Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 2. Бумагоделатель

ренних полостей цилиндра. Уплотнение между вращающимся цилиндром и неподвижными отсасывающими камерами дости­ гается использованием фторопластового диска, крепящегося к корпусу камер. Диск выполнен в виде трех пластин, имеющих канавки на поверхности, контактирующей с обработанной пло­ скостью вращающегося сушильного цилиндра. Корпус коробок установлен на резьбовых шпильках, позволяющих изменить по­ ложение корпуса коробок вместе с уплотнениями относительно цилиндра. Уплотнения предназначены для работы с небольшим зазором или с незначительным прижимом трущихся поверхно­ стей, при этом специальных приспособлений для прижима не предусмотрено, прижим осуществляется за счет наружного ат­ мосферного давления и наличия вакуума внутри цилиндра. Ка­ навки на поверхности фторопластовых уплотнений служат для турбулизации потока и снижения расхода воздуха, проходящего сквозь уплотнения.

При вращении цилиндра продольные камеры вала соединя­ ются с полостями неподвижных коробок, при этом в камерах возникает вакуум. Следует отметить, что существует зона, где полости камер вала сообщаются с окружающим пространством, и вакуум в них отсутствует. На этом участке поверхность ци­ линдра свободна от бумажного полотна, поэтому камеры вала

в этой зоне заполняются воздухом. В связи с этим при поступ­ лении камеры в зону отсоса требуется удалять воздух при каж­ дом обороте вала, что приводит к определенному увеличению производительности вакуумных насосов по сравнению с произ­ водительностью, рассчитанной только на объемы воздуха, ко­ торые должны пройти сквозь бумажное полотно при сушке.

Благодаря секционному устройству камеры для подачи теп­ лоносителя и вакуумной камеры обеспечивается возможность выбора оптимальных для различной сухости полотна парамет­ ров теплоносителя и вакуума, что повышает эффективность устройства при одновременном снижении энергетических затрат.

К недостаткам метода сквозной сушки можно отнести срав­ нительно высокую энергоемкость оборудования, однако, как по­ казывают теплотехнические расчеты, удельные затраты электро­ энергии на единицу вырабатываемой продукции сокращаются.

10. КАЛАНДР И НАКАТ

10.1. МАШИННОЕ КАЛАНДРИРОВАНИЕ БУМАГИ

Подавляющая часть продукции, вырабатываемой на бумаго- и картоноделательных машинах, проходит машинное каландрирование. Наряду с от­ ливом, формованием и прессованием машинная отделка бумаги и картона в значительной степени определяет такие качественные показатели полотна, как плотность, гладкость и равномерность толщины. Перечисленные показа­ тели, или управляемые параметры процесса каландрирования, имеют весьма важное значение для массовых и технических видов бумаги. Удовлетворяют требованиям ГОСТов и такие показатели качества бумаги, как разрывная длина, число двойных перегибов, воздухопроницаемость, белизна и др. Та­ ким образом, основная цель машинного каландрирования состоит в дости­ жении требуемых показателей гладкости, плотности и равномерности тол­ щины полотна при соблюдении прочих показателей качества в заданных пределах.

в основном преследует выравнивание толщины полотна, каландрирование ка­

Основное физическое воздействие, которое бумажное полотно испытывает в захвате металлических валов каландра,— дефор­ мация сжатия, осуществляемая под действием усилия, направ­ ленного по нормали к обрабатываемой поверхности полотна. Касательная составляющая усилия каландрирования примерно на два порядка меньше нормальной составляющей и заметного влияния на деформационные и качественные показатели по­ лотна не оказывает. В то же время при обработке полотна в су­ перкаландре в результате деформации и «скольжения» набив­

ного вала касательное усилие оказывает заметное влияние на качественные показатели полотна [32, 84].

При обработке полотна в машинном каландре значение ка­ сательной составляющей усилия каландрирования необходимо учитывать при определении окружных усилий для расчета мощности каландрирования и усилий, действующих на проме­ жуточные валы каландровых батарей.

На показатели процесса каландрирования в основном влияют давление между валами, число захватов, продолжи­ тельность каландрирования, температура валов и влажность обрабатываемого полотна. Эти параметры можно отнести к уп­ равляющим параметрам процесса. Наиболее важный параметр каландрирования—линейное давление и его распределение по ширине площадки контакта между валами и бумагой. Эффект воздействия на полотно в конечном счете определяется значе­ нием и характером распределения давления, которое в значи­ тельной степени зависит от вязкоупругих свойств бумаги.

Закон изменения давления в захвате валов по ширине пло­ щадки деформации полотна имеет вид колоколообразной кри­ вой. Если пренебречь смещением участка максимального дав­ ления от середины площадки контакта вследствие вращения валов, то вершина колоколообразной кривой изменения давле­ ния по ширине 5 площадки контакта будет лежать на оси, проходящей через центры контактирующих валов (рис. 10.1). Соответствующее этому давлению линейное давление равно* площади под кривой, определяемой интегрированием функции f(x) по ширине площадки деформации:

P n m = U(x)dx.

