ZJ116B型细支高速卷接机流化床温度对卷制质量的影响研究

＊陈智鸣 宾晖 李江 覃宁波 唐小雪 侯振强 李馨

（广西中烟工业有限责任公司 广西 530001）

近年随着细支卷烟产品及技术装备的不断发展，有力推动了细支卷烟的快速增长，满足了消费者对卷烟产品个性化、多样化的需求。在细支卷烟设备研发及装备方面，生产速度为10000支/min的国产ZJ116B型细支高速卷接机已陆续投入生产使用，本企业是该机型的首批装备用户，目前该型设备已成为行业内细支卷烟生产的主流设备。

ZJ116B型细支高速卷接机采用流化床供丝系统，其工作原理是通过气力作用将烟丝悬浮于运动的流体中，使烟丝在流化床的弧面床身上形成烟丝层后，再输送到风室体吸丝成形。流化床的工作气流由循环风机产生，工作气流为闭路内循环工作方式。在实际生产中，随着卷接机高速连续运行时间的增加，流化床系统的温度会随着工作气流温度的增加而上升，进而对细支烟的卷制质量带来影响。目前在关于细支烟卷接机流化床温度对卷制质量的影响研究方面，行业内有一些相关研究，朱强等[1]对卷烟机流化床供丝方式对烟支燃烧温度分布的影响开展分析研究，研究发现烟支最高燃烧温度在特定的剖切面两侧存在明显差异；余坤河[2]分析了流化床技术在PROTOS-M5型卷接机组的应用和技术实现原理；潘恒乐等[3]对ZJ116型常规烟卷接机组循环风机改进后的卷烟感官质量进行分析，研究表明改进后的卷烟感官质量有所提升；李满伟[4]针对流化床供丝技术在ZJ17C中速卷接机组的应用开展研究，解决了ZJ17C中速卷接机的生产效率；关存春等[5]用流化床技术改进了ZJ17中速卷接机组的供丝系统，研究表明减少了烟丝与机械零件的接触,降低了烟丝碎丝率。

综上所述，目前在关于细支烟卷接机流化床温度对卷制质量的影响研究方面，多数是基于原有ZJ17或ZJ17C等中速卷接机开展的机械机构优化或技术改造方面的研究分析，以及对ZJ116型常规烟卷接机循环风机改进后的卷烟感官质量进行分析。在针对细支烟高速卷接机流化床温度对卷烟卷制质量的影响方面鲜有报道。本文拟对ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统的温度变化规律，及其工作气流方式改进后对细支烟卷制质量的影响开展研究。

1.材料与方法

(1)材料、设备及仪器

①原材料

正常在用合格卷烟材料及成品烟丝。

②主要仪器及设备

细支高速卷接机：ZJ116B型，常德烟草机械有限责任公司；电子天平：ML203型，精确至0.0001g，瑞士Mettler Toledo公司；综合测试台：SODIM，法国Sodim公司；实验室红外水份仪：Infralab710E型，英国NDC公司；烟支含末率测定仪：JMZ-V型，安徽光学精密机械研究所；烟丝振动分选筛：YQ-2型，郑州恒德公司；烟支端部落丝量测试仪：YDZ-II型，合肥众沃仪器公司；高精度手持红外热成像仪：FLUKE E60型，美国福禄克公司。

(2)方法

①卷烟重量、吸阻测定。按GB/T 22838.4-2009《卷烟和滤棒物理性能的测定》第4部分[7]及第5部分[8]执行。

②卷烟含末率、含水率及空头的测定。按GB/T 22838.7-2009《卷烟和滤棒物理性能的测定》第7部分[9]、第8部分[10]及第9部分[11]执行。

③卷烟端部落丝量测定。按GB/T 22838.16-2009《卷烟和滤棒物理性能的测定》第16部分[12]执行。

④烟丝结构测定。按YCT 178-2003《烟丝整丝率、碎丝率的测定》[13]执行。

⑤流化床温度测定。在ZJ116B型细支高速卷接机额定生产机速的正常生产工况条件下，以一个生产班次的周期（8h）为范围，按一定时间间隔，使用高精度手持式红外热成像仪，按GB/T 28706-2012《无损检测 机械及电气设备红外热成像检测方法》[14]，对ZJ116B型细支高速卷接机流化床系统的循环风机表面温度及流化床床面温度进行测定，并记录检测结果。

