热风伴随、穿透式高效籽棉清理机

热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机的设计王泽武【郑州棉麻工程技术设计研究所,河南郑州450004】摘要：若机采棉生产线中的籽棉清理机具有烘干功能。籽棉在清理时烘干，烘干时清理，使籽棉能在开松、翻滚时受热均匀并及早落杂；烘干、开松、清理互相促进达到事半功倍的效果，这样效率会超过顺序配置烘干机+清理机的效果，达到高效的可能。在生产线中减少刺辊对籽棉的打击次数是减少纤维长度的变短、损伤，减少索丝、疵点、短纤维含量，保持棉纤维原生品质的主要手段。若机采棉生产线中的籽棉清理机具同时具有烘干和清理的高效功能，在生产线中可减少普通倾斜式籽棉清理机的配置，减少刺钉辊筒的数量以降低对籽棉纤维质量的不良影响。关键词：烘干清理热风穿透机采棉高效设计1问题的提出机采棉比手采棉具有高效、低成本、高收益的显著优势。机采棉和手采棉生产线的最主要工艺区别是对籽棉和皮棉增加了烘干和清理的次数，在过度干燥的情况下还需要增加加湿工艺。目前，新疆发展机采棉生产的势头强劲，机采棉加工技术也在新疆棉区得到迅速推广。在初步掌握机采棉加工技术后，对机采棉籽棉如何保持棉纤维原生品质成为棉花加工关键技术瓶颈。保持棉纤维原生品质要通过对棉花加工过程中影响棉纤维原生品质的关键环节进行研究，减少棉纤维损伤、疵点和短纤维率，降低棉花中的杂质含量，有效保护棉花资源，最大限度地提高棉花资源的使用价值和经济效益。保持棉纤维原生品质最终需通过对棉花加工过程中影响棉纤维原生品质的籽棉干燥、籽棉清理、轧花、皮棉清理环节进行系统研究开发和技术创新，通过实现棉花精细化加工，减少加工过程对棉纤维原生品质的损伤，提高棉花加工质量，降低纺织用棉成本。机采棉的含杂量与含水率远大于手摘棉，在籽棉纤维品质上也稍逊色于手摘棉。由于机采棉的这些特点，人们认识到机采棉的籽棉烘干和清理工艺的合理与否，设备本身性能的优劣及配置的合理与否，将直接影响到棉纤维原生品质。对机采籽棉的烘干与清理工艺的研究与相应新型设备的开发也将是目前任重道远且急迫的任务。2目前机采棉的烘干与清理工艺2．1目前机采棉的烘干工艺图1机采棉轧花工艺流程图阀7.提1.通大气阀2.重杂物分离器3.籽棉分离器4.籽棉自控箱5.搁板增热式烘干机6.倾斜式籽棉清理机7.提净式籽棉清铃机8.搁板增热式烘干机9.倾斜式籽棉清理机10.倾斜回收式籽棉清理机11.配棉绞龙12.轧花机13.气流式皮清机14.锯齿式皮棉清理机15.集棉机16.皮棉滑道17.打包机18.棉包输送系统由于机采棉的含杂量与含水率远大于手采棉，机采棉加工工艺中的籽棉烘干环节是非常关键的。轧花过程中对籽棉的回潮率非常敏感，回潮率的增大会导致轧花困难，产量降低。应用烘干，就是为了控制付轧籽棉的回潮率。烘干过的棉花加工成皮棉后外观形态非常好，色泽、手感等主观因素表现较好，较易升级。但过度的烘干会使棉纤维低水分，在纤维体积、比重、摩擦系数、导电性、弹性、强度、色泽等方面也会发生一系列变化。这些变化均可直接或间接影响轧花工艺的正常运行和皮棉质量。如图1是目前最广泛应用的机采棉轧花工艺流程，籽棉经通大气阀1、重杂物分离器2、籽棉分离器3和籽棉自控箱4进入脉冲－隔板增热式烘干机5进行第一道烘干。由于机采籽棉中的杂质与水分含量较大，杂质与纤维通过水的作用粘结力较强，将籽棉尽早的烘干利于清理杂质。被初步烘干的籽棉进入倾斜式籽棉清理机6、提净式籽棉清铃机7进行清理，烘干气体带走籽棉中的部分水分通过尘笼脱离籽棉排入沙克龙。货场籽棉在垛位的不同位置，或放置的时间长短等多种原因导致长时间进入生产线的籽棉含水量差异较大。在进行初步烘干后，籽棉含水量长片段虽还是类似进口的上下浮动，但上下波动幅度趋于平缓。头道的烘干还达不到轧花机所适合的7%--9%的水分，此时籽棉被第二次烘干，通过二次烘干使籽棉长片段含水均匀，通过进一步清理后稳定的喂给轧花机12。