CN101988919A - 烟丝品质检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟丝品质检测方法，在空气流和烟丝流合二为一时，通过烟丝流对空气流的气动响应，检测烟丝物理品质；具体步骤是：在检测装置的检测段形成均匀稳定的空气流；使空气流与烟丝流在检测段入口处合二为一；调节空气流的流速，将烟丝流内不同组分逐级输出；分析检测结果，获得对烟丝混合物品质的整体评价。本发明还公开了一种烟丝品质检测装置，包括垂直安装的检测部管路与水平安装的动力部管路，检测部管路和动力部管路通过弯管相连接。本发明能够客观真实地反映烟丝混合物组分结构，并能应用于指导卷烟生产；适用于烟草行业，可直接应用于卷烟产品开发、卷烟工艺和烟草机械等领域。

Description

烟丝品质检测方法和装置

技术领域

本发明涉及烟草制造领域，特别是涉及一种在卷烟生产过程中检测烟丝品质的方法。本发明还涉及用于检测烟丝品质的装置。

背景技术

卷烟是将烟叶等切成细丝，用卷烟纸把烟丝卷制成供人们燃吸或以其它方式抽吸的烟草制品。烟丝是由叶丝、梗丝、再造烟叶丝、膨胀烟丝、膨胀梗丝等组成的混合物，用于卷制卷烟。叶丝等是经切丝工序后制成的一定宽度的细丝。

自1953年吸丝成形技术面世以来，采用风力送丝系统进行烟丝输送、除杂和成形的技术方式得到广泛应用和发展。吸丝成形技术是利用气流将烟丝箱内的烟丝形成烟丝流，然后烟丝流送入一条作循环运动的吸丝带吸附形成烟丝束；在该过程中，利用烟丝与杂质悬浮速度的差异，进行除杂。目前，国际主要烟机制造企业德国HAUNI公司的PROTOS系列烟机(参见中国发明专利公开说明书CN1334049A)和意大利G.D.公司121系列烟机均采用该技术。

采用风力送丝系统要求送丝能力应满足卷接机组的生产需求，具备除杂能力，各输送管道具有风速监测和调节装置，保证配送过程中烟丝结构的均匀。同时，烟丝作为卷烟的原材料，在卷烟加工过程中有严格的品质要求，主要包括：切丝宽度、含水量、烟丝长度、膨胀烟丝比例、烟丝纯度和烟梗含量。德国豪尼机械制造股份公司给出的技术标准为：切丝宽度约为0.8毫米，含水量为13～14±0.5％，长丝率≥50％，膨胀烟丝比例≤20％，烟丝中绝对不能有杂物，烟梗含量≤1.5％。

为满足烟丝品质要求，传统的检测方法主要有烘干法和筛分法。

烘干法用于烟丝含水量检测，具体做法为：将10克含水状态烟丝在100℃无循环空气的干燥箱内烘烤3小时，通过比较重量获得含水量。

筛分法用于烟丝长度检测，具体做法为：将50克烟丝用2毫米的US标准10型网筛筛分，筛分不小于6分钟，筛分后剩下的烟丝量即为烟丝长丝所占比例。

传统检测方法所存在的问题和缺点是：

1.研究表明，烟丝的悬浮速度不是固定值，而是以概率分布函数形式表现的速度区间。传统检测方法无法精确度量烟丝品质与气流量之间的内在关系。

2.含水量、烟丝长度的检测不能反映烟丝混合物组分结构，尤其是梗丝、再造烟叶丝、膨胀烟丝、膨胀梗丝等引起的烟丝混合物密度的变化。烟丝混合物密度对卷烟吸丝成形过程有重要影响。

3.传统检测方法没有与空气流的作用结合，导致与生产实际脱离，不能精确指导生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种烟丝品质检测方法，它能够客观真实地反映烟丝混合物组分结构，并能应用于指导卷烟生产；为此，本发明还要提供一种用于检测烟丝品质的装置。

