熱風伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機的設計

■王殿欽 王澤武

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

機采棉相比手摘棉具有高效、低成本、高收益的顯著優(yōu)勢。機采棉和手摘棉生產(chǎn)線的最主要工藝區(qū)別是對籽棉和皮棉增加了烘干和清理的次數(shù)，而在過度干燥的情況下還需要增加加濕工藝。目前，新疆發(fā)展機采棉生產(chǎn)的勢頭強勁，機采棉加工技術也在新疆棉區(qū)得到迅速推廣。

一、機采棉加工技術存在的問題

在初步掌握機采棉加工技術后，對機采棉籽棉如何保持棉纖維原生品質(zhì)成為棉花加工關鍵技術的瓶頸。通過對棉花加工過程中影響棉纖維原生品質(zhì)的關鍵環(huán)節(jié)進行研究，減少棉纖維損傷、疵點和短纖維率，降低棉花中的雜質(zhì)含量，有效保護棉花資源，最大限度地提高棉花資源的使用價值和經(jīng)濟效益。最終通過對影響棉纖維原生品質(zhì)的籽棉干燥、籽棉清理、軋花、皮棉清理環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)研究開發(fā)和技術創(chuàng)新，實現(xiàn)棉花精細化加工，減少加工過程對棉纖維原生品質(zhì)的損傷，提高棉花加工質(zhì)量，降低紡織用棉成本。

機采棉的含雜量與回潮率遠大于手摘棉，在棉纖維品質(zhì)上也稍遜色于手摘棉?；跈C采棉的這些特點，人們認識到機采棉的籽棉烘干和清理工藝的合理與否，設備本身性能的優(yōu)劣及配置的合理與否將直接影響到棉纖維原生品質(zhì)。對機采籽棉的烘干和清理工藝的研究與相應新型設備的開發(fā)也將是目前急迫的任務。

二、目前機采棉的烘干與清理工藝

1.目前的機采棉烘干工藝。

由于機采棉的含雜量與回潮率遠大于手摘棉，因此，機采棉加工工藝中的籽棉烘干環(huán)節(jié)非常關鍵。軋花過程對籽棉的回潮率非常敏感，回潮率的增大會導致軋花困難，產(chǎn)量降低。在軋花環(huán)節(jié)應用烘干，就是為了控制付軋籽棉的回潮率。烘干過的棉花加工成皮棉后外觀形態(tài)非常好，色澤、手感等主觀因素表現(xiàn)較好，品級較高。但過度的烘干會使棉纖維水分過低，在纖維體積、比重、摩擦系數(shù)、導電性、彈性、強度、色澤等方面也會發(fā)生一系列變化。這些變化均可直接或間接影響軋花工藝的正常運行和皮棉質(zhì)量。

圖1 機采棉軋花工藝流程圖閥

圖1是目前廣泛應用的機采棉軋花工藝流程，籽棉經(jīng)通大氣閥1、重雜物分離器2、籽棉分離器3和籽棉自控箱4進入脈沖—擱板增熱式烘干機5進行第一道烘干。由于機采籽棉中的雜質(zhì)與水分含量較大，雜質(zhì)與纖維通過水的作用黏結力較強，盡早地烘干籽棉利于清理雜質(zhì)。被初步烘干的籽棉進入傾斜式籽棉清理機6、提凈式籽棉清鈴機7進行清理，烘干氣體帶走籽棉中的部分水分通過塵籠脫離籽棉排入沙克籠。貨場籽棉存放在不同的垛位、放置的時間長短等原因會導致長時間進入生產(chǎn)線的籽棉回潮率差異較大。如果頭道的烘干還達不到軋花機所適合的7%～9%的水分，就應進行二次烘干，使籽棉回潮率均勻，通過進一步清理后穩(wěn)定地喂給軋花機12。

當然，也不是說烘干時間越長、烘干溫度越高，烘干效果就越好。因為現(xiàn)有籽棉干燥系統(tǒng)（如圖1）烘干時間越長，系統(tǒng)風運路程越長，風運阻力也就越大；同時塔體表面積增大，散熱就越多，結果是耗費的電能及熱能也越多，成本增大。要想減少烘干時間并達到烘干的效果則只有提高烘干的溫度，而現(xiàn)有的籽棉干燥系統(tǒng)工作溫度高時會損傷甚至破壞棉纖維原生蠟質(zhì)層，導致棉花可紡性差，所以研究保持蠟質(zhì)層不被破壞的中低溫干燥技術及新型烘干設備是當務之急。

