WQ3914型回潮機加水系統(tǒng)總成的設計

趙浩東，程林峰，劉玉民，孔德望

（山東中煙工業(yè)有限責任公司濟南卷煙廠，山東 濟南 250104）

WQ3914型滾筒式葉絲回潮機（二次回潮機）是膨脹煙絲生產(chǎn)線的關鍵設備，其工藝任務是對升華后的煙絲進行回潮，提高膨脹煙絲的含水率。因此，其加水性能的穩(wěn)定性對于保證煙絲的含水率具有非常重要的作用。膨脹線二次回潮機加水系統(tǒng)沿滾筒軸向分為三個區(qū)，每個區(qū)均勻布置五個雙介質(zhì)噴嘴。生產(chǎn)時，15個噴嘴同時加水，使回潮效果更均衡，體現(xiàn)了國產(chǎn)設備均勻加水的理念。

1 回潮機結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，為回潮機加水系統(tǒng)的示意圖。

（1）回潮機分三區(qū)加水，每個區(qū)都有一根主加水管路、一根主空壓氣管路。每個區(qū)均布五個雙介質(zhì)噴嘴。

（2）管路系統(tǒng)由主管路和分支管路組成。主管路和分支管路的材質(zhì)均為非金屬軟管。主管路通過管道支撐架固定在底座上。主管路通過快插形式的三通連接若干分支管路，和噴嘴相連。整個管路系統(tǒng)呈樹形結(jié)構(gòu)。

（3）15個雙介質(zhì)噴嘴固定在一個整體式的蓋板上，蓋板通過32個M8的螺栓固定在底座上。

圖1 回潮機加水系統(tǒng)示意圖

2 存在的問題分析

通過以上結(jié)構(gòu)分析可以看出，回潮機主管路和分支管路為非金屬軟管且通過快插接頭連接，管路交錯繁雜。對于水管路來說，通過快插接頭連接的管路可靠性較差。軟管在有限的空間內(nèi)擠壓，使得軟管和接頭處連接處受力，從而出現(xiàn)縫隙。設備實際使用過程中，快插接頭處時常出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。水滴在煙絲上會造成“水漬煙”，嚴重影響膨脹煙絲的工藝質(zhì)量。三個區(qū)水管路上快插接頭共30個，潛在漏水點57個。

當出現(xiàn)漏點時，需要至少兩名經(jīng)驗豐富的維修人員進入回潮滾筒內(nèi)進行查找，更換老化的管路、接頭或調(diào)整軟管位置。維修人員的檢查的步驟是：拆下蓋板上32個M8的固定螺栓；將蓋板用鐵絲固定，防止下垂；查找漏點，更換接頭或軟管；安裝蓋板，緊固螺栓。

在檢查更換的時候，存在以下幾個問題：（1）拆卸不便。三區(qū)蓋板共32個螺釘固定在基座上，每次檢查都需要全部拆解，且整體式蓋板重量大，拆卸時不易固定。若固定不好，會拉扯軟管，造成快插接頭松脫。（2）檢查難度大。管道系統(tǒng)接頭眾多，分支管路纏繞，需要逐個排除，檢查難度大，耗時長。（3）有限空間作業(yè)不便。整個檢查、維修的過程需要在有限的滾筒空間內(nèi)完成，滾筒直徑只有1.4m，長時間在有限空間作業(yè)，難度較大。

3 提出方案

從以上分析可以看出，加水系統(tǒng)存在兩個主要問題：一是潛在漏點多，二是處理漏點的過程費時費力。從這兩個方面著手，提出了三個改造方案。

（1）改造管路材質(zhì)：不改變管路結(jié)構(gòu)形式，將加水管路和空壓氣管路材質(zhì)改造為金屬軟管。優(yōu)點：金屬軟管連接形式可靠，連接處不易泄露，可靠性增加。缺點：查找漏點的步驟沒有改變，依然費時費力。

（2）改進加水方式：如圖2所示，改進加水方式，滾筒入口處加水。

圖2 方案2示意圖

優(yōu)點：漏點數(shù)量大為減少；缺點：需要改進回潮機的控制系統(tǒng)，并且需要對噴嘴重新選型，改造難度大，改造成本高。回潮效果不如分區(qū)加水均勻。

（3）改造加水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：在不改變?nèi)齾^(qū)加水方式的前提下，改造加水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。將整個加水系統(tǒng)劃分成三個獨立的部分。既減少漏點數(shù)量，出現(xiàn)漏點時也便于維護。

