緩沖罐無動力旋轉清潔干燥裝置的設計與應用

黃敬貴 黃新萍 王美斌

摘 要：基于卷煙設備在正常生產時會產生大量煙灰、粉塵，而一部分煙灰、粉塵會隨真空管道吸入緩沖罐內，造成煙灰、粉塵吸附在緩沖罐的內壁上，久而久之，會越積越多，影響緩沖罐內部的清潔度。通過對這一問題以及對空氣緩沖罐的內部結構原理分析后，在空氣緩沖罐內設計一套無動力旋轉清潔干燥裝置可以有效解決現有技術緩沖罐體清洗不便或清洗不徹底的問題。

關鍵詞：卷煙設備;緩沖罐;無動力;清潔干燥裝置

[Abstract] based on cigarette equipment in the normal production will produce large amounts of soot，dust，and part of the soot and dust with the vacuum suction buffer tank，pipe caused by soot，dust adsorption on the buffer tank wall，over time，will is piling up，affect the purity of the buffer tank internal.Based on this problem and after analyzing the principle of the internal structure of air cushion tank，the air cushion tank design a set of unpowered rotating cleaning drying device can effectively solve the existing technology of the buffer tank cleaning inconvenience or not completely clean.

前言

在煙草企業的生產過程中，卷接包設備對負壓的需求量非常大，而煙草真空泵系統就是配套服務于卷接包設備上，且一般是三臺或多臺真空泵機組共用一個緩沖罐（單臺吸氣量≥50m3/min），由于卷接包設備在正常生產時會產生大量煙灰、粉塵，而一部分煙灰、粉塵會隨真空管道吸入緩沖罐內，煙灰、粉塵也就容易吸附在緩沖罐的內壁上，久而久之，會越積越多，也易在緩沖罐的內壁上形成煙塵的結垢，依靠人工進行沖水清理是無法清洗干凈的。因此，對真空泵緩沖罐的清潔、保養是真空泵系統維保過程中必不可少的環節，也是目前企業亟待解決的一個問題。

一、緩沖罐現有清潔方式存在的問題與不足

（一）緩沖罐現有的清潔方式

集中供真空系統一般是通過三臺或多臺真空泵機組共用一個緩沖罐來為卷煙設備提供負壓（單臺吸氣量≥50m3/min），由于多臺真空泵機組共用一個緩沖罐，結合煙草生產任務緊、二班或三班連續作業的特點，設備運行過程中又不方便進行清潔、保養工作，一般都是安排在月底生產結東后進行。一般常規的清潔保養的方式是通過人工進行清潔。當每次清理緩沖罐時，均是通過人工使用自來水進行沖洗，但由于煙灰、粉塵較長時間在緩沖罐內內壁上的吸附，導致結垢嚴重，根本無法清理干凈，維保人員只好拆開緩沖罐人孔進入緩沖罐內，用人工清理方式鏟除煙灰結垢，同時，還需克服因真空泵緩沖罐DN50排污管口徑太小，清理下來的煙垢易堵塞排污管道的影響，對排污管上的球閥進行疏通，然后再用自來水沖洗干凈。由于緩沖罐內屬有限空間作業，內部異味大、夏天網熱、作業時間長、勞動強度大、流出的煙灰淤泥造成地面二次污染，不僅影響著現場管理和設備管理，更重要的是影響維保人員的健康。

考慮到這點，為了解決人工清潔的局限性，降低清潔保養過程的難度和勞動強度，有的企業對清潔方式進行了改進，通過加裝自動清潔裝置達到自動清潔的效果。即在罐體頂部新安裝一臺變速電機，在罐體內部安裝一各較大型的刮壁支架（支架的直徑在1.4～1.8m米左右），通過開啟變速電機，帶動刮壁支架轉動，刮壁支架帶動支架外表面上的多個刮刷與罐體的內側貼合，通過旋轉刮刷對罐體內壁的污物進行刮除，然后開啟罐體內部上側的一排噴頭，噴頭高速噴射自來水，對罐體內壁進行清洗，刮除和清洗下來的污物經罐體下部的排污口和排液口的排放管道源源不斷流向排污溝，借此達到清洗和保養罐體的目的。

（二）緩沖罐現有清潔方式的不足

現有清潔裝置雖然能夠起到清潔緩沖罐內壁積灰、積塵的效果，但基于其設計體積龐大及現場空氣緩沖罐內部作業的限定，該裝置相比存在以下幾點不足：一是對罐體結構和工作性能的改進不是很恰當，該裝置把真空進氣管的位置從罐體下部提升到了罐體頂部，改變了氣體運動的軌跡，大大降低了氣體在罐體中的緩沖作用;二是由于罐體體積較大，直徑大約1.4～1.8m左右，高度在4～5m之間，要在其頂部安裝電機、在內部安裝與罐體直徑大致相當的刮壁支架，還是比較浪費材料的，大大增加了加工成本;三是煙灰、煙塵容易隨著氣流流動，隨氣流運動的煙灰、煙塵也容易附著在罐體的上半部內壁表面上，但此裝置只能對下半部的內壁附著物進行清潔，無法對上半部的內壁附著物進行清潔，無法做到360度無死角清潔;四是此機構只關注了對罐體的部份清潔，卻忽視了用水清潔過后，緩沖罐的內壁表面會殘留大量水漬，無法有效去除殘留水漬，由于罐體內部不通風，水漬會長時間殘留在罐體內，真空泵運行時，水漬易被氣流帶入真空泵中;五是清潔下來的污物經罐體下部的排污口和排液口的排放管道源源不斷流向排污溝，不僅僅造成大量自來水的浪費，伴隨自來水流出的煙灰淤泥又會對地面和周圍環境造成了二次污染。

