气动加热

气动加热（共3篇）

气动加热 篇1

飞行器在高超声速下飞行时,常伴随产生气动加热现象,引起高焓、中低热流密度和长时间热动态载荷等流动特征,使得飞行环境严重恶化,对飞行器的结构带来重大考验;同时,大推重比是高超声速飞行器的一个发展趋势,薄壁结构的应用越来越多,从而使得薄壁结构的气动加热问题成为制约大推重比技术的一个关键问题。当薄壁结构产生气动加热现象时,其力学性能将发生显著变化,从而影响结构的固有动力学特性,进而导致结构变形、部件振动和操控性失效等危害飞行安全的现象。因此,分析结构在热载荷下的动力学特性,可更好地保证飞行器关键部件的飞行安全性,同时为关键部件的结构设计、材料选择和实验设计等提供参考和指导。

目前,国内外对热-结构课题。展开了相关研究。赵晓利等对高超声速气动热的耦合计算方法进行了研究,采用耦合传热方法,考虑了流体流动和结构传热之间的实时相互影响,实现了气动加热的准确计算[1];张兵等对多场耦合计算及高超声速热防护结构传热问题进行了研究,结果表明驻点温度随热防护层厚度的变化并不明显[2];李鹏飞等通过对高超声速流场耦合传热问题的研究,认为固体结构在遭遇到气动加热后的一段时间内, 壁面温升对壁面热流的影响很大, 且一体化计算能很好地综合考虑热壁的影响[3];吴志刚等人以舵面及翼面为模型,提出了一种高超声速环境下热颤振分析的求解思路,最后分析结果得出:受热后结构的动力学特性和颤振特性均可能发生变化,尤其对于小展弦比根部固支翼面,由于热效应对其扭转刚度影响很大,从而导致弯扭耦合型式的颤振临界速度大幅度下降[4];史晓鸣等人以变厚度板为研究对象,在热载荷状态下对结构的瞬态温度场和振动特性进行了分析,最终分析结果为:在加热过程中,结构温度发生显著变化并引起热应力,进一步影响到结构的固有振动特性[5];黄世勇等人以变厚度板为模型,进行了瞬态热环境下的结构模态分析,研究结果是受热后结构固有频率均呈下降趋势,频率之间带宽变窄,并且热效应对一阶弯扭耦合模态影响最大[6]。国外E.A.Thornton和P.Dechaumpha使用有限元法实现了不锈钢平板在高超声速气流中的流场、固体传热和固体结构热变形的一体化计算[7];E.A.Thornton和Wieting等人对高超音速气流中的圆管进行了流场、结构传热及热变形的一体化计算[8,9];Adam J. Culler和Jack J. McNamara等人对高超声速中流场-热-结构耦合的建模、载荷、响应等问题进行了研究[10,11];Frank S. Milos和Thomas H. Squire对X—43的机翼前缘热防护系统进行了热-结构问题研究[12]。以上研究结果都得到了与实验值相符的结构温度场及热变形量,说明耦合计算是进行流场-热-结构分析的可靠方法。以上研究从不同角度对热-结构问题进行了分析:1)气动加热环境中流场及热流的计算;2)流场与结构间的传热计算;3)结构温度场;4)结构在不同温度条件下的模态分析。需要进一步考虑的问题是:持续气动加热环境中的热载荷计算及其对结构固有特性的影响。

现针对高超声速飞行器在巡航状态时的持续气动加热特性,采用有限体积法进行流场计算、有限元法进行结构温度场计算、反距离加权插值法进行流-固耦合计算,得到了冷壁热流和热壁热流,并分析了结构在此两种热载荷长时间作用下的温度场及其模态。文中阐述了流场、壁面热流、结构温度场及结构热模态的分析原理与求解过程;并通过圆管算例验证了流场计算程序及插值程序;最后对圆头平板算例在持续气动加热环境中的结构热模态问题进行了分析。

1 控制方程

1.1 流场控制方程

守恒形式的连续性方程、动量方程和能量方程(N-S方程)的通用方程形式如下

$\frac{\partial U}{\partial t}+\frac{\partial F}{\partial x}+\frac{\partial G}{\partial y}+\frac{\partial {\rm H}}{\partial z}=J(1)$

