談棉花加工工藝中的串聯(lián)與并聯(lián)

〔北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京100052〕

一、行業(yè)背景

我國的棉花加工生產(chǎn)線主要基于美國20世紀(jì)80年代的工藝模式，雖然近20年來有了較快發(fā)展，自動(dòng)化水平明顯提高，但是工藝流程越來越復(fù)雜。特別是機(jī)采棉加工中籽棉要經(jīng)過4～5道籽棉清理、1～2級烘干，然后進(jìn)入配棉絞龍供給4～6臺(tái)軋花機(jī)生產(chǎn)，軋花后的皮棉經(jīng)過1～2道鋸齒式皮棉清理機(jī)清理后統(tǒng)一集棉打包。籽棉和皮棉的加工過程主要通過氣力輸送、卸料除塵、風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，配套了大量的卸料器、閉風(fēng)器、螺旋輸送器、風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器等輔助設(shè)備，為了兼容機(jī)采棉和手摘棉還增加了許多切換裝置和旁路裝置，再加上電器控制與籽棉或皮棉回潮率、溫度、火警監(jiān)控等在線檢測系統(tǒng)，形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的串并聯(lián)相混合的銜接模式。從生產(chǎn)實(shí)際看，整個(gè)加工生產(chǎn)線故障率較高、運(yùn)轉(zhuǎn)率較低、可靠性較差，主要問題大多出在串并聯(lián)結(jié)合點(diǎn)上。本文僅對機(jī)電系統(tǒng)串并聯(lián)結(jié)合點(diǎn)的設(shè)計(jì)要素做初步分析，供廣大工程技術(shù)人員參考，也可作為軋花廠生產(chǎn)管理和維護(hù)的重點(diǎn)。

二、機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備中的串并聯(lián)簡介

（一）配電與控制系統(tǒng)的串并聯(lián)

從宏觀上看，所有380 V/220 V用電設(shè)備均并聯(lián)到軋花廠配電變壓器二次側(cè)的400 V總電源上。從微觀上講，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的供電電源都要經(jīng)過熱保護(hù)繼電器、接觸器、斷路器等元件，這些都是串聯(lián)的。最簡單的配電與控制電路如圖1所示。

圖1 配電與控制電路圖

任何電路中，并聯(lián)電壓相等，總電流等于分電流之和；串聯(lián)電流相等，總電壓等于分電壓之和。但在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)，有的電氣設(shè)備的實(shí)際接線沒有經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算，憑經(jīng)驗(yàn)或者為了所謂的安全隨意增大導(dǎo)線線徑、增大保護(hù)器件規(guī)格，有的在原控制柜上隨意增加新的用電設(shè)備，甚至更改線路，違反了串并聯(lián)電流電壓的基本原理，造成一些安全隱患。無論是過壓還是過流，要么損壞器件，要么損壞線路，輕者會(huì)造成全線停產(chǎn)，重者可能發(fā)生火災(zāi)事故。

（二）籽棉清理與加工設(shè)備的串并聯(lián)

典型的機(jī)采棉加工生產(chǎn)線一般都是由兩根籽棉氣力輸送管道進(jìn)車間（即雙管線式），車間內(nèi)設(shè)置兩套相同的籽棉卸料、多級清理、多級烘干設(shè)備，最后將清理后的籽棉統(tǒng)一送到配棉絞龍上，再均勻地分配給每臺(tái)軋花機(jī)。每臺(tái)軋花機(jī)后面都配置一臺(tái)氣流皮棉清理機(jī)和兩臺(tái)鋸齒皮棉清理機(jī)，再將清后皮棉統(tǒng)一集棉后輸送到打包機(jī)。從整條生產(chǎn)線看，籽棉氣力輸送和烘干清理、軋花和皮清、集棉和打包這三大塊是串聯(lián)的，從單臺(tái)設(shè)備看，雙線式預(yù)處理系統(tǒng)是并聯(lián)的，籽棉卸料器、傾斜式籽棉清理機(jī)、清鈴機(jī)、傾斜回收式籽棉清理機(jī)、提凈式籽棉清理機(jī)等都是串聯(lián)的、多臺(tái)軋花機(jī)組是并聯(lián)的、軋花機(jī)和皮棉清理機(jī)之間是串聯(lián)的、總集棉和打包機(jī)是串聯(lián)的，如果再看看排塵、除雜風(fēng)機(jī)管網(wǎng)組合也有很多串聯(lián)與并聯(lián)，主機(jī)與輔機(jī)之間形成了特別復(fù)雜的交織網(wǎng)絡(luò)。精簡的機(jī)采棉加工工藝流程如圖2所示。在生產(chǎn)實(shí)際中我們發(fā)現(xiàn)，最容易出現(xiàn)故障的部位恰恰是這些串并聯(lián)的交匯點(diǎn)。物料的流動(dòng)、氣流的流動(dòng)、管道的壓力同電流電壓的原理是相同的，如果交匯點(diǎn)出了問題，就會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 機(jī)采棉加工工藝流程圖

三、串并聯(lián)結(jié)合點(diǎn)關(guān)鍵要素分析

（一）電氣方面

并聯(lián)節(jié)點(diǎn)：必須注意元器件的耐壓不低于總電源電壓、輸入總電流等于各分支線路的電流之和，所選擇的導(dǎo)線截面積要符合安全標(biāo)準(zhǔn)，總電源導(dǎo)線的安全載流量（A）能力必須大于分支導(dǎo)線的安全載流量（A）能力之和，接線端子的安全載流量（A）規(guī)格要大于導(dǎo)線安全載流量（A），主回路在長時(shí)間帶負(fù)載工作情況下，所有導(dǎo)線及端子不可有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。

