Прессовая часть бумагоделательной машины с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут

Федеральное агентство по образованию.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

Курсовой проект

Прессовая часть БДМ с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут.

Санкт-Петербург

1 Композиция и показатели для офсетной бумаги

2 Современные представления о процессе обезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовой части

3. Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины по приводу. Расчет скорости прессов

4. Выбор конструкции и размеров валов

5. Расчет обезвоживания в прессовой части

6. Расчет гранитного вала пресса

7.Расчет мощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя

8.Выбор и проверка подшипников отсасывающего вала

1 Композиция и показатели для офсетной бумаги

ГОСТ 9094–83 распространяется на бумагу, предназначенную для печатанья иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом.

Стандарт устанавливает требования к офсетной бумаге, изготовляемой для нужд народного хозяйства и поставляемой на экспорт.

Установленные настоящим стандартом показатели технического уровня предусмотрены для высшей и первой категории качества.

1.1 Марки и размеры

1.1.1 Бумага должна выпускаться следующих номеров и марок:

№ 1 марок А, Б, В;

№ 2

1.1.2 Бумага должна выпускаться в рулонах и листах.

Бумага № 1 марки В массой бумаги площадью 1 м² 220 и 240 г выпускается в листах, по согласованию с потребителем — в рулонах.

Размеры листовой бумаги ширина рулона, предельные отклонения по размерам и косине должны соответствовать ГОСТ 1342–78.

1.1.3 Диаметр рулона должен быть (850±50) мм. По согласованию с потребителем допускается изготовление рулонов бумаги диаметром до 1100 мм.

1.2 Технические требования

1.2.1 Бумага должна изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.

1.2.2 Показатели качества офсетной бумаги первого сорта должны соответствовать нормам, указанным в таблице.

1.2.3 В композиции бумаги должен применяться каолин с белизной не менее 80% по ГОСТ 19 285–73 и другой нормативно технической документации.

В композиции бумаги № 1 марки Б при массе бумаги площадью 1 м² 60 г. должна применяться окись титана по ГОСТ 9808–84.

1.2.4 В листовой бумаги большая часть листа должна совпадать с машинным направлением.

1.2.5 Обрезок листовой и рулонной бумаги должен быть чистым и ровным.

1.2.6 Просвет бумаги должен быть равномерным и соответствовать образцу, согласованному между изготовителем и потребителем.

1.2.7 Бумага должна обладать хорошим восприятием печатной краски, иметь прочную поверхность и не должна пылить при печатанье.

1.2.8 Заметная разнооттеночность бумаги в одной партии не допускается.

1.2.9 Намотка бумаги должна быть равномерной по всей ширине рулона.

1.2.10 В бумаге не допускаются: складки, морщины, волнистость, залощенность, грязные и просвечивающие пятна, разрыв кромки и дырчатость.

В рулонной бумаге допускаются малозаметные морщины, залощенность, пятна, которые не могут быть обнаружены в процессе перемотки, если показатель этих внутренних дефектов, определенный по ГОСТ 13 525,5−68, не превышает: для бумаги № 1 — 1,0%; № 2 — 1,5%.

1.2.11 Число склеек в рулоне бумаги, поставляемой на экспорт, и высшей категории качества, предназначенной для печати на рулонных машинах, не должно превышать одной; бумаги первой категории качества, предназначенной для печати на рулонных машинах — двух; в бумаге, предназначенной для печати на листовых машинах — трех.

В партии бумаги высшей категории качества, предназначенной для рулонной печати, допускается не более 10% рулонов со склейками.

1.2.12 Концы полотна бумаги в местах обрывов должны быть прочно склеены по всей ширине рулона без склейки смежных слоев. Ширина места склейки должна быть не менее 10 мм. Расстояние от кромки до места склейки с каждой стороны не должно превышать 10 мм.

Место склейки должно быть отмечено цветными сигналами, видимыми с торца рулона.

1.2.13 Бумага первой категории качества должна переводиться во второй сорт при наличии в рулоне или кипе бумаги не более трех перечисленных ниже отклонений от норм:

Увеличение допускаемых отклонений по массе бумаги площадью 1 м² не более чем на 3%;

Увеличение допускаемых отклонений по плотности не более чем на ±0,02г/см²;

Снижение норм разрывной длины не более чем на 10%;

Снижение нижнего или повышения верхнего предела зольности не более чем на 10%;

Увеличение норм сорности не более чем на 15%;

Увеличение внутрирулонных дефектов не более чем на 1%;

Увеличения числа склеек в рулоне бумаги, предназначенной для печати на рулонных машинах — до трех, листовых машинах — до четырех.

