工业烘干机转速优化

余儒集

摘 要：本文简要介绍工业烘干机的结构形式及工作原理，分析烘干过程中布草的运动规律，通过建立物理模型验算滚筒转速对烘干性能的影响以及相应的转速优化。计算结果对正确选择烘干机运行速度及设计传动系统有着重要参考作用。

关键词：烘干机 径向进风 滚筒 转速 优化

中图分类号：TN94 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0053-02

烘干机是洗涤环节的中间设备，用于将洗涤后的布草进行干燥作业，可分径向进风与轴向进风两种类型。由于烘干过程需要输入大量热能，设计的运行参数不合理将导致烘干效率低下，令使用成本增高，也不利于节能环保。本文通过分析烘干过程中布草的运动规律，建立计算模型核算滚筒转速以及对烘干性能的影响，并通过实验验证所得结果，对同类设备具有普遍参考价值。

1 滚筒转速的影响

对于径向进风的烘干机，滚筒转速及气流速度是影响布草湿热交换时间的两个主要因素。转速过低，布草无法散开，气流无法穿透布草；转速过高，布草将跟随滚筒同步转动，阻挡了气流的进入；而合适的滚筒速度下布草才能获得最大落差及最大滞空时间，增加湿热交换的时间。而气流速度越大，单位时间从布草带走的水汽也越大，但由于是自上而下进气，对布草施加下压力，令布草跌落速度增加，缩短滞空时间。因此，合适的滚筒转速还要考虑气流速度的影响。

2 建模计算

当滚筒转速达到临界转速，布草贴紧滚筒璧做周转运动，与气流接触时间可认为是零而没有热交换。所谓临界转速，是指滚筒内最外层的布草刚好开始能贴着滚筒璧旋转的速度。当转速较低时，由于布草出现倾泻状态，只有表面部分布草与气流有接触，热交换作用也不高。只有当布草呈抛落状态运动时，与气流的热交换才是充分的。当单位时间里处于热交换的布草最多时，烘干机将工作在最优烘干效率，此时的滚筒转速称为理论最优转速。从以上分析可以看出，布草获得热交换的数量是单位时间里布草处于滞空状态的质量占比与布草运动的滞空时间的积。以下计算出发点是：核算滚筒不同转速下，布草运动的滞空时间，单位时间滞空质量占比与滞空时间乘积（下文称其为热交换质量量纲J）。

参数说明：S为滚筒壁对布草的支撑力；T为滚筒璧对布草的切向力；f1为气流对布草的下压力；ε为转速同步率；z为滚筒半径；n为滚筒转速；为落点偏角；τ为滞空质量占比。

如图1所示，只考虑重力及气流下压力，忽略布草相互间作用力，布草刚好脱离滚筒璧，支撑力S=0，此时布草所受的向心力为：。

结合匀速旋转向心力计算式：推出布草提升角：，如图2所示，布草自A点抛射，斜抛角是θ，且θ=90°-α，布草的初始脱离（抛出）速度为：，坐标为：。

由抛物线方程式：，可知在A点的抛物线方程为：

上式中a为有气流影响的加速度：，结合圆轨迹方程式：，推出落点的X坐标计算式：

对x>0，落点在Y轴右侧，x<0，落点在Y轴左侧，落点偏角从A点抛射的最大滞空时间由上升时间及下降时间组成，。

上升时间，下降时间。

下降距离由射高、起抛点及落点的坐标组成，射高。

将布草在滚筒内地运动理想化为连续过程，假设布草完成一次循环运动总时间为t0，t3为布草从落点被提升到起抛点的时间，

则滞空量占比：热交换质量量纲：。

可见滚筒内布草抛落总耗时、热交换量纲是转速的函数，详细求解过程省略。

3 实测结果及分析

下表是对国内某品牌100kg烘干机不同转速的计算结果及实际测试的烘干效率数据。

从表1可看出，其他条件相同情况下，转速在30.5r/min附近时烘干时间最短；从30.5r/min开始增大或减少，烘干时间都开始增加。实验结果与以上计算的热交换量纲的变化趋势相似。

4 结语

烘干机滚筒转速是烘干机效率的重要影响因素。本文通过计算数据、实验数据相互验证转速对烘干效率的影响，为烘干机运行转速选择、设计确定方向。

參考文献

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