缓冲罐无动力旋转清洁干燥装置的设计与应用

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  摘 要:基于卷烟设备在正常生产时会产生大量烟灰、粉尘,而一部分烟灰、粉尘会随真空管道吸入缓冲罐内,造成烟灰、粉尘吸附在缓冲罐的内壁上,久而久之,会越积越多,影响缓冲罐内部的清洁度。通过对这一问题以及对空气缓冲罐的内部结构原理分析后,在空气缓冲罐内设计一套无动力旋转清洁干燥装置可以有效解决现有技术缓冲罐体清洗不便或清洗不彻底的问题。
  关键词:卷烟设备;缓冲罐;无动力;清洁干燥装置
  [Abstract] based on cigarette equipment in the normal production will produce large amounts of soot,dust,and part of the soot and dust with the vacuum suction buffer tank,pipe caused by soot,dust adsorption on the buffer tank wall,over time,will is piling up,affect the purity of the buffer tank internal.Based on this problem and after analyzing the principle of the internal structure of air cushion tank,the air cushion tank design a set of unpowered rotating cleaning drying device can effectively solve the existing technology of the buffer tank cleaning inconvenience or not completely clean.
  前言
  在烟草企业的生产过程中,卷接包设备对负压的需求量非常大,而烟草真空泵系统就是配套服务于卷接包设备上,且一般是三台或多台真空泵机组共用一个缓冲罐(单台吸气量≥50m3/min),由于卷接包设备在正常生产时会产生大量烟灰、粉尘,而一部分烟灰、粉尘会随真空管道吸入缓冲罐内,烟灰、粉尘也就容易吸附在缓冲罐的内壁上,久而久之,会越积越多,也易在缓冲罐的内壁上形成烟尘的结垢,依靠人工进行冲水清理是无法清洗干净的。因此,对真空泵缓冲罐的清洁、保养是真空泵系统维保过程中必不可少的环节,也是目前企业亟待解决的一个问题。
  一、缓冲罐现有清洁方式存在的问题与不足
  (一)缓冲罐现有的清洁方式
  集中供真空系统一般是通过三台或多台真空泵机组共用一个缓冲罐来为卷烟设备提供负压(单台吸气量≥50m3/min),由于多台真空泵机组共用一个缓冲罐,结合烟草生产任务紧、二班或三班连续作业的特点,设备运行过程中又不方便进行清洁、保养工作,一般都是安排在月底生产结東后进行。一般常规的清洁保养的方式是通过人工进行清洁。当每次清理缓冲罐时,均是通过人工使用自来水进行冲洗,但由于烟灰、粉尘较长时间在缓冲罐内内壁上的吸附,导致结垢严重,根本无法清理干净,维保人员只好拆开缓冲罐人孔进入缓冲罐内,用人工清理方式铲除烟灰结垢,同时,还需克服因真空泵缓冲罐DN50排污管口径太小,清理下来的烟垢易堵塞排污管道的影响,对排污管上的球阀进行疏通,然后再用自来水冲洗干净。由于缓冲罐内属有限空间作业,内部异味大、夏天网热、作业时间长、劳动强度大、流出的烟灰淤泥造成地面二次污染,不仅影响着现场管理和设备管理,更重要的是影响维保人员的健康。
  考虑到这点,为了解决人工清洁的局限性,降低清洁保养过程的难度和劳动强度,有的企业对清洁方式进行了改进,通过加装自动清洁装置达到自动清洁的效果。即在罐体顶部新安装一台变速电机,在罐体内部安装一各较大型的刮壁支架(支架的直径在1.4~1.8m米左右),通过开启变速电机,带动刮壁支架转动,刮壁支架带动支架外表面上的多个刮刷与罐体的内侧贴合,通过旋转刮刷对罐体内壁的污物进行刮除,然后开启罐体内部上侧的一排喷头,喷头高速喷射自来水,对罐体内壁进行清洗,刮除和清洗下来的污物经罐体下部的排污口和排液口的排放管道源源不断流向排污沟,借此达到清洗和保养罐体的目的。
  (二)缓冲罐现有清洁方式的不足