圖3 方案3示意圖

4 方案設計

4.1 總體方案

模塊化設計是產(chǎn)品可靠性設計方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設計方法。這種科學的設計方法常用于對產(chǎn)品的造型、結(jié)構(gòu)設計方案的確定。在模塊化設計的過程中，不需要對每種產(chǎn)品都進行單獨設計，而是精心設計出多種模塊，通過這些設計出的模塊組合出多樣化的產(chǎn)品。

將這種理念在回潮機加水系統(tǒng)上運用。將三個加水區(qū)域劃分為三個加水單元，每個單元分別安裝一套模塊化的加水總成。該總成集成了蓋板、噴嘴、加水管路、霧化空壓管路等。每套總成的結(jié)構(gòu)組成、尺寸、安裝方式完全相同，可以實現(xiàn)互換。設備維護時，直接整套更換、整套維護。

圖4 總體設計方案

4.2 方案分解

根據(jù)總成設計思路及結(jié)構(gòu)組成，將每套總成結(jié)構(gòu)進行分解，如圖5所示。

圖5 方案分解

4.3 方案實施

4.3.1 總成布置方式

（1）總成數(shù)量的確定。整個回潮筒的加水控制系統(tǒng)分為三個區(qū)，三區(qū)相互獨立，又是一個整體，共同完成煙絲回潮的工藝任務。將整個加水系統(tǒng)劃分成三套便拆式總成。三套總成的長度之和覆蓋整個滾筒長度（圖6）。

圖6 總成長度確定

（2）主管路布置（圖7）。噴嘴為氣液雙相噴嘴，因此，每套總成需要一條水路，一條氣路與總成相連。為了保證主管路與總成的連接形式具備通用性，每套總成與總管空間位置最好大體相同。根據(jù)三區(qū)總成的布置情況，主管路布置應為一區(qū)到三區(qū)遞減。從上到下依次為一區(qū)加水管路、一區(qū)空壓管路、二區(qū)加水管路、二區(qū)空壓管路、三區(qū)加水管路、三區(qū)空壓管路。

圖7 主管路布置

（3）選擇拆卸方便而且連接可靠的的定制不銹鋼把手作為蓋板的固定形式。

（4）由于連接需要柔性化，選擇不銹鋼金屬軟管作為總成與主管路的連接形式。

4.3.2 總成結(jié)構(gòu)設計

（1）噴嘴數(shù)量的確定。煙絲回潮通過三區(qū)的噴嘴空壓霧化水來完成。噴嘴數(shù)量越多，總成連接管路越多，潛在的漏點就越多；加水均勻性越好。噴嘴越少，連接管路越簡單，但加水能力受限。噴嘴數(shù)量的確定需要在滿足加水量的同時，通過試驗確定噴嘴的數(shù)量為3個。

（2）噴嘴的排列形式。為了保證加水的均勻性，三套總成煙滾筒軸向依次排列，總成上的三個噴嘴均勻排列，間距為300mm（圖8）。

總成的所有噴嘴，水汽管路、把手都需要安裝在支撐蓋板上，因此，支撐蓋板的結(jié)構(gòu)形式設計滿足以下幾個要求：①鉆孔尺寸與噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸相符；②維修活門位置、大小合適，既能滿足蓋門強度要求，也要便于維修作業(yè)；③預留把手安裝孔；④合理布置總成固定孔；⑤便于固定管路固定座（圖9和圖10）。

5 效果驗證

5.1 工藝驗證

加水總成設計安裝以后，進行工藝測試，以保證回潮筒加水性能的可靠性。統(tǒng)計了項目完成后20批煙絲數(shù)據(jù)，對二次回潮機出口煙絲水分進行過程能力測算。Cpk=1.33，過程能力充分，滿足工藝技術要求，說明加水系統(tǒng)效果良好（圖11）。

圖8 噴嘴間距示意圖

圖9 加水總成總裝示意圖

圖10 每區(qū)加水總成結(jié)構(gòu)組成

5.2 拆裝驗證

維護時，打開維修活門可方便地檢查，將出現(xiàn)問題的總成拆下，換上已經(jīng)調(diào)試好的備用加水總成。更換步驟如如圖12所示，平均更換時間為20分鐘，且由一人完成，極大地提高了維護效率。

圖11 過程能力測算

圖12

6 結(jié)語

（1）利用分體式設計，總成式維保的理念優(yōu)化設計了二次回潮機的加水系統(tǒng)。

（2）通過過程能力分析，驗證了改進后的回潮機加水系統(tǒng)的加水能力。