補風閥在子棉烘干工藝中的應用

谷國富+陳生超+史書偉

摘要：隨著機采棉技術在新疆地區的應用，機采棉在中國所占比重增加，而機采棉由于回潮率高，需要在整個棉花加工過程中設置合理的子棉烘干工藝。分析了不同子棉回潮率下采用的子棉烘干最佳熱風溫度，并設計了一款補風閥來根據喂入子棉回潮率的不同調整補風程度。

關鍵詞：機采棉；回潮率；熱風溫度；補風閥

中圖分類號：S237 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）23-4601-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.046

Abstract： In recent years， with the application of the technology of harvesting cotton by cotton-picker in Xinjiang region， the machine-harvested cotton account for the larger proportion in China. But due to the high moisture regain in machine-harvested cotton， it needs to set reasonable process of seed cotton drying during the whole cotton processing. The best hot air temperature during the process of seed cotton drying under the different seed cotton moisture regain was explored， and design a air valve which can adjust the fill degree of the wind according to the different seed cotton moisture regain.

Key words： machine-harvested cotton；moisture regain；hot air temperature；the valve for makeup air

子棉烘干工藝作為棉花加工工藝中的主要組成部分，主要應用在子棉清理前，以保證對子棉的清理效果[1，2]。在子棉烘干工藝中，最主要的控制熱空氣的溫度，過低的溫度起不到相應的烘干效果，而過高的溫度會損害棉纖維[3，4]，以往的研究表明，進入子棉清理機的子棉回潮率最好應該在6%左右[5-10]，這就要求熱風爐提供的熱風溫度應根據喂入子棉回潮率的不同進行相應的調節。中國棉花烘干工藝中普遍采用的是燃煤熱風爐，溫度調節滯后性比較強[11]，這就很難根據需求來調整熱風溫度。

本研究通過現場試驗測得不同子棉回潮率下的最佳烘干熱風溫度，并開發了一種補風閥，通過試驗測試了該補風閥不同開合下的補風程度，進而計算不同補風程度下的混合熱風溫度，這樣在棉花加工廠就可以根據喂入子棉回潮率的不同來調節補風閥的補風程度，從而起到調節熱風溫度的目的。

1 補風閥的設計

根據熱風爐熱風輸出管道尺寸的大小，設計補風閥的尺寸如圖1所示。

補風閥外殼的進風口為直徑600 mm的圓孔，圓孔與熱風管道連接，兩側為2個500 mm×300 mm的方孔補風入口，補風入口直接對向室外；補風閥外殼出口為直徑710 mm的圓孔，圓孔與吸風機接口連接。補風閥內部是3塊鋼板，其中寬度為600 mm的鋼板嵌入到熱風入口，寬度為300 mm的鋼板嵌入到補風入口，300 mm寬度鋼板與600 mm寬鋼板垂直焊接到軸上，并隨軸一起轉動。補風閥安裝實物如圖2所示。

2 試驗方法

2.1 不同角度下轉子補風試驗

儀器：Y5-48 N0 8C型引風機（鄭州中環風機廠）、VS310型風量測量儀（南京能兆科技有限公司）。設定當補風閥轉子為0 °時，為完全進風，補風量為0；當補風閥轉子為90 °時，為完全補風，補風量為100%。在補風閥進風口管道和出風口管道上分別安裝風量測量儀，如圖3所示，測得的數據分別為Q1、Q2，分別測量轉子轉動角度為0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°時補風閥進風口和出風口管道上風量，測得結果如表1所示。

2.2 不同子棉回潮率下最佳烘干溫度的測試

為了使子棉進清理機前的回潮率達到最佳的6%左右，就要找到不同烘干熱風溫度對子棉回潮率的影響規律。因此，在新疆兵團129團棉花加工廠進行了相關試驗，在烘干前后安裝了子棉回潮率在線檢測裝置，如圖4所示。

