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圖1：水冷循環風機安裝示意圖（1.水冷循環風機2.冷卻水管路機構3.空氣分配箱4.法蘭座）圖2：補風裝置結構圖（1.補風口2.熱交換器3.除塵管道4.排風口）　　目前國內卷煙生產企業常用的高速卷接機組有德國虹霓公司生產的PROTOS2-2、M5和M8，國產機型有ZJ116型和ZJ112型，這些機型的供料系統均采用流化床供絲技術；常用的中速卷接機組主要是國產的ZJ17型和德國虹霓公司的PROTOS70，其供料系統為拋絲輥供絲。據觀察，實際生產中，中速機組ZJ17供料系統生產的煙絲束溫度明顯低于高速機組ZJ116生產的煙絲束溫度，而溫度是卷煙加工過程中的關鍵控制參數，對于煙絲的物理特性具有重要意義。由于ZJ17機組是當前國內卷煙企業的主流設備，煙絲配方也大多以適應ZJ17機組而設計。　　為保證煙支感官質量，浙江中煙工業有限責任公司對生產過程中的煙絲束設定了溫度范圍，并提出了“三機打通”要求，即高速機組ZJ116、ZJ112與中速機組ZJ17必須實現生產牌號打通，且所有機型生產的同一牌號卷煙感官質量相近。分析發現，高速機組采用的流化床供絲技術在生產中主要以循環風機為載體，參與生產的循環空氣在系統內不斷循環，溫度不斷升高，超過了煙絲束生產所要求的溫度，從而使高速機組生產的煙支感官質量有別于品牌特有的口感。為此，我們以ZJ116機組為研究對象，在不改變機組現有布局的條件下，采用水冷加風冷的方法對循環風機進行改造，使循環空氣溫度降低到卷煙工藝要求范圍內，以滿足企業的個性化生產需求，提高卷煙產品感官質量的一致性。　　原因分析　　ZJ116機組采用的流化床供絲系統主要由流化床、循環風機、空氣分配箱等部分組成。循環風機的入風口通過入風管道、旋風除塵器與流化床腔體相連，出風口通過出風管道與空氣分配箱相連，經過空氣分配箱將空氣分配至流化床噴嘴和一次、二次分選噴嘴，從而形成循環系統，使煙絲柔和成型并形成煙絲束。　　為分析流化床供絲系統各部位的溫度變化，我們對浙江中煙杭州卷煙廠3組ZJ116機組風機入風口、風機出風口及空氣分配箱3個測試點的溫度進行測量。由于流化床噴嘴的空氣由空氣分配箱提供，因此空氣分配箱內的溫度即為流化床噴嘴的溫度。　　測量結果表明，3臺ZJ116機組空氣分配箱內的平均溫度為42.23℃，風機入風口平均溫度為33.33℃，出風口平均溫度為42.70℃。在額定生產速度下，風機出風口與入風口的溫差達9.37℃，而出風口與空氣分配箱之間的溫差只有0.47℃。分析可見，空氣通過風機后溫度升高是引起流化床內部溫度過高的主要原因。溫差計算公式為：　　式中，Δt為空氣通過風機后的溫差（℃），H為風機的全壓（Pa），η為電機安裝位置修正系數，η1為風機的全壓效率，η2為電機效率。　　查閱相關設備資料可知，風機的H=8700Pa，η1=0.8，電機安裝在風機外部，則η=η2。計算可得Δt=8.7℃，風機理論溫差8.7℃與實測溫差9.37℃非常接近。這是由于風機在高速運轉過程中，空氣在風機葉輪帶動下與風機外殼內壁摩擦產生大量熱量，使風機出口的空氣溫度上升，而風機本身無自動冷卻裝置，也沒有外部空氣補充，由此造成流化床內部空氣溫度逐漸升高。　　改進方法　　1.降低循環風機溫度。　　為降低循環風機出風口與入風口之間的溫差，我們重新定制了一臺水冷循環風機，其主要技術參數與原風機參數基本相同。該風機總體結構分為3層：內層循環風機、中間多面包覆水冷裝置、外覆隔熱保溫層。其工作原理為：循環風機工作時，空氣在風機葉輪帶動下與風機外殼摩擦所產生的熱能，被多面包覆水冷裝置吸收后使出風口溫度降低；外覆隔熱保溫層阻斷冷卻水與環境空氣進行熱能交換，防止外表面出現冷凝現象。　　