一種無虹吸管葉輪排水式烘缸

江 村 胡芳芳 華 平 蔡廣閩

(廣西壯族自治區特種設備監督檢驗院，廣西南寧，530219)

烘缸是紙機干燥部中最主要的設備，自1808年第一臺實用長網抄紙機誕生以來，傳統烘缸便開始了它的服務歷程，至今仍扮演著不可替代的角色。在傳統的干燥烘缸中，蒸汽進入旋轉的烘缸內，并且在飽和溫度下冷凝，產生的冷凝水在烘缸內采用虹吸管裝置排出。但是傳統烘缸的虹吸裝置排水效率不高，已成為制約烘缸發展的瓶頸問題［1］。

1 常規虹吸管的形式［2-3］

蒸汽烘缸在設計虹吸管時，必須要考慮烘缸的速度。根據烘缸不同的速度，其蒸汽凝結水在缸體內的形狀也不相同，當烘缸速度由低至高變化時，缸體內凝結水的形狀分別為水塘狀→波浪狀→瀑布狀→水環狀，見圖1。

根據紙機不同的車速，傳統的蒸汽烘缸常用的虹吸管有兩種形式，即固定式虹吸管和旋轉式虹吸管。

1.1 固定式虹吸管

圖1 烘缸缸體內凝結水隨烘缸速度的變化情況

適用于紙機速度較慢的低速烘缸。因為烘缸速度較低，烘缸內的凝結水基本上均集中在烘缸最低處附近，因此虹吸管的吸入口只要固定在烘缸的最低處附近，即可順利將凝結水吸出。［4］

1.2 旋轉式虹吸管

適用于紙機速度較快的中高速烘缸。由于烘缸的速度較快，烘缸內的凝結水基本上都貼著烘缸內壁形成水環，與烘缸一起旋轉，必須采用旋轉式虹吸管，方能將凝結水吸出。

但采用旋轉式虹吸管，必須要克服凝結水在高速旋轉時產生的離心力后，才能將凝結水從中心排水口排出烘缸體外。烘缸內凝結水水環厚度越厚，旋轉式虹吸管的排水效果就越好。但是水環會阻礙加熱蒸汽對烘缸體進行傳熱。凝結水環的導熱系數僅為鑄鐵烘缸壁導熱系數的1/87［1］，這將大大增加烘缸的熱阻，造成烘缸干燥效率嚴重下降。目前常采用安裝擾流裝置的方法，來破壞凝結水水環的形成，維持蒸汽對缸體的傳熱效率;然而安裝擾流裝置雖然可以破壞凝結水環的形成，達到維持蒸汽對缸體傳熱效率的目的，但由于凝結水環被破壞，又使旋轉式虹吸管的排水效率受到了影響，甚至無法正常排水，從而使烘缸的總體效率無法提高甚至引發事故。因此，目前高速烘缸存在因產生凝結水環使傳熱效率降低和因離心力使凝結水排出困難這兩大難題。

2 無虹吸管葉輪排水式烘缸

如想徹底解決烘缸在高速運行中的這些通病，在降低能耗提高產品質量上有一個質的飛躍，必須改造現有的烘缸結構。為此，國內外一些研究機構和專家學者提出了無虹吸管式的烘缸設計理念，如多通道烘缸［5］。

本文介紹的無虹吸管葉輪排水式烘缸，既不需要設置固定式虹吸管，也不需要設置旋轉式虹吸管，而是依靠出水葉輪缸蓋上的葉片對凝結水的向心作用，將凝結水排出烘缸［6］。

2.1 無虹吸管葉輪排水式烘缸的結構

無虹吸管葉輪排水式烘缸主要由進汽缸蓋、缸體、螺旋擾流件、蒸汽擋板、出水葉輪缸蓋等組成(見圖2)。在圖2中，1為進汽缸蓋、1-1為進汽口、2為缸體、3為螺旋擾流件、4為蒸汽擋板、5為出水葉輪缸蓋 (見圖3和圖4)、5-1為葉片、5-2為出水口。

圖2 無虹吸管葉輪排水式烘缸的構成

2.2 無虹吸管葉輪排水式烘缸工作原理

圖3 無虹吸管葉輪排水式烘缸蒸汽擋板

圖4 無虹吸管葉輪排水式烘缸出水葉輪缸蓋

當烘缸高速旋轉工作時，螺旋擾流件對缸體內壁上的凝結水產生軸向推力，使凝結水流往出水葉輪缸蓋并破壞其水環的形成，出水葉輪缸蓋葉片會對處于其外緣處的凝結水產生向心作用力，并在克服凝結水離心力后，及時地將凝結水從出水葉輪缸蓋排水口排出缸體外。類似于抽油煙機反轉時，風就會從中間吹出一樣。

2.3 無虹吸管葉輪排水式烘缸的優點

(1)由于沒有虹吸管，所以避免了因虹吸管故障而可能引發的各種烘缸運行事故或爆炸事故。

(2)由于出水葉輪缸蓋對凝結水具有向心作用力，因此即使烘缸內外壓差較低也可以將凝結水順利地排出烘缸外。

(3)螺旋擾流件既具有破壞水環形成的擾流功能，又具有使凝結水流向出水葉輪缸蓋的導流功能，同時還具有提高蒸汽對缸壁導熱效率的功能。只要合理適當地控制螺旋擾流件排列的密度，便可使缸面溫度更加均勻，從而解決目前蒸汽烘缸虹吸管吸水口附近缸面溫度偏低的通病。對于幅寬較寬的烘缸，也可設計為雙面排水，只需將缸體內螺旋擾件旋轉方向按左右邊設計相反即可。

(4)對于大直徑烘缸，可在左右端蓋恰當的位置上設計螺栓孔，以安裝拉桿結構，從而達到提高缸蓋承受壓力的目的。

3 結語

無虹吸管葉輪排水式烘缸解決了高速烘缸因產生凝結水環使傳熱效率降低、因離心力作用使凝結水不易排出缸體兩大難題。無論是固定式虹吸管還是旋轉式虹吸管，在工作時不可避免地受到凝結水的沖刷，是整臺烘缸設備最容易發生故障的部件，本技術由于無虹吸管設置，因此消除了因虹吸管故障而可能引發的各種烘缸運行事故或爆炸事故。一個烘缸排水性能的優劣，往往就決定了烘缸性能的優劣，它對烘缸的生產能力、蒸汽消耗、動力消耗以及運行安全都起著至關重要的作用。無虹吸管葉輪排水式烘缸在中高速紙機中具有良好的應用和推廣前景。

［1］Chen Ke-fu.Papermaking machinery and equipment［M］.Beijing:China Light Industry Press，2003.

陳克復.制漿造紙機械與設備［M］.北京:中國輕工業出版社，2003.

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華 建，單翔年.烘缸虹吸器的選型與應用［J］.中華紙業，2003(12):25.

［4］Sun Ming，Quan Chuan-sheng，Wu Tao.Internal structure to improve the exploration of the［J］.Guangdong Pulp ＆ Paper，2005(2).

孫 銘，全川生，伍 濤.烘缸內部結構改進的探索［J］.造紙科學與技術，2005(2).

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