恒压式风速风速仪在风力送丝系统中的应用

恒压式风速风速仪在风力送丝系统中的应用

汪庭春1,刘柯尔2,陈博3

（1安徽中烟工业有限责任公司芜湖卷烟厂 安徽芜湖 241000）

（2湖南中烟工业有限责任公司吴中卷烟厂 宁夏吴中 751100）

（3陕西中烟工业有限责任公司澄城卷烟厂 陕西澄城 715200）

关键词：恒压式风速仪、风力送丝系统、降低烟丝造碎、消除波动

摘要：风力送丝系统是连接成品烟丝和卷烟设备的桥梁，是决定产品产量与质量的关键工艺环节。卷烟机供丝需求的短暂性与随机性，决定了送丝管道需要频繁启停，在一台风机为多条送丝管道提供动力的模式下，任意送丝管路的频繁启停会对其余支管风速造成显著影响。为此行业内普遍采用主管风量调节、重锤式补风阀、二元等值替代等技术手段进行管路间的风力平衡。这些技术方法能基本满足现有生产需求，但仍未根本解决由于风速剧烈波动造成的堵料、烟丝破碎等问题。

The wind wire feeding system is a bridge connecting the finished cut tobacco and cigarette equipment, and is a key process to determine the product output and quality. The transience and randomness of the cigarette machine's wire supply demand determine that the wire feed pipe needs to be started and stopped frequently. Under the mode that one fan provides power for multiple wire feed pipes, the frequent start and stop of any wire feed pipe will have a significant impact on the wind speed of other branch pipes. For this reason, technical means such as main pipe air volume regulation, heavy hammer air make-up valve and binary equivalent replacement are widely used in the industry to balance the wind power between pipelines. These technical methods can basically meet the existing production needs, but they still have not fundamentally solved the problems such as material blockage and cut tobacco breakage caused by the violent fluctuation of wind speed.

本文以恒压式风速在线检测系统在烟厂风力送丝系统中的应用，以及对风力送丝系统的优化和实施为例，结合现代卷烟工业企业生产的要求和风力送丝系统的现状、特点，探讨如何对目前卷烟企业的风选风送系统进行优化，以提高整体卷烟企业风力送丝系统的水平。

一、风力送丝系统的现状及主要问题

烟丝气力输送以投资小、简单、可靠、运行维护方便等，成为卷烟生产烟丝输送的主流方式。多管风力送丝系统是由喂丝机,送丝管和卷烟机上的集丝箱,回尘管以及风机除尘器组成,每根管供一台卷烟机用丝。集丝箱上装有一对光电管和气动开关机构来控制卷烟机的料位。多管风力送丝系统运行时具有以下的特点：

（1）每根送丝管吸入烟丝速度具有随机性。

（2）系统中开机的台数具有不确定性,机组吸丝与补风具有随机性。

（3）卷烟机在吸丝的过程中,开始由于集丝箱的过滤面积大,滤网的风阻小,后来由于烟丝的量不断增加,滤网的有效面积变小,因此风阻增加,影响输送风速。

（4）每台卷烟机的吸丝时间较短大约为一秒,在短暂的时间内保持整个系统中的每根吸丝管的气流速度变化不大,对系统的调节与控制措施要较高。

由上述分析可知，风力送丝系统中多组卷烟机供丝需求的短暂及随机性，导致送丝风速波动剧烈，造成烟丝破碎，水分及香气散失，因此如何有效抑制风速的波动，实现稳定均匀送丝，是卷烟行业的一个老大难问题。在更先进的烟丝输送方式和装备研发还没有重大突破的现状下，惟有对传统的风力送丝方式进行更深入细致的研究及探索。如果能通过控制稳定风速，以及通过控制烟丝速度和风速等技术来实现烟丝的稳定柔性输送，将为减少烟丝造碎增加填充值，最终提高卷烟产量和质量，提供了非常大的空间。

二、风速在线检测系统现状

在风力送丝系统为卷烟机输送烟草物料方面，选用合理优化的风力输送参数，有利于提高卷烟的质量等级，保证卷烟产品的质量，降低烟丝损耗，从而创造显著的经济效益；另一方面，当前国内外有关风速测量的研究，大多是针对洁净、常温以及无腐蚀性的气体，对于关于烟丝这种纤维状、叶片状物料的气力输送风速在线检测，相关研究不多，由于烟草物料的特殊性，在这方面研究和成果可以作为风力送丝技术应用理论的丰富和补充，并为风力筛选以及输送在其他领域的应用起到启示和借鉴作用。