式(1)中,U为守恒变矢量,F,G,H分别为三个坐标方向的通量,J为源项,当体积力和体积热可忽略时J等于零。

1.2 结构温度场控制方程

由于气动加热现象会引起流场与结构间的热量交换,且热辐射所占比例较小,主要考虑结构热传导现象。热传导是最常见的热能传递方式,由傅里叶定律给出

Q=-λ∇T (2)

式(2)中:λ为热传导系数,∇T为近壁面流场和结构的温度差。

在数值计算坐标下,采用基于各向同性假设的非稳态变物性热传导方程:

$\rho c{}_p\frac{\partial {\rm T}}{\partial t}=\lambda \left(\frac{\partial {}^2{\rm T}}{\partial x{}^2}+\frac{\partial {}^2{\rm T}}{\partial y{}^2}+\frac{\partial {}^2{\rm T}}{\partial z{}^2}\right)(3)$

式(3)中:ρ为材料密度,cp为比定压热容,λ为热传导系数,且随温度而变,T为温度。

2 结构温度场及模态分析原理

模态分析是动力学分析的基础。对结构进行模态分析可使结构设计避免共振或以特定频率进行振动;明确结构对于不同类型的动力载荷的响应情况;协助动力分析估算求解控制参数。热模态是考虑热载荷的结构模态,需要基于结构瞬态温度场进行热模态分析。

2.1 结构温度场分析

结构温度场有限元计算式为:

$[C][\dot{{\rm T}}]+[{\rm K}{}_{\lambda }][{\rm T}]=[{\rm P}](4)$

式(4)中,[C]为热容矩阵;[Kλ]为热传导矩阵;[P]为温度载荷列阵;[T]为结构温度矩阵。

有限元法计算瞬态温度场的基本方程为[13]:

$\left(\frac{C{}_t}{\Delta \tau }+{\rm K}{}_t\right){\rm T}{}_t={\rm P}{}_t+\frac{{\rm K}{}_t}{\Delta \tau }{\rm T}{}_{t-\Delta \tau }(5)$

式(5)中,Tt-Δτ为初始温度场或前一时刻已知的温度场。通过以上公式,由边界条件和初始温度场求解得到各时刻的瞬态温度场。

2.2 模态参数求解方程

结构模态参数求解的通用方程为

$[{\rm M}]\{\ddot{u}\}+[C]\{\dot{u}\}+[{\rm K}]\{u\}=\{F(t)\}(6)$

假定为自由振动并忽略阻尼,可得到简化方程

$[{\rm M}]\{\ddot{u}\}+[{\rm K}]\{u\}=\{0\}(7)$

进一步假定为谐振动,方程化为:

([K]-ω2[M]){φ}={0} (8)

式(8)中,K为结构刚度矩阵;M=∫Ωρ[N]T[N]dΩ为结构质量矩阵;φ为模态矩阵。

2.3 结构模态的影响因素

温度对结构质量矩阵[M]的影响可以忽略不计,其对结构的模态频率和振型的影响主要是由刚度矩阵[K]的变化引起的,主要原因如下

1) 温度变化会改变结构材料的弹性模量,从而使结构的刚度矩阵发生变化,记为

[KT]=∫Ω[B]T[DT][B]dΩ。

式中,[B]为几何矩阵;[DT]为与材料弹性模量[E]和泊松比[μ]相关的弹性矩阵,且随温度的变换而改变。不均匀的温度场会导致结构各部分材料力学性能有不同程度的下降,进而导致结构刚度下降。

2) 不均的结构温度变化使得热变形也不均,于是结构内部产生拉压热应力,使得结构的局部刚度发生变化,从而改变了结构的初始刚度分布,附加得到的初应力刚度矩阵可记为

[Kσ]=-∫Ω[G]T[Γ][G]dΩ。

式中,[G]为形函数矩阵,[Γ]为应力矩阵。

由此可得考虑温度影响的结构刚度矩阵为

[K]=[KT]+[Kσ] (9)