2 Современные представления о процессе обезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовой части

В последние годы были проведены значительные работы в области прессования бумаги. Основные исследования были направлены на изучение процесса удаления воды из бумажного полотна на отсасывающих прессах и на установление роли прессового сукна.

Рис. 1 Фазы удаления воды на прессах:

1 — гранитный вал; 2 — полотно бумаги; 3 — сукно; 4 — обрезиненный вал; I — IV — фазы прессования В настоящее время весь период прохождения полотна через зону контакта валов делят на четыре периода или фазы. В I фазе полотно проходит на сукне путь от места соприкосновения сукна с нижним валом до входа в зону контактов валов; во II фазе — от места поступления полотна бумаги и сукна в зону контакта до ее середины; в III фазе — от середины зоны контакта до выхода из нее бумаги и сукна; в IV фазе — от места выхода бумаги и сукна из зоны контакта до точки отрыва сукна от вала. Иногда рассматривают лишь три первые фазы. При входе в зону контакта валов бумага и сукно сжимаются. Наибольшую деформацию сжатия испытывает сукно. Когда бумага достигает точки насыщения, в ней создаются гидравлические силы и образуется градиент гидравлического давления между бумагой и сукном, вызывающий перемещение воды.

В обычном процессе с гладкими валами существует два градиента давления: вертикальный — по толщине бумаги и сукна, и горизонтальный, вызывающий перемещение воды по сукну в обратную сторону движения сукна.

В обычном процессе скорость фильтрации по сукну против его движения должна быть больше скорости машины. Только в этом случае вода будет удаляться на нижний вал пресса. Отжимаемая вода образует перед входом в зону контакта валов водяной клин. Полотно бумаги перед поступлением в пресс дополнительно увлажняется, перепад гидравлического давления между полотном и сукном уменьшается из-за повышения гидравлического противодавления в сукне. Повышение давления прессования на обычных прессах при высокой скорости машины вызывает дробление (раздавливание) полотна.

Для интенсификации обезвоживания бумаги на прессах во II фазе необходимо поддерживать высокое удельное давление и высокую пористость сукна в сжатом состоянии.

На выходной стороне зоны контакта прессовых валов (фаза III) давление в сукне и бумаги постепенно уменьшается. Восстанавливается толщина полотна бумаги, сукна и упругой облицовки вала. С прекращением давления градиент гидравлического давления падает до нуля и теоретически возможно возникновение частичного вакуума, при этом в твердой структуре (волокнах) все еще могут действовать напряжения сжатия.

Работами ряда исследователей установлено, что в III фазе перемещается влага из сукна в бумагу.

Методы интенсификации процесса:

1 Достижение максимально возможной сухости:

а) использование башмачного пресса;

б) использование пресса с гибкой деформируемой оболочкой;

2 Подогрев бумажного полотна;

3 Совмещения процессов прессования и сушки;

4 Совершенствование технологии отвода воды удаляемой из полотна в прессовом захвате;

5 Конденционирование и очистка прессовых сукон.

3 Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины по приводу. Расчет скорости прессов

Принимаем чистообрезную ширину бумагоделательной машины равной 6720 мм. Ширина полотна в прессовой части больше на 4−11% ширины на накате из-за усадки полотна при сушке. После наката с двух сторон отрезают полоски по 25 мм и получают чистообрезную ширину бумаги. Таким образом ширина в прессовой части составит:

Расчет рабочей скорости Где Q — производительность, Q=300 000 кг/сутки;

В — обрезная ширина, В=6,72 м.;

q — масса м² бумаги, q=70 гр/м²;

к₁ — число часов работы в сутки, к₁=23ч.;

к₂ — коэффициент использования рабочего хода машины учитывая холостой ход, к₂=0,96;

к₃ — коэффициент выхода товарной продукции, к₃=0,95.

Скорость машины по приводу.

