關(guān)于壓力控制型風(fēng)分機(jī)的探討

陳成，劉文，袁玉通，田曉生，王爽

（紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠復(fù)烤二車間，云南 玉溪 652600）

0 引言

打葉復(fù)烤由真空回潮、潤(rùn)葉、打葉風(fēng)分、復(fù)烤、打包等工序組成。其中打葉風(fēng)分是片煙復(fù)烤加工過程中核心工藝過程之一，對(duì)最終成品質(zhì)量和后續(xù)加工環(huán)節(jié)都有重要影響。煙葉在經(jīng)過真空回潮、一次潤(rùn)葉、二次潤(rùn)葉工序進(jìn)行加溫、加濕處理后，均勻地進(jìn)入打葉機(jī)組，由于煙片與煙梗結(jié)合處的韌性不同，在打刀和框欄開檔棱邊的摩擦、撕扯作用下，部分片煙實(shí)現(xiàn)葉梗分離。這部分物料經(jīng)過傳送裝置被拋入風(fēng)分機(jī)中，因?yàn)闊熑~和煙梗的懸浮速度不同，煙片、煙梗、帶梗煙片、帶葉煙梗等混合物料按適當(dāng)結(jié)構(gòu)和比例分離，然后往復(fù)進(jìn)行如上過程，直至物料葉中含梗率等指標(biāo)符合工藝加工質(zhì)量要求[1]。

1 風(fēng)分機(jī)的意義

打葉復(fù)烤是卷煙生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)[2]，其目的是將煙葉進(jìn)行煙片和煙梗的分離，并且將其水分控制在利于儲(chǔ)存和醇化的范圍內(nèi)。而其中打葉風(fēng)分工序是打葉復(fù)烤生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，直接影響到實(shí)物產(chǎn)品得率及煙葉葉片結(jié)構(gòu)，決定了打葉復(fù)烤的經(jīng)濟(jì)效益。

2 風(fēng)分機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能

風(fēng)分機(jī)主要由支架、切向落料器、回風(fēng)管道、風(fēng)分器、輸送風(fēng)機(jī)、風(fēng)分風(fēng)機(jī)、出料管道、風(fēng)機(jī)支架、送風(fēng)管道、帶式輸送機(jī)等組成[3]。

風(fēng)分機(jī)的主要功能是把煙片從打葉后混合在一起的煙片、煙梗、帶梗葉的物料中分離出來，并把帶梗的物料輸送到后級(jí)風(fēng)分機(jī)。

3 現(xiàn)風(fēng)分機(jī)的控制方法

片煙在風(fēng)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)要復(fù)雜得多，除受到風(fēng)場(chǎng)方向、速度、 介質(zhì)密度影響外，還受片煙自身密度、形狀、姿態(tài)、平移速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度等多種因素的影響[4]?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)大部分復(fù)烤企業(yè)所采用的風(fēng)分機(jī)主要是通過調(diào)節(jié)風(fēng)分機(jī)轉(zhuǎn)速、一次拋料輥的轉(zhuǎn)速、二次拋料輥的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)風(fēng)分機(jī)的控制。然而目前絕大部分針對(duì)打葉風(fēng)分質(zhì)量的檢測(cè)，如大中片率、葉含梗率、梗含葉綠、碎末率等，均采用離線檢測(cè)的方法，檢測(cè)不及時(shí)。操作工一般先根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合不同等級(jí)、不同模塊的情況預(yù)設(shè)控制參數(shù)（風(fēng)分機(jī)轉(zhuǎn)速、一次拋料輥轉(zhuǎn)速、二次拋料輥轉(zhuǎn)速），然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行判斷后對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但實(shí)際加工過程中，由于煙片、煙梗和帶梗葉的混合物自身重量不同，懸浮速度不同，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)門、補(bǔ)風(fēng)門、進(jìn)風(fēng)閥及除塵風(fēng)管上風(fēng)閥設(shè)置不當(dāng)，會(huì)對(duì)風(fēng)分效果產(chǎn)生影響，隨著市場(chǎng)、企業(yè)對(duì)打葉復(fù)烤產(chǎn)品質(zhì)量的要求的提高，此種風(fēng)分機(jī)控制方法愈發(fā)不符合工廠精益管理、產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備管理的要求。最后依據(jù)每次取樣離線檢測(cè)結(jié)果再調(diào)整控制參數(shù)。

現(xiàn)行整個(gè)控制方法存在三個(gè)缺點(diǎn)：第一，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的判斷大部分時(shí)間依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，無法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，產(chǎn)品質(zhì)量與操作工經(jīng)驗(yàn)、水平掛鉤，質(zhì)量不穩(wěn)定。第二，取樣離線檢測(cè)頻率低、有延時(shí)，無法以檢驗(yàn)結(jié)果快速調(diào)整控制參數(shù)。第三，當(dāng)控制參數(shù)設(shè)定后，只能確保各電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，操作工無法判斷風(fēng)分倉(cāng)內(nèi)風(fēng)力是否平衡，最終導(dǎo)致無法保證風(fēng)分效果。

