Процесс формования бумажного полотна

Введение

В настоящее время целлюлозно-бумажная промышленность является одной из ведущих в России и непосредственно влияет на экономику страны. Это, прежде всего, связанно с тем, что Россия, а в особенности её Азиатская часть обладают огромными неисчерпаемыми лесными ресурсами.

За последние несколько лет целлюлозно-бумажная промышленность России совершила огромный прыжок вперёд. Это произошло за счёт того, что руководители целлюлозно-бумажных предприятий стали вести правильную политику и привлекать как зарубежных, так и отечественных инвесторов.

Целлюлозно-бумажная промышленность — наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

Первое место по выработке бумаги принадлежит северному экономическому району, в котором особенно выделяется Карелия (Кондопожский и Сержский ЦБК). В Архангельской области размещается Соломбальский ЦБК. Крупные ЦБК расположены в Котласе, Новодвинске, Сыктывкаре.

Второе место занимает уральский экономический район. Производство почти целиком сконцентрировано в Пермской области: Краснокамске, Соликамске, Перми и др. В Свердловской области ЦБК расположены в Туринске и Новой Ляле.

На третьем месте Волго-Вятский район. Наиболее крупные предприятия действуют в Нижегородской области (Правдинский Балахнинский ЦБК), в республике Марий Эл (Марийский ЦБК в г. Волжске).

Целлюлозно-бумажная промышленность развита и в Северо-западном экономическом районе, главным образом в ленинградской области (города Сясьск и Светогорск), в Восточной Сибири (Братский, Усть-Илимский, Красноярский, Селенгинский, Байкальский ЦБК). На Дальнем Востоке производство концентрируется в городах Корсаков, Холмск, Углегорск, Амурск и др.

В настоящее наряду с большими заводами существуют частные небольшие промышленные объекты, специализирующиеся на производстве картона, туалетной бумаги и другой продукции. Одним из таких объектов является ООО «Кузбасский СКАРАБЕЙ»

ООО «Кузбасский СКАРАБЕЙ» расположен в г. Кемерово. Основной вид продукциикартон. Бывший завод «Мягкая кровля». Раньше занимался производством рубероида. На его территории расположены: главный цех, подготовительный цех, котельная, склад приемки макулатуры, склад готовой продукции, КНС.

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Картоноделательная машина Картоноделательная машина, многосекционный агрегат непрерывного действия, на котором из сильно разбавленной водой волокнистой суспензии получают картон.

Различают два основных типа бумагоделательной машины: плоскосеточные (столовые), применяемые для выработки основных видов бумаги, и круглосеточные (цилиндровые), на которых изготовляется ограниченный ассортимент бумаги и картона. Эти типы имеют различные устройства для выпуска бумажной массы на сетку бумагоделательной машины и отлива бумажного полотна, конструкция же остальных узлов, а также технологический процесс изготовления бумаги аналогичны (за исключением машины «сухого формования»).

На рисунке 1 приведена схема плоскосеточной бумагоделательной машины, включающая наряду с оборудованием собственно бумагоделательной машины вспомогательное оборудование, предназначенное для подготовки бумажной массы перед подачей её на сетку. Виды вспомогательного оборудования и его конструкция чрезвычайно разнообразны.

1 — машинный бассейн; 2 — насос; 3 бак постоянного напора; 4 — коническая мельница; 5 — смесительный насос; 6 — задвижки; 7 — очистная аппаратура; 8 — напорный ящик; 9 — сеточная часть; 10 — грудной вал; 11 — гауч — вал; 12 — регистровые валики; 13 — отсасывающие валики; 14 — равнительный валик (эгутер); 15 — правильный валик; 16 — прессовая часть; 17 — вальцовые прессы; 18 — шерстяные сукна; 19 — сушильная часть; 20, 21 — сушительные цилиндры; 22 — каландр; 23 — холодильный цилиндр; 24 — накат; 25 — продольно — разрезной станок.

Рисунок 1. — Схема плоскосеточной бумагоделательной машины Картоноделательная машина состоит из следующих основных частей: сеточной, где из разбавленной суспензии непрерывно формуется полотно бумаги и из него удаляется первая часть избыточной воды; прессовой, где производится обезвоживание и уплотнение полотна бумаги; сушильной, в которой удаляется оставшаяся в бумажном полотне влага; отделочной, где полотно подвергается необходимой обработке для придания лоска, плотности, гладкости и наматывается в рулоны.

Сеточная часть — бесконечная сетка (вытканная из нитей различных сплавов меди или синтетических материалов). Привод сетки осуществляется от гауч-вала. На новых машинах, имеющих вакуум-пересасывающие устройства, приводным является также ведущий вал сетки. Чтобы бумажная масса не стекала, по краям сетки устанавливаются ограничительные линейки. Обезвоживание бумажной массы и формование полотна бумаги происходят за счёт свободного стекания и отсасывающего действия регистровых валиков. Для получения более однородного полотна бумаги в продольном и поперечном направлениях, при скорости машины не более 300 м/мин, регистровая часть иногда подвергается тряске в поперечном направлении. Дальнейшее обезвоживание происходит над отсасывающими ящиками под действием вакуума, создаваемого специальными вакуумными насосами. При выработке высокосортных бумаг над ними часто устанавливают лёгкий равнительный валик (эгутер). После этого полотно бумаги содержит ещё сравнительно много влаги (88—90%), для удаления которой сетка вместе с полотном бумаги проходит над гауч-валом (на тихоходных машинах гауч-пресс), который имеет от одной до трёх отсасывающих камер. Гауч-вал — перфорированный пустотелый цилиндр из бронзового сплава или нержавеющей стали (площадь перфорации составляет около 25% поверхности вала). Внутри корпуса находится неподвижная вакуумная камера с графитовыми уплотнениями, которые пневматически прижимаются к внутренней поверхности цилиндра. Вакуумная камера соединена с непрерывно действующим вакуумным насосом. Гауч-вал завершает формование и обезвоживание (до сухости 18—22%) полотна бумаги на сетке буммашины.

