Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 2. Бумагоделатель
.pdfвызывающий перемещение воды. В обычном прессе с гладкими валами существует два градиента: вертикальный — по толщине бумаги и сукна и горизонтальный, вызывающий перемещение воды по сукну в сторону обратную движению сукна. Во II фазе сухость бумаги возрастает. На выходной стороне зоны контакта прессовых валов (фаза III) давление в сукне и бумаге посте пенно уменьшается. Восстанавливается толщина полотна бумаги, сукна и упругой облицовки вала. С прекращением давления градиент гидравлического давления падает до нуля и теорети чески возможно возникновение частичного вакуума, при этом в твердой структуре (волокнах) все еще могут действовать на пряжения сжатия [14]. В III фазе происходит перемещение влаги из сукна в бумагу [41]. В IV фазе сухость бумаги также снижается из-за перераспределения влаги между сукном и бу магой. Одни авторы приписывают переход воды действию ка пиллярных сил, другие — перепаду давления между сукном и бумагой вследствие создания разрежения в порах бумаги при ее упругом расширении.
7.3. ОПТИМАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРЕССОВ
Пресс с гладкими валами (обычный пресс) (рис. 7.2, а) со стоит из двух валов; нижний вал — неотсасывающий, металли ческий обрезиненный или с полиуретановым покрытием, а верх ний— гранитный или металлический, покрытый слоем твердой кварцевой резины (стонитом). Верхний вал пресса по отноше нию к нижнему валу смещен в сторону, противоположную ходу бумаги, на 50—120 мм. Смещение валов увеличивается с по вышением скорости машины и диаметра валов [42].
По обезвоживающей способности обычные пресса при лю бых условиях прессования бумаги уступают прессам с попе речной фильтрацией. Учитывая простоту конструкции, обычный пресс можно рекомендовать в качестве последнего пресса для машин, работающих со скоростью до 200—250 м/мин и выра батывающих продукцию предпочтительно большой массы 1 м2 при степени помола волокна до 40 °ШР.
Пресс отсасывающий (рис. 7.2,6)— наиболее сложный по конструкции и дорогостоящий пресс. В этом прессе в отличие от обычного нижний вал — отсасывающий, обрезиненный. Верх ний вал смещен по ходу бумаги на 50—200 мм [43]. Линейное давление между валами отсасывающего пресса на современных машинах достигает 80—100 кН/м.
Отсасывающие прессы рекомендуется применять в качестве первого и, реже, второго пресса (для тонкой бумаги из жирной массы). Для устранения маркировки бумаги от отверстий отса сывающего вала, особенно при работе на линейных давлениях, между валами более 60 кН/м, необходимо использовать нетка ные сукна массой 1 м2 1 —1,4 кг.
Пресс с желобчатым валом (рис. 7.2, в) имеет наиболее эф фективную и простую конструкцию из прессов с поперечной фильтрацией [44]. Нижний вал такого пресса может быть вы полнен с металлической рубашкой (бронзовой или стальной) или с покрытием из полиуретана или резины. Желобки прямо угольной формы обычно нарезаются по спирали. Глубина их 2,5 мм, ширина 0,5 мм. Шаг между желобками 3 мм.
Для снятия пленки воды с поверхности желобчатого вала и для удаления воды из желобков при средней скорости ма шины устанавливают пластину и шабер, а при скорости свыше 600 м/мин — только обычный шабер, так как вода из желобков хорошо удаляется центробежными силами. Очищают желобки от ворса сукна, мелкого волокна и наполнителя с помощью водяного спрыска при давлении воды 0,6 МПа, уста новленного тангенциально к поверхности вала. Спрыски вклю чают в работу периодически в зависимости от забиваемости же лобков. На тихоходных машинах (скорость до 300 м/мин) ино гда устанавливают периодически включаемые воздушные спрыски.
На прессах с желобчатым валом применяют более твердые покрытия (твердость 5—10 ед. по ТШН-2), чем на прессах обыч ных или с отсасывающим валом, и работают они при более высоком линейном давлении (100—120 кН/м). При таком дав лении на скоростных машинах срок службы покрытия вала сни жается вследствие большого тепловыделения. Для снижения тепловыделения иногда предусматривают систему внутреннего охлаждения вала или идут по пути снижения толщины покры тия или увеличения его твердости.
