книги из ГПНТБ / Берней И.И. Устройство и работа листоформовочных машин

ним движением воды из слоя вверх, в поры сукна, и вниз, внутрь сетчатого цилиндра (см. рис. 37). Наибольшая длина пути, который вода при этом проходит в слое, рав­ на половине его толщины.

Уплотнение прессовым валом и форматным бараба­ ном происходит при одностороннем движении воды из слоя только вниз, в поры сукна. Наибольшая длина пу­ ти, который проходит вода в этом случае, равна толщине слоя, т. е. в два раза больше, чем при уплотнении слоя отжимными валами на сетчатом цилиндре.

Уменьшение длины пути, который проходит вода, отжимаемая из слоя при уплотнении на сетчатом ци­ линдре, уменьшает сопротивление ее движению, снижа­ ет давление на стенки пор слоя. Это особенно важно на первой ступени уплотнения, так как прокатываемый на сетчатом цилиндре слой очень непрочен и большее дав­ ление могло бы привести к разрыву стенок его пор. По­ скольку уплотняемый на лпстоформовочной машине слой лежит на сукне, то одновременно с отжатпем воды из слоя отжимается вода и из пор сукна.

Проследим, как движется вода в сукне, когда оно находится в зоне уплотнения. Движение воды в зонах уплотнения отжимного и прессового валов происходит аналогично. Поэтому рассмотрим только движение во­ ды в зоне уплотнения прессового вала (см. рис. 38). Во время работы машины видно, как со стороны входа сук­ на по поверхности прессовых валов стекает вода. Это значит, что поры сукна и слоя, вступающих в зону уп­ лотнения, заполнены водой, а сливается вода, не вме­ стившаяся в поры. Удаление воды из зоны уплотнения, в которой происходит сжатие водонасыщенных сукна и слоя, неизбежно, поскольку воду сжать нельзя. Объем сукна и слоя при сжатии может уменьшаться только за счет удаления воды. Известно, что жидкость всегда дви­ жется из области с большим давлением к области с меньшим давлением.. Область с повышенным давлени­ ем воды находится в зоне прокатки, а по ее границам (се­ чения: Ок —Ок, О—О) давление воды невелико. Поэто­ му вода, отжимаемая в зоне прокатки, будет течь в обе стороны от плоскости Н—Н как навстречу сукну, к се­

сукну движется и сливается по поверхности прессового вала около 72% отжимаемой воды.

100

Вода, движущаяся по ходу сукна-, не видна, ее впи­

и слоя, так как удельное давление здесь меньше удель­ ного давления отжимных валов, прессующих сукно и слой до этой зоны.

Важно понять, что вода, движущаяся навстречу сук­ ну, в состоянии выйти из зоны уплотнения только в том случае, если ее скорость в сукне будет больше скорости движения сукна. Поскольку скорости движения сукон на современных машинах достигают 50 и более метров в минуту, то и скорости отжимаемой воды в порах сукна также велики. Необходим большой напор воды в зоне уплотнения, чтобы обеспечить такие высокие скорости. Еще больший напор воды создается в порах слоя. В ре­ зультате появляется реальная угроза возникновения первого критического режима уплотнения и запрессов­ ки формуемого листа. Протекающие здесь процессы сложны п требуют специального анализа.

Давление воды в порах прессуемого материала зави­ сит от того сопротивления, которое должна преодолеть вода, чтобы выйти наружу. Чем это сопротивление боль­ ше, тем выше должен быть и напор воды, необходимый для выхода ее из пор.

Движение отжимаемой из слоя н сукна воды между точками 1—2—3 возможно, если давление воды в точке 1 будет несколько больше суммарного сопротивления на участках / —2 и 2—3. рис. 38 показан график давле­ ния воды в порах слоя. В точке 1 давление воды обозна­ чено Р. Оно складывается из давления Ря, которое требуется для того, чтобы преодолеть сопротивление ее движению в слое иа пути 1—2, и из давления Рс, не­ обходимого для течения воды в сукне между точками

2—3.

