新型煙絲膨脹裝置的設計

2014-09-19 08:37:32劉廣洲

機械制造與自動化 2014年6期

劉廣洲

(吉林煙草工業有限責任公司,吉林延吉133001)

1 膨脹裝置設計的背景:

目前所采用的煙絲膨脹技術中,較為普及的是二氧化碳煙絲膨脹技術、氟利昂煙絲膨脹技術和氮氣煙絲膨脹技術,其中以二氧化碳煙絲膨脹技術使用最為普遍。利用這些煙絲膨脹技術膨脹的煙絲填充值較高,一般情況下可以達到50%以上,但該技術生產的膨脹煙絲的造碎率高,煙絲損耗較大,煙絲香氣損失較大、枯焦氣重、煙氣干燥,同時這些技術的工藝復雜,設備維護成本和生產成本較高,因此,對煙絲膨脹新技術的探索也在不斷進行。

煙絲膨脹技術的發展趨勢是尋求一種相對低廉的膨脹介質,通過使用適當的溫度和壓力相結合來實現煙絲的膨脹,在這一思想的指導下,設計開發一種利用蒸汽為介質的連續在線煙絲膨脹裝置成為目標。對于提高行業工藝設備自主創新能力、發展中式卷煙和形成中式卷煙核心加工技術無疑具有十分重要的意義和作用。

2 煙絲膨脹裝置結構

設計的煙絲膨脹氣鎖是煙絲膨脹系統的重要部件,煙絲膨脹氣鎖能夠在<250℃的溫度環境下,在不發生卡滯的情況下保證≤0.8 MPa的壓力密封性。其結構如圖1所示。

圖1 煙絲膨脹氣鎖

煙絲膨脹氣鎖殼體上設置有煙絲進口、煙絲出口、蒸汽進口和進料前的余汽釋放口。經電加熱器加熱的過熱蒸汽通入蒸汽進口,進料前的余汽釋放口用于進一步減少煙絲進口的蒸汽泄漏量。氣鎖的進料口安裝有進料排潮罩,收集進料口泄漏的蒸汽。氣鎖出料口為方形口,聯接熱風定型系統的進料口。方口的作用在于煙絲在釋放膨脹的瞬間能夠產生較大的開度,以獲得瞬時降壓,提高煙絲膨脹率的效果。

氣鎖殼體與星形轉子之間的密封采用了軸向間隙自動補償機構和徑向間隙自動補償機構,以補償在溫度變化過程中殼體和轉子的熱膨脹不一致而可能產生的卡滯或泄漏。星形轉子的輻板頂端裝設有徑向間隙自動補償機構,星形轉子的側板外側設有軸向間隙自動補償機構。軸向間隙自動補償機構的具體結構為:在星形轉子的兩側板上安裝隨星形轉子旋轉的動密封環,在閥殼腔內安裝靜密封環,靜密封環可以在彈簧等彈性元件提供的推力下,沿軸向與動密封環保持接觸,通過動靜密封環之間的接觸可以實現星形轉子兩側的密封。徑向間隙自動補償機構的具體結構:包括一插入在星形轉子輻板頂端開設的凹槽內的密封滑條,凹槽中裝設彈簧,彈簧抵住密封滑條的底部;密封滑條的底部由固定在星形轉子輻板頂端的壓板夾持;密封滑板通過裝設在其底部的彈簧壓縮,頂在閥殼腔內弧面上。在工作過程中,當氣鎖因溫度變化而導致殼體和星形轉子各部件熱脹冷縮時,徑向間隙自動補償機構使星形轉子的輻板頂端處的密封滑條可與殼腔內壁保持接觸,軸向間隙自動補償機構保證星形轉子的兩側密封,不會因膨脹或收縮而出現泄漏或卡滯。同時,采用該間隙自動補償裝置,可進一步避免密封件磨損失效的問題,減少因更換密封件而停機的檢修次數。軸向密封裝置如圖2所示,徑向密封裝置如圖3所示。

圖2 軸向密封裝置

圖3 徑向密封裝置

3 膨脹裝置的設計計算

3.1 主要結構尺寸的確定

煙絲膨脹氣鎖的結構尺寸是決定額定生產能力的重要參數,選擇煙絲充填氣鎖腔體的

根據生產流量計算公式

式中:Q——額定生產流量,采用雙氣鎖進料,Q＝1 000/2＝500 kg/h

n——氣鎖轉速,初定氣鎖轉速n＝8 r/min

r——氣鎖半徑,r＝250 mm

l——氣鎖長度,初定值為 l＝350 mm

ρ——物料堆積密度,ρ＝150 kg/m3

g——重力加速度,g＝9.8 m/s2

代入數據計算可以得到:

取整氣鎖腔體半徑為r＝250 mm,因此確定氣鎖結構尺寸為:半徑r＝250 mm,腔體長度 l＝350 mm。

3.2 轉軸受力分析

氣鎖星形轉子采用球墨鑄鐵整體鑄造后加工而成,氣鎖星形轉子軸兩端有軸承支承,一端可自由伸縮,中間懸空,為典型簡支梁結構。氣鎖星形轉子軸受力主要是承受彎矩和扭矩。就氣鎖星形轉子軸受力變形而言,扭矩相對彎矩很小,在實際計算時可忽略不計。按純彎矩作用時,氣鎖星形轉子軸的受力情況如圖4所示。氣鎖星形轉子軸的均布載荷由2部分組成:1)氣鎖星形轉子軸的自重;2)蒸汽壓力作用于轉子輻板上產生的載荷,二者疊加而成。