Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 2. Бумагоделатель

После приведения к безразмерной координате z по формуле Ф/фо=гг уравнение будет иметь вид

где 0 < 2 < 1.

В ряде работ, а также в инструкциях рекомендуется опти­ мальное значение угла <р0=70о. Как указано в работе [22], такая рекомендация не обоснована. Угол фо следует назначать в зависимости от параметра а бомбируемых валов.

Рис. 2.8. Схема профилирования бомбированных валов (а):

1 — вал; 2 — шлифовальный круг; 3 — передаточные рычаги; 4 — толкатель; 5 — экс­ центрик; кривые профиля бомбировки валов с различными конструктивными парамет­ рами (б): 1 — а - 1,1; 2 — а=1,2; 3 — а - 1,35

Значения оптимальных углов поворота эксцентрика бомбировочного механизма следующие:

При указанных значениях фо расхождение (погрешность) значений ординат профиля, вычисленных по уравнению (2.9) и уравнению (2.10), не превышает 10 % поля допуска на точ­ ность изготовления валов.

Значительно более сложная задача — определить абсолют­ ное значение бомбировки. Теоретический метод, основанный на определении прогиба вала согласно уравнению (2.7), на прак­ тике имеет недопустимо большую погрешность и может исполь­ зоваться только для ориентировочных расчетов.

Погрешность определения абсолютного значения прогиба вала обусловлена в основном погрешностью определения жест­ кости вала EI, интенсивности равномерно распределенной нагрузки q и влиянием участков запрессовки цапф. Жесткость ва­ лов, изготовленных из одного и того же материала и с одинако­ выми геометрическими размерами, может изменяться в преде­ лах 6—10%, а определение интенсивности нагрузки с учетом веса подшипников, их корпусов, шаберов и других деталей с от­ клонением менее 5 % также проблематично.

Для повышения точности определения бомбировки вала же­ сткость его находят экспериментальным путем. Для этого ниж­ ний вал каландра или пресса устанавливают в подшипниках; снизу вала посредине и по его концам располагают индика­ торы, установленные обычно на нулевую отметку. Затем испы­ туемый вал нагружают сверху валом, вес которого заранее из­ вестен. Под действием распределённой нагрузки верхнего вала нижний вал прогнется, что будет отмечено показаниями инди­ катора. Разность между показанием среднего и полусуммой по­ казаний крайних индикаторов — прогиб рабочей части вала. Подставив это значение в уравнение (2.8), можно определить действительную жесткость нижнего вала. На практике довольно часто приходится по результатам работы каландра или прессов уточнять расчетное значение бомбировки валов.

2.7. ВАЛЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРОГИБОМ

2.7.1. Бомбированные валы с концевым нагружением

Прогиб валов этого типа (см. вал 6 на рис. 2.3) регулируют приложением к цапфам опорных моментов, позволяющих изме­ нять в определенных пределах линейное давление валов в про­ цессе их обработки.

Теоретически достигнуть равномерного линейного давления между валами, регулируя их прогиб приложением опорных мо­ ментов, невозможно, так как кривые изогнутых осей валов под действием равномерно распределенной нагрузки отличаются от кривых, изогнутых осей под действием опорных моментов.

У валов с цилиндрической рабочей поверхностью компенса­ ция прогиба только приложением опорных моментов даже при незначительных рабочих нагрузках вызывает несовпадение кри­ вых прогибов и соответственно недопустимую неравномерность линейного давления на бумажное полотно.

Расчеты, подтвержденные практическими результатами ра­ боты, показывают, что кривые прогибов валов совпадают в диа­ пазоне их значений, составляющих 15—25 % от максимального для каландров и прессов. Поэтому валы этого типа бомбируют. а размер бомбировки вала выбирают, как правило, исходя из

среднего значения линейных давлений. При работе на этих средних линейных давлениях вал функционирует как обычный бомбированный. Если возникает необходимость изменить ли­ нейное давление между валами, например увеличить по срав­ нению со средним значением, то к концам вала прикладывают опорные моменты, стремящиеся прогнуть вал в его рабочей ча­ сти вверх. Этим компенсируется прогиб вала вниз от дополни­ тельного нагружения. В случае уменьшения линейного давле­ ния меняют знак опорных моментов и вал прогибается вниз. Таким образом, применяя устройства для регулирования про­ гиба бомбированных валов, можно ликвидировать одни из важ­ нейших их недостатков — невозможность изменения линейных давлений между валами в процессе работы. Устройства для ре­ гулирования прогиба можно использовать также как средство, компенсирующее неточности расчета размера бомбировки и по­ грешности профилирующих устройств станков для шлифования бомбированных валов. Срок освоения бумагоделательной ма­ шины уменьшается, так как нет необходимости в перешлифовке вала в случае неправильного выбора размера бомбировки. Рав­ номерность линейного давления достигается регулированием прогиба вала.

