第一节 主缸结构与特征
与传统的间歇式溢喷染色机相同，主缸是气流染色机的主体部分，用于织物和染液的存放，并通过织物和染液的循环，完成染料对织物纤维的上染过程。主缸有罐式和管式之分。高温罐式是圆筒形的承压容器，储布槽装在内部；常温型为矩形截面，储布槽与缸体连为一体。管式基本都是高温型，管内可分隔两个储布槽，但更大的容量还是采用多管并联。由于罐式主缸无论是储布槽的气相空间，还是液相空间都处于一个容器内，所以工况条件（如温度和压力的平衡）都能趋于一致。这为多管设计提供了条件。多管是为了增加容布量，可以将一个较大批量在同一缸中或者减少分缸次数进行染色加工。这样不仅可以减少缸差的出现，同时还可以提高生产效率。目前最多已达到8管，可一次性染色1760～2000kg织物。
一、工况条件
对设备而言，工况条件指的是最高工作温度、最高工作压力以及工作介质。高温高压主缸适于高温（温度高于水的标准沸点）染色条件，也可用于常温工艺条件；最高工作温度为140℃，最高工作压力略高于对应饱和蒸汽压力。为了安全起见，除了设有温度和内压过载保护装置外，还必须设置超压泄放装置（即安全阀）。同时考虑到染色工艺的需要，在130℃条件下高温排液，主缸内温度骤降可能产生负压，还必须设置真空安全阀，以防主缸被吸瘪。为了保证安全，高温高压主缸用于高温工艺（如130℃染色），温度达到85℃时，设备就会自动关闭排气阀，并对进水阀、排液阀产生自锁。当高温工艺结束后，温度降至85℃时，排气阀自动泄压。待主缸内部表压降至为零时，才可开启操作孔。常温常压主缸仅适于常温染色工艺条件，理论上最高工作温度不得超过100℃，实际上为98℃。常温常压主缸体为J形，可能因密封较好，为了防止温度超过100℃而形成内压，须设置与大气始终保持相通的通气口。储布槽除底部为夹层外，与常温常压主缸体基本上成为一体，储布槽各槽之间以隔板分开。
主缸接触的介质主要是染液，由染料、电解质及各类化学助剂组成的水溶液。由于这些化工原料有一定的腐蚀性，并且染料在上染过程中不能接触铁离子，所以，主缸体的材质都是采用奥氏体耐酸碱不锈钢。
二、主缸体
高温高压主缸有罐式和管式两种，储布槽装在其中。高温高压主缸体是承受内压部件，属于D1类压力容器，从材料、设计、制造、检验和验收，都受到压力容器相关技术法规和标准的监控。罐式主缸内的各管储布槽是连通的，并置于一个卧式罐体中；而管式的储布槽则是分别放在各自的筒体中，并通过连通装置保持染液和气相相通。高温高压主缸体的壁厚是根据压力容器强度计算并考虑钢板减薄量而获得的，常温常压主缸体的壁厚相对较薄，主要是满足刚度和变形要求。
气流染色机主缸体除了常温常压以外，主要是以圆筒形式为主。相对管式主缸体，罐式主缸的结构紧凑，可以储存最少的染液量。罐式主缸储布槽中的织物，可以在衬有聚四氟乙烯棒或板上滑动向前移动；也有采用转鼓形式，利用重力的偏心作用，使织物转向前部。罐式主缸体的圆筒形对储布槽的结构有一定限制，特别是储布槽不能按照织物有序移动的结构形状设计，容易使织物造成倒布或压布现象产生。相比之下，常温型主缸具有较好的织物滑行的结构形状。
主缸体下部一般是通过支回液管与主回液管连接，为了避免主回液管产生“气袋”，另外还有一连通管将主回液管与主缸体气相空间连通。主体循环染液主要存放在主回液管中，而主缸体内不存放主体循环染液。由于气流染色机的浴比很低，主回液管中的液位对染液主循环泵产生的倒灌高度不能满足主循环泵的抗汽蚀能力，所以，高温高压主缸在85℃以上时，总要加入0.007MPa的压缩空气，以提高水的沸点。相比之下，常温常压主缸不具备这种功能，即使在85～98℃的常压下工作，主循环泵也容易产生汽蚀，影响染液的循环状态。因此，从提高低浴比主循环泵抗汽蚀性的方面来考虑，气流染色机宜采用高温型，而常温型用于60℃以下较为合适。这也是使用者在设备选型中应该注意的。
