Напорный ящик
4 ИЗГОТОВЛЕНИЕ БУМАГИ НА БДМ
4.1. Напорный ящик
После очистки разбавленная волокнистая суспензия подводится к напорному устройству и с помощью его равномерным потоком выпускается на движущуюся бесконечную сетку сеточного стола. Напорное устройство должно решать задачи, приведенные на рис.59.
Рис.59 - Основные задачи напорного устройства
Приготовленная и очищенная масса поступает по трубопроводу диаметром 300–800 мм со скоростью 3 м/с к БДМ, ширина сетки которой достигает до 10-12 м. Для равномерного распределения потока массы по ширине машины без завихрений применяются потокораспределители различных систем. Наибольшее распространение получил многотрубный потокораспределитель (рис.60).
Рекомендуемые материалы
Рис.60 - Схема многотрубного конического потокораспределителя: 1 – конический трубопровод; 2 – трубная гребенка; 3 – вентили; 4 – напорный ящик бумагоделательной машины; 5 – масса после очистки; 6 – перелив бумажной массы
Для работы потокораспределителя осуществляется перелив массы из конического трубопровода в количестве 5…15 %. Этот перелив необходим для равномерной подачи массы в напорный ящик по всей ширине машины.
НАПОРНЫЕ ЯЩИКИ ЗАКРЫТОГО ТИПА
Закрытые напорные ящики применяются при скорости машин свыше 400…450 м/мин. При скорости работы БДМ меньше указанного диапазона ранее устанавливались ящики открытого типа, однако они негативно влияют на качество получаемой продукции и поэтому целесообразно даже при низкой скорости работы БДМ устанавливать ящики закрытого типа.
Напор массы перед выходом ее на сетку может быть создан двумя способами:
созданием давления воздуха или разряжения (в зависимости от скорости машины) в верхней части напорного ящика;
подачей массы через потокораспределитель осевым насосом.
На рис. 61 показана схема напорного ящика закрытого типа с турбулизирующим блоком. Он предназначен для бумагоделательных машин обрезной шириной до 6720 мм, скоростью до 1200 м/мин, массой 1 м2 – до 200 г. Концентрация массы при отливе составляет 0,2…1,2 %.
Рис. 61 - Напорный ящик закрытого типа с турбулизирующим блоком:
1 – потокораспределитель; 2 – перфорированные валики; 3 – регулятор выпускной щели; 4 – грудной вал
НАПОРНЫЕ ЯЩИКИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА
Напорные ящики гидродинамического типа предназначены для использования в современных формующих системах с двухсторонним обезвоживанием. Они вполне пригодны также для плоскосеточных бумаго- и картоноделательных машин. Напор в гидродинамических ящиках создается насосом, подающим бумажную массу в потокораспределитель, воздушная подушка в таких ящиках отсутствует.
Ведущими машиностроительными фирмами разработана целая гамма напорных ящиков гидродинамического типа для формующих частей различных конструкций и любых видов бумаги и картона.
Напорный ящик гидродинамического типа «Escher Wyss» (рис. 62, а) предназначен для установки на плоскосеточных машинах. Его важнейшим элементом является блок ступенчатых диффузоров (рис. 62, б), выполняющий следующие функции:
ориентацию потока бумажной массы, выходящего из потокораспределителя в машинном направлении;
обеспечение равномерной скорости истечения суспензии по всей ширине машины, выравнивание профиля скоростей бумажной массы, выходящей из диффузора; создание контролируемой турбулентности для разрушения флоккул.
Рис. 62 - Напорный ящик гидродинамического типа (а) и схема блока ступенчатых диффузоров (б):
1 – устройство для выпуска массы на сетку; 2 – блок ступенчатых диффузоров; 3 – потокораспределитель
Напускные устройства со ступенчатыми диффузорами устанавливаются на машинах, производящих различные виды бумаги и картона. Они применяются при производстве всех видов картона на плоско- и круглосеточных машинах. При расходе суспензии 250…600 л/мин на 1 м ширины достаточно одного ряда элементов ступенчатого диффузора, при больших расходах устанавливается несколько рядов – один над другим. Максимальное отклонение массы 1 м2 по ширине полотна составляет ± 1,5 % при ширине 5400 мм.
