Производство бумаги и картона

Прессовая часть машины в значительной степени предопреде­ ляется типом формующих устройств. При формовании картона на цилиндрах, когда сухость снимаемого с них полотна составляет всего лишь 8... 12 % и оно в таком состоянии еще недостаточно прочно, чтобы подвергать полотно интенсивному прессованию, прессовая часть должна включать несколько предварительных прессов. В предварительных прессах прессование картона прово­ дится между двумя сукнами, одним из которых является съемное, а вторым - более короткое дополнительное сукно. Это обеспечит отвод отжимаемой воды через оба сукна, что в значительной степе­ ни снижает гидравлическое сопротивление внутри прессуемого картона и предохраняет его от раздавливания. Число предваритель­ ных прессов и их конструкция могут быть различными. Однако во всех случаях давление прессования должно возрастать постепенно, от первого пресса к последующему. В предварительных прессах сухость полотна картона достигает 22...25 %, после чего оно по­ ступает в главную прессовую часть, которая может иметь различные конструктивные решения, но принцип действия такой же, как у обычных бумагоделательных машин.

6.4.2. Типы прессов

Существует много различных модификаций прессов БДМ и КДМ, которые различаются между собой числом валов, их конст­ рукцией, направлением движения воды в сукне. По числу валов прессы бывают двух-, трех- и четырехвальные (сдвоенные), по кон­ струкции - обычные (с гладкими валами), отсасывающие, желобчатые, с глухими отверстиями в рубашке вала, с подкладной сеткой и с сетчатым чулком. Прессы подразделяют также на пря­ мые, обратные, сглаживающие (офсетные) и горячие.

До последнего времени на производстве использовались прес­ сы валкового типа - двухвальные и многовальные. Двухвальные прессы подразделяются на обычные прессы с гладкими валами, от­ сасывающие, желобчатые и глухосверленные. Многовальные прессы являются комбинированными прессами, в которых один

итот же вал может образовывать с парными валами две, а иногда

итри зоны прессования. Появление многовальных прессов было обусловлено, с одной стороны, стремлением получить более ком­ пактную прессовую часть, а с другой - обеспечить закрытую

проводку бумажного полотна, что снижает число обрывов и повы­ шает работоспособность машины в целом. Эффективность обезвоживания при работе одного многовального пресса во многих случаях оказывается настолько высокой, что установка дополни­ тельного, отдельно стоящего пресса не требуется.

Основные типы прессов представлены на рис. 63.

Обычный пресс. Обычным (рис. 63, а) называют пресс, со­ стоящий из двух гладких валов, между которыми проходит бумажное полотно и прессовое сукно. Это наиболее старая конст­ рукция пресса. Нижний вал пресса обычно имеет резиновое покрытие, верхний вал - чаще всего гранитный. Применение рези­ нового покрытия позволяет:

- увеличить ширину зоны прессования, а следовательно, и его производительность;

—уменьшить изнашивание прессового сукна (по сравнению

сметаллическим валом).

Рис. 63. Схемы наиболее распространных типов прессов: а - обычный; б - от­ сасывающий; в - с желобчатым валом; г - с подкладной сеткой; д - с чулком: 1 - сукно; 2 - прессуемое полотно; 3 - верхний вал; 4 - нижний вал; 5 - корыто; б - подкладная сетка; 7 - чулок

Применение гранита в качестве покрытия прессовых валов объясняется низкой адгезией бумажного полотна различной компо­ зиции к граниту. Этой адгезии, с одной стороны, достаточно для предотвращения «скрадывания» бумажного полотна прессовым сукном, с другой стороны, она исключает чрезмерное натяжение полотна при его отделении от вала. Другим полезным свойством гранита является его высокая твердость и, как следствие, износо­ стойкость. Гранит отлично противостоит изнашиванию от трения шабера и редко нуждается в перешлифовке. Предел прочности гра­ нита при сжатии примерно в 10 раз больше предела прочности на растяжение. Поэтому при работе вала стараются не допустить воз­ никновения в гранитной рубашке растягивающих напряжений.

При работе пресса возможно повреждение поверхности вала в виде мелких раковин, трещин и т.д. Как правило, это является следствием попадания посторонних частиц в зону прессования. Для устранения этих повреждений вал может перешлифовываться или эти повреждения разравниваются смесью из заменителя гранита.