Для повышения сопротивляемости сукон механическому из носу и уменьшения опасности маркировки бумаги желобками вала сукна для желобчатых прессов изготовляют большей массы 1 м2 и с большим содержанием синтетических волокон (до 50 %). Взамен сукон массой 0,8—1 кг/м2 для обычных прессов здесь применяют сукна массой 1 —1,4 кг/м2. Наилучшие результаты достигаются в случае применения иглопробивных сукон.
Опыт эксплуатации прессов с желобчатым валом показал, что они имеют следующие преимущества: снижается стоимость установки, уменьшаются эксплуатационные расходы, увеличи вается сухость бумаги, отсутствуют затраты на создание ваку ума, достигается равномерная влажность бумаги по ширине, а увеличение давления прессования не вызывает раздавлива ния полотна и маркировки бумаги.
Пресс с желобчатым валом может использоваться в каче стве второго и последующих прессов машин, вырабатывающих почти все виды продукции (кроме особо тонких видов бумаги). Наибольший эффект достигается при скорости машины более 100 м/мин. Этот пресс можно применять в качестве предвари тельных и основных прессов картоноделательных машин. В его
конструкции в этом случае должна быть предусмотрена эффек тивная очистка вала.
Пресс с промежуточным валиком (рис. 7.2, г) известен в ли тературе как пресс высокой эффективности [45, 92]. В его кон струкцию входит желобчатый валик из нержавеющей стали небольшого диаметра (100—250 мм) с кольцевыми или спираль ными канавками, расположенный между двумя основными прес совыми валами. Сукно и бумага проходят между верхним ва лом и промежуточным валиком. Вода из сукна и бумаги удаля ется в желобки промежуточного валика. Желобки прямоуголь ной формы имеют ширину 0,5—0,75 и глубину 2 мм. Шаг между желобками 5 мм. Промежуточный валик смещен по ходу дви жения полотна бумаги относительно нижнего и верхнего валов так, чтобы нагрузки на цапфы промежуточного валика были минимальными.
На прессах с промежуточным валиком по сравнению с обыч ными прессами увеличивается расход потребляемой мощности на 30—40 %, резко снижается (в 2—3 раза) срок службы су кон. Из-за сложности конструкции и высоких эксплуатационных затрат пресса с промежуточным валиком не нашли широкого применения.
Пресс с подкладной сеткой (рис. 7.2, (?) в отличие от обыч ного пресса с гладкими валами имеет бесконечную подкладную сетку, изготовленную из синтетического моноволокна. В этом прессе вода из бумаги переходит в сукно, из сукна — в ячейки сетки. При наличии сетки в зоне контакта валов в сукне не со здается высокого противодавления. Твердость покрытия ниж него прессового вала составляет 25—35 ед. по ТШМ-2. Сетки одно- и двухслойные из моноволокон толщиной не более 0,7 мм. Длина сетки 6—12 м, максимальное натяжение до 50 Н/см.
Для расправления сетки устанавливаются валики типа Ма- унт-Хоуп с регулируемой кривизной, с углом охвата их сеткой 30—45° Срок службы сеток составляет 4—12 мес в зависимости от типа сеток и условий их работы [68]. Для удаления воды из ячеек сеток устанавливают отсасывающие ящики со щелями 5—8 мм или осуществляют продувку сеток воздухом. Иногда для снятия воды с поверхности сетки устанавливают шабер с ре зиновым лезвием [40].
Основные преимущества прессов с подкладной сеткой сле дующие: низкая первоначальная стоимость, экономия расхода электроэнергии на привод вакуум-насосов, отсутствие марки ровки бумаги (по сравнению с отсасывающими прессами); уве личение сухости бумаги после прессования, отсутствие дробле ния влажного полотна при высоком давлении (по сравнению
собычными прессами); увеличение срока службы сукон. Пресс
сподкладной сеткой по эффективности обезвоживания при сред
нем удельном давлении в зоне контакта валов свыше 1 МПа и скорости больше 300 м/мин приближается к прессу желобча
тому. Этот пресс рекомендуется применять в качестве второго и последующих прессов машин, работающих со скоростью до 200 м/мин и вырабатывающих бумагу и картон массой от 100 г/м2 и выше, а при скорости свыше 200 м/мин — бумагу и картон лю бой массы 1 м2.
