卷煙風(fēng)力送絲系統(tǒng)平衡的新方法——二元等值替換法

摘要：卷煙風(fēng)力送絲系統(tǒng)因隨機(jī)間歇供絲引起了系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)壓的劇烈波動(dòng)，對(duì)卷煙生產(chǎn)、質(zhì)量、物耗、能耗都有明顯影響。本文全面分析了現(xiàn)有多種系統(tǒng)平衡方法，提出了一種嶄新的方法，并從理論及實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面論證了這種新方法的可行性、可靠性、有效性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力送絲系統(tǒng)平衡 二元等值替換 簡(jiǎn)潔有效

風(fēng)力送絲系統(tǒng)工作機(jī)理，存在問題，在對(duì)現(xiàn)有解決方案等全面深入研究分析后，這里提出一種新方法——二元等值替換法。

1 原理

1.1 風(fēng)力送絲是一個(gè)以懸浮氣力輸送方式進(jìn)行的二相流運(yùn)動(dòng)，載體氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是主要影響因素。當(dāng)環(huán)境及工況相近時(shí)，可以認(rèn)為被輸送物質(zhì)（如煙絲）以及載流氣體的物理特性不變，如：容重、溫度、濕度、黏度等不變，則其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全可簡(jiǎn)化為一個(gè)以風(fēng)量Q、風(fēng)壓P為參變量的二元函數(shù)變化。

1.2 多機(jī)臺(tái)組成平衡系統(tǒng)，使各管系節(jié)點(diǎn)內(nèi)的Q、P值不同，但各組Qi、Pi值則必是相對(duì)平衡的。

1.3 由于間歇、短時(shí)、不定時(shí)的工作特點(diǎn)，使系統(tǒng)存在極復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，N=2n（種），這是導(dǎo)致系統(tǒng)失衡，Q、P劇烈波動(dòng)的主因。

1.4 管系是按生產(chǎn)工藝要求在滿負(fù)荷條件下，設(shè)計(jì)建造的固定物理構(gòu)筑物，具有明確的適用條件和范圍，所配風(fēng)閥對(duì)管系特性只有微調(diào)功能。

1.5 動(dòng)態(tài)對(duì)動(dòng)態(tài)的平衡控制方法，缺乏可信的控制基準(zhǔn)目標(biāo)，且難響應(yīng)變化頻度過大過快情況，難免控非所需。

于是有如下結(jié)論：

同時(shí)控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)量Q、風(fēng)壓P變化是關(guān)鍵；用補(bǔ)入等量值替代隨機(jī)中止運(yùn)動(dòng)的工況值是使系統(tǒng)氣流呈連續(xù)穩(wěn)定、平衡狀態(tài)運(yùn)動(dòng)、波動(dòng)很小的最簡(jiǎn)潔有效的途徑。

本方法的原理正是如此：

令Qi′=Qi、Pi′=Pi實(shí)現(xiàn)同步等值替換，從而達(dá)到有效平衡系統(tǒng)的目的。

式中：Qi、Pi——某一支管設(shè)計(jì)或調(diào)試后平衡的風(fēng)量、風(fēng)壓值。

Qi′、Pi′——在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)瞬間補(bǔ)入用以平衡、穩(wěn)定系統(tǒng)的風(fēng)量、風(fēng)壓值。

2 技術(shù)方案

基于上述原理，二元等值替換法的技術(shù)方案是：

在各機(jī)組回風(fēng)管進(jìn)口處設(shè)一旁通管，配創(chuàng)新的風(fēng)閥和消聲阻尼器（以后簡(jiǎn)稱二元平衡器），使Qi=Qi′、Pi=Pi′，用簡(jiǎn)潔的開關(guān)信號(hào)把二元平衡器和卷煙機(jī)組落絲斗聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)同步控制。工作過程簡(jiǎn)述如下：

2.1 當(dāng)某一卷煙機(jī)組工作時(shí)，根據(jù)料位情況由落絲斗下倉光電料位計(jì)發(fā)生要絲信號(hào)，同時(shí)控制落絲斗、翻板閥、吸絲管和回風(fēng)管氣動(dòng)閥，二元平衡器。

2.2 供絲時(shí)，這臺(tái)卷煙機(jī)組上的吸絲管和回風(fēng)管氣動(dòng)閥打開，在除塵主風(fēng)機(jī)氣體負(fù)壓作用下，以設(shè)定的風(fēng)量Qi、風(fēng)壓Pi通過對(duì)應(yīng)的第i根吸絲管，從送絲機(jī)中抽吸煙絲送至卷煙機(jī)組落絲斗上倉。此時(shí)，二元平衡器關(guān)閉，該支管氣流以Qi、Pi狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。

2.3 供絲過程一結(jié)束，卷煙機(jī)組上的吸絲管和回風(fēng)管氣動(dòng)閥立即關(guān)閉，以Qi、Pi狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的氣流中止；與此同時(shí)，二元平衡器開啟，呈Qi′、Pi′平衡氣流立即補(bǔ)入，由于Qi =Qi′、Pi=Pi′，所以此支管中氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本不變，對(duì)總管的氣流運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)也幾乎不變，使得系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

