TR1000廢煙回收設備蝸殼湍流流場擾動的研究與改進

李貴強 韓曉曦

摘? ?要：本文針對昆明卷煙廠現用的TR1000廢煙處理設備蝸殼內物料及氣流的分布及運行進行研究，通過改造離心式廢煙處理設備蝸殼內部湍流流場，利用湍流垂直于流管軸線方向的分速度形成的不規則氣旋，加強不同比重煙絲（即“回收絲”）與殘次煙支腔體（即“三紙一棒”）的擾動，提升煙絲與廢煙支腔體分離的效果，降低可回收絲未充分分離隨三紙一棒廢棄的幾率，達到提高殘次煙絲回收率的目的。

關鍵詞：蝸殼? 湍流? 擾動

中圖分類號：TS43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0075-04

Abstract： In this paper， the distribution and operation of materials and airflow in the volute of TR1000 rejected cigarettes recovery equipment in Kunming Cigarette Factory are studied. The turbulent flow field in the volute of centrifugal rejected cigarettes recovery equipment is reformed， and irregular cyclones formed by the partial velocity of turbulence perpendicular to the axis of the flow tube are used to strengthen tobacco with different specific gravity.（The disturbance of " Recovered tobacco"） and rejected cigarettes cavity （i.e. " cigarette paper，tipping paper，wrap paper and filter "） can improve the separation effect of cut tobacco and rejected cigarettes cavity， reduce the probability of inadequate separation of recoverable tobacco with cigarette paper，tipping paper，wrap paper and filter， and achieve the purpose of improving the recovery rate of rejected cigarettes.

Key Words： Volute; Turbulence; Disturbance

1? 研究背景

TR1000廢煙回收設備由紅云紅河集團昆明卷煙廠2011年進口于意大利Garbuio Dickinson公司，目前承擔著昆明卷煙廠所有牌號卷煙殘次煙支的回收處理工作。日均處理4000kg，自投產以來為企業提升管理水平，有效控制成本費用，切實提高效率與效益做出了貢獻。

但是TR1000廢煙回收設備一直沿用自引進以來的運行模式，傳統運行模式也開始凸顯出更多的問題。特別是由于煙支剝離不充分，大量煙絲隨著廢紙塊一起廢棄，殘次煙支煙絲回絲率一直無法有效提高。針對這個殘次煙處理回絲中的瓶頸，對TR1000廢煙回收設備的離心式廢煙處理風機進行研究，提供一種結構設計簡單，能夠在離心式廢煙處理設備風機蝸殼內壁上固定，工作穩定可靠，且造價成本低廉，并影響湍流流場的改造設計，正是本文的主要研究方向。

2? 湍流簡介

湍流是流體的一種流動狀態。當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，也稱為穩流或片流;逐漸增加流速，流體的流線開始出現波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合。這時的流體作不規則運動，有垂直于流管軸線方向的分速度產生，這種運動稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。

但是湍流問題作為21世紀為眾多工程技術問題及一些自然科學的發展所不能回避而必須認真對待的一個重要科學問題。由于它是強非線性系統產生的混沌運動，具有非常復雜性的性質。而其控制方程的數學性質又很難弄清。所有，目前針對湍流的理論，只對均勻各向同性湍流有效，而且要求雷諾數足夠大且存在慣性區。針對繁雜的工廠技術問題，通過大量實驗而篩選出最佳技術方案，用以解決湍流流場的運用問題，仍是甚至很長時間內的一個主要方法。本文也正是運用了通過初步理論分析和生產經驗，設計出相應優選方案進行試驗篩選出最佳方案的研究方法。

3? 設備現狀分析

TR1000廢煙回收設備靠風機帶動葉輪的高速旋轉，將葉片間的氣體從中心處甩出葉輪。葉輪中心處由于氣體被甩出而產生負壓，在外界大氣壓的作用下，將廢煙支及外部氣體由送料管沿葉輪軸向送入葉輪。廢煙支與高速旋轉的葉輪外緣產生碰撞，并在離心作用下隨氣流沿風機徑向擴散。在此碰撞及擴散過程中實現煙絲與廢煙支腔體（由卷煙紙、接裝紙、成型紙和濾棒通過粘合劑組成的部分，以下簡稱“三紙一棒”）的分離（或稱“開包”）。

為增強離心式廢煙回收設備煙絲與三紙一棒的分離效果，提高殘次煙回絲率，通常情況下采用提高風機葉輪旋轉頻率的方法實現。同時，部分型號的離心式廢煙回收設備在蝸殼內壁上裝有數量及排列方式不同的打釘已完成開包的三紙一棒、部分未開包的廢煙支及已經分離出的煙絲在沿徑向擴散至蝸殼內壁后，順風機葉片旋轉方向與蝸殼內壁上凸起的打釘產生摩擦和碰撞，甚至折斷未開包的廢煙支和撕裂三紙一棒，以達到煙絲與三紙一棒更好的分離效果。

