林美嬋

(杭州美辰紙業(yè)技術有限公司,浙江杭州,310004)

MC稀釋水型水力式流漿箱關鍵技術的開發(fā)

林美嬋

(杭州美辰紙業(yè)技術有限公司,浙江杭州,310004)

介紹了三大類型流漿箱之一的水力式流漿箱的特性,重點介紹了MC稀釋水型水力式流漿箱及稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)的關鍵技術。

稀釋水型水力式流漿箱;布漿;勻漿;橫幅定量

造紙機流漿箱按適應造紙機車速要求可劃分為三大類型:①低速紙機用的敞開式流漿箱;②中速紙機用的氣墊式流漿箱;③高速紙機用的水力式流漿箱(或稱滿流式流漿箱)。目前這三大類型流漿箱中,前兩個類型是我國已能自主設計、自主制造的產(chǎn)品,唯獨水力式流漿箱沒有我國自主設計的版本。

水力式流漿箱是隨著高速夾網(wǎng)造紙機的誕生而發(fā)展起來的。水力式流漿箱的漿流充滿箱體,噴漿速度可由上漿泵直接提供,箱體內(nèi)采用固定水力學勻整元件,利用高速漿流通過變截面的湍流發(fā)生器,產(chǎn)生高強度的懸浮分散良好、穩(wěn)定、全幅均勻分布的小尺寸高強度湍流的漿流,滿足高速夾網(wǎng)成形器的要求。

由于水力式流漿箱能適應高車速、結(jié)構(gòu)緊湊、高效、成紙勻度好,橫幅分布均勻,表面平整光滑,不像勻漿輥流漿箱那樣在超過流量的時候容易產(chǎn)生縱向分布。所以中速的長網(wǎng)紙機也日漸仿水力式流漿箱的勻整機理,研究設計適合其使用的水力式流漿箱。

隨著造紙機成形部的技術提升,紙機車速的提高,水力式流漿箱已成為夾網(wǎng)紙機、長網(wǎng)紙機的關鍵產(chǎn)品。特別是 20世紀 90年代開發(fā)成功的配有稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)裝置的水力式流漿箱成為當今最先進的產(chǎn)品。

隨著我國造紙工業(yè)的發(fā)展,造紙機的車速在不斷提高,門幅不斷增大,對高速寬幅水力式流漿箱的需求也越來越大,依賴進口不但價格昂貴,而且核心技術也受到牽制。美辰公司從 2002年就開始在成功研制敞開式、氣墊式流漿箱的基礎上步入了水力式流漿箱的研發(fā)階段。

水力式流漿箱的設計難點在于高速和寬幅。要把流體狀的漿料均勻一致地噴射到寬幅、高速運行的網(wǎng)上是流體傳輸?shù)碾y題,它涉及水力學原理、自動控制技術和大型精密機械的制造方法,所以研發(fā)目標定位在世界先進水平,必須從理論基礎上全面掌握。為此,美辰公司建立了模擬實驗室,購買了實驗檢測器材,制造了多個水力式流漿箱模型,對流漿箱的各種結(jié)構(gòu)、參數(shù)、流態(tài)進行模擬驗證。經(jīng)過 7年的艱苦奮斗,終于在 2008年成功開發(fā)了MC稀釋水型水力式流漿箱。下面介紹MC稀釋水型水力式流漿箱的幾個關鍵技術。

1 等壓錐管布漿器的優(yōu)化設計

等壓錐管布漿器是紙幅橫幅定量分布均勻的基礎,現(xiàn)代高速造紙機絕大多數(shù)采用橫向截面收斂的方錐管或圓形錐管等壓布漿。如何設計橫幅布漿壓力一致的錐形布漿總管,計算是關鍵。通常的錐管計算是使用拜納斯方程進行計算,這對于小尺寸的流漿箱而言沒有問題,但是對于高速大幅面的錐管計算就力不從心,為此,美辰公司進行了模型試驗,引入了修正參數(shù),使計算出來的修正曲線更符合實際要求。同時,在制造錐管的時候采用多段線擬合曲線的方式,使計算優(yōu)化的結(jié)果能充分地表現(xiàn)出來。