2.试验结果与分析

(1)细支高速卷接机流化床供丝系统分析

由ZJ116B型细支高速卷接机图册可知[6]，流化床供丝系统主要由流化床循环风机、配气箱、流化床、风室体、一次分选喷嘴和二次分选喷嘴等组成。由图1可见，循环风机产生的工作气流进入配气箱，经配气箱将工作气流分配至流化床和分选喷嘴，在流化床喷出的气流作用下，将输送过来的烟丝在流化床的弧面床身上形成平铺的烟丝层，再输送到风送室体吸丝成形并形成烟丝束。

图1 ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统结构图

(2)流化床供丝系统温度变化规律分析

为了解ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统的温度变化规律，在不破坏和损伤流化床供丝系统原有结构的前提下，采用红外热成像检测仪，对循环风机和流化床等两个关键部位的温度分布情况进行快速无损测定，温度数据见表1、图2、图3和图4。

图4 ZJ116B细支高速卷接机流化床系统温度变化规律

表1 ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床供丝系统温度

图2 流化床循环风机温度热成像图

图3 流化床床面温度热成像图

从表1、图2及图3可知，ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床循环风机温度均值为55.6℃，流化床床面温度均值为46.9℃，两个部位的温度差为8.7℃。从图1可知，ZJ116B型细支高速卷接机在额定高速运行条件下，流化床循环风机高速运转，风机内部的转子叶轮在高速运转状态下与空气摩擦产生热量，工作气流将热量传递到流化床系统的各个部位。随着工作时间的增加，流化床的床面温度也逐步上升，由于目前该型设备未配置有相关降温装置，造成流化床供丝系统的温度总体偏高。

从图4可知，循环风机温度及流化床床面温度，在设备运行4h内的温度上升较为明显，其中流化床循环风机温度上升14.2℃，流化床床面温度上升11.2℃；设备运行4h后温度趋于稳定，流化床循环风机温度平均在55.0℃～56.0℃之间，流化床床面温度平均在46.0℃～47.0℃之间。

(3)流化床温度变化对烟丝结构及卷制质量的影响分析

为掌握ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床温度变化对卷制过程烟丝结构及烟支物理质量的影响，在正常生产工况条件下，对应收集测定了各温度点下的烟丝结构和卷烟含水率、含末率、端部落丝量、卷烟空头率、卷烟重量SD、吸阻SD等指标数据，如图5～图8。

图5 流化床温度对烟丝整丝率和碎丝率的影响

图6 流化床温度对卷烟含水率及含末率的影响

图7 流化床温度对卷烟空头率及端部落丝量的影响

从图5～图8可知，ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床系统温度的上升，对烟丝结构及卷制过程的烟支物理质量造成影响。其中烟丝整丝率随着流化床温度的上升而下降，整丝率下降11%；烟丝碎丝率随着流化床温度的上升而上升，碎丝率上升5%；卷烟含水率随着流化床温度的上升而下降，卷烟含水率下降0.20%；卷烟含末率、空头率、端部落丝量、卷烟重量SD值及卷烟吸阻SD值等卷制质量指标，随着流化床温度的上升而升高，其中卷烟空头率上升1.06%，端部落丝量上升3.27mg/支；卷烟含末率上升1.65%；卷烟重量SD值上升4.92mg/支；卷烟吸阻SD值上升16Pa/支。因此，流化床系统温度的变化对烟丝结构及卷制质量造成的影响较为显著。

图8 流化床温度对卷烟重量SD值和吸阻SD值的影响

(4)流化床系统循环气流工作方式的优化改进

针对ZJ116B型细支高速卷接机流化床系统原有的工作气流方式，在设备长时间连续高速运行过程导致系统温度升高问题。在不改变卷烟机原有布局的基础上，将流化床气流工作方式改为循环风机气流入口与现场大气相通，出口与卷包除尘系统连接的开环工作方式（见图9），实现对工作气流的降温，保障卷制过程的产品质量和工艺要求。

图9 ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统结构图

流化床系统循环气流工作方式改进后，对ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统的温度进行了跟踪监测，其中流化床循环风机平均温度为31.2℃，下降约24℃；流化床床身平均温度为30.1℃，下降约17℃，详见表2、图10及图11；同时改进后流化床供丝系统的温度也趋于稳定，见图12。