由于工程实际中结构都是小变形,在分析中忽略了结构变形对刚度的影响[5]。于是,考虑温度影响的结构热模态分析即为求解方程(9)的广义特征值问题[5]。

3 热载荷分析及程序验证

在气动加热环境下,结构壁面热流值计算的正确与否决定了结构温度场是否正确。现采用两种壁面温度作求解壁面热流的边界条件,一是冷壁,即壁面温度固定,在此条件下解算得到的热流为冷壁热流,此时热流值q=q(0),式中0表示初始时刻的热流值;二是热壁,即壁面温度随时间变化,在此边界条件下通过流-固耦合方法解算得到的热流为热壁热流,热壁热流和壁面温度是两个相关参数,通过气动加热与结构有限元分析耦合计算得出,此时热流值q=q(t),式中t表示计算时间,如图1所示。

3.1 耦合算法求解过程

耦合计算流程如图1中热壁热流求解流程图所示,具体计算步骤如下: 1) 以结构传热的特征时间(秒级)作为计算的时间步长,在时间步长内保持来流条件和壁面温度不变,计算稳态流场并获得壁面热流;2) 以求得的壁面热流为载荷,对结构进行瞬态热分析,求解得到结构温度场及新的壁面温度;3) 再以新的壁面温度作为边界条件求解下一个时间步的流场,得到新的壁面热流;4) 返回到第2)步,反复迭代,直至达到计算时间或者得到满足要求的解。

3.2 程序验证

采用有限体积Jameson中心格式,五步Runge-Kutta法时间推进求解Navier-Stokes方程;引入类TVB变量修正;采用当地时间步长和隐式残值平均等加速收敛过程[14]。湍流模型为Baldwin-Lomax模型。为了验证流场信息和热流载荷分析的有效性,以高超声速气流流过无限长圆管为例进行计算,并与文献、实验值及工程计算方法进行结果对比。来流条件为:温度241.52 K马赫数6.47压力648.13 Pa,攻角为零。圆管材料为321不锈钢,耦合计算中采用标准钢材的热力学参数:密度ρ=7 850 kg/m3,比热Cp=502.5 J/(kg·K),热传导系数及弹性模量随温度变化,具体数值可查阅《中国航空材料手册》,结构初始壁面温度为294.4 K[10]。圆管内外半径分别为25.4 mm和38.1 mm,外部为流场计算域,流场网格数为i×j×k=161×51×21,法向网格尺度的选择方法可参照文献[15]。如表1所示,计算结果与文献值及实验值基本一致。表中S-P表示激波位置、P表示激波后压强、T表示激波后温度、H表示驻点t0时刻的热流,Error后每项中的三个数字分别表示本文计算值相对于参考文献[8]、实验值及Fay-Riddell公式值的误差,横线表示没有数据可比较。

采用反距离加权插值法进行流-固耦合计算,采用有限元法计算得到圆管的温度场。取计算时间为5 s,由于计算时间较短,结构内壁和舱内气体对流热交换量很小,因此可将结构内壁面假设为绝热壁。驻点温度及热流密度(以t=0时刻归一化)随时间变化历程如图2所示,两者的变化趋势与实验值相符。经过计算得到t=1 s和t=2 s时的结构驻点温度分别为360 K和384.3 K,与t=2 s时的实验值388.72 K[8]及文献[3]的结果值389.2 K吻合很好,如图3所示。由此可见,采用流-固耦合方法计算热流密度和结构温度场是可靠的。

(上半部分为1 s时刻,下半部分为2 s时刻)

4 应用算例

4.1 计算模型、网格及来流条件

根据文献[8]所述的前缘结构,其前缘为圆头、两端固定,形状类似于平板,如图4、5所示。通过结构简化,采用圆头平板作为计算模型,形状及尺寸如图5所示。结构材料为321不锈钢。针对结构模型的特性,使用O型网格划分流场,结构有限元网格的划分根据结构尺寸取适当的尺度,如图6所示。计算时间为600 s,来流条件与验证算例相同。