三、储布槽
气流染色机的储布槽是用来堆积被染织物，也就是说大部分被染织物是堆放在储布槽中。与传统的溢喷染色机相比，相同的储布槽空间，气流染色机储布槽中去除了主体循环染液，可容纳更多的织物。由于同样重量的轻薄织物与厚重织物占用空间不同，为了充分有效地利用储布槽空间，现在又出现了窄槽体与宽槽体。窄槽体用于轻薄织物，宽槽体用于克重较大的织物。轻薄织物的压布和倒布是槽体结构设计的关键。高温高压气流染色机的储布槽放置在一个卧式承压圆筒容器内，而常温常压型的储布槽则与侧板和顶盖连为一体构成整台机身。考虑到每个布环的循环周期有要求，通常将槽体结构设计成单槽和多槽，各槽之间的染液是相连通的。储布槽的容布量是根据织物平方米克重和设备可达到织物线速度而确定的，一般将织物循环周期控制在2～3min内。储布槽容积一定时，不同克重织物的容布量是有差异的。主要是对轻薄织物的长度限制，使得轻薄织物的容布量减少。为了满足织物克重的适用范围，目前将储布槽设计成可变载结构，如图3-2所示。用于厚重织物时，扩大储布通道；而用于轻薄织物时则可以缩小储布通道。这样就可减少轻薄织物在宽通道中的压布或倒布现象的出现。
图3-2 变载储布槽示意图
气流染色机的储布槽内不存放循环染液（存在主回液管中），储布槽内织物不会出现因水流而造成串布现象，故织物纠缠、打结发生的概率很小。储布槽内织物的移动主要是依靠设备的结构来实现，例如在储布槽底部铺设减磨材料（如聚四氟乙烯板或棒）或采用转鼓式储布槽，管式采用缸体向前倾斜一定角度并在槽底部衬聚四氟乙烯棒等，以减少织物在储布槽中的运行阻力。转鼓式储布槽是利用织物堆积偏重（后面堆积大于前面）产生自然转动，将储布槽后面的织物逐步转送到前面，织物在储布槽中没有相对滑动。这样可以减少对织物的损伤，同时不容易出现压布现象。但是，对轻薄织物有可能出现织物夹在转鼓与主缸内壁之间的现象，并且这种结构的制造难度较大，故目前采用的较少。采用固定式的储布槽，可沿织物移动方向的截面大小设计成有规律的变化，使得织物运行的阻力以及织物之间的相互挤压尽可能小，从而防止储布槽内织物在移动过程可能出现压布或缠布现象。目前罐式气流染色机在织物出导布管进入储布槽之前增加了一套摆布装置，可对织物进行有规律的堆置，不仅可以最大限度地利用储布槽空间，而且可以减少织物的压布和倒布现象的发生。
储布槽的结构设计要满足一定的织物容量和运行线速度，通常以织物在储布槽内相对滞留时间不超过3min为设计依据，目的是为了保证织物的均匀上染和防止产生折痕。限制了织物在储布槽内的滞留时间，也就意味着织物容布量限定。为此，提高气流染色机的容布量，只有采用增加储布槽数量。如何满足各储布槽具有相同的染液与织物交换条件，以达到完全相同的匀染效果，不出现管差，是气流染色机储布槽结构设计的关键技术。
四、布水分离
与传统溢喷染色机所不同的是，气流染色机的储布槽中，织物与主体循环染液是处于分离状态。由聚四氟乙烯棒作衬底，织物在聚四氟乙烯棒之上，即完全暴露在气相中（溢喷染色机是全部或部分浸入染液中），染液漏入主回液管。织物在储布槽中，实际上处于类似于湿蒸过程，相对于部分浸入染液中的小浴比溢喷染色机而言，储布槽内织物所处的温度和浸润条件相同。在这种条件下，织物纤维的上染染料主要是依靠织物纤维表面吸附的染液来提供。由于气流染色的浴比很低，其染液的浓度较高，这恰恰为织物在循环一周中向纤维内部提供了足够的新鲜染液，使得织物在如此低的染色浴比条件下均匀上染。因此，气流染色在储布槽中的布水分离，既是降低浴比的需要，同时也是织物纤维上染条件所必要的。有人曾经在气流染色机上做过实验，有意识将储布槽内存储部分水，织物相当于部分浸入染液中，结果是反而出现了不均匀上染的现象。而唯一能够解释的就是织物在气相中与在液相中所处动力边界层和扩散边界层的条件不同，所以造成了织物不同部位的上染率有差异。