2 湍流發(fā)生器的設計制造

湍流發(fā)生器是水力式流漿箱的勻漿裝置,作用是讓從布漿器來的漿流得到高強度的微湍動以保持漿料懸浮分散并均勻一致地送至流漿箱的噴漿唇口以把漿流均勻一致地噴到網(wǎng)上。

湍流發(fā)生器由一系列異形截面的不銹鋼管組成,湍流發(fā)生器的入口側(cè)為圓形孔,出口側(cè)為方形孔。運用水力學原理使高速漿流通過變截管時能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生高強度的微湍動,使?jié){流中的纖維懸浮分散良好,湍流發(fā)生器的管束幾何參數(shù)和數(shù)量都需要認真地計算。

湍流發(fā)生器最大的難點在于制造,因為設計要求工件的幾何尺寸非常準確,凡與漿料接觸的壁面光亮平滑不掛纖維。這個要求對于不銹鋼工件是很苛刻的,因為不銹鋼很容易受熱變形。為了達到設計要求,美辰公司與科研單位合作,研發(fā)了超塑成形技術,解決了異形管的內(nèi)壁拋光和加工變形的難題,可以生產(chǎn)出一致性良好的異形鋼管以滿足流漿箱產(chǎn)品的需求。

同時,由于開發(fā)時候就是采用現(xiàn)代矩形結(jié)構(gòu)的湍流發(fā)生器,因此,可以很容易升級為帶有唇口漂片的水力式流漿箱,可以進一步優(yōu)化成紙的勻度等物理指標。

3 稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)系統(tǒng)及智能稀釋水閥門

3.1 稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)的技術關鍵

稀釋水型水力式流漿箱是現(xiàn)在國際上公認的先進流漿箱。稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)的目的是最大限度地減少紙幅的橫幅定量差。隨著造紙機門幅的加大,車速提高以及各式夾網(wǎng)成形器的誕生,傳統(tǒng)的用噴漿唇口幾何尺寸變形調(diào)節(jié)橫幅定量的方式已不能滿足精度要求,尤其是高速夾網(wǎng)紙機結(jié)構(gòu)緊湊,操作空間窄小,難以安裝機械調(diào)節(jié)機構(gòu)。另外,噴漿唇口幾何尺寸變形也會使噴出漿流方向改變而產(chǎn)生橫流,影響紙幅的纖維排列方向,而不同的纖維排列方向會使紙幅產(chǎn)生不同的收縮率,這對于有些特種紙如無碳復寫紙等,要求成紙收縮率必須穩(wěn)定一致,變形量一致,纖維方向穩(wěn)定,用傳統(tǒng)的微調(diào)裝置是很難實現(xiàn)的。

20世紀 80—90年代,國外引入了對流漿箱橫幅方向分區(qū)濃度調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)橫幅定量,可以使成品紙張的橫幅定量差比傳統(tǒng)的方式減少 50%～80%。同時因為稀釋水調(diào)節(jié)閥幾何尺寸比較少,可以使橫向調(diào)節(jié)間距減少至 60 mm(傳統(tǒng)調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)間距最少110 mm),調(diào)節(jié)精度進一步提高。

我國在 20世紀 90年代開始引進此類設備,但由于核心技術始終掌握在外國公司手中,我國技術開發(fā)一直很緩慢,僅僅處于表面模仿階段,未能攻克其核心關鍵技術難關,所以性能指標、使用可靠性等遠遠落后于國外水平。

稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關鍵技術:①稀釋水供應系統(tǒng);②稀釋水智能調(diào)節(jié)閥。

