Модернизация прессовой части картоноделательной машины

Аннотация

картоноделательный машина прессовый механический

В этом дипломном проекте модернизируется прессовая часть картоноделательной машины производительностью 137,3т/сут картона для плоских слоев гофрированного картона массой 150 г/м², обрезной шириной 2,52 м. и рабочей скорости 300м/мин.

Прессовая часть состоит из трех зон прессования и включает: пресс с желобчатым валом, гранитный вал и отсасывающий вал, отдельно стоящий двухвальный пресс с валами большего диаметра. Давление по зонам: 70,80,90 кН/м.

Технологический расчет включает в себя определение теоретической сухости, достигаемой при работе данной прессовой части. Также определяется рабочая и приводная скорость машины, на случай дальнейшей модернизации.

Конструктивный расчет включает в себя расчет на прочность, жесткость отсасывающего и гранитного валов, и выбор и расчет подшипников на долговечность.

Потребляемая мощность данной прессовой части рассчитана методом тяговых усилий для первого сукна составляет 74кВт, для второго сукна 42кВт.

Автоматизация процесса осуществляется комплексом Damatic DXi, что обеспечивает строгий контроль качества и состояния процесса.

Уровень шума оборудования не превышает нормы, что способствует комфортной роботе персонала.

Модернизация данной прессовой части позволит получить чистую прибыль 123 млн. рублей, срок окупаемости оборудования 0,53 г.

Данный дипломный проект содержит 100 страниц текста и 8 листов чертежей.

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) является одной из стратегических и социально значимых отраслей для экономики России. Важным фактором увеличения конкурентоспособности продукции ЦБП является стабильно растущий спрос внутреннего и мирового рынка на продукцию отрасли. Для активного развития промышленности необходимо вводить в эксплуатацию современные технологические решения и конструкторские разработки непосредственно в производство, производить модернизацию существующего оборудования. От аппаратов и машин, используемых в ЦБП, напрямую зависит качество изготавливаемой готовой продукции. Ключевым агрегатом производства бумаги является бумагоделательная машина. Бумагоделательная машина — это ведущий агрегат ЦБП, относится к разряду машин автоматов, действующих непрерывно и автоматически. Роль человека сводится к устранению случайных трудностей, профилактике, ремонту и техническому обслуживанию, но не в участке, а в самом технологическом процессе. Среди комплекса процессов протекающих на бумагоделательной машине (БДМ) обычно выделяется главный — процесс формования, т. е. образование волокнистой структуры бумажного полотна. Главной задачей в формовании является удаление воды из волокнистой суспензии, и придание бумаги характерных свойств, таких как прочностные характеристики, ориентация волокон. Любая бумагоделательная машина состоит из сеточной, прессовой, сушильной частей и наката. На сеточной части происходит основное удаление свободной воды, однако это не достаточно. Далее за сеточной частью следует прессовая. Принцип ее работы заключается в выжимании воды из слоя волокон.

Современные конструкции и решения в этом процессе помогают добиться высоких результатов и вывести продукцию на конкурентно-способный уровень. Экономическое значение прессования очень велико. Работа прессовой части бумагоделательной машины оценивается по количеству удаляемой воды и по распределению ее по ширине полотна бумаги после прессов. Сухость бумаги после прессов определяет стоимость сушки, а распределение влаги влияет на однородность бумаги и ее качество. Известно, что увеличение сухости полотна бумаги после прессов на 1% позволяет снизить расход пара в сушильной части машины на 4−5%. Испарение в 10−15 раз дороже удаления такого же количества воды механическим путем на прессах. Удаление воды из бумаги на прессах бумагоделательных и картоноделательных машинах представляет собой процесс с очень сложным механизмом и большим числом взаимодействующих между собой факторов. Именно этим объясняется тот факт, что до сих пор не найдены закономерности, характеризующие в целом процесс обезвоживания бумаги на прессах. Поэтому установление количественных закономерностей процесса даже в первом приближении представляет актуальную задачу.

В частности, представляется особенно нужной разработка основ теории процесса прессования бумаги, выявление и изучение основных факторов, управляющих процессом обезвоживания бумаги на прессах. Кроме того современные пресса должны удовлетворять следующим требованиям:

— безобрывно проводить бумажное полотно;

— обеспечивать равномерность распределения воды по полотну;

— обеспечивать удобство монтажа, эксплуатации и ремонта;

— иметь необходимый уровень автоматизации;

— иметь возможность последующей модернизации;

— отвечать требованиям безопасности.

В состав предприятий ЦБП входят такие фабрики как Архангельский ЦБК, Котласский ЦБК, ООО «Сухонский ЦБК», Картонотара (Майкоп), АО «АМТЕКС», ООО «Бумзавод», АО «Советский ЦБЗ». В основном на этих предприятиях установлены машины 30−70 годов и на сегодняшний день они устарели и требуют модернизации или покупке новых машин. Для сравнения следует отметить, что за рубежом парк бумагоделательных и картоноделательных машин так же имеет значительное количество старых и узкоформатных машин, но они, как правило модернизированы, оснащены современными узлами и работают на скорости, превышающие проектные. В странах Европы количество узкоформатных машин до 2 метров составляет всего 16%, а машин имеющих скорость до 500м/мин. 30% и более 800м/мин. 35%. Для машин находящихся в эксплуатации более 30 лет не превышает 10%. Картон относиться к тароупаковочным видам продукции. Они представляют наиболее перспективный вид транспортной тары под которой подразумевается изделие, служащее для упаковки. Кроме задачи обеспечения сохранности продукции, тароупаковочные виды картонов должны служить рекламой товара. Постоянно возрастает потребность в картоне, непрерывный и чрезвычайно перспективный процесс развития науки и техники требует увеличения производительности и улучшения качества выпускаемой продукции, тем сильнее обуславливает обновление парка и его модернизации.

Модернизация позволит увеличить объем выпускаемого картона и улучшить его качество. Так же применение новейших устройств прессования, а так же средств автоматизации позволит снизить энергозатраты, тем самым снизить его стоимость. Увеличение производительности картона позволит оказывать конкуренцию на рынке. В связи с этим тема данного дипломного проекта модернизации КДМ № 2 ООО «Сухонского ЦБК» является актуальной.

