В процессе производства бумаги на бумагоделательных машинах различные валы играют незаменимую роль, от обезвоживания влажных бумажных полотен до укладки сухих. «Корона» — одна из ключевых технологий в конструкции валов бумагоделательных машин, несмотря на кажущуюся незначительность геометрических различий, — напрямую определяет однородность и стабильность качества бумаги. В данной статье будет проведен всесторонний анализ технологии «короны» валов бумагоделательных машин с точки зрения определения, принципа работы, классификации, ключевых факторов, влияющих на проектирование и техническое обслуживание, раскрывая ее важное значение в производстве бумаги.

1. Определение коронки: значимая функция при незначительных различиях

«Корона» (в английском языке обозначается как «Crown») относится к особой геометрической структуре валков бумагоделательной машины вдоль осевого направления (вдоль длины). Диаметр средней части тела валка немного больше, чем диаметр концевых участков, образуя контур, похожий на «барабанный вал». Эта разница в диаметрах обычно измеряется в микрометрах (мкм), а значение короны у некоторых крупных прессовых валков может достигать даже 0,1-0,5 мм.

Основным показателем для оценки конструкции валка является «значение валка», которое рассчитывается как разница между максимальным диаметром тела валка (обычно в середине осевого направления) и диаметром торцов валка. По сути, конструкция валка предполагает предварительную настройку этой небольшой разницы диаметров для компенсации деформации «среднего провисания» валка, вызванной такими факторами, как изменения силы и температуры во время фактической работы. В конечном итоге это обеспечивает равномерное распределение контактного давления по всей ширине поверхности валка и бумажного полотна (или других контактирующих компонентов), закладывая прочную основу для качества бумаги.

2. Основные функции коронки: компенсация деформации и поддержание равномерного давления.

В процессе работы валов бумагоделательной машины неизбежны деформации, вызванные механическими нагрузками, изменениями температуры и другими факторами. Без конструкции с выпуклым профилем эта деформация приведет к неравномерному контактному давлению между поверхностью валка и бумажным полотном — «более высокое давление на обоих концах и более низкое давление в середине» — что напрямую вызовет серьезные проблемы с качеством, такие как неравномерная плотность и неравномерное обезвоживание бумаги. Основная ценность выпуклого профиля заключается в активной компенсации этих деформаций, что особенно ярко проявляется в следующих аспектах:

2.1 Компенсация деформации при гибке валков

При работе валков бумагоделательных машин, таких как прижимные и каландровые валы, необходимо оказывать значительное давление на бумажное полотно. Например, линейное давление прижимных валков может достигать 100-500 кН/м. Для валков с большим соотношением длины к диаметру (например, длина прижимных валков в широкоформатных бумагоделательных машинах может составлять 8-12 метров) под давлением происходит упругая деформация в виде изгиба вниз посередине, подобная «изгибу плечевого столба под нагрузкой». Эта деформация вызывает чрезмерное контактное давление между концами валков и бумажным полотном, в то время как давление в середине недостаточно. В результате бумажное полотно становится чрезмерно обезвоженным с обоих концов (что приводит к высокой сухости и низкой удельной плотности) и недостаточно обезвоженным посередине (что приводит к низкой сухости и высокой удельной плотности).

Однако «барабанообразная» структура верхней части валка обеспечивает, что после изгиба валка вся его поверхность остается в параллельном контакте с бумажным полотном, достигая равномерного распределения давления. Это эффективно устраняет риски для качества, вызванные деформацией при изгибе.

2.2 Компенсация термической деформации валков

Некоторые валы, такие как направляющие и каландровые валы в сушильной секции, подвергаются термическому расширению во время работы из-за контакта с высокотемпературными бумажными полотнами и парового нагрева. Поскольку средняя часть корпуса валка нагревается сильнее (концы соединены с подшипниками и быстрее рассеивают тепло), её термическое расширение больше, чем у концов, что приводит к образованию «среднего выступа» корпуса валка. В этом случае использование традиционной конструкции выпуклости усугубит неравномерное контактное давление. Поэтому для компенсации дополнительного выступа, вызванного термическим расширением, необходимо разработать «отрицательную выпуклость» (где диаметр средней части немного меньше диаметра концов, также известную как «обратная выпуклость»), обеспечивающую равномерное контактное давление на поверхности валка.