4.2 结构温度场

图7所示为结构热流密度(热壁热流情况下,以t=0时刻归一化)及温度随着加热时间的变换趋势图。由图可知:1) 热壁热流情况下,壁面热流值随着加热时间的增加及结构温度的升高而逐渐降低,且结构温度在初始时刻上升较快,在温度达到1 200 K左右时增幅已经很小,表明结构已趋于热平衡;2) 冷壁热流情况下,由于没有考虑结构热响应,温度高达2 300 K(已经超出了321不锈钢结构的承受范围)。由此可见,在持续气动加热环境下,需要通过流-固耦合计算热载荷,以进行结构热分析及模态分析。

热壁热流情况下,计算得到结构的温度变化历程如图8所示。由图可知:1) 结构最高温度在前缘,最低温度在后缘,且随着加热时间的增加,结构内部热流逐渐由前缘向后缘传递;2) 结构前缘温度的增长速度大于后缘;3) 结构内部温度不均,将导致结构内部产生内应力,从而影响结构的刚性。

4.3 结构振动模态分析

得到结构的温度场后,取能反映出结构变形绝大部分情况的前三阶振型用于结构模态分析,位移约束为平板两端固定。

分别取两种情况下不同时刻的温度场作为温度条件对结构进行热模态分析。图9所示为在热壁热流载荷情况下,结构在t=1 s及t=600 s时的前三阶振型。由图可知结构振型随着结构温度的升高产生了变化。一阶振型由初始时刻的一阶弯曲往一阶弯扭耦合发展,二阶振型变化不大,三阶振型由二阶弯曲往二阶弯扭耦合发展。结构前三阶振型的最大相对振动幅度都有增加,t=1 s时分别为0.078、0.124和0.079;t=600 s时分别为0.097、0.131和0.108,分别增长了24.4%、5.6%和36.7%。

图10所示为结构前三阶模态在两种情况下随着加热时间增长及结构温度升高时的变化趋势。由计算结果可知,常温时,结构的前三阶振型的固有频率分别为:261.58 Hz、389.77 Hz与697.25 Hz。随着温度载荷的升高,结构的固有频率产生了明显的变化。当计算时间达到600 s时,在热壁热流情况下,结构温度升高到了1 132K,此时结构的前三阶振型的固有频率降到了224.71 Hz、355.38 Hz与628.29 Hz,分别降低了14.1%、8.8%与9.9%。

导致结构振动幅度的增加及固有频率的下降主要有两方面的因素:首先,温度的升高降低了材料的各种力学性能,尤其是弹性模量的减小很大幅度地降低了结构的刚度;其次,由于温度载荷及固定约束使得结构的热膨胀受到约束进而在结构内部产生热应力,降低了结构的刚度。这些因素会影响到结构的稳定性,有可能导致失稳或者高温蠕变等不安全现象,对于飞行器来说存在重大的安全隐患。

5 结束语

采用有限体积法进行流场计算、有限元法进行结构温度场计算、反距离加权插值法进行流-固耦合计算,并通过求解二维圆管在高超声速流动中的耦合加热问题,取得了与实验值基本相同的计算结果,证明了此种方法的可行性。同时应用该方法对在长时间高超声速飞行环境下的圆头平板进行了结构热分析及模态分析,目的在于分析持续气动加热环境中的热载荷及其对结构固有特性的影响。通过分析计算结果可知:

1) 通过采用不同方法解算热载荷并进行结构热分析对比,可知采用流-固耦合算法解算的热载荷适用于气动加热环境下的结构热分析及热模态分析;

2) 气动热现象产生的热载荷使得结构温度升高,并导致结构内部产生热应力,因此降低了材料的力学性能,改变了结构的刚度,从而增大了结构的振动幅度及降低了结构的固有频率,且各阶频率下降的幅度不同,其中一阶频率下降的幅度最大;

