风力送丝机台补风无缝切换阀组的应用分析.pdf

基金项目:湖北中烟工业有限责任公司科技项目“细支烟风力送丝工艺参数及速度控制研究及应用”作者简介:傅朝斌()男广西桂林人工程师从事卷烟厂卷烟设备设计改造、卷接工艺风力除尘、风力送丝等研究工作通讯作者:谢海()男湖南冷水江人高级工程师从事卷烟厂空调设计、卷接工艺风力除尘、风力送丝等研究工作文章编号:()风力送丝机台补风无缝切换阀组的应用分析傅朝斌张艮水吴小超马 杰许学峰谢 海张 谷陈运红(.湖北中烟工业有限责任公司湖北 武汉.湖南核三力技术工程有限公司湖南 衡阳)摘要 风力送丝供丝具有随机性为了保证不同工况下风量稳定系统需要配置补风装置 目前大致有主管补风与机台补风两种 机台补风通常是在每台卷烟机回风支管上设置旁通补风阀与吸丝阀联锁切换控制补风 在切换过程中难以耦合两个阀的同步性造成该支路风量波动进而影响主风量稳定 设计一种新型阀组该阀组由两个互成 的阀板上下叠放于回风管与补风管内形成采用同一个气动驱动装置保证吸丝阀与补风阀形成机械上的联锁进行无缝切换通过数值模拟分析以及实际应用效果表明:其优势是无扰自动切换支管补风切换过程风量稳定系统的稳定性得到保证不会对其他卷烟机吸丝风量产生较大干扰关键词 风力送丝系统切换阀补风吸丝稳定中图分类号:文献标志码:(.):.:.:概述有些风力送丝系统采用机台补风方式每个机台回风支管设置补风阀该补风阀与吸丝阀联锁控制无论吸丝与否均保证该支路风量基本稳定 年第 期阀 门由于送丝状态(吸丝、待机、停机)的不可预料系统需求风量频繁变化导致风机运行不稳定甚至出现喘振 卷烟机的吸丝过程具有动态变化的复杂性一方面由于吸丝阀受要丝信号的控制而补风阀则受吸丝阀信号的控制两者在切换时的耦合程度不高补风阀动作往往会滞后即吸丝阀已经全开准备吸丝补风阀还未关到位导致吸丝风量不足影响烟丝加速输送或者当吸丝结束吸丝阀已经关闭但补风阀还未完全打开导致该支路补风量偏小从而影响其他支路的风速 虽然单个机组切换时间较短但系统内 组卷烟机的切换将是一个不可忽视的问题 另外当补风阀出现故障未及时修复时补风阀处于常开或常关状态也会导致其他支路风速波动 因此设计一种具有无缝切换技术的补风装置优化其控制方法将吸丝阀与补风阀有机结合成一个整体互相联动彼此作用无论处于哪种状态均不会改变该支路的风速达到耦合的目的 切换阀组的设计 机械结构该阀组由气动执行器、分体式蝶阀、整体式阀体以及除尘支管、补风支管与回风管汇合而成的三通等组成除尘支管与补风支管平行布置 其上分别设置一个分体式蝶阀两个蝶阀由同一个气动执行器驱动同一根轴联动开关补风阀片与回风阀片互成 夹角形成补风切换阀组如图 当需要吸丝时除尘支管的回风阀打开下方补风阀正好处于关闭状态处于吸丝模式吸丝结束时回风阀的阀板转动 全关下方补风阀开度刚好达到最大值处于补风模式 阀座 上阀腔 下阀腔 上阀板 下阀板 驱动装置 驱动轴 吸丝阀 回风支管 补风支管 整体法兰 高阻尼补风装置 落料器 送丝管图 切换阀组结构原理图图 切换阀组工作原理图 工作原理该切换阀组与吸丝阀的要丝信号联锁控制机台自带的吸丝阀可以取消或者处于常开状态(不受控)卷烟机需要供丝时反切换阀组得到要丝信阀 门 年第 期号控制除尘支管切换阀组的回风蝶阀打开联动补风阀关闭处于吸丝状态 当落料器吸满烟丝发出光电信号切换阀组接收到信号开始关闭回风蝶阀与此同时联动打开补风蝶阀直到回风蝶阀全部关闭上方补风阀开度刚好达到最大值切换为补风模式 下次开始吸丝时补风阀关闭联动打开回风阀完成一次吸丝与补风的自动切换过程工作原理见图 数值模拟分析应用 软件对补风切换阀组进行三维建模阀组汇总管出口采用压力出口边界条件设置出口总压力为 补风与回风管采用压力进口边界条件设置进口总压力为 控制方程采用 方程湍流模型采用 方程压力速度耦合采用 分离算法并通过有限元分析软件对不同工况的管内与阀体的压强、流量进行模拟分析结果见图 图()轴剖面压强云图()轴剖面速度云图图 工况 吸丝模式的数值模拟图工况 时从压强云图可以看出补风阀左侧补风管内压力场不稳定右侧补风管内压强稳定在 之间由于回风阀全开此时回风阀处压强梯度无明显变化在接近补风管与回风管连接处回风管内压强由 增至 而后管道内速压力分布逐渐趋于稳定速度云图显示回风管内速度场大致稳定在 /汇合处速度场略有变化()轴剖面压强云图()轴剖面速度云图图 工况(补风阀、回风阀)时的数值模拟图工况 时压强云图显示回风管和补风管阀门左侧管内压强分布较为稳定阀门右侧管内压强整体大于阀门左侧管内压强汇合处负压增加此时总管内压力场略有紊乱速度云图显示补风管速度整体低于回风管速度这与阀门开度直接相关速度在两阀门及两管汇合处均存在速度变化规律不稳定的现象回风阀附近速度场出现漩涡现象这对于维持风速稳定是不利的并且会加大管内阻力之后在两管汇合处速度增大总管速度约为 /工况 时压强云图显示回风管与补风管阀门处负压最大而后又逐渐减小在补风后压力发生明显梯度变化形成较大负压区 阀门右侧管内压强整体大于阀门左侧管内压强速度云图显示汇合前两管内的速度场区别不大在汇合后速度场发生变化速度呈现递增趋势风速由约 /增至/而后又增至约 /工况 时压强云图显示回风管与补风管阀门右侧管内负压较大而后又逐渐递减在补风后总管内压力发生明显梯度变化形成较大负压区速度云图显示补风阀处速度场较为紊乱形成速度漩涡回风阀处速度场轻微紊乱补风完成后速度变化明显呈递增趋势在汇合后的总管风速增至 /工况 时压强云图显示补风阀处压力场稳定在补风管斜管处形成较大负压区回风管内回风阀 年第 期阀 门右侧形成大的负压区在两管汇合处总管内压力场轻微紊乱形成一段较小的负压区速度云图显示补风管内速度稳定此时补风管内速度较大在补风阀处右侧管内速度场略有变化两管汇合处速度场发生变化此时速度变化规律不定在靠近总管壁面处速度较小且速度大小波动极大速度变化区间大致为 /而管道中间区域速度较大此时速度最大可达 /()轴剖面压强云图()轴剖面速度云图图 工况(补风阀、回风阀)时的数值模拟()轴剖面压强云图()轴剖面速度云图图 工况(补风阀、回风阀)时的数值模拟()轴剖面压强云图()轴剖面速度云图图 工况 补风模式的数值模拟据图 图 分析工况改变时压力场与速度场均发生改变不同阀门开度下的流速分布规律相似都在回风阀与补风阀处以及汇合处速度变化较为剧烈流场较为紊乱之后又归于稳定除去阀门全开全闭的工况其他工况都在补风后速度达到最大值 随着补风阀门开度增加回风阀门开度减小补风管风速基本呈现递增状态汇合后总管内风速趋势为先递减再递增之后趋于稳定速度大致在/切换阀组应用测试分析将切换阀组安装在风力送丝系统中通过 调节回风阀的开度记录支管流量将切换阀组视为一个整体形成流量特性曲线测试结果如表通过上述测试所得数据通过 回归形成流量特性曲线如图 由此可见阀门在切换过程中当相对开度约为时相对流量最高为 且持续时间较短 即在切换过程中支管风量稳定对其他机组的干扰降到最低测试结果验证了该切换阀组能满足实际机台补风的需求同时风机也不会发生喘振现象实际应用时由于补风阀与回风阀两端的压差不同设计时应采用不同直径的阀门且补风阀的补风口宜设置高阻尼装置以增加进风阻力模拟吸丝阀 门 年第 期工况的阻力特性才能补偿合适的风量表 实际测试风压风量参数表电流/行程开度/()相对开度/风速/()风量/()相对流量/图 实测流量特性曲线图 结语()通过模拟获得了切换阀组稳态工况不同开度下瞬态流场分布模拟显示不同工况出口流量变化较小主要原因是两个阀体的反作用使总流量与阻力系数基本保持不变有利于支管风量的稳定为实现无缝切换提供了条件()切换阀组在风力送丝系统补风中的应用表明:在整个切换过程中该支路的风量波动值小最大偏差为 能满足补风的需求 由于采用机械联动在切换过程中不会出现滞后状况()切换阀组的切换性能稳定对系统的可靠运行起到了决定性的作用参 考 文 献 吴镌峰.风力补偿装置在卷烟机风力送丝系统中的应用.机械工程与自动化().王宇.卷烟风力送丝系统平衡的新方法 二元等值替换法.中小企业管理与科技(上旬刊).().李计刚苏洪军.风力烟丝输送系统的改进.烟草科技.().祝捷.通风蝶阀用气动执行机构设计.阀门.():.林科军赵科文邓铭竹等.提丝带除尘装置的设计与风力送丝系统旁路补风的应用.轻工科技.():.叶志烜薛秀茹刘建峰等.程红晖等 蝶阀流场的数值模拟及涡结构分析.管道技术与设备.():.杨志贤于娜毛卫平等.中心型蝶阀流场的数值模拟与流动特性分析.液压与气动.():.李雁丁理格黄愿等.风机的防喘振控制及优化浅析.仪器仪表用户.():.(收稿日期:)年第 期阀 门