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摘要 本文针对SH85 闪蒸机文氏管存在的缺陷进行系统分析，阐述了文氏管对梗丝膨胀效果的影响，经改进SH85 闪蒸机文氏管，使得梗丝填充值稳定在6.5-7.5cm3/g之间，从而有效的控制了卷烟吸阻的稳定性。
关键词 梗丝；文氏管；膨胀；填充值
中图分类号 TS43 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0120-02
卷烟吸阻是卷烟的重要物理指标，直接影响消费者的抽吸感。烟支吸阻的影响因素较多，除卷包加工过程外，其主要影响因素是烟丝的填充性能。经调查发现，在膨胀烟丝外购且填充性能稳定的情况下，烟丝的填充性能与梗丝的填充值关系较大。河南中烟安阳卷烟厂近年引进了江苏智思机械制造有限公司生产的SH85型梗丝膨胀设备。在投入生产后，通过多次测试，发现由于梗丝原料的不同，经该设备处理的梗丝批次间填充值差异较大，未发挥应有的优势，为了控制卷烟吸阻的稳定性，厂部要求将梗丝填充值控制在6.5-7.5cm3/g之间，安阳卷烟厂提出对文氏管进行必要的改进，以期进一步有效提高梗丝的膨胀效果。
1 文氏管的结构及工作原理
1.1 文氏管的结构
文氏管从结构上分为收缩管段、混合段（即喉管段）和扩压段三部分，简单地说，就是一段中间小两头大的管道。根据使用工况不同，结构亦有一定的变化，其截面一般为圆形，也有椭圆形和矩形的，通常结构如图1所示。
1.2 文氏管的工作原理
1.2.1 连续性方程
如忽略流体的压缩因素，流体在封闭性管道中作稳恒流动时，在单位时间内流进某截面（A1）的流体质量必等于在另一截面（A2）流出的流体质量（即流量相等），即A1V1=A2V2式中v表示流体速度，从连续性方程我们知道，流体在封闭性管道中作稳恒流动时，管道截面积越大，则流体流速越小；管道截面积越小，则流体流速越大。
1.2.2 伯努利方程
在稳恒流动中，流体在封闭管道中任一点的压强遵循伯努利方程：
式中P表示管道中任一点的压强，ρ表示流体密度，V表示流体速度，C为常量。从伯努利方程我们不难看出流体速度与压强的关系，流体压强加上二分之一的容重与速度平方的乘积等于一个常量，也就是说，流体的压强与速度的平方成反比，速度越大时，压强越小，反之，速度越小，压强越大。
1.3 梗丝膨胀原理
根据流体动力学的连续性方程和伯努利方程，我们知道，气体在收缩形通道内流动，由于截面积逐步变小，气流速度越来越快，从而使压强下降，这个过程称为膨胀过程。气流在扩张形通道内流动，由于截面积逐步变大气体必然会减速，压强升高，这个过程称为压缩过程，文氏管就是利用这个原理进行工作的。在高温蒸汽引射的作用下，高温蒸汽夹带着梗丝进入文氏管的收缩管段时，气流速度增加，压强下降，直至喉管段降至最低。由于外部压强大幅下降，梗丝内部水分急剧蒸发从而破坏梗丝的纤维组织，使梗丝得到膨胀，膨胀后的梗丝再送入流化床系统进行高温干燥定型处理。
2 现状及原因分析
2.1 梗丝膨胀现状
SH85型梗丝膨胀设备将待处理的梗丝经进料气锁进入文氏管入口，同时饱和蒸汽经喷嘴喷射将物料吹入文氏管并充分混合，在蒸汽的压力和温度的共同作用下，在极短的时间内将梗丝内部水分子的汽化分压和温度提高到一定程度。当物料从文氏管喷出的瞬间体积突然扩大、周围压力突然下降。这时梗丝内部的汽化分压远远高于周围的环境气压，达到闪蒸的条件，水份剧烈蒸发，梗丝的纤维组织也因此获得充分膨胀。经分料器使梗丝与蒸汽分离，进入下一台配套设备流化干燥机，进行烘干冷却定形。由于梗丝原料的不同，经该设备处理的梗丝填充值平均在6.0-9.1cm3/g左右，梗丝填充值波动较差，从而导致烟支吸阻稳定性较差。
2.2 原因分析