橫幅定量調(diào)節(jié)所用的稀釋水必須是造紙機網(wǎng)下的白水。如果用清水則會破壞供漿系統(tǒng)的漿水平衡,最終導致成形紙幅縱向定量波動。

稀釋水供應系統(tǒng)作用是把經(jīng)過白水篩的稀釋用白水通過混合器與錐形布漿總管的濃漿盡可能均勻地混合后來實現(xiàn)局部濃度調(diào)節(jié)。如果不用混合器,直接把稀釋水加入布漿總管之后的支管則會造成漿水混合不良而使成紙產(chǎn)生條印。

稀釋水供應系統(tǒng)由白水篩、稀釋水分布總管、稀釋水加入支管和稀釋水混合器組成。稀釋水的加入點要選擇在能保證稀釋水與濃漿良好混合的時間和足夠的混合空間。一般選擇在流漿箱布漿器之后的布漿支管上。

稀釋水調(diào)節(jié)閥作用是根據(jù)紙幅橫向定量測量數(shù)值,經(jīng)過計算后,提供適量的稀釋水以調(diào)節(jié)局部的漿流濃度而調(diào)節(jié)定量。稀釋水調(diào)節(jié)閥必須滿足下列要求:

(1)稀釋水采用造紙機網(wǎng)下的白水,雖經(jīng)白水篩凈化,但仍有固形物。因此,稀釋水閥必須具有抗阻塞、防結(jié)垢、不掛纖維和填料的功能。

(2)要求調(diào)節(jié)閥精度很高,并且閥芯開度和流量變化值要呈線性關系。

(3)必須能采用電腦自動控制并可以與 QCS相連接進行橫幅定量自動調(diào)節(jié)。

(4)為了提高調(diào)節(jié)精度、拉近調(diào)節(jié)距離,要求調(diào)節(jié)閥的體積小、易維修、易操作。

這種閥國內(nèi)尚無產(chǎn)品,國內(nèi)目前采用的稀釋水閥是普通流體使用的球閥、閘閥、針閥等,采用手動或成品電動執(zhí)行機構(gòu),由于稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)間距小,調(diào)節(jié)精度高,又與成紙的很多工藝參數(shù)的變化有關,手動調(diào)節(jié)機構(gòu)遠遠不能滿足要求,而采用成品的電動閥門執(zhí)行機構(gòu),不但體積大、線路復雜、操作麻煩,而且調(diào)節(jié)精度低,再加上閥門間隙、機械結(jié)構(gòu)的間隙等,通常連 1%的精度都難達到,而且,很多國內(nèi)的企業(yè)采用的還是簡單的通用執(zhí)行機構(gòu),壽命短、調(diào)節(jié)死區(qū)大,效果就更難達到要求。

要實現(xiàn)稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié),必須開發(fā)智能型線性調(diào)節(jié)閥。美辰公司通過與高校合作,經(jīng)過幾年的試驗研究,通過中試機臺使用經(jīng)驗摸索,終于在國內(nèi)首創(chuàng)了旋轉(zhuǎn)式線性調(diào)節(jié)閥和智能型精密閥門電動驅(qū)動器。該閥采用矩形截面流道,具有良好的線性調(diào)節(jié)功能和抗阻塞功能,因無密封件,沒逆向角度,所以不掛纖維填料。閥芯采用電腦控制下的精密驅(qū)動系統(tǒng),而且閥芯與執(zhí)行機構(gòu)采用剛性連接,沒有間隙,可以提供 0.1%精度的調(diào)節(jié)能力和高達 1/4000的分辨率,達到了使用要求。該閥在調(diào)節(jié)上因采用電腦智能驅(qū)動器,調(diào)節(jié)簡單準確,所有閥門與上位機連接只需 1根電纜,而如果采用商品電動球閥,線路上百根,安裝調(diào)節(jié)很繁瑣。該閥體積小,可以使橫向調(diào)節(jié)區(qū)間在60 mm左右 (機械微調(diào)機構(gòu)調(diào)節(jié)區(qū)間寬在 120 mm左右),因而大大提高了橫幅定量的調(diào)節(jié)精度。

