TR1000廢煙回收設(shè)備蝸殼湍流流場(chǎng)擾動(dòng)的研究與改進(jìn)

李貴強(qiáng) 韓曉曦

摘? ?要：本文針對(duì)昆明卷煙廠現(xiàn)用的TR1000廢煙處理設(shè)備蝸殼內(nèi)物料及氣流的分布及運(yùn)行進(jìn)行研究，通過(guò)改造離心式廢煙處理設(shè)備蝸殼內(nèi)部湍流流場(chǎng)，利用湍流垂直于流管軸線方向的分速度形成的不規(guī)則氣旋，加強(qiáng)不同比重?zé)熃z（即“回收絲”）與殘次煙支腔體（即“三紙一棒”）的擾動(dòng)，提升煙絲與廢煙支腔體分離的效果，降低可回收絲未充分分離隨三紙一棒廢棄的幾率，達(dá)到提高殘次煙絲回收率的目的。

關(guān)鍵詞：蝸殼? 湍流? 擾動(dòng)

中圖分類號(hào)：TS43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（a）-0075-04

Abstract： In this paper， the distribution and operation of materials and airflow in the volute of TR1000 rejected cigarettes recovery equipment in Kunming Cigarette Factory are studied. The turbulent flow field in the volute of centrifugal rejected cigarettes recovery equipment is reformed， and irregular cyclones formed by the partial velocity of turbulence perpendicular to the axis of the flow tube are used to strengthen tobacco with different specific gravity.（The disturbance of " Recovered tobacco"） and rejected cigarettes cavity （i.e. " cigarette paper，tipping paper，wrap paper and filter "） can improve the separation effect of cut tobacco and rejected cigarettes cavity， reduce the probability of inadequate separation of recoverable tobacco with cigarette paper，tipping paper，wrap paper and filter， and achieve the purpose of improving the recovery rate of rejected cigarettes.

Key Words： Volute; Turbulence; Disturbance

1? 研究背景

TR1000廢煙回收設(shè)備由紅云紅河集團(tuán)昆明卷煙廠2011年進(jìn)口于意大利Garbuio Dickinson公司，目前承擔(dān)著昆明卷煙廠所有牌號(hào)卷煙殘次煙支的回收處理工作。日均處理4000kg，自投產(chǎn)以來(lái)為企業(yè)提升管理水平，有效控制成本費(fèi)用，切實(shí)提高效率與效益做出了貢獻(xiàn)。

但是TR1000廢煙回收設(shè)備一直沿用自引進(jìn)以來(lái)的運(yùn)行模式，傳統(tǒng)運(yùn)行模式也開始凸顯出更多的問(wèn)題。特別是由于煙支剝離不充分，大量煙絲隨著廢紙塊一起廢棄，殘次煙支煙絲回絲率一直無(wú)法有效提高。針對(duì)這個(gè)殘次煙處理回絲中的瓶頸，對(duì)TR1000廢煙回收設(shè)備的離心式廢煙處理風(fēng)機(jī)進(jìn)行研究，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能夠在離心式廢煙處理設(shè)備風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)壁上固定，工作穩(wěn)定可靠，且造價(jià)成本低廉，并影響湍流流場(chǎng)的改造設(shè)計(jì)，正是本文的主要研究方向。

2? 湍流簡(jiǎn)介

湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱為層流，也稱為穩(wěn)流或片流;逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過(guò)渡流;當(dāng)流速增加到很大時(shí)，流線不再清楚可辨，流場(chǎng)中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。這時(shí)的流體作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種運(yùn)動(dòng)稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。

但是湍流問(wèn)題作為21世紀(jì)為眾多工程技術(shù)問(wèn)題及一些自然科學(xué)的發(fā)展所不能回避而必須認(rèn)真對(duì)待的一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題。由于它是強(qiáng)非線性系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌運(yùn)動(dòng)，具有非常復(fù)雜性的性質(zhì)。而其控制方程的數(shù)學(xué)性質(zhì)又很難弄清。所有，目前針對(duì)湍流的理論，只對(duì)均勻各向同性湍流有效，而且要求雷諾數(shù)足夠大且存在慣性區(qū)。針對(duì)繁雜的工廠技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)而篩選出最佳技術(shù)方案，用以解決湍流流場(chǎng)的運(yùn)用問(wèn)題，仍是甚至很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的一個(gè)主要方法。本文也正是運(yùn)用了通過(guò)初步理論分析和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)優(yōu)選方案進(jìn)行試驗(yàn)篩選出最佳方案的研究方法。

