卷烟厂风力送丝对烟支质量的影响分析

卷烟厂风力送丝对烟支质量的影响分析摘要：风力送丝是卷烟机烟丝气力输送技术中不可或缺的内容。

本文基于某大型卷烟厂风力送丝系统为研究背景，对风送系统中的烟丝输送异常而导致的烟丝造碎率过高问题进行分析，并提出了采用风速控制技术使输送管网内的风量总体保持平衡，从而有效降低烟丝造碎率。

关键词：卷烟机；风力送丝；风速调节控制技术1 概述卷接机组如PROTOS M8、ZJ112和ZJ116等机型，生产速度快，生产工艺水平高，是目前国内烟草企业生产线的主力机型。

作为烟支生产最重要的原料之一，烟丝供应的稳定与否是影响卷烟工艺质量的制约因素之一，而风力送丝技术是烟丝供应的主要媒介，其控制技术对于卷烟制造起着重要作用，同时风力送丝也可以通过简单的改造实现风力除尘。

所以说，在卷烟厂采用风力送丝技术不仅可以实现烟丝的快速输送，而且硬件易于改造和灵活配置，加上维护成本低，十分适合广泛应用[1]。

2 现状概述风力送丝系统由若干个子系统组成，每个子系统由若干组卷烟机和对应的一台送丝风机组成，整个风力送丝系统还包括管网、管接头、传感器等。

整个风力送丝系统随着设备的增加会变得较为复杂，特别是管网中错综复杂的结构，例如直管、S弯管和45°弯管、直通接头和三通接头等组成了复杂的管网，如图1所示。

在管网中每台卷烟机的吸丝管的长度都不相同，一般来讲吸丝管长度越长烟丝所受到的管网阻力也越大，其数学表达式为，其中N表示管网阻力，L 表示送丝管长度，r表示送丝管半径，S表示风速，所以当管网半径r一定时，每条送丝管内的管网阻力就随着送丝管长度L和送丝风速S的不同而不尽相同的，如图2所示。

另外在系统设计阶段，风力送丝的设计初衷是按照所有卷烟机同时启动时所需要的最大风力而配置的，而在实际生产中，不可能做到所有卷烟机同时启动或停止，当部分卷烟机启动而部分卷烟机暂时停止时，此时的管网阻力因风速S的不同而不同。

综上所述，烟丝在供应过程中因为各种因素的影响会造成烟丝输送异常而直接影响到送丝稳定性和烟丝造碎率。

所以为了减少这些影响因素，一般会在系统中增加风速控制功能，否则只能依靠送丝风机频繁的改变而调节主管风速，但单个送丝风机往往对应若干组卷烟机，这势必造成某些卷烟机因烟丝供应异常而导致的烟丝造碎率偏高和烟丝供应不上的问题。

另外若不增加风速控制功能，而是简单地在风力送丝系统中安装常开补风装置，虽然也可以平衡整个系统管网的风量，使每组卷烟机都能得到比较均衡的烟丝量，但补风装置是依靠吸取或释放外界空气来平衡管网风量的，这种常开装置会使能源浪费非常严重，不利于节能减排[2]，而且在若干组卷烟机启停瞬间，由于补风需求太大，此时的补风装置无法快速吸取外界空气，就会造成瞬间风速不稳定，反映在某组卷烟机瞬时风速过大（超过35m/s），而某组卷烟机瞬时风速过小（小于10m/s），这种较大极差的风速，会造成烟丝造碎率偏高（风速过大引起）和堵烟丝现象（风速过小引起）。

究其原因是在风送系统中，没有对进风口和出风口设置阻风阀，因为通过阻风阀可以实时调节风速，而且在生产阶段又没有相应的传感器进行实时检测风速，所以造成风速不稳定。

因此势必需要设计一种全新的风力平衡技术来解决上述问题。

图1 风力送丝系统结构图图2 管网阻力对应图3 影响因素分析3.1进风口风速的影响进风口风速是影响烟丝造碎率的最主要因素，进风口是直接安装在卷烟机集丝箱处，在理论情况下，进风口风速应稍大于出风口风速，这样可以在送风时使烟丝悬浮在送丝管中部位置，只要送丝风机能提供大于10m/s的风速就可以带动烟丝流动。

根据预测，一般送丝速度保持在15±3m/s时，烟丝造碎率最低且不会发生堵烟丝现象，但这个数据是建立在送丝风管为直通管的状态，实际还应考虑弯管会对风速造成影响的因素，理论上弯管越多则对风速造成影响更大，所以考虑上述因素，一般实际工况下送丝速度保持在18±3m/s较为适宜。

3.2料气比的影响料气比是指送丝风机在当前工作频率下输送的风量与实际工况下烟丝需要风量的比值，即，式中η表示料气比，q表示烟丝需要风量，Q表示送丝风机输送风量，而送丝风机输送风量Q受到送丝管长度L和送丝管半径r影响，即Q=L*r，所以料气比公式可转化为：。

可见当L和r越大，则η越小，而料气比的影响又直接影响烟丝造碎率，料气比越小，烟丝造碎率越低，送丝稳定性越高，也越节能。

所以在相同工况下应尽量较小料气比，经过实践，料气比一般取值82至85较为适宜，为此选取五组PTOTOS70机组的送丝料气比进行测试，结果如表1所示：表1 料气比测试表根据料气比测试结果，可以看出2#和4#机组料气比相对较高，较高的料气比同样造成相对较高的烟丝造碎率，所以只能采取相关技术来降低料气比。