Однако бомбированные валы с регулируемым прогибом об­ ладают и существенными недостатками. Основные подшипники валов должны быть выбраны большего типоразмера, так как нагрузки на эти подшипники в случае применения устройства для регулирования прогиба повышаются. Увеличиваются и за­ траты мощности на привод валов. В случае бомбированных ва­ лов с концевым нагружением фундаменты испытывают допол­ нительную нагрузку от крепящихся к ним гидроцилиндров или пневматических диафрагм. Усилия, действующие на фунда­ менты, достигают нескольких десятков тонн. Для привода вала надо применять специальные муфты или карданные передачи, так как консольные концы вала под действием приложенных к ним усилий прогибаются на несколько миллиметров. Из-за вышеперечисленных недостатков бомбированные валы с регу­ лируемым прогибом на современном этапе развития бумагоде­ лательного машиностроения применяются сравнительно редко, сейчас большое применение находят валы с регулируемым про­ гибом и гидроподдержкой рубашки.

2.7.2. Валы с гидравлической поддержкой

Известно несколько типов конструктивного исполнения та­ ких валов. В нашей стране освоено производство валов с гидро­ поддержкой рубашки по всей длине образующей (рис. 2.9).Эти валы состоят из рубашки и сердечника, в кольцевом простран­ стве между которыми расположены продольные и торцевые уп­ лотнения, разделяющие кольцевое пространство на две камеры.

вала через каналы, имеющиеся в сердечнике, подается под дав­ лением. Предусмотрены также каналы для отвода прошедшего через уплотнения масла из дренажной камеры вала и канал для подключения измеряющих давление масла приборов.

Если вал нагрузить равномерно распределенной нагрузкой, то при отсутствии давления масла в его рабочей камере или, что то же самое, перепада давления масла между рабочей и дренажной камерами, рубашка вала прогнется. Подшипники передают всю нагрузку на сердечник вала, который под ее дей­ ствием также прогнется. По мере увеличения давления в рабо­ чей камере вала прогиб рубашки от действия внешних сил уменьшается. При равенстве внутреннего и наружного давлений на рубашку прогиб равен нулю. В этом случае перепад давле­ ния (Др Па) масла между рабочей и дренажной камерами равен

Ар =-(9I +9)/D,

где <7ii— интенсивность внешней нагрузки на рубашку вала, Н/м; q — вес 1 м рубашки вала, Н/м; D — внутренний диаметр рубашки вала, м.

При дальнейшем повышении давления в рабочей камере вы­ пуклость кривой прогиба будет направлена в сторону прило­ жения внешней нагрузки. Такой прогиб рубашки, как будет по­ казано далее, используется в прессах при наличии дополнитель­ ного усилия прижима верхнего вала.

Давление в рабочей камере вала для обеспечения равномер­ ного линейного давления в прессах и каландрах не превышает 0,2—0,4 МПа.

Масло подается в камеру вала непрерывно, благодаря этому давление масла поддерживается на необходимом уровне и ком­ пенсируется его утечка в уплотнениях. Кроме того, как пра­ вило, применяется дополнительная циркуляция масла с целью регулирования и стабилизации температуры рубашки вала. Для отвода циркулирующего масла имеется специальный трубопро­ вод с байпасным вентилем.

Постоянство перепада давления масла между рабочей и дре­ нажной камерой создается системой автоматического регули­ рования. Поскольку в рассматриваемом типе валов сердечник неподвижен, для привода рубашки применяется специальный трехкольцевой подшипник, состоящий из трех концентрических колец, между которыми расположены два сепаратора с роли­ ками. Внутреннее кольцо этого подшипника насаживается на удлиненный конец неподвижного сердечника, а наружное кольцо находится в неподвижном корпусе. Среднее вращающееся кольцо соединено с приводной цапфой. Вращение от этого кольца передается через зубчатую муфту рубашке вала.

В новых каландрах и суперкаландрах можно избежать при­ менения этих устройств, предусмотрев привод второго снизу

вала. Однако при установке новых регулируемых валов в прессах приходится применять устройства для передачи вращения непосредственно рубашке вала.

Опыт эксплуатации двухкамерных валов с гидравлической поддержкой показал безусловные преимущества этих валов. Обеспечивая равномерное давление между валами прессов и каландров, можно добиться равномерных показателей качества (толщины, лоска, гладкости, сухости и др.) по всей ширине бумажного полотна, быстро менять режим работы прессов и каландров'. Констатируя преимущества однокамерных валов с гидравлической поддержкой, нельзя не отметить, что себе­ стоимость этих валов и эксплуатационные затраты значительны. Применять .эти валы экономически целесообразно на машинах обрезной шириной полотна свыше 3—4 м и на машинах, выра­ батывающих бумагу, к которой предъявляются повышенные тре­ бования по равномерности толщины и гладкости. В табл. 2.8 приведены основные размеры валов каландров с регулируемым прогибом (рис. 2.10). Разновидностью валов с гидравлической поддержкой являются валы с плавающими гидростатическими опорами (см. вал 5 на рис. 2.3). В зону контакта между опорами и вращающейся рубашкой масло подается под'давлением. Та­ кие валы изготовляются фирмой «Эшер-Висс». Плавающие гид­ ростатические опоры установлены в отверстиях сердечника вала,

лия на цапфы верхнего вала прогиб рубашки должен быть на­ правлен в ту же сторону, что и прогиб вышележащего вала. Выравнивание линейного давления при изменении размера и характера внешней нагрузки осуществляется автоматически за счет перераспределения опорных моментов.

