一種無虹吸管葉輪排水式烘缸

江 村 胡芳芳 華 平 蔡廣閩

(廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)院，廣西南寧，530219)

烘缸是紙機(jī)干燥部中最主要的設(shè)備，自1808年第一臺(tái)實(shí)用長(zhǎng)網(wǎng)抄紙機(jī)誕生以來，傳統(tǒng)烘缸便開始了它的服務(wù)歷程，至今仍扮演著不可替代的角色。在傳統(tǒng)的干燥烘缸中，蒸汽進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的烘缸內(nèi)，并且在飽和溫度下冷凝，產(chǎn)生的冷凝水在烘缸內(nèi)采用虹吸管裝置排出。但是傳統(tǒng)烘缸的虹吸裝置排水效率不高，已成為制約烘缸發(fā)展的瓶頸問題［1］。

1 常規(guī)虹吸管的形式［2-3］

蒸汽烘缸在設(shè)計(jì)虹吸管時(shí)，必須要考慮烘缸的速度。根據(jù)烘缸不同的速度，其蒸汽凝結(jié)水在缸體內(nèi)的形狀也不相同，當(dāng)烘缸速度由低至高變化時(shí)，缸體內(nèi)凝結(jié)水的形狀分別為水塘狀→波浪狀→瀑布狀→水環(huán)狀，見圖1。

根據(jù)紙機(jī)不同的車速，傳統(tǒng)的蒸汽烘缸常用的虹吸管有兩種形式，即固定式虹吸管和旋轉(zhuǎn)式虹吸管。

1.1 固定式虹吸管

圖1 烘缸缸體內(nèi)凝結(jié)水隨烘缸速度的變化情況

適用于紙機(jī)速度較慢的低速烘缸。因?yàn)楹娓姿俣容^低，烘缸內(nèi)的凝結(jié)水基本上均集中在烘缸最低處附近，因此虹吸管的吸入口只要固定在烘缸的最低處附近，即可順利將凝結(jié)水吸出。［4］

1.2 旋轉(zhuǎn)式虹吸管

適用于紙機(jī)速度較快的中高速烘缸。由于烘缸的速度較快，烘缸內(nèi)的凝結(jié)水基本上都貼著烘缸內(nèi)壁形成水環(huán)，與烘缸一起旋轉(zhuǎn)，必須采用旋轉(zhuǎn)式虹吸管，方能將凝結(jié)水吸出。

但采用旋轉(zhuǎn)式虹吸管，必須要克服凝結(jié)水在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力后，才能將凝結(jié)水從中心排水口排出烘缸體外。烘缸內(nèi)凝結(jié)水水環(huán)厚度越厚，旋轉(zhuǎn)式虹吸管的排水效果就越好。但是水環(huán)會(huì)阻礙加熱蒸汽對(duì)烘缸體進(jìn)行傳熱。凝結(jié)水環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鑄鐵烘缸壁導(dǎo)熱系數(shù)的1/87［1］，這將大大增加烘缸的熱阻，造成烘缸干燥效率嚴(yán)重下降。目前常采用安裝擾流裝置的方法，來破壞凝結(jié)水水環(huán)的形成，維持蒸汽對(duì)缸體的傳熱效率;然而安裝擾流裝置雖然可以破壞凝結(jié)水環(huán)的形成，達(dá)到維持蒸汽對(duì)缸體傳熱效率的目的，但由于凝結(jié)水環(huán)被破壞，又使旋轉(zhuǎn)式虹吸管的排水效率受到了影響，甚至無法正常排水，從而使烘缸的總體效率無法提高甚至引發(fā)事故。因此，目前高速烘缸存在因產(chǎn)生凝結(jié)水環(huán)使傳熱效率降低和因離心力使凝結(jié)水排出困難這兩大難題。

2 無虹吸管葉輪排水式烘缸

如想徹底解決烘缸在高速運(yùn)行中的這些通病，在降低能耗提高產(chǎn)品質(zhì)量上有一個(gè)質(zhì)的飛躍，必須改造現(xiàn)有的烘缸結(jié)構(gòu)。為此，國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)和專家學(xué)者提出了無虹吸管式的烘缸設(shè)計(jì)理念，如多通道烘缸［5］。

