蘇海龍，高 華，劉 文，王 爽

（紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠，云南 玉溪 653100）

0 引 言

風(fēng)分機(jī)作為打葉復(fù)烤核心設(shè)備，風(fēng)選物料進(jìn)入風(fēng)分機(jī)時，采用輔助拋料方式將物料拋送至風(fēng)分機(jī)倉體內(nèi)，現(xiàn)階段風(fēng)分工藝設(shè)備普遍存在分離精度低、效率低、物料后置、造碎大和能耗高等共性問題，風(fēng)分機(jī)拋料方式對風(fēng)分機(jī)風(fēng)選關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)有直接的影響。

1 存在的問題

在打葉風(fēng)分加工工藝中，基于物料慣性風(fēng)分原理，為使物料進(jìn)入風(fēng)分前具有一定初速度，傳統(tǒng)風(fēng)分設(shè)備大多采用氣鎖式拋擲器拋料，即一個帶有放射狀拋臂的旋轉(zhuǎn)拋料輪，靠旋轉(zhuǎn)輪上的拋臂進(jìn)行拋料。此處煙葉流量大，煙葉容易纏繞，同時物料在拋擲過程中與金屬齒板摩擦、撞擊，產(chǎn)生煙葉造碎[1]。

近年來，一些企業(yè)采用高速皮帶拋料代替?zhèn)鹘y(tǒng)拋料器，這種高速皮帶拋料因物料不與金屬旋轉(zhuǎn)輪直接接觸，可降低造碎，但也存在一些缺陷，如回帶料嚴(yán)重，造成原料浪費。為達(dá)到設(shè)計的物料拋速，皮帶輪須高速旋轉(zhuǎn)，此時易出現(xiàn)皮帶跑偏故障，維護(hù)量大，且維護(hù)困難；高速進(jìn)料的設(shè)計，所需風(fēng)分設(shè)備體積較大。因此，一些企業(yè)開始用風(fēng)拋來輔助高速皮帶拋料，其在高速皮帶與風(fēng)分倉的接口處下方設(shè)置風(fēng)管，用側(cè)向風(fēng)對拋入的物料進(jìn)行進(jìn)一步提速吹散，但該側(cè)向風(fēng)進(jìn)入風(fēng)分倉后，因截面積迅速擴(kuò)大而風(fēng)速銳減，故仍難以對高度糾纏化的物料進(jìn)行充分分散。若進(jìn)一步提高側(cè)向風(fēng)的風(fēng)速，造成的問題一是能耗巨大，二是會嚴(yán)重干擾風(fēng)分倉內(nèi)從下向上吹的主流風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)場分布，造成風(fēng)場紊亂，干擾風(fēng)分[2]。

現(xiàn)階段基于上述3 種進(jìn)料模式展開系統(tǒng)研究，分析其不同優(yōu)缺點，為后續(xù)風(fēng)分器的綜合優(yōu)化提供重要依據(jù)。

2 拋料軌跡模擬

基于風(fēng)場模擬情況，為進(jìn)一步客觀分析進(jìn)料方式的科學(xué)性，對試驗過程錄制的視頻進(jìn)行了拋物軌跡分析，同時進(jìn)行拋物線理論分析[3]。

試驗物料：打后片煙（中等、低等級）、打后煙梗（中部）。

模擬過程：

（1）樣品物理特性

取若干打后葉片與煙梗，分別測得單個煙片（Φ12.7 mm）物理特性：煙葉質(zhì)量M葉=0.000 015 442 2 kg，煙葉面積S葉=0.012 7×0.012 7=0.000 161 29 m2，單個煙梗（長度L=25 mm）。物理特性：煙梗質(zhì)量M梗=0.000 273 kg，煙梗面積S梗=0.025×0.004=0.000 1 m2。

（2）模擬原理

葉片和煙?；旌衔锪贤ㄟ^不同拋料模式、速度和角度拋出，在風(fēng)分倉內(nèi)受風(fēng)場和重力場作用下產(chǎn)生不同的運動，計算出水平方向位移Vx 與豎直方向位移Vy 之間的關(guān)系，便可模擬出理想狀態(tài)下物料運動軌跡，計算過程公式如下：

其中，C 為葉片和煙梗的風(fēng)阻系數(shù)，因本試驗為理想狀態(tài)下模擬，此處將物料看作均勻球體，C 值取0.5[4]；ρ 為玉溪地區(qū)空氣密度，ρ=1.29×0.83=0.996 kg/m3（海拔1 800 m，溫度20 ℃）。