Из приведенного графика следует, что давление воды в порах прокатываемого слоя неодинаково. Наибольшей величины — Р г (4,7—5 кгс/см2) оно достигает в части слоя, прилегающей к поверхности форматного барабана (точка 1), а в точке 2 оно меньше и равно Рс (1,4— 1,5 кгс!см2). Поэтому и повреждения листа при запрес­ совке (первый критический режим) видны главным об­ разом на его поверхности.

Как снижение прочности листа без заметных наруж-

101

ных повреждений, так и появление явных трещин и уг­ лублений в листе связано с повышением давления в по­ рах слоя. Если это давление немного превышает проч­ ность слоя на растяжение, разрывы мало заметны; при значительном увеличении давления они приобретают явный характер. Все это свидетельствует о том, что прес­ совая часть машины работает па критическом режиме. Чаще всего наблюдается первый критический режим. В этом случае машинисту приходится немедленно сни­ жать толщину слоя, уменьшать производительность ма­ шины. Следовательно, производительность прессовой части, а значит и машины в целом, ограничивается крп- т11ческими режпмами.

Основная причина, которая влияет на величину дав­ ления воды в порах уплотняемого слоя, — скорость прес­ сования. Если проанализировать, от чего она зависит, то можно наметить пути устранения причин, вызывающих появление критического режима.

Среднюю скорость прессования ип можно подсчи­ тать по формуле

б течение которого слои и сукно, движущиеся со ско­

ростью ti c, проходят зону уплотнения длиной /п; Лм— уменьшение толщины слоя в процессе уплотнения в см.

Толщина слоя до уплотнения 50 зависит от нагрузки сеточной части машины. Толщина слоя в сечении макси­ мального сжатия М—М (см. рис. 38) равна 5М и будет тем меньше, чем больше удельное давление между ва­ лами. Следовательно, с увеличением удельного давления валов разность (6о— бм), равная сжатию слоя, будет также увеличиваться. Возрастет благодаря увеличению сжатия сукна и длина зоны уплотнения /п, а также вре­ мя ty, но в меньшей степени. Поэтому средняя скорость прессования, вычисленная по формуле (7), с увеличени­ ем давления также возрастает, что может привести к по­ явлению первого критического режима.

С повышением удельного давления увеличивается сжатие не только слоя, но и сукна, на котором прокаты­ вается слой, вследствие чего средний диаметр капилля-

102

ров в сукне, по которым течет вода на пути 2—3, умень­ шается. Следовательно, увеличение удельного давления между валами ведет к повышению скорости прессова­ ния п одновременно уменьшает диаметр капилляров, по которым удаляется вода. Поэтому повышение удельного давления—основной фактор, от которого зависит по­ явление первого критического режима.

Скорость движения сукна отражается на работе прессовой части двояким образом. С ее увеличением со­

сукна, а диаметр капилляров в сукне увеличивается. Последнее обстоятельство, а также уменьшение толщи­ ны слоя приводят к тому, что с увеличением скорости движения сукна при одинаковой производительности ма­ шины появление первого критического режима становит­ ся менее вероятным.

На листоформовочных машинах, вследствие неустой­ чивости режима питания, наблюдаются колебания тол­ щины слоя. Это сказывается и на работе прессовой час­ ти. Увеличение толщины уплотняемого слоя повышает вероятность появления первого критического режима, так как возрастает средняя скорость прессования, вы­ численная по формуле (7).

Третья группа причин, способных вызывать критиче­ ский режим в работе прессовой части, связана с техни­ ческим сукном. Сечение пор в сукне, по которым течет вода, может сильно уменьшаться в результате отложе­ ния в них извести, образующейся п-ри взаимодействии цемента с водой п других твердых частиц. Все меры, по­ нижающие сопротивление . движению воды в порах сукна, особенно хорошая его промывка, уменьшают дав­ ление воды в порах, а следовательно, повышают произ­ водительность прессовой части машины.

