，改變柱塞面積對(duì)噴水速度有所影響，在噴嘴出水口等效面積不變的情況下，減小柱塞面積實(shí)際是減小了柱塞面積與噴水出水口等效面積之間的比值。在其它情況不變的情況下，該比值變大則對(duì)應(yīng)噴射時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這有利于實(shí)現(xiàn)噴水引緯。在生產(chǎn)上要考慮噴水引緯對(duì)水量的要求，當(dāng)緯紗纖度較大以及織幅較寬的情況下，要求有較大的水束以保證水流包裹緯紗并牽引其飛行到較遠(yuǎn)距離，這時(shí)，柱塞的面積和動(dòng)程都要適當(dāng)調(diào)整以滿(mǎn)足要求。同時(shí)，在柱塞面積凋整的情況下，要保持較高噴水速度，則彈簧初壓縮量也必須相應(yīng)地加以選擇。這說(shuō)明我們?cè)趪娝椩鞎r(shí)合理選擇噴水系統(tǒng)參數(shù)以達(dá)到優(yōu)化織造工藝的重要性。另外，圖4表明，在同樣柱塞位移的情況下，噴水速度愈大，水流所對(duì)應(yīng)的噴水時(shí)間愈短。由于噴水速度的提高，在柱塞位移量不變化的情況下，噴水時(shí)間將相應(yīng)地減少，這將影響噴水引緯有效噴射時(shí)間的長(zhǎng)短。彈簧剛度是影響噴射水流速度大小的主要因素。改變柱塞面積對(duì)噴水速度也相應(yīng)地有所影響，但影響相對(duì)較小。

　　1.5噴水出口等效面積對(duì)出流速度的影響在柱塞面積、彈簧剛度、彈簧出壓縮量等不變的情況下，改變噴水口出流等效面積，分析噴水口出流等效面積S2對(duì)出流速度V的影響。取噴水口出流等效面積分別為2.14mm、3mm和4mm(出流面積一般在2.1-4.5mm),假設(shè)不考慮噴嘴性能差異方面的因素，得到的圖形曲線見(jiàn)圖5。噴嘴出流等效面積較大變化可以通過(guò)更換不同型號(hào)噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)通過(guò)調(diào)節(jié)噴針在噴嘴座中的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)同一個(gè)噴嘴出流面積的微量改變。噴嘴出流面積愈小，出流速度上升愈快，達(dá)到最大值所需要的時(shí)間也愈短；出流速度峰值也愈大。噴嘴出流面積愈小的水流速度在達(dá)到速度峰值后其下降要較噴嘴出流面積較大者的略微慢一點(diǎn)，相應(yīng)的其對(duì)應(yīng)的噴射時(shí)間略長(zhǎng)：但相應(yīng)每噴的水束流量也小，可能會(huì)造成噴水引緯效果下降。從曲線的對(duì)比分析可知，在其它噴水參數(shù)不變的情況下，單一改變噴嘴出流面積，對(duì)噴水口出流速度的影響是比較小的，在生產(chǎn)織造中，只能通過(guò)它來(lái)對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒌颉？椩旃に嚨娜鎯?yōu)化必須依靠噴水參數(shù)的優(yōu)化組合，特別是對(duì)噴水速度影響比較大的柱塞面積，彈簧剛度、彈簧初壓縮量以及噴嘴類(lèi)型等噴水參數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足織造工藝的要求。

　　1．6水量(柱塞動(dòng)程)對(duì)噴嘴口出流速度的影響水量的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)限位螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此可方便調(diào)節(jié)以使柱塞位移的極限位置發(fā)生變化，水量調(diào)節(jié)螺釘突出長(zhǎng)度愈短，柱塞位移愈大，水量也愈大。因此水量調(diào)節(jié)亦即改變柱塞的位移大小。現(xiàn)在以柱塞位移分別為0．6cm、0.7cm、0．8cm為例進(jìn)行分析，其它噴水參數(shù)不變，其結(jié)果如圖6所示。圖中虛線1、虛線2和虛線3分別對(duì)應(yīng)柱塞位移為0．6cm、0．7cm、0．8cm時(shí)的水流出流曲線終止位置。對(duì)應(yīng)的速度和時(shí)間分別是(61．0m／s，17．1ms)、(58.6m／s，20．2ms)和(56．1m／s，23．4ms)。從圖6中可以看出，無(wú)論柱塞動(dòng)程的大小，即無(wú)論水量的大小，水流出流速度曲線變化規(guī)律是一致的，所不同的只是速度曲線的終止位置不同，即對(duì)應(yīng)的噴射時(shí)間不同。水量調(diào)節(jié)螺釘突出長(zhǎng)度短，則水流出流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)引緯穩(wěn)定性和引緯速度的提高有利。但水量調(diào)節(jié)螺釘突出長(zhǎng)度也不宜過(guò)小，調(diào)節(jié)到一定程度后，在水泵活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙臂杠桿上的凸輪轉(zhuǎn)子將先撞擊到凸輪。這時(shí)，一方面水量調(diào)節(jié)螺釘就失去了作用；另一方面轉(zhuǎn)子與凸輪沖擊太大，影響凸輪的壽命。此外，水量加大后，耗水量增加，能耗也將增加，從而影響到經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此水量大小應(yīng)該調(diào)節(jié)到水泵柱塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙臂杠桿上的凸輪轉(zhuǎn)子剛好不會(huì)撞擊凸輪時(shí)為最佳。

　　結(jié)論在出流速度理論公式的基礎(chǔ)上，本文具體分析了噴水機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)對(duì)出流速度的影響，得出彈簧剛度和彈簧初壓縮量是影響噴嘴口水流速度的主要因素。