表2 流化床系统温度统计表

图10 改进后流化床循环风机温度热成像图

图11 改进后流化床床面温度热成像图

图12 流化床工作气流方式改进后的温度趋势

(5)流化床系统循环气流工作方式改进后对卷制质量的分析

ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床系统循环气流工作方式改进后，在正常生产工况条件下，对应收集测定了各温度点下的烟丝结构和卷烟含水率、含末率、端部落丝量、卷烟空头率、卷烟重量SD、吸阻SD等指标的数据，如图13～图16。

图13 流化床循环工作气流方式改进前后烟丝整丝率和碎丝率的对比

图14 流化床循环工作气流方式改进前后卷烟含水率和含末率的对比

图15 流化床循环工作气流方式改进前后卷烟空头率和含末率的对比

图16 流化床循环工作气流方式改进前后卷烟重量SD和吸阻SD的对比

从图13～图16可知，ZJ116B型细支高速卷接机流化床供丝系统的循环工作气流方式改进后，卷制过程的烟丝整丝率、烟丝碎丝率和卷烟含水率、含末率、端部落丝量、空头率、重量SD值、吸阻SD值等指标，均有不同程度的变化。其中卷制过程的烟丝整丝率上升6.5%；烟丝碎丝率下降4.5%，卷烟含水率上升0.2%，说明卷制过程烟丝的水分散失减小，烟丝结构造碎减小；卷烟含末率下降1.4%，卷烟空头率下降0.6%，卷烟端部落丝量下降1.1mg/支，说明烟丝水分散失减小及烟丝结构变化减小后，卷制过程烟支端部的空松现象和端部散落的烟丝量有所减小，烟支卷制质量有所提升；卷烟重量SD值下降3.1mg/支；卷烟吸阻SD值下降3.7Pa/支，说明卷制过程烟支的物理指标稳定性有所提升。

(6)生产应用跟踪情况

ZJ116B型细支烟高速卷接机流化床系统循环气流工作方式改进后，在本企业的细支卷烟生产中进行了应用。从生产应用跟踪情况看，改进后流化床床面温度及循环风机温度明显下降，其中流化床床面平均温度30.18℃；流化床循环风机平均31.28℃；卷制环节的烟丝整丝率79.64%，碎丝率1.76%；卷烟含水率11.5%，含末率2.10%，端部落丝量2.1mg/支，空头率0.62%，重量SD值10.21mg/支，吸阻SD值76.94Pa/支。说明改进后，流化床系统温度下降，卷制过程烟丝水分散失及造碎减小，卷烟物理质量及稳定性有所提升，详见表3。

表3 改进后生产应用及跟踪情况

3.结论

（1）试验结果表明，ZJ116B型细支高速卷接机流化床系统的温度，随着设备运行时间的增加而逐步上升，循环风机温度及流化床床面温度在设备连续运行4h内的温度上升较为明显，运行4h后的温度趋于稳定，流化床循环风机温度平均在55.0℃～56.0℃之间，流化床床面温度平均在46.0℃～47.0℃之间。

（2）ZJ116B型细支高速卷接机流化床系统的温度变化，对卷制过程的烟丝结构及卷制质量的影响较为显著。其中烟丝整丝率、卷烟含水率随流化床温度的上升而下降；烟丝碎丝率、卷烟含末率、空头率、端部落丝量、卷烟重量SD值及卷烟吸阻SD值等卷制质量指标，随流化床温度的上升而升高。

（3）ZJ116B型细支高速卷接机流化床系统的循环气流工作方式改进后，研究结果表明，流化床的床面温度及循环风机温度明显下降，其中流化床床身温度下降17℃；流化床循环风机温度下降24℃；卷制过程的烟丝整丝率上升6.5%；烟丝碎丝率下降4.5%，卷烟含水率上升0.2%，卷烟含末率下降1.4%，卷烟空头率下降0.6%，卷烟端部落丝量下降1.1mg/支，卷烟重量SD值下降3.1mg/支；卷烟吸阻SD值下降3.7Pa/支，说明卷制过程烟丝的水分散失减小，烟丝造碎减小，烟支端部的空松现象和端部散落的烟丝量减小，卷制过程烟支的物理质量和稳定性明显提升。

（4）上述研究是基于ZJ116B型细支高速卷接机及本企业细支卷烟牌号为支撑得出的研究结果，但不同细支卷烟产品之间存在一定差异，有待进一步研究探讨。