一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法与流程

本发明涉及烟草设备设计，更具体地说，涉及一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法。

背景技术：

1、三角形风分器是烟草行业用的一种风力风分设备，主要用途是把较轻的物质从较重的物质分离出来，虽然风选准确率不高，但设备结构简单，占地面积小，易于布局，更主要的是不需要另配除尘管道，风力输送过程就可以实现风力分选分离。

2、三角形风分器风选原理是物料通过三角形风分器时，通过风向转向，利用不同密度的物料惯性差异，轻质物料和重质物料走向发生改变二实现分离。三角形风分器虽然结构简单，但其气流需要与不同的物料状态和流量进行对应，否则影响分离效果。

3、在卷烟工厂梗丝生产线中，三角形风分器通常应用在烟梗风力输送过程去除轻质杂物，废烟回收的纸屑和烟丝分离等局部环节。目前由于缺乏气流与不同的物料状态和流量的对应计算方法而影响风分效果。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，本发明根据三角形风分器相关参数以及梗签、梗丝的特征参数，计算并优化分离效率最高时的气流参数或设备参数，有效提高三角形风分器分离效率。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，分别比较无流向调节挡板风分器、单流向调节挡板风分器、双流向调节挡板风分器的分离效率和最佳风分气流。

4、三角形风分器腔室中的风分气流一般采用空气作为气源，气流流动过程中的速度远小于声速(即常温常压下远小于100m/s)，马赫数约0.3，被压缩的程度很小，速度的变化只产生压差力，按不可压缩的牛顿流体处理；同时在较低流速和较低海拔下，分离效率的研究尺度远大于气体分子自由程大小，按连续介质处理；经过足够长时间的预热后，三角形风分器腔室内气流趋于稳定后不随时间而改变，即各点流速固定、但并不相同，即时均流速相对固定，按定常流动处理。

5、依据流体积分形式的连续方程，不可压缩流体的密度变化忽略不计，则三角形风分器各处的气流流速与风分器腔室的长度成反比，即腔室长度较长的地方，相应的平均流速就较小(即v1r1＝v2r2＝v0r0)，因此增加流向调节挡板后，在挡板前后形成气流流速的变化区，增加了重质物料和轻质物料的分离，提高了分离效率。

6、由于所空气的运动黏度很小、速度较小(低速流动)，所形成的粘性力远小于三角形风分器腔室不同长度导致的压差力，气流的主要作用力为表面力中的压差力，流体无旋转，按正压流体处理。因此，环境温度对气流影响可忽略不计。

7、依据哈根-泊肃叶流动和绕柱流动(烟叶物料近似为圆柱形)速度分布，沿气流流动的中心线处气流流速最大，是该高度处平均速度的两倍，速度沿流向法线方向依次降低，至壁面表面(临界层)的流速为零。同时，物料表面两侧的速度是此处气流平均速度的两倍。

8、在一定范围内，风分器的分离效率与气流初始速度v0呈现对数正态分布关系，初始速度小于或等于零时，风分器的分离效率为零；随着气流入口处的流速增大，三角形风分器工作区域(与物料接触的区域)的气流速度增大，相应的轻质物料上升的越多，分离效率越高；当物料均匀分布在三角形风分器垂直中心线两侧、且气流速度处于轻质物料悬浮速度和重质物料悬浮速度的中间点时，分离效率最高；当气流速度超过重质物料的悬浮速度时，重质物料与轻质物料分离的越少，相应的分离效率越低，但不为零。

9、本发明的具体技术方案为：

10、一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，所述方法基于三角形风分器的腔室尺寸、轻质物料悬浮速度、重质物料悬浮速度、气流相关参数、来料相关参数、第一流向调节挡板影响因子、第二流向调节挡板影响因子，综合建立计算模型，通过该模型计算三角形风分器分离效率，在分离效率最大条件下设置气流参数用于实现提高分离效率。

11、在标准大气压下，假定风分器的气流流动为不可压缩、定常、连续的层流流动，且风分器左右对称，在不考虑气流本身质量和物料扰动的影响，以及流向调节挡板的摩擦力影响下，经过足够长时间稳定运行的三角形风分器腔室的气流流动按时均流动进行分析计算，其烟叶梗签与梗丝的分离效率可表述为：

12、

13、其中，w—三角形风分器分离效率；a—三角形风分器分离效率的校准系数，kg/s；x—三角形风分器的设计参数；j—三角形风分器设计参数的总体均值；s—三角形风分器设计参数的总体标准差。vl—轻质物料悬浮速度，m/s；vw—重质物料悬浮速度，m/s；is—风分后物料的含杂率，％；c1—第一流向调节板校准参数(高于气流入口，低于气流出口)，无量纲；c2—第二流向调节板校准参数(气流入口与第一流向调节板之间)，无量纲；l1—轻质物料特征长度，mm；l2—重质物料特征长度，mm；t—三角形风分器的宽度，cm；m—物料的质量流量，kg/s；μ—气流的运动粘度，kg/(cm·s)。h0—料口距离气流入口高度气流入口与第一流向调节板之间，m；r0—气流入口宽度，m；v0—风分器入口风速，m/s；θ—气流出口与入口气流的夹角，rad；β—物料抛料水平夹角，rad；m—物料的质量流量，kg/s；t—三角形风分器的宽度，cm；ρ—气流密度，kg/m3；h—气流入口到出口的高度，m。

