一种无虹吸管叶轮排水式烘缸

江 村 胡芳芳 华 平 蔡广闽

(广西壮族自治区特种设备监督检验院，广西南宁，530219)

烘缸是纸机干燥部中最主要的设备，自1808年第一台实用长网抄纸机诞生以来，传统烘缸便开始了它的服务历程，至今仍扮演着不可替代的角色。在传统的干燥烘缸中，蒸汽进入旋转的烘缸内，并且在饱和温度下冷凝，产生的冷凝水在烘缸内采用虹吸管装置排出。但是传统烘缸的虹吸装置排水效率不高，已成为制约烘缸发展的瓶颈问题［1］。

1 常规虹吸管的形式［2-3］

蒸汽烘缸在设计虹吸管时，必须要考虑烘缸的速度。根据烘缸不同的速度，其蒸汽凝结水在缸体内的形状也不相同，当烘缸速度由低至高变化时，缸体内凝结水的形状分别为水塘状→波浪状→瀑布状→水环状，见图1。

根据纸机不同的车速，传统的蒸汽烘缸常用的虹吸管有两种形式，即固定式虹吸管和旋转式虹吸管。

1.1 固定式虹吸管

图1 烘缸缸体内凝结水随烘缸速度的变化情况

适用于纸机速度较慢的低速烘缸。因为烘缸速度较低，烘缸内的凝结水基本上均集中在烘缸最低处附近，因此虹吸管的吸入口只要固定在烘缸的最低处附近，即可顺利将凝结水吸出。［4］

1.2 旋转式虹吸管

适用于纸机速度较快的中高速烘缸。由于烘缸的速度较快，烘缸内的凝结水基本上都贴着烘缸内壁形成水环，与烘缸一起旋转，必须采用旋转式虹吸管，方能将凝结水吸出。

但采用旋转式虹吸管，必须要克服凝结水在高速旋转时产生的离心力后，才能将凝结水从中心排水口排出烘缸体外。烘缸内凝结水水环厚度越厚，旋转式虹吸管的排水效果就越好。但是水环会阻碍加热蒸汽对烘缸体进行传热。凝结水环的导热系数仅为铸铁烘缸壁导热系数的1/87［1］，这将大大增加烘缸的热阻，造成烘缸干燥效率严重下降。目前常采用安装扰流装置的方法，来破坏凝结水水环的形成，维持蒸汽对缸体的传热效率;然而安装扰流装置虽然可以破坏凝结水环的形成，达到维持蒸汽对缸体传热效率的目的，但由于凝结水环被破坏，又使旋转式虹吸管的排水效率受到了影响，甚至无法正常排水，从而使烘缸的总体效率无法提高甚至引发事故。因此，目前高速烘缸存在因产生凝结水环使传热效率降低和因离心力使凝结水排出困难这两大难题。

2 无虹吸管叶轮排水式烘缸

如想彻底解决烘缸在高速运行中的这些通病，在降低能耗提高产品质量上有一个质的飞跃，必须改造现有的烘缸结构。为此，国内外一些研究机构和专家学者提出了无虹吸管式的烘缸设计理念，如多通道烘缸［5］。

本文介绍的无虹吸管叶轮排水式烘缸，既不需要设置固定式虹吸管，也不需要设置旋转式虹吸管，而是依靠出水叶轮缸盖上的叶片对凝结水的向心作用，将凝结水排出烘缸［6］。

2.1 无虹吸管叶轮排水式烘缸的结构

无虹吸管叶轮排水式烘缸主要由进汽缸盖、缸体、螺旋扰流件、蒸汽挡板、出水叶轮缸盖等组成(见图2)。在图2中，1为进汽缸盖、1-1为进汽口、2为缸体、3为螺旋扰流件、4为蒸汽挡板、5为出水叶轮缸盖 (见图3和图4)、5-1为叶片、5-2为出水口。

图2 无虹吸管叶轮排水式烘缸的构成

2.2 无虹吸管叶轮排水式烘缸工作原理

图3 无虹吸管叶轮排水式烘缸蒸汽挡板

图4 无虹吸管叶轮排水式烘缸出水叶轮缸盖

当烘缸高速旋转工作时，螺旋扰流件对缸体内壁上的凝结水产生轴向推力，使凝结水流往出水叶轮缸盖并破坏其水环的形成，出水叶轮缸盖叶片会对处于其外缘处的凝结水产生向心作用力，并在克服凝结水离心力后，及时地将凝结水从出水叶轮缸盖排水口排出缸体外。类似于抽油烟机反转时，风就会从中间吹出一样。

2.3 无虹吸管叶轮排水式烘缸的优点

(1)由于没有虹吸管，所以避免了因虹吸管故障而可能引发的各种烘缸运行事故或爆炸事故。

(2)由于出水叶轮缸盖对凝结水具有向心作用力，因此即使烘缸内外压差较低也可以将凝结水顺利地排出烘缸外。

(3)螺旋扰流件既具有破坏水环形成的扰流功能，又具有使凝结水流向出水叶轮缸盖的导流功能，同时还具有提高蒸汽对缸壁导热效率的功能。只要合理适当地控制螺旋扰流件排列的密度，便可使缸面温度更加均匀，从而解决目前蒸汽烘缸虹吸管吸水口附近缸面温度偏低的通病。对于幅宽较宽的烘缸，也可设计为双面排水，只需将缸体内螺旋扰件旋转方向按左右边设计相反即可。

(4)对于大直径烘缸，可在左右端盖恰当的位置上设计螺栓孔，以安装拉杆结构，从而达到提高缸盖承受压力的目的。

3 结语

无虹吸管叶轮排水式烘缸解决了高速烘缸因产生凝结水环使传热效率降低、因离心力作用使凝结水不易排出缸体两大难题。无论是固定式虹吸管还是旋转式虹吸管，在工作时不可避免地受到凝结水的冲刷，是整台烘缸设备最容易发生故障的部件，本技术由于无虹吸管设置，因此消除了因虹吸管故障而可能引发的各种烘缸运行事故或爆炸事故。一个烘缸排水性能的优劣，往往就决定了烘缸性能的优劣，它对烘缸的生产能力、蒸汽消耗、动力消耗以及运行安全都起着至关重要的作用。无虹吸管叶轮排水式烘缸在中高速纸机中具有良好的应用和推广前景。

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陈克复.制浆造纸机械与设备［M］.北京:中国轻工业出版社，2003.

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