卜獻鴻, 陳祥平, 段春穩(wěn), 鄭 丹, 任強勝, 李 帆

(1.四川省絲綢科學研究院,成都 610031;2.四川省絲綢工程技術研究中心,成都 610031)

減壓自動煮繭機采用“真空+”技術,實現了低溫吐水、蒸煮時繭層含水、繭腔不含水[1]的理想狀態(tài),解決了蠶繭內外層煮熟不均勻的技術難題,實現了煮繭生產過程的自動化。減壓煮繭機能夠顯著提高生絲品質、降低繭耗、提高產量,原料適應性強,不僅適宜干繭煮繭,同樣適宜鮮繭煮繭[2]。

1 工作原理及技術特征

1.1 工作原理及結構

減壓自動煮繭機以罐蓋可啟閉的密閉式罐體為結構主體,采用PLC程序控制[3],水環(huán)泵、羅茨泵產生真空,利用真空、水、蒸汽復合管道系統(tǒng),通過電磁閥的開閉,在機內完成真空滲透,蒸汽在真空導流下進行吐水、蒸煮,因熱傳遞采用負壓狀態(tài)下對流方式,提高了蒸汽熱交換能力和均勻程度。負壓狀態(tài)下調整吸水[4]、保護出繭等工藝,實現煮繭生產過程的全封閉、真空滲透與煮繭一體化結構、自動化運行。

減壓自動煮繭機的結構如圖1所示,主罐是蠶繭煮熟的場地,設加繭、煮繭、出繭三個工作位置并自動運行,自動控制工藝流程:煮繭主罐內加入蠶繭后,按電控箱“啟動”按鈕,主罐旋轉至煮繭處理位,壓蓋壓緊,然后按照程序進行煮繭。輔罐的作用是將主罐蠶繭吐出的水,利用主罐、輔罐位置落差及電磁閥開啟將水存儲并保持適當真空度。設滲透水箱、調整水箱和常溫水箱三個水箱,常溫水箱根據工藝要求向主罐注水、灑水,向滲透水箱、調整水箱補水,由管路系統(tǒng)通過水泵、電磁閥開閉執(zhí)行。主罐上設置上、下觀察視鏡,用于觀察滲透后蠶繭狀況、吐水程度及蠶繭在整個煮繭過程中顏色的變化情況。

圖1 減壓自動煮繭機Fig.1 The equipment of decompressed automatic cocoon-cooking

1.2 技術特征

減壓自動煮繭機可以全自動完成蠶繭真空滲透、繭腔減壓吐水、蠶繭雙向減壓蒸煮、煮熟平衡、調整保護等全套煮繭工藝,操作簡單,維修方便。減壓煮繭方法是將蠶繭放置到主罐中,蠶繭煮繭過程靜置,采用雙向進汽管設計,蒸煮時采用雙向交替進汽方式進行蒸煮,邊減壓(抽真空)邊進蒸汽,強制蒸汽對流傳導,罐內蒸汽溫度迅速均勻,如圖2所示。采用“真空+”技術,可完成低溫(50～75 ℃)負壓繭腔吐水、高溫(90～102 ℃)負壓蠶繭雙向蒸煮受熱(特殊原料需要達到正壓),蒸汽能量傳導迅速,能滿足不同繭質、不同地域的煮繭生產需要,達到了少煮蛹體,減少了蛹酸浸出;絲膠膨潤、溶失均衡適當,煮熟內層、保護外層、充分均勻煮熟繭層的目的[5]。在繅絲時繭絲可以很順利依次離解,減少蠶繭跳動機率。采用程序控制,工藝調試方便,參數控制更加直觀精確。

圖2 雙向蒸煮示意Fig.2 The schematic diagram of bidirectional cooking

2 工藝設置

2.1 煮繭程序

減壓自動煮繭機采用程序控制,煮繭工藝以溫度、時間為參數進行設置并控制,自動運行。每個煮繭程序對應的工作狀態(tài)不同。在煮繭機程序研發(fā)過程中,基于設備的結構及要解決的生產問題,進行煮繭工藝研究、程序修改、工廠試驗、修正總結,煮繭的程序以發(fā)明時間為編號。現以JYZJ-20190530程序為例,介紹和分析減壓自動煮繭機的工藝流程及工藝參數設置。該程序具有廣泛的適用性,能很好地提高吐水、蒸煮的均勻程度,提高清潔、潔凈成績,減少萬米吊糙、降低繅折。

