增大SH84型閃蒸膨脹設(shè)備蒸汽噴射壓力的研究

李斌 趙龍 崔淑強(qiáng)

摘 要：目前青島卷煙廠使用的SH84型閃蒸膨脹設(shè)備發(fā)生堵煙的情況較多，造成設(shè)備故障停機(jī)率較高，究其原因是蒸汽噴射壓力較小，對梗絲的輸送能力不足。依據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝原理，通過增加蒸汽噴嘴閥芯螺母在腔體內(nèi)的軸向長度，提高蒸汽在噴嘴腔體內(nèi)的流速，增大了蒸汽在文氏管內(nèi)對梗絲的輸送能力。結(jié)果表明，蒸汽在噴嘴出口的噴射壓力增大到0.24Mpa以上，提高了生產(chǎn)連續(xù)性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：噴射壓力;閃蒸膨脹;軸向長度

引言

梗絲作為卷煙制品的重要組成部分，具有填充值高、感官質(zhì)量提升明顯[1]等特點(diǎn)，在減輕雜氣、降低刺激性、增加煙氣的整體協(xié)調(diào)性[2]等方面具有較為明顯的作用，是卷煙加工制造不可或缺的重要組成部分。

生產(chǎn)時(shí)待處理的梗絲經(jīng)進(jìn)料氣鎖進(jìn)入文氏管入口，同時(shí)飽和蒸汽經(jīng)噴嘴噴射將物料吹入文氏管并充分混合，當(dāng)物料從文氏管噴出的瞬間體積突然擴(kuò)大、周圍壓力突然下降。這時(shí)梗絲內(nèi)部的汽化分壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周圍的環(huán)境氣壓，達(dá)到閃蒸的條件，梗絲的纖維組織也因此獲得充分膨脹;其生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定可以保證產(chǎn)品精細(xì)化、高質(zhì)量的加工水平[3]，滿足高質(zhì)量卷煙的生產(chǎn)需求。我們要求生產(chǎn)時(shí)蒸汽噴射達(dá)到一定壓力（一般為0.2Mpa以上），可以保證生產(chǎn)時(shí)梗絲的連續(xù)輸送。

但是現(xiàn)階段時(shí)有蒸汽噴射壓力未能達(dá)到生產(chǎn)要求、造成堵煙停機(jī)的現(xiàn)象，直接影響生產(chǎn)連續(xù)性和梗絲的工藝質(zhì)量。通過設(shè)備改進(jìn)和工藝優(yōu)化，找出關(guān)鍵影響因素進(jìn)行提升，增大SH84型閃蒸膨脹設(shè)備蒸汽噴射壓力，對于提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工水平就顯得尤為重要。

本研究通過增長碰嘴腔體內(nèi)閥芯螺母的軸向長度，以此增大蒸汽在噴嘴出口的噴射壓力的方法大大提高了蒸汽對于物料的運(yùn)送能力，提高生產(chǎn)連續(xù)性從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為今后相關(guān)設(shè)備的改造和工藝優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1模型構(gòu)建

SH84型閃蒸膨脹設(shè)備主要由進(jìn)料氣鎖，蒸汽噴嘴和文氏管等部分組成，作為關(guān)鍵工序，具有體積小、能耗少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，其中蒸汽噴嘴是物料與蒸汽初步接觸混合輸送的關(guān)鍵部件。因此，我們對蒸汽噴嘴進(jìn)行了拆解和模型構(gòu)建，包括：①噴嘴外室 ②噴嘴內(nèi)室 ③閥芯底座 ④閥芯螺母 ⑤噴嘴腔體。

1.2數(shù)據(jù)分析

軸向長度測量：設(shè)置閥芯螺母不同增加長度的梯度，長度增加量由游標(biāo)卡尺測量。

數(shù)據(jù)分析：運(yùn)用數(shù)據(jù)分析工具M(jìn)initab16，進(jìn)行回歸分析，

1.3設(shè)備與儀器

本文研究的SH84型閃蒸式梗絲膨化設(shè)備由江蘇智思機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)，蒸汽噴射壓力由設(shè)備在線壓力表直接讀取。