为解决上述技术问题，本发明的烟丝品质检测方法是：在空气流和烟丝流合二为一时，通过烟丝流对空气流的气动响应，检测烟丝物理品质；

具体操作步骤如下：

步骤1、在检测装置的检测段形成均匀稳定的空气流；

步骤2、使空气流与烟丝流在检测段入口处合二为一；

步骤3、调节空气流的流速，将烟丝流内不同组分逐级输出；

步骤4、分析检测结果，获得对烟丝混合物品质的整体评价。

本发明用于检测烟丝品质的装置包括：垂直安装的检测部管路与水平安装的动力部管路，检测部管路和动力部管路通过弯管相连接；

所述检测部管路由下至上沿空气流动方向依次连接设置稳定段、收缩段、丝网、检测段和过渡段；

所述动力部管路从左至右沿空气流动方向依次连接设置收集料斗、丝网、流量计、直管和风机。

本发明是在空气流和烟丝流合二为一时，通过烟丝流对空气流的气动响应，检测烟丝物理品质；能客观真实地反映烟丝混合物内不同组分在均匀气流作用下的特征，从气动力作用和响应的层面对烟丝混合物进行分类，获得烟丝品质评价，解决了现有检测技术与生产条件脱离的弊端。

本发明适用于烟草行业，可直接应用于卷烟产品开发、卷烟工艺和烟草机械等领域。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的检测烟丝品质的装置实施例示意图；

图2是本发明的检测烟丝品质的装置另一实施例示意图；

图3是采用本发明的方法对两种品牌卷烟用烟丝检测结果示意图；

图4是在图3检测结果的基础上进行分析的结果示意图。

具体实施方式

本发明所述的卷烟用烟丝品质检测方法与传统的非显性的对烟丝含水量和长度进行独立测量的方法明显不同，它是综合考虑了烟丝品质各项指标，在空气流和烟丝流合二为一时，通过检测空气流对烟丝流的作用以及烟丝流气动响应检测烟丝品质。本发明的方法符合卷烟加工工艺条件，检测结果客观真实地反映风力送丝原理，分析检测结果能获得烟丝混合物内部结构特征，指导卷烟生产。

本发明的方法是通过烟丝气力输送方法实现的，具体实施步骤如下：

步骤一、在检测装置的检测段形成均匀稳定的空气流；

步骤2、使空气流与烟丝流在所述检测段入口处合二为一；

步骤3、调节空气流的流速，将烟丝流内不同组分逐级输出；

步骤4、分析检测结果，获得对烟丝混合物品质的整体评价。

采用本发明的方法可达到烟丝极高的分离度。在空气流的作用下，将烟丝输入检测段导致烟丝逐级从检测段分离出来。烟丝分离量与空气流流速有关，能真实客观反映烟丝流对空气流的流动响应。空气流流速逐步等间距调节，调节间距越小，则烟丝分离量越小，越能客观反映烟丝流对空气流的流动响应。

如图1所示，为实现本发明的检测方法，所述的检测装置包括垂直安装的检测部管路与水平安装的动力部管路，检测部管路和动力部管路通过弯管6相连接。所述检测部管路由下至上沿空气流动方向依次连接设置稳定段16、收缩段15、丝网3、检测段4和过渡段5。所述动力部管路从左至右沿空气流动方向依次连接设置收集料斗7、丝网8、流量计9、直管10和风机11。

在图1所示的检测装置中动力部被布置在检测装置的下游，动力部安装有驱动风机11，所述风机11由变频调速器控制其转速，采用抽吸方式在检测装置中形成空气流动，建立稳定的流场。空气流从稳定段16入口进入，经稳定段16和收缩段15进入检测段4。检测段4内空气流均匀稳定。良好的气流品质是获得可靠检测结果的前提，因此检测段4内的气流参数要求在时间和空间上都是均匀的。气流均匀稳定性参数满足1991年以国家军用标准形式颁布的《高速风洞和低速风洞流场品质规范(GJB1199-91)》。