В случае выработки тонкой бумаги при наличии эффектив ных устройств для обезвоживания сукна пресс можно исполь зовать в качестве первого пресса. В этом случае надо учитывать количество воды, удаляемой из бумаги и сукна. При значитель ном продольном движении воды по сетке может нарушаться структура полотна.
Пресс с усадочной сеткой (рис. 7.2, е) или чулком из сетки является разновидностью пресса с подкладной сеткой. Чулокрубашка, надеваемый на вал, изготовляется бесконечным из монофиламентных полиэфирных волокон в виде двухслойной сетки, обладающей большой усадкой при нагревании. Чулок может надеваться на гладкий или отсасывающий вал.
Большое значение для эффективной работы пресса с чулком имеет удаление воды из сетки. Обычно на прессах применяют воздушный шабер со щелью шириной 1 мм, который устанав ливают снизу вала на расстоянии 2 мм под углом 15—30° Воз дух подается под давлением 0,015 МПа. При скорости машины свыше 500 м/мин шабер можно не устанавливать, так как вода легко удаляется центробежной силой.
В прессах с чулком используют нетканые сукна массой 1 — 1,2 кг/м2. Срок службы сукон несколько меньше, чем на прес сах с подкладной сеткой, и составляет в среднем 35—45 дней. Срок службы чулка из сетки 2—6 мес.
Твердость резинового покрытия облицовки прессового вала оказывает большое влияние на работу чулка и должна быть 15—25 ед. по ТШМ-2. Пресс с чулком значительно проще пресса с подкладной сеткой и его легче установить на действу ющей машине. Поэтому этот тип пресса в первую очередь на ходит применение при модернизации действующих бумаго- и картоноделательных машин.
Установка чулка из сетки на отсасывающий вал повышает сухость полотна после пресса на 1—1,5% и предотвращает появление маркировки полотна от отверстий в рубашке вала.
Недостаток пресса с усадочной сеткой — сложность крепле ния сетки на валу и ее очистки.
7.4. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ БУМАГИ НА ПРЕССАХ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сравнительная оценка' обезвоживающей способности прес сов различной конструкции была проведена на опытной уста новке, параметры которой, за исключением ширины, были ана логичны параметрам прессов, работающих на действующих ма
шинах [46]. Основная часть опытов проведена на образцах бу маги, изготовленной из 100 % сульфитной целлюлозы со сте пенью помола 18 °ШР.
Характер обезвоживания бумаги в зависимости от линейного давления между валами, скорости машины, сухости бумаги пе ред прессом и массы 1 м2 бумаги иллюстрирует рис. 7.3.
Сухость бумага перед прессом, % Масса 1мгбумаги (картона), г/мг
Рис. 7.3. Влияние линейного давления |
(а), скорости |
машины (б), |
сухости бу |
||||
маги перед прессом |
(в) и массы |
1 м2 |
бумаги |
(г) на процесс обезвоживания |
|||
на прессах: |
|
|
|
|
|
|
|
1 — с промежуточным |
валиком; 2 — с |
Желобчатым |
валом; |
3 — с подкладной |
сеткой; |
||
4 — с отсасывающим валом; 5 — с обычными валами |
|
|
|
|
|||
С повышением давления прессования |
(рис. 7.3, а) |
на |
всех |
||||
типах прессов увеличивается сухость бумаги после прессования. При давлении более 40 кН/м прирост сухости бумаги на обыч ном прессе заметно снижается из-за повышения сопротивления движейию воды в сукне против его хода.
Для прессов с поперечным потоком сильного замедления обезвоживания не наблюдается, так как горизонтальный путь движения воды по сукну к отверстиям вала и желобкам или
ячейкам сетки невелик. Поэтому для этого типа прессов повы шение давления более эффективно, чем для обычных прес сов.