Фирма «Beloit» разработала напорный ящик, получивший название Converflo (рис. 63), обеспечивающий получение стабильной струи выходящей массы, характеризующейся интенсивной микротурбулентностью при высокой степени диспергирования.
Рис. 63- Напорный ящик Converflo фирмы «Beloit »:
1 – блок трубок; 2 – выравнивающая («успокоительная») камера; 3 – перфорированная плита; 4,5 – регуляторы выпускной щели; 6 – Converflo-листы
Из конического потокораспределителя масса поступает в блок трубок с малым живым сечением на входе и относительно большим на выходе. После этого блока масса сначала поступает в выравнивающую камеру, а затем через перфорированную плиту поступает в каналы, образованные тонкими пластинами, расположенными в горизонтальной плоскости и закрепленные одним концом в перфорированной плите. Противоположные незакрепленные концы пластин доходят почти до напускной щели и создают подвижную систему, хорошо гасящую завихрения в массе.
С целью устранения пульсаций разработано специальное демпфирующее устройство в виде мембраны с регулируемым давлением, монтируемой во входном коллекторе напорного ящика. Дальнейшее усовершенствование привело к созданию демпфера канистрового типа, который монтируется непосредственно в существующую трубопроводную систему.
Для напорного ящика Converflo характерны простота конструкции, отсутствие внутренних вращающихся деталей, малый объем находящейся под давлением массы. Конструкция на 50 % легче, чем ящик с перфорированными валиками. Такие напорные ящики можно использовать на высокоскоростных плоскосеточных машинах, а также в формующих устройствах с двухсторонним обезвоживанием при выработке широкого ассортимента бумаги и картона.
В настоящее время в современных напорных ящиках применяется система стабилизации профиля массы 1 м2 за счет локального изменения концентрации массы по ширине напускного устройства. Для этого к пучку труб потокораспределителя добавляются трубки подачи оборотной воды с распыляющими наконечниками. Конструкция последних зависит от типа напускного устройства.
На рис. 64 показан пример ввода разбавляющей воды. Главная цель этой конструкции – сохранить высокие скорости потока и микротурбулентность массы.
В этом напорном ящике к каждой трубе потокораспределителя подсоединена труба, подающая разбавительную воду. Такое подсоединение происходит через регулирующий блок. Перемещение регулирующего органа в блоке изменяет расход разбавляющей воды. Такие разбавительные устройства могут располагаться по ширине напорного ящика с шагом до 3,5 см. Каждый регулирующий блок управляется системой автоматизации, измеряющей колебания профиля бумаги. На рис. 65 показан пример смесительного блока для напорного ящика.
Другим важной особенностью современного напорного ящика является применение системы температурной компенсации конструкции напорного ящика, позволяющая стабилизировать его работу, за счет уменьшения температурной деформации металла (рис. 66).
Рис.64 -Пример системы разбавления в напорном ящике
 |
Рис. 66- Контур системы температурной компенсации в напорном ящике
6.1.3. НАПУСКНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МНОГОСЛОЙНОГО ОТЛИВА
Гидродинамическая стабильность потока бумажной массы, обеспечиваемая современными конструкциями напускных устройств позволила осуществить многослойное формование бумаги и картона из одного напорного ящика. Такое формование получило название структурного формования. К его преимуществам следует отнести:
возможность различной композиции по слоям многослойных бумаги и картона;
возможность введения наполнителей, проклеивающих веществ, химических вспомогательных веществ в те слои, где это необходимо;
получение окрашенной бумаги путем введения красителей только в покровный слой;
Оптимальное использование различных фракций волокна при его фракционировании.
Структурное формование целесообразно как для картона, так и для многих видов бумаги, вплоть до санитарно-гигиенических.
По мнению специалистов ведущих зарубежных фирм, структурное формование – одно из наиболее перспективных направлений совершенствования производства бумаги и картона. Примерами таких напускных устройств служит трехканальное устройство Stratoflo фирмы «Beloit» (рис.67).