烘干时间越长、烘干温度越高，烘干效率就越高。但是，现有籽棉干燥系统（如图1）烘干时间越长，系统风运路程越长，风运阻力也就越大；同时塔体表面积增大，散热就越多，结果是耗费电能及热能也越多，成本增大。若减少烘干时间并达到烘干的效果则只有提高烘干的温度，现有籽棉干燥系统工作温度高时（大于120℃）会损伤甚至破坏棉纤维原生蜡质层，导致棉花可纺性差。所以研究保持蜡质层不被破坏的中低温（85℃～100℃）干燥技术及新型烘干设备是当务之急。2．2目前机采棉的清理工艺如图1，很明显，机采棉比手采棉增加了籽棉预清理系统。一般的是增加了倾斜式籽棉清理机6和提净式籽棉清铃机7的应用。倾斜式籽棉清理机6与手采棉中的倾斜式籽棉清理机是完全一样的；针对机采棉铃壳较多的情况，在籽棉预处理系统中特设了提净式籽棉清铃机。近几年，各种自动喂花机、清异纤机也加入了机采棉的工艺流程。这些自动喂花机、清异纤机也大都兼具对籽棉的开松与清理功能。机采棉的成熟度不如手采棉，纤维强度也低于手采棉。而机采棉在生产线中又经过了远多于手采棉的刺钉辊的反复打击、搓揉和齿条辊的多次强力钩拉，这个过程造成了棉纤维干体的损伤及纤维长度的变短，同时索丝、疵点和短纤维率也大量增加，严重影响了棉纤维原生的品质。减少机采棉加工过程对棉纤维原生品质的损伤，实现棉花精细化加工，提高棉花加工质量，实现最大限度地提高棉花资源的使用价值和经济效益，也要求我们对机采棉的清理进行研究，并设计出新型高效的适合机采棉的清理设备。3热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机的设计3.1设计思路若机采棉生产线中的籽棉清理机具有烘干功能。籽棉在清理时烘干，烘干时清理，使籽棉能在开松、翻滚时受热均匀并及早落杂；烘干、开松、清理互相促进达到事半功倍的效果，这样效率会超过顺序配置烘干机+清理机的效果，达到高效的可能。在生产线中减少刺辊对籽棉的打击次数是减少纤维长度的变短、损伤，减少索丝、疵点、短纤维含量，保持棉纤维原生品质的主要手段。若机采棉生产线中的籽棉清理机具同时具有烘干和清理的高效功能，在生产线中可减少普通倾斜式籽棉清理机的配置，减少刺钉辊筒的数量以降低对籽棉纤维质量的不良影响。3.2总体结构及工作原理：图2总体结构示意图1.进棉口2.卸料器3.热风进口4.可调余热出口5.分流板6.外检修门7.落杂箱8.外箱体及保温层9.内检修门10.扶梯11.刺钉辊筒12.格条漏底13.落杂斜板14.光电限位15.排杂绞龙16.排杂闭风器17.杂质出口18.支架19.储棉箱20.给棉罗拉21.落棉斗22.同步带轮23.同步带24.外箱体及保温层25.安全罩壳26.刺钉辊电机27.观察清堵门28.排杂绞龙减速机29.籽棉出管图3本机在流程中的应用示意图1.通大气阀2.重杂物分离器3.籽棉分离器4.籽棉自控箱5.搁板增热式烘干机6.倾斜式籽棉清理机7.提净式籽棉清铃机8.热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机9.籽棉分离器10.籽棉分离器11.配棉绞龙12.轧花机13.气流式皮清机14.锯齿式皮棉清理机15.集棉机16.皮棉滑道17.打包机18.棉包输送系统籽棉经进棉口1被吸入卸料器2中完成气纤分离。籽棉下落至本机，被分流板5分成两路喂给刺钉辊筒11，在刺钉辊筒11与格条漏底12的相互作用下对籽棉进行清理。每个刺钉辊筒11和格条漏底12是一个清理单元，一个清理单元清理完成后会将籽棉抛射向下一个清理单元；热风从热风进口3(2处)进入本机，对籽棉进行伴随烘干，在清理单元将籽棉抛射向下一个清理单元时，热风对籽棉流进行穿透烘干。清理单元和热风反复作用，经过多次反复加强烘干和清理的效果；杂质从格条漏底12漏出，通过落杂斜板13滑入落杂箱7中，通过排杂绞龙15、排杂闭风器16经杂质出口17排出本机。