Технико-экономическое обоснование. Современные представления о процессе прессования бумажного полотна

Теоретическое описание процесса прессования бумажного полотна представляет собой одну из сложнейших задач современной механики. Проблема заключается в необходимости совместного решения задачи фильтрации воды и воздуха в деформируемой неоднородной пористой среде и задачи контакта двух вращающихся валов. При этом один или оба вала имеют покрытие из материала, имеющего вязкоупругие свойства. Положение усугубляется также большой величиной деформации бумажного полотна и нелинейностью уравнений, описывающих, процесс. Поэтому рассмотрим здесь лишь некоторые аспекты прессования, используя простейшую механическую модель, показанную на рис. 1. В этой модели волокнистый скелет бумажного полотна отображается в виде пружины. Жидкость в цилиндре с проницаемым поршнем моделирует воду в бумажном полотне, а сопротивление пористого дна цилиндра — гидравлическое сопротивление полотна. Пусть к поршню мгновенно прикладывается нагрузка. Поскольку жидкость несжимаема, в начальный момент вся нагрузка будет восприниматься водой (рис. 1 а). С началом вытеснения жидкости из цилиндра внешняя нагрузка Р_х перераспределяется между жидкостью (гидравлическое давление в порах материала Р_н и пружиной (эффективное напряжение в скелете материала Р_с) (рис. 1 б). При этом в любой момент времени [12]

Pz = Ph + Pc

Когда сила упругости пружины станет равной внешней нагрузке, давление воды в порах становится равным 0 и истечение жидкости прекращается (рис. 1 в).

Рис. 1. Механическая модель процесса прессования водонасыщенного бумажного полотна При высокой проницаемости бумажного полотна, чему соответствует низкое сопротивление пористого дна цилиндра, уплотнение бумажного полотна (движение поршня) будет определяться в основном упругими свойствами волокнистого скелета (жесткостью пружины). При этом гидравлическое давление воды будет небольшим. Этот случай соответствует прессованию с контролируемым давлением, когда решающим фактором, определяющим эффективность процесса, является величина внешней нагрузки. Ее можно повышать без опасности дробления бумажного полотна, которое происходит из-за смещения внутренних слоев бумаги относительно наружных под действием фильтрационных сил, возникающих при ламинарном течении воды в бумажном полотне. Такой режим прессования характерен для видов бумаги, изготовленных из бумажной массы низкого помола и имеющих малую массу 1 м².

При низкой проницаемости материала (высоком сопротивлении дна цилиндра) упругость волокнистого скелета (сжимаемость пружины) оказывает меньшее влияние на процесс обезвоживания, а гидравлическое давление воды в порах бумажного полотна будет высоким. Такой режим прессования называется прессованием с контролируемым потоком, так как увеличение внешней нагрузки в этом случае может привести к раздавливанию бумажного полотна в связи с возникновением значительного градиента порового давления по толщине полотна.

Для оценки эффективности обезвоживания бумажного полотна в прессовой части пользуются влажностью (сухостью) или водосодержанием. Влажность — это отношение массы воды, содержащейся во влажном бумажном полотне к массе самого влажного полотна. Влажность обычно выражают в процентах. Аналогично сухость — это отношение массы сухого вещества, содержащегося в данном объеме влажного материала, к массе данного объема. Под водосодержанием понимается отношение массы воды в определенном объеме бумажного полотна к массе абсолютно сухого вещества в этом же объеме.

В качестве основных параметров процесса прессования используют такие величины как линейное давление, среднее давление, продолжительность прессования, ширину зоны прессования, прессовый импульс. Линейное давление определяется как отношение усилия прижима прессовых валов друг к другу к длине рабочей поверхности валов. Линейное давление обычно измеряется в кН / м. Ширина зоны прессования — это ширина площадки, в пределах которой на бумажное полотно действует сжимающая нагрузка. Среднее давление в зоне прессования равно отношению линейного давления к ширине зоны прессования. Продолжительность прессования равна отношению ширины зоны прессования к скорости машины. Поскольку продолжительность прессования невелика, ее обычно измеряют в миллисекундах. Из-за трудности непосредственного определения ширины зоны прессования на практике обычно пользуются линейным, а не средним давлением. Однако линейным давлением, как характеристикой процесса обезвоживания, можно пользоваться только при сравнении работы прессов, имеющих одинаковый диаметр валов и толщину покрытия. Если же взять два пресса с валами разного диаметра или с разной твердостью покрытия, то при одном и том же линейном давлении условия прессования в этих прессах будут различными. Так, например, ширина зоны и продолжительность прессования в прессе с валами большего диаметра будут больше, а среднее давление меньше. Поэтому после такого пресса сухость бумажного полотна из жестких волокон с высокой проницаемостью будет ниже, чем после пресса с валами меньшего диаметра. Многие бумажники предпочитают пользоваться прессовым импульсом, который определяется как произведение среднего давления на продолжительность прессования или как отношение линейного давления к скорости машины

где i — прессовый импульс, МПа * с; Р_СР — среднее давление, МПа; Т — продолжительность прессования, с; q — линейное давление, кН / м; v — скорость машины, м/с. Характер процессов, происходящих при прессовании, зависит от положения бумажного полотна в зоне прессования. Для случая прессования с поперечной фильтрацией воды в настоящее время принято деление зоны прессования на шесть участков (фаз) (рис. 2.).

Рис. 2. Шестифазная модель зоны прессования: uненасыщенный водой материал; sнасыщенный материал Фаза 1. Начинается с момента приложения внешней нагрузки. Бумажное полотно и прессовое сукно в этой фазе неводонасыщены. Заканчивается эта фаза, когда или бумажное полотно, или сукно становятся водонасыщенными. В первой зоне перенос воды из бумаги в сукно или наоборот обусловлен впитыванием поверхностной пленочной воды, находящейся на соприкасающихся поверхностях бумаги и сукна. Некоторую роль в этом играют и капиллярные эффекты. При этом направление потока зависит от множества различных факторов. Например, от размеров пор соприкасающихся слоев бумаги и сукна, поверхностного натяжения и т. д. Какой поверхностный слой — бумаги или сукна — первым станет водонасыщенным, зависит от их начальной влажности, сжимаемости, капиллярного строения соприкасающихся слоев бумаги и сукна.

