航天華陽產(chǎn)品涉及到軟包裝行業(yè)和精密涂覆行業(yè)所使用的的凹版印刷機(jī)、復(fù)合印刷機(jī)、柔版印刷機(jī)和精密涂覆設(shè)備都耗用大量的熱空氣對產(chǎn)品進(jìn)行干燥，熱風(fēng)干燥能力是衡量印刷機(jī)技術(shù)水平的一個(gè)重要指標(biāo)，科學(xué)合理的熱風(fēng)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到印刷速度與印刷質(zhì)量。所謂印刷干燥即風(fēng)機(jī)帶來熱風(fēng)與承印物表面接觸帶走承印物表面的溶劑，達(dá)到干燥效果。合理布置風(fēng)嘴和合理地控制風(fēng)速直接關(guān)系著干燥效果的好壞，印刷速度越高，需要的風(fēng)速就越高、風(fēng)嘴數(shù)量也越多。
       CINOVA為西安航天華陽公司最新研制的新一代高速衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)，是專門針對軟包裝行業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的高端機(jī)型。它的印刷速度為400m/min，風(fēng)嘴出口的風(fēng)速至少要達(dá)到50m/s才能滿足烘干要求。
       華陽公司針對傳統(tǒng)印刷中熱風(fēng)能耗高、效率差的現(xiàn)狀，結(jié)合公司在柔版印刷機(jī)中多年的經(jīng)驗(yàn)積累，開發(fā)出先進(jìn)的新型熱風(fēng)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于到CINOVA高速柔印機(jī)中。

       航天華陽在新熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，摒棄了以往常見的風(fēng)道設(shè)計(jì)方案，采用有限元設(shè)計(jì)，建模測試烘箱干燥能力，達(dá)到能耗和干燥效果的最佳匹配。

       深入分析以前的色間熱風(fēng)結(jié)構(gòu)，通過建模分析其中存在的弊端。如圖1所示舊結(jié)構(gòu)，對于分風(fēng)管風(fēng)阻計(jì)算，應(yīng)用以下摩擦公式：

       局部風(fēng)阻：根據(jù)管道管徑尺寸和結(jié)構(gòu)變化的情況，風(fēng)阻和風(fēng)速的平方成正比，計(jì)算分風(fēng)管風(fēng)壓損失。

圖1  舊熱風(fēng)管道                                                        圖2  舊熱風(fēng)管模型

       從模擬圖可以看出，在853Pa時(shí)，在軟連接處風(fēng)速和風(fēng)壓損失最大。造成在色間風(fēng)箱3處風(fēng)速無法達(dá)到印刷干燥的效果。

       因此，我們對熱風(fēng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化：分析風(fēng)阻受損點(diǎn)，進(jìn)行管道二維圖設(shè)計(jì)，再進(jìn)行壓損管徑平衡計(jì)算，根據(jù)壓降情況優(yōu)化管網(wǎng)路徑，如圖3所示。

圖3  優(yōu)化熱風(fēng)管道

       根據(jù)以上分析，我們對風(fēng)管進(jìn)行優(yōu)化，如圖4所示。設(shè)計(jì)出風(fēng)阻最小的管路模型，如圖5所示，并在全壓力情況下對模型進(jìn)行測試，如圖6所示。通過優(yōu)化管道，減小風(fēng)阻，改善了熱風(fēng)流經(jīng)管網(wǎng)的特性，增加風(fēng)嘴風(fēng)速，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)功率。
       色間干燥料路距離短，需要在直徑1.6m的中心輥筒周圍分布7個(gè)色間干燥箱，且不能與印刷的主要部件干擾。通過合理分布分風(fēng)管的管路，平滑過度每個(gè)進(jìn)出口，降低局部風(fēng)阻，最終優(yōu)化圖和仿真圖如7所示。圖中不同顏色代表不同風(fēng)速區(qū)域，從圖中可以看出熱風(fēng)從主風(fēng)管到進(jìn)入每個(gè)分風(fēng)管，每個(gè)出風(fēng)口速度基本一樣，達(dá)到干燥要求。        

圖4  風(fēng)阻受阻點(diǎn)