目前，国内外卷烟企业风力送丝系统，尚无精准、稳定风速的在线检测仪器设备，无法实时精准监测送丝管内的风速并参与后续控制；有部分企业增加了管道内测量风速的仪器，但检测数据波动较大，稳定性差（长期使用采样易被灰尘堵塞，监测数据失真），无法采集数据，参与控制。

恒压式风速仪在风力送丝系统上的应用，可以长期、稳定、实时的检测风力送丝管内风速，并参与系统控制，实时调节自动风门的开度，形成闭环控制，保证风力送丝管内风速的稳定性，降低造碎，改善烟支品质。

三、恒压式风速仪的基本原理

图1 恒压式风速仪原理图

恒压式风速仪通过文丘里建立压差，再利用伯努利方程，根据传感器检测到的压差数据计算得出风速数值。

测量模块：采用全球顶尖的微差压传感器测量精度达到0.01Pa，高重复性；绝对压力传感器漂移率低于0.1%，高可靠性；供电及模拟输出隔离电压可达3000V。

恒压模块：采用特殊设计的压力控制装置更有效的平衡气路系统使测量更为精确稳定

滤波技术：采用卡尔曼滤波（Kalman filtering），它是一种利用线性方程状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。

四、研究方法

本文采用实验对比法，根据我厂风力送丝系统的实际情况，选择两条送丝管道，其中一条不做任何优化改动，另一条根据风速测量装置的使用要求进行优化改造，在改造后使用期间整理记录两条送丝管道的稳定性、具体风速，并绘制图表进行对比分析。

1、稳定风力送丝系统风速。对造成风速波动的主要因素进行试验分析，根据分析结果进行系统优化，对管道风速进行闭环自动调节与风速的精准控制，实现丝管风速波动≤1m/s

2、降低造碎率。根据记录数据，将优化后和原来的风力送丝系统的整丝率、碎丝率和物料损耗等数据进行对比分析，对优化后的风力送丝系统进行经济效益分析；

3、优化风力送丝系统风速。在保证烟丝输送能力的前提下，尽量降低烟丝的输送速度，以减少输送过程中烟丝结构破碎和烟丝香气、水份等的散失。在输送流量不变的情况下，风送送丝系统风速降低至17±1m/s。

五、实施改造

改造对象选取：根据我厂风力送丝系统现状，选取其中一条具有代表性的风力送丝管道作为改造对象。

设备选型：根据选取的风力送丝管道运行参数选择设备型号为GC-127LDD恒压式风速检测系统。

改造实施：将选取的风力送丝管道，其中一段长820mm的管道截断（前后距离弯头、变径以及吸口1米以上），用于安装恒压式风速检测系统，现场施工工程量小，基本不占用额外空间；在卷烟机后除尘管道增加调节风门一套。

通过前期系统改造，在风力送丝管道上增加了一套恒压式风速检测系统，在卷烟机后的除尘管道上增加了一套自动调节阀。系统运行开关控制，仍由原开关阀T1进行开关控制；通过控制系统设定风力送丝系统运行风速，自动调节阀V1根据风速仪检测风速，进行自动调节，直至达到设定风速；自动调节阀设置记忆功能，在风力送丝系统不工作时保持原状态不变。（系统示意图，如图2所示）

图2 改造后系统示意图

六、结果与分析

通过前期系统改造与后期运行，数据记录及分析显示：

1、改造后我厂风力送丝系统的稳定性、可靠性得到显著提高，并实现堵料报警功能；

2、能够稳定并精准控制风力送丝管道风速，使风速波动范围：±1m/s；

3、风力送丝系统造碎率降低1%；

4、在输送流量不变的情况下，输送风速降低至17±1m/s，显著提高了料气比。

参考文献

[1]胡友军，赵文良. 集中除尘系统在卷烟工业中的设计与利用[J].黑龙江科技信息，2008.

第一作者：汪庭春

汪庭春，安徽省芜湖市弋江区南塘湖路140号芜湖卷烟厂，邮编241000，联系电话15385608990