4 關(guān)于壓力控制型風(fēng)分機(jī)的探討

4.1 壓力控制型風(fēng)分機(jī)的理論適用性

壓力控制型風(fēng)分機(jī)利用壓力傳感器測(cè)量風(fēng)分機(jī)內(nèi)壓力，通過壓力變化從而控制風(fēng)分機(jī)內(nèi)風(fēng)量和風(fēng)壓調(diào)節(jié)，壓力傳感器將信號(hào)反饋至PLC處理器，由PLC控制變頻器分別調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)達(dá)到最佳風(fēng)分效果。

現(xiàn)對(duì)此新控制方法的適用性進(jìn)行討論。

第一，風(fēng)分機(jī)的工作原理是利用懸浮原理將合格煙葉與煙梗進(jìn)行分離。懸浮速度小于風(fēng)分風(fēng)速的物料隨氣流上升，進(jìn)入下一級(jí)打葉機(jī)，懸浮速度大于風(fēng)分風(fēng)速的物料下落，進(jìn)入振篩。煙梗的懸浮速度大于煙葉的懸浮速度。所以風(fēng)分風(fēng)速的穩(wěn)定性對(duì)風(fēng)分質(zhì)量和效果有著明顯影響。

第二，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究得知，

式中：P氣——總空氣動(dòng)力；

c——總空氣動(dòng)力系數(shù)；

F——物料顆粒在垂直于氣流平面上的投影面積；

γ氣——?dú)饬髦囟龋?/p>

V氣——?dú)饬魉俣龋?/p>

g——重力加速度。

從上述公式可以看出，風(fēng)壓與風(fēng)速的平分成正比[5]。所以，通過對(duì)風(fēng)分倉(cāng)內(nèi)風(fēng)壓的測(cè)量，可以直觀反映出風(fēng)分機(jī)工作狀態(tài)，也可以作為風(fēng)分機(jī)調(diào)整的依據(jù)。

第三，由于打葉風(fēng)分設(shè)備的特殊性，如采用在線檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量、提高檢測(cè)頻次，會(huì)造成大量浪費(fèi)、成本升高。轉(zhuǎn)而采用檢測(cè)風(fēng)分機(jī)內(nèi)壓力的方法，每次檢測(cè)不會(huì)產(chǎn)生物料浪費(fèi)，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)不間斷檢測(cè)，保證操作工可隨時(shí)掌握風(fēng)分機(jī)運(yùn)行狀況并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

第四，因?yàn)轱L(fēng)分機(jī)形狀的不規(guī)則性，采用三對(duì)壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，在上箱體、中箱體、下箱體兩側(cè)分別安裝一對(duì)壓力傳感器。壓力傳感器將信號(hào)反饋至PLC處理器，僅對(duì)每一對(duì)壓力傳感器的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，然后由PLC控制變頻器分別調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)[6-9]，由此避免了操作工僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性。

4.2 壓力控制型風(fēng)分機(jī)結(jié)構(gòu)

采用壓力控制型風(fēng)分機(jī)結(jié)構(gòu)如圖，主要特征是采用三對(duì)壓力傳感器分別對(duì)風(fēng)分機(jī)上、中、下三個(gè)箱體的壓力進(jìn)行測(cè)量及對(duì)比，然后以此進(jìn)行調(diào)節(jié)。

其中圖1為壓力控制型風(fēng)分機(jī)的主視圖，圖2為壓力控制型風(fēng)分機(jī)的右視圖，該風(fēng)分機(jī)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

圖1 壓力控制型風(fēng)分機(jī)的主視圖Fig. 1 The main view of the pressure control type pneumatic separator

圖2 壓力控制型風(fēng)分機(jī)的右視圖Fig. 2 The right view of the pressure control type pneumatic separator

采用壓力控制方法的風(fēng)分機(jī)特征主要包括：將風(fēng)分機(jī)分為三個(gè)部分，即上箱體1、中箱體2、下箱體3；喂料器4安裝風(fēng)分機(jī)中箱體2上，同時(shí)中箱體上還安裝有壓力傳感器5（5a）、觀察窗6（6a）、拋料輥7，下箱體3位于中箱體2正下方，下箱體3上安裝有壓力傳感器9（9a）、輸料網(wǎng)帶10、調(diào)節(jié)閥11和出料口12，風(fēng)管13和風(fēng)管13a安裝在下箱體一側(cè)，正壓風(fēng)由風(fēng)管13、和風(fēng)管13a提供；輸料網(wǎng)帶10和拋料輥7由電機(jī)8帶動(dòng)；上箱體1安裝在中箱體2上，上箱體1設(shè)置有壓力傳感器14（14a）、調(diào)風(fēng)閥15和出料輸送管16。

