Теория, основы эксплуатации и регулировка работы бумагоделательных машин. Часть 3. Сеточная часть плоскосеточной машины

Во второй части статьи рассматривалась конструкция обезвоживающих элементов, осуществляющих удаление воды в сеточной части БДМ.

На этот раз сконцентрируемся на особенностях работы этих элементов и сеточного стола в целом. Существует множество конструкций формующих устройств, однако остановимся на наиболее распространённой их конструкции — столе плоскосеточной БДМ.

Значение процесса обезвоживания и формования бумажного полотна в сеточной части

Прежде всего отметим, что обезвоживание бумажной массы лежит в основе её дальнейшего преобразования (формования) в формующей части БДМ в бумажное полотно с однородной структурой.

Начало этого процесса, как было изложено в первых двух частях данного материала, реализуется в сеточной части БДМ.

Концентрация бумажной массы в напорном ящике при отливе составляет, как правило, менее 1%, а после обезвоживания в сеточной части сухость полотна повышается до 26%, так как здесь удаляется от 95 до 99% воды.

За удаление оставшейся влаги отвечают прессовая и сушильная части машины. И хотя эта доля не так велика, процесс её удаления в них обходится значительно дороже в связи с высокими энергозатратами.

Так, если удаление одной условной единицы воды в прессовой части будет стоить примерно в 15 раз дороже, чем в сеточной, то в сушильной части затраты на удаление такого же её количества будут почти в 200 раз выше, чем в сеточной.

Именно поэтому производственники так заинтересованы в оптимизации работы формующей части БДМ. Повышение доли воды, удаляемой из бумажной массы в сеточной части, позволяет увеличить производительность машины.

Для получения (формования) качественного бумажного полотна необходимо настроить процесс массонапуска и обезвоживания в так называемой регистровой части сеточного стола БДМ, состоящей из серии обезвоживающих элементов: пакета грудной доски, гидропланочных ящиков и мокрых отсасывающих ящиков — особенности построения и функционирования которых были рассмотрены во второй части данного материала.

Процесс массонапуска и обезвоживания на пакете грудной доски

Расположение этого пакета можно регулировать, устанавливая его дальше или ближе относительно нижней губы напорного ящика.

Обычно это расстояние составляет около 150 миллиметров, но чем оно больше, тем выше будет значение первичного обезвоживания, поскольку большее количество воды будет уходить под формующую сетку до контакта с передней гранью грудной планки.

В общем случае, чем выше масса метра квадратного производимой продукции, тем больше должно быть значение первичного обезвоживания. Обычно оно составляет от 15 до 40%. Слишком высокое первичное обезвоживание приводит к раннему образованию подслоя из волокон, препятствующему удалению воды из бумажной массы и, следовательно, к проблемам с формованием. Разрушение этого подслоя также необходимо для предотвращения флокуляции волокон.

Если обезвоживание на пакете грудной доски настроено оптимально, то подслой будет иметь умеренную толщину и его будет проще разрушить в ходе формования в регистровой части БДМ.

На фото 1 красным пунктиров обведена декельная линейка — устройство, монтируемое с обоих краёв сеточной части БДМ и предназначенное для недопущения розлива бумажной массы через края сеточного стола на этапе массонапуска и обезвоживания на гидропланках.

Длина декельных линеек составляет от полутора до шести метров. Их монтируют под небольшим углом таким образом, чтобы у потока бумажной массы, выходящего из напорного ящика, была возможность расширяться. Это необходимо для снижения его турбулентности в краевых зонах. В то же время вследствие этого расширения кромки сформованного полотна будут иметь свойства отличные от остальной его части из-за иной ориентации волокон.

Как результат, качество формования в области кромок будет значительно ниже. Их удаление впоследствии выполняется на продольнорезательном станке (ПРС), монтируемом, как правило, сразу после наката БДМ.

На ПРС также осуществляется резка исходного широкого рулона бумаги на более узкие рулоны требуемых форматов. Удалённые кромки направляют на вторичную переработку.

Процесс обезвоживания на гидропланках

Как отмечалось во второй части статьи, оптимизация данного процесса достигается путём подбора углов наклона гидропланок относительно формующей сетки, расстояния между ними и их количества в пакете. Обычно на сеточных столах устанавливают от 3 до 8 пакетов гидропланок.

Обезвоживание в данном случае производится за счёт сжатия волокнистого слоя под воздействием вакуума, создаваемого в клиновом зазоре между формующей сеткой и гидропланкой.

Гидропланки изготавливают с углом наклона от 0^° до 5^°. На первом пакете угол наклона или нулевой, или минимальный (0,5^°) и далее возрастает от пакета к пакету.

Соответственно, будет плавно увеличиваться и амплитуда колебаний, сообщаемых бумажной массе за счёт того, что вместе с углом возрастает и степень разрежения в клиновом зазоре.

На тихоходных машинах проблема недостаточной активности бумажной массы может быть весьма существенной, поскольку на низкой скорости нет возможности воздействовать на неё знакопеременными нагрузками высокой частоты.