Фаза 2. Начинается с момента насыщения бумажного полотна или сукна водой и заканчивается, когда оба материала становятся водонасыщенными. Если в первой фазе поверхностный слой сукна, соприкасающийся с бумажным полотном, становится водонасыщенным раньше бумаги, то имеет место поток воды из сукна в бумагу, если поверхностный слой бумаги, то наоборот. И здесь, по мнению многих исследователей, факторами, определяющими течение воды, являются поверхностная адсорбция и капиллярные явления.

Фаза 3. Начинается с момента насыщения обоих материалов водой и заканчивается, когда внешняя нагрузка достигает максимума.

Фаза 4. Начинается с момента достижения внешней нагрузкой максимума и заканчивается, когда давление в порах на нижней поверхности бумажного полотна, соприкасающейся с прессовым сукном, становится отрицательным.

Фаза 5. Начинается с момента восстановления бумажного полотна и заканчивается в момент снятия внешней нагрузки, т. е. в момент выхода бумажного полотна и прессового сукна из зоны прессования.

Фаза 6. Начинается с момента выхода бумажного полотна и прессового сукна из зоны прессования и заканчивается в момент отделения бумажного полотна от прессового сукна. 7]

Основные факторы, определяющие эффективность прессования. 9]

При проектировании прессовой части целесообразно факторы, определяющие эффективность прессования, разделить на две группы: конструктивные и технологические. Конструктивные факторы зависят от параметров, определяющих конструкцию пресса, а технологические — от особенностей технологического процесса, свойств полуфабриката и требований, предъявляемых к готовой продукции.

К конструктивным факторам можно отнести:

— тип пресса (валковый или башмачный);

— диаметр прессовых валов;

— механические свойства покрытий прессовых валов;

— конструкцию прессовых валов (отсасывающие, желобчатые, валы с глухими отверстиями, гладкие);

— конструкцию прессового сукна и его сухость перед прессом;

— количество прессовых сукон (одно или два).

К технологическим факторам относятся:

— композиция бумажного полотна и технология подготовки бумажной массы, которые определяют так называемые фильтрационно-компрессионные свойства;

— скорость машины;

— линейное давление;

— начальная сухость бумажного полотна;

— масса 1 м² бумажного полотна;

— температура бумажного полотна.

Влияние конструктивных факторов на обезвоживающую способность пресса сводится в основном к изменению продолжительности прессования и распределения давления по ширине зоны прессования при прочих равных условиях. Так, например, высокая сухость бумажного полотна после прессов башмачного типа с удлиненной зоной прессования обусловлена не только значительным увеличением продолжительности прессования, но и возможностью регулирования распределения давления по ширине зоны прессования. Увеличение диаметра валов и снижение скорости машины также ведет к увеличению продолжительности прессования. Однако в данном случае необходимо считаться с отрицательным влиянием на сухость после пресса обратного впитывания.

Конструкция вала при работе с современными сукнами оказывает меньшее влияние на достигаемую сухость при прочих равных параметрах (диаметре валов, твердости покрытия и т. д.), чем при работе с шерстяными сукнами. Выбор конструкции вала определяется в основном местом пресса в прессовой части и видом вырабатываемой продукции. Так, например, для валов с глухими отверстиями можно применять более мягкие покрытия, чем для желобчатых валов, что увеличивает ширину зоны прессования. Поэтому эти валы целесообразно использовать при прессовании с контролируемым потоком. С другой стороны, при одинаковой твердости покрытия для пресса с глухосверленным валом можно увеличить усилие прижима без опасности захлопывания отверстий. Однако стоимость глухосверленного вала значительно выше стоимости желобчатого.

Установка второго сукна аналогична эффекту уменьшения массы 1 м² бумажного полотна и, следовательно, при одинаковых прочих условиях позволяет повысить сухость после прессования. В то же время при выработке видов бумаги с малой массой 1 м² и при работе на низких скоростях установка второго сукна может привести к падению сухости после пресса из-за обратного впитывания.

Наиболее важным технологическим фактором является композиция бумажного полотна и история его подготовки. Известно, что способность к обезвоживанию зависит от степени помола бумажной массы. Однако также установлено, что виды бумаги, изготавливаемые из разной массы одной и той же степени помола, обезвоживаются по-разному. Поэтому более важной характеристикой, определяющей способность бумаги отдавать воду при прессовании, является коэффициент водоудержания.

Для определения этого коэффициента используют различные методы. Одним из наиболее известных является метод центробежного обезвоживания. Коэффициент водоудержания WRV определяется как отношение массы воды, оставшейся в материале после его обезвоживания, к массе сухого волокна. Используя этот коэффициент, можно определить значение предельной сухости C_L, которую можно достичь при прессовании данного материала

%.

На величину предельной сухости наибольшее влияние оказывает вид целлюлозы, степень ее помола и выход.

Ранее при рассмотрении процесса прессования считали, что из бумажного полотна выжимается только вода, находящаяся в межволоконном пространстве, а вода, находящаяся во внутренних порах волокон, удаляется только при сушке. Однако последние исследования в этом направлении показали, что во многих случаях надо считаться и с водой, выжимаемой из стенок волокон.

Конструкции валов

По конструкции валы подразделяют на следующие основные типы:

ѕ трубчатые;

ѕ литые пустотелые и сплошные;

ѕ перфорированные;

ѕ гранитные;

ѕ сетчатые;

ѕ с регулируемым прогибом;

ѕ с гибкой деформируемой оболочкой.

