風(fēng)力送絲系統(tǒng)平衡方法探討

孔凡樂 王毓鵬 潘偉

摘 要：卷煙風(fēng)力送絲系統(tǒng)因各種原因?qū)е铝讼到y(tǒng)內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)壓非常不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響卷煙的生產(chǎn)、質(zhì)量、物耗和能耗。本文全面分析了現(xiàn)有多種系統(tǒng)平衡方法，提出了一種嶄新的二元等值替代平衡法，并從理論及實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面論證了二元等值替代平衡法的可行性

關(guān)鍵詞：風(fēng)力送絲；卷煙生產(chǎn)；二元等值替代平衡法

1 前言

煙絲氣力輸送以投資小、簡(jiǎn)單、可靠、運(yùn)行維護(hù)方便等，成為卷煙生產(chǎn)煙絲輸送的主流方式。但是，由于風(fēng)力送絲系統(tǒng)中多組卷煙機(jī)供絲需求的短暫及隨機(jī)性，導(dǎo)致送絲風(fēng)速波動(dòng)劇烈，造成煙絲破碎，水分及香氣散失。如何有效抑制風(fēng)速的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻送絲，是卷煙行業(yè)的一個(gè)大問(wèn)題。在更先進(jìn)的煙絲輸送方式和裝備研發(fā)還沒有重大突破的現(xiàn)狀下，惟有對(duì)傳統(tǒng)的風(fēng)力送絲方式進(jìn)行更深入細(xì)致的研究及探索。

2 風(fēng)力送絲特性

風(fēng)力送絲系統(tǒng)主要由送絲機(jī)、吸絲管、卷煙機(jī)煙絲料倉(cāng)（含上料倉(cāng)、下料倉(cāng)）、回風(fēng)管系、除塵器、風(fēng)機(jī)、消聲器等構(gòu)成。入上料倉(cāng)，含塵氣體通過(guò)除塵器過(guò)濾后經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)、消聲器排入大氣。料倉(cāng)落滿，吸絲風(fēng)閥關(guān)閉，同時(shí)上料倉(cāng)底部翻板打開，煙絲落入下料倉(cāng)，供給卷煙機(jī)巻制煙支。

n臺(tái)卷煙機(jī)（一般n<12）組成的風(fēng)力送絲系統(tǒng)中，單臺(tái)卷煙機(jī)正常生產(chǎn)供絲周期短暫（約25秒），任意一臺(tái)卷煙機(jī)供絲的啟停，都將影響到整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)速的變化。多臺(tái)卷煙機(jī)組成的送絲系統(tǒng)，存在著數(shù)量不確定的X臺(tái)卷煙機(jī)的啟停，更造成了系統(tǒng)氣流運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重失穩(wěn)，各吸絲卷煙機(jī)風(fēng)速波動(dòng)劇烈。

3 風(fēng)力送絲方式及特性比較

風(fēng)力送絲系統(tǒng)，按回風(fēng)管系的構(gòu)成形式不同可分為：樹枝管系統(tǒng)和集束管系統(tǒng)。

3.1 樹枝管式風(fēng)力送絲系統(tǒng)的特性

各卷煙機(jī)回風(fēng)管分別在不同位置并流，最后匯入總管。系統(tǒng)占用空間小，制造成本較低；系統(tǒng)中，任意一臺(tái)卷煙機(jī)供絲的啟停，都將影響到整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)速的變化，各卷煙機(jī)實(shí)際供絲風(fēng)速隨之波動(dòng)；各并流點(diǎn)均存在節(jié)點(diǎn)壓力平衡問(wèn)題，即各臺(tái)卷煙機(jī)之間關(guān)聯(lián)度較高，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)卷煙機(jī)送絲穩(wěn)定均衡的難度比集束管式風(fēng)力送絲系統(tǒng)更大。

3.2 集束管式風(fēng)力送絲系統(tǒng)的特性

集束管式風(fēng)力送絲系統(tǒng)的特性。各臺(tái)卷煙機(jī)配置相應(yīng)的回風(fēng)管，通過(guò)集流器將多個(gè)支管匯入總管中。系統(tǒng)占用空間大，制造成本較高；系統(tǒng)中，任意一臺(tái)卷煙機(jī)供絲的啟停，都將影響到整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)速的變化，各卷煙機(jī)實(shí)際供絲風(fēng)速隨之波動(dòng)；各支路在集流器上并流，關(guān)聯(lián)度相對(duì)較低，可通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化集流器，減小各臺(tái)卷煙機(jī)送絲風(fēng)速的大幅波動(dòng)。