Срок службы машины 30 лет, за это время она может несколько раз модернизироваться, что позволяет поднять ее скорость на 15−20% поэтому некоторые узлы на стадии проектирования рассчитывают на приводную скорость.

Скорость машины по приводу согласно ГОСТ 26–08−76 принимаем равной 770м/мин Расчет скорости прессов.

Скорость прессовой части будет равна, если за рабочую скорость машины положить скорость первого сушильного цилиндра:

4 Выбор конструкции и размеров валов

Выбираем конструкцию прессовой части, состоящую из трех отдельно стоящих прессов. Первый пресс состоит из гранитного вала (D=1050мм) и желобчатого (D=830мм). Второй и третий прессы — отсасывающие, в которых гранитный вал как у первого, а отсасывающие D=1150мм.

Данная прессовая часть имеет простую конструкцию, высокую степень взаимозаменяемости, обладает компактностью.

5 Расчет обезвоживания в прессовой части

Расчет сухости на сдвоенном прессе по опытным данным.

Сухость бумаги после прессования определяется по формуле:

где С_к — сухость бумаги после прессования, %;

А — коэффициент, характеризующий конструкцию пресса;

б₀ — коэффициент вида бумаги;

m₀ — коэффициент, зависящий от марки сукна, массы 1 м² бумаги и скорости машины;

м_ср— среднее удельное давление между валами;

с_с— сухость сукна перед прессом;

с_н— сухость бумаги перед прессом

q — масса 1 м² бумаги;

в — коэффициент массы 1 м² бумаги;

Vскорость машины, м/мин ШР — степень помола массы, °ШР;

г, и, щ, е, Шопытные коэффициенты Значение коэффициента, А для 1-го пресса (желобчатый вал):

t — шаг между канавками;

b — ширина канавки.

Для отсасывающих прессов:

где Н — вакуум в отсасывающей камере (соответственно для 2,3 прессов: 400, 500 мм рт.ст.;

В — ширина отсасывающей камеры, В=125мм.

Для желобчатого вала ширина площадки контакта:

мм д_с=4мм — толщина сукна перед зоной прессования;

д_min=3мм — толщина сукна в зоне прессования;

R₁, R₂ — радиусы валов, см.

Среднее удельное давление между валами для 1-го пресса:

Среднее удельное давление между валами для остальных прессов может быть рассчитано по формуле:

где q — линейное давление

D — диаметр обрезиненного вала, D=1150мм.

Т — твердость обрезиненного покрытия в единицах по прибору ТШМ-2, Т=20 ед.

Значения величины и результаты расчетов сведены в таблицу.

6 Расчет гранитного вала пресса

Данные для расчета:

1. Линейное давление между гранитным и желобчатым валом 70

2. Линейное давление между гранитным

3. и первым отсасывающим валом q₂, кН/м 80

4. Линейное давление между гранитным

5. и вторым отсасывающим валом q₃ кН 90

6. Длинна рабочей части вала b, м … 7,31

7. Расстояния между осями опор l, м…7,5

8. Масса вала (ориентировочно) G, 60 000

Давление желобчатого вала

Q₂=q₁^.b=70^.7,31=511,7кН Давление первого отсасывающего вала на гранитный.

Q₂=q₂^.b=80^.7,31=584,8кН Давление второго отсасывающего вала на гранитный.

Q₂=q₃^.b=90^.7,31=657,9кН Горизонтальная составляющая веса гранитного вала

R_г=G^.tg45°= 600^.1,0=600кН Величина равнодействующей из сил многоугольника

R=702,17кН Гранитный вал рассчитывается на прочность и жесткость при соблюдении следующих условий:

1. Сила трения между шайбами и гранитным валом должна быть больше силы, смещения сердечника относительно цилиндра.;

2. По плоскости соприкосновения с цилиндром шайба не должна отходить от него под действием изгибающего момента (условие не раскрытия стыка).

Гранит является анизотропным материалом, имеющий низкий предел прочности при растяжении (10−40 МПа), поэтому при работе в гранитном блоке не должны возникать растяжения или изгибы более 2−3 МПа, то есть должно соблюдаться следующее условие:

где у_сж — напряжение сжатия в гранитном блоке то усилия прижатия шайб;

у_F — напряжение от изгиба, обусловленное действием изгибающего момента.