Дальнейшее обезвоживание происходит в прессовой части механическим отжимом под действием давления и вакуума путём пропуска полотна через несколько (2—3, реже 4—5) вальцовых прессов, расположенных последовательно (часто первый и второй прессы объединены в сдвоенный пресс). При этом повышаются объёмная масса, прочностные свойства, прозрачность, снижаются пористость и впитывающая способность бумаги. Прессование выполняется между шерстяными сукнами, которые предохраняют ещё слабую бумагу от разрушения, впитывают отжатую влагу и одновременно транспортируют полотно. Каждый пресс имеет своё сукно. На всех новых быстроходных буммашинах нижние валы прессов делаются перфорированными (как гауч-валы). Они покрываются специальной резиной, что улучшает обезвоживание и увеличивает срок службы. На некоторых буммашинах вместо нижних отсасывающих валов устанавливаются валы со специальным желобчатым рифлением (канавками). На мощных буммашинах нижние валы первого и второго прессов делаются отсасывающими (аналогично гауч-валу). Часто, кроме прессов с сукнами, устанавливают ещё сглаживающие (или офсетные) прессы без сукон для уплотнения бумаги и придания ей гладкости. Затем полотно бумаги с сухостью до 45% поступает в сушильную часть.

Сушильная часть (наибольшая по длине) состоит из вращающихся, обогреваемых изнутри паром и расположенных обычно в 2 ряда в шахматном порядке цилиндров. Полотно прижимается к нагретой поверхности цилиндров при помощи сукон, улучшающих теплоотдачу и предотвращающих коробление и сморщивание поверхности бумаги при сушке. Верхний и нижний ряды сушильных цилиндров имеют раздельные сукна, причём одно сукно охватывает сразу несколько цилиндров (группа сушильных цилиндров). Полотно бумаги движется с верхнего цилиндра на нижний, затем на соседний верхний и т. д. При этом бумага высушивается до содержания остаточной влаги 5—7%. На современных буммашинах во второй половине сушильной части обычно помещают клеильный двухвальный пресс для поверхностной проклейки бумаги и нанесения поверхностного слоя. Сушильная часть некоторых буммашин снабжена автоматическими регуляторами подачи пара в цилиндры, приспособлениями для автоматической заправки полотна бумаги на сушильные цилиндры и т. д. Пар собирается под колпаком, расположенным над всей сушильной частью буммашины, а затем отводится вытяжными вентиляторами наружу. Тепло используется в калориферах и теплообменниках.

В настоящее время на ООО «Кузбасский СКАРАБЕЙ» установлена плоскосеточная бумагоделательная машина, обрезная ширина 2100 мм, предназначенная для производства следующего типа продукции: картон для плоских слоев гофрированного картона марок К2, К3, массой 140−170 г/м2, бумага для гофрирования марок Б1, Б2, Б3 массой 100−140 г/м2, технический картон по ТУ 5443−003−10 882 662−2005 массой 170−200 г/м2.

Сушильная часть бумагоделательной машины состоит из 42 сушильных цилиндров, которые разбиты на 5 приводных групп:

1. Первая группа состоит из 6 сушильных цилиндров;

2. Вторая группа состоит из 8 сушильных цилиндров;

3. Третья группа состоит из 10 сушильных цилиндров;

4. Четвертая группа состоит из 10 сушильных цилиндров;

5. Пятая группа состоит их 8 сушильных цилиндров.

Расположение сушильных цилиндров двухярусное, одноэтажное. Все сушильные группы снабжены нижними и верхними сушильными сукнами.

Сушильные цилиндры диаметром 1500 мм и длиной 2560 мм, состоят из чугунного корпуса и двух чугунных крышек с цапфами, прикрепленных шпильками к корпусу. Подача пара и удаление конденсата в сушильных цилиндрах производиться с приводной стороны машины через паровые головки и полые цапфы. Удаление конденсата производится двурогими черпаками. Изготовлены цилиндры из чугуна с присадкой никеля и хрома. Рабочее давление пара в сушильных цилиндрах до 5 кгс/см2.

1.2 Сеточная часть Сеточная часть является главным участком бумагоделательной машины, где осуществляются начальные технологические процессы, связанные с формованием и обезвоживанием бумажного полотна и определяющие возможную производительность машины.

Процесс формования на сетке БДМ должен обеспечить получение качественного бумажного полотна. Непосредственное влияние на процесс формования оказывает происходящий одновременно с ним процесс обезвоживания, основой которого является фильтрация воды сквозь сетку и слой осевших волокон. Поэтому теоретическое описание процесса обезвоживания, определяющее количество удаляемой воды и связанной с этим изменение концентрации по длине регистровой части, является необходимым для управления процессом, его автоматизации с целью получения требуемого качества продукта.

Основным элементом сеточного стола является движущаяся бесконечная сетка, натянутая между грудным и гауч-валом. Верхняя ветвь сетки (рабочая) движется по формующему ящику, регистровым валикам, гидропланкам, мокрым отсасывающим ящикам, сухим отсасывающим ящикам, а нижняя (нерабочая) — по сетковедущим валикам, сеткоправильным и сетконатяжным устройствам, ведущему валу.

1 — грудной вал; 2 — формующий ящик; 3 — регистровый вал; 4 — ящик гидропланок; 5 — мокрый отсасывающий ящик; 6 — отсасывающий ящик; 7 — отсечка; 8 — гаучвал; 9 — ведущий вал; 10 — измерительное устройство автоматической сетконатяжки; 11 — сетконатяжка для создания предварительного натяжения сетки; 12 — сеткоправка; 13 — исполнительный механизм автоматической сетконатяжки; 14 — сетка Рисунок 2 — Сеточная часть Грудной вал, устанавливаемый в начале сеточного стола, — трубчатый, как показано на рисунке 1.4. Наружный его диаметр от 400 до 1000 мм, толщина стенки от 6 до 8 мм; вал облицован твердой резиной. При увеличении диаметра вала уменьшаются напряжения изгиба, возникающие при охвате вала сеткой. Обычно грудной вал приводится во вращение сеткой. В единичных случаях привод грудного вала осуществляется электродвигателем. Для нормальных условий формования относительный прогиб грудного вала не должен превышать .