圖5  新型色間風(fēng)管

圖6  全壓測試

圖7  風(fēng)速和跡線測試

       根據(jù)模擬的結(jié)果，最終設(shè)計(jì)的印刷部分風(fēng)管實(shí)物如圖8所示。

圖8  經(jīng)過測試后分風(fēng)管結(jié)構(gòu)

       在色組間的干燥箱和主烘箱中，航天華陽根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)和長期試驗(yàn)結(jié)果，采用風(fēng)刀式風(fēng)嘴，如圖9所示。當(dāng)高壓高速吹進(jìn)風(fēng)槽時(shí)，引起風(fēng)洞效應(yīng)，增強(qiáng)風(fēng)速，高速熱風(fēng)從兩個(gè)風(fēng)嘴吹出，氣流量是進(jìn)氣量的20~50倍，因而形成高速、大流量氣流進(jìn)行干燥。測試結(jié)果如圖10所示。在色組間干燥箱的出風(fēng)口現(xiàn)場測試，結(jié)果顯示風(fēng)速相差較小，符合預(yù)期要求。

圖10  色間風(fēng)箱跡線測試

       給色組間的風(fēng)箱做風(fēng)速風(fēng)壓測試，根據(jù)分風(fēng)管端頭風(fēng)速測試結(jié)果，引入色間風(fēng)箱建模分析，在設(shè)計(jì)色間風(fēng)箱結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)漸變流最小風(fēng)阻原則，同時(shí)考慮設(shè)備色間裝配結(jié)構(gòu)，建立小風(fēng)阻風(fēng)道模型。為滿足回風(fēng)問題，增加負(fù)壓設(shè)計(jì)，使得風(fēng)從風(fēng)嘴出來后，85%～91%的流量可以回到風(fēng)箱。
       經(jīng)過理論測試，風(fēng)嘴出口不同位置的風(fēng)速可以達(dá)到47～50m/s，現(xiàn)場實(shí)際測得不同位置風(fēng)速達(dá)到49～52m/s，風(fēng)速達(dá)到印刷要求。

1、二次回風(fēng)結(jié)構(gòu)
      熱風(fēng)系統(tǒng)中有一個(gè)二次回風(fēng)結(jié)構(gòu)，作用是回用排出的廢棄熱能，在印刷物殘留溶劑不超標(biāo)的前提下，盡量加大二次回風(fēng)以降低印刷機(jī)的加熱成本，而此種方法也恰好實(shí)現(xiàn)了減風(fēng)增濃的目的。當(dāng)進(jìn)風(fēng)管、回風(fēng)管、排廢管風(fēng)量調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí)，就能產(chǎn)生很好的節(jié)能和增濃效果，便于后期的廢氣處理。
2、氣體濃度檢測
       在主烘箱部和印刷單元部都裝有氣體濃度報(bào)警檢測裝置，當(dāng)廢氣中危險(xiǎn)氣體濃度到達(dá)設(shè)定的值后，儀器會自動報(bào)警，通過自動加大排風(fēng)量使氣體的濃度達(dá)到安全范圍，防止安全事故的發(fā)生。
3、分區(qū)精確控制
      主烘箱有三組熱風(fēng)源，可以分組精確控制風(fēng)速和溫度。合理地調(diào)整每組熱風(fēng)的風(fēng)速，可以調(diào)整烘箱內(nèi)部的壓力，避免了進(jìn)出料口風(fēng)速不均勻而引起的料膜抖動、跑偏等問題。在烘箱風(fēng)嘴設(shè)計(jì)時(shí)，排風(fēng)量稍大于進(jìn)風(fēng)量，使烘箱形成微負(fù)壓，同時(shí)改變進(jìn)出料口風(fēng)刀的方向，防止在風(fēng)力沖擊下沖出進(jìn)出料口。
4、靜音風(fēng)機(jī)
      采用消音棉對風(fēng)機(jī)進(jìn)行分區(qū)隔離，主要把印刷部分、熱風(fēng)部分、天橋烘箱部分風(fēng)機(jī)用防銹性能好的鋁合金材料做成密封包廂形式。機(jī)身裝有吸音材料，采用新風(fēng)管路設(shè)計(jì)，可以有效抑制安裝后產(chǎn)生的側(cè)面噪音，實(shí)物如圖11所示。

圖11 靜音風(fēng)機(jī)