Одной из мер, уменьшающих движение воды, явля­ ется нарезка на поверхности пресс-валов сети каналов глубиной п шириной около 2—2,5 мм. Каналы распола­ гаются как по образующей пресс-вала, так п по окруж­ ности. При наличии каналов сокращается путь движе­ ния воды в сукне. Вода проходит в основном перпенди­ кулярно сукну, достигает каналов и далее по каналам выходит наружу.

Однако при всей важности сукна для уплотнения слоя не следует преувеличивать его значения. Нельзя

103

забывать приведенных выше цифр, показывающих, что давление воды для преодоления сопротивления в сукне Рс составляет примерно ‘/з давления в порах слоя Рг. Следовательно, даже в том случае, если сукно не будет оказывать никакого сопротивления движению воды, давление в порах слоя может уменьшиться не более 'чем на одну треть.

Во всех примерах, которые мы рассматривали, речь шла о движении воды по капиллярам слоя или сукна. Какими бы ни были эти капилляры, длинными пли ко­ роткими, с большим сечением или малым, сопротивление движению воды будет зависеть от ее вязкости. Поэтому всегда повышение температуры технологической воды, снижающее вязкость, будет уменьшать сопротивление ее движению, улучшать работу прессовой части, сни­ жать вероятность появления первого критического ре­ жима.

Детальное ознакомление с причинами, вызывающи­ ми появление первого критического режима, позволяет наметить пути улучшения работы прессовой части листоформовочных машин.' Это—улучшение фильтрацион­ ных свойств асбестоцементной суспензии, повышение фильтрационной способности и скорости движения сукна, совершенствование его промывки, применение на­ резных валов, повышение температуры технологической воды.

Разрушение прокатываемого слоя при повышении давления отжимаемой воды происходит обычно в самом начале зоны уплотнения между сечениями О—О и Н—Н, причем ближе к сечению О—О (точнее на несколько миллиметров левее сечения О—О), поскольку слой здесь мало уплотнен и непрочен. Если сильнее натяги­ вать сукно, то оно прижимает слой к поверхности фор­ матного барабана на протяжении всей зоны прилипания от сечения Оп—Оп до сечения О—О, а также левее се­ чения О—О. Между поверхностью форматного барабана и слоем, прижатым к барабану сукном, возникают зна­ чительные силы треипя. Чтобы разорвать слой в этом случае и раздвинуть образующие его твердые частицы, надо не только преодолеть сцепление между частицами, но и сдвинуть их па некоторое расстояние. Сдвигу час­ тиц препятствуют силы трения, причем тем больше, чем сильнее натянуто сукно. Поэтому такой подвод сук­ на к форматному барабану, чтобы образовалась зона

104

прилипания и, кроме того, возникло натяжение сукна, совершенно необходимы для работы прессовой части ма­ шины, о чем свидетельствует следующий пример. Если сукно подвести к пресс-валу так, чтобы зоны прилипа­ ния не было (при горизонтальном положении сукна при подходе к пресс-валу), пли сильно уменьшить натяже­ ние сукна, то даже при малой производительности ма­ шины появляется «запрессовка».

Новым средством, позволившим значительно увели­ чить мощность прессовой части лнстоформовочных ма­ шин, явилась установка нескольких прессовых валов. Эффективность дополнительных прессовых валов связа­ на с уменьшением скорости прессования. Скорость прес­ сования можно подсчитать по формуле (7). Если слой толщиной до прессования 0,2 см и после 0,1 см уплот­ нять на машине с одним пресс-валом, то скорость прес­ сования будет:

Применяя два пресс-вала и установив на каждом из них такое.давление, чтобы на первом валу толщина слоя уменьшилась с 0,2 до 0,15 см, а на втором с 0,15 до 0,1 см, получим скорости прессования:

В рассмотренном примере, в котором для простоты продолжительность прессования ty принята постоянной, установка двух пресс-валов привела к уменьшению ско­ рости прессования в два раза. Это значит, что, не опа­ саясь запрессовки, можно при двух прессовых валах значительно увеличить толщину уплотняемого слоя (поднять производительность машины) или увеличить давление прессования (повысить плотность листа).

