卷煙風力送絲系統平衡的新方法——二元等值替換法

摘要：卷煙風力送絲系統因隨機間歇供絲引起了系統內風量、風壓的劇烈波動，對卷煙生產、質量、物耗、能耗都有明顯影響。本文全面分析了現有多種系統平衡方法，提出了一種嶄新的方法，并從理論及實驗兩個方面論證了這種新方法的可行性、可靠性、有效性。

關鍵詞：風力送絲系統平衡 二元等值替換 簡潔有效

風力送絲系統工作機理，存在問題，在對現有解決方案等全面深入研究分析后，這里提出一種新方法——二元等值替換法。

1 原理

1.1 風力送絲是一個以懸浮氣力輸送方式進行的二相流運動，載體氣流的運動狀態是主要影響因素。當環境及工況相近時，可以認為被輸送物質（如煙絲）以及載流氣體的物理特性不變，如：容重、溫度、濕度、黏度等不變，則其運動狀態完全可簡化為一個以風量Q、風壓P為參變量的二元函數變化。

1.2 多機臺組成平衡系統，使各管系節點內的Q、P值不同，但各組Qi、Pi值則必是相對平衡的。

1.3 由于間歇、短時、不定時的工作特點，使系統存在極復雜的動態變化，N=2n（種），這是導致系統失衡，Q、P劇烈波動的主因。

1.4 管系是按生產工藝要求在滿負荷條件下，設計建造的固定物理構筑物，具有明確的適用條件和范圍，所配風閥對管系特性只有微調功能。

1.5 動態對動態的平衡控制方法，缺乏可信的控制基準目標，且難響應變化頻度過大過快情況，難免控非所需。

于是有如下結論：

同時控制系統各節點的風量Q、風壓P變化是關鍵；用補入等量值替代隨機中止運動的工況值是使系統氣流呈連續穩定、平衡狀態運動、波動很小的最簡潔有效的途徑。

本方法的原理正是如此：

令Qi′=Qi、Pi′=Pi實現同步等值替換，從而達到有效平衡系統的目的。

式中：Qi、Pi——某一支管設計或調試后平衡的風量、風壓值。

Qi′、Pi′——在對應節點瞬間補入用以平衡、穩定系統的風量、風壓值。

2 技術方案

基于上述原理，二元等值替換法的技術方案是：

在各機組回風管進口處設一旁通管，配創新的風閥和消聲阻尼器（以后簡稱二元平衡器），使Qi=Qi′、Pi=Pi′，用簡潔的開關信號把二元平衡器和卷煙機組落絲斗聯接，實現同步控制。工作過程簡述如下：

2.1 當某一卷煙機組工作時，根據料位情況由落絲斗下倉光電料位計發生要絲信號，同時控制落絲斗、翻板閥、吸絲管和回風管氣動閥，二元平衡器。

2.2 供絲時，這臺卷煙機組上的吸絲管和回風管氣動閥打開，在除塵主風機氣體負壓作用下，以設定的風量Qi、風壓Pi通過對應的第i根吸絲管，從送絲機中抽吸煙絲送至卷煙機組落絲斗上倉。此時，二元平衡器關閉，該支管氣流以Qi、Pi狀態運動。

2.3 供絲過程一結束，卷煙機組上的吸絲管和回風管氣動閥立即關閉，以Qi、Pi狀態運動的氣流中止；與此同時，二元平衡器開啟，呈Qi′、Pi′平衡氣流立即補入，由于Qi =Qi′、Pi=Pi′，所以此支管中氣流的運動狀態基本不變，對總管的氣流運動的貢獻也幾乎不變，使得系統處于穩定平衡狀態。

2.4 對于由多臺卷煙機構成的風力送絲系統，按本方法將在每一支管分別配裝二元平衡器，并使各組風量（Qi）、風壓（Pi）一一對應成二元等值替換量。實現工作氣流與替換氣流可瞬間等值相互切換。于是，生產時不論任一機組停啟或任幾臺機組停啟時，總有一一對應Qi、Pi值相同（至少相近）的一股或多股氣流瞬間補入，這就徹底消除了因幾臺卷煙機組間歇無規則啟停造成的N=2n種隨機變化組合，十分有效地抑制了Q、P的波動，使整個系統始終在比較平衡的狀態下穩定地運行。

2.5 二元平衡器是一個可同時控制流量（Qi）、風壓（Pi）的創新裝置，在各支管上配裝的Qi、Pi值都不一樣。

3 應用

3.1 在變管徑風力送絲系統上的(應用（詳見附圖一）

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圖一

在這類多支路變管徑系統中，每一支管與主管的節點的風量、風壓平衡通常是通過調整相互管徑來實現的，因此，其自身平衡調節能力很有限。滿足平衡條件的通過氣流的Qi、Pi兩個主要參數的有效范圍是較窄的。顯然，用本創新方法時，因Qi=Qi′、Pi=Pi′，工作氣流和補入氣流是互相瞬間切換、等量替換關系，所以系統可在近似設定平衡狀態下穩定運行達到均衡風力送絲的目的，而采用前述任一種動態風動調節閥調節方式時，因系統是無規則突發性缺量引發波動，則對應已中止工作氣流的支管的“調節”是毫無意義的。

3.2 在等管徑風力送絲系統上應用（詳見附圖二）

就風力送絲工況特點，等管徑系統本身就比變管徑系統具有許多優點。最突出的特點是各支管等徑、多管集中匯流。因此，各支管間的互相干擾少，風量、風壓變化適應能力強。在這種系統上應用二元等值替換法，效果更出色，可使系統運行更為平衡穩定。

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圖二

4 本新方法的積極效果

4.1 由于本方法采用了一一對應等值參變量作間歇中止工況風量風壓的替代量，并在瞬間實現需求響應的方式。因此，可使各支路和整個系統處于近似恒流平穩運動狀態，這遠比其它現有效果要好得多。

4.2 穩定的載體氣流運動，可使系統在較逼近設計優化的理想工況條件運行。這至少有三大收益：

①確保了卷煙生產的順利進行，消除了因風量、風壓劇烈變化引起的供絲不暢影響生產情況。

②十分有效地抑制了因卷煙機隨機間歇要絲或中止工作氣流運動引發的系統氣流運動激烈波動情況，減少了煙絲造碎及香氣損失，降低了物耗。

③為卷煙精細化生產提供了必要條件，即可按各機組送絲管長不同而造成的香氣、水分損耗不同，預先設定損耗預留量，則可使以往同批煙絲不同卷煙機組卷制后成品煙水分、香氣有差異的情況得到明顯改善。

4.3 本發明包含了平衡方法和平衡組件兩項創新

①二元等值替代平衡法。是一種嶄新的機理性方法，因而具有較普遍的適用性，可以作為一種新方法推廣應用，不但煙草行業適用，其它行業類似工況條件的地方也適用。

②風量、風壓二元參數平衡組件是一個創新裝置，其創意點是用氣動/電動閥控制替換流量Qi，用調節等導程螺旋阻尼器長度控制替換風壓Pi，實現二元參數同步控制，并具有消聲功能。此裝置可廣泛用于氣力系統中需控制進氣風量、風壓、次數間隔等參數的工況。