高速爆珠濾棒成型機開松板的研究與應用

潘永華 高 遠 張 凌 金彩洪 周文建 李 泰

（紅塔煙草（集團）有限責任公司，玉溪 653100）

進入21世紀以來，爆珠卷煙產品的銷量逐年增加。2011—2017年，國外爆珠卷煙的銷量年平均增幅在20萬箱左右；在我國，2017年爆珠卷煙的銷售額相比2016年增幅達到428.6%，遠遠高于其他創新卷煙產品[1]。目前，國外爆珠成型設備生產能力相對較高，但價格極其昂貴，在創新發展的引領下，國內急需研制開發具有自主知識產權的爆珠濾棒成型設備[2]。爆珠濾棒成型設備采用雙開縫技術將大幅提升絲束的開松效果，對爆珠濾棒成型設備向更高生產速度發展將具有重大的作用。

1 存在問題

由于在濾棒中加入了密封的爆珠，采用原有的單縫開松方式，濾棒吸阻大幅上升，對卷煙的抽吸品質造成了很大的影響。

2 爆珠濾棒吸阻過大原因分析

開松板結構由吸鐵、開松器、開松板、調整塊和螺釘組成，如圖1所示。在設備工作時，開松器內部的空腔由壓縮氣體填滿，壓縮空氣由開松板上的開松縫流出，使絲束分別完成三級開松。第二級、第三級開松開松器內的壓縮空氣壓強可進行調節。

爆珠的加入導致絲束的截面積變小，由于爆珠不透氣，在相同絲束和相同工藝的情況下，爆珠濾棒的吸阻增大，因此為了保證爆珠濾棒的吸阻不變，就必須增大絲束的通風率。絲束開松時的展幅決定了成形之后絲束的通風率，因此如何增大絲束的展幅成為解決爆珠濾棒吸阻過大的關鍵，而開松器直接影響了絲束的展幅，因此，有必要對開松器進行進一步的分析研究。

圖1 開松板結構示意圖

開松器中開松縫的截面如圖2所示。

圖2 開松板截面示意圖

由圖2可以看出，開松板的壓縮空氣由收縮的縫隙中噴出，通過收縮的管嘴使氣流進行加速。開松板所使用的是收縮管嘴，由于開松板厚度較薄，收縮管嘴較短，且開松縫氣流流速較快，來不及進行熱交換，因此可以認為是絕熱過程，故可以看作等熵流動。開松板內空間相較開松板縫隙較小，故可將其中的氣流流速看作0，即V0=0，R容器內的各參數為滯止參數，記為P0、ρ0、T0，分別表示滯止狀態下的壓強、密度和溫度，出口處的流動參數壓強、密度、溫度、流速分別為P、ρ、T、V，則由流體力學相關的知識，可以列出開松板內和開松板縫隙處斷面之間的能量方程和等熵關系式：

式中，γ為空氣的等熵指數，為一個定值，設流量為q，開松板縫隙與氣流流出垂直方向上的截面積為A，則通過開松版縫隙的質量流量為：

聯立式（1）～式（3），可得出口的流速為：

可得出流量為：

由流量和流速的計算公式可以看出，當開松器內的空間足夠大且壓強為恒定值時，流速取決于開松板氣流出口處的壓強，當設備正常工作時，開松板氣流出口處的壓強為定值，所以開松縫中的氣流流速為定值，而流量取決與開松板縫隙處在氣流流動垂直方向上的截面積和開松板氣流出口處的壓強，設單位時間內從開松板中流出的空氣的動能為E，列出動能公式：

從以上公式可以看出，當開松器內壓強恒定且空間足夠大時，單位時間內流出開松縫的空氣動能取決與開松板縫隙處在氣流流動垂直方向上的截面積。

3 改進措施

根據上述研究結論，要使絲束達到更好的開松效果，勢必要使流出開松板開松縫氣流出口的空氣具備更大的動能。因此，要想使開松板吹出的空氣具備更大的動能，應適當增大開松板上開松縫氣流出口與氣流垂直方向上的截面積，絲束呈纖維狀且絲束纖維易斷，增大開松縫的寬度會使斷裂的絲束纖維增多，增大原輔材料的浪費和使清潔保養難度增大，所以可行的方案是增大開松板上開松縫的長度。綜上所述，適當增加開松板上開松縫氣流出口的長度能使改善開松板的開松效果。

根據以上思路，項目組設計了如圖3所示的開松板開松縫。

圖3 改進后開松縫示意圖

改進后的開松板在板體1上設置了兩條相交的開松縫，其中開松縫2的夾角為155°～160°，開松縫3的夾角為150°～155°，夾角指向的方向與絲束輸送的方向相同。通過將原有的開松板的兩條平行的開松縫設置成兩條帶夾角的開松縫，增大開松縫的長度，增大了開松縫出氣口垂直氣流方向上的截面積，使絲束獲得了更好的開松效果，經過生產驗證，當開松器內氣壓相同時，同型號的絲束通過雙縫開松板時的展幅為通過單縫開松板時的1.15倍。

4 應用效果

目前，國內爆珠濾棒成型設備生產時相對穩定的速度是180m/min，而應用了雙縫開松板技術后，由于提高了絲束開松后的漲幅，現階段開發的爆珠濾棒成型設備，可確保在300m/min的運行速度下生產的爆珠濾棒完全能滿足工藝對爆珠濾棒吸阻的要求，為爆珠濾棒成型設備向更高生產速度發展提供了有力的技術支撐，介于項目取得的效果顯著，該技術在KDF2常規卷煙濾棒成型設備也進行了改進，應用效果非常好，在行業的濾棒成型設備上都具有較強的推廣價值[3]。