3? 設(shè)備現(xiàn)狀分析

TR1000廢煙回收設(shè)備靠風(fēng)機(jī)帶動(dòng)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，將葉片間的氣體從中心處甩出葉輪。葉輪中心處由于氣體被甩出而產(chǎn)生負(fù)壓，在外界大氣壓的作用下，將廢煙支及外部氣體由送料管沿葉輪軸向送入葉輪。廢煙支與高速旋轉(zhuǎn)的葉輪外緣產(chǎn)生碰撞，并在離心作用下隨氣流沿風(fēng)機(jī)徑向擴(kuò)散。在此碰撞及擴(kuò)散過(guò)程中實(shí)現(xiàn)煙絲與廢煙支腔體（由卷煙紙、接裝紙、成型紙和濾棒通過(guò)粘合劑組成的部分，以下簡(jiǎn)稱“三紙一棒”）的分離（或稱“開包”）。

為增強(qiáng)離心式廢煙回收設(shè)備煙絲與三紙一棒的分離效果，提高殘次煙回絲率，通常情況下采用提高風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)頻率的方法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，部分型號(hào)的離心式廢煙回收設(shè)備在蝸殼內(nèi)壁上裝有數(shù)量及排列方式不同的打釘已完成開包的三紙一棒、部分未開包的廢煙支及已經(jīng)分離出的煙絲在沿徑向擴(kuò)散至蝸殼內(nèi)壁后，順風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼內(nèi)壁上凸起的打釘產(chǎn)生摩擦和碰撞，甚至折斷未開包的廢煙支和撕裂三紙一棒，以達(dá)到煙絲與三紙一棒更好的分離效果。

但是，如在廢煙回收設(shè)備蝸殼內(nèi)壁上采用打釘，三紙一棒、未開包的廢煙支及已分離出的煙絲在與打釘高速接觸時(shí)，接觸面多呈“點(diǎn)式”接觸，造成三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲表面應(yīng)力集中而折斷或撕裂，伴生大量碎紙片（來(lái)自煙支接裝紙和卷煙紙），一定程度上降低了煙絲回收效率和產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)，并增大了工藝質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)。

4? 研究改進(jìn)

如要提高煙絲分離效果，又不因增加伴生碎紙片（或紙屑）數(shù)量導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)下降，需保留打釘設(shè)計(jì)中“增大廢煙支與蝸殼內(nèi)壁上打釘?shù)哪Σ梁团鲎病钡墓δ埽趸蛳洹霸斐扇堃话?、未開包的廢煙支及分離出的煙絲表面應(yīng)力集中而折斷或撕裂”的弊端，從而避免負(fù)面效應(yīng)的產(chǎn)生。為此，在不對(duì)設(shè)備造成傷害或大幅改造的前提下，將蝸殼內(nèi)壁上打釘與三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲的“點(diǎn)”式接觸改為打條的“面”式接觸。

此離心式廢煙回收設(shè)備蝸殼內(nèi)壁上的打條設(shè)計(jì)，包括打條、蝸殼、風(fēng)機(jī)葉輪和蝸殼檢修蓋板，打條位于在蝸殼上半部分（通過(guò)螺栓或焊接在蝸殼檢修板或蝸殼內(nèi)側(cè)），風(fēng)機(jī)葉輪位于蝸殼的內(nèi)部，蝸殼檢修板位于蝸殼的上半部分、并與蝸殼相固接。