Трубчатые валы являются наиболее распространенными т.к. при относительно небольшом весе они обладают достаточной прочностью, жесткостью, устойчивостью к резонансу. На их вращение затрачивается меньше мощности, чем для сплошных валов. При диаметре валов до 650−700мм и толщине стенки до 28−30мм вал состоит из трубы, в которую запрессовывается чугунный патрон с радиальными ребрами, а в патрон запрессовывается цапфа из углеродистой или нержавеющей стали мартенситного класса. Труба изготавливается из стали 35, или литой из стали или чугуна (для валов диаметра 1000 мм и более), бронзы, латуни или алюминия. При диаметре более 650 мм. и толщине стенки более 28−30мм валы делаются без патрона. К трубе крепятся крышки с цапфами с помощью болтов с потайной головкой. Крышки с цапфами могут быть изготовлены заодно или же цапфы крепятся к крышке тем или иным способом. 1] Недопустимо применять в трубчатых валах сварные двухдисковые патроны т.к. эта конструкция, как правило, неработоспособна и недолговечна. Как правило, трубчатые валы диаметром до 650 мм ремонту не подлежат и заменяются на машине новыми валами. Срок службы валов 10−20 лет. Литые пустотелые валы состоят из чугунной отливки, в которую запрессованы стальные цапфы. Используются на узких машинах, в качестве прессовых валов, на широких быстроходных машинах они используются в качестве каландровых валов, но в этом случае к корпусу вала прикрепляются стальные цапфы. Диаметр таких валов 800−865 мм (см. рис 140 б). Недостатки валов этого типа: при больших диаметрах они имеют большой вес (до 50 тонн и более), поэтому требуются специальные грузоподъемные устройства для монтажа и демонтажа, что ограничивает их применение. Сплошные литые валы отливаются вместе с цапфами в сырую форму в вертикальном положении, ввиду быстрого остывания наружной поверхности образуется твердый слой толщиной 20−25 мм из отбеленного чугуна, поэтому эти валы используются в качестве каландровых валов. Для охлаждения или нагрева вала, в них имеется центровое отверстие диаметром 50−60 мм. 2] Эти валы изготавливают из прочного чугуна с добавлением хрома, никеля, содержание углерода 3,6−3,8%. На современных машинах эти валы могут обогреваться маслом и температура достигает 200С. 350−1150 мм. Материал СЧ 24−44 (_раст= 24 кг/мм², _изгиб=44 кг/мм²). Трубчатый перфорированный вал состоит из перфорированного вращающегося цилиндра, внутри которого установлена неподвижная отсасывающая камера с одной, двумя или тремя зонами отсоса мокровоздушной смеси. Перфорированный цилиндр изготавливается из бронзы Бр Оц 10−2 или нержавеющей стали. В настоящее время преимущественно применяются валы из нержавеющей стали типа 20Х13. Толщина стенки валов 40−75 мм, при большей толщине на внутренней поверхности отверстия начнут сходиться. Она определяется условиями отливки к диаметру отверстия и коэффициенту перфорации. Отверстия на перфорированных цилиндрах располагаются по наклонной образующей, а в поперечном сечении по винтовой линии относительно окружности вала. Расположение отверстий по наклонной образующей уменьшает шум при работе вала, а расположение по винтовой линии уменьшает местный износ в продольных уплотнениях вала, т.к. истиранию подвергается вся рабочая длина уплотнений и увеличивает жесткость вала. Расположение отверстий, их диаметр и расстояние между отверстиями для гауч-валов и прессовых валов стандартизовано стандартами Петрозаводского и Ижевского заводами.

Гранитные валы. Применяются в качестве прессовых валов непосредственно соприкасающихся своей поверхностью с мокрым бумажным полотном.

Благодаря особенностям своей поверхности отделение бумажного полотна от вала происходит с минимальным усилием по сравнению с валами изготовленных из других материалов. Благодаря наличию на поверхности гранита осповидных углублений из-за выкрашивания лезвием шабера пластинок слюды и полевого шпата. Фактическая поверхность контакта гранита с бумагой меньше геометрической. Непрерывное выкрашивание слюды и полевого шпата лезвием шабера приводит к возобновлению рабочей поверхности гранитного вала и частичной очистки её от прилипших мелких волокон и наполнителя. В случае прилипания смолы к валу на ходу машины протирается керосином или уксусной кислотой. Имеются и другие гипотезы о механизме отделения бумажного полотна от гранитного вала. Гранитный вал представляет собой цилиндр из гранита, закрепленный на сквозном стальном сердечнике. Диаметр гранитного вала от 400 до 1600 мм, а вес до 70 тонн. Диаметр сердечника до 500 мм. 2] При работе машин со скоростью больше 1000 м/мин и при температуре бумажной массы 50−55С гранитные валы представляют большую опасность, поэтому их заменяют металлическими литыми валами на поверхность которых нанесён анти агдезионный материал (керамика).Гранитный блок закрепляется с помощью шайб надетых на сердечник и прижатых гайками к торцам вала. Зазор между гранитным блоком и сердечником по всей длине вала заливается цементным раствором, что исключает вертикальное смещение гранитного блока относительно сердечника под действием собственного веса вала или под действием усилия дополнительного прижима вала. Гранитный вал чаще всего выходит из строя в результате скола краёв. Сетчатые валы. Состоят из тонких узких колец, к которым снаружи припаяны тонкие продольные пластины, на которых припаивается подкладная сетка (крупная квадратная с размерами 55 мм), а поверх неё рабочая сетка. Вместо подкладной сетки может использоваться проволока из латуни или нержавеющей стали диаметром 2−3 мм. Торцы валика представляют собой кольца шириной 100−150 мм, которыми они опираются на ролики. При высоких скоростях кольца изготовляют с цапфами и валик устанавливают в подшипниках. Такие валики используются в качестве ровнителей для нанесения на бумагу водяных знаков и в качестве регистровых валиков при производстве санитарно бытовой бумаги. На картоноделательных машинах и на двухсетчатых машинах фирмы Фойт применяются вакуум формующие сетчатые цилиндры. К перфорированному цилиндру припаиваются фасонные колосники поверх которых натягивается термоусадочная сетка. Валы закрепленные по середине. Они имеют прогиб во много раз меньше чем обычные трубчатые валы, кроме того, при определенном соотношении жесткостей оболочки вала и сердечника прогиб может быть направлен в сторону противоположную действующим силам. Эти валы с малым прогибом применяются в качестве грудных валов и валы с прогибом вверх используются в качестве расправляющихся валов.