Поверхность вала очищается от волокон шабером с пластмассовым или деревянным клинком. Для уменьшения износа вала шабер совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси вала при помощи гидравлического или пневматического устройства.

Для опускания вала служит пневматический гидравлический двигатель или электродвигатель, соединенный с редуктором. Формующий ящик устанавливается за грудным валом, предназначается для регулирования процесса обезвоживания и формования полотна. Обычно используют сплошные формующие ящики или ящики, состоящие из отдельных планок. Переднюю кромку покрытия ящика заостряют, чтобы приблизить ее к грудному валу. На скоростных машинах иногда устанавливают гидропланки с рабочим углом 0,5°. Благодаря гидропланкам создается разрежение, которое прижимает сетку к формующему ящику и предохраняет ее от вибрации в районе грудного вала

1 — труба; 2 — резиновое покрытие; 3 — патрон; 4 — цапфа; 5 — радиальный подшипник; 6 — упорный подшипник Рисунок 3 — Грудной вал

Планки формующего ящика изготавливают из высокомолекулярного полиэтилена или оксидной керамики, корпус — из нержавеющей стали.

При работе машины между сеткой и формующим ящиком не должно быть зазора, в который попадает вода и нарушается стабильность формования. Во избежание захватывания воздуха ячейками сетки верхнюю губу напорного ящика устанавливают в таком положении, чтобы небольшая часть струи, выходящей из напорного ящика, попадала на сетку между грудным валом и формующим ящиком, а основная часть струи — на переднюю (широкую) планку формующего ящика.

После формующего ящика на участке формования и обезвоживания могут быть установлены регистровые валики, гидропланки и мокрые отсасывающие ящики.

Примерно до 1970 года для поддержания сетки в горизонтальном положении устанавливались регистровые валики, количество которых доходило до 30 35 штук.

На рисунке 4 показан сеточный стол с регистровыми валиками.

1 — грудной вал; 2 — регистровые валики; 3 — ограничительные линейки; 4 — формующая доска; 5 — отсасывающие ящики; 6 — дефлекторы; 7 — отсасывающий гауч-вал; 8 — сетковедущие валики; 9 — правильный валик; 10 натяжной валик Рисунок 4 — Сеточный стол с регистровыми валиками

На быстроходных машинах для устранения провисания сетки и заброса воды центробежной силой на соседний валик между отдельными регистровыми валиками ставятся небольшие опорные планки и дефлекторы.

Регистровые валики для небольших машин изготовляют из латунных и алюминиевых, а для больших машин — из стальных труб, которые покрывают слоем меди или резины. Диаметр регистровых валиков зависит от ширины машины и находится в пределах от 80 до 400 мм.

Исследования процесса формования бумажного полотна на регистровых валиках показали, что при входе сетки в зону их действия, бумажная масса, находящаяся на ней, подвергается снизу давлению, достигающему от 200 до 240 мм рт.ст., за счет воды, выдавливаемой валиком вверх. При сходе сетки с массой с регистрового валика возникает вакуум, достигающий в зоне между поверхностью валика и сеткой 500 мм рт.ст. (при скорости 800 м/мин). Следовательно, на каждом регистровом валике волокнистый слой на сетке подвергается попеременному воздействию давления и разрежения, что отрицательно сказывается на процессе формования бумажного полотна Для устранения недостатков ученые пошли двумя направлениями:

— первое направление — конструкция сеточного стола остается без изменений, а вместо регистровых валиков устанавливают гидропланки и мокрые отсасывающие ящики;

— второе направление — создание формующих устройств, отличных от традиционной сеточной части, где формование и обезвоживание протекает между двумя сетками, то есть двухсеточные формующие устройства.

В результате разработок первого направления для наиболее эффективного обезвоживания бумажной массы при небольшом износе и минимальных затратах энергии создан целый ряд гидропланок различных конфигураций и профилей.

Многочисленные конструкции гидропланок можно разделить на следующие группы:

— одинарные гидропланки, показанные на рисунке 1.6 позволяющие регулировать положение рабочей (обезвоживающей) части планки по отношению к движущейся сетке;

— пакетное расположение гидропланок (по 3−10 штук), имеющих одинаковые конструктивные параметры по обезвоживанию, представленное на рисунке 5.

а — одинарная; б — пакетное расположение Рисунок 5 — Гидропланки Использование перечисленных конструкций гидропланок зависит от технологических параметров бумагоделательной машины, на которой они будут установлены, но удобнее в обслуживании пакетное расположение (ящики с гидропланками).

Стандартные гидропланки для бумагоделательных машин, работающих на скорости до 500−550 м/мин, изготовляются из высокомолекулярного полиэтилена низкого давления. При скорости машины свыше 550−600 м/мин целесообразно применять керамические гидропланки, хотя они и значительно дороже. Наиболее распространенный профиль гидропланок показан на рисунке 5 под номером I. Гидропланки этого профиля используются как для одиночной установки, так и для набора пакетов. Под номерами 2 и 3 показаны гидропланки, у которых наклонная поверхность состоит из двух зон обезвоживания «а» и «б». В первом случае зона «а» ограничена частью наклонной плоскости с кривизной, зона «б» — другой ее частью, расположенной под углом. Во втором случае — зоны «а» и «б» ограничены наклонными плоскостями, расположенными под углами / и / соответственно.