Как видно из рис. 7.3, б, зависимость изменения сухости бу маги от скорости машины на обычных, отсасывающих прессах и прессах с промежуточным валиком одинакова. С увеличе нием скорости машины сухость бумаги после прессования сни жается. Однако скорость оказывает большее влияние на обезво живание бумаги на обычном прессе. При скорости машины до 100 м/мин на прессе с желобчатым валом и 200 м/мин на прессе с подкладной сеткой сухость бумаги после прессования повышается. Это объясняется тем, что отжатая вода в желобки вала или ячейки сетки при низкой скорости пресса значительно увлажняет сукно и бумагу на выходе из пресса. Дальнейшее повышение скорости сопровождается постепенным, почти линей" ным снижением сухости бумаги. Характер изменения сухости полотна бумаги после пресса от содержания воды в бумаге не' ред прессом показан на рис. 7.3, в.
При большом содержании воды в бумаге перед прессом (су
хость 20—25 %) наиболее эффективны |
прессы |
с желобчатым |
валом и отсасывающие. |
|
сухости бумаги |
На прессе с промежуточным валиком при |
||
до 25—26 % наблюдается нарушение структуры листа. |
||
Зависимость сухости бумаги от ее |
массы 1 м2 носит слож |
|
ный характер (рис. 7.3, г). При массе |
1 м2 до |
100—150 г наи |
более эффективны'прессы с промежуточным валиком, отсасы вающие и с желобчатым валом. Повышение массы бумаги (картона) сказывается в большей степени при обезвоживании на отсасывающем прессе, на прессе с подкладной сеткой и на прессе с промежуточным валиком.
Обработка результатов исследований влияния конструктив ных и технологических параметров на процесс обезвоживания бумаги на прессах различных конструкций позволила установить
зависимость сухости бумаги (Ск %) после |
прессования от всех |
||||
переменных факторов [46]: |
|
|
|
||
|
^ |
Aa0m0pVpClC°g$, |
|
||
|
= ------------ ;-------> |
|
|||
где С„— сухость |
бумаги |
перед |
прессом, %; А — коэффициент,, |
||
характеризующий |
конструкцию |
пресса; |
ссо — коэффициент вида |
||
бумаги; т0— коэффициент, зависящий |
от |
марки сукна, массы |
|||
1 м2 бумаги и скорости машины; Рср — среднее удельное давле
ние между валами, Па; |
Сс — сухость сукна |
перед прессом, |
%; |
|||
gб — масса 1 |
м2 бумаги |
(картона), г/м2; (5 — коэффициент массы |
||||
1 м2 |
бумаги; |
v — скорость |
машины, м/мин; |
Шр— степень |
по |
|
мола |
массы, °ШР; у, 0, |
ш, |
е, ф — опытные |
коэффициенты |
[4§] |
|
Среднее удельное давление между валами может быть рас считано по формуле
р21,7V ’737
СР“" £0,4^0,275 *
где q — давление между валами пресса, Н/м; D — диаметр об-
резиненного вала, мм; Т — твердость резиновой облицовки вала, ед. по ТШМ-2.
7.5. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЕССОВЫХ ЧАСТЕЙ
Развитие конструкций прессовых частей бумаго- и картоноделательных машин идет в направлении применения новых прессов, увеличения линейного давления между валами, над лежащего подбора сукон и поддержания высокопропускной спо собности их во время работы.
Обрывность бумаги в прессовой части зависит главным об разом от свободных участков прохождения бумаги. Наличие пересасывающего устройства практически ликвидировало обрыв ность при передаче полотна из сеточной части в прессовую. Од нако установка двухвальных прессов с пересасывающим уст ройством не обеспечивает безобрывной проводки полотна между прессами.
