一种轮胎硫化外温蒸汽循环使用的方法及系统

技术领域

本发明涉及轮胎生产制造中轮胎硫化技术及装备领域，具体涉及一种硫化外温蒸汽循环使用的方法及系统。

技术背景

硫化是轮胎生产过程中最关键的工序之一，是通过对胎胚进行加热加压促使胎胚进行硫化及其他化学反应并最终定型为成品轮胎的工序，也是最主要的蒸汽能源消耗工序，其蒸汽的消耗占全部蒸汽用量的90％-98％，是轮胎生产的主要能源消耗成本之一。

硫化加热分为内温加热和外温加热两部分，胎胚内侧的加热叫硫化内温，胎胚外侧的加热叫做硫化外温，均以高温蒸汽为动力热源进行加热，其中硫化外温蒸汽的消耗占到全部蒸汽使用量的60％-80％。

硫化外温加热装置通常有三部分构成，即上热板、模套和下热板，其中上热板为轮胎模型的上侧板提供热源；模套为轮胎的胎冠模型提供热源；下热板为轮胎模型的下侧板提供热源，且各加热装置均为中空且腔体内设有蒸汽流道，以蒸汽为动力热源。

现有国内轮胎制造企业硫化外温蒸汽的使用方法普遍是采用开放式的控制方法，通俗理解为″一进一出″的方式，即蒸汽从外温加热装置的入口进入加热装置的腔体内，经热量使用后从加热装置的出口排出，排出的汽体称为硫化外温尾汽，外温尾汽包含蒸汽和冷凝水，其中尾汽中的蒸汽直接排空，冷凝水流向动力站降温冷却后作为动力水使用。

硫化外温尾汽的排放一般采用疏水阀排放或切断阀定时排放两种方式，在国内大部分轮胎厂采用的是疏水阀排放的方式，但硫化尾汽排选择的疏水阀是有要求的，否则无法提升外温温度，必须为能通过蒸汽的疏水阀，如吊桶式疏水阀，其排汽口通常采

硫化外温的测温点均安装在外温加热装置尾汽排放的管路上，且以测量的尾汽温度作为目标温度，因此所需的硫化外温的真实温度与测量温度存在差异。

存在的问题：

硫化尾汽含有很高的温度热值，直接排放造成能源的浪费：

因硫化外温的测温点安装在尾汽排放管路上，因此外温尾汽的温度接近于工艺要求值，具有非常高的热源价值，其次根据硫化使用疏水阀的特点，硫化外温尾汽排出的蒸汽量也比较大，根据蒸汽的射流计算公式：

胎胚外温受热不均，造成轮胎质量隐患：

因硫化外温的温度测量点都设在尾汽管路上，且以测量的尾汽温度作为目标控制温度，由于疏水阀或切断阀的阻尼作用，使得外温加热装置腔体内的低温蒸汽不能快速排出，阻碍新进的加热蒸汽快速扩散至外温尾汽管的测温点上，当测温点温度达到工艺需求值时，已造成外温加热装置的前中段因持续加热温度已远高于工艺需求值，局部高温不利于胎胚前期软化定型，甚至轮胎硫化出现局部过硫的现象，造成成品轮胎质量下降，该种情况从硫化曲线和外观均不好判断发现，但市场的使用反馈欠佳。

发明内容

为有效解决上述困扰轮胎制造企业普遍存在的两大问题，本发明采用硫化外温蒸汽循环加热的技术，应用蒸汽的射流技术和文丘里的物理现象，使用尾汽回收泵以较少量的高温蒸汽牵引硫化尾汽从硫化加热装置尾汽出口再次回到硫化加热装置的进汽口，使得尾汽再次被循环利用，形成了蒸汽从加热装置蒸汽进汽口到加热腔体内，再从加热腔尾汽出口返回到加热腔蒸汽进汽口的一个闭环的蒸汽使用环循系统。

本方法及系统以较少量的高温蒸汽不但提高了循环尾汽的温度还为外温蒸汽的循环提供循环动力，且整个过程无额外的能量损耗、无蒸汽排出的损耗，即可降低硫化外温蒸汽的使用量，又能使硫化外温蒸汽在整个加热使用过程充分循环流动，使硫化外温加热更均匀，避免了轮胎局部过硫现象的发生，可实质性的提升轮胎产品质量。