Для упрощения расчета среднего давления в захвате сложный по форме импульс площадки контакта с шириной В заменим равным по площади прямоугольным импульсом с ши­ риной 5 Эф и ВЫСОТОЙ Ртах, ТОГДа Ртах —Рл1ш/5пф. Эффективная ширина зоны контакта б Пф зависит от вязкоупругих свойств бу­ маги и лежит в пределах от 0,55 до 0,35 соответственно для бумаги с ярко выраженными упругими свойствами и для пла­ стичной бумаги. Упругие свойства бумаге придают целлюлоз­ ные волокна, а пластичность — влага, наполнители п волокна древесной массы. Ширина зоны контакта (5 м) валов с бума­ гой определится как сумма входной С\ и выходной С2 зоны ка­ ландрирования:

после каландра, м; ги г2 — радиусы валов, м.

На рис. 10.2 в координатах деформация е —давление р представлены опытные кривые полной и остаточной относи­ тельной деформации различных видов бумаги при постоянной скорости каландрирования [64]. Кривые зависимости полной и остаточной деформации от прилагаемого давления и числа циклов нагружения (числа захватов п) нелинейны и асимпто­ тически приближаются к своему предельному значению. Форма графиков (крутых при малых давлениях и деформации и поло­ гих при больших) объясняется процессом сжатия волокон бу­ маги. В начальный момент, при вытеснении воздуха из межво­ локонных полостей, деформация происходит более интенсивно и для этого не требуется больших усилий. По мере сжимаемо­ сти волокон деформация затрудняется. В многовальных ка­ ландрах деформация бумаги происходит в основном в первых двух захватах. Так, при суммарной относительной деформации газетной бумаги в восьмивальном каландре 30 % деформация в первых двух захватах составляет 20%, а в последнем за­ хвате всего 2 %.

Гладкость бумаги с увеличением числа захватов и линей­ ного давления возрастает практически линейно. По мере дви­ жения бумажного полотна от захвата к захвату многовального каландра оно уплотняется и теряет пластичность, вследствие чего площадка деформаций бумаги при действии на нее уси­ лия, направленного по нормали, уменьшается, а давление уве­ личивается. Так, в шестивальном каландре при каландрирова­ нии типографской бумаги № 2 увеличение линейного давления от первого к пятому захвату в 5 раз приводит к повышению давления в захвате в 9 раз.

Как уже отмечалось, эффект каландрирования в значитель­ ной степени зависит от влажности каландрируемой бумаги. С повышением влажности пластичность бумаги увеличивается^ благодаря чему при прохождении между валами каландра она хорошо выглаживается и уплотняется. Эффект каландрирова­ ния чрезмерно сухой бумаги очень снижается, кроме того, при этом наблюдаются частые обрывы полотна. Вместе с тем и. повышенная влажность бумаги также неприемлема: возможны, обрывы, потемнение бумаги и появление на ее поверхности за­ лощенных участков. Гладкость такой бумаги со временем убы­

сколько пересушивают, а затем увлажняют на холодильном ци­ линдре. Увлажнение бумаги на 1—2 % на холодильном цилин­ дре происходит вследствие конденсации влаги на соприкасаю­ щейся с бумагой холодной поверхности цилиндра. Волокна поверхностных слоев увлажненной бумаги приобретают пластич­

ность и легко поддаются деформации, в результате чего повы­ шается гладкость бумаги.

Дополнительный прижим в каландре с обычными сплош­ ными валами сообщается через верхний вал. Для компенсации прогиба при этом нижний и верхний валы бомбируются. Од­ нако применять высокие линейные давления в первых захва­ тах каландра для многих видов бумаги и в первую очередь бумаги, содержащей в композиции древесную массу, нельзя вследствие перелощения и появления темных пятен на бумаге. Последнее обусловлено неоднородностью толщины и неодно­ значностью вязкоупругих констант бумаги, поступающей в ка­ ландр.

Создание валов с регулируемым прогибом расширило воз­ можности управления процессом каландрирования, в частности позволило обеспечить дополнительный прижим валов после прохождения бумагой одного-двух захватов каландра, т. е. после предварительного выравнивания толщины бумаги и ее вязкоупругих свойств. Дополнительный прижим позволяет су­ щественно повысить давление каландрирования без поврежде­ ния бумаги [64].

10.2. КОНСТРУКЦИИ И ТИПЫ МАШИННЫХ КАЛАНДРОВ

Машинный каландр включает: металлические валы, распо­ ложенные в виде вертикальной батареи, контактирующие друг с другом и опирающиеся под действием собственного веса на коренной вал батареи; станины, в которых размещены корпуса подшипников и рычаги валов; привод для вращения нижнего либо второго снизу вала; механизм подъема и устройства до­ полнительного прижима валов.

Приводной вал передает вращение смежным валам благо­ даря силам трения. Количество валов в каландровой батарее устанавливают в зависимости от назначения и вида вырабаты­ ваемой бумаги, требуемого качества ее отделки, скорости ма­ шины и других факторов.