壓力傳感器5位于中箱體2上，用于檢測(cè)中箱體2（風(fēng)分室）內(nèi)壓力，當(dāng)中箱體2內(nèi)風(fēng)分物料連續(xù)，達(dá)到最佳風(fēng)分效果時(shí)，壓力傳感器5檢測(cè)值穩(wěn)定，其物料在懸浮時(shí)分布均勻，無偏料、旋渦和積料；反之，當(dāng)壓力傳感器5檢測(cè)值變化較大時(shí)，說明中箱體2內(nèi)風(fēng)力分布不均勻，物料懸浮分布不均勻，易出現(xiàn)偏料、旋渦和積料，風(fēng)分物料易葉含?；蚬：~超過工藝標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到生產(chǎn)要求，此時(shí)可調(diào)節(jié)拋料輥7的拋料角度和喂料器4的喂料速度。在中箱體2另一側(cè)上的壓力傳感器5a除檢測(cè)風(fēng)分倉(cāng)內(nèi)壓力外，還與壓力傳感器5對(duì)比檢測(cè)兩端壓力是否相同，即兩端風(fēng)場(chǎng)是否均勻。

壓力傳感器9位于下箱體3上，由于下箱體3由兩個(gè)風(fēng)機(jī)分別提供正壓風(fēng)，壓力傳感器9用于檢測(cè)該側(cè)風(fēng)場(chǎng)是否均勻，壓力傳感器9a用于檢測(cè)另一側(cè)風(fēng)場(chǎng)是否均勻，同時(shí)檢測(cè)兩風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)力大小是否相同，符合風(fēng)分要求。風(fēng)機(jī)的分別由兩個(gè)變頻器控制其轉(zhuǎn)速[6]，從而控制風(fēng)力大小。若其大小檢測(cè)不符合要求，壓力傳感器將信號(hào)反饋至PLC處理器，由PLC控制變頻器分別調(diào)節(jié)兩側(cè)風(fēng)機(jī)，從而使下箱體內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)均勻，符合風(fēng)分要求，調(diào)節(jié)閥11用于輔助調(diào)控下箱體風(fēng)場(chǎng)，避免采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)調(diào)控風(fēng)分機(jī)。

壓力傳感器14位于上箱體1上，壓力傳感器14和壓力傳感器14a用于檢測(cè)上箱體1內(nèi)的壓力大小，當(dāng)被風(fēng)分合格的物料由下箱體3提供的風(fēng)力送至上箱體時(shí)，為使物料能通過輸送管道16進(jìn)行輸送，輸送管道16中由另一風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓風(fēng)對(duì)物料進(jìn)行輸送，當(dāng)壓力檢測(cè)過小時(shí)，物料不能被負(fù)壓抽入輸送管道16，同時(shí)由于負(fù)壓過小，物料易在輸送管道內(nèi)左右分布不均勻，影響風(fēng)分效果，或引起管道16阻料，此時(shí)可通過壓力傳感器反饋信號(hào)至PLC控制變頻器改變風(fēng)機(jī)風(fēng)速，達(dá)到最佳輸送和風(fēng)分效果。

4.3 采用壓力控制方法的風(fēng)分機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

采用壓力控制方法的風(fēng)分機(jī)是通過三對(duì)壓力傳感器分別檢測(cè)風(fēng)分機(jī)三個(gè)箱體內(nèi)的風(fēng)壓，并分別反饋信號(hào)至相應(yīng)的風(fēng)機(jī)變頻器，使風(fēng)分機(jī)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)均勻，物料懸浮均勻，無偏料、旋渦和積料，避免現(xiàn)階段采用參數(shù)控制風(fēng)分機(jī)，控制不靈活，產(chǎn)品風(fēng)分質(zhì)量指標(biāo)改善空間的大等問題，提高了打葉復(fù)烤加工過程的控制能力，試下自動(dòng)、準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的控制，達(dá)到最佳的風(fēng)分效果，適應(yīng)卷煙工業(yè)對(duì)大品牌原料加工質(zhì)量的需求[10-15]。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)壓力控制型風(fēng)分機(jī)的探討，得到以下結(jié)論：

（1）壓力控制型風(fēng)分機(jī)適合于當(dāng)前行業(yè)精益管理要求，有利于加強(qiáng)過程質(zhì)量控制，提高打葉復(fù)烤成品質(zhì)量保障力。

（2）走新型工業(yè)化道路必須要信息化與工業(yè)化相融合，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化。壓力控制型風(fēng)分機(jī)是“兩化融合”的具體表現(xiàn)。

（3）壓力控制型風(fēng)分機(jī)脫離了傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)控制的方式，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)分機(jī)的信息化，是企業(yè)信息化在技術(shù)上的實(shí)踐。企業(yè)信息化提供了全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)的信息管理平臺(tái)，有助于提升企業(yè)項(xiàng)目與科研管理的效果和效率，加快信息的傳遞和交流。企業(yè)信息化也是打葉復(fù)烤發(fā)展的必然趨勢(shì)。