增大SH84型閃蒸膨脹設備蒸汽噴射壓力的研究

李斌 趙龍 崔淑強

摘 要：目前青島卷煙廠使用的SH84型閃蒸膨脹設備發生堵煙的情況較多，造成設備故障停機率較高，究其原因是蒸汽噴射壓力較小，對梗絲的輸送能力不足。依據設備結構和工藝原理，通過增加蒸汽噴嘴閥芯螺母在腔體內的軸向長度，提高蒸汽在噴嘴腔體內的流速，增大了蒸汽在文氏管內對梗絲的輸送能力。結果表明，蒸汽在噴嘴出口的噴射壓力增大到0.24Mpa以上，提高了生產連續性，保證了產品質量。

關鍵詞：噴射壓力;閃蒸膨脹;軸向長度

引言

梗絲作為卷煙制品的重要組成部分，具有填充值高、感官質量提升明顯[1]等特點，在減輕雜氣、降低刺激性、增加煙氣的整體協調性[2]等方面具有較為明顯的作用，是卷煙加工制造不可或缺的重要組成部分。

生產時待處理的梗絲經進料氣鎖進入文氏管入口，同時飽和蒸汽經噴嘴噴射將物料吹入文氏管并充分混合，當物料從文氏管噴出的瞬間體積突然擴大、周圍壓力突然下降。這時梗絲內部的汽化分壓遠遠高于周圍的環境氣壓，達到閃蒸的條件，梗絲的纖維組織也因此獲得充分膨脹;其生產的連續穩定可以保證產品精細化、高質量的加工水平[3]，滿足高質量卷煙的生產需求。我們要求生產時蒸汽噴射達到一定壓力（一般為0.2Mpa以上），可以保證生產時梗絲的連續輸送。

但是現階段時有蒸汽噴射壓力未能達到生產要求、造成堵煙停機的現象，直接影響生產連續性和梗絲的工藝質量。通過設備改進和工藝優化，找出關鍵影響因素進行提升，增大SH84型閃蒸膨脹設備蒸汽噴射壓力，對于提升產品質量、提高加工水平就顯得尤為重要。

本研究通過增長碰嘴腔體內閥芯螺母的軸向長度，以此增大蒸汽在噴嘴出口的噴射壓力的方法大大提高了蒸汽對于物料的運送能力，提高生產連續性從而保證了產品質量，為今后相關設備的改造和工藝優化提供參考。

1 材料與方法

1.1模型構建

SH84型閃蒸膨脹設備主要由進料氣鎖，蒸汽噴嘴和文氏管等部分組成，作為關鍵工序，具有體積小、能耗少、效率高、結構簡單等特點，其中蒸汽噴嘴是物料與蒸汽初步接觸混合輸送的關鍵部件。因此，我們對蒸汽噴嘴進行了拆解和模型構建，包括：①噴嘴外室 ②噴嘴內室 ③閥芯底座 ④閥芯螺母 ⑤噴嘴腔體。

1.2數據分析

軸向長度測量：設置閥芯螺母不同增加長度的梯度，長度增加量由游標卡尺測量。

數據分析：運用數據分析工具Minitab16，進行回歸分析，

1.3設備與儀器

本文研究的SH84型閃蒸式梗絲膨化設備由江蘇智思機械制造有限公司生產，蒸汽噴射壓力由設備在線壓力表直接讀取。

2 結果與分析

在流體力學中，質量流量（G） = 單位體積 * 流體流速* 流體密度。生產時蒸汽噴射壓力可表示為：

T=λ* V蒸汽流速*G質量流量=（λ* ? ?*L*S面積）*V2蒸汽流速

可見在生產條件相同的情況下，蒸汽噴射壓力與氣體的流速有明顯的正相關關系（T∝V），增大蒸汽的流速可以增大壓力;在蒸汽流量一定的情況下，適當減小腔體的體積可以增大蒸汽流速，調整軸向閥芯螺母在噴嘴腔體內的長度可以改變噴嘴腔體體積以此來增大出口流速，噴射壓力隨之變大。

為合理確定軸向螺母在腔體內的增加長度，同時便于實際調整操作，我們在現有基礎上以4mm為基準，等差遞增設定梯度直至噴嘴腔體外表面。最終確定了不同的螺母軸向增加長度并進行試驗。記錄不同長度下對應的蒸汽噴射壓力（見表1）：

從數據可以看出，增加長度從2mm開始，隨著長度的增加，蒸汽噴射壓力隨之增大;但是增加至22mm以后，隨著長度的增加，蒸汽噴射壓力隨之減小。而且，增加長度在8mm以上和28mm以下時，蒸汽噴射壓力≥0.2Mpa，符合工藝標準的要求;因此，軸向螺母的增加長度在8mm以下或28mm以上時不能滿足生產標準要求。

進一步做散點圖，得到蒸汽噴射壓力與螺母軸向增加長度呈一定的趨勢關系。我們對以上數據進行了回歸分析。

經過回歸分析，得到了二次回歸方程為：蒸汽噴射壓力 = 0.1388 + 0.01009 螺母軸向增加長度 - 0.000290 螺母軸向增加長度**2。

根據回歸方程計算，我們得出螺母軸向增加長度為16.88mm的情況下，蒸汽噴射壓力擁有極大值0.2448MPa，考慮到實際操作的簡便性，我們將螺母軸向增加長度設定為17mm。

閥芯螺母的軸向增加距離確定后，我們對螺母進行了實際調整并對紅雙喜梗絲生產時的蒸汽噴射壓力進行了跟蹤統計。

螺母軸向長度加長17mm后，生產時蒸汽噴射壓力均達到0.24Mpa以上，通過控制圖看出點在中心線兩側隨機變化且保持穩定，達到蒸汽噴射壓力>0.2Mpa的工藝標準要求。因此通過增加閥芯螺母在噴嘴腔體內的軸向長度來增大蒸汽噴射壓力，增強了蒸汽在文氏管內對梗絲的輸送能力，減少了烘梗絲工序的故障停機現象。

3 討論

本研究實際上是在工藝蒸汽流量一定的情況下，減小了腔體的體積，增大噴射壓力，增大了蒸汽對梗絲的瞬時推力;使梗絲通過能力更強，不易發生物料的堵塞。通過計算得到了噴嘴的閥芯螺母軸向長度與蒸汽噴射壓力的相關性方程，確定軸向長度增加17mm時蒸汽的噴射壓力最大，對設備進行了優化改進，保證了精細化的加工水平。

參考文獻：

[1]徐世濤，李萬珣，等.煙用梗絲的品質改善研究.云南大學學報（自然科學版）[J].2010，32 （S1）： 13 -15.

[2]魯蕾，付敏，郭寶星.煙梗成分提取及其應用研究.四川化工[M].2004.1（7）：9-12.

[3]李曉，紀曉楠，等.煙用梗絲加工工藝研究進展.貴州農業科學[J]. 2013，41（8）：182-186.

作者簡介：

李斌（1987-），男，漢族，山東青島，碩士，青島卷煙廠，助理工程師，主要從事生產工藝、行政管理相關工作，第一作者。

趙龍（1989-），男，漢族，山東青島，本科，青島卷煙廠，無，主要從事機械工藝研究，第二作者。