2 結(jié)果與分析

在流體力學(xué)中，質(zhì)量流量（G） = 單位體積 * 流體流速* 流體密度。生產(chǎn)時(shí)蒸汽噴射壓力可表示為：

T=λ* V蒸汽流速*G質(zhì)量流量=（λ* ? ?*L*S面積）*V2蒸汽流速

可見在生產(chǎn)條件相同的情況下，蒸汽噴射壓力與氣體的流速有明顯的正相關(guān)關(guān)系（T∝V），增大蒸汽的流速可以增大壓力;在蒸汽流量一定的情況下，適當(dāng)減小腔體的體積可以增大蒸汽流速，調(diào)整軸向閥芯螺母在噴嘴腔體內(nèi)的長度可以改變噴嘴腔體體積以此來增大出口流速，噴射壓力隨之變大。

為合理確定軸向螺母在腔體內(nèi)的增加長度，同時(shí)便于實(shí)際調(diào)整操作，我們在現(xiàn)有基礎(chǔ)上以4mm為基準(zhǔn)，等差遞增設(shè)定梯度直至噴嘴腔體外表面。最終確定了不同的螺母軸向增加長度并進(jìn)行試驗(yàn)。記錄不同長度下對應(yīng)的蒸汽噴射壓力（見表1）：

從數(shù)據(jù)可以看出，增加長度從2mm開始，隨著長度的增加，蒸汽噴射壓力隨之增大;但是增加至22mm以后，隨著長度的增加，蒸汽噴射壓力隨之減小。而且，增加長度在8mm以上和28mm以下時(shí)，蒸汽噴射壓力≥0.2Mpa，符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求;因此，軸向螺母的增加長度在8mm以下或28mm以上時(shí)不能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

進(jìn)一步做散點(diǎn)圖，得到蒸汽噴射壓力與螺母軸向增加長度呈一定的趨勢關(guān)系。我們對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析。

經(jīng)過回歸分析，得到了二次回歸方程為：蒸汽噴射壓力 = 0.1388 + 0.01009 螺母軸向增加長度 - 0.000290 螺母軸向增加長度**2。

根據(jù)回歸方程計(jì)算，我們得出螺母軸向增加長度為16.88mm的情況下，蒸汽噴射壓力擁有極大值0.2448MPa，考慮到實(shí)際操作的簡便性，我們將螺母軸向增加長度設(shè)定為17mm。

閥芯螺母的軸向增加距離確定后，我們對螺母進(jìn)行了實(shí)際調(diào)整并對紅雙喜梗絲生產(chǎn)時(shí)的蒸汽噴射壓力進(jìn)行了跟蹤統(tǒng)計(jì)。

螺母軸向長度加長17mm后，生產(chǎn)時(shí)蒸汽噴射壓力均達(dá)到0.24Mpa以上，通過控制圖看出點(diǎn)在中心線兩側(cè)隨機(jī)變化且保持穩(wěn)定，達(dá)到蒸汽噴射壓力>0.2Mpa的工藝標(biāo)準(zhǔn)要求。因此通過增加閥芯螺母在噴嘴腔體內(nèi)的軸向長度來增大蒸汽噴射壓力，增強(qiáng)了蒸汽在文氏管內(nèi)對梗絲的輸送能力，減少了烘梗絲工序的故障停機(jī)現(xiàn)象。

3 討論

本研究實(shí)際上是在工藝蒸汽流量一定的情況下，減小了腔體的體積，增大噴射壓力，增大了蒸汽對梗絲的瞬時(shí)推力;使梗絲通過能力更強(qiáng)，不易發(fā)生物料的堵塞。通過計(jì)算得到了噴嘴的閥芯螺母軸向長度與蒸汽噴射壓力的相關(guān)性方程，確定軸向長度增加17mm時(shí)蒸汽的噴射壓力最大，對設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，保證了精細(xì)化的加工水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐世濤，李萬珣，等.煙用梗絲的品質(zhì)改善研究.云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）[J].2010，32 （S1）： 13 -15.

[2]魯蕾，付敏，郭寶星.煙梗成分提取及其應(yīng)用研究.四川化工[M].2004.1（7）：9-12.

[3]李曉，紀(jì)曉楠，等.煙用梗絲加工工藝研究進(jìn)展.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)[J]. 2013，41（8）：182-186.

作者簡介：

李斌（1987-），男，漢族，山東青島，碩士，青島卷煙廠，助理工程師，主要從事生產(chǎn)工藝、行政管理相關(guān)工作，第一作者。

趙龍（1989-），男，漢族，山東青島，本科，青島卷煙廠，無，主要從事機(jī)械工藝研究，第二作者。