2.4 對(duì)于由多臺(tái)卷煙機(jī)構(gòu)成的風(fēng)力送絲系統(tǒng)，按本方法將在每一支管分別配裝二元平衡器，并使各組風(fēng)量（Qi）、風(fēng)壓（Pi）一一對(duì)應(yīng)成二元等值替換量。實(shí)現(xiàn)工作氣流與替換氣流可瞬間等值相互切換。于是，生產(chǎn)時(shí)不論任一機(jī)組停啟或任幾臺(tái)機(jī)組停啟時(shí)，總有一一對(duì)應(yīng)Qi、Pi值相同（至少相近）的一股或多股氣流瞬間補(bǔ)入，這就徹底消除了因幾臺(tái)卷煙機(jī)組間歇無規(guī)則啟停造成的N=2n種隨機(jī)變化組合，十分有效地抑制了Q、P的波動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)始終在比較平衡的狀態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.5 二元平衡器是一個(gè)可同時(shí)控制流量（Qi）、風(fēng)壓（Pi）的創(chuàng)新裝置，在各支管上配裝的Qi、Pi值都不一樣。

3 應(yīng)用

3.1 在變管徑風(fēng)力送絲系統(tǒng)上的(應(yīng)用（詳見附圖一）

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圖一

在這類多支路變管徑系統(tǒng)中，每一支管與主管的節(jié)點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)壓平衡通常是通過調(diào)整相互管徑來實(shí)現(xiàn)的，因此，其自身平衡調(diào)節(jié)能力很有限。滿足平衡條件的通過氣流的Qi、Pi兩個(gè)主要參數(shù)的有效范圍是較窄的。顯然，用本創(chuàng)新方法時(shí)，因Qi=Qi′、Pi=Pi′，工作氣流和補(bǔ)入氣流是互相瞬間切換、等量替換關(guān)系，所以系統(tǒng)可在近似設(shè)定平衡狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)到均衡風(fēng)力送絲的目的，而采用前述任一種動(dòng)態(tài)風(fēng)動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)方式時(shí)，因系統(tǒng)是無規(guī)則突發(fā)性缺量引發(fā)波動(dòng)，則對(duì)應(yīng)已中止工作氣流的支管的“調(diào)節(jié)”是毫無意義的。

3.2 在等管徑風(fēng)力送絲系統(tǒng)上應(yīng)用（詳見附圖二）

就風(fēng)力送絲工況特點(diǎn)，等管徑系統(tǒng)本身就比變管徑系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。最突出的特點(diǎn)是各支管等徑、多管集中匯流。因此，各支管間的互相干擾少，風(fēng)量、風(fēng)壓變化適應(yīng)能力強(qiáng)。在這種系統(tǒng)上應(yīng)用二元等值替換法，效果更出色，可使系統(tǒng)運(yùn)行更為平衡穩(wěn)定。

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圖二

4 本新方法的積極效果

4.1 由于本方法采用了一一對(duì)應(yīng)等值參變量作間歇中止工況風(fēng)量風(fēng)壓的替代量，并在瞬間實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)的方式。因此，可使各支路和整個(gè)系統(tǒng)處于近似恒流平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這遠(yuǎn)比其它現(xiàn)有效果要好得多。

4.2 穩(wěn)定的載體氣流運(yùn)動(dòng)，可使系統(tǒng)在較逼近設(shè)計(jì)優(yōu)化的理想工況條件運(yùn)行。這至少有三大收益：

①確保了卷煙生產(chǎn)的順利進(jìn)行，消除了因風(fēng)量、風(fēng)壓劇烈變化引起的供絲不暢影響生產(chǎn)情況。

②十分有效地抑制了因卷煙機(jī)隨機(jī)間歇要絲或中止工作氣流運(yùn)動(dòng)引發(fā)的系統(tǒng)氣流運(yùn)動(dòng)激烈波動(dòng)情況，減少了煙絲造碎及香氣損失，降低了物耗。

③為卷煙精細(xì)化生產(chǎn)提供了必要條件，即可按各機(jī)組送絲管長(zhǎng)不同而造成的香氣、水分損耗不同，預(yù)先設(shè)定損耗預(yù)留量，則可使以往同批煙絲不同卷煙機(jī)組卷制后成品煙水分、香氣有差異的情況得到明顯改善。

4.3 本發(fā)明包含了平衡方法和平衡組件兩項(xiàng)創(chuàng)新

①二元等值替代平衡法。是一種嶄新的機(jī)理性方法，因而具有較普遍的適用性，可以作為一種新方法推廣應(yīng)用，不但煙草行業(yè)適用，其它行業(yè)類似工況條件的地方也適用。

②風(fēng)量、風(fēng)壓二元參數(shù)平衡組件是一個(gè)創(chuàng)新裝置，其創(chuàng)意點(diǎn)是用氣動(dòng)/電動(dòng)閥控制替換流量Qi，用調(diào)節(jié)等導(dǎo)程螺旋阻尼器長(zhǎng)度控制替換風(fēng)壓Pi，實(shí)現(xiàn)二元參數(shù)同步控制，并具有消聲功能。此裝置可廣泛用于氣力系統(tǒng)中需控制進(jìn)氣風(fēng)量、風(fēng)壓、次數(shù)間隔等參數(shù)的工況。