  现有清洁装置虽然能够起到清洁缓冲罐内壁积灰、积尘的效果,但基于其设计体积庞大及现场空气缓冲罐内部作业的限定,该装置相比存在以下几点不足:一是对罐体结构和工作性能的改进不是很恰当,该装置把真空进气管的位置从罐体下部提升到了罐体顶部,改变了气体运动的轨迹,大大降低了气体在罐体中的缓冲作用;二是由于罐体体积较大,直径大约1.4~1.8m左右,高度在4~5m之间,要在其顶部安装电机、在内部安装与罐体直径大致相当的刮壁支架,还是比较浪费材料的,大大增加了加工成本;三是烟灰、烟尘容易随着氣流流动,随气流运动的烟灰、烟尘也容易附着在罐体的上半部内壁表面上,但此装置只能对下半部的内壁附着物进行清洁,无法对上半部的内壁附着物进行清洁,无法做到360度无死角清洁;四是此机构只关注了对罐体的部份清洁,却忽视了用水清洁过后,缓冲罐的内壁表面会残留大量水渍,无法有效去除残留水渍,由于罐体内部不通风,水渍会长时间残留在罐体内,真空泵运行时,水渍易被气流带入真空泵中;五是清洁下来的污物经罐体下部的排污口和排液口的排放管道源源不断流向排污沟,不仅仅造成大量自来水的浪费,伴随自来水流出的烟灰淤泥又会对地面和周围环境造成了二次污染。
  二、无动力旋转清洁干燥装置的研究
  (一)无动力旋转清洁干燥装置的设计原理
  为克服现有清洁装置在技术中存在的不足,通过在空气缓冲罐内部安装无动力旋转清洁干燥装置可以有效弥补现有装置的不足,其设计见图1,设计原理如下述:无动力旋转清洗干燥装置安装于沿真空罐体轴向从上往下2/3-3/4位置处,通过在缓冲罐内部安装的无动力旋转架上安装3根旋转支管,且旋转支管沿无动力旋转架径向均匀分布,每个旋转支管上设有3个主喷头和1个副喷头,主喷头均匀分布在旋转支管同一侧,并且向下与垂直方向呈一倾斜角θ,其中35°<θ<45°,副喷头的喷口方向垂直向上设计,无动力旋转架的下端设有增压接头,增压接头内壁设有凹槽,无动力旋转架下端设有凸沿,凹槽与凸沿相适应,凹槽与凸沿之间还设有滚珠(见图2),无动力旋转架通过滚珠可沿凹槽内做360°旋转,无动力旋转架上还套接有固定接头,固定接头与增压接头通过螺纹的方式固定连接,增压接头的另一端与总管道通过螺纹紧密连接。无动力旋转架下端沿凸沿38轴向开设有4-10个缺口,所述缺口宽度为0.8mm-1.2mm。主喷头外形呈圆柱形,主喷头的内直径为1.5mm-3mm之间,且主喷头的内直径由内而外逐渐减小,副喷头外形呈狭长孔,该副喷头的横截面呈等腰梯形,且副喷头的开口形状由内而外逐渐增大。其中第一支路、第二支路和排污管上分别安装有第一电磁阀、第二电磁阀和排污电动阀,在控制器的作用下启动电磁阀,使该装置依靠水源产生水平方向的径向分力为无动力旋转架提供一个旋转力矩作为动力源。   (二)无动力旋转清洁干燥装置的结构
  空气缓冲罐罐体(见图1)的下部侧面和顶部分别安装有真空出口和真空进口,罐体的中上部侧面固定安装有由平行配置的第一支路、第二支路和第三支路,它们分别是进水管和进气管,且汇合成与总管道连接,罐体内部设有清洗装置,罐体底部分别设有排污管和废水循环池,在第一支路、第二支路和排污管上分别安装有第一电磁阀、第二电磁阀和排污电动阀,它们均与控制器电性连接,排污管的出口与烟尘沉淀池相连通,废水循环池上部位置固定安装有水泵,水泵通过第三支路把循环水送到总管道,第二支路连接的水源可以是自来水,第一支路连接的气源为压缩空气。
  该清洗干燥装置的增压接头一端的外丝与固定接头的内丝固定连接在一起,固定接头的中心孔套接在无动力旋转架上,使无动力旋转架旋转时更加的稳固,无动力旋转架能够在固定接头中相对转动,无动力旋转架的下端凸沿嵌套在凹槽内,并且在它们之间设有滚珠,实现无动力旋转架的自由旋转,无动力旋转架的上端均匀分布3个旋转支管,3个旋转支管上均设有主喷头和副喷头,主喷头均匀分布在旋转支管同一侧并呈向下倾斜设置,喷射角与垂直方向的夹角呈35°~45°,且主喷头内直径为1.5mm -3mm之间,且主喷头的内直径由内而外逐渐减小,通过内直径逐渐减小的设置可提高喷洗水的冲击力,清洗的更彻底。副喷头是设置在旋转支管上方的狭长孔,朝向罐体上方,横截面呈梯形设置,副喷头的内外口径都呈长方形,且由内而外逐渐增大,外口孔的长度为6 mm -12mm,宽度为0.8 mm -1mm,内口孔的长度为3 mm -5mm,宽度为0.5mm-0.7 mm,通过口径由内而外逐渐增大的设置,使副喷头出口处内壁呈一斜面,在喷射罐体顶部时使喷出的水覆盖面积更广,3个副喷头同时配合使用,可将顶部区域完全覆盖,避免出现清洗盲区,废水循环池通过沉淀档板分设两个单元池,一个是循环水收集池,另一个是烟尘沉淀池。其中第一电磁阀和第二电磁阀都选用常闭型电磁阀。