本发明解决木技术问题所采取的技术方案：本发明提供一种硫化外温蒸汽循环使用的方法及系统，可应用于上热板、模套、下热板及蒸锅式硫化机的硫化外温加热系统中。

硫化外温进汽采用双路并行管路，一路用于冷模预热和快速升温，一路用于蒸汽的循环，两进汽管路可相互切换，具体为：分别在上热板、模套、下热板的蒸汽进汽管路增设气动三通阀、薄膜调节阀、尾汽回收泵，气动切断阀，使气动切断阀与蒸汽回收泵串联并与薄膜调节阀形成并联，气动三通阀的一端出口接薄膜调节阀的进汽口，气动三通阀的另一端出口与气动切断阀进汽口相连，三通阀的通断实现薄膜调节阀和尾汽回收泵的切换运行，薄膜调节阀因其开度较大，主要用于冷模预热和快速升温。

尾汽管路也采用双路并行管路，一路用于冷凝水排放，一路用于蒸汽循环，两路均独立运行，具体为：分别在上热板、模套、下热板的蒸汽尾汽管路增加一根蒸汽循环管和冷凝水排放管，蒸汽循环管尽量靠近加热装置的尾汽出口处安装，并分别在蒸汽循环管路上增加气动切断阀，蒸汽循环管另一端与尾汽回收泵的回收口相连，冷凝水排放管与集水器相接，集水器出水口增加气动切断阀控制冷凝水的排放，将原有集水器上的测温传感器移装到靠近外温加热腔体出口的管路上，可使测定的温度更接近加热腔体内的温度，在温度传感器的旁边增加压力传感器，以快速感测腔体内蒸汽的波动。

附图说明

图1：本发明的管路阀组系统示意图

图2：尾汽回收泵示意图

图1中：图中齿轮线条分别表示硫化外温的上热板、模套、下热板蒸汽加热腔体的流道，1.上热板蒸汽加热腔体，2.模套蒸汽加热腔体，3.下热板蒸汽加热腔体，A.上热板蒸汽入口，B.上热板蒸汽出口，C.模套蒸汽入口，D.模套蒸汽出口，E.下热板蒸汽入口，F.下热板蒸汽出口，100.上热板进汽调节阀，101.上热板气动三通阀，102.上热板气动切断阀，103.上热板尾汽回收泵，104.上热板冷凝水排气动切断阀，105.上热板集水器，106.上热板液位传感器，107.上热板温度传感器，108.上热板压力传感器，109.上热板尾汽回收气动切断阀，200.模套进汽调节阀，201.模套气动三通阀，202.模套气动切断阀，203.模套尾汽回收泵，204.模套冷凝水排气动切断阀，205.模套集水器，206.模套液位传感器，207.模套温度传感器，208.模套压力传感器，209.模套尾汽回收气动切断阀，300.下热板进汽调节阀，301.下热板气动三通阀，302.下热板气动切断阀，303.下热板尾汽回收泵，304.下热板冷凝水排气动切断阀，305.下热板集水器，306.下热板液位传感器，307.下热板温度传感器，308.下热板压力传感器，309.下热板尾汽回收气动切断阀。

图2中：1.蒸汽入口，2.射流管喷嘴，3.混合蒸汽的出口，4.尾汽回收口，图中小箭头表示CFD仿真的z蒸汽流体介质。

具体实施方式

通常硫化外温蒸汽总管供给温度和压力要大于硫化外温的实际工艺需求值，现场根据不同的工艺要求调节使用，因用于尾汽回收泵的蒸汽喷嘴口径较小，主要用于产生高速射流蒸汽，为外温蒸汽的循环提供动力和增加温度，对于冷模预热和快速升温采用薄膜调节阀，使高温蒸汽大量且快速的进入到外温加热装置腔体内实现快速升温，其系统示意如图1所示。

当硫化外温加热装置需要预热或需快速升温时，进汽管路的气动三通阀打开，高温蒸汽大量且快速的通过薄膜调节阀进入到硫化外温加热装置内进行加热，并关闭蒸汽循环管路上的气动切断阀，冷凝水排放气动切断阀以定时的方式间断开启，以使硫化加热腔体、管路内的空气和冷模产生的过量冷凝水排出，实现模体温度快速上升，硫化外温的各加热装置的预热运行如下所述：