Установка дополнительных пресс-валов увеличивает число циклов сжатия формуемого листа, что уменьшает его упругое расширение, повышает плотность и улучшает структуру материала.

Важным преимуществом повышения мощности прес­ совой части машины за счет установки дополнительных

105

пресс-валов является то, что при этом почти не увели­ чиваются мощность привода машины и натяжение сукна.

На уплотнение асбестоцемента п отжатне воды из его пор влияют свойства сырья. При одинаковом давлении получается материал с большей объемной массой, если движение отжимаемой воды в его порах проходит при меньшем сопротивлении. Поэтому для лучшего уплотне­ ния необходимо, чтобы сырье обладало темп же свой­ ствами, которые нужны для хорошей фильтруемостн приготовленных из него суспензий. Сильно снижает эф­ фективность работы прессовой части повышенная упру­ гость волокон, характерная, например, для - асбеста Джетыгарпнского месторождения.

До сих пор мы рассматривали первый критический режим. Второй критический режим при уплотнении про­ каткой проявляется в несколько ином виде, чем это было

рой критический режим, удлиняется по ходу сукна. В ре­ зультате длина какого-либо участка слоя после прокат­ ки его между пресс-валом и форматным барабаном станет больше длины того же участка слоя до прокатки.

В нормальных условиях формования длины участка слоя, измеренные до и после прокатки, одинаковы. Вот почему прокатку слоя при наступлении второго критиче­ ского режима называют еще прокаткой с удлинением.

Среди причин, вызывающих наступление второго критического режима, две главные: слишком высокое давление прокатки и чрезмерно большая толщина слоя (или листа). Поэтому опасность возникновения второго критического режима возрастает при получении листов высокой плотности и . листов повышенной толщины

(10 мм и более). _

Основные мероприятия, снижающие вероятность по­ явления второго критического режима при формовании асбестоцементных* листов, — увеличение числа и диа­ метра пресс-валов. При увеличении числа пресс-валов высокое давление прикладывается к слою на основном валу, когда слой достигает повышенной прочности за счет уплотнения дополнительными валами и сопротив­ ляется удлинению. Поэтому прокатка происходит без удлинения в нормальном режиме.

С увеличением диаметра пресс-валов возрастает длц-

106

на зоны прокатки и площадь оппраипя валов. Увеличи­ ваются силы трения, препятствующие удлинению слоя и наступлению второго критического режима.

Фирмы некоторых стран для повышения производи­ тельности прессовой части, уменьшения влажности п увеличения плотности листа используют другие пути. Количество пресс-валов не увеличивают. На машинах с одним пресс-валом устанавливают дополнительные вакуумкоробкп с высоким разрежением и специальные сукна из синтетических волокон, имеющие повышенную прочность, малую сжимаемость и пониженное сопротив­ ление движению воды в их порах. Повышается проч­ ность слоя на растяжение за счет использования суспен­ зии невысокой концентрации при увеличении числа сет­ чатых цилиндров до четырех.

Мы уже приводили цифры, показывающие, что со­ противление движению воды в порах сукна составляет меиее половины сопротивления движению воды в слое. Поэтому уменьшение давления воды в порах слоя и уве­ личение мощности прессовой части путем увеличения только фильтрационной способности сукна ограничены. При таком качестве сырья, когда слой оказывает боль­ шое сопротивление фильтрации, машины с одним-пресс- валом, даже при использовании специальных сукон, не способны выпускать без запрессовки листы такой плот­ ности, как машины с несколькими пресс-валами.

Чтобы судить об эффективности установки на маши­ нах нескольких вакуумкоробок, необходимо рассмотреть влияние предварительного вакуумобезвоживання на.по­ следующее уплотнение асбестоцементного слоя прессо­ выми валами, что будет сделано в следующей главе.