Машинный каландр — один из наиболее энергоемких и ди­ намически нагруженных агрегатов машины. При высокой точ­ ности изготовления и регулирования деталей и узлов, входящих в его конструкцию, машинный каландр характеризуется макси­ мальной удельной металлоемкостью.

Высокие требования к качеству поверхности валов и, как

..следствие, относительно частые их перешлифовки увеличивают время простоя машины.

До недавнего времени на машинах малой и средней скоро­ сти чаще всего устанавливались шестивальные каландры, а для выработки газетной бумаги, массовых видов писчей, бумаги для печати и оберточной бумаги применяли 8—10-вальные ка­ ландры или две последовательно установленные шестивальные

батареи. Применение 8—10-вальных каландров, а тем более их дублирование ведет к удорожанию продукции и увеличению полезной площади, занимаемой машиной, и повышению обрыв­ ности бумажного полотна.

Применение каландровых валов с регулируемым прогибом,, обеспечивающих равномерное давление по всей длине захвата* позволило интенсифицировать процесс машинной отделки бу­ маги и картона в основном за счет увеличения линейного дав­ ления. Это дало возможность уменьшить число валов в бата­ рее и тем самым снизить металлоемкость каландра.

К основным конструктивным параметрам можно отнести: тип станины, устройства для вылегчивания и дополнительного прижима валов, количество и конструктивные особенности ва­ лов, компоновку каландровой батареи. Каждый из этих пара­ метров оказывает влияние на качество продукции и эксплуата­ цию всей каландровой батареи.

10.2.1. Типы станин каландра

По типу станин каландры разделяются на закрытые двусто­

и верхнего валов располагаются между направляющими ста­

можно отнести: чувствительность системы валов к вертикаль­ ным перемещениям, простоту изготовления станин и корпусов,

консоли станин, что затрудняет проводить монтажные и демон­

с открытыми станинами, со встроенным в станину механизмом подъема и прижима валов [А. с. 406995 (СССР)]. Эта конструк­ ция каландра имеет следующие основные преимущества: уп­ рощена операция смены каландровых валов (сокращается про­ должительность монтажных и демонтажных работ при смене валов); обеспечивается возможность передачи дополнительного прижима на любой вал (если это требуется по технологическим условиям) без переделки механизма дополнительного прижима..

10.2.2. Вылегчивание валов

Каждый шарнирно закрепленный вал в каландрах со ста­ нинами открытого типа опирается по всей длине своей рабочей части на нижележащий вал. Под действием веса подшипников и их корпусов, цапф и шаберов, консольно нагружающих

цапфы, валы прогибаются кверху, что нарушает между валами равномерность линейного давления по ширине полотна. Спе­ циальные гидроили пневмоустройства позволяют не только вывешивать эти консольные нагрузки, но и создавать избыточ­ ные нагрузки на консольных частях, прогибающие валы в про­ тивоположную сторону. Эти гидроили пневмоустройства на­ зывают механизмами вылегчивания, а усилия, создаваемые ими,— усилиями вылегчивания.

Механизм вылегчивания позволяет: полностью компенсиро­ вать нагрузку от консольных частей; компенсировать разность консольных нагрузок, возникающую на смежных промежуточ­ ных валах из-за наличия внутренних и внешних шаберов, а также разную жесткость валов для обеспечения равномер­ ного контакта в захватах; уменьшать в значительных преде­ лах нагрузку на нижний вал от рабочей части самих валов и тем самым регулировать линейное давление между валами; обеспечить (в известных пределах) возможность работы ка­ ландра с разным числом валов в батарее, не изменяя бомби­ ровки нижнего вала; корректировать изменение толщины бу­ мажного полотна по краям.

Известны различные схемы механизма вылегчивания. Наи­ большее распространение получила схема независимого вылегчиванйя каждого вала с восприятием реакции усилия вы­

механизмы закрепляются на лицевой и приводной сторонах сзади станин (рис. 10.4, а) в вертикальном либо горизонталь­ ном положении. Давление воздуха создает нужное и незави­ симое на каждом вале усилие вылегчивания.

Системы вылегчивания, изображенные на рис. 10.4, установ­ лены на отечественных каландрах (рис. 10.4, б) и каландрах фирмы «Мицубиси» (рис. 10.4, а) и вполне себя оправдали в эксплуатации.

Для увеличения линейного давления между валами и для их полного разведения служит механизм подъема и прижима валов. В каландрах старых конструкций наиболее распростра­ нены рычажно-грузовые механизмы прижима валов сверху. В современных каландрах (особенно для широких машин) ис­ пользуются гидравлические и пневматические механизмы при­ жима и электромеханические системы подъема п опускания валов.

В электромеханическую систему подъема и опускания валов входят реверсивный электродвигатель, червячные редукторы и горизонтальный вал, синхронно передающий вращение подъ­ емным винтам, соединенным с тягами подъема валов.

В каландре отечественной конструкции (рис. 10.5, табл. 10.1) внутри станин расположены две тяги, соединенные между со­ бой внизу коромыслом, поворачивающимся на оси. Одна тяга,

Рис. 10.5. Машинный каландр отечественной конструкции:

легчивания валов