劉廣洲

(吉林煙草工業(yè)有限責任公司,吉林延吉133001)

1 膨脹裝置設計的背景:

目前所采用的煙絲膨脹技術(shù)中,較為普及的是二氧化碳煙絲膨脹技術(shù)、氟利昂煙絲膨脹技術(shù)和氮氣煙絲膨脹技術(shù),其中以二氧化碳煙絲膨脹技術(shù)使用最為普遍。利用這些煙絲膨脹技術(shù)膨脹的煙絲填充值較高,一般情況下可以達到50%以上,但該技術(shù)生產(chǎn)的膨脹煙絲的造碎率高,煙絲損耗較大,煙絲香氣損失較大、枯焦氣重、煙氣干燥,同時這些技術(shù)的工藝復雜,設備維護成本和生產(chǎn)成本較高,因此,對煙絲膨脹新技術(shù)的探索也在不斷進行。

煙絲膨脹技術(shù)的發(fā)展趨勢是尋求一種相對低廉的膨脹介質(zhì),通過使用適當?shù)臏囟群蛪毫ο嘟Y(jié)合來實現(xiàn)煙絲的膨脹,在這一思想的指導下,設計開發(fā)一種利用蒸汽為介質(zhì)的連續(xù)在線煙絲膨脹裝置成為目標。對于提高行業(yè)工藝設備自主創(chuàng)新能力、發(fā)展中式卷煙和形成中式卷煙核心加工技術(shù)無疑具有十分重要的意義和作用。

2 煙絲膨脹裝置結(jié)構(gòu)

設計的煙絲膨脹氣鎖是煙絲膨脹系統(tǒng)的重要部件,煙絲膨脹氣鎖能夠在<250℃的溫度環(huán)境下,在不發(fā)生卡滯的情況下保證≤0.8 MPa的壓力密封性。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 煙絲膨脹氣鎖

煙絲膨脹氣鎖殼體上設置有煙絲進口、煙絲出口、蒸汽進口和進料前的余汽釋放口。經(jīng)電加熱器加熱的過熱蒸汽通入蒸汽進口,進料前的余汽釋放口用于進一步減少煙絲進口的蒸汽泄漏量。氣鎖的進料口安裝有進料排潮罩,收集進料口泄漏的蒸汽。氣鎖出料口為方形口,聯(lián)接熱風定型系統(tǒng)的進料口。方口的作用在于煙絲在釋放膨脹的瞬間能夠產(chǎn)生較大的開度,以獲得瞬時降壓,提高煙絲膨脹率的效果。

氣鎖殼體與星形轉(zhuǎn)子之間的密封采用了軸向間隙自動補償機構(gòu)和徑向間隙自動補償機構(gòu),以補償在溫度變化過程中殼體和轉(zhuǎn)子的熱膨脹不一致而可能產(chǎn)生的卡滯或泄漏。星形轉(zhuǎn)子的輻板頂端裝設有徑向間隙自動補償機構(gòu),星形轉(zhuǎn)子的側(cè)板外側(cè)設有軸向間隙自動補償機構(gòu)。軸向間隙自動補償機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)為:在星形轉(zhuǎn)子的兩側(cè)板上安裝隨星形轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動密封環(huán),在閥殼腔內(nèi)安裝靜密封環(huán),靜密封環(huán)可以在彈簧等彈性元件提供的推力下,沿軸向與動密封環(huán)保持接觸,通過動靜密封環(huán)之間的接觸可以實現(xiàn)星形轉(zhuǎn)子兩側(cè)的密封。徑向間隙自動補償機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu):包括一插入在星形轉(zhuǎn)子輻板頂端開設的凹槽內(nèi)的密封滑條,凹槽中裝設彈簧,彈簧抵住密封滑條的底部;密封滑條的底部由固定在星形轉(zhuǎn)子輻板頂端的壓板夾持;密封滑板通過裝設在其底部的彈簧壓縮,頂在閥殼腔內(nèi)弧面上。在工作過程中,當氣鎖因溫度變化而導致殼體和星形轉(zhuǎn)子各部件熱脹冷縮時,徑向間隙自動補償機構(gòu)使星形轉(zhuǎn)子的輻板頂端處的密封滑條可與殼腔內(nèi)壁保持接觸,軸向間隙自動補償機構(gòu)保證星形轉(zhuǎn)子的兩側(cè)密封,不會因膨脹或收縮而出現(xiàn)泄漏或卡滯。同時,采用該間隙自動補償裝置,可進一步避免密封件磨損失效的問題,減少因更換密封件而停機的檢修次數(shù)。軸向密封裝置如圖2所示,徑向密封裝置如圖3所示。