气流染色机的布水分离过程与设备的结构形式有关。气流雾化式染色机的布水分离是织物与染液离开导布管后，进入储布槽过程中在重力的作用下，染液通过聚四氟乙烯棒的缝隙流入主回液管。由于这部分染液是随织物同时过来的，有的被织物包覆起来（尤其是紧密度高的织物）所以分离的速度相对缓慢。实际上存在染液分布不均匀的现象，对一些敏感色在加料过程中会产生一定的影响。一般只有通过加快织物和染液的循环频率，缩短染液分布不均匀的滞留时间，才能够改变这种分布状态。
与气流雾化染色形式相比，气压渗透染色形式的布水分离效果比较好。染液与织物在染液喷嘴中交换后，多余的染液经过回流管直接到主回液管，通过提布的作用又可挤压出部分染液回流。织物进入气流喷嘴时，仅织物含带部分染液。这样一方面加快的主体染液的循环频率，缩短了染液温度和浓度平衡的时间；另一方面避免过多的染液随同织物进入储布槽内，造成新的浓度分布不均匀。
五、提布装置
或许是受到传统溢喷染色机的影响，气流染色机仍然采用了提布辊，但其仅仅是起到织物的导向作用，使织物从储布槽中顺利进入喷嘴。正因为提布不具有牵引织物运动的主要功能，所以提布辊的辊面没有采用增加驱动摩擦的橡胶条，而是采用波形接触面。这样可以大大减小提布辊与织物表面因打滑而产生的擦伤现象。但考虑到与气流风速变化时的同步，提布辊一般都采用交流变频控制。通过提布辊的速度和风速的比例控制，可以控制织物在出导布管后的扩展状态，避免某些轻薄针织物产生折痕。
当气流染色机的风机特性和功率确定后，不同克重织物在气流牵引运行过程中的织物最高线速度是一定的。这主要取决于气流的牵引速度和提布辊的表面线速度。尽管提布辊不承担牵引织物运动的主要功能，但是对织物的运行速度还是有一定影响。主要是提布辊表面与织物接触的摩擦力，以及织物在提布辊上包角大小，对织物产生的牵引力有影响。当提布辊表面的线速度增大至一定程度后，就会与织物产生相对滑动（即提布辊表面的线速度大于织物的运行线速度）。严重时织物不仅被气流牵引走，而且会出现织物的缠辊现象。当提布辊表面的线速度低于气流牵引织物循环的线速度时，织物在提布辊表面也会产生相对滑动。这种织物运行状态，实际上对织物有一个牵制作用，使织物在气流中会产生一定抖动扩展效果，对容易起皱的织物可以消除折痕的产生。但是过分的相对滑动，会对一些织物表面造成起毛。
气流染色机的提布辊对厚重或吸水量较大的毛巾类织物具有较大作用，可以减轻气流牵引织物的负荷，同时产生这种作用主要是借助织物自重（包括吸水）产生的张力在提布辊包角内所产生的摩擦力。对于轻薄织物和一些编织非常稀松的织物，提布辊对织物产生的作用相对较小。对含有弹力纤维（如氨纶）的针织物，在提升过程中会产生一定的弹性变形，提布辊的表面结构对织物产生的握持力有影响。采用对织物具有一定握持力的提布辊表面结构，能够达到较好的织物提升效果。
六、摆布装置
织物离开导布管后经过摆布控制，可有序地落入储布槽内，并且可以最大限度上利用储布槽的有效空间。这对气流机来说是非常重要的，因为其储布槽内不存放自由循环染液（存在主回液管中），如果织物堆放无序，就会出现压布现象，造成布速不稳定和较大的织物张力，严重时无法提升。一般的摆布装置是通过摆布斗对织物直接作用，使之左右摆折。
对于轻薄织物在如何增加容布量而不出现压布或乱布现象方面，已经引起了设计者的高度重视。目前绝大部分的摆布装置都是左右摆布，实际上在三维空间中，堆布的状况还不是很理想，容易出现前后方向的倒布现象，一旦发生就会造成织物的压布。虽说通过气流和提布辊的牵引，也能够强行拉起，但对针织物，特别是高弹力针织物，往往会形成很大的织物张力。为了解决这一问题，有人将摆布装置设计成可同时左右和前后往复运动，织物的堆积状况大为改观。当然，这种机械结构也比较复杂，目前还没有推广使用。