WQ3914型回潮机加水系统总成的设计

赵浩东，程林峰，刘玉民，孔德望

（山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，山东 济南 250104）

WQ3914型滚筒式叶丝回潮机（二次回潮机）是膨胀烟丝生产线的关键设备，其工艺任务是对升华后的烟丝进行回潮，提高膨胀烟丝的含水率。因此，其加水性能的稳定性对于保证烟丝的含水率具有非常重要的作用。膨胀线二次回潮机加水系统沿滚筒轴向分为三个区，每个区均匀布置五个双介质喷嘴。生产时，15个喷嘴同时加水，使回潮效果更均衡，体现了国产设备均匀加水的理念。

1 回潮机结构分析

如图1所示，为回潮机加水系统的示意图。

（1）回潮机分三区加水，每个区都有一根主加水管路、一根主空压气管路。每个区均布五个双介质喷嘴。

（2）管路系统由主管路和分支管路组成。主管路和分支管路的材质均为非金属软管。主管路通过管道支撑架固定在底座上。主管路通过快插形式的三通连接若干分支管路，和喷嘴相连。整个管路系统呈树形结构。

（3）15个双介质喷嘴固定在一个整体式的盖板上，盖板通过32个M8的螺栓固定在底座上。

图1 回潮机加水系统示意图

2 存在的问题分析

通过以上结构分析可以看出，回潮机主管路和分支管路为非金属软管且通过快插接头连接，管路交错繁杂。对于水管路来说，通过快插接头连接的管路可靠性较差。软管在有限的空间内挤压，使得软管和接头处连接处受力，从而出现缝隙。设备实际使用过程中，快插接头处时常出现漏水现象。水滴在烟丝上会造成“水渍烟”，严重影响膨胀烟丝的工艺质量。三个区水管路上快插接头共30个，潜在漏水点57个。

当出现漏点时，需要至少两名经验丰富的维修人员进入回潮滚筒内进行查找，更换老化的管路、接头或调整软管位置。维修人员的检查的步骤是：拆下盖板上32个M8的固定螺栓；将盖板用铁丝固定，防止下垂；查找漏点，更换接头或软管；安装盖板，紧固螺栓。

在检查更换的时候，存在以下几个问题：（1）拆卸不便。三区盖板共32个螺钉固定在基座上，每次检查都需要全部拆解，且整体式盖板重量大，拆卸时不易固定。若固定不好，会拉扯软管，造成快插接头松脱。（2）检查难度大。管道系统接头众多，分支管路缠绕，需要逐个排除，检查难度大，耗时长。（3）有限空间作业不便。整个检查、维修的过程需要在有限的滚筒空间内完成，滚筒直径只有1.4m，长时间在有限空间作业，难度较大。

3 提出方案

从以上分析可以看出，加水系统存在两个主要问题：一是潜在漏点多，二是处理漏点的过程费时费力。从这两个方面着手，提出了三个改造方案。

（1）改造管路材质：不改变管路结构形式，将加水管路和空压气管路材质改造为金属软管。优点：金属软管连接形式可靠，连接处不易泄露，可靠性增加。缺点：查找漏点的步骤没有改变，依然费时费力。

（2）改进加水方式：如图2所示，改进加水方式，滚筒入口处加水。

图2 方案2示意图

优点：漏点数量大为减少；缺点：需要改进回潮机的控制系统，并且需要对喷嘴重新选型，改造难度大，改造成本高。回潮效果不如分区加水均匀。

（3）改造加水系统结构：在不改变三区加水方式的前提下，改造加水系统结构和材质。将整个加水系统划分成三个独立的部分。既减少漏点数量，出现漏点时也便于维护。

图3 方案3示意图

4 方案设计

4.1 总体方案

模块化设计是产品可靠性设计方法之一，它已经从理念转变为较成熟的设计方法。这种科学的设计方法常用于对产品的造型、结构设计方案的确定。在模块化设计的过程中，不需要对每种产品都进行单独设计，而是精心设计出多种模块，通过这些设计出的模块组合出多样化的产品。

将这种理念在回潮机加水系统上运用。将三个加水区域划分为三个加水单元，每个单元分别安装一套模块化的加水总成。该总成集成了盖板、喷嘴、加水管路、雾化空压管路等。每套总成的结构组成、尺寸、安装方式完全相同，可以实现互换。设备维护时，直接整套更换、整套维护。

图4 总体设计方案

4.2 方案分解

根据总成设计思路及结构组成，将每套总成结构进行分解，如图5所示。

图5 方案分解

4.3 方案实施

4.3.1 总成布置方式

（1）总成数量的确定。整个回潮筒的加水控制系统分为三个区，三区相互独立，又是一个整体，共同完成烟丝回潮的工艺任务。将整个加水系统划分成三套便拆式总成。三套总成的长度之和覆盖整个滚筒长度（图6）。

图6 总成长度确定

（2）主管路布置（图7）。喷嘴为气液双相喷嘴，因此，每套总成需要一条水路，一条气路与总成相连。为了保证主管路与总成的连接形式具备通用性，每套总成与总管空间位置最好大体相同。根据三区总成的布置情况，主管路布置应为一区到三区递减。从上到下依次为一区加水管路、一区空压管路、二区加水管路、二区空压管路、三区加水管路、三区空压管路。

图7 主管路布置

（3）选择拆卸方便而且连接可靠的的定制不锈钢把手作为盖板的固定形式。

（4）由于连接需要柔性化，选择不锈钢金属软管作为总成与主管路的连接形式。

4.3.2 总成结构设计

（1）喷嘴数量的确定。烟丝回潮通过三区的喷嘴空压雾化水来完成。喷嘴数量越多，总成连接管路越多，潜在的漏点就越多；加水均匀性越好。喷嘴越少，连接管路越简单，但加水能力受限。喷嘴数量的确定需要在满足加水量的同时，通过试验确定喷嘴的数量为3个。

（2）喷嘴的排列形式。为了保证加水的均匀性，三套总成烟滚筒轴向依次排列，总成上的三个喷嘴均匀排列，间距为300mm（图8）。

总成的所有喷嘴，水汽管路、把手都需要安装在支撑盖板上，因此，支撑盖板的结构形式设计满足以下几个要求：①钻孔尺寸与喷嘴结构尺寸相符；②维修活门位置、大小合适，既能满足盖门强度要求，也要便于维修作业；③预留把手安装孔；④合理布置总成固定孔；⑤便于固定管路固定座（图9和图10）。

5 效果验证

5.1 工艺验证

加水总成设计安装以后，进行工艺测试，以保证回潮筒加水性能的可靠性。统计了项目完成后20批烟丝数据，对二次回潮机出口烟丝水分进行过程能力测算。Cpk=1.33，过程能力充分，满足工艺技术要求，说明加水系统效果良好（图11）。

图8 喷嘴间距示意图

图9 加水总成总装示意图

图10 每区加水总成结构组成

5.2 拆装验证

维护时，打开维修活门可方便地检查，将出现问题的总成拆下，换上已经调试好的备用加水总成。更换步骤如如图12所示，平均更换时间为20分钟，且由一人完成，极大地提高了维护效率。

图11 过程能力测算

图12

6 结语

（1）利用分体式设计，总成式维保的理念优化设计了二次回潮机的加水系统。

（2）通过过程能力分析，验证了改进后的回潮机加水系统的加水能力。