В первой части статьи рассматривался принцип действия и основы устройства одного из компонентов БДМ — напорного ящика, обеспечивающего подачу бумажной массы на формующую сетку.
После подачи массы наступает очередь последовательного процесса её обезвоживания, пошагово выполняемого на специальных обезвоживающих элементах. Первым из них является так называемый пакет грудной доски.
Пакет грудной доски
Обезвоживающий элемент, находящийся на первой позиции сеточного стола. На нём удаляется, как правило, от 20 до 40% всей воды, содержащейся в бумажной массе. Обезвоживание на данном элементе происходит за счёт силы тяжести.
Самая первая планка, входящая в состав пакета грудной доски, так называемая грудная планка, имеет большую ширину, чем все остальные планки пакета. Благодаря тому, что она перекрывает пространство под формующей сеткой и вода не в состоянии проходить сквозь неё, происходит торможение процесса обезвоживания.
Данное конструктивное решение призвано снизить первичное обезвоживание, чрезмерно высокая величина которого может приводить к существенным промоям волокна и наполнителя, а также к преждевременному созреванию волокнистого подслоя.
Последнее заметно ухудшает формование и тормозит общий процесс обезвоживания. Кроме того, грудная планка подвергается самым высоким механическим нагрузкам. Основным материалом для её изготовления является оксид алюминия (Al2O3).
На фото 1 представлен пакет грудной доски с четырьмя планками. Снимок сделан во время останова машины. Напуск бумажной массы осуществляется на тот участок формующей сетки, который находится между грудным валом (на фото справа) и передней кромкой грудной планки.
Для снижения первичного обезвоживания массонапуск может производиться как в точку близкую к передней кромке, так и вдали от неё.
На фото 2 показан процесс массонапуска. Видна высокая активность (турбулентность) бумажной массы на пакете грудной доски.
В данном случае скорость движения формующей сетки составляет 820 метров в минуту. Активность массы на этапе массонапуска возникает из-за того, что он осуществляется на высокой скорости.
Высокая активность обеспечивает условия, необходимые для формования полотна, поскольку колебания, сообщаемые бумажной массе, диспергируют её, предотвращая флокуляцию (см. первую часть данного материала).
Кроме того, она хорошо сказывается на формовании полотна и свойствах готовой продукции. Максимальной эта активность должна быть на рассматриваемых в следующем подразделе гидропланках в зоне формования. На последующей стадии процесса обезвоживания — на пакетах низкого вакуума (см. далее), где формование полотна заканчивается, она должна угасать.
Пакеты гидропланок
Как и грудные планки, гидропланки, как правило, изготавливаются из оксида алюминия (Al2O3). Также в состав их композиции могут входить упрочняющие добавки в виде оксида циркония, доля которого может доходить до 15%.
Гидропланки собирают в так называемые пакеты Hydrofoil. Обычно в состав такого пакета входит от трёх до семи гидропланок.
Примечание. Здесь и далее упоминаемые англоязычные названия обезвоживающих элементов не являются торговыми марками, а лишь общепринятыми в индустрии наименованиями типов конструкций, ставших итогом их постепенного эволюционного развития.
На тихоходных машинах продолжают применять гидропланки, изготовленные из полиэтилена высокого давления ввиду их небольшой стоимости. Гидропланки монтируются под различными углами наклона по отношению к формующей сетке в диапазоне от 1 до 4° (обозначен на рисунке 1 как угол ∝). Чем выше этот угол, тем выше создаваемое на планках разрежение.
Срок службы керамических планок составляет 3–4 года, полиэтиленовых — около года. Также полиэтиленовые гидропланки могут быть оснащены вкладышами из стали (на рисунке 1 такой вкладыш обозначен штрихпунктирной линией). Их назначение — повышение износостойкости гидропланок, продление срока их службы.
Своей передней кромкой гидропланка снимает находящуюся под формующей сеткой водяную плёнку, удерживаемую силами поверхностного натяжения. Она удаляет часть воды из волокнистого слоя благодаря разрежению, возникающему в зазоре между сеткой и наклонной плоскостью гидропланки. После прохождения гидропланок концентрация бумажной массы составляет, как правило, не более 2%.
Распространённой проблемой при выработке различных видов продукции на одной БДМ является угасание активности массы при переходе на более высокие граммажи. Проблема наиболее актуальна на предприятиях, вырабатывающих картон для плоских слоёв гофрокартона и бумагу для гофрирования.
Активность массы на гидропланках возникает вследствие действия на неё знакопеременных нагрузок, создаваемых зонами положительного и отрицательного давления. Зона положительного давления находится перед передней гранью гидропланки и формируется благодаря потокам воздуха, вовлекаемым формующей сеткой при её движении.
В клиновом зазоре наклонной плоскости, тоже благодаря движению формующей сетки, образуется зона отрицательного давления. Его величина тем выше, чем выше величина угла наклона данной плоскости. Чем больше скорость формующей сетки, тем больше частота колебаний, сообщаемых бумажной массе при формовании, а также и их амплитуда.