3 高速帶、拋料輥與氣帶料軌跡模擬對比

高速帶拋料模式，高速帶帶速為5 m/s，拋料角為21°；拋料輥拋料模式，拋料輥轉(zhuǎn)速為400 r/min，直徑216 mm，拋料角度為10～30°，出口線速度為4.523 8 m/s；氣帶料拋料模式，氣流流速V=11 m/s，拋料角度為0°。

對比3 種拋料模式出口軌跡圖可知（圖1、2、3），高速帶、拋料輥和氣帶料的分離系數(shù)分別為0.52、0.40、0.10，高速帶模式拋料在出口區(qū)域梗葉分離效果最佳，但是由于出口拋料初速度的不同，氣帶料模式下單位面積內(nèi)物料更少，且在空間內(nèi)分布更均勻，僅為拋料輥模式的47.60%，高速帶模式的45.50%，有效避免了煙葉與煙梗之間相互疊加，提高了風(fēng)分效率，同時顯著表現(xiàn)采用氣帶料拋料型風(fēng)分機(jī)設(shè)備布局的優(yōu)越性[5]。

圖1 高速帶拋料軌跡

圖2 拋料輥拋料軌跡

圖3 氣帶料拋料軌跡

4 氣帶料模式下不同拋料角度軌跡模擬對比

為進(jìn)一步研究氣帶料拋料模式下，不同角度拋料軌跡下最佳梗葉分離效果，并結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝布局，確定風(fēng)分設(shè)備最佳結(jié)構(gòu)和布局，現(xiàn)對氣帶料不同拋料角度軌跡進(jìn)一步深入試驗，并制定拋料軌跡圖（圖4、5）。

圖4 氣帶料-5～30°煙梗拋料軌跡

圖5 氣帶料-5～30°煙葉拋料軌跡

將5 種不同拋料角度梗葉分離進(jìn)行詳細(xì)分解，檢測梗葉分離高度、分離系數(shù)，表1 為5 種拋料角度的測試結(jié)果：

表1 不同拋料角度軌跡測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果對比不同角度拋料軌跡和表1 可以看出，在出口段（0～1 m）內(nèi)0～-5°拋射角梗葉分離效果最佳，具體體現(xiàn)為在該角度下，出口段豎直方向±0.1 m 內(nèi)便可初步將葉片與煙梗分離，對于風(fēng)分機(jī)倉體結(jié)構(gòu)設(shè)計，有利于減小風(fēng)分倉的占地面積與高度，降低風(fēng)機(jī)能耗，更加合理對打葉風(fēng)分工藝進(jìn)行布局。

5 氣帶料模式下不同帶料風(fēng)速軌跡模擬對比

從拋射角0～-5°不同帶料風(fēng)速出口軌跡對比可以看出（圖6、7、8），較小的帶料風(fēng)速更有利于將葉?？焖俜蛛x，但考慮到高速拋料帶來的物料攤薄效果（單位面積內(nèi)物料量大?。┹^佳，還需結(jié)合實際試驗情況，進(jìn)一步實際測試后才能確定最佳氣帶料風(fēng)速大小。通過模擬結(jié)果可以看出，氣帶料模式下單位面積內(nèi)物料更少，且在空間內(nèi)分布更均勻，有效避免了煙葉與煙梗之間相互疊加，提高了風(fēng)分效率。

圖6 氣帶料11 m/s 拋料出口軌跡

圖7 氣帶料8 m/s 拋料出口軌跡

圖8 氣帶料6 m/s 拋料出口軌跡

6 新型氣帶料進(jìn)料模式結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述試驗結(jié)果，氣帶料模式可顯著提高風(fēng)分效率、降低風(fēng)分過程造碎。要在寬度3～4 m 的風(fēng)分倉內(nèi)實現(xiàn)高效離心力，首先要保證新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置出口具有高速、低量且均勻連續(xù)的拋料氣流。因此，設(shè)計一組新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置，其結(jié)構(gòu)采用多段氣管進(jìn)氣，通過不同位置的氣流通道變徑達(dá)到氣壓均勻分配的效果，新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置出口采用扁口集壓設(shè)計（圖9），具有較好的氣流集束作用[6]。