3.2 稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)適用范圍

稀釋水橫幅定量調(diào)節(jié)技術始創(chuàng)用于水力式流漿箱,水力式流漿箱特點之一是箱體內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動的勻整元件。具有轉(zhuǎn)動勻整裝置的勻漿輥流漿箱能否采用此套技術成為美辰公司的研究課題,實驗采用有機玻璃材質(zhì)分別制作了兩個模擬試驗模型:一臺是水力式流漿箱,配有兩排固定式變截面束管勻漿元件;另一臺是氣墊式流漿箱,配有兩根轉(zhuǎn)動式勻漿輥勻整元件。

稀釋水用紅色墨水,加入點位于進漿錐管之后的支管。觀察顏料從加入點至流漿箱唇口的擴散情況,研究結(jié)果表明,水力式流漿箱的顏料從加入點到流漿箱唇口擴散寬度在 90 mm左右,色段平行,尺寸穩(wěn)定。而氣墊式勻漿輥流漿箱的紅色墨水從加入點到流漿箱唇口,在轉(zhuǎn)動勻漿輥的作用下已擴散至 250～300 mm,色段呈放射狀,而且很不穩(wěn)定,這說明勻漿輥流漿箱采用稀釋水調(diào)節(jié)橫幅定量的作用不大。

4 流漿箱噴漿速度自動控制

流漿箱漿料的噴射速度 (漿速)必須和造紙機成形網(wǎng)的速度 (網(wǎng)速)協(xié)調(diào)一致才能生產(chǎn)合格的成紙。水力式流漿箱噴漿壓力來源于上漿泵的動壓頭,這個壓力是造紙機車速和漿網(wǎng)速比的函數(shù)。由于車速快、變化快、漿流從流漿箱噴出到網(wǎng)上定形時間只有幾分之一秒,在這樣短的時間內(nèi)要求紙幅的定量沿網(wǎng)寬均勻一致分布,必須要求噴出漿流的漿料沿網(wǎng)寬均勻懸浮分散,穩(wěn)定一致,所以水力式流漿箱必須配備保證沿造紙機的全幅寬有均勻穩(wěn)定的壓力和協(xié)調(diào)漿網(wǎng)速比能力的裝置。噴漿壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測量傳感器及電腦控制系統(tǒng)組成。流漿箱內(nèi)的壓力由位于唇板流道的壓力變送器測量,控制系統(tǒng)把壓力變送器的信號與設定點的信號進行對比,然后相應地調(diào)節(jié)上漿泵的速度,當漿網(wǎng)速比設定改變時,控制系統(tǒng)會自動改變流漿箱的壓力來適應新的漿網(wǎng)速比,整個調(diào)節(jié)均為自動控制。

5 結(jié) 語

具有近代先進技術水平的MC稀釋水型水力式流漿箱已成功地用在上海某廠的高速衛(wèi)生紙機、東莞某廠生產(chǎn)箱紙板的高速疊網(wǎng)紙機以及河南某廠的薄型紙機上,均取得良好效果。

Research&Development of the Key Technology ofMC D ilution Hydraulic Headbox

L IN Mei-chan
(Hangzhou MCN Paper Technology.Co.,L td.,Hangzhou,Zhejiang Province,310004)

Headbox is the keypart forpaper for ming.Thispaper introduces the feature of hydraulic headbox.The key technologiesof Chinese domestic hydraulic headbox and base weight adjustment by dilution water are mainly discussed.

dilution hydraulic headbox;furnish distribution;furnish rectifying;CD basisweight

TS734+.2

B

0254-508X(2010)03-0056-03

林美嬋女士,高級工程師;主要從事造紙機流漿箱的研究、設計、制造工作。

(E-mail:headbox@126.com)

2009-11-09

(責任編輯:趙旸宇)