专利名称：确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法。
背景技术：
烘丝滚筒是卷烟生产中的主要设备，它广泛应用于烟丝、梗丝等卷烟原料的烘烤加工。尽管用于不同工况下的滚筒体的具体结构有些区别，但其共有以下特点回转速度较慢，(一般≤16rpm左右)；筒体较长、叶丝轴向移动主要靠筒体斜置(倾角α＝3-6°)来实现。烘丝滚筒加工烟丝时，主要是通过与滚筒筒壁和翻丝炒板的热传导方式以及热风与烟丝的对流方式来实现烟丝水分的蒸发。叶丝在烘丝筒内滞留时间的长短，是衡量烟丝加工质量和生产加工能力的一个重要参数。以往主要是通过实际测试的方法来掌握叶丝在筒内的滞留时间，而没有理论计算的公式，这就到导致仅能凭经验值把握烟丝的烘干程度，无法保证产品质量的稳定性。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前无法准确计算叶丝在烘丝滚筒内滞留时间，影响产品加工质量等问题，提供一种具有方法简便，易于掌握，计算结果准确等优点的确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法，它的方法为， (1)将烘丝滚筒的垂直圆截面按照钟表的形式分为十二等分； (2)确定一个烘丝滚筒转动周期内叶丝上行时轴向位移角ε1和叶丝下行时轴向位移角ε2； (3)通过总的轴向位移角确定叶丝运动的总行程； (4)利用叶丝上行和下行速度确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间。
所述步骤(2)中，转动周期以叶丝由6点钟方向运动到11点方向掉落回6点钟方向为一个周期；以其一个周期的起点和终点位置建立正交坐标系OXYZ和O′X′Y′Z′，则叶丝上行时轴向位移角ε1由公式 叶丝下行时轴向位移角ε2由公式 则总的位移角ε＝ε1+ε2 其中，α为滚筒斜置角，θ为叶丝升举角。
所述步骤(3)中，叶丝运动的总行程为，在长度为L的滚筒中，叶丝在筒中下落距离总长为S1＝L/sinε；其上升的总弧长为
则叶丝的运动全程
Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度。
所述步骤(4)中，叶丝在烘丝滚筒内滞留时间t为，
L---烘丝筒长度，单位为米 Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度，单位为度 n---烘丝筒转速，单位为转/秒 R---烘丝筒内径，单位为米 ε---位移角，单位为度。
本发明中，烘丝筒内由于叶丝薄，几乎无料侧压力差，其轴向运动主要是因为筒体的斜置、以重力做推动力，结合滚筒转动，叶丝呈异形螺旋线形式向出口端推进。
叶丝在筒内的横向运动状态是衡量滚筒机作业效果的最重要指标。为使叶丝个体均匀地达到工艺要求，就须使叶丝在横向运动中不断发生位置交换，这种交换是由横截面上料堆的“倒塌”作用或由筒内设置的加热翻丝板来完成的。烘丝筒作业时，筒内表面的加热翻丝板主要改善叶丝横向运动，并带动叶丝随筒体一起转动。在以一定转速ω转动的滚筒中，由于叶丝不能因筒体转动的牵连惯性力而由筒内最底部被带过上顶点，群体叶丝在离心力、重力的综合作用，升举到一定的高度后开始下落并大都回到筒内最底部，这样就产生一个升角θ，如图1所示。
如果将烘丝滚筒的垂直圆截面按照钟表的形式分为十二等分，而烘丝滚筒内叶丝一般在11点左右的位置开始下落并大都回到筒内最底部。叶丝下落时其运动轨迹实际上是一个近似于平面的小弧面，所以可以把叶丝的下落过程看成是沿斜面下滑的过程，研究这个斜面上的叶丝应该是具有代表性的。
图2中叶丝随筒升举时，可认为与筒壁无相对滑动，运动迹线为下圆弧X′Z，叶丝由弧顶向下落时，沿上弧度之最大坡度面下落至a′点。因初速度小，上弧面为近似斜平面。叶丝至a′点后又重复上述过程，即再次沿筒壁上升后沿斜平面下滑。叶丝总的行程是上述周期性行程之和。
本发明的有益效果是方法简单，计算结果准确，易于操作。
图1为本发明的烘丝滚筒的垂直剖面图； 图2为叶丝的运动轨迹； 图3为叶丝运动一个周期后的坐标系。
具体实施例方式 如图3所示，取正交坐标系OXYZ和O′X′Y′Z′，已知滚筒斜置α角，叶丝升举θ角。OXYZ为水平面系，O′X′Y′Z′为斜置坐标系。yz为叶丝运动上边缘，x′b为下边缘。通过坐标系内几何关系，可求出一个周期内叶丝上行时轴向位移角ε1和叶丝下行时轴向位移角ε2。
然后，在通过轴向位移角来求出叶丝运动的总行程，最后导出叶丝在筒内的滞留时间。
(1)求上行时轴向位移角ε1 并得 2)求叶丝下行时轴向位移角ε2如下 叶丝从上顶点z开始在斜平面xbyz内向下落，因yx为水平面内一直线，显然在重力作用下，叶丝沿梯度最大的迹线运动，即有za⊥xy。这样Δaxz为直角三角形。同样从图中可以看出Δoza也为直角三角形。
先求出辅助角∠oya，∠oza，∠zya。
并得 并得 这样有 则总的位移角为ε＝ε1+ε2。
(3)求叶丝运动的总行程 在长度为L的滚筒中，叶丝在筒中下落距离总长为S1＝L/sinε。