  (三)无动力旋转清洁干燥装置的特点
  通过无动力旋转清洁干燥装置的设计,一是有效利用流体作用力和反作用力的原理,流体从旋转支管斜射主喷头喷出時,流体能对旋转支管产生水平方向的径向分力,为旋转主体提供一个旋转力矩作为动力源,从而使旋转支管和主喷头绕固定接头中心作旋转运动,副喷头采用开口向上逐渐增大的设计,在主喷头和副喷头配合作用下,可以使该清洗装置能在旋转中实现对罐体内进行360度全方位的清洗,清洗得更加充分和全面;二是使用了高压高速的压缩空气充分对罐体内壁上残留的水渍进行旋转式喷吹,可有效去除残留水渍,保护了设备的正常运行;三是废水循环池能对清洁下来的污物进行沉淀回收,杜绝了烟灰淤泥对周围环境的二次污染;四是废水循环池可以对废水进行沉淀后进行再次循环利用,可节约大量的水资源,减少了水资源的浪费;五是通过实现无动力自动旋转工作,可以达到均匀喷射、快速高效清洁干燥的效果,该装置总体结构简单,操作方便、清洁效率高、节能环保,自动化程度较高,进一步降低了对该罐体内部清洁的难度,防止了粉尘对人身和环境的二次污染。
  三、无动力旋转清洁干燥装置的应用效果
  当启动该装置电源后,在控制器的作用下,自动开启第二电磁阀和水泵和排污电动阀,自来水或循环水经总管道到达清洗装置,并从旋转支管主喷头和副喷头喷出时,流体能对旋转支管产生水平方向的径向分力,为无动力旋转架提供一个旋转力矩作为动力源,无动力旋转架通过滚珠可沿凹槽内做360°旋转,从而使旋转支管、主喷头和副喷头绕旋固定接头中心作旋转运动,主喷头和副喷头即能在旋转中实现对缓冲罐体内进行360°全方位的喷射、喷洒清洗,高速喷射、喷洒的水流在罐体内壁内形成旋转涡流,对真空罐体1的清洗的更加充分、全面和彻底,随着水流清洁下来的烟灰、烟尘经排污管排入废水循环池中,废水循环池中经沉淀后的水又被水泵送入第三支路中,继续工作;待真空罐体内壁清洁完成后,控制器关闭第二电磁阀和水泵,启动第一电磁阀,高压、高速的压缩空气由第一支路经总管道到达清洗装置,并对缓冲罐体内部进行高速、高压的旋转式喷吹,对罐体内部进行干燥处理,到此,对罐体的清洁和干燥流程结束,控制器关闭第一电磁阀和排污电动阀,完成对罐体的清洁和干燥等保养工作。整个过程无需打开维修观察孔进行人工手动清洁,很好的解决了目前对罐体的自动清洁存在的问题,防止了粉尘对人身和环境的二次污染,降低了对该缓冲罐体清洁的难度,操作性和适用性较强,做到了工效、质量和环保等诸方面的全面提升。
  四、结束语
  该项缓冲罐无动力旋转清洁干燥装置的设计,充分利用了流体作用力和反作用力的原理,流体从旋转支管斜射主喷头喷出时,流体能对旋转支管产生水平方向的径向分力,为旋转主体提供一个旋转力矩作为动力源,从而使旋转支管和主喷头绕固定接头中心作旋转运动,实现360°全方位的清洗效果,有效解决了在清洁、保养空气缓冲罐过程中操作人员进入缓冲罐内作业的问题,避免了因内部异味大、闷热、作业时间长、劳动强度大、烟灰烟尘对人的呼吸系统的影响,有效保护了维保人员的身体健康。同时,清洗后的烟灰淤泥直接进入排污系统处理,做到了工效、质量和环保等诸方面的全面提升,不仅符合当前企业生产的实际需要,也可广泛推广应用到制药、水泥、轻纺、采矿、化肥、化工等与真空浓缩、真空回潮、真空吸尘、气体回收等相配套的生产制造行业中去,具有较大的市场推广和使用价值。
  参考文献
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  [4]设备系统运行操作手册.成信绿集成股份有限公司、江西中烟工业有限责任公司.2013
  作者简介:
  黄敬贵(1969-),男,江西兴国人,江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂工程师,主要从事设备技术管理、技术改造等管理工作。
  黄新萍(1979-),女,江西兴国人,江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂工程师,主要从事产品质量管理、体系制度建设等工作。
  王美斌(1990-),男,江西抚州人,江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂工程师,主要从事设备管理等工作。
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