2.3 Компенсация неравномерного износа поверхности валков

В процессе длительной эксплуатации некоторые валы (например, прессовые резиновые валы) чаще подвергаются трению по краям бумажного полотна (поскольку края бумажного полотна склонны к накоплению примесей), что приводит к более быстрому износу на концах, чем в середине. Без выпуклой конструкции поверхность вала после износа будет иметь «выпуклость посередине и провисание на концах», что, в свою очередь, влияет на распределение давления. Предварительная настройка выпуклости позволяет поддерживать равномерность контура поверхности вала на ранней стадии износа, продлевая срок службы вала и уменьшая колебания производительности, вызванные износом.

3. Классификация коронок: технические решения, адаптированные к различным условиям работы.

В зависимости от типа бумагоделательной машины (низкоскоростная/высокоскоростная, узкая/широкая), функции валков (прессование/каландрирование/направление) и технологических требований, валики можно разделить на различные типы. Различные типы валков отличаются конструктивными характеристиками, методами регулировки и сценариями применения, как подробно описано в следующей таблице:

4. Ключевые факторы, влияющие на конструкцию коронки: точный расчет для адаптации к производственным требованиям.

Величина выпуклости не устанавливается произвольно; для обеспечения ее эффективного функционирования необходимо проводить комплексный расчет на основе параметров валков и условий процесса. Ключевые факторы, влияющие на конструкцию выпуклости, включают в себя следующие аспекты:

4.1 Размеры и материал рулона

1. Длина корпуса рулона (L)Чем длиннее вал, тем больше деформация изгиба при том же давлении, и, следовательно, тем больше требуемое значение выпуклости. Например, для длинных валов в бумагоделательных машинах большой ширины требуется большее значение выпуклости, чем для коротких валов в бумагоделательных машинах малой ширины, чтобы компенсировать деформацию.
2. Диаметр корпуса валка (D)Чем меньше диаметр тела валка, тем ниже его жесткость и тем больше вероятность деформации валка под давлением. Следовательно, требуется большее значение выпуклости. И наоборот, валы большего диаметра обладают большей жесткостью, и значение выпуклости можно соответствующим образом уменьшить.
3. Жесткость материалаРазличные материалы, из которых изготовлены валы, обладают разной жесткостью; например, стальные валы имеют гораздо большую жесткость, чем чугунные. Материалы с меньшей жесткостью демонстрируют более значительную деформацию под давлением, что требует большего значения выпуклости.

4.2 Рабочее давление (линейное давление)

Рабочее давление (линейное давление) валков, таких как прессовальные и каландровые валы, является важным фактором, влияющим на конструкцию выпуклости. Чем выше линейное давление, тем значительнее деформация изгиба тела валка, и значение выпуклости необходимо соответственно увеличить, чтобы компенсировать эту деформацию. Их взаимосвязь можно приблизительно выразить упрощенной формулой: Значение выпуклости H ≈ (P×L³)/(48×E×I), где P — линейное давление, L — длина валка, E — модуль упругости материала, а I — момент инерции поперечного сечения валка. Например, линейное давление прессовальных валков для упаковочной бумаги обычно превышает 300 кН/м, поэтому соответствующее значение выпуклости должно быть больше, чем у прессовальных валков для культурной бумаги с более низким линейным давлением.

4.3 Скорость машины и тип бумаги

1. Скорость машиныПри работе высокоскоростных бумагоделательных машин (скорость > 1200 м/мин) бумажное полотно гораздо более чувствительно к равномерности давления, чем в низкоскоростных машинах. Даже незначительные колебания давления могут привести к дефектам качества бумаги. Поэтому в высокоскоростных бумагоделательных машинах обычно используется «управляемая гофрировка» для компенсации динамических деформаций в реальном времени и обеспечения стабильного давления.
2. Тип бумагиРазличные типы бумаги предъявляют разные требования к равномерности давления. Бумага для туалетной бумаги (например, с плотностью 10-20 г/м²) имеет низкую плотность и чрезвычайно чувствительна к колебаниям давления, что требует высокоточной конструкции верхушки. В отличие от неё, плотная бумага (например, картон с плотностью 150-400 г/м²) обладает большей устойчивостью к колебаниям давления, поэтому требования к точности верхушки могут быть соответствующим образом снижены.

