李贵强 韩晓曦
摘 要：本文针对昆明卷烟厂现用的TR1000废烟处理设备蜗壳内物料及气流的分布及运行进行研究，通过改造离心式废烟处理设备蜗壳内部湍流流场，利用湍流垂直于流管轴线方向的分速度形成的不规则气旋，加强不同比重烟丝（即“回收丝”）与残次烟支腔体（即“三纸一棒”）的扰动，提升烟丝与废烟支腔体分离的效果，降低可回收丝未充分分离随三纸一棒废弃的几率，达到提高残次烟丝回收率的目的。
关键词：蜗壳 湍流 扰动
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：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廢烟回收设备由红云红河集团昆明卷烟厂2011年进口于意大利Garbuio Dickinson公司，目前承担着昆明卷烟厂所有牌号卷烟残次烟支的回收处理工作。日均处理4000kg，自投产以来为企业提升管理水平，有效控制成本费用，切实提高效率与效益做出了贡献。
但是TR1000废烟回收设备一直沿用自引进以来的运行模式，传统运行模式也开始凸显出更多的问题。特别是由于烟支剥离不充分，大量烟丝随着废纸块一起废弃，残次烟支烟丝回丝率一直无法有效提高。针对这个残次烟处理回丝中的瓶颈，对TR1000废烟回收设备的离心式废烟处理风机进行研究，提供一种结构设计简单，能够在离心式废烟处理设备风机蜗壳内壁上固定，工作稳定可靠，且造价成本低廉，并影响湍流流场的改造设计，正是本文的主要研究方向。
2 湍流简介
湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流;逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
但是湍流问题作为21世纪为众多工程技术问题及一些自然科学的发展所不能回避而必须认真对待的一个重要科学问题。由于它是强非线性系统产生的混沌运动，具有非常复杂性的性质。而其控制方程的数学性质又很难弄清。所有，目前针对湍流的理论，只对均匀各向同性湍流有效，而且要求雷诺数足够大且存在惯性区。针对繁杂的工厂技术问题，通过大量实验而筛选出最佳技术方案，用以解决湍流流场的运用问题，仍是甚至很长时间内的一个主要方法。本文也正是运用了通过初步理论分析和生产经验，设计出相应优选方案进行试验筛选出最佳方案的研究方法。
3 设备现状分析
TR1000废烟回收设备靠风机带动叶轮的高速旋转，将叶片间的气体从中心处甩出叶轮。叶轮中心处由于气体被甩出而产生负压，在外界大气压的作用下，将废烟支及外部气体由送料管沿叶轮轴向送入叶轮。废烟支与高速旋转的叶轮外缘产生碰撞，并在离心作用下随气流沿风机径向扩散。在此碰撞及扩散过程中实现烟丝与废烟支腔体（由卷烟纸、接装纸、成型纸和滤棒通过粘合剂组成的部分，以下简称“三纸一棒”）的分离（或称“开包”）。
为增强离心式废烟回收设备烟丝与三纸一棒的分离效果，提高残次烟回丝率，通常情况下采用提高风机叶轮旋转频率的方法实现。同时，部分型号的离心式废烟回收设备在蜗壳内壁上装有数量及排列方式不同的打钉已完成开包的三纸一棒、部分未开包的废烟支及已经分离出的烟丝在沿径向扩散至蜗壳内壁后，顺风机叶片旋转方向与蜗壳内壁上凸起的打钉产生摩擦和碰撞，甚至折断未开包的废烟支和撕裂三纸一棒，以达到烟丝与三纸一棒更好的分离效果。
但是，如在废烟回收设备蜗壳内壁上采用打钉，三纸一棒、未开包的废烟支及已分离出的烟丝在与打钉高速接触时，接触面多呈“点式”接触，造成三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝表面应力集中而折断或撕裂，伴生大量碎纸片（来自烟支接装纸和卷烟纸），一定程度上降低了烟丝回收效率和产品质量等级，并增大了工艺质量控制风险。
4 研究改进