二、無動力旋轉清潔干燥裝置的研究

（一）無動力旋轉清潔干燥裝置的設計原理

為克服現有清潔裝置在技術中存在的不足，通過在空氣緩沖罐內部安裝無動力旋轉清潔干燥裝置可以有效彌補現有裝置的不足，其設計見圖1，設計原理如下述：無動力旋轉清洗干燥裝置安裝于沿真空罐體軸向從上往下2/3-3/4位置處，通過在緩沖罐內部安裝的無動力旋轉架上安裝3根旋轉支管，且旋轉支管沿無動力旋轉架徑向均勻分布，每個旋轉支管上設有3個主噴頭和1個副噴頭，主噴頭均勻分布在旋轉支管同一側，并且向下與垂直方向呈一傾斜角θ，其中35°<θ<45°，副噴頭的噴口方向垂直向上設計，無動力旋轉架的下端設有增壓接頭，增壓接頭內壁設有凹槽，無動力旋轉架下端設有凸沿，凹槽與凸沿相適應，凹槽與凸沿之間還設有滾珠（見圖2），無動力旋轉架通過滾珠可沿凹槽內做360°旋轉，無動力旋轉架上還套接有固定接頭，固定接頭與增壓接頭通過螺紋的方式固定連接，增壓接頭的另一端與總管道通過螺紋緊密連接。無動力旋轉架下端沿凸沿38軸向開設有4-10個缺口，所述缺口寬度為0.8mm-1.2mm。主噴頭外形呈圓柱形，主噴頭的內直徑為1.5mm-3mm之間，且主噴頭的內直徑由內而外逐漸減小，副噴頭外形呈狹長孔，該副噴頭的橫截面呈等腰梯形，且副噴頭的開口形狀由內而外逐漸增大。其中第一支路、第二支路和排污管上分別安裝有第一電磁閥、第二電磁閥和排污電動閥，在控制器的作用下啟動電磁閥，使該裝置依靠水源產生水平方向的徑向分力為無動力旋轉架提供一個旋轉力矩作為動力源。

（二）無動力旋轉清潔干燥裝置的結構

空氣緩沖罐罐體（見圖1）的下部側面和頂部分別安裝有真空出口和真空進口，罐體的中上部側面固定安裝有由平行配置的第一支路、第二支路和第三支路，它們分別是進水管和進氣管，且匯合成與總管道連接，罐體內部設有清洗裝置，罐體底部分別設有排污管和廢水循環池，在第一支路、第二支路和排污管上分別安裝有第一電磁閥、第二電磁閥和排污電動閥，它們均與控制器電性連接，排污管的出口與煙塵沉淀池相連通，廢水循環池上部位置固定安裝有水泵，水泵通過第三支路把循環水送到總管道，第二支路連接的水源可以是自來水，第一支路連接的氣源為壓縮空氣。

該清洗干燥裝置的增壓接頭一端的外絲與固定接頭的內絲固定連接在一起，固定接頭的中心孔套接在無動力旋轉架上，使無動力旋轉架旋轉時更加的穩固，無動力旋轉架能夠在固定接頭中相對轉動，無動力旋轉架的下端凸沿嵌套在凹槽內，并且在它們之間設有滾珠，實現無動力旋轉架的自由旋轉，無動力旋轉架的上端均勻分布3個旋轉支管，3個旋轉支管上均設有主噴頭和副噴頭，主噴頭均勻分布在旋轉支管同一側并呈向下傾斜設置，噴射角與垂直方向的夾角呈35°～45°，且主噴頭內直徑為1.5mm -3mm之間，且主噴頭的內直徑由內而外逐漸減小，通過內直徑逐漸減小的設置可提高噴洗水的沖擊力，清洗的更徹底。副噴頭是設置在旋轉支管上方的狹長孔，朝向罐體上方，橫截面呈梯形設置，副噴頭的內外口徑都呈長方形，且由內而外逐漸增大，外口孔的長度為6 mm -12mm，寬度為0.8 mm -1mm，內口孔的長度為3 mm -5mm，寬度為0.5mm-0.7 mm，通過口徑由內而外逐漸增大的設置，使副噴頭出口處內壁呈一斜面，在噴射罐體頂部時使噴出的水覆蓋面積更廣，3個副噴頭同時配合使用，可將頂部區域完全覆蓋，避免出現清洗盲區，廢水循環池通過沉淀檔板分設兩個單元池，一個是循環水收集池，另一個是煙塵沉淀池。其中第一電磁閥和第二電磁閥都選用常閉型電磁閥。