Такие конструкции гидропланок позволяют обезвоживать массу, создавая в ней микротурбулентность в первой зоне, что благоприятно сказывается на формовании и получении равномерного просвета, особенно при использовании длинноволокнистой массы, например, сульфатной хвойной целлюлозы. Гидропланки 2 обеспечивают более мягкий режим обезвоживания массы, чем гидропланки 3, благодаря их более плавной наклонной поверхности. В гидропланках 5 и 6 в зоне сильного износа поверхности врезан специальный вкладыш из окиси кремния или из кислотоупорного износостойкого металла, что обеспечивает значительное удлинение срока работы гидропланки (в 4−5 раз), хотя они в 3−4 раза дороже по сравнению с планками без вкладышей. В зависимости от содержания наполнителя и песка в бумажной массе такие гидропланки работают в течение 4−6 месяцев между шлифовками. На рисунке показаны различные профили гадропланок, применяемые для формования и обезвоживания бумажного полотна.

Основные конструктивные элементы гидропланки: l1 — плоская поверхность; l2 — наклонная поверхность; l3 — направляющая поверхность; угол наклонной поверхности; - угол направляющей поверхности Рисунок 6 — Профили гидропланок

Мокрые отсасывающие ящики (МОЯ) отличаются от регистровых валиков и гидропланок тем, что скорость обезвоживания и величина вакуума в них не зависят от скорости сетки. Это позволяет создать наиболее оптимальные условия для проведения процесса формования и обезвоживания с целью получения бумажного полотна с требуемыми свойствами.

Мокрые отсасывающие ящики с успехом используются практически при любых скоростях бумагоделательных машин, особенно при низких, для удержания мелкого волокна, наполнителя и красителя.

При использовании на высоких скоростях мокрые отсасывающие ящики целесообразно устанавливать в зоне активного формования бумажного полотна, где важно поддерживать вакуум без значительных перепадов, чтобы обеспечить образование равномерной структуры бумаги по толщине листа.

При скорости работы бумагоделательных машин 300 — 400 м/мин поверхность планок мокрых отсасывающих ящиков покрывают полиэтиленом высокой плотности, а при скорости свыше 500 м/мин, и при выработке бумаги с высокой зольностью, для покрытия применяют керамические материалы; хотя они и значительно дороже полиэтилена, но обеспечивают стабильность технических параметров планок, что чрезвычайно важно при работе на скоростях от 700 до 900 м/мин и выше.

Для удаления воды используются обычные гидрозатворы, располагаемые по всей длине ящика, или отдельные трубы, нижние концы которых опущены в желоб (рисунок 7).

Рисунок 7 — Схема движения воды в мокрых отсасывающих ящиках Мокрый отсасывающий ящик, показанный на рисунке 1.7, представляет собой сварной нержавеющий корпус, сверху которого установлена плита из высокомолекулярного полиэтилена. Плита изготовлена с узкими щелями шириной 15−20 мм, направленными поперек машины. Живое сечение плиты около 50%.

Ящики выпускаются шириной 240; 420 и 700 мм. В мокрых отсасывающих ящиках вакуум постепенно увеличивают по ходу сетки, причем максимальная его величина должна находиться в пределах от 1 до 1,5 м вод. ст. В каждом конкретном случае необходимо учитывать вид вырабатываемой бумаги.

Устанавливают 2 4 мокрых отсасывающих ящика, как правило, в конце участка формования и обезвоживания после гидропланок и регистровых валиков. В этом случае расчет процесса формования и обезвоживания на МОЯ сводится к расчету количества удаляемой воды, предварительно определив величину вакуума в каждом из них.

При полной замене регистровых валиков и гидропланок мокрыми отсасывающими ящиками качество получаемого бумажного полотна можно улучшить за счет уменьшения начальной концентрации поступающей бумажной массы и регулирования интенсивности процесса обезвоживания. Следует отметить, что при этом не только полностью используются преимущества мокрых отсасывающих ящиков по сравнению с регистровыми валиками, но и уменьшается длина участка формования, что особенно важно при модернизации сеточных частей бумагоделательных машин с целью увеличения скорости без изменения существующей длины регистровой части. Процесс формования и обезвоживания на мокром отсасывающем ящике протекает в условиях постоянного напора (вакуума).

Сухие отсасывающие ящики (схема представлена на рисунке 8) устанавливаются в конце сеточной части, обезвоживание на них происходит под действием вакуума, создаваемого вакуумными насосами.

1 — отсасывающий ящик; 2 — верхняя крышка ящика; 3 — шибер для регулирования ширины отсоса; 4 — винт для перемещения шибера; 5 — отводящий патрубок для воды и воздуха; 6 — болты для регулирования положения ящика по высоте Рисунок 8 — Отсасывающий ящик Сухость полотна бумаги после отсасывающих ящиков составляет от 6 до 14%.

Сетка скользит по крышкам отсасывающих ящиков, имеющих продолговатые или круглые отверстия. Живое сечение отверстий составляет 35−60% поверхности крышки. В некоторых конструкциях крышки состоят из отдельных планок шириной 20−30 мм, с просветом между ними 30−35 мм. Живое сечение в этом случае — до 40−60%. Однако, при такой конструкции износ сетки несколько повышается, так как, втягиваясь в просветы между планками, она изнашивается сильнее, чем на дырчатых крышках.

Ширина отсоса на ящиках в зависимости от ширины бумаги на сетке регулируется форматными шиберами. На современных машинах корпуса ящиков сварные, из нержавеющей стали. На машинах высокой скорости, где количество удаляемой воды велико, глубину (высоту) ящика следует увеличить, чтобы между уровнем воды в ящике и сеткой всегда было воздушное пространство. Положение ящика по высоте можно регулировать, обеспечивая соприкосновение с сеткой всех ящиков. В зависимости от вида бумаги и скорости машины, устанавливают от 3 до 12 отсасывающих ящиков шириной 200−500 мм.

При одной и той же общей ширине предпочтительно большее число узких ящиков (шириной 200−300 мм), чем меньшее число широких, так как это обеспечивает более медленное и плавное нарастание вакуума по ходу машины. Ящики необходимо устанавливать вплотную друг к другу. При таком расположении сокращается место, занимаемое отсасывающими ящиками по длине сеточной части, и повышается сухость полотна ввиду уменьшения количества впитывающейся воды из ячеек сетки в полотно бумаги на участках между ящиками, где не происходит обезвоживания.