3) 气动加热分析求解与结构热模态分析有利于深入了解气动热与防热结构相互影响的耦合动态过程,对于防热结构的选材、设计及测试具有重要的参考价值。

摘要：气动热问题是制约高超声速飞行器发展的关键问题之一,其产生的热流对结构固有特性具有显著的影响。热模态分析是研究热载荷对结构固有特性影响的一个重要方法,其分析结果对防热结构的选材与设计具有重要的参考价值。针对高超声速飞行器进气道前缘结构开展了热载荷分析与应用研究,计算了结构在冷壁热流及通过流-固耦合法解算的热壁热流两种载荷条件下的温度场及前三阶模态的振动幅度与固有频率的变化情况。结果表明:采用流-固耦合算法解算的热载荷适用于持续气动加热环境下的结构热分析及热模态分析。耦合计算600 s后受热结构逐渐趋于热平衡,此时最高温度达到1 200 K左右,前三阶模态的最大相对振动幅度分别增长了24.4%、5.6%和36.7%,固有频率分别下降了14.1%、8.8%和9.9%。

关键词：持续气动加热,热载荷,流-固耦合,模态分析

气动加热 篇2

气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析

研究大攻角翼面超音速热颤振的分析方法,内容包括气动加热、温度场、热应力和热模态分析,大攻角翼面非定常气动力计算和热颤振分析.提供了一套从流场分析开始到颤振临界参数搜索的`一体化热颤振工程分析方法.气动力方面,应用激波膨胀波理论计算大攻角翼面的当地流场参数;应用参考焓方法计算大攻角翼面气动加热的热流密度;以当地流活塞理论计算翼面超音速非定常气动力.结构方面,利用有限元方法进行翼面瞬态温度场和热模态分析,然后用模态叠加法建立颤振运动方程;应用状态空间法和时域递推积分的方法求解颤振运动方程.工程实例的热颤振分析表明,在Ma>3的高马赫数下热颤振临界动压比常温的颤振临界动压明显下降,高马赫数下翼面的热颤振分析在工程设计中值得重视.

作 者：史晓鸣 杨炳渊 SHI Xiao-ming YANG Bing-yuan  作者单位：上海航天技术研究院第八设计部,上海,33 刊 名：强度与环境  ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)： 35(6) 分类号：V414.3 O32 关键词：气动热弹性   超音速   大攻角   温度场   模态   颤振  

气动加热 篇3

茶叶作为世界3大无酒精饮料之一, 越来越多地被世人饮用。茶叶外形是判断其品质的一项重要因子, 茶叶的好坏从外形上可以进行初步直观判定。机械制茶工艺中的做形工艺对茶叶品质有着非常重要的影响。条形茶、扁形茶是绿茶中的优良品种, 在茶叶产品中有着重要的地位; 而理条是其加工工序中的重要一步, 所以对现有理条机存在的问题加以解决是至关重要的[1 - 2]。

理条机是一种将揉捻叶或者鲜叶加工成针形或者扁形外形茶叶的机器, 它具有操作方便、工艺简单、理条效果好等优点。但是, 传统机器的槽锅运动是通过电动机带动曲柄滑块机构完成的, 工作过程中振动大、噪音高。另外, 其采用传统的通过加热介质来加热茶叶的加热方式, 热能耗太大、热损失很高, 热量的有效利用率极低。为此, 提出了应用空气作为能源, 气缸作为传动, 远红外加热技术作为热源的新型理条机的想法[1 - 3]。