如要提高烟丝分离效果，又不因增加伴生碎纸片（或纸屑）数量导致的产品质量等级下降，需保留打钉设计中“增大废烟支与蜗壳内壁上打钉的摩擦和碰撞”的功能，弱化或消除其“造成三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝表面应力集中而折断或撕裂”的弊端，从而避免负面效应的产生。为此，在不对设备造成伤害或大幅改造的前提下，将蜗壳内壁上打钉与三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝的“点”式接触改为打条的“面”式接触。
此离心式废烟回收设备蜗壳内壁上的打条设计，包括打条、蜗壳、风机叶轮和蜗壳检修盖板，打条位于在蜗壳上半部分（通过螺栓或焊接在蜗壳检修板或蜗壳内侧），风机叶轮位于蜗壳的内部，蜗壳检修板位于蜗壳的上半部分、并与蜗壳相固接。
打条设计增大了废烟支在离心作用下随气流沿蜗壳内壁旋转时与打条的接触面，减小了废烟支与打条接触面的局部应力，降低了三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝因局部应力大造成的废烟支折断及碎纸片的伴生。同时，呈直线或曲线“条”状的打条安装在蜗壳内壁上，将破坏局部区域内的流体层流，产生垂直于打条轴线方向的分速度，在蜗壳内局部产生湍流区域（图4所示），更进一步的实现未开包废烟支内烟丝分离效果的提升与纸片伴生的负面效应间的最佳平衡。
打条设计在蜗壳内局部形成湍流区域，不仅能有效保留打钉设计中废烟支随气流与蜗壳内壁的摩擦和碰撞功能，还有效降低了三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝的折断风险及碎纸片的产生，解决了以往打钉设计存在的缺陷。但作为根据初步理论分析和生产经验，设计出的打条，需设计出优选方案进行试验并筛选出最佳方案。
作为优选，所述打条的截面结构包括翼形、圆形、三角形。
作为优选，所述打条的正面结构包括直线型和曲线型。
作为优选，所述打条的俯面结构包括直线型和曲线型。
三种优选方案实物见图5、图6和图7。
打条设计增大了三纸一棒、未开包的废烟支及分离出的烟丝在离心作用下随气流沿蜗壳内壁旋转时与打条的接触面，减小了与打条接触面的局部应力，极大降低了因局部应力大造成的烟丝折断及碎纸片的伴生几率。同时，呈直线或曲线“条”状的打条安装在蜗壳内壁上形成的湍流区域，实现了烟丝分离效果提升与随之产生的负面效应间的最佳平衡。
最佳方案选择：
通过对各方案的打条、打钉分别进行10个工作日的试验，分别得出了对灰棒率和纸块含丝率的平均值，并进行效果对比。
从以上效果对比图8可以看出，综合考虑灰棒率、纸块含丝率和回收烟丝碎纸片的含量，小组确定波浪形（翼形）打条为最佳方案。
5 取得成效
把翼形打条安装在TR1000废烟回收设备上进行25个工作日的试验，分别统计其烟丝回丝率、灰棒率和纸片含丝率，并与改进前进行对比。
安装波浪形打条改进后，TR1000废烟回收设备废弃纸块含丝率降低了1.97个百分点，废弃纸块夹杂烟丝量明显减少。由效果验证的统计可以得到处理回丝率提高了1.26个百分点，以日平均处理4000kg残次烟支为例，改进之后可比改进之前每天多回收50.4kg烟丝。
6 结语
打条设计虽针对昆明卷烟厂生产五部现有的TR1000残次烟处理设备进行改造，但进行研究改造时已经充分考虑相同原理设备在成果使用时的通用性。该设计结构简单，工作稳定可靠，一旦安装使用，不需维护维修或更换，而且造价成本低廉，便于推广应用。
本研究成果在昆明卷烟厂生产五部实施成功之后，即可在烟草行业进行推广应用。为尊重发明人的知识产权，本发明已获得名为《一种离心式废烟回收设备蜗壳内壁上的打条设计》实用新型专利授权。
参考文献
[1] 王宇. 基于柔性化残次烟支处理技术的研究和应用[A]. 中国烟草学会工业专业委员会.中国烟草学会工业专业委员会烟草工艺学术研讨会论文集[C].2010.
[2] 赵胤淇.丝网探测器的研发与应用[D].兰州大学，2018.
[3] 王慧，丘琪，華一崑，等.TR400型残次烟支处理机的工艺改进[J].烟草科技，2001（7）：10-11.