2.目前的機采棉清理工藝。

圖1中機采棉比手摘棉增加了籽棉預清理系統(tǒng)。一般的情況是增加傾斜式籽棉清理機6和提凈式籽棉清鈴機7的應用。傾斜式籽棉清理機6與手摘棉中的傾斜式籽棉清理機是完全一樣的；針對機采棉鈴殼較多的情況，在籽棉預處理系統(tǒng)中特設了提凈式籽棉清鈴機。近幾年，各種自動喂花機、清異纖機也加入了機采棉的工藝流程。這些自動喂花機、清異纖機也大都兼具對籽棉的開松與清理功能。

由于機采棉的成熟度不如手摘棉，因此，纖維強度也低于手摘棉。而機采棉在生產(chǎn)線中又經(jīng)過了遠多于手摘棉的刺釘輥的反復打擊、搓揉和齒條輥的多次強力鉤拉，這個過程造成了棉纖維干體的損傷及纖維長度的變短，同時索絲、疵點和短纖維率也大量增加，嚴重影響了棉纖維原生的品質(zhì)。減少機采棉加工過程對棉纖維原生品質(zhì)的損傷，實現(xiàn)棉花精細化加工，提高棉花加工質(zhì)量，實現(xiàn)最大限度地提高棉花資源的使用價值和經(jīng)濟效益，也要求我們對機采棉的清理進行研究，設計出新型高效的適合機采棉的清理設備。

三、熱風伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機的設計

1.設計思路。

若機采棉生產(chǎn)線中的籽棉清理機具有烘干功能。籽棉在清理時烘干、烘干時清理，使籽棉能在開松、翻滾時受熱均勻并及早落雜；烘干、開松、清理互相促進達到事半功倍的效果，這樣效率會超過順序配置烘干機+清理機的效果，達到高效的可能。在生產(chǎn)線中減少刺輥對籽棉的打擊次數(shù)是減少纖維長度的變短、損傷，降低索絲、疵點、短纖維含量，保持棉纖維原生品質(zhì)的主要手段。若機采棉生產(chǎn)線中的籽棉清理機同時具有烘干和清理的高效功能，在生產(chǎn)線中可減少普通傾斜式籽棉清理機的配置，減少刺釘輥筒的數(shù)量以降低對籽棉纖維質(zhì)量的不良影響。

2.總體結構及工作原理。

圖2 總體結構示意圖

籽棉經(jīng)進棉口1被吸入卸料器2中完成氣纖分離。籽棉下落至本機，被分流板5分成兩路喂給刺釘輥筒11，在刺釘輥筒11與格條漏底12的相互作用下對籽棉進行清理。每個刺釘輥筒11和格條漏底12是一個清理單元，一個清理單元清理完成后會將籽棉拋射向下一個清理單元；熱風從熱風進口3（2處）進入本機，對籽棉進行伴隨烘干，在清理單元將籽棉拋射向下一個清理單元時，熱風對籽棉流進行穿透烘干。經(jīng)過清理單元和熱風反復作用，多次加強烘干和清理的效果；雜質(zhì)從格條漏底12漏出，通過落雜斜板13滑入落雜箱7中，通過排雜絞龍15、排雜閉風器16經(jīng)雜質(zhì)出口17排出本機。在清理時會有部分熱氣通過格條漏底12進入落雜箱7，落雜箱7的外箱體覆有保溫層8，其實落雜箱7兼具了落雜箱和保溫箱的作用。保溫氣體在落雜箱7中形成動態(tài)的保溫層，保溫氣體通過可調(diào)余熱出口4排出本機。

經(jīng)多次伴隨、穿透式烘干及多組清理單元清理后，籽棉落入本機下方的儲棉箱19內(nèi)。儲棉箱19暫時儲存一定量的籽棉，通過給棉羅拉20達到均勻喂給下臺機的目的。同時儲存箱19中的一定量的籽棉也起到閉風的作用，籽棉在儲存箱19中可繼續(xù)被烘干。

籽棉在完成清理和烘干后隨熱氣進入落棉斗21，在落棉斗21處被后方的風機負壓抽吸至下臺卸料器，在下臺卸料器塵籠處水蒸氣與籽棉徹底分離，烘干工作結束。

3.本機設計特點。

（1）本機綜合了擱板式烘干機和傾斜式清理機的原理，使籽棉能在一臺設備中既烘干又清理，實現(xiàn)2臺不同設備的功能。

（2）根據(jù)烘干理論，烘干氣流與物料的速差越大則烘干效果越好。傳統(tǒng)的烘干機對籽棉是全程伴隨式，在輸送物料的同時進行烘干，速差很小。本機中清理時，籽棉運行速度9～11 m/s，進熱風速度按16 m/s計算時有近5 m/s的伴隨速差。同時熱風還不斷對籽棉流進行穿透式烘干，進行穿透式烘干時速差理論上接近熱風速度16 m/s；相同溫度下烘干時間越長烘干效率就越高。傳統(tǒng)的烘干機需要用熱風運送籽棉，需要較高的風速，風速低時會造成籽棉在機體內(nèi)的堵塞。本機內(nèi)的籽棉靠機械撥轉(zhuǎn)、拋射行進，速度較低，可使籽棉以較長的時間留在機體內(nèi)，利于烘干。所以本機的設計符合烘干原理，效果較好。