为达到良好的检测效果并考虑烟丝自重在检测过程中的重要作用，将检测段4设计为倒置圆锥台结构(下窄上宽)并垂直方向布置，使得检测段4入口处气流平均速度大于出口处气流平均速度，越靠近检测段4出口气流平均速度越小。烟丝的加速基本上沿气流的输送方向进行。空气流与烟丝流在检测段4入口处合二为一，空气流带动烟丝向上运动，形成烟丝流。烟丝流组成结构随空气流的流速变化，被逐级分离输出，反映烟丝混合物对空气流的气动响应。检测段4垂直布置的锥角角度优选为1°～2°。

为减小检测装置垂直方向高度，提高气流稳定性，将过渡段5和直角弯管6相连接，使动力部管路布置在水平方向，空气流与烟丝流流动方向由垂直转为水平；这种结构设置也方便烟丝收集和检测。在弯管6后连接至少一个烟丝收集器，用于收集某一气流速度下被分离输出的烟丝。烟丝收集器由丝网8和收集料斗7组成。丝网8用于防止烟丝进入下游风机11，避免烟丝被风机11造碎，收集料斗7用于烟丝回收。丝网8可以选取1毫米的US标准10型网筛。

在检测装置入口处设置稳定段16，稳定段16内安装蜂窝器。所述蜂窝器由多根六角形的小管子构成，对气流起导向作用，减小气流偏角，并可以把大尺度漩涡分割为小漩涡，降低气流的横向湍流度。通过稳定段16实现空气气流的均匀和稳定。

稳定段16和检测段4通过收缩段15光滑过渡。收缩段15为下宽上窄的喇叭筒形，使进入收缩段15的气流被均匀地加速后进入检测段4，同时有助于提高检测段4气流的均匀性，降低湍流度。

为使空气流与烟丝流在检测段4入口处合二为一，可以采用多种烟丝注入方式。例如，将一定质量的烟丝预先均匀平铺在检测段4入口处的丝网3上，丝网3可以选取1毫米的US标准10型网筛；或者在检测段4形成稳定空气流动后，将一定质量的烟丝沿径向拨入或由皮带13输入检测段4内。烟丝注入检测段4后关闭闸门12(参见图2)。通过上述烟丝注入方式使空气流与烟丝流合二为一时，烟丝的初始状态为静止或沿与空气流垂直方向运动。

为记录空气流量，在检测装置下游动力部管路的直管10内安装至少一个流量计9。

采用图1所示的装置进行烟丝品质检测的操作过程如下：

对烟丝样本进行采样并称重。将采样烟丝平铺在检测段4入口端的丝网3上。记录环境温度和湿度。

开启变频调速器，通过调节频率对风机11的转速进行控制，进而调节检测装置(相当于风洞)内气流速度。当烟丝开始有少量被吹起时记下对应该时刻的变频调速器频率，该频率对应的风速为烟丝悬浮的起浮风速，此频率即为烟丝悬浮的起浮频率。

调节变频控制器频率，从起浮频率开始逐步等间距增大频率，并保持每个频率值足够长的时间(试验中保持频率间时间间隔为8分钟)。观察烟丝流流动情况，在当前频率不再有烟丝被吹走的情况下关闭风机11，收集收集漏斗7里的烟丝。

调节变频控制器频率，直至所有烟丝都被气流带走或只剩下少量烟更，至此一次烟丝悬浮试验结束。对应每一频率记录流量计9的流量，通过换算得出检测段4特征截面上的平均气流速度。对每一频率段收集的烟丝称重后保存。通过上述操作过程将烟丝流内不同组分逐级分离输出。重复进行上述检测试验，并对实验结果修正和平均，避免因取样带来的试验误差。