2.3 Покрытия валов

Различают четыре типа покрытия валов КДМ:

антикоррозионные;

технологические;

покрытия — заменители гранита;

упрочняющие ;

Антикоррозионные покрытия Антикоррозионные применяются в основном для валов и валиков мокрой части бумагоделательной машины и меловальных устройств агрегатов. К ним относятся: омеднение, обрезинивание, полиуретановые, интегрированное покрытие на основе каучуков. Омеднение применяется для валов машин старой конструкции, а также при выработке бумаги высоких сортов т.к. медь препятствует слизеобразованию. Медь наносится на стальной корпус валов методом электролитического осаждения или на вал одевается медная труба. Толщина покрытия 1−2 мм, после чего валы шлифуются. Обрезинивание является наиболее распространенным способом антикоррозионной защиты валов. В качестве антикоррозионного покрытия используют твердую резину с показателем твердости от 0 до 5 единиц по прибору ТШМ-2. Основой такой резины является натуральный (НК) или синтетический (СК) каучуки, составляющие в оболочке вала примерно 50%, от 30−50% сера до 30% сажи, а также смягчители и другие ингредиенты, всего до 15 наименований. Наполнители вводятся для прочности, износостойкости, сопротивления надрыву (раздиранию) и преданию покрытию хорошей сцепляемостью с одеждой машины (фракционности). Недостатками является:

их низкая способность передавать мощность на одежду машины в виду возможного отделения оболочки от металла (грудной вал, сетко поворотный вал)

коррозия по торцам валов, в результате окисления поверхности стальной трубы ржавчина поднимает резиновую оболочку по концам вала, что приводит к быстрому износу одежды машины, особенно кромок сетки.

Под твердостью резины понимается глубина погружения в сотых долях миллиметров стального шарика диаметром 5 мм. При действии на него нагрузки в 1 кг в течение 1 минуты, это показатель твердости по ТШМ-2. За рубежом используется шарик 1/8 дюйма 3,2 мм то показатель твердости называется твердостью по Пуссей-Джонсу.Показатель твёрдости зависит от толщины слоя резины (резина на валу от 25 до 1 мм, когда изнашивается до 13 мм. то вал идёт на переобрезиневание).

Полиуретановое покрытие имеет высокий коэффициент сцепления с одеждой машины, большой срок службы, но оно является водопроницаемым, поэтому под полиуретановым покрытием должен быть водозапорный подслой. Комбинированное покрытие представляет собой твердую резину, армированную керамическими частицами и рядом других ингредиентов, которые придают покрытиям ряд ценных служебных свойств: высокую износостойкость (20 лет), высокий коэффициент трения, грязеотталкивающие свойства, что особенно важно при использовании макулатурной массы, хорошую очищаемость шабером и способность передавать большие крутящие моменты. Все антикоррозионные покрытия имеют низкую стойкость к щелочам, кислотам, растворителям (бензин, керосин, уксусная кислота, ацетон), хлорной извести, которую применяют для промывки одежды трубопроводов и емкостей БДМ. Валы с антикоррозионным покрытием, как правило, не ремонтируются, а заменяются новыми. Для лучшего сцепления покрытия с трубой вала на поверхности вала часто делается рваная резьба. Имеет место применение валов целиком изготовленных из нержавеющей стали типа 20Х13, они дороже, имеют хорошую сцепляемость с одеждой машины и при необходимости могут перешлифовываться.

Технологические покрытия К технологическим покрытиям относятся резиновые и полиуретановые покрытия главным образом прессовых валов. Технологические покрытия применяются для увеличения ширины площадки контакта между валами. Благодаря этому условию уменьшается вероятность раздавливания бумажного полотна, увеличивается срок службы сукон, отсутствует коррозия прессовых валов.

Резиновые покрытия Резиновые покрытия прессовых валов имеют следующие достоинства:

металлическая рубашка вала получает защиту от износа наружной поверхности и защиту от коррозии, несмотря на то, что изготовляются из бронзы или нержавеющей стали;

линейное давление между валами распределяется более равномерно по ширине машины, чем при отсутствии резиновой оболочки;

более широкая площадка контакта между валами (40 мм) позволяет увеличивать сухость бумажного полотна вследствие большей длительности процесса отжима воды на 1−2%, что в свою очередь позволяет экономить от 4 до 10% пара;

уменьшается износ сукна и количество его повреждений при попадании между валами посторонних включений (комков массы, смолы, закатышей) в зону контакта валов;

уменьшается вибрация прессовых валов благодаря амортизационным свойствам резины;

резиновая оболочка хорошо сохраняет приданный ему бомбированный (бочкообразный) профиль для равномерного линейного давления между валами;

легко обнаруживается зарождающееся повреждение покрытия, которое выделяет себя повышенной вибрацией вала, это можно установить с помощью приборов.