В последние годы вместо гранитных валов стали интенсивно использоваться валы с различными синтетическими покрытиями.

Обрезиненный вал в этом прессе имеет твердость 5... 10 пунк­ тов по прибору Pusey and Jenes (P&J). Охлаждение вала может быть как внутренним, так и наружным. Внутреннее охлаждение более эффективно, так как резина обладает низким коэффициентом теп­ лопроводности и препятствует охлаждению рубашки вала. Кроме того, при наружном охлаждении резина «закаливается», т.е. теряет свою эластичность (упругость), что приводит к образованию тре­ щин на поверхности и, соответственно, к перешлифовке вала. Устройства охлаждения должны поддерживать температуру обли­ цовки в пределах 60...70 °С.

Как правило, верхний гранитный вал обычного двухвального пресса смещен на 50...250 мм относительно нижнего вала навстре­ чу движению полотна, что облегчает отвод воды. Отжимаемая из полотна вода в этом прессе движется по линии меньшего сопротив­ ления, т.е. в машинном направлении против хода сукна и вращения валов. Поэтому с повышением скорости машины резко возрастает встречное сопротивление движению воды, в результате чего она может двигаться не только по сукну, но и по самому полотну кар­ тона. При этом под действием гидравлического давления волокна заметно смещаются назад и на полотне могут появляться характер­ ные поперечные разрывы и складки, называемые «дроблением», которые часто являются причиной обрыва полотна и его брака. В этом и заключается один из существенных недостатков обычных прессов. Они применяются сейчас лишь в качестве последнего пресса на тихоходных машинах.

В процессе работы на поверхности валов откладываются час­ тицы волокон, наполнителя и т.д., что приводит к ухудшению качества вырабатываемой бумаги и увеличению числа обрывов по­ лотна. Для очистки поверхности вала, а также для предотвращения наматывания бумажного полотна на вал при обрывах и заправке устанавливают шаберы.

Лезвия шаберов представляют собой ленты шириной от 30 до 300 мм и толщиной от 0,5 до 15 мм в зависимости от материала, из которого они изготовлены (сталь, бронза, различные полимерные материалы). Прижим и подъем шабера может осуществляться либо под действием массы самого шабера и эксцентрикового устройства, либо с помощью рычажно-пневматической системы. В последнем случае возможно регулирование усилия прижима.

Угол установки лезвия зависит от конструкции шабера, материа­ ла покрытия вала и типа вала (гладкий, желобчатый, отсасывающий, глухосверленный) и колеблется в пределах от 15 до 30°. Усилие при­ жима лезвия также изменяется в широких пределах. Так, для желобчатых валов с полиуретановым покрытием линейное усилие прижима составляет 40.. .80 Н/м, а для гранитных валов 220.. .350 Н/м.

Отсасывающий пресс. Применяют в качестве первых прессов на БДМ и КДМ (рис. 63, б). Этот пресс состоит из отсасывающего вала (обычно нижний) и парного с ним гранитного или чугунного вала. Отсасывающий вал состоит из перфорированной металличе­

камера, в которой создается разряжение 50...65 кПа при помощи вакуум-насоса.

Камера устанавливается под зоной прессования и смещается на­ встречу движению бумажного полотна. Для снижения затрат энергии насосом камера должна быть полностью закрыта сукном и бумагой. Ширина камеры 100... 150 мм, диаметр отверстий в металлической рубашке 3,7...4,0 мм, в резиновом покрытии - 4...5 мм. Для сниже­ ния шума и уменьшения изнашивания внутренней поверхности рубашки и уплотнений камеры отверстия на рубашке располагаются по спирали.

Верхний вал в данном случае смещен по ходу полотна на 50.. .200 мм. Обезвоживание полотна здесь также осуществляется путем его прессования, а отсасывающая камера предназначена лишь для отсоса отжатой воды. Основное отличие механизма обез­ воживания этого пресса от предыдущего заключается в том, что в зоне прессования вода движется не против хода сукна, а в попе­ речном направлении, проходя значительно меньший путь (5...6 мм) к ближайшему отверстию в рубашке нижнего вала.