Её величина возрастает благодаря тому, что при увеличении скорости движения формующей сетки происходит рост давления в зоне перед передней гранью гидропланки и увеличение разрежения в клиновом зазоре.
На фото 4 показан пакет гидропланок с механически регулируемым углом наклона. С его помощью можно управлять активностью массы путём увеличения или снижения этого угла при переходе с одного вида продукции на другой.
Регулирование угла наклона выполняется при помощи рукоятей, находящихся на лицевой стороне пакета гидропланок за счёт их вращения по направлению часовой стрелки или против него.
Пакеты низкого вакуума (мокрые отсасывающие ящики)
Для создания разрежения пакеты низкого вакуума подключают к вакуумной системе при помощи патрубков. Вакуумная система, как и её соединительные патрубки, располагается с приводной стороны БДМ.
К ней стыкуются также рассматриваемые далее пакеты среднего вакуума, сухие отсасывающие ящики и гауч-вал. Величина разрежения в них регулируется при помощи специальных задвижек.
Пакеты низкого и среднего вакуума подключаются к турбовентилятору, а сухие отсасывающие ящики и гауч-вал к вакуумным насосам.
В качестве основного материала для облицовки поверхности ящиков, контактирующей с формующей сеткой, используется либо полиэтилен высокого давления, либо керамика.
Для удаления воды применяются или обычные гидрозатворы, располагаемые по всей длине отсасывающего ящика, или отдельные трубы, нижние концы которых опущены в жёлоб (рис. 2).
Пакет низкого вакуума Vacuumfoil, показанный на рис. 2, представляет собой сварной нержавеющий корпус, верхняя часть которого может быть облицована керамическим или пластиковым покрытием из высокомолекулярного полиэтилена.
Это покрытие должно быть гладким для сведения к минимуму износа формующей сетки при её прохождении по обезвоживающим элементам. После мокрых отсасывающих ящиков сухость бумажного полотна составляет 2,5–3%.
На фото 5 красным штрихпунктиром выделены декельные планки, монтируемые в щелях между планками обезвоживающего элемента. Их назначение — герметизация краевых зон пакета низкого вакуума с приводной и лицевой сторон.
На фото 6 изображён пакет низкого вакуума Varioline. По конструкции он схож с пакетами Vacuumfoil. Отличие заключается в том, что планки, на которых происходит обезвоживание, чередуются по высоте таким образом, что часть из них находится на одном уровне с формующей сеткой, а часть других — ниже его на 1–2 мм, что позволяет изменять траекторию движения формующей сетки, придавая ей волнообразный характер.
Вследствие такого изменения траектории движения формующей сетки происходит увеличение амплитуды гармонических колебаний, и как результат — повышение активности бумажной массы.
Пакеты среднего вакуума
Значение разрежения в них составляет около 10 кПа. На пакетах среднего и низкого вакуума применяются планки с нулевым углом наклона плоскости по отношению к формующей сетке. Ширина планок и щелей между ними в пакетах среднего вакуума ниже, чем в пакетах низкого вакуума.
В конструкциях двухкамерных вакуумных пакетов количество планок в обеих камерах одинаково, но в ряде модификаций их ширина, а также ширина щелей во второй камере может быть меньше, чем в первой.
Причина — стремление к снижению энергозатрат на процессы обезвоживания и повышения сухости полотна. Так, в первой камере вакуумного пакета конструкции Enervac ширина планок и щелей может составлять по 65 мм, а во второй камере — по 50 мм. В пакетах конструкции Twinvac ширина планок и щелей между ними в обоих камерах одинакова.
Сухие отсасывающие ящики
Принцип их работы основан на прохождении воздуха сквозь полотно. Итогом становится достижение сухости бумажного полотна до значений 18–22%.
На рисунке 3 отсасывающие ящики показаны с приводной стороны БДМ, поскольку видны фланцевые крепления для их подключения к вакуумной системе. Для создания разрежения в отсасывающих ящиках используются центробежные вентиляторы большой мощности.
Характерно, что максимальный износ формующих сеток происходит именно из-за воздействия этих ящиков. Причина в том, что в них значение разрежения наибольшее, соответственно и сила трения формующей сетки об их поверхность весьма значительна.
Поэтому уровень разрежения должен плавно нарастать от одного ящика к другому, что к тому же необходимо для организации оптимального процесса обезвоживания. В таком случае сухость полотна плавно увеличивается от одного элемента к другому, достигая в итоге своего максимального значения.
Обычно на сеточных столах плоскосеточных машин устанавливают от 6 до 12 сухих отсасывающих ящиков. На первом сухом ящике значение разрежения обычно составляет около 15 кПа, а на последнем доходит до 40 кПа.
На фото 8 изображён трёхкамерный пакет Hivac. Его отличительными особенностями являются последовательное снижение объёма камер (это заметно по размерам фланцевых креплений на фото), а также снижение ширины планок и щелей между ними. Так, их величина в первой камере может составлять 20 мм, во второй — 18 мм, в третьей — 16 мм.
