卷烟风力送丝系统平衡的新方法——二元等值替换法

卷烟风力送丝系统平衡的新方法——二元等值替换法
卷烟风力送丝系统因随机间歇供丝引起了系统内风量、风压的剧烈波动，对卷烟生产、质量、物耗、能耗都有明显影响。

本文全面分析了现有多种系统平衡方法，提出了一种崭新的方法，并从理论及实验两个方面论证了这种新方法的可行性、可靠性、有效性。

标签：风力送丝系统平衡二元等值替换简洁有效
风力送丝系统工作机理，存在问题，在对现有解决方案等全面深入研究分析后，这里提出一种新方法——二元等值替换法。

1 原理
1.1 风力送丝是一个以悬浮气力输送方式进行的二相流运动，载体气流的运动状态是主要影响因素。

当环境及工况相近时，可以认为被输送物质（如烟丝）以及载流气体的物理特性不变，如：容重、温度、湿度、黏度等不变，则其运动状态完全可简化为一个以风量Q、风压P为参变量的二元函数变化。

1.2 多机台组成平衡系统，使各管系节点内的Q、P值不同，但各组Qi、Pi值则必是相对平衡的。

1.3 由于间歇、短时、不定时的工作特点，使系统存在极复杂的动态变化，N=2n（种），这是导致系统失衡，Q、P剧烈波动的主因。

1.4 管系是按生产工艺要求在满负荷条件下，设计建造的固定物理构筑物，具有明确的适用条件和范围，所配风阀对管系特性只有微调功能。

1.5 动态对动态的平衡控制方法，缺乏可信的控制基准目标，且难响应变化频度过大过快情况，难免控非所需。

于是有如下结论：
同时控制系统各节点的风量Q、风压P变化是关键；用补入等量值替代随机中止运动的工况值是使系统气流呈连续稳定、平衡状态运动、波动很小的最简洁有效的途径。

本方法的原理正是如此：
令Qi′=Qi、Pi′=Pi实现同步等值替换，从而达到有效平衡系统的目的。

式中：Qi、Pi——某一支管设计或调试后平衡的风量、风压值。

Qi′、Pi′——在对应节点瞬间补入用以平衡、稳定系统的风量、风压值。

2 技术方案
基于上述原理，二元等值替换法的技术方案是：
在各机组回风管进口处设一旁通管，配创新的风阀和消声阻尼器（以后简称二元平衡器），使Qi=Qi′、Pi=Pi′，用简洁的开关信号把二元平衡器和卷烟机组落丝斗联接，实现同步控制。

工作过程简述如下：
2.1 当某一卷烟机组工作时，根据料位情况由落丝斗下仓光电料位计发生要丝信号，同时控制落丝斗、翻板阀、吸丝管和回风管气动阀，二元平衡器。

2.2 供丝时，这台卷烟机组上的吸丝管和回风管气动阀打开，在除尘主风机气体负压作用下，以设定的风量Qi、风压Pi通过对应的第i根吸丝管，从送丝机中抽吸烟丝送至卷烟机组落丝斗上仓。

此时，二元平衡器关闭，该支管气流以Qi、Pi状态运动。

2.3 供丝过程一结束，卷烟机组上的吸丝管和回风管气动阀立即关闭，以Qi、Pi状态运动的气流中止；与此同时，二元平衡器开启，呈Qi′、Pi′平衡气流立即补入，由于Qi =Qi′、Pi=Pi′，所以此支管中气流的运动状态基本不变，对总管的气流运动的贡献也几乎不变，使得系统处于稳定平衡状态。

2.4 对于由多台卷烟机构成的风力送丝系统，按本方法将在每一支管分别配装二元平衡器，并使各组风量（Qi）、风压（Pi）一一对应成二元等值替换量。

实现工作气流与替换气流可瞬间等值相互切换。

于是，生产时不论任一机组停启或任几台机组停启时，总有一一对应Qi、Pi值相同（至少相近）的一股或多股气流瞬间补入，这就彻底消除了因几台卷烟机组间歇无规则启停造成的N=2n种随机变化组合，十分有效地抑制了Q、P的波动，使整个系统始终在比较平衡的状态下稳定地运行。

2.5 二元平衡器是一个可同时控制流量（Qi）、风压（Pi）的创新装置，在各支管上配装的Qi、Pi值都不一样。

3 应用
3.1 在变管径风力送丝系统上的(应用（详见附图一）
■
图一
在这类多支路变管径系统中，每一支管与主管的节点的风量、风压平衡通常是通过调整相互管径来实现的，因此，其自身平衡调节能力很有限。

满足平衡条件的通过气流的Qi、Pi两个主要参数的有效范围是较窄的。

显然，用本创新方法时，因Qi=Qi′、Pi=Pi′，工作气流和补入气流是互相瞬间切换、等量替换关系，所以系统可在近似设定平衡状态下稳定运行达到均衡风力送丝的目的，而采用前述任一种动态风动调节阀调节方式时，因系统是无规则突发性缺量引发波动，则对应已中止工作气流的支管的“调节”是毫无意义的。

3.2 在等管径风力送丝系统上应用（详见附图二）
就风力送丝工况特点，等管径系统本身就比变管径系统具有许多优点。

最突出的特点是各支管等径、多管集中汇流。

因此，各支管间的互相干扰少，风量、风压变化适应能力强。

在这种系统上应用二元等值替换法，效果更出色，可使系统运行更为平衡稳定。

■
图二
4 本新方法的积极效果
4.1 由于本方法采用了一一对应等值参变量作间歇中止工况风量风压的替代量，并在瞬间实现需求响应的方式。

因此，可使各支路和整个系统处于近似恒流平稳运动状态，这远比其它现有效果要好得多。

4.2 稳定的载体气流运动，可使系统在较逼近设计优化的理想工况条件运行。

这至少有三大收益：
①确保了卷烟生产的顺利进行，消除了因风量、风压剧烈变化引起的供丝不畅影响生产情况。

②十分有效地抑制了因卷烟机随机间歇要丝或中止工作气流运动引发的系统气流运动激烈波动情况，减少了烟丝造碎及香气损失，降低了物耗。

③为卷烟精细化生产提供了必要条件，即可按各机组送丝管长不同而造成的香气、水分损耗不同，预先设定损耗预留量，则可使以往同批烟丝不同卷烟机组卷制后成品烟水分、香气有差异的情况得到明显改善。

4.3 本发明包含了平衡方法和平衡组件两项创新
①二元等值替代平衡法。

是一种崭新的机理性方法，因而具有较普遍的适用性，可以作为一种新方法推广应用，不但烟草行业适用，其它行业类似工况条件的地方也适用。

②风量、风压二元参数平衡组件是一个创新装置，其创意点是用气动/电动阀控制替换流量Qi，用调节等导程螺旋阻尼器长度控制替换风压Pi，实现二元参数同步控制，并具有消声功能。

此装置可广泛用于气力系统中需控制进气风量、风压、次数间隔等参数的工况。