В основу современных конструкций прессовых частей поло жен принцип максимального сокращения количества и длин сво бодных участков хода бумажного полотна. Все современные кон струкции прессовых частей для быстроходных машин можно разбить на два основных типа. I тип — прессовая часть с пере дачей полотна с сеточной части пересасывающим валом с пос ледующей транспортировкой полотна бумаги сукном в многовальный пресс (трех-четырехвальный); II тип — прессовая часть с передачей полотна с сеточной части пересасывающим валом, являющимся прессовым валом первого пресса, с последующим
его |
контактом с еще одним-двумя |
валами (типа юни-пресс). |
к/ l |
тип прессовых частей находит |
применение главным обра |
зом на бумагоделательных машинах для производства газетной, писчей, типографской и других видов бумаги массой 1 м2 до 80—100 г. Основной недостаток прессовой части I типа — повы шенная влажность сукна пересасывающего устройства, необхо димая для удержания полотна под сукном, что снижает обез воживающую способность первого пресса и ограничивает выра ботку бумаги большей массы 1 м2.
IIтип прессовых частей разработан фирмой КМВ (Швеция)
иизвестен в литературе под названием юни-пресса (универ сального пресса), .в котором пересасывающий вал является
также валом первого пресса.
Полотно бумаги при прохождении всего участка от сетки до линии касания валов удерживается вакуумом в отсасывающих
камерах. Это дает возможность иметь сравнительно высокую сухость сукна первого пресса и выбирать это сукно только по его обезвоживающей способности. Пересасывающий вал такого
пресса |
изготовляется трехкамерным. Ширина I камеры 60— |
80 мм; |
II камеры 500—600 и III камеры 100—120 мм. Вакуум |
в камерах соответственно составляет 60; 33; 73 кПа. По данным фирмы, на прессовой части типа II можно вырабатывать про дукцию массой 1 м2 от 25 до 1000 г [2].
Рекомендуемые схемы прессовых частей для производства массовых видов бумаги и картона даны на рис. 7.4 и в табл. 7.1.
7.1. Рекомендуемые |
схемы |
прессовых |
частей |
производства массовых видов |
||||||||
бумаги |
и картона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ассортимент вырабатываемой |
Скорость, |
Линейное давление, |
Сухость по |
||||||||
Схема |
лотна после |
|||||||||||
|
бумаги (картона) |
|
|
м/мин |
|
кН/м |
|
прессовой |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
части, % |
а * |
Газетная, |
писчая |
и |
типо |
До 1200 |
I захват — 6 |
38—42 |
|||||
|
графская № 1 и № 2 |
|
|
|
II захват — 8 |
|
||||||
б |
Писчая и |
типографская |
До 600 |
III захват — 10 |
38—40 |
|||||||
I захват — 6 |
||||||||||||
|
№ 1 |
и № 2 |
|
|
|
|
II захват — 8 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III захват — 10 |
|
||
в |
Бумага для гофрирования, |
До 750 |
IV захват — 3 |
36—40 |
||||||||
I захват — 6 |
||||||||||||
|
мешочная, |
картон |
тонкий |
|
|
II захват — 8 |
|
|||||
г |
массой до 250 г/м2 |
|
одно |
До 1000 |
III |
захват — 10 |
40—45 |
|||||
Бумага |
оберточная |
I захват — 6 |
||||||||||
|
сторонней |
гладкости |
|
|
|
II захват** — 8 |
|
|||||
|
Картон |
коробочный |
|
|
|
III захват** — 10 |
|
|||||
|
|
|
|
Предваритсльный |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пресс |
|
40—42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I захват — 4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II захват — 5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
пресс — 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
пресс —- 10 |
|
|
* |
П ри |
вы работк е писчей |
и ти п огр аф ск ой |
бум аги № 1 |
у ст ан ав л и в ает ся д о |
|||||||
п ол н и тел ьн о |
сгл аж и в аю щ и й пр сс . |
|
|
|
|
|
|
|||||
** |
II и |
III |
за х в а т ы — |
п ри ж и м н ы е |
валы к |
л ощ и л ь н ом у |
ц и л и н д р у . |
|||||
В рекомендуемых схемах широко использовано прессование полотна между двумя сукнами в первом захвате пресса (рис. 7.4, а, б, г, д). При обезвоживании бумаги на прессе с двумя
сукнами вода из нее удаляется через оба сукна, что снижает сопротивление фильтрации.