串聯(lián)節(jié)點(diǎn)：必須注意各元器件本身的耐壓，各元器件所承受的電壓之和等于總電壓，各元器件的工作電流相等。斷路器、熱過載保護(hù)器等元器件的規(guī)格必須與負(fù)載額定工作電流匹配，否則失去保護(hù)作用。

（二）機(jī)械方面

并聯(lián)節(jié)點(diǎn)：流動(dòng)的籽棉或皮棉在并聯(lián)節(jié)點(diǎn)上必須保證總流入量與總流出量相匹配，為了保證生產(chǎn)順暢，一般要求流出能力應(yīng)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，長時(shí)間堵塞很可能摩擦起火。例如配棉絞龍?zhí)幚砹勘仨毰c軋花機(jī)總產(chǎn)量和籽棉清理機(jī)總處理量相匹配，軋花機(jī)供不應(yīng)求則影響生產(chǎn)效率，供過于求則造成大量溢流浪費(fèi)能源。氣力輸送與通風(fēng)除塵是軋花廠應(yīng)用特別廣泛的技術(shù)，在并聯(lián)節(jié)點(diǎn)上，其中最關(guān)鍵的要素就是壓力平衡，例如鋸齒皮棉清理機(jī)集棉塵籠引風(fēng)機(jī)一般可帶動(dòng)2臺(tái)～3臺(tái)皮棉清理機(jī)，各支管與總管有多個(gè)三通匯集節(jié)點(diǎn)，由于每個(gè)支管的壓損不盡相同，因此，每臺(tái)皮棉清理機(jī)引風(fēng)量也必然不同。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)總壓力不變，會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)支管壓力平衡，那么原來阻力較小的分支就會(huì)加大風(fēng)量，原來阻力較大的分支就會(huì)減少風(fēng)量，雖然實(shí)現(xiàn)了新的平衡，但是輸送風(fēng)量偏離了原設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)這種差異超過10%時(shí)可能會(huì)對軋花機(jī)、皮棉清理機(jī)生產(chǎn)有影響，所以要根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在滿足每臺(tái)設(shè)備正常運(yùn)行的情況下達(dá)到新的平衡。

串聯(lián)節(jié)點(diǎn)：無論是物料流動(dòng)還是氣流流動(dòng)，在串聯(lián)模式下工作的各個(gè)設(shè)備其流量相同，關(guān)鍵的要素是各個(gè)節(jié)點(diǎn)都不能出現(xiàn)問題，否則會(huì)造成該條工藝線“斷鏈”，只有串聯(lián)型工藝中后面的設(shè)備處理量略大于前面的處理量才能避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。例如軋花機(jī)軋出的皮棉，首先是通過毛刷高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生風(fēng)量，經(jīng)過正壓將皮棉吹出軋花機(jī)出棉口，再被皮棉清理機(jī)集棉塵籠引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓風(fēng)量拉出皮棉道直至皮棉清理機(jī)集棉塵籠，為此該串聯(lián)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)就是正壓與負(fù)壓的交匯點(diǎn)。各種規(guī)格的軋花機(jī)毛刷產(chǎn)生的風(fēng)量是不同的，應(yīng)配置的皮棉清理機(jī)集棉塵籠引風(fēng)量至少要大于軋花機(jī)毛刷風(fēng)量的15%～20%才能保證順暢。每路輸送、卸料、除塵是由一臺(tái)風(fēng)機(jī)完成的，例如外吸籽棉所用的5-29型高壓離心風(fēng)機(jī)，在卸料器前是負(fù)壓輸送籽棉，卸料器后至風(fēng)機(jī)入口前是負(fù)壓輸送含塵空氣，風(fēng)機(jī)出口至旋風(fēng)除塵器入口是正壓輸送含塵空氣，旋風(fēng)除塵器出口是凈化后的廢氣直接排放到大氣或再進(jìn)入二級濾塵器過濾后排入大氣。這是一條典型的串聯(lián)工藝，任一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)堵塞或漏風(fēng)都會(huì)影響籽棉正常輸送。風(fēng)機(jī)的全壓是有限的，當(dāng)負(fù)壓段管道或卸料器漏風(fēng)就會(huì)形成補(bǔ)風(fēng)，必然增加壓損；正壓段阻風(fēng)同樣也增加壓損。如果發(fā)現(xiàn)輸送能力不足，切忌不要盲目更換大功率風(fēng)機(jī)或電機(jī)，而是應(yīng)在串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上查找主要的壓損點(diǎn)。

四、結(jié)論

綜上所述，電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械加工系統(tǒng)和氣力輸送與除塵系統(tǒng)設(shè)備及元器件的結(jié)合都離不開串聯(lián)或并聯(lián)。棉花加工工藝中的串聯(lián)與并聯(lián)無處不在，發(fā)生故障的原因往往都與這些節(jié)點(diǎn)有關(guān)，把握這些關(guān)鍵點(diǎn)要素并密切監(jiān)測是準(zhǔn)確、快速發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的最有效途徑，是保證整個(gè)生產(chǎn)線高效運(yùn)轉(zhuǎn)、安全可靠的重要手段。☆