打條設(shè)計(jì)增大了廢煙支在離心作用下隨氣流沿蝸殼內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)時(shí)與打條的接觸面，減小了廢煙支與打條接觸面的局部應(yīng)力，降低了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲因局部應(yīng)力大造成的廢煙支折斷及碎紙片的伴生。同時(shí)，呈直線或曲線“條”狀的打條安裝在蝸殼內(nèi)壁上，將破壞局部區(qū)域內(nèi)的流體層流，產(chǎn)生垂直于打條軸線方向的分速度，在蝸殼內(nèi)局部產(chǎn)生湍流區(qū)域（圖4所示），更進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)未開包廢煙支內(nèi)煙絲分離效果的提升與紙片伴生的負(fù)面效應(yīng)間的最佳平衡。

打條設(shè)計(jì)在蝸殼內(nèi)局部形成湍流區(qū)域，不僅能有效保留打釘設(shè)計(jì)中廢煙支隨氣流與蝸殼內(nèi)壁的摩擦和碰撞功能，還有效降低了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲的折斷風(fēng)險(xiǎn)及碎紙片的產(chǎn)生，解決了以往打釘設(shè)計(jì)存在的缺陷。但作為根據(jù)初步理論分析和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出的打條，需設(shè)計(jì)出優(yōu)選方案進(jìn)行試驗(yàn)并篩選出最佳方案。

作為優(yōu)選，所述打條的截面結(jié)構(gòu)包括翼形、圓形、三角形。

作為優(yōu)選，所述打條的正面結(jié)構(gòu)包括直線型和曲線型。

作為優(yōu)選，所述打條的俯面結(jié)構(gòu)包括直線型和曲線型。

三種優(yōu)選方案實(shí)物見圖5、圖6和圖7。

打條設(shè)計(jì)增大了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲在離心作用下隨氣流沿蝸殼內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)時(shí)與打條的接觸面，減小了與打條接觸面的局部應(yīng)力，極大降低了因局部應(yīng)力大造成的煙絲折斷及碎紙片的伴生幾率。同時(shí)，呈直線或曲線“條”狀的打條安裝在蝸殼內(nèi)壁上形成的湍流區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了煙絲分離效果提升與隨之產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)間的最佳平衡。

最佳方案選擇：

通過(guò)對(duì)各方案的打條、打釘分別進(jìn)行10個(gè)工作日的試驗(yàn)，分別得出了對(duì)灰棒率和紙塊含絲率的平均值，并進(jìn)行效果對(duì)比。

從以上效果對(duì)比圖8可以看出，綜合考慮灰棒率、紙塊含絲率和回收煙絲碎紙片的含量，小組確定波浪形（翼形）打條為最佳方案。

5? 取得成效

把翼形打條安裝在TR1000廢煙回收設(shè)備上進(jìn)行25個(gè)工作日的試驗(yàn)，分別統(tǒng)計(jì)其煙絲回絲率、灰棒率和紙片含絲率，并與改進(jìn)前進(jìn)行對(duì)比。

安裝波浪形打條改進(jìn)后，TR1000廢煙回收設(shè)備廢棄紙塊含絲率降低了1.97個(gè)百分點(diǎn)，廢棄紙塊夾雜煙絲量明顯減少。由效果驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)可以得到處理回絲率提高了1.26個(gè)百分點(diǎn)，以日平均處理4000kg殘次煙支為例，改進(jìn)之后可比改進(jìn)之前每天多回收50.4kg煙絲。

6? 結(jié)語(yǔ)

打條設(shè)計(jì)雖針對(duì)昆明卷煙廠生產(chǎn)五部現(xiàn)有的TR1000殘次煙處理設(shè)備進(jìn)行改造，但進(jìn)行研究改造時(shí)已經(jīng)充分考慮相同原理設(shè)備在成果使用時(shí)的通用性。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，一旦安裝使用，不需維護(hù)維修或更換，而且造價(jià)成本低廉，便于推廣應(yīng)用。

本研究成果在昆明卷煙廠生產(chǎn)五部實(shí)施成功之后，即可在煙草行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。為尊重發(fā)明人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，本發(fā)明已獲得名為《一種離心式廢煙回收設(shè)備蝸殼內(nèi)壁上的打條設(shè)計(jì)》實(shí)用新型專利授權(quán)。

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