溫度和時間工藝參數根據原料繭及生產需要進行調整。溫度設置包括滲透水箱溫度、調整水箱溫度、吐水溫度、蒸煮溫度。滲透、調整保護等采用時間設置。時間控制精度0.1 s,溫度控制精度0.1 ℃,設置界面如圖3所示。

圖3 工藝參數設置界面Fig.3 The setting interface of parameters

2.2 煮繭流程

減壓自動煮繭機煮繭有8個流程,每個煮繭流程包含若干個時段,JYZJ-20190530程序設置40個時序,即T1～T40,煮繭流程及時段如表1所示。

表1 煮繭流程及作用Tab.1 The process and effect of cocoon cooking

2.3 工藝參數設置

煮繭工藝的設置及范圍建立在原料繭質量調查基礎上,因此要以工廠的工藝調查數據為依據,對蠶繭質量全面了解分析,要參考的工藝指標為繭絲長、解舒率、解舒光折、繭層率、繭絲纖度、萬米吊糙、清潔、潔凈及烘繭、冷藏冷凍情況,同時結合以往生產莊口工藝參數進行設置。

2.3.1 滲透水箱、調整水箱水溫

滲透水箱、調整水箱的溫度應根據原料特性設置,主要參考解舒率、繭層率,并進行優(yōu)選。滲透水箱溫度25～45 ℃;調整水箱溫度30～55 ℃。

2.3.2 滲 透

滲透使蠶繭充分吸水,滲透后的蠶繭呈水玉色,無浮繭、無白斑,繭腔氣泡小于2 mm,時間設置范圍如表2所示。

表2 真空滲透時間設置范圍Tab.2 The range of time setting for vacuum infiltration

滲透過程的要點為:1)一次滲透T4、T5、T6設置為0;2)二次滲透適宜繭層厚、烘炕偏老、解舒率差、絲膠膨潤難的蠶繭;3)復壓時主罐的真空度從最高值到零的時間一般為35 s,解舒率好(65%)的原料時間設置短,如設置40 s,解舒率差的原料時間設置可以延長,如60～80 s。

2.3.3 排 水

將主罐的水抽回到滲透水箱里,主罐產生一定的真空度,為吐水做好準備工作,其時間設置范圍如表3所示。

表3 主罐排水時間設置范圍Tab.3 The range of time setting for main tank drainage

2.3.4 吐 水

在“減壓+蒸汽”作用下,將繭腔的水吐出,通過上、下視鏡可以觀察到蠶繭吐水程度及繭色變化情況,吐水時序控制采用時間及溫度跳轉設計,即在時間范圍內(設置時間稍微長于實際運行時間)溫度達到設置要求即轉入下個時序運行,如圖4所示。

圖4 吐水時序顯示及下視鏡觀察鏡Fig.4 The sequential display and the lower view window of cocoon cavity guttation

控制繭腔的水吐出并保持繭層含水,在蒸煮時蒸汽的熱能才能充分進入繭層中內層,將絲膠充分膨潤膨化。采用負壓狀態(tài)下主罐上、下進蒸汽方法達到吐水均勻要求,工藝設置范圍如表4所示。

吐水工藝的要點為:1)蠶繭的解舒率高低影響到吐水快慢程度,解舒率高吐水快,不同莊口吐水溫度差別大,要注意觀察吐水程度及蠶繭顏色變化情況修正設置溫度;2)在T12運行到后期,有明顯的吐水現象發(fā)生,T13結束前繭腔大吐水;3)在T15運行期間,要注意觀察下視鏡,不能有水漫上淹沒蠶繭,如果產生淹沒情況須提高T13溫度,適當延長T14時長。

表4 吐水工藝參數設置Tab.4 The parameter setting of cocoon cavity guttation

2.3.5 蒸 煮

從“減壓+蒸汽”狀態(tài)變?yōu)椤罢羝睜顟B(tài),真空度逐步減少,充分煮熟蠶繭,工藝設置范圍如表5所示。

表5 蒸煮工藝參數設置Tab.5 The parameter setting of cocoon cooking

蒸煮工藝的要點為:1)T13、T15、T17、T19、T20設置了溫度自動跳轉功能,達到設置溫度值時程序進入下一個時段,T20的溫度設置對煮熟程度影響大;2)蒸煮升溫快慢可以判斷吐水程度,進一步優(yōu)化吐水溫度值;3)鮮繭吐水、蒸煮溫度比干繭減少3～20 ℃(冷藏繭與冷凍繭差別很大)。

2.3.6 真空降溫

通過真空降溫,可以快速均衡降低主罐蠶繭溫度,同時使繭腔有一定真空度,防止調整吸水時產生癟繭,一般情況下,癟繭率少可以減少真空降溫時間,反之延長時間。真空降溫工藝參數設置如表6所示。