为此, 在充分研究当前理条机存在问题的基础上, 设计了一种新型的理条机, 即节能型气动上加热理条机, 取得了丰硕的研究成果。

1整机结构、工作原理及主要技术参数

1. 1整机结构及工作原理

节能型气动上加热理条机由机架、槽锅及其支撑架、动力装置、加热装置、控制装置、气源装置、机罩等部分组成, 其结构示意简图如图1所示。

1.槽锅2.槽锅支撑架3.直线导轨4.标准气缸5.理条机机架6.上加热装置机架7.远红外辐射元件

该设备同其它理条机的工作方式相类似, 但也有自己独特的特点: 茶叶由人工均匀地加入到每一个锅槽内, 由于理条机做快速往复运动, 使茶叶与锅槽发生猛烈地碰撞, 当茶叶受到锅壁碰撞后, 就按自身惯性运动规律运动, 直到再次发生碰撞。由于每片茶叶的存在状态都不尽相同, 锅在往复振动中不断与茶叶发生碰撞, 使全部茶叶在锅内不停地往复碰撞。半圆形的锅面使茶叶产生向上抛力, 茶叶在上抛下落过程中, 又沿锅面滑动、翻转。理条过程中, 为了加大挤压力, 往往向槽锅内放入加压棒, 与茶叶一起理条。加压棒一般是为外包干净布料的木棒, 有地方也采用空心的轻质密封不锈钢管 ( 笔者认为此法噪声太大, 且较易碰碎茶叶, 不可取) 。茶叶的往复碰撞、翻转, 沿锅面滑动产生摩擦; 茶叶相互之间的挤压、摩擦; 加压棒对茶叶的挤压、摩擦; 上加热元件的热辐射等, 在以上因素共同作用下茶叶干燥、成条, 从而达到做形失水的目的, 此时茶叶香气凸显, 特征品质逐渐形成。

在整个理条过程中, 温度感应探头把实时的温度数据传回控制装置进行处理, 然后按照设定好的温度调节部分上加热元件的开关, 节约能耗。槽锅的运动速度可以由电磁阀的工作频率调节, 可以方便人员对锅内茶叶进行操作。当槽锅内的茶叶理条完成后, 工作人员操控机器将上加热装置上提, 然后向上提槽锅把手, 将锅内茶叶倒出, 完成理条作业。

1. 2主要性能指标及技术参数

节能型气动上加热理条机的主要技术参数:

产品型号: 6CL - 50 - 6

锅槽数量/个: 6

气缸活塞行程/mm: 130

台时产量/kg·h- 1: 15 ~ 20

运动部分质量/kg: 16

往复次数/次·min-1:80~180

槽锅尺寸/mm:720×500×100

整机外形尺寸/mm: 1 480 × 700 × 1 100

整机结构质量/kg: 110

2关键工作部件的设计及选用

2. 1气缸的选用及安装

气缸作为将气体压力能转变为机械能、实现机器直线往复运动的执行器, 具有机械结构简单、往复运动速度快、操作使用方便等优点。考虑到本机机械运动的实现, 采用的是运行速度更快的标准高速气缸, 其由缸体、活塞杆、安装脚座等部分组成, 如图2所示。

1.活塞杆2.安装脚座3.进气/出气孔4.缸体

SMC公司生产的RHC系列高速型标准双作用气缸刚好适合本机使用, 结合本机负载的大小, 在这里选用RHC L 63 - 130 - C73L型气缸作为执行元件, 其缸径为63mm。使用流体为: 空气 ( 不给油) 。活塞速度: 50 ~ 3 000mm /s。最高使用压力为1. 0MPa。缓冲形式为气缓冲。

气缸安装在机器机架的一端, 活塞杆一头与槽锅支撑架的连接部分相连。为了保证平稳的运行, 气缸必须安装在正中间的位置, 且必须与槽锅支撑架处于同一个水平位置。气缸运行所需的气源由空气压缩机压缩空气所得。空气压缩机压缩空气使空气压强达到一定值, 经过冷却器后输送给储气罐, 储气罐再与气缸相连, 中间应当有冷干机、油雾分离器、三联组合 ( 排水器、压力表、油杯护罩) 、电磁换向阀和限流阀等元件, 各个元件通过配管相连。气缸运行的气压应当在0. 05 ~ 1. 0MPa之间, 一般维持在0. 5MPa左右。

2. 2直线导轨机构选用及安装

直线导轨机构由滑块以及固定滑块的导轨组成, 如图3所示。在整个机器中, 直线导轨起到支撑槽锅及其支撑架的作用, 安装在机架与槽锅支撑架之间。 为了机器运行稳定, 四角共安装4个直线导轨。在工作过程中, 滑块在导轨上往复滑动, 它们两者间的摩擦力为滚动摩擦, 且内部滚珠的精度较高, 所以两者的摩擦力很小, 仅有一般滚动摩擦的几十分之一, 甚至上百分之一, 进而可以减少能耗。