§ 5. Регулирование режима уплотнения листа

Режим уплотнения листа характеризуется двумя па­ раметрами: величиной удельного давления (иа основ­ ном и дополнительном пресс-валах) и количеством прес­ сований, равным числу слоев в листе. Величина удельно­ го давления устанавливается при настройке прессовой части, а число слоев в листе зависит от их толщины и определяется нагрузкой сеточной части. Поэтому ре­ жим уплотнения листа регулируют с учетом работы как прессовой, так и сеточной частей лпстоформовочной ма­ шины.

107

Устанавливая режим работы прессовой части в на­ чале смены, машинист должен в зависимости от качест­ ва сырья и его состояния определить величину давления на основном пресс-вале, которая необходима для выпу­ ска листов с заданной стандартом объемной массой не менее 1,6 г/см3 в затвердевшем состоянии. Поскольку величину объемной массы листов определяют через 5—7 суток и в момент формования она неизвестна, то о плот­ ности листа приходится судить по косвенному показате­ лю— влажности его в свежесформованном состоянии.

О том, какая зависимость существует между влажно­ стью свежесформованного п объемной массой затвердев­ шего листа в 7-суточном возрасте, дает представление формул.^.(8):

3,17(1 — W )

0,98-|-2,26Г ’

(8)

гле То— объемная масса и 7-суточном возрасте и г/с.н3;

W — влажность листа, записанная и виде десятичной дроби.

Данные об объемной массе и прочности затвердев­ ших листов, полученные расчетом по формуле' (8), при­ ведены в табл. 5. Значения прочности па изгиб листов ВО в зависимости от объемной массы подсчитаны по формуле (9):

где 7?пз— прочность на изгиб листов ВО в слабом направлении

в7-суточпом возрасте в гс/с.ч2;

кп р — коэффициент прочности, постоянная величина, ранная

62,2-103 сл4/гс;

■Уо— объемная масса листа в г / с м 3.

Данные, приведенные в таблице, средине. На отдель­ ных заводах могут наблюдаться отклонения в ту или иную сторону, в зависимости от колебаний свойств сырья. Но эти отклонения, если формование шло в нор­ мальных условиях, без критических режимов невелики, и данными таблицы можно пользоваться при грубой на­ стройке работы прессовой части машины.

Для более точного расчета уплотнения применитель­ но к условиям завода необходимо по результатам испы­ таний готовой продукции (не менее 50 партий) найти характерное для данного завода среднее значение /гпр по формуле (9), а затем по'этой лее формуле подсчитать прочность листа на изгиб, а по формуле (8) — его влаж­ ность при различных значениях объемной массы.

108

заводе должна быть определена заданная влажность сырого листа, при которой его объемная масса в затвер­ девшем состоянии достигает нормативного значения. Ес­ ли пользоваться табл. 5 при объемной массе листа 1,6 г/см5, его заданная влажность в свежесформованном состоянии будет 23,7%.

Машинист, зная заданную влажность листа, уста­ навливает в начале смены соответствующее ей давление на основном пресс-вале и постепенно увеличивает на­ грузку сеточной части. Если толщина слоя достигла ус­ тановленной для машины, а влажность листа осталась, по-прежнему, в пределах заданной и при волнировке на его поверхности нет трещин, значит можно работать при установленном давлении. Но так бывает не всегда. В за­ висимости от технологических условий встречаются че­ тыре наиболее типичных варианта регулирования режи­ ма уплотнения листа.

Вариант первый. Сеточная часть еще не достигла максимальной производительности, как появились тре­ щины при волнировке. Влажность листа в пределах за­ данной. Следует несколько снизить производительность сеточной части до исчезновения трещин и так работать.

Вариант второй. После пуска машины обнаруживает­ ся, что влажность листа выше заданной. Трещин нет. Следует постепенно увеличивать давление на основном

109