在清理时会有部分热气通过格条漏底12进入落杂箱7，落杂箱7的外箱体覆有保温层8，其实落杂箱7兼具了落杂箱和保温箱的作用。保温气体在落杂箱7中形成动态的保温层，保温气体通过可调余热出口4排出本机。经多次伴随、穿透式烘干及多组清理单元清理后，籽棉落入本机下方的储棉箱19内。储棉箱19暂时储存一定量的籽棉，通过给棉罗拉20起到均匀喂给下台机的目的。同时储存箱19中的一定量的籽棉也起到闭风的作用，籽棉在储存箱19中可继续被烘干。籽棉在完成清理和烘干后随热气进入落棉斗21，在落棉斗21处被后方的风机负压抽吸至下台卸料器，在下台卸料器尘笼处含水热气与籽棉彻底分离，烘干工作结束。3.3本机设计特点分析3.3.1本机综合了隔板式烘干机和倾斜式清理机的原理，使籽棉能在一台设备中既烘干又清理，完成2台不同设备的功能。3.3.2根据烘干理论，烘干气流与物料的速差越大则烘干效果越好。传统的烘干机对籽棉是全程伴随式，在输送物料的同时进行烘干，速差很小。本机中清理时，籽棉运行速度9~11米/秒，进热风速度按16米/秒时有近5米/秒的伴随速差。同时热风还不断对籽棉流进行穿透式烘干，进行穿透式烘干时速差理论上接近热风速度16米/秒；相同温度下烘干时间越长烘干效率就越高。传统的烘干机需要用热风运送籽棉，需要较高的风速，风速低时会造成籽棉在机体内的堵车。本机内的籽棉靠机械拨转、抛射行进，速度较低，能使籽棉以较长的时间留在机体内，利于烘干。所以本机的设计符合烘干原理，效果较好。籽棉在清理时不断翻滚、并被开松、被抛射，此时对籽棉烘干能使籽棉各个部位受热均匀，达到较好的烘干效果；较好的烘干效果同时也促使杂质更容易与籽棉脱离，达到比相同数量刺辊高得多的清理效果。本机内热风的风向与落杂方向一致，利于杂质在刺辊与格条栅的作用下脱离籽棉，利于杂质排向图2中的落杂箱7。3.3.3传统籽棉烘干需要大的风量和风速来运送籽棉，这将需要较大的供热风机，耗能较大。本机的烘干热风不进行风运籽棉的工作，所以选择较小的风机即可满足工作，可大量节省电能。由于本机设计结构合理，籽棉在机体内受热时间较长，烘干效果较强，为了不“过烘”损伤甚至破坏棉纤维表面的原生蜡质层，进热风的温度可比传统烘干机相应降低。热风温度的降低也将大大节省热源的能耗。3.3.4本机采用中低温（85℃～100℃）烘干。中低温烘干不但能有效保持棉纤维表面的原生蜡质层，而且能使生产线的水分变化幅度变小。能在在线测水等辅助设备控制下使生产线更加的稳定。3.3.5由于本机的设计能达到高效的目的，在生产线应用中（如图3），图1所示流程中的搁板增热式烘干机8后的倾斜式籽棉清理机9和倾斜回收式籽棉清理机可取消，以免造成对籽棉的过度开松。图3中的本机8后接籽棉分离器10，将籽棉通过配棉绞龙分配给轧花机12。轧花机12的U形刺辊可代替被取消的回收式清理机的回收功能。在应用本机的流程中取消了两台传统籽棉清理机有以下优点：a.减少了刺钉辊的总数量，直接减少了刺辊对籽棉的打击次数。因为对籽棉打击次数的减少是有效保持纤维长度、避免损伤，减少索丝、疵点，保持棉纤维原生品质的主要手段。b.减化了加工流程，节约了设备投资，减轻了工人的维修、操作的工作量，同时能耗也大幅降低。c.降低了基础、基建的投资成本。应用本机时轧花机上只需一层钢架平台放置籽棉分离器和配棉绞龙即可，比传统的三层平台降低了成本，并使工人上下方便。由于轧花机上方高度的降低，轧花厂房除打包机处的梁下12米的要求外，其余梁下9米即可，比传统的厂房节省了基建的投资。3.3.6本机的设计具有防堵车功能。籽棉进入本机即被分流板5分成两路以降低对第一、二组清理单元的冲击，利于第一、二组清理单元对籽棉的开松。本机的格条漏底均可单独调节隔距。从上到下隔距逐步减小，逐步增加清理力度，不易产生堵车现象。本机的传动采用同步带，在使用中避免了使用普通三角皮带“打滑”、“丢转”导致的堵车现象。本机的传动速度