Твердость резиновых покрытий гладких и отсасывающих валов — 25 единиц по Пуссей-Джонсу или 20 единиц по ТШМ-2. Для желобчатых валов твёрдость 5−10 единиц по Пуссей-Джонсу. Для глухо-сверленных валов 30−35 единиц по Пуссей-Джонсу. Для валов большого диаметра с удлиненной зоной прессования (90−100 мм) твёрдость резины 30−35 единиц по Пуссей-Джонсу, причем на этих валах резина обязательно армируется керамикой. Обрезиненные валы шлифуются примерно 3 раза в год (стираются края, изменяется бомбировка за счёт уменьшения скольжения по концам валов, появляются полосы). Глухосверленые валы перешлифовываются до тех пор, пока глубина отверстий не уменьшится до 4 мм с первоначальной 9−13 мм. Для малогабаритных валов твердость резинового покрытия определяется по Шору и может быть пересчитана на твердость по Пуссей-Джонсу по графику. Резиновое покрытие отшлифовывается остаточной толщины 12−13 мм при дальнейшей перешлифовке твёрдость покрытия начинает резко возрастать. Эксплуатационные затруднения с обрезиненными валами связаны главным образом с тепловым эффектом, возникающим в резине, при чем они возрастают с увеличением толщины резиновой оболочки и её мягкости, увеличением давления и скорости машины. При температуре 40С начинает быстро снижаться твердость, а при 80С и выше происходит отслоение резины от металла, т.к. коэффициент теплового расширения резины больше чем у металла в 5−10 раз. Чаще всего при этом происходит скол кромок резины по торцам вала, где вал не нагревается теплом бумажного полотна. Этому способствует движение воздушных потоков в прессовой части и низкая температура воды в спрысках для промывки сукон. Кроме этого происходит охлаждение торцов вала сопутствующие движению сукна потокам воздуха. Кроме этого отслоению резины способствует низкая температура воды в прысках. Для уменьшения вероятности отслаивания на концах резиновых валов следует делать фаски (сгон). При скоростях машины до 500 м/мин для улучшения сцепления резины с металлом можно применять эбонитовый подслой 5 мм. Другим вариантом может быть применение под резиной мягкого металла (олово, наносимое лужением). Наибольшая температура резиновой оболочки вала имеет место посередине пролета вала и на глубине 5 мм от наружной поверхности вала, где нагрев происходит за счет гистерезиса. Начинает широко применятся в качестве технологического покрытия гидрированный нитрил представляющий резину, в которой двойные меж молекулярные связи заменены более прочными простыми связями. При этом достигается высокая износостойкость, устойчивость к высокому давлению и высоким температурам. Полиуретановые технологические покрытия находят все более широкое применение на БДМ как и самостоятельно полиуретановые изделия в виде гибких деформируемых оболочек в валах с регулируемым прогибом (башмачные прессы различной конструкции). [12]

Полиуретановые технологические покрытия Полиуретан — это собирательное название каучука подобных полимеров характеризующиеся в гомогенные структуры. Он не содержит наполнителя, смягчителя и других добавок как в резину. Обычно используется, поли эфир, поли этан имеющие хорошую гидролизность. Полиуретан формируется на поверхности вала, после того как на неё наложен слой синтетических нитей, которые компенсируют тепловые расширения различные для металла и полиуретана. Твердость полиуретанового покрытия от 3 до 40 единиц по Пуссей-Джонсу. Для желобчатых валов 3 единицы по Пуссит-Джонсу, для глухосверленых 10 единиц по Пусс м²-Джонсу.

Достоинства:

Прочность в 2−3 раза выше, чем у резины. Его поверхность почти не царапается;

Сопротивляемость абразивному износу в 4−5 раз больше чем у резины, однако, глубина перешлифовки должна составлять минимум 1 мм для получения равномерных свойств по всей поверхности вала;

Износ сукон на 25% меньше т.к. в нем нет наполнителей и высокий коэффициент трения с одеждой машины;

Сухость бумажного полотна увеличивается на 1−2% при переходе с обрезиненных валов;

Благодаря большей эластичности валы с полиуретановым покрытием меньше подвержены вибрации. У них меньше колебания твердости по объему оболочки;

В большом диапазоне температур до 50−80С твердость полиуретана и его упругие свойства остаются практически неизменны;

Сцепление между полиуретаном и бумажным полотном низкая, поэтому валы при работе остаются чистыми и могут работать без шаберов (но надо учитывать вид бумажной массы);

Меньшие тепловыделения внутри оболочки вследствие гистерезиса.

Недостатки:

Температура при работе не должна быть более 50С Полиуретан поглощает и пропускает воду, поэтому валы нужно просушивать через 6−7 месяцев работы Выдерживает давления прессованием только до 110 кН/м и скорость 1300 м Очень чувствителен к действию щелочей, кислот, растворителей, масел, хлорной извести, уксусной кислоте. [12]

В последующих разработках фирмы VOITH применяются полиуретановое покрытие с металлическим сердечником (многослойного).

Заменители гранита Применяются три типа покрытий заменителя гранита:

Стонит Керамическое (толщина 0,5−0,8 мм — Вал Рок) Металлокерамическое — слой керамики наносится на подложку из нержавеющей стали (толщина 0,06−0,1 мм).

Стонит — изготовляется на каучуковой основе, которая является склеивающим компонентом. В состав входит натуральный каучук 13%, кварцевый песок 59%, сера 4,5%, мумие (окись железа) 16%, окись магния 5,5%, ускорители и смягчители 2−3%. Применяются взамен гранитных валов при выработке бумаги из сульфатной целлюлозы и без содержания древесной массы. Толщина стонита 13−15 мм. Металл корпуса вала должен иметь очень высокую жесткость т.к. стонит является хрупким материалом. Керамическое и металлокерамическое износостойки, не боятся перепада температур, не загрязняются волокном, клеем и наполнителем. Гранитный вал из заменителя применяется для машин шириной 7000 мм. [10]

Упрочняющие покрытия Применяются при восстановительном ремонте станин металлорежущих станков, цапф валов, задвижек и т. п. Сейчас применяются для покрытия металла желобчатых валов, валов каландров для получения матовой бумаги и специальных бумаг, для каландровых валов с изношенным отбеленным слоем. Толщина покрытия 0,5 мм рабочий слой и 0,2 мм базовый слой.

Хранение обрезиненных валов:

Обрезиненные вала боятся солнечного света и низкой температуры;

Хранимые валы должны устанавливатся на цапфы и периодически поворачиваться на 180^о;

Обрезиненнеы валы нельзя хранить около электрического оборудования, т.к. при его работе выделяется озон;

Перед установкой с вала нельзя снимать обёрточную крафт бумагу, т. к открытая резина быстро стареет. Вал должен находится в своей упаковке в зале БДМ не менее двух суток;[12]

Требования к хранению обрезиненных и полиуретановых валов Валы с покрытием боятся солнечного света, температуры -5С (зимой перевозить нельзя), бензина, керосина, масла и других растворителей, а также щелочей, кислот, хлорной извести Валы следует хранить на цапфах и поворачивать периодически на 180^о;

Нельзя спускать валы на пол рабочей поверхностью;

Перед установкой выдерживать в зале двое суток, не снимая обёрточной бумаги.