但是，如在廢煙回收設備蝸殼內壁上采用打釘，三紙一棒、未開包的廢煙支及已分離出的煙絲在與打釘高速接觸時，接觸面多呈“點式”接觸，造成三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲表面應力集中而折斷或撕裂，伴生大量碎紙片（來自煙支接裝紙和卷煙紙），一定程度上降低了煙絲回收效率和產品質量等級，并增大了工藝質量控制風險。

4? 研究改進

如要提高煙絲分離效果，又不因增加伴生碎紙片（或紙屑）數量導致的產品質量等級下降，需保留打釘設計中“增大廢煙支與蝸殼內壁上打釘的摩擦和碰撞”的功能，弱化或消除其“造成三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲表面應力集中而折斷或撕裂”的弊端，從而避免負面效應的產生。為此，在不對設備造成傷害或大幅改造的前提下，將蝸殼內壁上打釘與三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲的“點”式接觸改為打條的“面”式接觸。

此離心式廢煙回收設備蝸殼內壁上的打條設計，包括打條、蝸殼、風機葉輪和蝸殼檢修蓋板，打條位于在蝸殼上半部分（通過螺栓或焊接在蝸殼檢修板或蝸殼內側），風機葉輪位于蝸殼的內部，蝸殼檢修板位于蝸殼的上半部分、并與蝸殼相固接。

打條設計增大了廢煙支在離心作用下隨氣流沿蝸殼內壁旋轉時與打條的接觸面，減小了廢煙支與打條接觸面的局部應力，降低了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲因局部應力大造成的廢煙支折斷及碎紙片的伴生。同時，呈直線或曲線“條”狀的打條安裝在蝸殼內壁上，將破壞局部區域內的流體層流，產生垂直于打條軸線方向的分速度，在蝸殼內局部產生湍流區域（圖4所示），更進一步的實現未開包廢煙支內煙絲分離效果的提升與紙片伴生的負面效應間的最佳平衡。

打條設計在蝸殼內局部形成湍流區域，不僅能有效保留打釘設計中廢煙支隨氣流與蝸殼內壁的摩擦和碰撞功能，還有效降低了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲的折斷風險及碎紙片的產生，解決了以往打釘設計存在的缺陷。但作為根據初步理論分析和生產經驗，設計出的打條，需設計出優選方案進行試驗并篩選出最佳方案。

作為優選，所述打條的截面結構包括翼形、圓形、三角形。

作為優選，所述打條的正面結構包括直線型和曲線型。

作為優選，所述打條的俯面結構包括直線型和曲線型。

三種優選方案實物見圖5、圖6和圖7。

打條設計增大了三紙一棒、未開包的廢煙支及分離出的煙絲在離心作用下隨氣流沿蝸殼內壁旋轉時與打條的接觸面，減小了與打條接觸面的局部應力，極大降低了因局部應力大造成的煙絲折斷及碎紙片的伴生幾率。同時，呈直線或曲線“條”狀的打條安裝在蝸殼內壁上形成的湍流區域，實現了煙絲分離效果提升與隨之產生的負面效應間的最佳平衡。

最佳方案選擇：

通過對各方案的打條、打釘分別進行10個工作日的試驗，分別得出了對灰棒率和紙塊含絲率的平均值，并進行效果對比。

從以上效果對比圖8可以看出，綜合考慮灰棒率、紙塊含絲率和回收煙絲碎紙片的含量，小組確定波浪形（翼形）打條為最佳方案。

5? 取得成效

把翼形打條安裝在TR1000廢煙回收設備上進行25個工作日的試驗，分別統計其煙絲回絲率、灰棒率和紙片含絲率，并與改進前進行對比。

安裝波浪形打條改進后，TR1000廢煙回收設備廢棄紙塊含絲率降低了1.97個百分點，廢棄紙塊夾雜煙絲量明顯減少。由效果驗證的統計可以得到處理回絲率提高了1.26個百分點，以日平均處理4000kg殘次煙支為例，改進之后可比改進之前每天多回收50.4kg煙絲。

6? 結語

打條設計雖針對昆明卷煙廠生產五部現有的TR1000殘次煙處理設備進行改造，但進行研究改造時已經充分考慮相同原理設備在成果使用時的通用性。該設計結構簡單，工作穩定可靠，一旦安裝使用，不需維護維修或更換，而且造價成本低廉，便于推廣應用。

本研究成果在昆明卷煙廠生產五部實施成功之后，即可在煙草行業進行推廣應用。為尊重發明人的知識產權，本發明已獲得名為《一種離心式廢煙回收設備蝸殼內壁上的打條設計》實用新型專利授權。

參考文獻

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