Рис. 67 - Трехканальное напускное устройство Stratoflo:
1 – потокораспределитель; 2 – каналы для массы; 3 – Converflo-листы; 4 – гауч-вал
Специальная конструкция напускных устройств для массы повышенной концентрации позволит увеличить концентрацию при отливе до 3…4 %. При этом в напускном устройстве образуется сравнительно равномерная волокнистая структура, заметная часть волокон в которой отклоняется от горизонтальной плоскости. Бумага становится более пухлой, сопротивление расслаиванию и раздиранию у таких материалов выше, а разрывная длина ниже, чем при отливе из массы низких концентраций.
В зоне диспергирования благодаря удару потока о стенку камеры происходит быстрое диспергирование массы с последующим формированием трехмерной волокнистой структуры в канале гашения турбулентности.
Использование отлива из массы повышенной концентрации перспективно при формовании бумаги для гофрирования, внутренних слоев коробочного картона, некоторых видов бумаги и картона с повышенными пухлостью, впитывающей способностью и воздухопроницаемостью.
Влияние скорости машины на эффективность работы напорных ящиков
На скоростных БДМ работают современные напорные ящики, обеспечивающие условия для качественного формования при концентрации массы до 1,2 %. Установленные в этих ящиках блоки ступенчатых диффузоров с выходным живым сечением около 95% создают однородный турбулентный поток, обеспечивающий хороший просвет и вариацию массы 1 м2 полотна не выше 4 %, а дополнительная локальным разбавлением очищенной оборотной водой в количестве до 15 % от массы, поступающей на сетку, позволяет снизить поперечную вариацию до 0,5%.
Вместе с этой лекцией читают "9 Отличия злокачественных опухолей от доброкачественных".
Однако, при низкой скорости машины менее 200…300 м/мин ступенчатые диффузоры теряют свою эффективность из-за недостатка кинетической энергии потока, вследствие чего возрастают как флокуляция, так и вариация массы 1 м2. Напорные ящики с перфовалами более успешно справляются с диспергированием на низкоскоростных машинах, поскольку перфовал, двойную систему отверстий с живым сечением около 50 % - более мощный турбулизатор, чем блок ступенчатых диффузоров. Однако этот вал создает после себя неоднородную, струйную, крупномасштабную конфигурацию потока, более трудноподдающуюся выравниванию деформацией губы напорного ящика. Часто из-за этого вариация массы 1 м2 превышает 6 %. Кроме того, при концентрации массы более 0,7 %, что также часто требует ограниченная обезвоживающая способность сеточного стола, крупномасштабная турбулентность резко усиливает неоднородность на просвет. Установка на ящике с перфовалами системы выравнивания оборотной водой усложняется влиянием перфовалов, размазывающих локальные зоны регулирования профиля концентрации и потребует на устранение 6 % вариации массы 1 м2 уже не менее 20 % дозировки оборотной воды. Однако это повысит концентрацию массы перед напорным ящиком более чем на 0,2 %, что, в свою очередь, снизит эффективность машинных сортировок.
При этом, неравномерность профиля ориентации волокон при формовании, вызванная неравномерностью профиля скорости, созданную перфовалами, остается высокой, поскольку регулируемый профиль концентрации не влияет на профиль скорости.
Выравнивание профиля скорости происходит вследствие его перераспределения при столкновении остаточных струй с дном напорного ящика перед входом в напускной канал при одновременном сбросе 3…7 % массы через сливную камеру при заданном давлении воздуха в ней. Переливы в ящиках с воздушной подушкой устанавливаются как перед ящиком, так и внутри него, непосредственно перед блоком ступенчатых диффузоров (рис.68) или последним перфовалом (рис.69). В первом случае перелив стабилизирует поток, во втором – дополнительно сглаживает неравномерность профиля скорости, созданную коллектором ящика.
Однако, сам блок диффузоров или, в большей степени, перфовал, переформировывая поток, способны создать после себя значительную неравномерность профиля скорости. Чтобы исключить этот эффект перелив установлен после генератора турбулентности, непосредственно перед напускным каналом и сглаживает созданные генератором дефекты скорости к концу напускного канала до 2,5%. При этом, крупномасштабные турбулентные вихри, созданные генератором, входящие в поток наиболее мощные пульсации, отдают их значительную долю в перелив аналогично, в локальном масштабе, процессу гашения пульсаций, образованных сортировками и смесительным насосом, в результате чего к концу напускного канала подходит поток с интенсивностью турбулентности 7…10%, характерной для современных ящиков, обеспечивающих качественное формование.