圖2 軸向密封裝置

圖3 徑向密封裝置

3 膨脹裝置的設計計算

3.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定

煙絲膨脹氣鎖的結(jié)構(gòu)尺寸是決定額定生產(chǎn)能力的重要參數(shù),選擇煙絲充填氣鎖腔體的

根據(jù)生產(chǎn)流量計算公式

式中:Q——額定生產(chǎn)流量,采用雙氣鎖進料,Q＝1 000/2＝500 kg/h

n——氣鎖轉(zhuǎn)速,初定氣鎖轉(zhuǎn)速n＝8 r/min

r——氣鎖半徑,r＝250 mm

l——氣鎖長度,初定值為 l＝350 mm

ρ——物料堆積密度,ρ＝150 kg/m3

g——重力加速度,g＝9.8 m/s2

代入數(shù)據(jù)計算可以得到:

取整氣鎖腔體半徑為r＝250 mm,因此確定氣鎖結(jié)構(gòu)尺寸為:半徑r＝250 mm,腔體長度 l＝350 mm。

3.2 轉(zhuǎn)軸受力分析

氣鎖星形轉(zhuǎn)子采用球墨鑄鐵整體鑄造后加工而成,氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸兩端有軸承支承,一端可自由伸縮,中間懸空,為典型簡支梁結(jié)構(gòu)。氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸受力主要是承受彎矩和扭矩。就氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸受力變形而言,扭矩相對彎矩很小,在實際計算時可忽略不計。按純彎矩作用時,氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸的受力情況如圖4所示。氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸的均布載荷由2部分組成:1)氣鎖星形轉(zhuǎn)子軸的自重;2)蒸汽壓力作用于轉(zhuǎn)子輻板上產(chǎn)生的載荷,二者疊加而成。

圖4 星形轉(zhuǎn)子軸的受力簡圖

星形轉(zhuǎn)子軸自重產(chǎn)生均布載荷:

其中:m為轉(zhuǎn)子自重m＝215 kg;l為轉(zhuǎn)軸兩軸承之間的長度 l＝680 mm。

代入數(shù)據(jù)計算:

蒸汽壓力產(chǎn)生的均布載荷

其中:p為蒸汽壓力,p＝7 kg/cm,s1為轉(zhuǎn)子徑向投影面積,s1＝50×35＝1 750 cm2,l為轉(zhuǎn)軸長度。

代入數(shù)據(jù)計算:

校驗整個轉(zhuǎn)軸均布載荷:

轉(zhuǎn)軸正應力強度校核:

3.3 減速機功率計算

減速機的功率,用以克服以下阻力:

1)改變煙絲位置所需的能量;

2)煙絲對殼體和旋轉(zhuǎn)面的摩擦所引起的能量消耗;

3)煙絲間的相互摩擦引起的能量消耗;

4)軸承的摩擦引起的能量消耗。

克服以上阻力所需軸功率N0:

所需減速機功率:

其中:ζ——物料阻力系數(shù);

L——輸送機水平投影長度;

H——垂直投影高度;

一般取總傳動功率效率η＝0.94;

k為功率備用系數(shù) k＝(1.2~1.4)

通過計算并結(jié)合使用經(jīng)驗取氣鎖減速機的功率為5.5 kW。

4 結(jié)語

事實證明,蒸汽膨脹煙絲技術(shù)處理的烤煙膨脹煙絲成熟煙香增加,地方性雜氣減少,煙氣濃度有所提升;白肋煙膨脹煙絲烘烤香突出,不良氣息明顯降低,且吸味醇和,勁頭適中。膨脹煙絲與其他摻配物比較和煙絲有較好的配伍性,煙絲的香氣的諧調(diào)和雜氣改善等方面均有較好表現(xiàn)。蒸汽膨脹煙絲技術(shù),可大幅提升煙葉原料品質(zhì)。

蒸汽膨脹煙絲技術(shù)拓寬了煙葉原料的使用價值,通過該技術(shù)處理的膨脹煙絲可以在不改變產(chǎn)品風格的前提下,增加膨脹煙絲的添加比例。

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