上热板冷模预热或需快速升温时：

上热板气动三通阀101打开使高温蒸汽进入薄膜调节阀100，薄膜调节阀100的开启度由温度传感器107的温度值与工艺设定值进行PID运算处理，经调节后的蒸汽从A口进入上热板加热腔体1，蒸汽经上热板腔体1的流道进行热量释放，释放热量后的蒸汽从上热板腔体流道出口B流出并进入上热板集水器102，冷凝排气动切断阀104按定时间断运行，以排出上热板腔体和管道内的空气及冷模产生的大量冷凝水。

模套冷模预热或需快速升温时：

模套气动三通阀201打开使高温蒸汽进入薄膜调节阀200，薄膜调节阀200的开启度由温度传感器207的温度值与工艺设定值进行PID运算处理，经调节后的蒸汽从C口进入模套板加热腔体2，蒸汽经模套腔体2的流道进行热量释放，释放热量后的蒸汽从模套腔体流道出口D流出并进入模套集水器202，冷凝排气动切断阀204按定时间断运行，以排出模套腔体和管道内的空气及冷模产生的过量冷凝水。

下热板冷模预热或需快速升温时：

下热板气动三通阀301打开使高温蒸汽进入薄膜调节阀300，薄膜调节阀的开启度由温度传感器307的温度值与工艺设定值进行PID运算处理，经调节后的蒸汽从E口进入上热板加热腔体3，蒸汽经下热板腔体3的流道进行热量释放，释放热量后的蒸汽从下热板腔体流道出口F流出并进入下热板集水器302，冷凝排气动切断阀304按定时间断运行，以排出下热板腔体和管道内的空气及冷模产生的过量冷凝水。

当硫化外温加热装置预热完成且温度已到硫化工艺需求值范围时，启动外温蒸汽循环系统，通过外温蒸汽循环系统维持硫化外温的稳定运行。

打开尾汽回收管路上的气动切断阀，使尾汽回收管和回收泵畅通，进汽管路的进汽三通阀关闭，使高温蒸汽通过气动切断阀进入到尾汽回收泵的射流入口，高温高压蒸汽经尾汽回收泵的射流喷嘴喷出产生高速的射流蒸汽，射流蒸汽推动并加热尾汽一起进入硫化外温加热腔体循环使用，各加热装置循环运行如下所述：

上热板蒸汽循环运行：

打开上热板尾汽回收气动切断阀109，使上热板尾汽经回收管路进入并充满尾汽回收泵103的腔体内，关闭上热板气动三通阀101，使高温蒸汽从三通阀101的另一出口进入到上热板气动切断阀102，通过控制上热板气动切断阀102的开关动作，使高温蒸汽进入到尾汽回收泵103的蒸汽喷射入口，高温蒸汽通过尾汽回收泵103内的喷射嘴变为高速射流蒸汽，产生的高速射流蒸汽喷射并推动和加热泵体内的尾汽进入上热板加热腔1内，同时加速了上热板腔1体内的蒸汽流动，如此样循环使用至到蒸汽被析出变为冷凝水并暂存在上热板集水器105中，当冷凝水液位上升到一定高度，经液位传感器106检测到后，打开冷凝水排放气动切断阀104使冷凝水排出，液位降低后再次关闭切断阀104。

上热板气动切断阀102的开关是通过温度传感器107的温度检测反馈值和压力传感器108压力检测反馈值进行控制，检测压力值的目的是避免因温度上升与进汽动作存在延迟造成的过度加热，硫化外温工艺要求范围是设定值±2度(上热板温度范围以工艺设定值±2度为例)。

当上热板温度反馈值在大于设定值-2度且小于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，打开上热板气动切断阀102，启动上热板尾汽回收泵103，使上热板加热蒸汽循环运行。

当上热板温度反馈值在大于设定值的-2度且小于设定值范围内，检测压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

当上热板温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，以定时运行的方式开关上热板气动切断阀102，间歇式的启动蒸汽回收泵103，使上热板内的蒸汽循环运行。

当温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，检测压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