Наибольшее распространение из этой группы валов полу­ чили валы, закрепленные посередине, и так называемые малопрогибаемые двухопорные валы.

Валы, закрепленные посередине, применяют в прессовых ча­ стях картоноделательных машин, а также в качестве грудных валов. Конструкция и расчет валов, закрепленных посередине, подробно изложены в книге И. Я- Эйдлина [78].

Малопрогибаемые двухопорные валы нашли применение

вольно равномерное линейное давление при изменении внешнего давления.

Двухопорный малопрогибаемый вал конструкции ЦНИИбуммаша [А. с. 453467 (СССР)] включает рубашку, сердечник и промежуточные шарнирные опоры, заключенные между ними. Шарнирные опоры вала выполнены в виде двух втулок, кон­ тактирующих по сферической поверхности. В месте разъема сферических втулок шарнирной опоры выполнены отверстия, в которых размещены шарики. Внутренняя сферическая втулка установлена на сердечнике (на шпонке). Крутящий момент от рубашки к сердечнику передается в опорных сечениях, где их окружные скорости совпадают. Крутящий момент от сердеч­ ника к внутренней втулке передается при помощи шпонки; от внутренней сферической втулки к наружной — при помощи ша­ риков; от наружной сферической втулки к рубашке — при по­ мощи штифтов.

При работе вала кривые прогибов сердечника и рубашки не совпадают, поэтому сферические втулки шарнирных опор пово­ рачиваются относительно друг друга на доли градуса в пло­ скости оси вала и смещаются относительно сердечника вдоль его оси на сотые доли миллиметра.

При вращении вала (при каждом его обороте) происходит относительный поворот и смещение втулок. Для уменьшения износа шарнирных опор в сердечнике вала выполнены каналы, по которым смазка из полости вала подается к сферическим по­ верхностям.

Если по условиям работы вала он нагружен равномерно распределенной нагрузкой, то оптимальное расстояние между средними сечениями опор будет равно 0,566*, где 6* — обрез­ ная ширина полотна [63]. В этом случае для машин обрезной шириной 2520 мм максимальный прогиб рубашки от совмест­ ного действия изгибающего момента и перерезывающих сил со­ ставит 4—5 % от прогиба рабочей части обычного вала.

2.7.4. САУ валом с регулируемым прогибом

Как уже было сказано, основная задача САУ валом с регу­ лируемым прогибом — стабилизация перепада давления масла между рабочей и дренажной камерами. Принципиальная схема САУ в простейшем варианте представлена на рис. 2.9. При­ боры контроля и регулирования расположены на пульте управ­ ления. Перепад давления измеряется дифманометром с пневма­ тическим выходным сигналом. Этот сигнал подается к ре­ гулятору, который в свою очередь управляет регулирующим клапаном. Постоянный перепад давления поддерживается из­ менением количества масла, перепускаемого через регулирую­ щий клапан из рабочей камеры в дренажную. Линейное дав­ ление на вал с регулируемым прогибом создается под дейст­ вием веса лежащего на нем вала. Заданное рабочее давление устанавливают вручную с помощью задатчика на пульте управ­ ления. Линейное давление на вал с регулируемым прогибом создается полностью или дополнительно к давлению за счет веса вышележащего вала гидравлическими или пневматиче­ скими устройствами прижима. Рабочее давление автоматиче­ ски поддерживается пропорциональным давлению прижима с помощью пневматического аналогового вычислительного уст­ ройства, выходной сигнал^ которого передается на регулятор пе­ репада давления. САУ при этом обеспечивает также синхрони­ зацию скорости изменения рабочего давления со скоростью из­ менения давления прижима. Для разогрева холодной уста­ новки при пуске в ход в масляный бак может быть встроен электронагреватель. Охладитель масла выполнен в виде теп­ лообменника, охлаждаемого водой. Этот теплообменник может быть также использован для нагрева масла паром или конден­ сатом.

Для защиты от возможных аварий система оснащается ря­ дом предохранительных устройств. В случае превышения мак­ симально допустимого рабочего давления реле давления вы­ ключает приводной электродвигатель гидронасоса. Количество масла, подаваемого к валу с регулируемым прогибом, контро­ лируется реле расхода. В случае, если расход масла будет ниже минимально допустимого, то реле расхода отключит приводной двигатель вала. Уровень масла в баке контролиру­ ется поплавковым выключателем. Если уровень масла падает ниже минимально допустимого, то электронагрев в масляном баке отключается и включается предупредительный сигнал. Привод бумагоделательной машины сблокирован с приводом гидронасоса таким образом, что он не может быть включен* если не включен привод насоса.