Различают открытые и закрытые отсасывающие прессы. В от­ крытом прессе часть отсасывающей камеры после зоны прессования открыта, что облегчает отделение бумажного полотна от верхнего вала, позволяет использовать более мягкие покрытия, кроме того, отпадает необходимость в установке на верхнем валу шабера. Такие прессы используют при выработке легко обезвожи­ ваемого бумажного полотна. В закрытых прессах камера располагается так, чтобы ее задняя стенка располагалась внутри зо­ ны прессования. Эти прессы применяют, например, при выработке бумаги, в композицию которой входит древесная масса. В таких прессах применяют валы с более твердым покрытием, в них также требуется установка шабера на верхнем валу.

Для поддержания отверстий отсасывающего вала в чистоте применяют спрыски высокого давления. Обычно на отсасывающем валу устанавливают два шабера. Первый шабер удаляет часть по­ верхностного слоя воды. При этом на обратной стороне лезвия образуется вакуум, извлекающий загрязняющие частицы из отвер­ стий вала. Эти частицы вместе с оставшимся поверхностным слоем воды удаляет второй шабер.

Недостатками отсасывающих валов являются: сложность кон­ струкции и эксплуатации, высокая стоимость, малая долговечность, относительно низкая прочность, ограничивающая диапазон рабо­ чих давлений.

При использовании отсасывающих прессов для производства картона следует учитывать, что они позволяют повысить сухость картонного полотна на 1...2 % и увеличить срок работы сукна в 1,5...2,0 раза. Однако такие пресса сложны по конструкции и доро­ ги в эксплуатации, поэтому их рекомендуют применять лишь в качестве первого и реже второго пресса при выработке некоторых видов картона из массы повышенной степени помола. Для устране­ ния маркировки картона от отверстий отсасывающего вала, особенно при работе с линейным давлением между валами более 60 кН/м, сле­ дует использовать нетканые сукна с массой 1 м2 1,0... 1,4 кг.

Желобчатый пресс (Venta-Nip) Это наиболее часто встречаю­ щийся тип пресса (рис. 63, в). Он состоит из верхнего гранитного или ему подобного вала и нижнего вала с бронзовой или стальной ру­ башкой, либо с покрытием из твердой резины или полиуретана. На этот вал нанесены по спирали желобки прямоугольной формы ши­

риной около 0,5... 1,0 мм, глубиной около 2,5 мм и шагом между ни­ ми до 1,75...5,00 мм. В процессе прессования полотна отжатая вода движется поперек сукна к ближайшим желобкам, проходя путь не более 1,5 мм, что в несколько раз меньше, чем у отсасывающего пресса, и затем удаляется из них в корыто под действием центробеж­ ной силы.

Желобчатые валы работают при повышенном линейном дав­ лении (100... 120 кН/м) и имеют более твердое покрытие, чем обычные и отсасывающие прессы. Их основное преимущество за­ ключается в том, что они относительно просты по конструкции, надежны в работе, обеспечивают повышение сухости полотна и его прочности, снижают эксплуатационные расходы.

Желобчатыми валами часто заменяют отсасывающие валы. Иногда желобки наносят на покрытие отсасывающего вала, что способствует более легкому удалению воды из сукна, снижает опасность раздавливания бумажного полотна и уменьшает теневую маркировку.

Обрезиненные желобчатые валы часто используют при модерни­ зации обычных прямых прессов на тихоходных БДМ (до 250 м/мин). Замена гладкого вала обычного прямого пресса желобчатым часто по­ зволяет повысить сухость бумажного полотна после пресса на 2.. .4 %. На КДМ желобчатые прессы применяются как в качестве предвари­ тельных, так в качестве основных прессов.

При работе желобчатого пресса на скорости более 600 м/мин возникают проблемы с отделением бумажного полотна от сукна и с поддержанием его натяжения на требуемом уровне.

При использовании желобчатых прессов для производства карто­ на, следует учитывать, что для устранения маркировки полотна картона желобками вала и повышения срока службы сукна необходи­ мо применять иглопробивные сукна массой 1 м2 1,0... 1,4 кг с содержанием синтетических волокон до 50 % и более. Желобчатые прессы можно использовать в качестве второго и последующих прес­ сов при выработке почти всех видов картона, а также в качестве обратных прессов и для обезвоживания сукна после его промывки.