Классификация прессов

По направлению фильтрации воды в сукне прессы подразделяются на прессы с продольной фильтрацией и прессы с поперечной фильтрацией. К прессам с продольной фильтрацией воды в сукне относятся обычные простые прессы с гладким нижним валом. В этом прессе верхний вал гранитный смещен относительно нижнего на встречу ходу сукна на 100−250 мм, а сукно на входе в пресс частично огибает верхний вал. Все это необходимо для того, чтоб отжатая вода вновь не не попадала в сукно, а стекала по поверхности нижнего вала на встречу вращения нижнего вала. Поэтому эти прессы работоспособны только при скорости машины до 200 м/мин. Однако такие прессы могут использоваться в качестве сукномоек при более высоких скоростях до 750 м/мин. Приводным является нижний вал. При выработке картона и целлюлозной папки приводным часто делают оба вала. Вращение с нижнего на верхний передается через шестерни.

К прессам с поперечной фильтрацией относятся прессы с желобчатым и глухо-сверленым валом, а также прессы башмачного типа с гибкой деформирующейся оболочкой. Вода в желобки попадает сразу проходя в сукне путь равный толщине сукна. Приводным в этих прессах является нижний вал. При выработке бумаги на высоких скоростях и при выработке толстомерной продукции приводными делаются оба вала. Это связано с тем, что угол охвата сукном нижнего вала не велик. Вход сукна в зону прессования производится с некоторым огибанием сукном верхнего вала. Вода из желобков или отверстий выбрасывается под действием центробежной силы или же выдувается воздухом. Вакуум в отсасывающей камере поддерживается в пределах от 400 до 600 мм. рт. ст. и возрастает от первого к последнему. Удаление воды в отсасывающем прессе происходит за счет давления между валами также как в обычном прессе и в прессе с желобчатым валом. Вода двигается от гладких участков вала к отверстию, поэтому на бумаге возможно маркировка от отверстий отсасывающего вала.

Роль вакуума сводится:

1. очистка сукна перед зоной контакта валов;

2. к удержанию воды в отверстиях после их выхода из зоны вакуума.

На современных машинах отсасывающие прессы и валы устанавливаются также с целью удаления воздуха из пространства между бумажным полотном и сукном во избежание образования перед зоной контакта воздушного пузыря, возможных обрывов и складок на бумаге.

Недостаток: сложность конструкции и дорогая эксплуатация за счет наличия вакуума. 1]

Типы прессов

До последнего времени преобладающими были прессы валкового типа. Они бывают двухвальными и многовальными. Двухвальные прессы принято делить на: обычные прессы с гладкими валами, прессы с отсасывающими, желобчатыми и глухосверленными валами.

Многовальные прессы являются комбинированными прессами, в которых один и тот же вал может образовывать с парными валами две, а иногда и три зоны прессования. При этом в разных зонах процесс прессования может соответствовать процессу в прессе с отсасывающим, желобчатым или глухосверленным валом.

Появление многовальных прессов было обусловлено, с одной стороны, стремлением получить более компактную прессовую часть, а, с другой стороны, — обеспечить закрытую проводку бумажного полотна, что снижает число обрывов и повышает работоспособность машины в целом. Эффективность обезвоживания одного многовального пресса во многих случаях оказывается настолько высокой, что установка дополнительного, отдельно стоящего пресса не требуется. Ниже рассмотрены особенности обезвоживания в различных типах прессов.

Обычный пресс Обычным называют пресс (рис 3), состоящий их двух гладких валов, между которыми проходит бумажное полотно и прессовое сукно. Это наиболее старая конструкция пресса. Нижний вал пресса обычно имеет резиновое покрытие, верхний вал — чаще всего гранитный.

Рис. 3. Обычный двухвальный пресс: 1 — бумажное полотно; 2 — шабер; 3 — верхний вал (гранитный); 4 — бумаговедущий валик; 5 — сукноведущий валик; 6 — прессовое сукно; 7 — нижний вал (обрезиненный); 8 — станина пресса; 9 — спрыск высокого давления; 10 — спрыск низкого давления; 11 — сукномойки; 12 -сукнонатяжной валик; 13 — механизм прижима валов; 14 -сукноправильный валик Применение резинового покрытия позволяет:

ѕ увеличить ширину зоны прессования, а, следовательно, и его продолжительность;

ѕ уменьшить износ прессового сукна (по сравнению с металлическим валом).

Применение гранита в качестве материала прессовых валов объясняется низкой адгезией бумажного полотна различной композиции к граниту. Этой адгезии, с одной" стороны, достаточно для предотвращения «скрадывания» влажного бумажного полотна прессовым сукном, а, с другой стороны, она исключает чрезмерное натяжение полотна при его отделении от вала. Для нормального движения бумажного полотна в прессе применяются бумаговедущие валики.

Рис. 4. Расположение валов обычного двухвального пресса; 1 — бумажное полотно; 2 — верхний вал; 3 — нижний вал; 4 — прессовое сукно; 5 — бумаговедущий валик; 6 — шабер Обычно верхний гранитный вал обычного пресса смещен на 50 -250 мм относительно нижнего вала навстречу движению полотна (рис.4). В результате смещения давление на бумажное полотно возрастает постепенно и облегчается отвод воды. Величина смещения зависит от диаметра валов, скорости машины, положения пресса в прессовой части, массы 1 м² бумажного полотна. С увеличением скорости и диаметра валов смещение увеличивают. Для предотвращения увлажнения сукна и бумажного полотна перед зоной контакта валов и устранения пузырей воздуха между сукном и бумагой последние должны входить в зону прессования несколько выше линии касания валов. [12]

Обычный пресс может использоваться и как обратный, т. е. для снятия сеточной маркировки. В обратном прессе валы меняются местами, но сукно по-прежнему охватывает обрезиненный вал. В результате с гранитным валом соприкасается та сторона бумажного полотна, которая ранее соприкасалась с сеткойОбычный пресс относится к прессам с продольной фильтрацией воды. Сукно в этом прессе становится обычно водонасыщеным задолго до середины прессового захвата. Часть воды переносится вместе с сукном через прессовый захват, а часть течет внутри сукна в направлении, обратном ходу бумажного полотна [10]

Отсасывающий пресс В качестве первых прессов на большинстве бумагои картоноделательных машин применяются отсасывающие прессы. Отсасывающий пресс состоит из отсасывающего вала (обычно занимающего нижнюю позицию) и парного с ним гранитного или чугунного вала. Отсасывающие валы бывают одно-, двух-, и трехкамерные Недостатками отсасывающих валов являются:

ѕ сложность конструкции и эксплуатации,

ѕ высокая стоимость,

ѕ малая долговечность,

ѕ относительно низкая прочность, ограничивающая диапазон рабочих давлений,

ѕ высокая энергоемкость.