Прессование между двух сукон обеспечивает симметричное (в обе стороны) обезвоживание, улучшает структуру бумаж ного полотна по толщине, что особенно вн>ки° Для бумаги,
108
содержащей большое количество наполнителей, а также сни жает разносторонность полотна бумаги.
Исследование показало, что наиболее эффективны прессы
с двумя сукнами при обезвоживании бумаги сухостью до 25— 26%.
Рис. 7.4. Современные схемы прессовых частей бумаго- и картоноделательных машин для производства:
а — газетной, |
писчей и типографской |
бумаги № 1 и № 2 на |
скорости до |
1200 м/мин; |
б — писчей и |
типографской бумаги № |
1 и № 2 на скорости |
до 600 м/мин; |
в — бумаги |
Для гофрирования, мешочной, картона тарного на скорости до 750 м/мин; |
г —-бумаги |
|||
оберточной односторонней гладкости; д — картона коробочного |
|
|
||
7.6. КОНСТРУКЦИЯ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ПРЕССОВОЙ ЧАСТИ
7.6.1. Прессовый отсасывающий вал
Отсасывающий прессовый вал по конструкции аналогичен отсасывающему гауч-валу. Основные параметры и размеры от сасывающих прессовых валов приведены ниже:
Обрезная ширина полотна, |
мм |
1680 |
2100 |
2520 |
4200 |
6300 |
6720 |
Наибольшая скорость по |
приводу, |
350 |
350 |
450 |
1500 |
1000 |
1000 |
•М/мин |
|
||||||
Наружный диаметр вала с облицовкой, |
650 |
650 |
750 |
850 |
1150 |
1150 |
|
Мм |
|
||||||
Длина рубашки, мм |
|
2140 |
2640 |
3180 |
4910 |
7200 |
7500 |
В зависимости от числа зон отсоса в камере отсасывающие валы подразделяются на валы одно-, двух- и трехкамерные. В многокамерных валах различают камеры прессования, рас положенные в зонах контакта валов, пересасывающие камеры и поддерживающие камеры, предназначенные для удержания полотна на сукне от воздействия центробежных сил. Ширину камер прессования в зависимости от скорости машины прини мают в пределах 100—150 мм. Разрежение в камерах прессо вания поддерживается до 75 кПа, в пересасывающих камерах — до 50 и поддерживающих — до 25.
Рубашки отсасывающих валов изготовляются из бронзы или нержавеющей стали толщиной 40—75 мм и облицовываются слоем резины толщиной 25 мм твердостью 15—30 ед. по ТШМ-2. Разница твердости облицовки, замеренная в различных точках по длине вала, не должна превышать ±4 ед. по ТШМ-2.
Отверстия отсасывающих прессовых валов диаметром 4,0— 4,5 мм не зенкованы, общее живое сечение отверстий составляет 15—20 % от площади боковой поверхности рубашки.
Отсасывающий вал рассчитывается на прочность и жест кость. Существующая методика расчета (приближенная) за ключается в следующем.
Определяют нагрузку на вал, которая складывается из веса рубашки, суммарного прижима, нагрузки от действия вакуума и прижима уплотнений. Затем находят максимальный изгиба ющий момент Ми (отсасывающий вал рассматривают как тон костенную свободно опертую балку с разномерно распределен ной нагрузкой по длине вала).
Номинальное напряжение изгиба (сги Па) рубашки опреде ляют с учетом ослабления сечения перфорацией:
° и = Mn/(Wv\),
где Ми — максимальный изгибающий момент, Н-м; W — мо мент сопротивления поперечного сечения рубашки без учета перфорации, м3; г\ — коэффициент ослабления сечения рубашки перфорацией, рассчитываемый как отношение длины ломаной линии в пределах опорного прямоугольника, по которой мо жет произойти разрушение рубашки, к длине опорного прямо угольника по дуге окружности вала [24].
Предел выносливости вала (в ослабленном сечении) o-i
(£<J)D
где (k 0)D— коэффициент концентрации напряжений;
еО
где k a— эффективный коэффициент концентрации от наличия
перфорации; ko — коэффициент состояния поверхности; еа — масштабный фактор.
ПО