圖9 新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置外觀設(shè)計圖

新型氣帶料進(jìn)料結(jié)構(gòu)設(shè)計包括喇叭口進(jìn)風(fēng)端、第一級均風(fēng)、通風(fēng)管、第二級均風(fēng)和第三級均分（圖10）；三級均風(fēng)管道管徑從正壓風(fēng)進(jìn)口由大到小變化，每級均風(fēng)管道通過喇叭管變徑連接，減少風(fēng)量傳遞損耗，使風(fēng)量均勻軸向分配，其三級均風(fēng)管道中心同心[7]。

圖10 新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置結(jié)構(gòu)圖

第一級均風(fēng)徑向尺寸較大，通過變徑式喇叭口和風(fēng)機(jī)風(fēng)管連接，提供拋送物料所需正壓風(fēng)源，第一級均風(fēng)風(fēng)量經(jīng)連接管道分配到均風(fēng)扁管內(nèi)；同理，第二級均風(fēng)和第三級均風(fēng)管徑尺寸逐級變小，均通過連接管道將風(fēng)量分配到均風(fēng)扁管內(nèi)，再次將三級均風(fēng)風(fēng)量均勻，減小軸向風(fēng)量大小差異。三級分配的風(fēng)量在均風(fēng)扁管內(nèi)混合后，扁管出風(fēng)端尺寸梯級減小，出風(fēng)口結(jié)構(gòu)為矩形間隙，使拋送物料風(fēng)量均勻、高速，通過調(diào)節(jié)拋料裝置角度，可實現(xiàn)物料拋送角度可控、導(dǎo)向可控、物料松散效果可控[8]。

通過新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置風(fēng)場模擬圖可以看出（圖11），新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置出口風(fēng)速在橫向上分布均勻，縱向上呈階梯式排布，氣流在離開新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置進(jìn)入風(fēng)倉后迅速衰減，對主流風(fēng)分風(fēng)場無明顯影響[9]。

圖11 風(fēng)場模擬圖

工作過程：風(fēng)選物料經(jīng)輸送裝置輸送至新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置出風(fēng)口處，由高速風(fēng)量引導(dǎo)物料，攤薄物料高效拋送至風(fēng)分倉體內(nèi)，進(jìn)料過程是由風(fēng)力引導(dǎo)物料拋入風(fēng)分倉內(nèi)，拋送物料初速度可由送料風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)，便于調(diào)整物料在風(fēng)分倉體內(nèi)的風(fēng)選落料位置，物料拋射角度可由拋料角度調(diào)節(jié)裝置根據(jù)需求調(diào)整；物料被均勻松散拋送進(jìn)風(fēng)分倉體內(nèi)，拋送過程單位面積內(nèi)物料更少，且在空間內(nèi)分布更均勻，有效避免了煙葉與煙梗之間相互疊加，顯著提高了風(fēng)分效率；該結(jié)構(gòu)進(jìn)料部分需求風(fēng)量較小，物料拋入風(fēng)分倉后氣流對主風(fēng)場影響不大，相對傳統(tǒng)拋料輥拋料風(fēng)分過程造碎率顯著降低（圖12、13）[10]。

圖12 風(fēng)選樣機(jī)

圖13 新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置

7 結(jié) 語

打葉后物料經(jīng)新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置拋送，物料根據(jù)煙葉等級物理及化學(xué)特性，調(diào)節(jié)拋料角度，物料被均勻拋送風(fēng)分倉體內(nèi)，經(jīng)風(fēng)分機(jī)風(fēng)選風(fēng)場充分風(fēng)選，物料浮選時間增加，應(yīng)用試驗中，倉內(nèi)主風(fēng)場左中右側(cè)基本均衡，各優(yōu)化結(jié)構(gòu)的效果符合設(shè)計預(yù)期，倉內(nèi)風(fēng)場更加均衡，根據(jù)等單位對標(biāo)，由質(zhì)量參數(shù)取樣結(jié)果，在相同生產(chǎn)條件下，改造進(jìn)料拋料裝置后風(fēng)分機(jī)比原有風(fēng)分機(jī)風(fēng)分效率提高5.70%，整線碎末率降低0.11%。通過新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置的應(yīng)用，能夠分離出多個規(guī)格物料，高效離心力風(fēng)分倉結(jié)構(gòu)整體風(fēng)場更為均勻，新型氣帶料進(jìn)料拋料裝置采用高風(fēng)速、低風(fēng)量設(shè)計，拋料部分對主風(fēng)場無明顯干擾，該裝置的應(yīng)用符合現(xiàn)階段行業(yè)實現(xiàn)打葉風(fēng)分設(shè)備少打、輕打、多打、多分的柔性加工要求。