1.滑块2.导轨

2. 3上加热元件的选用及安装

远红外加热是一种辐射传热过程, 它利用热物体源所发射出来的红外线照射到被加热物料上, 并被吸收后转化成热能, 以达到加热的目的。在茶叶加工领域内应用红外加热有以下优点: 一是电热转换效率高, 可达90% ; 二是减少能耗, 降低了运行费用; 三是减少了环境污染; 四是提高了茶叶产品质量。但是, 目前远红外加热技术在茶叶机械行业应用较少, 大多数厂家仍采用传统的加热方式。为了节约能源, 降低成本, 提高产品的市场竞争力, 改善环境等, 笔者认为有必要大力推广这一技术[4 - 9]。

经仔细筛选比较, 挑选出一种具有价格便宜、稳定性好、使用寿命长等优点的陶瓷上加热元件。该元件由外部的绝缘材料与内置的发热体组成, 其外观如图4所示。外部为氧化铅陶瓷元件作绝缘材料。内置的是导电性更好、发热更稳定的镍铬丝缆作为发热体。加热片由弹簧片和固定夹固定在上加热机架上, 每片加热片的功率为600W, 整机共用8 ~ 10片, 相对于传统的加热管加热, 减少能耗3 ~ 5k W。加热机架还有悬挂装置和位于整机机架上的挡位把手等部件。 当需要向槽锅内加茶叶时, 扳动把手, 整个加热机架被提升到合适位置, 留出操作空间, 加过茶叶, 放下加热机架, 整机开始运作, 理条完成后, 提升加热机架, 提升槽锅, 倒出茶叶, 放下槽锅继续开始下次作业。

3试验结果及分析

样机试制后, 在宣城进行了理条机加工试验, 理条叶为轻揉捻后的揉捻叶, 理条叶含水量为50% 左右, 每锅加理条叶1. 3kg; 每锅加工时间平均为6min, 槽锅往复频率设定在常用值120次/min。试验主要测试样机生产性能和理条完成后的茶叶质量, 试验结果如表1所示。

从表1试验结果可看出: 该机的槽锅往复频率为80 ~ 180次/ min, 正常工作速度设为120次/ min。茶叶成条率在93% 左右, 生产率在15 ~ 20kg /h鲜叶之间, 这与每锅加茶量有关, 整机工作耗电率在0. 32k W·h / kg以下。与同类理条机相比, 该机具有生产效率高、成条率高、茶叶品质好、单位耗电量低、工作性能稳定、操作方便、结构紧凑和噪声小等诸多优点。

4结论

1) 针对我国当前茶叶理条机加工作业的要求, 对节能型气动上加热理条机进行了设计。试验结果和实际生产作业考核表明: 该机完全满足设计要求, 并能够较好地适用于中小型茶叶加工厂茶叶理条的加工作业, 也可以广泛应用于大型流水生产线的理条作业。

2) 本机动力装置采用气动式的设计, 并且加热装置也换成了更节能更高效的远红外加热装置。在理条作业时, 这样的组合设计具有单位能耗低、生产效率高、操作简便、振动小、噪声低以及茶叶理条的质量高等特点。

3) 该机具的研制成功对机器理条技术的推广应用、改进机制茶叶的质量、完善茶叶机械行业结构等都具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王同和.茶叶鉴赏[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 2008.

[2]张正竹, 李尚庆, 吴卫国, 等.茶叶现代化加工技术和装备的研究与推广[J].中国茶叶, 2009, 29 (2) :4-6.

[3]黄山市徽州漕溪茶厂.一种适于名优茶制作的茶叶理条机:中国, ZL 200720039976.5[P].[2013-03-01].

[4]王协书, 钟梅.茶几节能浅议[J].中国茶叶, 2007 (3) :31-32.

[5]葛世名, 李工一.高红外节能新技术[J].节能, 2002 (9) :11-14, 2.

[6]曹正芳.干燥过程的节能途径[J].节能技术, 2000, 18 (1) :21-22.

[7]过婉珍, 程国良, 吕荣高.制茶节能促进临安生态农业可持续发展[J].能源研究与利用, 2003 (3) :39-40.

[8]Jun S, Irudayaraj J.Selective far infrared heating systemdesign and evaluation.Drying[J].Drying Technology, 2003, 21 (1) :51-67.