При увеличении вакуума интенсивность обезвоживания повышается; однако не следует создавать вакуум выше необходимого для нормальной работы, так как при этом ухудшается качество бумаги, увеличивается провал мелкого волокна сквозь сетку, усиливается маркировка бумаги, приводящая к большей разносторонности бумажного полотна, а также возрастают износ сетки и потребляемая сеточной частью мощность.

Для уменьшения износа сетки к материалу покрытия отсасывающих ящиков предъявляются следующие требования:

1 иметь минимальный коэффициент трения с сеткой;

2 быть износоустойчивым.

Для решения указанных выше требований стали применять в качестве покрытий фторопласт-4, высокоглиноземистую керамику, содержащую до 90−95% Al2O3, а также карбид кремния. Для этих материалов характерен очень низкий коэффициент трения с сеткой (f = 0,030,035), но их изготовление достаточно сложное и дорогое.

Наиболее распространенным стало использование синтетических сеток совместно с материалом покрытия из высокомолекулярного полиэтилена. Практика работы бумагоделательных машин показала, что срок службы синтетических сеток при выработке газетной бумаги доходит до 120 суток.

После отсасывающих ящиков бумажное полотно обезвоживается на гауч-вале до сухости 15 — 20%.

Гауч-вал состоит из нижнего отсасывающего вала и верхнего легкого прижимного валика, уплотняющего бумажное полотно, что способствует повышению вакуума примерно на 0,5104 Па и сухости бумаги на 1 — 1,5%. По количеству камер гауч — валы делятся на однокамерные, двухкамеры и трехкамерные. Установка того или иного гауч — вала определяется в основном проектной скоростью машины: так, при скорости от 300 до 450 м/мин применяются однокамерные гауч — валы, а при больших скоростях — двух —, трехкамерных.

Основными узлами камерного отсасывающего вала (рисунок 9) являются цилиндр, отсасывающая камера и подшипники. Для надевания сетки вал с лицевой стороны необходимо приподнять, чтобы вытащить подставку на лицевой станине. Для подъема вала имеется нажимной механизм, расположенный на конце приводной цапфы. В поднятом положении вал располагается консольно и опирается на подшипник, находящийся с приводной стороны машины.

картоноделательный сушильный сетка прессовый

1 — цилиндр; 2 — удлиненная приводная цапфа; 3 — болты для крепления цапф к цилиндру; 4 — подшипник качения цилиндра с приводной стороны; 5 — лицевая крышка; 6 — подшипник качения цилиндра с лицевой стороны; 7 — отсасывающая камера; 8 — хвостовик отсасывающей камеры с приводной стороны; 9 — подшипник отсасывающей камеры с приводной стороны; 10 — хвостовик отсасывающей камеры с лицевой стороны; 11 — лицевая станина отсасывающего вала; 12 — механизм для поворота камеры; 13 — ролики для выкатывания камеры; 14 — шланг пневматического прижима уплотнений; 15 труба для подачи воздуха в шланг; 16 — поперечные уплотнения камеры; 17 — продольные уплотнения камеры; 18 — винт для перемещения поперечных уплотнений; 19 — труба для подачи воды в спрыск; 20 — спрыск; 21 — подставка, вынимаемая при смене сетки Рисунок 9 — Отсасывающий вал консольного типа На современных высокоскоростных машинах с большой шириной установлены отсасывающие гауч — валы. Отвод воды из камеры в них осуществляется с лицевой стороны через патрубок в пустотелую поперечную консольную балку сеточного стола, расположенную у вала.

2. Технологическая часть[2]

2.1 Расчет процесса формования и обезвоживания бумажной массы на ЭВМ При проведении расчета на ЭВМ необходимо правильно ввести в нее исходные данные. Для этого следует:

— сделать схему расположения обезвоживающих и формующих элементов с проставленными размерами участков свободной фильтрации;

— изучить порядок расчета формул для каждого признака и соответственно написать последовательность признаков и расстояния между обезвоживающими элементами для ввода их в ЭВМ;

— определить коэффициент фильтрации на приборе по специальной методике для нескольких значений напора и построить зависимость коэффициента фильтрации от напора. Для каждого расчетного участка определяется величина напора и по графику определяется соответствующее значение коэффициента фильтрации. Таким образом определяют статический коэффициент фильтрации; для расчета на ЭВМ необходимо брать значение динамического коэффициента, который, как показали многочисленные эксперименты, примерно в 8−10выше статического. Это дает возможность изменять значение коэффициента фильтрации, если в этом возникает необходимость, то есть значение расчетной концентрации очень быстро достигает концентрации слоя осевших волокон и расчет останавливается или наоборот, показывает неэффективность работы участка формования и обезвоживания.

Экспериментальные данные показывают, что чем меньше начальная концентрация массы, поступающей из напорного ящика, тем более равномерное и распределение волокон и лучше просвет, поэтому выбор оптимального значения начальной концентрации, а значит и высоты слоя массы, поступающего из напорного ящика, также оказывает влияние на изменение концентрации по длине участка формования и обезвоживания.

Процесс формования и обезвоживания протекает нормально, если изменения концентрации бумажной массы по длине формования имеет линейную зависимость. Поэтому, построив график по результатам расчета, можно судить о степени конструктивного и технологического совершенства участка формования и обезвоживания и внести при необходимости скорректированные значения величин, которые, как уже указывалось, могут повлиять на степень изменения концентрации бумажной массы по длине формования.

Схема алгоритма и программа составлены исходя из четырех разных участков обезвоживания и формования:

Признак 1 — открытый участок сетки бумагоделательной машины;

Признак 2 — регистровый валик;

Признак 3 — гидропланка;

Признак 4 — мокрый отсасывающий ящик.