其升举总玄长计算为S2′＝L/tgε 前面提到叶丝由筒底部上升到十一点位置开始下落，则其上升的总弧长为
Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度 则叶丝的运动全程
(4)叶丝滞留时间 如果近似认为叶丝上行和下行速度相等即V＝ωR＝2ЛnR，则得叶丝在筒内停留时间为
L---烘丝筒长度(米) Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度(度) n---烘丝筒转速(转/秒) R---烘丝筒内径(米) ε---位移角(度)。
以COMAS公司烘丝滚筒为例，其内径R＝0.90米，长度L＝7米，倾角α＝5.5°，工作时滚筒转速n＝8rpm。如果将烘丝滚筒的垂直圆截面按照钟表的形式分为十二等分，而烘丝滚筒内叶丝一般在11点左右的位置开始下落并回到筒体最底部，则可近似的求出叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度Φ约为150°；叶丝升角θ约为75°。将θ＝75°，α＝5.5°代入公式 tgε1＝sinθtgα≈0.09301得ε1≈5.314° 得ε2≈0.384° 则总的位移角ε＝ε1+ε2＝5.695°，将ε代入公式 滞留时间
可求得此烘丝机叶丝的理论滞留时间为220.3秒，实际测试叶丝的滞留时间平均为218秒，与叶丝实际通过时间误差为1.05％。
通过本发明可得出如下结论 (1)叶丝在机内停留时间是一个重要的工艺参数指标，烟丝生产加工时应重点予以考虑。叶丝在机内停留时间与滚筒的内径、转速、倾角、叶丝的升角有关。
通过上述公式，我们还可以计算出所需加工时间的滚筒转速。
(2)通过上述公式我们也可以计算出物料在筒壁上的被加工时间(即物料上行时间和物料与热风的对流加工时间(即物料的滞留时间)，为今后研究物料在烘丝筒内的水分变化是以传导为主还是以对流为主，提供了时间依据。
(3)上述时间t的计算公式是在理想状态推导得出的，它忽略了轴向倒塌推移和滚筒内热风风向对烟丝的阻滞作用(在上例中烘丝滚筒在正常工作时风向主要为逆流风，对烟丝运动有一定的阻滞作用)，此时公式应予以经验修正。
权利要求
1.一种确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法，其特征是它的方法为，
(1)将烘丝滚筒的垂直圆截面按照钟表的形式分为十二等分；
(2)确定一个烘丝滚筒转动周期内叶丝上行时轴向位移角ε1和叶丝下行时轴向位移角ε2；
(3)通过总的轴向位移角确定叶丝运动的总行程；
(4)利用叶丝上行和下行速度确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间。
2.根据权利要求1所述的确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法，其特征是所述步骤(2)中，转动周期以叶丝由6点钟方向运动到11点方向掉落回6点钟方向为一个周期；以其一个周期的起点和终点位置建立正交坐标系OXYZ和O′X′Y′Z′，则叶丝上行时轴向位移角ε1由公式
叶丝下行时轴向位移角ε2由公式
则总的位移角ε＝ε1+ε2
其中，α为滚筒斜置角，θ为叶丝升举角。
3.根据权利要求1所述的确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法，其特征是所述步骤(3)中，叶丝运动的总行程为，在长度为L的滚筒中，叶丝在筒中下落距离总长为S1＝L/sinε；其上升的总弧长为
则叶丝的运动全程
Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度。
4.根据权利要求1所述的确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法，其特征是所述步骤(4)中，叶丝在烘丝滚筒内滞留时间t为，
L---烘丝筒长度，单位为米
Φ---叶丝由底部运动到下落点时的圆心角度，单位为度
n---烘丝筒转速，单位为转/秒
R---烘丝筒内径，单位为米
ε---位移角，单位为度。
全文摘要
本发明公开了一种确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间的方法。它解决了目前无法准确计算叶丝在烘丝滚筒内滞留时间，影响产品加工质量等问题，具有方法简便，易于掌握，计算结果准确等优点。其方法为(1)将烘丝滚筒的垂直圆截面按照钟表的形式分为十二等分；(2)确定一个烘丝滚筒转动周期内叶丝上行时轴向位移角ε1和叶丝下行时轴向位移角ε2；(3)通过总的轴向位移角确定叶丝运动的总行程；(4)利用叶丝上行和下行速度确定叶丝在烘丝滚筒内滞留时间。
文档编号A24B3/10GK101108026SQ20071001484
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月24日 优先权日2007年8月24日
发明者杰 刘, 玲 段, 郗继忠 申请人:山东中烟工业公司