離線梗絲分離技術在PROTOS70中的應用

熊克林，戴衛良，林國華，劉東

(常德卷煙廠，湖南常德415000)

PROTOS70卷接機組20世紀90年代初期從德國HAUNI公司引進，車速7 000支/分，是目前國內煙草企業卷接設備的主流機型之一。在實際使用過程中發現，由于該機型梗絲分離系統只有一級、二級風選裝置［1］，存在梗絲分離不徹底的現象，導致在煙條煙絲中含有梗簽，有刺破煙支表面的品質、缺陷風險，此外剔出的梗簽普遍含有3%～5%的煙絲，造成一定煙絲原料的浪費。為克服上述問題，參照PROTOS-M5卷接機組梗絲分離原理［2］，利用離線梗絲分離技術，研制加裝離線梗絲分離裝置。

1 離線梗絲分離裝置的結構分析

PROTOS70卷接機組梗絲分離后，煙梗出口位置比較低，離線梗絲分離裝置增加了梗絲混合物長距離垂直提升通道(圖1)，該裝置主要由梗絲混合物垂直提升通道3、第一閘輥裝置7、“之”字形風選通道8、空氣與煙絲分離盒6、第二閘輥裝置5等組成。其特有構造主要完成梗絲混合物長距離垂直提升，使煙梗和煙絲在“之”字形風選通道徹底分離。梗絲混合物在“之”字形風選通道中，一邊上升，一邊左右擺動，每擺動一次，煙梗和煙絲松散一次，便于風選。“之”字形風選通道越長，左右擺動次數越多，煙梗和煙絲松散次數越多，風選效果越好。

圖1 離線梗絲分離裝置結構示意圖

2 離線梗絲分離裝置的原理分析

2.1 梗絲混合物垂直提升通道

當負壓風出口12與負壓風機連接時(圖2)，梗絲混合物垂直提升通道內形成一股從離線梗絲分離進口1到負壓風出口12的空氣流(如箭頭所示)。從PROTOS70卷煙機梗絲混合物出口2排出梗絲混合物落入第三級梗絲分選進口1后，立即被空氣流攜裹帶到垂直提升通道的頂部。具有一定速度的空氣和煙梗煙絲沿著外圓弧壁9的內道作圓周流動。作圓周運動的物體會產生離心力，煙梗煙絲的密度比空氣大，煙梗煙絲產生的離心力比空氣大［3］。因此煙梗煙絲緊貼著外圓弧壁9的內壁向前運動，最后落到閘輥裝置7的入料口，通過閘輥裝置7把煙梗煙絲送到“之”字形風選通道8的入口，空氣則進入負壓風出口到達負壓風機，實現了空氣和煙梗煙絲的分離。

圖2 梗絲混合物垂直提升通道

本提升通道連續性地把煙梗煙絲輸送到“之”字形風選通道的入口，避免了煙梗煙絲在輸送過程中，形成新的煙梗煙絲團，為下一步的風選做好了準備。

2.2 閘輥裝置

葉片21和葉片軸22在電機的帶動下不停地轉動(圖3)，煙梗煙絲落在葉片軸22上方，煙梗煙絲隨葉片21和葉片軸22一起轉動到葉片軸22下方，在重力的作用下，煙梗煙絲落入提升通道煙梗和煙絲出口11，閘輥裝置的作用是固態物料(煙梗煙絲)可以通過，空氣無法通過［5］。

提升通道梗絲混合物出口11與“之”字形風選通道8的入口直接相連。梗絲混合物出口11通道內的空氣壓強處于輕微真空狀態，為了使煙梗煙絲快速進入之字形風選通道8，在提升通道出口11設計一個有一定斜度的小截面進氣通道23。這樣在提升通道煙梗和煙絲出口11的通道內，形成一股低速的空氣流，空氣流的方向從閘輥裝置出口流到“之”字形風選通道8的入口。

圖3 閘輥裝置

2.3 “之”字形風選通道

“之”字形風選通道(圖4)利用不同的物料具有不同的懸浮速度特性［4］，從而將它們實現分離，利用風選將煙梗、雜質從煙絲中除去，稱為風選除梗。

圖4 “之”字形風選通道

物料在氣流中受著氣流升力和自身重力的作用，當兩力相等時，物料在氣流中處于平衡的懸浮狀態，此時的氣流速度稱為物料的懸浮速度，用Vf表示。當氣流速度V＜Vf時，物料便沉降;當氣流速度V＞Vf時，物料便上升，被氣流帶走。物料懸浮速度的大小，取決于自身的密度、形狀、受風面積等因數，其中受風面積的大小是影響懸浮速度的重要原因。

“之”字形風選通道正是根據煙絲懸浮速度Vf絲和煙梗Vf梗浮速度不同，利用Vf絲＜Vf梗的特點，通過合理調節第二負壓風15大小，在通道中形成氣流速度大于Vf絲而小于Vf梗的氣流，實現煙絲往上升，煙梗向下沉降，達到梗絲分離。

在實驗中，發現有一些梗絲混合的煙絲團，大小不等，質量不一，無法用風選的手段去除其中的煙梗。“之”字形風選通道中氣流一邊上升，一邊左右擺動，煙絲團隨著氣流一邊上升，一邊左右擺動。經過多次擺動，煙絲團完全松散開來，這樣對煙梗、煙絲進行徹底分離。

當第二負壓風出口15與負壓風機連接時，“之”字形風選通道內便形成一股從煙梗出口19流動到第二負壓風出口15的空氣流。在第二負壓風出口15安裝閥門，改變閥門開口的大小，可以控制“之”字形風選通道內的氣流速度。

煙梗煙絲由煙梗煙絲入口18進入“之”字形風選通道8內，煙梗從“之”字形風選通道8的下面排出，煙絲被氣流托到加速通道17處。

由于風選的需要，“之”字形風選通道8內的氣流速度比較低。而在圓弧板16處需要進行煙絲與空氣流的分離，作圓周運動的物體會產生離心力，煙絲的密度比空氣大，煙絲產生的離心力比空氣大。因此煙絲緊貼著圓弧板16的內壁向前運動，最后落到閘輥裝置5的入料口，通過閘輥裝置5把煙絲送到煙絲出口4。空氣進入第二負壓風出口到達負壓風機。這樣實現空氣和煙梗煙絲的分離。因此，在圓弧板16處，氣流速度和煙絲速度越快，分離效果越好。為了解決之字形風選通道8內的氣流速度比較低，而圓弧板16處氣流、煙絲速度要求比較高的矛盾。在加速通道17處，通道的截面積逐漸變小，氣流和煙絲速度逐漸變快［6］。

3 改進效果

離線梗絲分離裝置改進完成后，經過單臺設備半年的試運行，實現了將梗中含絲的比率由3%～5%降到了1%以下，單班節紙煙絲10～15 kg，應用效果理想。之后經過兩年時間的跟蹤檢查，運行可靠，維護方便，具備推廣使用的價值。

［1］常德煙草工業機械廠.PROTOS70調整手冊［R］.2001：49-83.

［2］德國HAUNI公司.PROTOS-M5基礎件立體圖冊［R］.2005：152-178.

［3］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004：138-176.

［4］初嘉鵬，賀鳳寶.機械設計基礎［M］.北京：中國計量出版社，2002：63-75.

［5］吳建生.工程力學［M］.北京：機械工業出版社，2003：176-220.

［6］方良元.機械基礎［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2003：192-210.