高温高湿处理后的梗丝经过气锁下落进入蒸汽喷射器，在高速蒸汽的引射作用下，一同进入文氏管。由于高温和文氏管压降的变化，梗丝内的水分以爆炸的形式迅速脱离出来，致使梗丝体积膨胀。膨胀后的梗丝进入流化床内进行迅速干燥定型。通过对蒸汽喷射器文氏管的检查发现，文氏管的设计存在一定的缺陷，图2 是原有文氏管的结构示意图。根据图2 发现，原有文氏管的喉管面积过小，气流速度过快，致使梗丝通过文氏管喉管部位的时间加长，喉管部位的压降过低。
3 文氏管的设计和改进实施
文氏管的三个关键参数是喉管面积、收缩段锥角和扩压段锥角。喉口面积的大小决定了文氏管的膨胀能力，在文氏管收縮喷嘴入口面积不变的条件下，喉口面积越小，其压降越低，膨胀能力越强。因此，设计将喉管直径由原来的Φ70mm扩大为Φ175mm；收缩段锥角由原来的11°变为5°；文氏管的整体长度尺寸1183mm不变，扩压段的长度由100mm改为50mm。如图3所示，为改进后的文氏管示意图。
4 效果验证
经过文氏管改进后，梗丝填充值由原来的8.0-9.1cm3/g降低到6.5-7.5cm3/g之间，如表1所示，是统计改进后10个批次的梗丝填充值。
从统计结果可以看出，通过改进后的文氏管实践表明，达到了预期效果，从根本上解决了我厂梗丝填充值长期偏高的问题，一定程度上解决了卷烟吸阻偏高的问题，提高了梗丝填充值的适应性。同时，拓宽了设备改造思路，并且通过对设备局部的改进，结合工艺要求，达到了设备保工艺的维修目的。
参考文献
[1]陈霞，魏秀云，孟霞等.梗丝填充值与烟支吸阻关系的建模及应用[J].烟草科技，2010，（8）：18-21.
[2]于建春.梗丝质量对卷烟吸阻影响的研究[J].中国高新技术企业，2011，（22）：61-62.
[3]申玉军，席年生，刘朝贤等.梗丝膨胀效果测定方法研究[J].烟草科技，2004，（12）：3-4，13.
[4]彭波，刘伍平.烟梗膨胀设备文丘里管的改进[C]//中国烟草学会工业专业委员会烟草工艺学术研讨会论文集.北京：中国烟草学会.2008： 301-303.
关键词 梗丝；文氏管；膨胀；填充值
中图分类号 TS43 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0120-02
卷烟吸阻是卷烟的重要物理指标，直接影响消费者的抽吸感。烟支吸阻的影响因素较多，除卷包加工过程外，其主要影响因素是烟丝的填充性能。经调查发现，在膨胀烟丝外购且填充性能稳定的情况下，烟丝的填充性能与梗丝的填充值关系较大。河南中烟安阳卷烟厂近年引进了江苏智思机械制造有限公司生产的SH85型梗丝膨胀设备。在投入生产后，通过多次测试，发现由于梗丝原料的不同，经该设备处理的梗丝批次间填充值差异较大，未发挥应有的优势，为了控制卷烟吸阻的稳定性，厂部要求将梗丝填充值控制在6.5-7.5cm3/g之间，安阳卷烟厂提出对文氏管进行必要的改进，以期进一步有效提高梗丝的膨胀效果。
1 文氏管的结构及工作原理
1.1 文氏管的结构
文氏管从结构上分为收缩管段、混合段（即喉管段）和扩压段三部分，简单地说，就是一段中间小两头大的管道。根据使用工况不同，结构亦有一定的变化，其截面一般为圆形，也有椭圆形和矩形的，通常结构如图1所示。
1.2 文氏管的工作原理
1.2.1 连续性方程
如忽略流体的压缩因素，流体在封闭性管道中作稳恒流动时，在单位时间内流进某截面（A1）的流体质量必等于在另一截面（A2）流出的流体质量（即流量相等），即A1V1=A2V2式中v表示流体速度，从连续性方程我们知道，流体在封闭性管道中作稳恒流动时，管道截面积越大，则流体流速越小；管道截面积越小，则流体流速越大。
1.2.2 伯努利方程
在稳恒流动中，流体在封闭管道中任一点的压强遵循伯努利方程：