模套蒸汽循环运行：

打开模套尾汽回收气动切断阀209，使模套尾汽经回收管路进入并充满模套尾汽回收泵203的腔体内，关闭模套气动三通阀201，使高温蒸汽从三通阀201的另一出口进入到模套气动切断阀202，通过控制模套气动切断阀202的开关动作，使高温蒸汽进入到尾汽回收泵203的蒸汽喷射入口，高温蒸汽通过模套尾汽回收泵203内的喷射嘴变为高速射流蒸汽，产生的高速射流蒸汽喷射并推动和加热泵体内的尾汽进入模套加热腔内2，同时加速了模套腔体2内的蒸汽流动，如此循环使用至到蒸汽被析出变为冷凝水并暂存在模套集水器205中，当冷凝水液位上升到一定高度，经液位传感器206检测到后，打开冷凝水排放气动切断阀204使冷凝水排出，液位降低后再次关闭切断阀204。

模套气动切断阀202的开关是通过温度传感器207的温度检测反馈值和压力传感器208压力检测反馈值进行控制，检测压力值的目的是避免因温度上升与进汽动作存在延迟造成的过度加热，硫化外温工艺要求范围是设定值±2度(模套温度范围以工艺设定值±2度为例)。

当模套温度反馈值在大于设定值的-2度且小于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，打开模套气动切断阀202，启动模套尾汽回收泵203运行，使模套加热蒸汽循环运行。

当模套温度反馈值在大于设定值的-2度且小于设定值的范围内，检测压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

当模套温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，以定时运行方式开关模套气动切断阀202，间歇式的启动模套蒸汽回收泵203，使模套内的蒸汽循环运行。

当模套温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，且压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

下热板蒸汽循环运行：

打开下热板尾汽回收气动切断阀309，使下热板尾汽经回收管路进入并充满尾汽回收泵303的腔体内，关闭下热板气动三通阀301，使高温蒸汽从三通阀301的另一出口进入到下热板气动切断阀302，通过控制下热板气动切断阀302的开关动作，使高温蒸汽进入到尾汽回收泵303的蒸汽喷射入口，高温蒸汽通过尾汽回收泵303内的喷射嘴变为高速射流蒸汽，产生的高速射流蒸汽喷射并推动和加热泵体内的尾汽进入下热板加热腔3内，同时加速了下热板腔体3内的蒸汽流动，如此循环使用至到被析出变为冷凝水并暂存在上热板集水器305中，当冷凝水液位上升到一定高度，经液位传感器306检测到后，打开冷凝水排放气动切断阀304使冷凝水排出，液位降低后再次关闭切断阀304。

下热板气动切断阀302的开关是通过温度传感器307的温度检测反馈值和压力传感器308压力检测反馈值进行控制，检测压力值的目的是避免因温度上升与进汽动作存在延迟造成的过度加热，硫化外温工艺要求范围是设定值±2度(下热板温度范围以工艺设定值±2度为例)。

当下热板温度反馈值在大于设定值的-2度且小于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，打开下热板气动切断阀302，启动下热板尾汽回收泵303运行，使下热板加热蒸汽循环运行；

当下热板温度反馈值在大于设定值的-2度且小于设定值的范围内，检测压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

当下热板温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，检测压力未明显升高时，以定时运行方式开关下热板气动切断阀302，间歇式的启动蒸汽回收泵303，使下热板内的蒸汽循环运行。

当下热板温度反馈值在小于设定值的+2度且大于设定值的范围内，检测压力已明显升高时，表明腔体内蒸汽温度已足够，等待传感器升温，且继续监测。

关键部件---尾汽回收泵的介绍：

尾汽回收泵实质上是采用蒸汽射流泵的原理，如图2仿真示意图所示：该泵采用了蒸汽的射流技术和文丘里物理现象的原理运行，无机械相互动作、无密封件，因此使用中无机械磨损、无泄漏，可长期免维护运行。

高压蒸汽从入口图2中1进入泵内的射流管，然后在射流管喷嘴图2中2处形成高速射流蒸汽，高速射流蒸汽击打推动泵体内的介质(尾汽)前进并形成混合蒸汽从出口图2中3射出，此时泵内形成负压，持续从尾汽入口图2中4吸入尾汽，该过程形成了由高速蒸汽推动尾汽并形成混合汽体从泵出口喷出的回收泵工作原理。