4 風(fēng)力送絲系統(tǒng)平衡方法分析及優(yōu)化

近幾十年來(lái)，對(duì)風(fēng)力送絲氣流平衡的方法從未間斷過(guò)，歸類及分析評(píng)價(jià)如下：

4.1 主管風(fēng)量調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)前配置調(diào)節(jié)閥。為了確保系統(tǒng)中所有卷煙機(jī)的供絲需求，一般風(fēng)機(jī)配置按所有卷煙機(jī)同時(shí)供絲設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)中M臺(tái)卷煙機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，通過(guò)風(fēng)閥的調(diào)節(jié)，獲得所需風(fēng)量，以抑制系統(tǒng)過(guò)高平均風(fēng)速，并有一定的節(jié)能效果。

4.2 變頻調(diào)速平衡系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)配置變頻器。變頻器，根據(jù)主風(fēng)管上檢測(cè)到的風(fēng)量信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整電源頻率，改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量，達(dá)到平衡的目的。由于送絲風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓高，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速快，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，難以在短時(shí)間內(nèi)做出有效的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而且，主風(fēng)管對(duì)于各臺(tái)卷煙機(jī)對(duì)應(yīng)的支風(fēng)管存在一個(gè)響應(yīng)過(guò)程，所以平衡顯效嚴(yán)重滯后。另外，由圖6及下列公式可知，NB

4.3 主管調(diào)節(jié)支管補(bǔ)風(fēng)平衡系統(tǒng)

在主風(fēng)管和各支風(fēng)管上都設(shè)置流量計(jì)及風(fēng)量補(bǔ)償調(diào)節(jié)閥，根據(jù)檢測(cè)到的流量信號(hào)，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)閥板作不同開度的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)主風(fēng)管及各支管的風(fēng)速。

這種方法與前四類方法相比，有了很大進(jìn)步，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)速的劇烈波動(dòng)有一定的抑制效果。但對(duì)風(fēng)力送絲這種瞬息復(fù)雜多變的工況，其穩(wěn)流、恒速控制的作用很有限。根據(jù)能量守恒定律（伯努利方程）和質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程），當(dāng)任意m個(gè)支管突然截流后，必然使系統(tǒng)中仍在工作的n個(gè)支管的風(fēng)速提升，并使各節(jié)點(diǎn)壓力失衡，管網(wǎng)特性發(fā)生變化，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的氣流失穩(wěn)、波動(dòng)。在瞬息復(fù)雜多變的工況下，建立閥門開度與風(fēng)量、風(fēng)壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系幾乎是不可能的。這種“以變對(duì)變”的方法本質(zhì)是“動(dòng)態(tài)逼近”，所以仍不可能真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各臺(tái)卷煙機(jī)送絲風(fēng)速穩(wěn)定均衡的目標(biāo)。

4.4 二元等值替代平衡系統(tǒng)

在主風(fēng)管（風(fēng)機(jī)入口端）上配置“電控線性風(fēng)量調(diào)節(jié)閥”，實(shí)驗(yàn)確定卷煙機(jī)開機(jī)臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)的閥板開度。當(dāng)系統(tǒng)中m臺(tái)卷煙機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，發(fā)出信號(hào)調(diào)節(jié)閥板到達(dá)預(yù)定開度，獲得所需風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)能耗；在各支風(fēng)管上設(shè)置旁路配置“二元平衡器”，其風(fēng)阻根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)空載時(shí)反復(fù)試驗(yàn)，再在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)驗(yàn)，調(diào)定每臺(tái)卷煙機(jī)供絲狀態(tài)時(shí)“二元平衡器”對(duì)應(yīng)的風(fēng)阻。當(dāng)卷煙機(jī)不要煙絲時(shí)，通過(guò)“二元平衡器”及時(shí)補(bǔ)入供絲狀態(tài)下的等量氣流，實(shí)現(xiàn)恒定的送絲風(fēng)速。

這種方法與前五類方法相比，有了本質(zhì)的變革，是以“不變應(yīng)萬(wàn)變”，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)速的劇烈波動(dòng)有很好抑制效果。在實(shí)現(xiàn)了各臺(tái)卷煙機(jī)送絲風(fēng)速穩(wěn)定均衡的基礎(chǔ)上，還構(gòu)建了獨(dú)立完整的風(fēng)力送絲平衡智能化控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

二元等值替代法用于風(fēng)力送絲系統(tǒng)的確是一種簡(jiǎn)潔、可靠、有效的實(shí)用方法應(yīng)用智能化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)“供絲排隊(duì)”有效降低能耗；系統(tǒng)以設(shè)定的最佳風(fēng)速平穩(wěn)運(yùn)行，邏輯上對(duì)減少煙絲造碎、水分及香氣損失，較好保持煙絲結(jié)構(gòu)都有正面貢獻(xiàn)。但其量化結(jié)果有待權(quán)威部門測(cè)定；部份卷煙機(jī)煙絲落料倉(cāng)存在漏風(fēng)現(xiàn)象，是導(dǎo)致各絲管間風(fēng)速差異的主因之一，要盡可能消除；送絲機(jī)的送絲方式及料位與絲管吸口間的高度，對(duì)送絲風(fēng)速有較大影響，應(yīng)予充分重視。

參考文獻(xiàn)

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