Пресс с глухосверленным валом. Известно, что величина ва­ куума в камере отсасывающего вала только при низких скоростях машины оказывает некоторое влияние на сухость бумажного по­ лотна после пресса. Поэтому логичным развитием отсасывающих

валов явились валы с глухосверленными, или, как их еще называ­ ют, глухими отверстиями. Такие валы первоначально использо­ вались как прижимные валы к лощильным цилиндрам самосъемных бумагоделательных машин.

Вал с глухими отверстиями представляет собой стальную ру­ башку, покрытую резиновой или полиуретановой облицовкой с рассверленными в ней глухими отверстиями. Диаметр отверстий от 2,3 до 4,0 мм, глубина 10...13 мм. Общая площадь сечений от­ верстий может достигать 30 % (площадь живого сечения желобчатого вала 17 %). Это объясняется тем, что при одинаковых условиях работы опасность «схлопывания» глухих отверстий зна­ чительно меньше опасности перекрытия желобков. При этом объем глухих отверстий, доступный для выжимаемой из сукна воды, зна­ чительно больше объема канавок желобчатого вала. Твердость покрытий валов с глухими отверстиями колеблется в широких пре­ делах в зависимости от назначения вала. Для валов, работающих в последних прессах, при выработке легко обезвоживаемых видов бумаги она может быть 7... 10 пунктов по P&J. При выработке труднообезвоживаемых видов бумаги, когда определяющим факто­ ром является продолжительность прессования, твердость покрытий может быть повышена до 40...42 пунктов по P&J без опасности «захлопывания» отверстий. Большая глубина отверстий по сравне­ нию с глубиной канавок желобчатого вала позволяет перешлифо­ вывать эти валы большее число раз, нежели желобчатые валы. Применение более мягких покрытий уменьшает среднее давление в зоне прессования. Это также обеспечивает меньшее истирающее действие кромок отверстий по сравнению с кромками канавок же­ лобчатого вала, что позволяет значительно увеличить срок службы прессовых сукон в прессах с глухосверленными валами (по сравне­ нию с желобчатыми прессами в среднем на 30 %, а иногда и в два раза). Большая ширина зоны прессования позволяет значительно увеличить линейное давление в прессах такого типа (до 300... 350 кН/м). В большинстве случаев отверстия способны само­ очищаться. Это объясняется: большим диаметром отверстий по сравнению с шириной желобков; деформацией отверстий вследст­ вие более мягкой облицовки; действием центробежной силы и дав­ ления воздуха в отверстиях. Благодаря самоочищению отверстий улучшается профиль влажности полотна по ширине машины по

сравнению с отсасывающими и желобчатыми прессами. Вал с бо­ лее мягкой облицовкой менее чувствителен к неточностям бомбировки, что также положительно влияет на равномерность профиля влажности в поперечном направлении. При выходе из зо­ ны прессования сукно может впитывать воду из отверстий вала. Поэтому желательно, чтобы выходящее из зоны сукно охватывало не нижний, а верхний вал пресса. При этом чаще всего возникает необходимость в отдельном приводе верхнего вала.

Пресс с подкладной сеткой (FabricPress) (рис. 63, г) отличает­ ся от обычного пресса тем, что между сукном и нижним гладким валом находится бесконечная синтетическая сетка из моноволокна толщиной 0,7 мм, в ячейки которой поступает отжатая в прессе вода, а из них она удаляется с помощью отсасывающего ящика или про­ дувкой воздухом. Пресс с подкладной сеткой прост по конструкции, практически не маркирует полотно и по эффективности обезвожива­ ния аналогичен прессу с желобчатым валом, однако его можно использовать и в качестве первого пресса. Имеются прессы, в кото­ рых сетка и сукно объедены в единое целое, где на жесткую сеткуоснову наложен иглопрошивной ворс. Такую сетку-сукно можно ис­ пользовать на обычном прессе без всякой его модернизации.