籽棉在清理時不斷翻滾并被開松、拋射，若此時對籽棉烘干能使籽棉各個部位受熱均勻，達到較好的烘干效果；較好的烘干效果同時也促使雜質(zhì)更容易與籽棉脫離，達到比相同數(shù)量刺輥高得多的清理效果。本機內(nèi)熱風的風向與落雜方向一致，利于雜質(zhì)在刺輥與格條柵的作用下脫離籽棉，利于雜質(zhì)排向圖2中的落雜箱7。

（3）傳統(tǒng)的籽棉烘干需要大的風量和風速來運送籽棉，這將配備較大的供熱風機致使耗能較大。因為本機的烘干熱風不進行風運籽棉的工作，所以選擇較小的風機即可滿足工作，節(jié)省大量電能。

由于本機設計結構合理，籽棉在機體內(nèi)受熱時間較長、烘干效果較強，因此，為了不“過烘”損傷甚至破壞棉纖維表面的原生蠟質(zhì)層，進熱風的溫度可比傳統(tǒng)烘干機降低一些。熱風溫度的降低也將大大節(jié)省熱源的消耗。

（4）本機采用中低溫（85℃～100℃）烘干。中低溫烘干不但能有效保持棉纖維表面的原生蠟質(zhì)層，而且能使生產(chǎn)線的水分變化幅度變小。生產(chǎn)線能在輔助設備（在線測水）的控制下更加穩(wěn)定。

圖3 熱風伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機在流程中的應用示意圖

（5）由于本機的設計能達到高效的目的，因此在生產(chǎn)線應用中，圖1所示流程中的擱板增熱式烘干機8后的傾斜式籽棉清理機9和傾斜回收式籽棉清理機10可取消，以免造成對籽棉的過度開松（如圖3）。圖3中的熱風伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機8后接籽棉分離器10，將籽棉通過配棉絞龍分配給軋花機12。軋花機的U形刺輥可代替被取消的回收式清理機實現(xiàn)回收的功能。

在應用本機的流程中取消了2臺傳統(tǒng)籽棉清理機，此工藝有以下優(yōu)點：

a.減少了刺釘輥的總數(shù)量，直接減少了刺輥對籽棉的打擊次數(shù)。因為對籽棉打擊次數(shù)的減少是有效保持纖維長度，避免損傷，減少索絲、疵點，保持棉纖維原生品質(zhì)的主要手段。

b.減化了加工流程，節(jié)約了設備投資，減輕了工人維修、操作的工作強度，同時也大幅降低了能耗。

c.降低了基礎、基建的投資成本。應用本機時軋花機上只需一層鋼架平臺放置籽棉分離器和配棉絞龍即可，比傳統(tǒng)的三層平臺降低了成本，并使工人上下方便。由于軋花機上方高度的降低，軋花廠房除打包機處的梁下12 m的要求外，其余梁下9 m即可，比傳統(tǒng)的廠房節(jié)省了基建的投資。

（6）本機的設計具有防堵車功能。籽棉進入本機即被分流板5分成兩路以降低對第一、二組清理單元的沖擊，利于第一、二組清理單元對籽棉的開松。本機的格條漏底均可單獨調(diào)節(jié)隔距，從上到下隔距逐步減小，逐漸增加清理力度，不易產(chǎn)生堵車現(xiàn)象。本機的傳動采用同步帶，在使用中避免了使用普通三角皮帶“打滑”、“丟轉(zhuǎn)”導致的堵車。本機的傳動速度從上至下漸快，利于籽棉的轉(zhuǎn)移，不易產(chǎn)生堵車。在本機的儲棉箱19處設置有光電限位14。當儲棉箱內(nèi)的儲棉量到達光電限位14時，光電限位14傳遞信號打開通大氣閥1，暫停吸入籽棉，防止了儲棉箱的堵車。

（7）本機采用模塊化設計，方便拆裝?？梢愿鶕?jù)清理、烘干的情況增加或減少清理單元。

（8）本機設計的落雜箱內(nèi)有保溫氣體，落雜箱外又覆有保溫層可有效防止熱量散失，最大程度地節(jié)約能源。

四、結束語

綜上所述，把熱風伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機應用于機采棉軋花生產(chǎn)線是提高效率、保持棉纖維原生品質(zhì)的籽棉清理與烘干的有效方法。