4 风速控制功能风速控制功能的作用就是在烟丝输送端控制住进风口风速和料气比这两项数值，从而保持输送管网内的气量保持稳定。

该功能包括送丝管网阻力平衡技术和风速静态平衡技术。

这两项技术的主要内容有主管恒压结合单管补风、单管恒压结合微动调节方式，利用原先已有的硬件，例如实时调节送丝风机频率保持主管恒压，而采用补风装置适当补充或释放风量，例如采用补风装置保持单管恒压后，再用流量计实时检测并将信息发送给PLC控制器，PLC控制器微动调节电动蝶阀开合。

4.1管网阻力平衡技术在输送管网内，其内部的阻力始终都是存在的，阻力由若干因素产生，例如送丝风管材质、弯管数量、送丝管长度、送丝风机启停等，其中特别是送丝风机启停会产生相当大的阻力。

一般风力送丝管网结构由主管、支管、管接头组成，若干条支管由管接头（可以是直管接头也可以是弯管接头）组成若干个输送管路与主管连接，通过送丝风机形成管路内的风量输送。

虽然在设计之初就要求每个输送管路内的送丝风量相等及匀速，但由于输送管路对应的卷烟机不可能同时启停，所以就会在管路内产生风阻，风阻越大就越会影响风量稳定，同时还会使管路磨损加剧造成不可逆的损坏，另外也会影响料气比，造成烟丝造碎率偏高。

因此可以通过PLC控制的电动蝶阀来控制风量平衡，传感器负责检测送丝管风速并将信号传送至系统，系统接收信号后再通过电机实时调整蝶阀开度，通过开度角度的变化使风速产生变化，理论上开合角度越大，则输送管网内的送丝风量越大，但在实际工作过程中，蝶阀打开到一定角度后会在阀体口出现逆流，逆流产生的原因是因为空气倒灌引起，虽然逆流风量无法与输送管路内的风量相比，但是仍然会影响风量稳定，所以蝶阀开度需要多次调整，以达到风量稳定。

蝶阀开度的调整不是一次性就可以调整完毕的，需要不断的进行试验，寻找开合角度与风速变化的对应关系，如表2所示。

这个过程往往需要数次，力求达到最满意的结果。

表2 开合角度与风速变化对应关系表4.2风速静态平衡技术风速静态平衡技术就是利用送丝风机频繁实时变化的情况下，使主管内风量始终保持恒定，然后采用定点风力补偿使支管内风量保持恒定，风力补偿采用补风阀，补网阀安装在每个支管连接卷烟机的进风口处。

补风阀与卷烟机进风口阀门互为连锁，卷烟机需要烟丝时，进风口阀门打开，该定点处的补风阀关闭，不需要烟丝时，两个阀门开闭状态相反。

这样无论卷烟机需要烟丝与否，主管内和支管内的风量始终保持恒定状态。

以下通过实例来更进一步说明，假设某风力送丝系统包括四组卷烟机和一台送丝风机，当卷烟机同时要料时，送丝风机提供空气负压将烟丝吸入卷烟机集丝箱内，并且吸丝过程中，四组卷烟机对应的四路烟丝输送支管上的补风装置均全部关闭，从而保证每路送丝支管上的空气不泄漏且保持恒定，假设一组卷烟机需要Q的风量，则送丝风机需要提供4Q的风量。

由于四组卷烟机要料时间有先后，所以假设其中一组卷烟机率先要料完毕而不再吸丝，并且补风装置没有打开且无法释放过多风量的情况下，则卷烟机总需要风量减小至3Q，而此时送丝风机仍然提供4Q的风量，所以造成其它三组卷烟机的输送支管内风量平均达到1.3Q，风量增大就会造成这三组卷烟机烟丝造碎率增加，而且随着更多卷烟机关闭，则剩下的卷烟机的输送支管内风量还会继续增加，造碎率就会持续增加。

以下给出静态平衡时的补风量测试，预先设定主管风压为10200Pa，结果如表3所示。

表3 静态平衡时的补风量测试表通过表中数据可以看到，补风风速一般是较高于送丝风速的，这时因为在卷烟机打开进风口阀门时，不可避免会有一部分的空气泄漏，所以补风量也需要相应增加，特别指出，补风的风量是来自于外界空气而非送丝风机，另外还应考虑各个输送支管内的风阻（弯管、三通都会产生风阻）、送丝风机功率和有效负压，风阻和各个输送支管内的空气流量之间的关系可以通过公式计算，即，式中P表示风阻，Q表示空气流量，Nη表示风阻系数。

5 小结综上所述，本文阐述的风力送丝系统采用主管恒压结合单管补风、单管恒压结合微动调节方式，利用送丝管网阻力平衡技术和风速静态平衡技术可以很好的保持送丝风力平衡，经过实测，各个输送支管内的风速基本保持在18±2m/s的范围内，系统可根据开机台数自动调整运行频率，改变风机转速，不仅可以降低烟丝造碎率，而且还能节能降耗。

同时系统工作稳定，无论机台吸丝与否(卷烟机无需保持同步启停)，均可保证风机运行工况稳定，风机不喘振，延长风机使用寿命。

参考文献：[1] 张雄, 李国荣. 烟丝气力输送系统送丝管风速测量[J]. 烟草科技,2006,(2):l8-21.[2] 陈良元, 刘其聪. 不同送丝方式与烟丝质量关系的研究[J]. 烟草科技,l993,(3):14-16.。