Для решения задачи применяют пакеты гидропланок с механически регулируемым углом наклона или пакеты типа Multifoil. Их главное отличие в малом расстоянии между гидропланками и в их большем количестве в пакете. В состав одного пакета может входить до 13 гидропланок. Пример пакета такой конструкции показан на фото 2.

Частота же импульсов, сообщаемых бумажной массе, может быть определена как частное от деления скорости формующей сетки на расстояние между планками.

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.

Для того чтобы генерировать знакопеременные импульсы постоянной частоты, гидропланки должны находиться друг от друга на кратном расстоянии, а сами пакеты на сеточном столе на дистанции, равной или кратной интервалу между планками.

То есть если в пакете расстояние между планками составляет 110 миллиметров, то интервал между пакетами должен быть равен 110 или 220 миллиметрам.

Обезвоживание в пакетах гидропланок осуществляется за счёт силы тяжести и сжатия волокнистого слоя под воздействием вакуума.

Обезвоживание на пакетах низкого вакуума Vacuumfoil и Varioline

Обезвоживание на пакетах низкого вакуума (мокрых отсасывающих ящиках) типа Vacuumfoil и Varioline производится за счёт воздействия на бумажную массу отрицательного давления малой величины, создаваемого вентилятором. Его значение составляет от 2 до 8 кПа. Обычно на сеточный стол монтируют от 4 до 8 таких ящиков.

Степень разрежения в вакуумных пакетах при этом должна быть настроена так, чтобы она повышалась плавно от одного обезвоживающего элемента к другому по всей длине сеточного стола.

Поскольку для герметизации краевых зон пространство между ними заполняется при помощи декельных планок, то при отключении ящика от вакуумной системы его можно использовать в качестве дополнительного пакета гидропланок.

Обратное превращение этого пакета в мокрый отсасывающий ящик произойдёт в случае монтажа декелей в краевые зоны и его последующего подключения к вакуумной системе.

После прохождения ящиков Vacuumfoil сухость полотна достигает значения 2–5%. Обезвоживание на данном элементе также происходит за счёт сжатия волокнистого слоя.

Обезвоживание на пакетах среднего вакуума

Данные обезвоживающие элементы располагаются между пакетами Vacuumfoil и сухими отсасывающими ящиками.

Величина разрежения в них составляет от 8 до 12 кПа. Обычно на сеточный стол монтируют два таких пакета. Первым устанавливают пакет типа Twinvac, а за ним пакет Enervac (особенности их конструкции рассмотрены во второй части этого материала). Это необходимо для оптимизации обезвоживания и достижения максимальной сухости бумажного полотна на данной позиции.

Обезвоживание на сухих отсасывающих ящиках

На фото 4 красным пунктиром выделена так называемая сухая линия, образующаяся в зоне, где сухость полотна составляет 5–6%. Такая линия, как правило, располагается на позиции пакетов среднего вакуума или на первом-третьем сухом отсасывающем ящике.

Поскольку бумажная масса в регистровой части имеет низкую сухость и в ней много воды, она отражает свет подобно зеркалу. Когда же полотно начинает обезвоживаться за счёт прохождения через него воздуха, оно приобретает матовый оттенок и перестаёт отражать свет.

Начиная от этой линии и далее, процесс обезвоживания осуществляется за счёт прохождения воздуха сквозь полотно в сторону области низкого давления. К моменту появления этой линии полотно уже полностью сформовано.

Сухая линия фиксируется визуально. Даже её расположение может дать полезную информацию. Так, если она расположена близко к гауч-валу, это может указывать на низкий прирост сухости на сухих отсасывающих ящиках.

Эти ящики устанавливают в конце сеточного стола, перед гауч-валом. Обычно число таких однокамерных ящиков варьируется от 4 до 10. Уровень отрицательного давления в них самый высокий и достигает 40 кПА.

Значение сухости полотна может доходить до 22% перед гауч-валом. Для её повышения до максимума на этой позиции сеточные столы оснащают трёх- или четырёхкамерными сухими отсасывающими ящиками типа Hivac. Обычно же на сеточный стол устанавливают один такой ящик.

Обезвоживание на гауч-валу

Данный процесс, как и на сухих отсасывающих ящиках, основан на прохождении воздуха сквозь полотно в зону отрицательного давления.

Уровень разрежения в гауч-вале может достигать 70 кПА. Вал этот приводной, является ведущим для формующей сетки. Следом за ним расположен также приводной сеткоповоротный вал. Они оба приводят в действие сеточный стол, а расположенная на нём формующая сетка одновременно выполняет роль транспортёра, перемещающего на себе бумажное полотно.

Системы кромочных отсечек

На фото 6 изображён механизм спрыска кромочной отсечки, используемый для удаления кромок бумажного полотна шириной 10–20 сантиметров. На сеточном столе устанавливают два таких спрыска — с лицевой и приводной стороны. Давление воды в них составляет порядка 25 атмосфер.

Сформованное полотно снимается с сеточной части при помощи специального пересасывающего (пик-ап) вала (термин, происходящий от английского pick-up, в русской версии «поднять», «забрать», «подхватить») и затем передаётся в прессовую часть. Срезанные кромки направляются в ванну для сбора оборотного брака с сеточного стола и затем направляются на переработку.