Напряжения сжатия будут равны где D и d — наружный и внутренние диаметры гранитного блока;

Т₀ — расчетное усилие сжатие гранитного блока шайбами, равное:

Т — сила прижима шайб к граниту, определяемая из условия отсутствия смещения гранитного блока относительно шайб (первое условие).

где ѓ - коэффициент трения между гранитом и шайбами, равный 0,15;

Изгибающие напряжения в гранитном блоке

где М — изгибающий момент посередине пролета вала:

W — момент сопротивления сечения гранитного блока.

Момент сопротивления стального сердечника и бетонной заливки между сердечником и гранитом не учитывают в следствии его малости.

После подстановки выражений для М и W в формулу имеем:

Условие прочности гранитного блока после подстановки у_сж и у_F в начальную формулу примет вид:

Условие жесткости гранитного вала (относительный прогиб вала, то есть отношение прогиба вала посередине к длине его рабочей части).

где Е_г — модуль упругости гранита, равный (5ч8)^.10¹⁰ МПа;

J_г — момент сопротивления поперечного сечения гранитного блока Для определения наружного и внутреннего диаметра гранитного блока необходимо выполнить совместно эти два условия.

После подстановки численных значений Проведя преобразования имеем Пологая

Преобразуя выражение получаем:

D=1050мм;d=400мм

7.Расчет мощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя

Проведем расчет мощности, потребляемой вторым прессом.

Нагрузка на гранитный вал от давления прессования:

b=735 см-длина зоны прессования.

Также на гранитный вал действует собственный вес вала

Равнодействующую от этих сил определяем графически:

Масштаб: 1см-100кН

R_тр=390кН Тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения гранитного вала:

d_ц=450 ммдиаметр цапоры гранитного вала;

D=1050 мм — диаметр гранитного вала;

f=0,02 — коэффициент трения в подшипниках.

Тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения отсасывающего вала:

Как показывает практика, средняя нагрузка на сукноведущие валики при ширине БДМ 6,72 м составляет 60 кН. Тогда тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках качения сукноведущих валиков:

n — количество валиков.

Площадь соприкосновения уплотнений с обечайкой отсасывающего вала:

а₁=0,032 м; а₂=0,068м — ширина уплотнений;

b_отс=6,85м — длина уплотнений.

Тяговое усилие, необходимое для преодоления трений уплотнений:

f=0,15 — коэффициент трения уплотнений и цилиндра;

Р_у=50 кН/м² — давление уплотнений;

d₀=995 мм — внутренний диаметр обечайки.

Суммарное тяговое усилие:

Т=Т_гр+Т₀+Т_св+Т_уп=3,34+7,37+2,18+4,45=17,34кН Увеличение тягового усилия при повышении скорости БДМ учитывает коэффициент:

К_V=1+0,0004(V_пр-200)=1+0,0004(502−200)=1,12

Возможное увеличение тягового усилия по сравнению со средним учитывает коэффициент: К_м=1,25ч1,3.

Принимаем К_м=1,3.

Мощность, потребляемая вторым прессом:

V_пр=502 м/мин=8,4м/с — скорость по приводу.

Т.к. приводные гранитный и отсасывающий валы, то мощность одного электродвигателя составит:

кВт Выбираем электродвигатель: 4ПФ225

Мощность — 170 кВт КПД — 89,7%

Частота вращения — 1500 1/мин

8.Выбор и проверка подшипников отсасывающего вала

По конструктивным соображениям выбираем подшипники качения № 30 031/530.

D=780мм; d=530мм; b=165мм.

Долговечность ПК: [c]=9,0 млн.об.

Нагрузка на один ПК:

Частота вращения отсасывающего вала:

Приведенная долговечность:

k_K=1 — коэффициент вращения;

k_д=1,2 — коэффициент выгрузки;

k_Т=1 — температурный коэффициент;

h=100 000час — потребная долговечность.

1. Оборудование ЦБП, Методические указания по выполнению курсовой работы, В. А. Смирнов, ЛТИ ЦБП. Л., 1990,38 с.

2. Справочник механика ЦБП., Пожитков В. И., Калинин М. И., Старец И. С.,-М., Лесная промышленность, 1983, 552 с.

3. Бумагоделательные и отделочные машины., Эйдлин И. Я., .,-М., Лесная промышленность, 1970, 624 с.