余儒集

摘 要：本文簡要介紹工業(yè)烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，分析烘干過程中布草的運(yùn)動規(guī)律，通過建立物理模型驗(yàn)算滾筒轉(zhuǎn)速對烘干性能的影響以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速優(yōu)化。計(jì)算結(jié)果對正確選擇烘干機(jī)運(yùn)行速度及設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)有著重要參考作用。

關(guān)鍵詞：烘干機(jī) 徑向進(jìn)風(fēng) 滾筒 轉(zhuǎn)速 優(yōu)化

中圖分類號：TN94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0053-02

烘干機(jī)是洗滌環(huán)節(jié)的中間設(shè)備，用于將洗滌后的布草進(jìn)行干燥作業(yè)，可分徑向進(jìn)風(fēng)與軸向進(jìn)風(fēng)兩種類型。由于烘干過程需要輸入大量熱能，設(shè)計(jì)的運(yùn)行參數(shù)不合理將導(dǎo)致烘干效率低下，令使用成本增高，也不利于節(jié)能環(huán)保。本文通過分析烘干過程中布草的運(yùn)動規(guī)律，建立計(jì)算模型核算滾筒轉(zhuǎn)速以及對烘干性能的影響，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所得結(jié)果，對同類設(shè)備具有普遍參考價(jià)值。

1 滾筒轉(zhuǎn)速的影響

對于徑向進(jìn)風(fēng)的烘干機(jī)，滾筒轉(zhuǎn)速及氣流速度是影響布草濕熱交換時(shí)間的兩個(gè)主要因素。轉(zhuǎn)速過低，布草無法散開，氣流無法穿透布草；轉(zhuǎn)速過高，布草將跟隨滾筒同步轉(zhuǎn)動，阻擋了氣流的進(jìn)入；而合適的滾筒速度下布草才能獲得最大落差及最大滯空時(shí)間，增加濕熱交換的時(shí)間。而氣流速度越大，單位時(shí)間從布草帶走的水汽也越大，但由于是自上而下進(jìn)氣，對布草施加下壓力，令布草跌落速度增加，縮短滯空時(shí)間。因此，合適的滾筒轉(zhuǎn)速還要考慮氣流速度的影響。

2 建模計(jì)算

當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速，布草貼緊滾筒璧做周轉(zhuǎn)運(yùn)動，與氣流接觸時(shí)間可認(rèn)為是零而沒有熱交換。所謂臨界轉(zhuǎn)速，是指滾筒內(nèi)最外層的布草剛好開始能貼著滾筒璧旋轉(zhuǎn)的速度。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于布草出現(xiàn)傾瀉狀態(tài)，只有表面部分布草與氣流有接觸，熱交換作用也不高。只有當(dāng)布草呈拋落狀態(tài)運(yùn)動時(shí)，與氣流的熱交換才是充分的。當(dāng)單位時(shí)間里處于熱交換的布草最多時(shí)，烘干機(jī)將工作在最優(yōu)烘干效率，此時(shí)的滾筒轉(zhuǎn)速稱為理論最優(yōu)轉(zhuǎn)速。從以上分析可以看出，布草獲得熱交換的數(shù)量是單位時(shí)間里布草處于滯空狀態(tài)的質(zhì)量占比與布草運(yùn)動的滯空時(shí)間的積。以下計(jì)算出發(fā)點(diǎn)是：核算滾筒不同轉(zhuǎn)速下，布草運(yùn)動的滯空時(shí)間，單位時(shí)間滯空質(zhì)量占比與滯空時(shí)間乘積（下文稱其為熱交換質(zhì)量量綱J）。

參數(shù)說明：S為滾筒壁對布草的支撐力；T為滾筒璧對布草的切向力；f1為氣流對布草的下壓力；ε為轉(zhuǎn)速同步率；z為滾筒半徑；n為滾筒轉(zhuǎn)速；為落點(diǎn)偏角；τ為滯空質(zhì)量占比。

如圖1所示，只考慮重力及氣流下壓力，忽略布草相互間作用力，布草剛好脫離滾筒璧，支撐力S=0，此時(shí)布草所受的向心力為：。

結(jié)合勻速旋轉(zhuǎn)向心力計(jì)算式：推出布草提升角：，如圖2所示，布草自A點(diǎn)拋射，斜拋角是θ，且θ=90°-α，布草的初始脫離（拋出）速度為：，坐標(biāo)為：。

由拋物線方程式：，可知在A點(diǎn)的拋物線方程為：

上式中a為有氣流影響的加速度：，結(jié)合圓軌跡方程式：，推出落點(diǎn)的X坐標(biāo)計(jì)算式：

對x>0，落點(diǎn)在Y軸右側(cè)，x<0，落點(diǎn)在Y軸左側(cè)，落點(diǎn)偏角從A點(diǎn)拋射的最大滯空時(shí)間由上升時(shí)間及下降時(shí)間組成，。

上升時(shí)間，下降時(shí)間。

下降距離由射高、起拋點(diǎn)及落點(diǎn)的坐標(biāo)組成，射高。

將布草在滾筒內(nèi)地運(yùn)動理想化為連續(xù)過程，假設(shè)布草完成一次循環(huán)運(yùn)動總時(shí)間為t0，t3為布草從落點(diǎn)被提升到起拋點(diǎn)的時(shí)間，

則滯空量占比：熱交換質(zhì)量量綱：。

可見滾筒內(nèi)布草拋落總耗時(shí)、熱交換量綱是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，詳細(xì)求解過程省略。

3 實(shí)測結(jié)果及分析

下表是對國內(nèi)某品牌100kg烘干機(jī)不同轉(zhuǎn)速的計(jì)算結(jié)果及實(shí)際測試的烘干效率數(shù)據(jù)。

從表1可看出，其他條件相同情況下，轉(zhuǎn)速在30.5r/min附近時(shí)烘干時(shí)間最短；從30.5r/min開始增大或減少，烘干時(shí)間都開始增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與以上計(jì)算的熱交換量綱的變化趨勢相似。

4 結(jié)語

烘干機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速是烘干機(jī)效率的重要影響因素。本文通過計(jì)算數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證轉(zhuǎn)速對烘干效率的影響，為烘干機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速選擇、設(shè)計(jì)確定方向。

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