本文介紹的無虹吸管葉輪排水式烘缸，既不需要設(shè)置固定式虹吸管，也不需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)式虹吸管，而是依靠出水葉輪缸蓋上的葉片對(duì)凝結(jié)水的向心作用，將凝結(jié)水排出烘缸［6］。

2.1 無虹吸管葉輪排水式烘缸的結(jié)構(gòu)

無虹吸管葉輪排水式烘缸主要由進(jìn)汽缸蓋、缸體、螺旋擾流件、蒸汽擋板、出水葉輪缸蓋等組成(見圖2)。在圖2中，1為進(jìn)汽缸蓋、1-1為進(jìn)汽口、2為缸體、3為螺旋擾流件、4為蒸汽擋板、5為出水葉輪缸蓋 (見圖3和圖4)、5-1為葉片、5-2為出水口。

圖2 無虹吸管葉輪排水式烘缸的構(gòu)成

2.2 無虹吸管葉輪排水式烘缸工作原理

圖3 無虹吸管葉輪排水式烘缸蒸汽擋板

圖4 無虹吸管葉輪排水式烘缸出水葉輪缸蓋

當(dāng)烘缸高速旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，螺旋擾流件對(duì)缸體內(nèi)壁上的凝結(jié)水產(chǎn)生軸向推力，使凝結(jié)水流往出水葉輪缸蓋并破壞其水環(huán)的形成，出水葉輪缸蓋葉片會(huì)對(duì)處于其外緣處的凝結(jié)水產(chǎn)生向心作用力，并在克服凝結(jié)水離心力后，及時(shí)地將凝結(jié)水從出水葉輪缸蓋排水口排出缸體外。類似于抽油煙機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)就會(huì)從中間吹出一樣。

2.3 無虹吸管葉輪排水式烘缸的優(yōu)點(diǎn)

(1)由于沒有虹吸管，所以避免了因虹吸管故障而可能引發(fā)的各種烘缸運(yùn)行事故或爆炸事故。

(2)由于出水葉輪缸蓋對(duì)凝結(jié)水具有向心作用力，因此即使烘缸內(nèi)外壓差較低也可以將凝結(jié)水順利地排出烘缸外。

(3)螺旋擾流件既具有破壞水環(huán)形成的擾流功能，又具有使凝結(jié)水流向出水葉輪缸蓋的導(dǎo)流功能，同時(shí)還具有提高蒸汽對(duì)缸壁導(dǎo)熱效率的功能。只要合理適當(dāng)?shù)乜刂坡菪龜_流件排列的密度，便可使缸面溫度更加均勻，從而解決目前蒸汽烘缸虹吸管吸水口附近缸面溫度偏低的通病。對(duì)于幅寬較寬的烘缸，也可設(shè)計(jì)為雙面排水，只需將缸體內(nèi)螺旋擾件旋轉(zhuǎn)方向按左右邊設(shè)計(jì)相反即可。

(4)對(duì)于大直徑烘缸，可在左右端蓋恰當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)計(jì)螺栓孔，以安裝拉桿結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高缸蓋承受壓力的目的。

3 結(jié)語

無虹吸管葉輪排水式烘缸解決了高速烘缸因產(chǎn)生凝結(jié)水環(huán)使傳熱效率降低、因離心力作用使凝結(jié)水不易排出缸體兩大難題。無論是固定式虹吸管還是旋轉(zhuǎn)式虹吸管，在工作時(shí)不可避免地受到凝結(jié)水的沖刷，是整臺(tái)烘缸設(shè)備最容易發(fā)生故障的部件，本技術(shù)由于無虹吸管設(shè)置，因此消除了因虹吸管故障而可能引發(fā)的各種烘缸運(yùn)行事故或爆炸事故。一個(gè)烘缸排水性能的優(yōu)劣，往往就決定了烘缸性能的優(yōu)劣，它對(duì)烘缸的生產(chǎn)能力、蒸汽消耗、動(dòng)力消耗以及運(yùn)行安全都起著至關(guān)重要的作用。無虹吸管葉輪排水式烘缸在中高速紙機(jī)中具有良好的應(yīng)用和推廣前景。

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陳克復(fù).制漿造紙機(jī)械與設(shè)備［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

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