表6 真空降溫工藝參數設置Tab.6 The parameter setting of vacuum cooling

2.3.7 真空調整吸水

在真空狀態(tài)下繭腔吸水,繭絲絲膠軟化,繭腔吸水飽滿。采用依次進入不同溫度的水,便于溫差的形成,起到凝固絲膠、保護外層的作用,工藝設置如表7所示。

表7 真空調整吸水工藝設置Tab.7 The parameter setting of adjustment and water absorption in vacuum

真空調整的要點為:1)T26進常溫水箱水,冬、夏季溫度開差較大,可以通過T24、T25、T26時間組合設置來達到需要的工藝參數范圍;2)T27、T28的設置針對有緒率較高的莊口使用,有利于減少緒絲量;3)繭腔內吸入較高溫度的水,有利于絲膠膨潤;蠶繭外層吸入常溫水有利于絲膠凝固,形成調整溫差,減少萬米吊糙。

2.3.8 保 護

通過置換主罐的高溫水對蠶繭降溫,達到工藝設計的出繭溫度,其工藝設置如表8所示。

表8 保護工藝設置Tab.8 The parameter setting of protection

保護工藝的要點為:1)T30、T31主要用于出繭溫度調整;2)根據出繭溫度要求進行時間組合設置,一般情況解舒率大于65%的莊口出繭溫度控制在32～35 ℃,解舒率低于55%的莊口出繭溫度控制在35～40 ℃。

2.3.9 出 繭

T34聲控提示,“再啟動”按鈕按下出繭,T35主罐壓蓋松開,T36主罐正轉出繭,T37主罐反轉歸位。T38、T39根據需要向低溫水箱、高溫水箱補水,時間設置0～Ns。N值為水箱滿水,并有少量溢出。

3 工藝調試

工藝參數設置經實際生產運行后,要根據煮熟繭的外觀質量及繅絲生產的測試數據進一步優(yōu)化調試。減壓自動煮繭機主要調試溫度和時間。

3.1 溫度調試

需要調整的參數主要為滲透水箱水溫、調整水箱水溫、吐水溫度及蒸煮溫度。蠶繭的解舒率及繭層率關系到蠶繭的通水性和通氣性[6],一般而言,解舒率高通水性好,絲膠容易膨潤膨化,表現為蠶繭滲透充分,吐水速度快,蒸煮時溫度提升快,熱能容易達到蠶繭中內層。一般情況下,在同等解舒率情況下,繭層率增厚要適當提高溫度,煮繭過程中的滲透、煮熟、調整,既相互作用又相對獨立,在煮繭中要把設置的工藝參數與煮繭過程觀察的現象結合起來進行分析判斷,如在滲透中繭絲絲膠只能膨潤而不能膨化,滲透過程使用水溫高會提高滲透效果,但會增加吐水難度,因此可以通過觀察吐水難易程度對滲透溫度進行適當修正調整。吐水程度不夠,會使蒸汽熱能集中在蠶繭外層,嚴重影響中內層煮熟均勻程度,影響潔凈成績(主要表現為環(huán)颣增多),增加萬米吊糙。對解舒率不高、繭層率厚的莊口就要提高吐水溫度,一般情況下可以每次提高1～2 ℃,反之如果吐水過快,須降低吐水溫度,避免繭層失水發(fā)干影響潔凈成績(雪糙增多)。蒸煮溫度上升的速度快慢可以反映出吐水程度,蒸煮時的最高溫度設置,即T20設置值對煮熟繭的解舒率、萬吊、清潔、潔凈有非常大的影響。生產實踐證明,最高蒸煮溫度發(fā)生正負0.3～0.5 ℃的溫度調整都會對煮繭質量產生明顯作用和變化。通過真空降溫時序運行觀察,可以輔助判斷吐水、蒸煮質量高低。一般情況下,如果通過下視鏡看到有積水,說明吐水程度不好,如果繭色變得太白,說明繭層失水。減壓自動煮繭機的調整吸水是在真空狀態(tài)下完成的,因此可以大幅降低吸水溫度,避免癟繭產生。通過觀察車頭索理緒情況、繅絲運轉率、黑板成績等情況進一步優(yōu)選工藝參數。

通過生產實踐,對比測試分析,總結出繭層率為47～49%時溫度工藝設置范圍(表9),繭層率降低1%,溫度降低1～1.5 ℃,反之亦然。其中吐水和蒸煮分別采用兩個溫度點控制。