5. Типичные проблемы с коронкой и техническое обслуживание: своевременный осмотр для обеспечения стабильного производства.

Неправильная конструкция печатной головки или ненадлежащее техническое обслуживание напрямую влияют на качество бумаги и вызывают ряд производственных проблем. Ниже перечислены распространенные проблемы с печатной головкой и соответствующие меры по их устранению:

5.1 Чрезмерно высокая стоимость короны

Чрезмерно высокое значение выпуклости приводит к избыточному давлению в середине поверхности рулона, что обуславливает низкую плотность и высокую сухость бумаги в середине. В тяжелых случаях это может даже вызвать «раздавливание» (разрыв волокон), что повлияет на прочность и внешний вид бумаги.

КонтрмерыДля валков с фиксированным профилем, используемых в низкоскоростных бумагоделательных машинах, необходимо заменить валки на валки с соответствующим профилем. В высокоскоростных бумагоделательных машинах для валков с регулируемым профилем гидравлическое или пневматическое давление можно уменьшить с помощью системы регулируемого профиля, чтобы снизить профиль до тех пор, пока распределение давления не станет равномерным.

5.2 Чрезмерно малая стоимость короны

Чрезмерно низкое значение выпуклости приводит к недостаточному давлению в середине поверхности валка, что ведет к неадекватному обезвоживанию бумаги в середине, низкой сухости, высокой удельной плотности и дефектам качества, таким как «влажные пятна». В то же время это может повлиять на эффективность последующего процесса сушки.

КонтрмерыДля валков с фиксированным профилем выпуклости необходимо переработать корпус валка для увеличения его выпуклости. Для валков с регулируемым профилем выпуклости можно увеличить гидравлическое или пневматическое давление для повышения выпуклости, обеспечивая при этом соответствие давления в средней части валка требованиям процесса.

5.3 Неравномерный износ контура коронки

После длительной эксплуатации поверхность валов подвергается износу. При неравномерном износе деформируется контур гофрированной части, и на поверхности валов появляются «неровности». Это, в свою очередь, приводит к появлению дефектов, таких как «полосы» и «вмятины» на бумаге, что серьезно ухудшает ее внешний вид.

КонтрмерыРегулярно осматривайте поверхность валков. При достижении определенного уровня износа своевременно шлифуйте и ремонтируйте поверхность валков (например, перешлифовывайте контур верхней части прессовых резиновых валков), чтобы восстановить нормальную форму и размер верхней части и предотвратить чрезмерный износ, влияющий на производство.

6. Заключение

Конструкция вальцов бумагоделательной машины, являющаяся, казалось бы, незаметной, но крайне важной технологией, играет ключевую роль в обеспечении равномерного качества бумаги. От фиксированной конструкции вальцов в низкоскоростных бумагоделательных машинах до управляемой вальцов в высокоскоростных бумагоделательных машинах большой ширины, непрерывное развитие технологии вальцов всегда было сосредоточено на главной цели — «компенсации деформаций и достижении равномерного давления», адаптируясь к потребностям различных условий работы бумагоделательного производства. Разумная конструкция вальцов не только решает проблемы качества, такие как неравномерная плотность бумаги и плохое обезвоживание, но и повышает эффективность работы бумагоделательных машин (снижая количество обрывов бумаги) и снижает энергопотребление (предотвращая пересушивание). Это незаменимая ключевая техническая поддержка в развитии бумажной промышленности в направлении «высокого качества, высокой эффективности и низкого энергопотребления». В будущем, с непрерывным повышением точности оборудования и постоянной оптимизацией процессов, технология вальцов станет более совершенной и интеллектуальной, внося больший вклад в развитие высококачественной бумажной промышленности.