В процессе работы отверстия отсасывающего вала забиваются мелким волокном и частицами наполнителя, что уменьшает площадь живого сечения поверхности вала. Для поддержания отверстий в чистоте применяются спрыски высокого давления. Однако при этом необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить покрытие вала. Обычно на отсасывающем валу устанавливают два шабера. Первый шабер удаляет часть поверхностного слоя воды. При этом на обратной стороне лезвия образуется вакуум, который способствует извлечению загрязняющих отверстия частиц. Эти частицы вместе с оставшимся поверхностным слоем воды удаляет второй страхующий шабер. [5]

Пресс с желобчатыми валами При этом ширина желобков должна исключать вдавливание сукна в желобки и предотвращать появление теневой маркировки. С точки зрения «производства и очистки желобчатых валов оптимальная ширина канавок составляет 0,5 мм.Пресс с желобчатыми валами.(рис 5)

Рис. 5. Рельеф поверхности желобчатого вала.

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 даже при увеличении давления прессования. Сухость бумажного полотна при этом увеличивается на 1%.Основными преимуществами желобчатых прессов по сравнению с отсасывающими являются:

ѕ низкая стоимость изготовления и эксплуатации по сравнению с отсасывающими валами;

ѕ более высокая сухость бумажного полотна после пресса;

ѕ возможность работы при более высоких давлениях без опасности раздавливания и теневой маркировки бумажного полотна;

ѕ возможность использования желобков на валах с регулируемым прогибом, что обеспечивает более равномерный профиль влажности по ширине машины;

ѕ меньшая энергоемкость из-за отсутствия вакуум-насосов. [10]

Пресс с глухосверленным валом Известно, что величина вакуума в камере отсасывающего вала только при низких скоростях машины оказывает некоторое влияние на сухость бумажного полотна после пресса. При более высоких скоростях вода практически не попадает в камеру. Поэтому логичным развитием отсасывающих валов явились глухосверленными валы, или как их еще называют валы с глухими отверстиями. Такие валы первоначально использовались как прижимные валы к лощильным цилиндрам самосъемных бумагоделательных машин. Вал с глухими отверстиями представляет собой стальную рубашку, покрытую резиновой или полиуретановой облицовкой с рассверленными в ней глухими отверстиями. Диаметр отверстий варьируется от 2,3 до 4,0 мм. Глубина отверстий 10−13мм. Общая площадь сечений отверстий может достигать 30% против 17% площади живого сечения желобчатого вала. Применение более мягких покрытий уменьшает среднее давление в зоне прессования. Это также обеспечивает меньшее истирающее действие кромок отверстий по сравнению с кромками канавок желобчатого вала, что позволяет значительно увеличить срок службы прессовых сукон в прессах с глухосверленными валами (по сравнению с желобчатыми прессами в среднем на 30%, а иногда и в 2 раза). Большая ширина зоны прессования позволяет значительно увеличить линейное давление в прессах такого типа (до 300 — 350 кН/м и более). В большинстве случаев отверстия способны самоочищаться. [10]

Прессы с удлиненной зоной прессования В последнее время все большее внимание уделяется повышению эффективности работы прессовой части. Это объясняется как постоянным ростом стоимости энергии, так и все большим использованием в производстве бумаги и картона полуфабрикатов высокого выхода и макулатуры. При выработке большинства видов бумажной продукции единственным путем повышения сухости после пресса является увеличение продолжительности прессования. Поскольку ширина зоны прессования зависит и от сукна, то в таких прессах необходимо применять тяжелые многослойные сукна с малосжимаемой сетчатой основой. Для обеспечения равномерного профиля влажности по ширине машины один из валов должен быть с регулируемым прогибом.

Башмачный пресс Пресс (рис. 6) состоит из верхнего приводного вала 1 с регулируемым прогибом и нижнего прижимаемого к верхнему валу опорного башмака 6 шириной 250 мм. Между валом и башмаком, поверхность которого обработана с соответствующей кривизной, движется бесконечная лента 5, представляющая собой синтетическую сетку, поры которой заполнены по методу напыления полиуретаном. Прессование осуществляется между двух сукон 2 и 4. Прижим башмака к верхнему валу осуществляется при помощи гидроцилиндров. Для снижения трения между башмаком и лентой подается смазочная жидкость.

Рис.

Длинные башмаки в сочетании с прессованием между двух сукон применяются при выработке трудно обезвоживаемых видов бумаги и картона, например, с высоким содержанием сульфатной целлюлозы или полуфабрикатов высокого выхода. Более короткие башмаки применяют при выработке легко обезвоживаемых видов бумаги, а также бумаги с малой массой 1 м² и с высокой начальной сухостью.

Компоновка прессовой части

Основные требования к компоновке прессовой части:

1. максимальное удаление воды;

2. без обрывная проводка бумажного полотна в прессовой части.

3. максимальное поддержание качества продукции в частности симметричности сторон вырабатываемой бумаги.

Еще одним направлением при конструировании прессовой части является отказ от гранитных валов.

Для максимального обезвоживания применяются:

1. высокие давления;

2. удлиненная зона прессования;

3. прессование между двумя сукнами;

4. использование толстых сукон обеспечивающих сухую зону прессования;

5. работа с температурой бумажного полотна 50−55С.

Без обрывная проводка обеспечивается:

1. использованием комбинированных много вальных прессов типа Симпресс, Комбипресс и т. д. Однако в этих прессах узким местом является отсасывающий вал с двумя зонами отжима, что приводит к быстрому выходу из строя резиновой оболочки валов. Кроме того в этих прессах бомбированы гранитный вал и отсасывающий вал, что ухудшает работу сукон.