Рисунок 2.1 — Схема алгоритма головной программы Рисунок 2.2 — Схема алгоритма подпрограммы «Признак 1»

Рисунок 2.3 — Схема алгоритма подпрограммы «Признак 2»

Рисунок 2.4 — Схема алгоритма подпрограммы «Признак 3»

Рисунок 2.5 — Схема алгоритма подпрограммы «Признак 4»

3. Конструкторская часть

3.1 Расчет ящиков с гидропланками Корпуса ящиков обычно изготавливают сварными из нержавеющей листовой стали Х18Н9Т толщиной от 6 до 12 мм. Ящики опираются на балки сеточного стола с помощью кранштейнов, приваренных к торцевым крышкам ящика. Положение ящика по высоте для обеспечения контакта с сеткой можно регулировать установочными винтами с гайками.

Сечение корпуса ящика представляет собой основной несущий элемент треугольной формы, к которому по длине ящика приварены ребра жесткости. К ребрам жесткости с обеих сторон приварены боковые накладки из листовой стали, как показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1- Поперечное сечение корпуса ящика с гидропланками Для определения осевых моментов инерции и сопротивления поперечного сечения ящика необходимо разбить сечение на отдельные геометрические фигуры, положение центра тяжести и момент инерции которых известен. Составное сечение ящика содержит горизонтально и вертикально расположенные кольцевые секторы и узкие вертикальные и наклонные прямоугольники.

3.1.1 Определяем площадь сечения кольцевого сектора в соответствии с рисунком 3.2 из выражения Рисунок 3.2 — Площадь сечения кольцевого сектора

(3.1)

где rрадиус кольцевого сектора, м; r=0,028 м

— толщина полосы, м; =0,006 м

(3.2)

3.1.2 Определяем положение центра тяжести и координаты крайних точек сечения

(3.3)

(3.4)

3.1.3 Определяем момент инерции относительно оси Х-Х для горизонтального кольцевого сектора согласно рисунка 3.2

(3.5)

3.1.4 Координаты крайних точек сечения и момент инерции относительно оси Х-Х для вертикального кольцевого сектора определяем по рисунку 3.3

Рисунок 3.3 — Схема кольцевого сектора

м (3.6)

где rрадиус кольцевого сектора; r=0,028 м

4 м Момент инерции

(3.7)

=

3.1.5 Площади и момент инерции сечения вертикальной прямоугольной полосы определяем согласно рисунку 3.4

Рисунок 3.4 — Схемы сечения вертикальной (а) и наклонной (б) прямоугольных полос

(3.8)

Где hвысота полосы, м

— толщина полосы, м

(3.9)

Для наклонной прямоугольной полосы, согласно рисунку 3.4,б площадь и момент инерции определяются

(3.10)

где ?- толщина полосы, м

lдлинна полосы, м

(3.11)

где hвысота наклонной полосы, м Для горизонтально расположенной полосы

(3.12)

где Вширина полосы, м

(3.13)

(3.14)

3.1.6 Определяем координаты центра тяжести сечения ящика по выражению

(3.15)

где — расстояние от центров тяжести отдельных геометрических фигур до начала координат, м;

— площади соответствующих фигур сечения,

3.1.7 Определяем момент инерции сечения ящика

(3.16)

где — - расстояние соответствующих фигур сечения ящика от центров тяжести до нейтральной оси, м.

3.1.8 Момент сопротивления сечения ящика

(3.17)

Определяем вертикальную нагрузку, действующую на ящик

(3.18)

Где — - сила тяжести ящика, Н

— распределенная нагрузка на ящик от массы с сеткой (для расчета принимается 100Н/м).

Вдлина рабочей части ящика, м Сила тяжести ящика с 5-ю гидропланками

=7096 H

С расчетной точки зрения корпуса ящика будет представлять собой балку на двух опорах, нагруженную равномерно распространенной нагрузкой по длине рабочей части корпуса (рисунок 3.5)

Рисунок 3.5 — Схема нагружения корпуса ящика Так как нагрузка симметричная, реакции опор равны между собой

H (3.19)

Где — - интенсивность равномерно распределенной нагрузки, Н/м

(3.20)

Ящик крепится к продольным балкам сеточного стола по средствам кронштейнов.

3.2 Расчет мокрых отсасывающих ящиков Количество воды, отводимой из полотна картона одним отсасывающим ящиком, Q, м3/с, находится по формуле

(3.21)

где h2 — высота слоя воды, удаляемой из полотна отсасывающим ящиком, м;

B — ширина полотна картона, м;

Vc — скорость, м/с.

(3.22)

где K — коэффициент фильтрации, м/с;

Н — вакуум в мокром отсасывающем ящике, м. вод. ст;

h0 — высота слоя массы, поступающей на МОЯ, м;

L — длина живого сечения МОЯ, м;

С — концентрация осевшего слоя, %;

С0 — начальная концентрация массы, %;

Сm — концентрация промоя, %.

Принимаем К=1,05; Н=0,44 м. вод. ст; h0=0,0054 м; L=0,3 м; С=3,8%; С0=0,5%; Сm=0,0146%.

м3/с.

Площадь сечения, необходимого для удаления воды из ящика, S, м2, находится по формуле

(3.23)

где Vв — скорость движение воды, м/с.

µ - коэффициент истечения, учитывает потери скорости за счёт трения о стенки ящика и местных сопротивлений, µ=0,5−0,6, принимаем µ=0,6;

g — ускорение свободного падения, м/с2;

H1 — расстояние от уровня сетки до уровня воды в гидрозатворе ящика, м

H2 — уровень воды в ящике, соответствующий максимальному значению вакуума в ящике, м. вод. ст.

Число труб n, определяется по формуле

(3.24)

где dв — внутренний диаметр трубы, м.

Принимаем трубу 2196 мм.

.

Принимаем по длине ящика 3 сифонных трубы.

Рисунок 3.6 — Поперечное сечение МОЯ Координата центра тяжести сечения ящика yЦТ в соответствии с рисунком 3.6, определяется по формуле

(3.25)

где F1, F2, F3 — площади соответствующих прямоугольников сечения, м2;

с1, с2, с3 — расстояния от центров тяжести фигур сечения до начало координат, м.