（三）無動力旋轉清潔干燥裝置的特點

通過無動力旋轉清潔干燥裝置的設計，一是有效利用流體作用力和反作用力的原理，流體從旋轉支管斜射主噴頭噴出時，流體能對旋轉支管產生水平方向的徑向分力，為旋轉主體提供一個旋轉力矩作為動力源，從而使旋轉支管和主噴頭繞固定接頭中心作旋轉運動，副噴頭采用開口向上逐漸增大的設計，在主噴頭和副噴頭配合作用下，可以使該清洗裝置能在旋轉中實現對罐體內進行360度全方位的清洗，清洗得更加充分和全面;二是使用了高壓高速的壓縮空氣充分對罐體內壁上殘留的水漬進行旋轉式噴吹，可有效去除殘留水漬，保護了設備的正常運行;三是廢水循環池能對清潔下來的污物進行沉淀回收，杜絕了煙灰淤泥對周圍環境的二次污染;四是廢水循環池可以對廢水進行沉淀后進行再次循環利用，可節約大量的水資源，減少了水資源的浪費;五是通過實現無動力自動旋轉工作，可以達到均勻噴射、快速高效清潔干燥的效果，該裝置總體結構簡單，操作方便、清潔效率高、節能環保，自動化程度較高，進一步降低了對該罐體內部清潔的難度，防止了粉塵對人身和環境的二次污染。

三、無動力旋轉清潔干燥裝置的應用效果

當啟動該裝置電源后，在控制器的作用下，自動開啟第二電磁閥和水泵和排污電動閥，自來水或循環水經總管道到達清洗裝置，并從旋轉支管主噴頭和副噴頭噴出時，流體能對旋轉支管產生水平方向的徑向分力，為無動力旋轉架提供一個旋轉力矩作為動力源，無動力旋轉架通過滾珠可沿凹槽內做360°旋轉，從而使旋轉支管、主噴頭和副噴頭繞旋固定接頭中心作旋轉運動，主噴頭和副噴頭即能在旋轉中實現對緩沖罐體內進行360°全方位的噴射、噴灑清洗，高速噴射、噴灑的水流在罐體內壁內形成旋轉渦流，對真空罐體1的清洗的更加充分、全面和徹底，隨著水流清潔下來的煙灰、煙塵經排污管排入廢水循環池中，廢水循環池中經沉淀后的水又被水泵送入第三支路中，繼續工作;待真空罐體內壁清潔完成后，控制器關閉第二電磁閥和水泵，啟動第一電磁閥，高壓、高速的壓縮空氣由第一支路經總管道到達清洗裝置，并對緩沖罐體內部進行高速、高壓的旋轉式噴吹，對罐體內部進行干燥處理，到此，對罐體的清潔和干燥流程結束，控制器關閉第一電磁閥和排污電動閥，完成對罐體的清潔和干燥等保養工作。整個過程無需打開維修觀察孔進行人工手動清潔，很好的解決了目前對罐體的自動清潔存在的問題，防止了粉塵對人身和環境的二次污染，降低了對該緩沖罐體清潔的難度，操作性和適用性較強，做到了工效、質量和環保等諸方面的全面提升。

四、結束語

該項緩沖罐無動力旋轉清潔干燥裝置的設計，充分利用了流體作用力和反作用力的原理，流體從旋轉支管斜射主噴頭噴出時，流體能對旋轉支管產生水平方向的徑向分力，為旋轉主體提供一個旋轉力矩作為動力源，從而使旋轉支管和主噴頭繞固定接頭中心作旋轉運動，實現360°全方位的清洗效果，有效解決了在清潔、保養空氣緩沖罐過程中操作人員進入緩沖罐內作業的問題，避免了因內部異味大、悶熱、作業時間長、勞動強度大、煙灰煙塵對人的呼吸系統的影響，有效保護了維保人員的身體健康。同時，清洗后的煙灰淤泥直接進入排污系統處理，做到了工效、質量和環保等諸方面的全面提升，不僅符合當前企業生產的實際需要，也可廣泛推廣應用到制藥、水泥、輕紡、采礦、化肥、化工等與真空濃縮、真空回潮、真空吸塵、氣體回收等相配套的生產制造行業中去，具有較大的市場推廣和使用價值。

參考文獻

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[4]設備系統運行操作手冊.成信綠集成股份有限公司、江西中煙工業有限責任公司.2013

作者簡介：

黃敬貴（1969-），男，江西興國人，江西中煙工業有限責任公司贛州卷煙廠工程師，主要從事設備技術管理、技術改造等管理工作。

黃新萍（1979-），女，江西興國人，江西中煙工業有限責任公司贛州卷煙廠工程師，主要從事產品質量管理、體系制度建設等工作。

王美斌（1990-），男，江西撫州人，江西中煙工業有限責任公司贛州卷煙廠工程師，主要從事設備管理等工作。