目前，棉花加工廠收取的棉花回潮率一般控制在13%以下，所以分別選取回潮率在6%～7%、7%～8%、8%～9%、9%～10%、10%～11%、11%～12%、12%～13%幾個區間內的子棉，在不同區間子棉喂入過程中，不斷調整烘干熱風溫度，測試不同區間內使子棉回潮率烘干達到6%左右的熱風溫度，結果如表2所示。

3 結果與分析

圖5為補風閥轉子不同開合角度下進風口和出風口風量變化趨勢，從圖5中可以看出，隨著補風閥轉子的轉動，出風口內風量沒有明顯的變化，這說明該補風閥的應用不影響進風總體的進風量，對后面子棉的輸送不會造成影響。當補風閥轉子從0 °轉到90 °的過程中，進風口風量從最大的19 600 m3/h，降低到0 m3/h，而且整個變化過程呈直線。

由于中國目前子棉調濕工藝中基本采用的是燃煤型熱風爐，提供的最高熱風溫度不超過180 ℃，假設熱風爐為子棉調濕提供的是穩定的160 ℃熱風，新疆室外空氣為0 ℃，那么根據補風程度，補風閥轉子不同開合角度下，子棉烘干工藝提供的熱風溫度如表3所示。根據子棉回潮率變化和烘干熱風溫度之間的關系可以推出，當熱風爐提供的熱風溫度為160 ℃時，不同子棉回潮率下，要想達到最佳的子棉回潮率，補風閥轉子的開合角度如表4所示。

4 小結

通過一系列的試驗和分析，可以得出以下結論。

1）補風閥結構設計合理，可以做到100%補風，且補風過程中不影響出風口總體的出風量，對后面子棉的輸送不會造成影響。

2）當補風閥轉子從0 °轉到90 °的過程中，進風口風量從最大降低到0 m3/h，且進風口風量的變化與補風閥轉子的轉動角度成正比。

3）回潮率分別在6%～7%、7%～8%、8%～9%、9%～10%、10%～11%、11%～12%、12%～13%區間內的子棉對應的最佳烘干溫度為50、60、70、90、105、130、160 ℃。

4）回潮率分別在6%～7%、7%～8%、8%～9%、9%～10%、10%～11%、11%～12%、12%～13%區間內的子棉對應的轉子轉動角度分別為60°、55°、50°、40°、30°、20°、0°。

參考文獻：

[1] 棉花加工標準工藝研究項目組.籽棉烘干工藝研究[J].中國棉花加工，2008（2）：16-18.

[2] ANTHONY W S. Performance characteristics of cotton ginning machinery[J].Trans ASAE，1990，33（4）：1089-1098.

[3] GERDES F L. Cotton drying practices in relation to quality and efficiency of ginning[J].The Cotton Ginners，Journal and Yearbook，1950，18（1）：26-27.

[4] BOYKIN J C. The effects of dryer temperature and moisture addition on ginning energy and cotton properties[J].J Cot Sci，2005，9（3）：155-165.

[5] 谷國富，張 生.籽棉烘干工藝及能量消耗的計算[J].中國棉花加工，2004（3）：17-18.

[6] BYLER R K，ANTHONY W S，MANGIALARDI G J. Improving the HVI strength measurement by adjusting for measured moisture content[J].Appl Engineering Agric，2001，17（6）：821-826.

[7] BYLER R K，BOYKIN J C. Seed cotton moisture conditioning using an atomizing nozzle in the conveyer-distributor[J].Applied Engineering in Agriculture，2006，22（6）：819-826.

[8] 李慶忠.塔式籽棉烘干探討[J].中國棉花加工，1995（4）：7-8.

[9] 吳昌評，劉根武.軋花工藝的“太陽”——簡介國內幾種主要形式籽棉烘干機[J].中國棉花加工，2000（6）：15-16.

[10] 李建民.新疆籽棉供干、熱源及其相關標準問題綜述[J].中國棉花加工，2011（1）：32-34.

[11] 郭斌杰，王澤武，向天明，等.具有烘干功能的高效機采籽棉清理機的設計[J].中國棉花加工，2011（4）：24-28.