м.

Осевой момент инерции сечения ящика Ix, м4, определяется по формуле

(3.26)

где y1, y2, y3 — расстояния от центра тяжести фигур сечения до нейтральной оси, м.

Момент сопротивления сечения Wx, м, определяется по формуле

(3.27)

м3.

Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на ящик, Р, Н, определяется по формуле

(3.28)

где Gя — сила тяжести ящика, Н;

Gв — сила тяжести воды в ящике, Н;

Qвак — усилие от вакуума в ящике, Н.

(3.29)

где Н — высота слоя воды в ящике, м;

?я — ширина ящика, м;

Lя — длина ящика, м;

? — плотность воды, равная 1000 кг/м3;

g — ускорение свободного падения, м/с2.

Н,

(3.30)

где Fжив — живое сечение ящика, м2;

Рвак — величина вакуума в ящике, Па.

(3.31)

где В — длина корпуса ящика, м.

Н,

Н.

Абсолютный прогиб рабочей части ящика посередине пролёта fабс, м, находится по формуле

(3.32)

где l — расстояние между опорами ящика, м;

Е — модуль упругости, Н/м2; принимаем для стали Е= Н/м2;

Рисунок 3.7 — Схема нагружения корпуса мокрого отсасывающего ящика Относительный прогиб рабочей части ящика, находится по формуле

(3.33)

следовательно, условие выполняется.

Изгибающий момент в середине пролёта ящика Мmax, Нм, находится по формуле

(3.34)

Нм.

Напряжения от изгибающего момента? и, МПа, находится по формуле

(3.35)

МПа Коэффициент запаса прочности по пределу текучести nT, находится по формуле

(3.36)

где ?Т — предел текучести материала, для стали X18Н9Т? Т=200 МПа;

— допускаемое значение коэффициента запаса прочности, принимаем =1,5;

Поперечное сечение корпуса мокрого отсасывающего ящика удовлетворяет требованиям прочности и жесткости.

Ящик крепится к продольным балкам сеточного стола с помощью кронштейнов, усиленных рёбрами жесткости. Координаты центра тяжести сечения кронштейна в соответствии с рисунком 3.8 определяется следующим образом:

(3.37)

Рисунок 3.8 — Поперечное сечение кронштейна Момент инерции сечения кронштейна Ix, м4, находится по формуле

(3.38)

Момент сопротивления сечения Wx, м3, находится по формуле

(3.39)

Изгибающий момент, действующий на кронштейн, Мк, Нм, находится по формуле

(3.40)

где Р — вертикальная нагрузка, действующая на ящик, Н;

lк — вылет кронштейна, м.

Нм Напряжения, возникающие в сечении кронштейна, ?, МПа, находится по формуле

(3.41)

МПа.

Коэффициент запаса прочности по пределу текучести nT, находится по формуле

(3.42)

где ?Т — предел текучести материала, для стали X18Н9Т? Т=200 МПа;

— допускаемое значение коэффициента запаса прочности, принимаем

=1,5;

Напряжения среза, возникающие в сварных швах кронштейна от действия изгибающего момента, ?ш, МПа, находится по формуле

(3.43)

где? — коэффициент, учитывающий глубину провара, принимаем ?=0,7;

hш — толщина таврового шва (катет равнобедренного треугольника, вписанного в профиле шва), м;

lш — расчётная суммарная длина тавровых швов в соединении, м;

m — коэффициент условий роботы шва, принимаем m=0,9;

[?ш] - допускаемое напряжение среза сварного шва, принимаем для стали X18Н9Т равным 150 МПа.

4. Ремонт и монтаж КДМ[5]

Бумагоделательная машина является основным агрегатом производства, определяющим производительность и работу всего производственного потока. Пуск бумагоделательной машины и налаживание нормального технологического режима после пуска занимает не менее 20 — 30 мин. При налаживании машины часто вырабатывается нестандартная бумага и увеличивается промой волокна. Бесперебойная работа бумагоделательной машины, максимальное снижение внеплановых и аварийных простоев ее в многом связаны с правильной организацией соответствующих ремонтных работ.

Планово-предупредительный ремонт, являющийся видом ремонтных работ выполняется во время плановых простоев машины. Цель такого ремонта — своевременным просмотром оборудования и заменой изношенных деталей и узлов предупредить возможность поломки деталей, обеспечить бесперебойную работу оборудования и предотвратить недопустимый его износ. При планово-предупредительном ремонте осмотр оборудования производят в установленные графиком сроки. Детали и отдельные части машины заменяют в зависимости от их фактического износа.

Каждые 5 — 10 лет бумагоделательную машину останавливают на 15 — 30 дней для капитального ремонта. Обычно капитальный ремонт совмещаются с модернизацией машины, при этом преследуется цель одновременно с ремонтом довести производительность и основные технические показатели работы машины до уровня, близкого к современному состоянию бумагоделательных машин, предназначенных для данного вида бумаги.

Объем ремонтных работ на бумагоделательных машинах значителен.

Ремонтными работами, общими для всей бумагоделательной машины, являются:

Осмотр через каждые 6 — 12 месяцев, и в случае надобности, смена подшипников валов. Долговечность работы подшипников качения во многом зависит от качества и своевременности их смазки.

Проверка пригонки шаберов грудного и сетковедущих валов при каждой смене сетки; смена лезвий шаберов верхних прессовых валов и пригонка их (через 1 — 2 месяца); пригонка шаберов сушильных цилиндров (через 6 — 12 месяцев)4 смена шаберов валов каландра при смене валов и пригонка их по мере надобности; пригонка шабера наката (через 6 — 12 месяцев).

Осмотр и ремонт ручных и автоматических механизмов правки и натяжки сетки, прессовых и сушильных сукон (ручные механизмы осматриваются раз в год, автоматические через 3 — 4 месяца).