Они подвергаются роспуску в так называемой гауч-мешалке. Это специальный бак, в котором за счёт гидроудара, создаваемого винтом мешалки, осуществляется разволокнение кромок. Бумажная масса, полученная в ходе данной операции, направляется на повторное составление композиции.

На фото 7 изображены фильеры, формирующие струи воды, которые под давлением разрезают бумажное полотно. Из одинарной фильеры исходит одна струя, из двойной, соответственно, две.

Для обеспечения качественного реза могут быть последовательно установлены две и даже три фильеры в составе каждого из устройств кромочной отсечки. Чем выше толщина полотна, тем толще должна быть струя воды.

Устройства отсечки устанавливают на расстоянии около 100–150 миллиметров над сеточным столом, поскольку при большем расстоянии равномерная ламинарная структура струи воды начинает разрушаться.

Система контроля за сухостью полотна

Иногда сеточную часть оснащают микроволновыми датчиками, при помощи которых можно отслеживать сухость полотна. Устанавливают их до или после гауч-вала, а также на сеточных столах картоноделательных машин для контроля за сухостью сформованных слоёв многослойного картона в зоне их соединения.

Это позволяет отслеживать работу БДМ в режиме реального времени. Датчики Fiberscan производятся итальянской фирмой Cristini. На практике также используется нестационарный прибор FiberScanOne той же компании, позволяющий замерять сухость полотна отдельно, после каждого обезвоживающего элемента.

Передача полотна в прессовую часть

Заправка полотна — процесс его последовательной передачи из одной части БДМ в другую. Выполняется в ходе запуска машины после её технического обслуживания или в случае обрыва полотна.

На фото 9 изображена балка для монтажа устройства так называемой сводной отсечки, применяемого в ходе заправки полотна в БДМ. Его назначение — формирование узкой полосы полотна с её последующим расширением в процессе заправки.

Его фильеры располагаются на приводной стороне сеточного стола. Красным пунктиром показана рукоять управления такой отсечкой, при помощи которой осуществляется регулировка места расположения спрыска по ширине сеточного стола.

Само устройство крепится на балке, по которой и перемещается в поперечном направлении. При заправке полотна — с приводной стороны сеточного стола на лицевую.

В итоге сначала с сеточного стола в прессовую, а затем в сушильную часть БДМ уходит узкая полоса сформованного полотна шириной около 10 сантиметров. Эту полосу бумаги доводят до наката и заправляют в специальный тамбурный вал (тамбур). Часть полотна, отрезаемая сводной отсечкой во время заправки, так же как и кромки, направляется в гауч-мешалку.

Затем спрыск отсечки вновь перемещается на приводную сторону, производя обрезку полотна до необходимой ширины. Таким образом, узкая полоса постепенно расширяется и на накат отправляется полотно нужного формата.

 На выходе из сеточной части полотно шире, чем на накате БДМ примерно на 2–4%, что обусловлено поперечной усадкой полотна во время сушки.

При сушке вода уходит из волокон, степень сцепления которых между собой повышается.

На фото 10 изображён сеточный стол, не имеющий вала пик-ап. Такой конструктивной особенностью могут обладать тихоходные машины, работающие на скорости до 400 метров в минуту. Заправка полотна на таких машинах осуществляется вручную.

 Красным пунктиром на рисунке 4 обозначен пересасывающий вал пик-ап. Под воздействием перепада давления, создаваемого вакуумным насосом, полотно переходит с формующей сетки на сукно этого вала и направляется в прессовую часть, где подвергается дальнейшему обезвоживанию.

На рисунке показана прессовая часть, оснащённая двумя джамбо-прессами. Здесь удаление влаги из полотна осуществляется путём сжатия полотна между двумя прессовыми валами и прессовыми сукнами, принимающими на себя удаляемую в захвате воду.

Главной конструктивной особенностью джамбо-пресса является большой диаметр его валов, который может достигать 1,5 метров. Это позволяет повышать значение сухости полотна, поскольку ширина зоны прессования в прессах такой конструкции составляет до 75 миллиметров, в то время как в классическом двухвальном прессе она не превышает 20–30 миллиметров.

После прохождения процесса прессования сухость полотна может составлять от 35 до 52% в зависимости от вида вырабатываемой продукции, конструкции прессовой части, сухости полотна, поступающего в прессовую часть, и скорости работы БДМ. Для дальнейшего обезвоживания полотно направляется в сушильную часть, где из него удаляется оставшаяся влага.

От устройства и принципа работы сеточного стола к процессу формования

В ходе удаления большей части воды бумажная масса превращается на сеточном столе в полотно, а в процессе его формования предопределяются свойства изготавливаемой бумаги.

В этой части статьи была рассмотрена наиболее распространённая плоскосеточная конструкция формующей части БДМ и её принцип работы, хотя сам процесс формования не был освещён достаточно детально. Более подробно на нём остановимся в следующей части данного материала.

Автор: Владимир Денисович, независимый специалист