На фото 9 показано красными стрелками заменяемое, в случае его истирания формующей сеткой, керамическое покрытие корпуса сухого отсасывающего ящика. Главным образом для предотвращения разгерметизации в краевых зонах отсасывающих ящиков и, как следствие, потерь вакуума, они также оснащаются декелями, через которые производится подача воды в промежуток между формующей сеткой и отсасывающим ящиком.
В результате с боковых сторон отсасывающих ящиков исключается какое-либо прохождение воздуха. Подача воды в краевые зоны осуществляется только в сухих отсасывающих ящиках.
На фото 9 зелёным штрихпунктиром выделены декели, к которым через пластиковые трубки поступает вода. Трубки фиксируются при помощи быстросъёмного крепления (выделено жёлтым штрихпунктиром) на боковой стороне декельных планок.
Подача воды в пространство между формующей сеткой и декельными планками осуществляется через щели, подчёркнутые зелёной штрихпунктирной линией. Поступление воды в краевые зоны сухих отсасывающих ящиков имеет большое значение, поскольку в них формируется отрицательное давление разрежения, которое необходимо постоянно поддерживать.
На фото 10 показан пакет для монтажа гидропланок, который осуществляется при помощи таврового крепления. На этом пакете таких креплений три.
Для предотвращения деформаций, таких как скручивание и прогибы из-за провисания, вакуумные пакеты и пакеты гидропланок оснащают рёбрами жёсткости. Их также можно видеть на фото 10.
Монтаж обезвоживающих элементов на сеточный стол осуществляется при помощи болтовых креплений, расположенных с лицевой стороны и стороны привода (на фото 10 показаны красным штрихпунктиром).
При монтаже обезвоживающих элементов необходимо осуществлять их выверку по высоте относительно формующей сетки для обеспечения её плотного прилегания к ним.
Гауч-вал
По конструкции гауч-валы могут быть однокамерные и двухкамерные. Реже встречаются и трёхкамерные. При этом разрежение в первой камере гауч-вала всегда ниже, чем во второй, а объём первой камеры выше, чем второй.
Отрицательное давление (разрежение) в гауч-вале самое высокое и может доходить до 70 кПа, что позволяет достигать сухости полотна до 26% после прохождения сеточного стола.
Вода, удаляемая гауч-валом, может оставаться в его ячейках, что порой приводит к её закольцовыванию за счёт центробежных сил: вода выбрасывается из ячеек гауч-вала и оседает на обратной стороне формующей сетки, что приводит к обратному (повторному) увлажнению полотна и, соответственно, к потере величины сухости. Для устранения данного эффекта на гауч-вал устанавливают двойной шабер (рис. 5), который также позволяет снимать водяную плёнку и мусор с поверхности гауч-вала.
Так же как и сухие отсасывающие ящики, гауч-вал удаляет воду из полотна за счёт прохождения воздуха сквозь него. Входные отверстия ячеек, через которые удаляется вода, выполнены с зенковкой (коническим расширением), что необходимо для снижения давления на бумажное полотно и недопущения образования на нём маркировки от ячеек.
На фото 11 показана кромка бумажного полотна после краевой отсечки с такой маркировкой. Причиной её возникновения может быть, например, низкая сухость полотна перед гауч-валом.
Краевые отсечки необходимы для срезания кромок бумажного полотна. На сеточном столе удаляется по 15–20 см с каждого его края. Резка осуществляется при помощи струи воды, подаваемой через специальные форсунки.
От обезвоживающих элементов — к формованию
В ходе удаления большей части воды бумажная масса превращается на сеточном столе в полотно. В данной статье было рассмотрено устройство и основные принципы работы обезвоживающих элементов, но не сам процесс формования бумажного полотна. В следующем разделе материала речь пойдёт об устройстве формующей части наиболее распространённых в бумажном производстве плоскосеточных БДМ.
Автор: Владимир Денисович, независимый специалист
Список литературы
1. Иванов, С. Н. Технология бумаги [Текст] / С. Н. Иванов. — М. : Лесная промышленность, 2006. − 696 с.
2. А. В. Александров, Ю. Д. Алашкевич. Оборудование ЦБП, часть 2. Бумагоделательные машины. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2018.
3. Фляте Д. М. Технология бумаги [Текст] / Д. М. Фляте — М. : Лесная промышленность, 1988, 438 с.
4. Технология целлюлозно-бумажного производства. В 3 т. Т 2. Производство бумаги и картона. Ч. 1. Технология производства и обработки бумаги и картона. — СПБ.: Политехника, 2005. — 423 с.: ил.
5. Г. З. Шульман, А. В. Тверитина. Теория и конструкция бумагоделательных машин. Часть 1. Текст лекций. Санкт-Петербург, 2023 [Текст] : учеб. пособие / М-во образования и науки РФ, ВШТЭ СПбГУПТД. — СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2023. — 84 с.