Кроме указанных ремонтных работ, основными ремонтными работами на сеточной части являются:

Прострожка крышек отсасывающих ящиков. Обычные деревянные крышки прострагивают при каждой смене сетки. Крышки из текстолита и парафинированной древесины, поставленной на торец, прострагивают реже (через 1 — 1,5 месяца). Для прострожки крышек на широких бумагоделательных машинах иногда пользуются специальным передвижным фрезерным станком.

Осмотр (с разборкой) отсасывающего вала через 6 — 12 месяцев. При этом вынимают камеру, подгоняют или заменяют текстолитовые уплотнения; осматривают подшипники вала и хвостовика камеры, устройства для продольного перемещения поперечных уплотнений, пневматические шланги, спрыски и др. такой осмотр трудоемок и продолжается 12 — 16 ч.

Осмотр и ремонт через каждые 6 — 12 месяцев, в зависимости от конструкции и условий работы бумагоделательной машины, механизмов тряски, выдвижения сеточного стола, регулирование щели напорного ящика.

Проверка параллельности валов сеточной части (не реже 1 раза в 6 месяцев). За исходную принимают ось нижнего вала гауча.

Объем ремонтных работ на прессовой части сравнительно невелик и зависит от ее конструктивных особенностей — наличия отсасывающих или обычных прессов. Основными ремонтными работами, кроме указанных ранее ремонтных работ, общих для бумагоделательной машины, являются: 1) смена прессовых валов; 2) осмотр, ремонт и чистка отсасывающих валов.

Ремонтные работа на отсасывающих валах прессовой части примерно такие же, как и на отсасывающих валах сеточной части, но разборку и чистку валов прессовой части производят чаще (раз в 3 — 4 месяца) ввиду большего забивания отверстий этих валов.

Общий объем ремонтных работ на сушильной части, имеющей большое число узлов, значителен. Основными ремонтными работами на сушильной части, кроме указанных ранее ремонтных работ, общих для бумагоделательной машины являются:

1. Осмотр (через 6 — 12 месяцев), а при необходимости и смена подшипников сушильных цилиндров. Сменить подшипники качения, установленные на сушильных цилиндрах, труднее, чем нижние вкладыши подшипников скольжения. Особенно усложняется смена подшипников качения с приводной стороны при расположении их между крышкой и шестерней сушильного цилиндра, поэтому на современных машинах подшипники установлены за шестернями цилиндров.

2. Осмотр шестерен сушильных цилиндров (через 3 — 4 месяца). При осмотре измеряются радиальный и боковой зазоры между зубьями шестерен; по величине зазоров можно судить об износе подшипников и шестерен.

3. Осмотр сальников и замена набивки в сальниках (через 3 — 12 месяцев, в зависимости от конструкции сальников). Периодически регулируют сальники, а иногда и добавляют прографиченную асбестовую набивку.

4. Осмотр сифонных трубок и наконечников (через 12 месяцев).

5. Осмотр установленных конденсационных горшков (через 3 — 6 месяцев) в связи с возможностью попадания воды в поплавок.

6. Гидравлическое испытание сушильных цилиндров (в присутствии инспектора Котлонадзора) через 3 — 6 лет, в зависимости от состояния цилиндров, а также наличия люков в крышках сушильных цилиндров, позволяющих производить их внутренний осмотр.

Основной работой по ремонту каландра является смена валов. Средние и верхние валы каландра шлифуют раз в 2 — 12 месяцев, в зависимости от способа заправки бумаги, нижние валы — раз в 8 — 24 месяца.

На периферических накатах объем ремонтных работ невелик и сводится к подгонке шабера и осмотру подшипников наката и тамбурного валика, работающих в условиях нормальной температуры и влажности, а также к осмотру механизмов пневматического прижима.

На осевом накате с фрикционной муфтой периодически (через 2 — 3 месяца) заменяют прокладки между дисками и осматривают подшипники.

Основными работами по ремонту привода являются осмотр и смена шестерен и подшипников редукторов. Через каждые 6 — 12 месяцев редукторы вскрывают, осматривают и одновременно заменяют смазочное масло. О неисправности редуктора можно судить по шуму зубчатых зацеплений и нагреву редуктора.

При однодвигательном приводе с обычными сцепными муфтами значителен объем ремонтных работ, связанных с заменой накладок и регулированием муфт. Подшипники контрприводов осматривают через 12 месяцев.

К ремонтным работам на однодвигательном приводе относят также смену клиновых ремней, перешивку и смену плоских ремней.

Для бесперебойной работы машины и нормальной организации ремонтных работ необходимо иметь достаточное количество запасных частей. Наряду с деталями в запасе должны быть и отдельные укомплектованные узлы. Быстрее и легче поставить на машину запасной вал, чем сменить изношенные подшипники на установленном валу или подогнать уплотнения камеры на отсасывающем валу. Снятый с машин вал ремонтируют и хранят в качестве запасного.

Перечень и количество потребных запасных частей составлять для каждой машины с учетом ее конструктивных особенностей, степени изношенности и возможности изготовления (при необходимости) той или иной запасной детали на данном предприятии.

При наличии двух одинаковых машин количество запасных частей может быть увеличено на 50 — 60% по сравнению с количеством их для одной бумагоделательной машины.

Заключение

В результате проделанной работы, было дано технико-экономическое обоснование выбранной конструкции, рассчитан процесс формования бумажного полотна, рассчитана сеточная часть картоноделательной машины.

Так же в результате выполнения курсовой работы по дисциплине «Оборудование для производства бумаги» я получил более глубокие знания по данному предмету и приобрел навыки расчета оборудования для производства бумаги.

Список использованных источников

1. Кугушев И. Д Бумагоделательные и картоноделательные машины/ Под ред. В. С. Курова, Н. Н. Кокушина. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 588

2. Технологический регламент КДМ ЦП — 1 ОАО «ЦКК»

3.Эйдлин И. Я. Бумагоделательные и отделочные машины. Изд. 3-е, исп. и доп. Изд-во «Лесная промышленность», 1970. — 624с.