由于水冷風機外形及安裝尺寸發生改變，需重新對安裝法蘭座、空氣分配箱進行設計，保證與換型后的水冷風機無縫對接。采用Creo軟件參數化設計，得到水冷風機裝配模型（見圖1）。　　2.降低循環風機入風口溫度。　　在循環風機入風口補充適量低溫空氣，降低入風口處溫度。改進后選用了一臺水汽式熱交換器，該熱交換器在冷卻水溫度15℃的條件下能夠將流量為600立方米小時的空氣溫度由24℃降低到18℃。根據熱交換器的外形尺寸和安裝方式，設計了安裝支架并安裝在ZJ116供料成條機的右罩殼部分。　　根據ZJ116流化床供絲系統工作原理，系統內風量必須保持恒定才能保證整個系統的平衡和穩定。因此，通過循環風機入風口補充一定量的低溫空氣時，必須同時從系統內排出等量氣體。為此，將排風口設計在旋風除塵器上方的管道上，排出的風量通過除塵管道調整后進入機組的除塵系統。　　現場測得，循環風機入風管道風速v1=32ms，補風口管道直徑D1=27mm，旋風除塵器上方管道風速v2=45ms，冷水風機上共有4個補風口，則補充的風量Q1為：　　式中，Q1為補充的風量（m3s），v1為循環風機入風管道風速（ms），D1為補風口管道直徑（mm）。　　排出的風量Q2為：　　式中，Q2為排出的風量（m3s），v2為循環風機入風管道風速（ms），D2為排風口管道直徑（mm）。　　由于風量要保持恒定，則Q1=Q2，由此可以計算得出排風口管道直徑D2=46mm。根據得到的直徑D2設計排風口管道，采用Creo軟件參數化設計，得到補風裝置模型（見圖2）。　　應用效果　　為驗證改進效果，我們對杭州卷煙廠ZJ116機組進行了改進及現場對比測試。　　1.試驗設計。　　材料：“利群”牌號卷煙配套煙絲及輔料。　　設備和儀器：ZJ116、ZB48、ZJ17、ZB45各1組，MC6多功能過程校驗儀（溫度精度為0.01℃）1臺，TA2437型溫度傳感器3個。　　溫度檢測方法：將3個溫度傳感器分別設置在ZJ116機組循環風機入風口、循環風機出風口及空氣分配箱，再將3個溫度傳感器分別與多功能過程校驗儀連接讀取溫度數值。在3種工作條件下分別對改進后系統進行測試：①只對冷水風機進行制冷，不補充低溫空氣，即降低風機溫度；②只對風機入風口補充低溫空氣，冷水風機不制冷，即降低入風口溫度；③冷水風機制冷且風機入風口補充低溫空氣。　　感官質量評價：ZJ116和ZJ17機組均使用同一批次煙絲，分別穩定運行30分鐘后取樣。制作樣品分為5種，即ZJ116機組降溫前生產樣品A，降溫后3種條件下生產樣品B、C、D，ZJ17機組正常生產樣品E。參照相關標準文件，由浙江中煙技術中心進行卷煙感官質量評價。　　2.數據分析。　　溫度控制效果。試驗結果表明，只降低冷水風機溫度時，出風口與入風口的溫差為6℃左右，與改進前溫差9.37℃相比，減少3.37℃，空氣分配箱溫度降低到38.40℃；只降低風機入風口溫度時，空氣分配箱溫度降低到39.32℃；冷水風機制冷且風機入風口補充低溫空氣時，空氣分配箱溫度降低到36.41℃，滿足了浙江中煙生產工藝溫度要求。　　感官質量評價。改進后，ZJ116機組隨著空氣分配箱內溫度的降低，感官質量得分顯著提高，主要體現在香氣質量、煙氣濃度、豐富性、細膩度和圓潤感有較大提升。其中，ZJ116在冷水風機制冷且風機入風口補充低溫空氣條件下生產的樣品D得分最高，基本與ZJ17正常生產的樣品E得分一致，僅在煙氣豐富性、圓潤度以及干燥性上略有差異。　　(常德煙機公司、浙江中煙)

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