新型烟丝膨胀装置的设计

2014-09-19刘广洲

机械制造与自动化 2014年6期

刘广洲

(吉林烟草工业有限责任公司,吉林延吉133001)

1 膨胀装置设计的背景:

目前所采用的烟丝膨胀技术中,较为普及的是二氧化碳烟丝膨胀技术、氟利昂烟丝膨胀技术和氮气烟丝膨胀技术,其中以二氧化碳烟丝膨胀技术使用最为普遍。利用这些烟丝膨胀技术膨胀的烟丝填充值较高,一般情况下可以达到50%以上,但该技术生产的膨胀烟丝的造碎率高,烟丝损耗较大,烟丝香气损失较大、枯焦气重、烟气干燥,同时这些技术的工艺复杂,设备维护成本和生产成本较高,因此,对烟丝膨胀新技术的探索也在不断进行。

烟丝膨胀技术的发展趋势是寻求一种相对低廉的膨胀介质,通过使用适当的温度和压力相结合来实现烟丝的膨胀,在这一思想的指导下,设计开发一种利用蒸汽为介质的连续在线烟丝膨胀装置成为目标。对于提高行业工艺设备自主创新能力、发展中式卷烟和形成中式卷烟核心加工技术无疑具有十分重要的意义和作用。

2 烟丝膨胀装置结构

设计的烟丝膨胀气锁是烟丝膨胀系统的重要部件,烟丝膨胀气锁能够在<250℃的温度环境下,在不发生卡滞的情况下保证≤0.8 MPa的压力密封性。其结构如图1所示。

图1 烟丝膨胀气锁

烟丝膨胀气锁壳体上设置有烟丝进口、烟丝出口、蒸汽进口和进料前的余汽释放口。经电加热器加热的过热蒸汽通入蒸汽进口,进料前的余汽释放口用于进一步减少烟丝进口的蒸汽泄漏量。气锁的进料口安装有进料排潮罩,收集进料口泄漏的蒸汽。气锁出料口为方形口,联接热风定型系统的进料口。方口的作用在于烟丝在释放膨胀的瞬间能够产生较大的开度,以获得瞬时降压,提高烟丝膨胀率的效果。

气锁壳体与星形转子之间的密封采用了轴向间隙自动补偿机构和径向间隙自动补偿机构,以补偿在温度变化过程中壳体和转子的热膨胀不一致而可能产生的卡滞或泄漏。星形转子的辐板顶端装设有径向间隙自动补偿机构,星形转子的侧板外侧设有轴向间隙自动补偿机构。轴向间隙自动补偿机构的具体结构为:在星形转子的两侧板上安装随星形转子旋转的动密封环,在阀壳腔内安装静密封环,静密封环可以在弹簧等弹性元件提供的推力下,沿轴向与动密封环保持接触,通过动静密封环之间的接触可以实现星形转子两侧的密封。径向间隙自动补偿机构的具体结构:包括一插入在星形转子辐板顶端开设的凹槽内的密封滑条,凹槽中装设弹簧,弹簧抵住密封滑条的底部;密封滑条的底部由固定在星形转子辐板顶端的压板夹持;密封滑板通过装设在其底部的弹簧压缩,顶在阀壳腔内弧面上。在工作过程中,当气锁因温度变化而导致壳体和星形转子各部件热胀冷缩时,径向间隙自动补偿机构使星形转子的辐板顶端处的密封滑条可与壳腔内壁保持接触,轴向间隙自动补偿机构保证星形转子的两侧密封,不会因膨胀或收缩而出现泄漏或卡滞。同时,采用该间隙自动补偿装置,可进一步避免密封件磨损失效的问题,减少因更换密封件而停机的检修次数。轴向密封装置如图2所示,径向密封装置如图3所示。

图2 轴向密封装置

图3 径向密封装置

3 膨胀装置的设计计算

3.1 主要结构尺寸的确定

烟丝膨胀气锁的结构尺寸是决定额定生产能力的重要参数,选择烟丝充填气锁腔体的

根据生产流量计算公式

式中:Q——额定生产流量,采用双气锁进料,Q＝1 000/2＝500 kg/h

n——气锁转速,初定气锁转速n＝8 r/min

r——气锁半径,r＝250 mm

l——气锁长度,初定值为 l＝350 mm

ρ——物料堆积密度,ρ＝150 kg/m3

g——重力加速度,g＝9.8 m/s2

代入数据计算可以得到:

取整气锁腔体半径为r＝250 mm,因此确定气锁结构尺寸为:半径r＝250 mm,腔体长度 l＝350 mm。

3.2 转轴受力分析

气锁星形转子采用球墨铸铁整体铸造后加工而成,气锁星形转子轴两端有轴承支承,一端可自由伸缩,中间悬空,为典型简支梁结构。气锁星形转子轴受力主要是承受弯矩和扭矩。就气锁星形转子轴受力变形而言,扭矩相对弯矩很小,在实际计算时可忽略不计。按纯弯矩作用时,气锁星形转子轴的受力情况如图4所示。气锁星形转子轴的均布载荷由2部分组成:1)气锁星形转子轴的自重;2)蒸汽压力作用于转子辐板上产生的载荷,二者叠加而成。