Пресс с чулком (рис. 63, д) является разновидностью преды­ дущего пресса, только вместо длинной бесконечной сетки, требующей установки натяжного, правильного и разгонного вали­ ков, на упругий прессовый вал натягивается чулок-рубашка из двухслойной сетки из специальных синтетических волокон, обла­ дающих высокой усадкой при нагревании.

Трех- и четырехвальные прессы отличаются от двухвальных компактностью, позволяют уменьшить размеры прессовой части машины, снизить расход энергии и вести прессование между двумя сукнами, что почти вдвое повышает эффективность обезвоживания. Существует много различных комбинаций расположения валов в прессах этого типа (горизонтальное, вертикальное, наклонное и треугольное).

Обратный пресс служит для выглаживания более шерохова­ той сеточной стороны картонного полотна, поэтому он работает таким образом, что с шероховатой стороной полотна соприкасается гладкий вал, а сукно находится с противоположной стороны.

Сглаживающий (офсетный) пресс устанавливается на маши­ нах, вырабатывающих картон с высокой машинной гладкостью. Этот пресс еще больше, чем обратный, сглаживает полотно, устра­ няет маркировку сукон, поэтому сам работает без сукна и воды, как правило, не отжимает. Сглаживающий пресс устанавливается непо­ средственно перед сушильной частью машины.

Прессы с расширенной зоной прессования отличается от обычных тем, что у обычных прессов с диаметром валов до 0,8...0,9 м при давлении до 120 кН/м ширина зоны прессования обычно не превышает 50 мм, а время нахождения там полотна кар­ тона составляет не более 10... 15 мс.

Расширенную зону прессования (до 100 мм) можно получить, применяя прессовые валы диаметром до 1500...2000 мм с полиуре­ тановым покрытием, рассчитанные на линейное давление прессо­ вания 200...350 кН/м и прессование между двумя сукнами. Однако такие валы требуют много места и поэтому их не всегда можно ис­ пользовать при реконструкции машины.

Как правило, в таких прессах оба вала приводные, оба имеют резиновое или полиуретановое покрытие, с глухосверленными от­ верстиями и оснащены системами водяного охлаждения и отвода тепла. Компактная станина делает возможной быструю замену су­ кон и валов, обеспечивает короткий свободный ход бумажного полотна и сукна. Регулируемые сукноведущие и бумаговедущие валики обеспечивают быстрое отделение бумажного полотна от сукна на выходе из пресса. Недостатками таких прессов являются значительная масса валов, что требует дополнительных затрат на создание мощных устойчивых фундаментов, затрудняет транспор­ тировку и смену валов. В то же время большой диаметр благопри­ ятно сказывается на долговечности резиновых покрытий, так как число нагружений покрытия в единицу времени оказывается значи­ тельно меньше, чем для валов малого диаметра.

Поскольку ширина зоны прессования зависит и от сукна, то в таких прессах необходимо применять тяжелые многослойные сукна с малосжимаемой основой. Для обеспечения равномерного профиля влажности по ширине машины один из валов должен быть с регулируемым прогибом.

Значительно более эффективными являются прессы с удли­ ненной зоной прессования башмачного типа. Одной из первых таких конструкций был пресс фирмы «Beloit» (США) (рис. 64, а). Этот пресс состоит из верхнего приводного вала с регулируемым прогибом и нижнего прижимаемого к верхнему валу опорного башмака шириной 250 мм. Между валом и башмаком, поверхность которого обработана с соответствующей кривизной, движется бес­ конечная лента, представляющая собой синтетическую сетку, поры которой заполнены по методу напыления полиуретаном. Прессова­ ние осуществляется между двух сукон. Прижим башмака к верхнему валу осуществляется при помощи гидроцилиндров.

Для снижения трения между башмаком и лентой подается сма­ зочная жидкость. Специальная система смазки обеспечивает создание на поверхности ленты пленки масла толщиной 0,1 мм. При ширине башмака 250 мм среднее давление в зоне прессования достигает 4 МПа, а линейное - 1000 кН/м.

8

Рис. 64. Схемы прессов с расширенной зоной прессования: а - фирмы «Beloit»;

Существует несколько конструкций прессовых валов, у кото­ рых зона прессования расширена до 250 мм за счет применения специального прессового башмака, прижимаемого к валу гидроци­ линдром. Так, в прессах аналогичного типа под названием Flexonip