14、进一步地，所述的无流向调节挡板风分器的分离效率可表述为：

15、

16、其中，空气运动黏度μ查表获得，标准大气压下25℃的空气运动黏度约1.849×10-5kg/(cm·s)；空气密度查表获得，海平面标准大气压下25℃的空气密度约1.29kg/m3；气流入口与出口的夹角物料抛料水平夹角

17、分离效率与轻(烟叶梗丝)、重质物料(烟叶梗签)的悬浮速度差与平均悬浮速度的比值((vw-vl)/[(vw+vl)/2])成正比，与轻、重质物料的特征长度比(l1/l2)、出料物料的含杂率(is)要求成反比；与风分器的高度、宽度、气流入口处长度，以及气流初始速度、物料流量、各夹角呈现复杂的对数正态分布关系，即随着参数的增大或减小，分离效率从零迅速上升，到最高点后缓慢下降，最终分离效率接近零。当轻重物料的悬浮速度差异较大，且风分器宽度、气流初始速度、气流入口长度、风分器高度、物料抛料角度以及气流出入口夹角等各项参数充分匹配时，物料充分铺散开，物料的上升或下降只取决于气流速度与悬浮速度的比较，此时三角形风分器的分离效率s最高。

18、进一步地，所述单流向调节挡板风分器的分离效率表述为：

19、

20、其中：空气运动黏度μ查表获得，标准大气压下25℃的空气运动黏度约1.849×10-5kg/(cm·s)；空气密度查表获得，海平面标准大气压下25℃的空气密度约1.29kg/m3；气流入口与出口的夹角物料抛料水平夹角

21、分离效率与第一流向调节板参数c1与挡板的位置、长度、夹角以及材质等密切相关；与轻、重质物料的悬浮速度差与平均悬浮速度的比值((vw-vl)/[(vw+vl)/2])成正比，与轻、重质物料的特征长度比(l1/l2)、出料物料的含杂率(is)要求成反比；与风分器的高度、宽度、气流入口处长度，以及气流初始速度、物料流量、各夹角呈现复杂的对数正态分布关系，即随着参数的增大或减小，分离效率从零迅速上升，到最高点后缓慢下降，最终分离效率接近零。当轻重物料的悬浮速度差异较大，且风分器宽度、气流初始速度、气流入口长度、风分器高度、物料抛料角度以及气流出入口夹角等各项参数充分匹配时，物料充分铺散开，物料的上升或下降只取决于气流速度与悬浮速度的比较，此时三角形风分器的分离效率s最高。

22、进一步地，双向流向调节挡板风分器的分离效率表述为：

23、

24、其中：空气运动黏度μ查表获得，标准大气压下25℃的空气运动黏度约1.849×10-5kg/(cm·s)；空气密度查表获得，海平面标准大气压下25℃的空气密度约1.29kg/m3；气流入口与出口的夹角物料抛料水平夹角

25、分离效率与第一流向调节板参数c1以及第一流向调节板参数c2与挡板的位置、长度、夹角以及材质等密切相关；与轻、重质物料的悬浮速度差与平均悬浮速度的比值((vw-vl)/[(vw+vl)/2])成正比，与轻、重质物料的特征长度比(l1/l2)、出料物料的含杂率(is)要求成反比；与风分器的高度、宽度、气流入口处长度，以及气流初始速度、物料流量、各夹角呈现复杂的对数正态分布关系，即随着参数的增大或减小，分离效率从零迅速上升，到最高点后缓慢下降，最终分离效率接近零。当轻重物料的悬浮速度差异较大，且风分器宽度、气流初始速度、气流入口长度、风分器高度、物料抛料角度以及气流出入口夹角等各项参数充分匹配时，物料充分铺散开，物料的上升或下降只取决于气流速度与悬浮速度的比较，此时三角形风分器的分离效率最高。

26、本发明的有益效果：

27、本发明基于以上分析及假设，结合三角形风分器的特征，通过综合建模得到三角形风分器分离效率的计算方法，有效解决目前国内外烟草行业缺少一套基于三角形风分器尺寸和物料相关参数进行分离效率的计算方法，填补三角形风分器设计时分离效率计算模型的空白。通过模型进行分析和预测，能够计算并优化分离效率最高时的气流参数，用于提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率。

技术特征：

1.一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，其特征在于，所述方法基于三角形风分器的腔室尺寸、轻质物料悬浮速度、重质物料悬浮速度、气流相关参数、来料相关参数、第一流向调节挡板影响因子、第二流向调节挡板影响因子，综合建立计算模型，通过该模型计算三角形风分器分离效率，在分离效率最大条件下设置气流参数用于实现提高分离效率；所述三角形风分器分离效率的计算模型为：

2.根据权利要求1所述的一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，其特征在于，当无流向调节挡板时，所述三角形风分器分离效率的计算模型为：

3.根据权利要求1所述的一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，其特征在于，当设置单流向调节挡板时，所述三角形风分器分离效率的计算模型为：

4.根据权利要求1所述的一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，其特征在于，当设置双流向调节挡板时，所述三角形风分器分离效率的计算模型为：

技术总结
本发明公开了一种提高三角形风分器烟叶梗签与梗丝分离效率的方法，该方法基于三角形梗丝风分器的腔室尺寸、轻质物料(梗丝)悬浮速度、重质物料(梗签)悬浮速度、气流相关参数、来料相关参数、流向调节挡板调整系数进行综合建模，通过模型计算出分离效率，在分离效率最大条件下设置气流参数用于实现提高分离效率。

技术研发人员：汪文良,龙雨蛟,周沅桢,林婷,李雪涵,袁存波,李哲宇,羊一涛,杨惠,张舒,邱枫,和小娟
受保护的技术使用者：红云红河烟草（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23