式中P表示管道中任一点的压强，ρ表示流体密度，V表示流体速度，C为常量。从伯努利方程我们不难看出流体速度与压强的关系，流体压强加上二分之一的容重与速度平方的乘积等于一个常量，也就是说，流体的压强与速度的平方成反比，速度越大时，压强越小，反之，速度越小，压强越大。
1.3 梗丝膨胀原理
根据流体动力学的连续性方程和伯努利方程，我们知道，气体在收缩形通道内流动，由于截面积逐步变小，气流速度越来越快，从而使压强下降，这个过程称为膨胀过程。气流在扩张形通道内流动，由于截面积逐步变大气体必然会减速，压强升高，这个过程称为压缩过程，文氏管就是利用这个原理进行工作的。在高温蒸汽引射的作用下，高温蒸汽夹带着梗丝进入文氏管的收缩管段时，气流速度增加，压强下降，直至喉管段降至最低。由于外部压强大幅下降，梗丝内部水分急剧蒸发从而破坏梗丝的纤维组织，使梗丝得到膨胀，膨胀后的梗丝再送入流化床系统进行高温干燥定型处理。
2 现状及原因分析
2.1 梗丝膨胀现状
SH85型梗丝膨胀设备将待处理的梗丝经进料气锁进入文氏管入口，同时饱和蒸汽经喷嘴喷射将物料吹入文氏管并充分混合，在蒸汽的压力和温度的共同作用下，在极短的时间内将梗丝内部水分子的汽化分压和温度提高到一定程度。当物料从文氏管喷出的瞬间体积突然扩大、周围压力突然下降。这时梗丝内部的汽化分压远远高于周围的环境气压，达到闪蒸的条件，水份剧烈蒸发，梗丝的纤维组织也因此获得充分膨胀。经分料器使梗丝与蒸汽分离，进入下一台配套设备流化干燥机，进行烘干冷却定形。由于梗丝原料的不同，经该设备处理的梗丝填充值平均在6.0-9.1cm3/g左右，梗丝填充值波动较差，从而导致烟支吸阻稳定性较差。
2.2 原因分析
高温高湿处理后的梗丝经过气锁下落进入蒸汽喷射器，在高速蒸汽的引射作用下，一同进入文氏管。由于高温和文氏管压降的变化，梗丝内的水分以爆炸的形式迅速脱离出来，致使梗丝体积膨胀。膨胀后的梗丝进入流化床内进行迅速干燥定型。通过对蒸汽喷射器文氏管的检查发现，文氏管的设计存在一定的缺陷，图2 是原有文氏管的结构示意图。根据图2 发现，原有文氏管的喉管面积过小，气流速度过快，致使梗丝通过文氏管喉管部位的时间加长，喉管部位的压降过低。
3 文氏管的设计和改进实施
文氏管的三个关键参数是喉管面积、收缩段锥角和扩压段锥角。喉口面积的大小决定了文氏管的膨胀能力，在文氏管收縮喷嘴入口面积不变的条件下，喉口面积越小，其压降越低，膨胀能力越强。因此，设计将喉管直径由原来的Φ70mm扩大为Φ175mm；收缩段锥角由原来的11°变为5°；文氏管的整体长度尺寸1183mm不变，扩压段的长度由100mm改为50mm。如图3所示，为改进后的文氏管示意图。
4 效果验证
经过文氏管改进后，梗丝填充值由原来的8.0-9.1cm3/g降低到6.5-7.5cm3/g之间，如表1所示，是统计改进后10个批次的梗丝填充值。
从统计结果可以看出，通过改进后的文氏管实践表明，达到了预期效果，从根本上解决了我厂梗丝填充值长期偏高的问题，一定程度上解决了卷烟吸阻偏高的问题，提高了梗丝填充值的适应性。同时，拓宽了设备改造思路，并且通过对设备局部的改进，结合工艺要求，达到了设备保工艺的维修目的。
参考文献
[1]陈霞，魏秀云，孟霞等.梗丝填充值与烟支吸阻关系的建模及应用[J].烟草科技，2010，（8）：18-21.
[2]于建春.梗丝质量对卷烟吸阻影响的研究[J].中国高新技术企业，2011，（22）：61-62.
[3]申玉军，席年生，刘朝贤等.梗丝膨胀效果测定方法研究[J].烟草科技，2004，（12）：3-4，13.
[4]彭波，刘伍平.烟梗膨胀设备文丘里管的改进[C]//中国烟草学会工业专业委员会烟草工艺学术研讨会论文集.北京：中国烟草学会.2008： 301-303.