分析测试结果，获得烟丝品质指标。

图3是以国内两种品牌卷烟用烟丝为样本，采用本发明的方法检测实列，图3、4中，1表示第一种烟丝，2表示第二种烟丝；图4是在图3检测结果的基础上进行分析的结果。图3、4中横坐标Re表示气流量，用检测段流动Reynolds(Reynolds数是一个流动相似准则数，以英国力学家、物理学家雷诺的英文名字命名，通常取首写两个字母Re表示，中文一般称为雷诺数)数表示，纵坐标M(M’)表示烟丝输送量，用烟丝输送量占总样本百分比表示。烟丝输送量M随气流量Re的变化表现为概率分布函数形式。该结果表征烟丝混合物内部组分对气流的响应，反映烟丝品质。如图3所示，图形呈现两端低、中间高的形态，烟丝组份中的绝大部分成份对气流速度的响应集中在1.75×10⁵＜Re＜2.75×10⁵范围内；图4有类似分析结果。图形左端表示表明碎烟丝、短烟丝所占比例，右端表示比重较大烟丝、片状烟丝以及烟梗等所占比例。碎烟丝、短烟丝所占比例越大，则烟丝整丝率较低，烟丝品质差；比重较大烟丝、片状烟丝所占比例越大，在卷烟加工过程中越易作为烟梗等杂质剔除，造成原材料浪费。比较图4(a)和图4(b)还可发现，图4(b)中图形低速端(左端)较低，高速端(右端)较高且图形更集中，表明第二种烟丝中碎烟丝、短烟丝的比例较第一种烟丝少，中、长尺度烟丝的比例较大。

图3中纵坐标M为烟丝输送量占总样本百分比；图4中的纵坐标M’为图3中两个相邻数据点之间的增量，即ΔM。

图1、2中的“V”表示空气流由检测装置稳定段16的入口沿箭头方向进入。

以上通过实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种烟丝品质检测方法，其特征在于：在空气流和烟丝流合二为一时，通过烟丝流对空气流的气动响应，检测烟丝物理品质；具体操作步骤如下：

步骤一、在检测装置的检测段形成均匀稳定的空气流；

步骤二、使空气流与烟丝流在检测段入口处合二为一；

步骤三、调节空气流的流速，将烟丝流内不同组分逐级输出；

步骤四、分析检测结果，获得对烟丝混合物品质的整体评价。

2.按照权利要求1中所述的方法，其特征在于：所述空气流在时间和空间上都是均匀的，空气流的均匀和稳定性参数满足GJB1199-91《高速风洞和低速风洞流场品质规范》。

3.按照权利要求1中所述的方法，其特征在于：空气流与烟丝流合二为一时，烟丝的初始状态为静止或沿与空气气流垂直方向运动。

4.按照权利要求1中所述的方法，其特征在于：步骤三所述的调节空气流的流速，将烟丝流内不同组分逐级输出的方法是，

调节变频调速器控制风机转速进而调节空气流速度，当烟丝开始有少量被吹起时记下对应该时刻变频调速器的控制频率，该频率即为烟丝悬浮的起浮频率；

从起浮频率开始逐步等间距调节增大控制频率，并保持每个频率值足够长的时间，观察烟丝流流动情况，在当前频率不再有烟丝被吹走的情况下关闭风机，收集烟丝；

调节变频控制器频率，直至所有烟丝都被气流带走或只剩下少量烟梗，至此一次烟丝悬浮检测试验结束；对应每一频率记录流量计的流量，通过换算得出检测段特征截面上的平均气流速度；对每一频率段收集的烟丝称重后保存。

5.一种烟丝品质检测装置，其特征在于：包括垂直安装的检测部管路与水平安装的动力部管路，检测部管路和动力部管路通过弯管相连接；

所述检测部管路由下至上沿空气流动方向依次连接设置稳定段、收缩段、丝网、检测段和过渡段；

所述动力部管路从左至右沿空气流动方向依次连接设置收集料斗、丝网、流量计、直管和风机。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述风机由变频调速器控制其转速，采用抽吸方式在检测装置中形成空气流动，建立稳定的流场。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述检测段为倒置圆锥台结构，检测段入口处气流平均速度大于出口处气流平均速度，越靠近检测段出口气流平均速度越小。

8.如权利要求5或7所述的装置，其特征在于：所述检测段垂直布置的锥角角度为1°～2°。

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于：在弯管后连接至少一个烟丝收集器。

10.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述丝网选取1毫米的US标准10型网筛。

11.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述稳定段内安装蜂窝器，该蜂窝器由多根六角形的管子构成。

12.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述稳定段和检测段通过收缩段光滑过渡，该收缩段为下宽上窄的喇叭筒形。

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