谈棉花加工工艺中的串联与并联

2017-03-19

中国棉花加工 2017年6期

〔北京中棉工程技术有限公司，北京100052〕

一、行业背景

我国的棉花加工生产线主要基于美国20世纪80年代的工艺模式，虽然近20年来有了较快发展，自动化水平明显提高，但是工艺流程越来越复杂。特别是机采棉加工中籽棉要经过4～5道籽棉清理、1～2级烘干，然后进入配棉绞龙供给4～6台轧花机生产，轧花后的皮棉经过1～2道锯齿式皮棉清理机清理后统一集棉打包。籽棉和皮棉的加工过程主要通过气力输送、卸料除尘、风机管网系统来实现，配套了大量的卸料器、闭风器、螺旋输送器、风机、旋风除尘器等辅助设备，为了兼容机采棉和手摘棉还增加了许多切换装置和旁路装置，再加上电器控制与籽棉或皮棉回潮率、温度、火警监控等在线检测系统，形成了错综复杂的串并联相混合的衔接模式。从生产实际看，整个加工生产线故障率较高、运转率较低、可靠性较差，主要问题大多出在串并联结合点上。本文仅对机电系统串并联结合点的设计要素做初步分析，供广大工程技术人员参考，也可作为轧花厂生产管理和维护的重点。

二、机械设备和电气设备中的串并联简介

（一）配电与控制系统的串并联

从宏观上看，所有380 V/220 V用电设备均并联到轧花厂配电变压器二次侧的400 V总电源上。从微观上讲，每台电动机的供电电源都要经过热保护继电器、接触器、断路器等元件，这些都是串联的。最简单的配电与控制电路如图1所示。

图1 配电与控制电路图

任何电路中，并联电压相等，总电流等于分电流之和；串联电流相等，总电压等于分电压之和。但在实际工作中我们发现，有的电气设备的实际接线没有经过严格的计算，凭经验或者为了所谓的安全随意增大导线线径、增大保护器件规格，有的在原控制柜上随意增加新的用电设备，甚至更改线路，违反了串并联电流电压的基本原理，造成一些安全隐患。无论是过压还是过流，要么损坏器件，要么损坏线路，轻者会造成全线停产，重者可能发生火灾事故。

（二）籽棉清理与加工设备的串并联

典型的机采棉加工生产线一般都是由两根籽棉气力输送管道进车间（即双管线式），车间内设置两套相同的籽棉卸料、多级清理、多级烘干设备，最后将清理后的籽棉统一送到配棉绞龙上，再均匀地分配给每台轧花机。每台轧花机后面都配置一台气流皮棉清理机和两台锯齿皮棉清理机，再将清后皮棉统一集棉后输送到打包机。从整条生产线看，籽棉气力输送和烘干清理、轧花和皮清、集棉和打包这三大块是串联的，从单台设备看，双线式预处理系统是并联的，籽棉卸料器、倾斜式籽棉清理机、清铃机、倾斜回收式籽棉清理机、提净式籽棉清理机等都是串联的、多台轧花机组是并联的、轧花机和皮棉清理机之间是串联的、总集棉和打包机是串联的，如果再看看排尘、除杂风机管网组合也有很多串联与并联，主机与辅机之间形成了特别复杂的交织网络。精简的机采棉加工工艺流程如图2所示。在生产实际中我们发现，最容易出现故障的部位恰恰是这些串并联的交汇点。物料的流动、气流的流动、管道的压力同电流电压的原理是相同的，如果交汇点出了问题，就会影响生产运转。

图2 机采棉加工工艺流程图

三、串并联结合点关键要素分析

（一）电气方面

并联节点：必须注意元器件的耐压不低于总电源电压、输入总电流等于各分支线路的电流之和，所选择的导线截面积要符合安全标准，总电源导线的安全载流量（A）能力必须大于分支导线的安全载流量（A）能力之和，接线端子的安全载流量（A）规格要大于导线安全载流量（A），主回路在长时间带负载工作情况下，所有导线及端子不可有明显的发热现象。

串联节点：必须注意各元器件本身的耐压，各元器件所承受的电压之和等于总电压，各元器件的工作电流相等。断路器、热过载保护器等元器件的规格必须与负载额定工作电流匹配，否则失去保护作用。

（二）机械方面

并联节点：流动的籽棉或皮棉在并联节点上必须保证总流入量与总流出量相匹配，为了保证生产顺畅，一般要求流出能力应略大于流入能力，如果流入量大于流出量就可能造成堵塞，棉花是易燃品，长时间堵塞很可能摩擦起火。例如配棉绞龙处理量必须与轧花机总产量和籽棉清理机总处理量相匹配，轧花机供不应求则影响生产效率，供过于求则造成大量溢流浪费能源。气力输送与通风除尘是轧花厂应用特别广泛的技术，在并联节点上，其中最关键的要素就是压力平衡，例如锯齿皮棉清理机集棉尘笼引风机一般可带动2台～3台皮棉清理机，各支管与总管有多个三通汇集节点，由于每个支管的压损不尽相同，因此，每台皮棉清理机引风量也必然不同。因为节点总压力不变，会自动实现支管压力平衡，那么原来阻力较小的分支就会加大风量，原来阻力较大的分支就会减少风量，虽然实现了新的平衡，但是输送风量偏离了原设计参数。当这种差异超过10%时可能会对轧花机、皮棉清理机生产有影响，所以要根据实际测试结果进行适当的调整，在满足每台设备正常运行的情况下达到新的平衡。

串联节点：无论是物料流动还是气流流动，在串联模式下工作的各个设备其流量相同，关键的要素是各个节点都不能出现问题，否则会造成该条工艺线“断链”，只有串联型工艺中后面的设备处理量略大于前面的处理量才能避免出现堵塞现象。例如轧花机轧出的皮棉，首先是通过毛刷高速运转所产生风量，经过正压将皮棉吹出轧花机出棉口，再被皮棉清理机集棉尘笼引风机产生的负压风量拉出皮棉道直至皮棉清理机集棉尘笼，为此该串联节点的关键点就是正压与负压的交汇点。各种规格的轧花机毛刷产生的风量是不同的，应配置的皮棉清理机集棉尘笼引风量至少要大于轧花机毛刷风量的15%～20%才能保证顺畅。每路输送、卸料、除尘是由一台风机完成的，例如外吸籽棉所用的5-29型高压离心风机，在卸料器前是负压输送籽棉，卸料器后至风机入口前是负压输送含尘空气，风机出口至旋风除尘器入口是正压输送含尘空气，旋风除尘器出口是净化后的废气直接排放到大气或再进入二级滤尘器过滤后排入大气。这是一条典型的串联工艺，任一节点出现堵塞或漏风都会影响籽棉正常输送。风机的全压是有限的，当负压段管道或卸料器漏风就会形成补风，必然增加压损；正压段阻风同样也增加压损。如果发现输送能力不足，切忌不要盲目更换大功率风机或电机，而是应在串联节点上查找主要的压损点。