表9 不同解舒率的原料煮繭溫度參數Tab.9 The cooking temperature of the cocoon with different reel ability

3.2 時間調試

大部分時間工藝參數在主罐裝繭量確定后基本為定值,一般不需要調整。主要調整的是調整吸水及保護的時間,確定好適宜的出繭溫度。重點是T24、T25、T26的組合,如解舒率良好的莊口,可以減少T24、T25時間,增長T26時間;解舒率差的莊口,可以增加T24、T25時間,減少T26時間。

3.3 吐水、蒸煮溫度優(yōu)化

煮繭的吐水蒸煮溫度對煮繭質量起到關鍵作用[7]。吐水程度主要由T12、T13、T15跳轉溫度決定。T12、T15對下層繭子吐水有明顯作用,T13對主罐上層繭吐水影響較大,通過三者的優(yōu)選組合才能使上下層的繭子都有適當的繭層含水率;T14的時間也對吐水程度有一定影響。吐水程度的控制,直接影響到繭子煮熟的充分性、均勻性,對凈度成績有明顯影響。T17的跳轉溫度優(yōu)選,對均勻煮熟有一定影響,煮熟程度主要由T20跳轉溫度的優(yōu)選決定。煮熟程度的控制,對提高解舒、萬吊、繅折、清潔、潔凈成績有明顯影響,重點為T13、T20溫度優(yōu)選。主要參數優(yōu)選順序及方法如下:

先優(yōu)選T20跳轉溫度,此時可將其他幾個參數暫時固定:如T11為30 s,T12為25 s,T13為66 ℃,T15為69 ℃,T17為86 ℃,T14為15 s,T16為0 s,T19為0 s,調整水箱溫度48 ℃,滲透水箱溫度36 ℃。根據原料情況,初步確定T20跳轉溫度值。然后試煮,根據生產現場情況,判斷煮繭生熟狀況,如果判斷偏生,下一次T20跳轉溫度提高0.5 ℃,如果提高跳轉溫度后現場效果更好,就繼續(xù)提高T20跳轉溫度。優(yōu)選后期每次提高跳轉溫度幅度控制在0.2～0.3℃,直到生產現場變差,再根據優(yōu)選記錄,選擇一個最佳的跳轉溫度。每調整一次工藝,時間間隔在2～3 h,調整參數2 h以后開始在車間測試煮繭效果,主要測解舒率、萬米吊糙、索緒效率,每一個參數調整后測試2次以上,對應每一次參數調整做好詳細記錄。

T20跳轉溫度選定后,再優(yōu)選T13跳轉溫度,方法同上。每次調整幅度1～2 ℃,T15一般比T13高3～5 ℃,優(yōu)選方法同上。T17溫度在82～90 ℃,每次調整幅度1 ℃。然后優(yōu)選調整水箱溫度、滲透水箱溫度,水溫調整幅度每次增減2～3 ℃。

多因素工藝條件對煮繭質量的影響,可以采用正交試驗方法進行[8-9],然后進行200粒繭質調查及清潔、潔凈試樣,根據試樣結果優(yōu)選工藝參數。

2016—2019年部分莊口煮繭溫度工藝優(yōu)選結果如表10所示。

表10 不同地區(qū)部分莊口煮繭溫度設置Tab.10 The cooking temperature setting of some cocoon in different regions

3.4 典型特征莊口的工藝調試

在制絲生產中,原料繭質量千變萬化,針對不同的原料情況及生產實踐,總結了具有典型特征的原料的工藝調試方法,如表11所示。

表11 典型特征莊口的工藝調試方法Tab.11 The method of adjustment for the cocoon with representative characters

3.5 煮熟繭的鑒別

減壓自動煮繭機的絲膠溶失率一般為2%～3%[10],各地區(qū)由于水質情況不一樣,因此手感會有一定的差異。煮熟繭的質量需要與自動繅車頭工藝管理相結合,對于生絲等級要求達到5A級以上的煮繭方法,煮熟程度可以適當偏熟,以利于清潔、潔凈、抱合成績的提高。繭煮熟后主要表現為色澤呈白灰色,手感滑帶彈性,氣泡直徑小于2.0 mm,絲膠溶失率小于3.5%,蛹體硬度偏硬。

4 結 語

減壓自動煮繭機由于采用PLC程序控制,極大地提高了煮繭的精準程度和穩(wěn)定性,工藝調試方便、快捷、準確。特別是蒸煮的最高溫度T20的設置,多數原料對于0.5 ℃的調整幅度在繅絲生產中都會有顯著的變化和作用。因此,對設備的性能及工藝全面掌握有利于提高煮繭質量。

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