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水力碎漿機葉輪的技術(shù)改造

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摘要：介紹了對水力碎漿機的老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪(VokesRotor,亦叫旋翼式葉輪)的技術(shù)改造,葉輪經(jīng)過改造后,提高了水力碎漿機的碎漿效率、產(chǎn)量和質(zhì)量,從而降低了動力消耗,給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：水力碎漿機；葉輪；尖銳齒形刀刃；動力消耗；效率

水力碎漿機是造紙過程中碎解廢紙或商品漿最重要的設(shè)備,其關(guān)健部件之一是水力碎漿機的葉輪,它的結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)參數(shù)直接影響著水力碎漿機的碎解能力和能耗。目前我國很多造紙企業(yè)廣泛應(yīng)用的水力碎漿機轉(zhuǎn)子有置于中心的立式對稱型、D型、轉(zhuǎn)子偏置型等；對于低濃立式碎漿機有Vokes轉(zhuǎn)子、川佳公司的VHM轉(zhuǎn)子、Cellwood的帶鋸齒S型轉(zhuǎn)子、Sunds的帶鋸齒Preflo轉(zhuǎn)子、Beloit公司的TRI-DYNE節(jié)能轉(zhuǎn)子等。目前國內(nèi)很多企業(yè)使用的水力碎漿機葉輪為老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪(VokesRotor,亦叫旋翼式葉輪),該葉輪為轉(zhuǎn)子置于中心的立式對稱型,在實際使用中有缺陷,但近20來年卻沒什么突破性的挖潛改造,早已經(jīng)適應(yīng)不了處理廢紙的需要。

某紙業(yè)公司生產(chǎn)高強瓦楞原紙和掛面箱紙板,生產(chǎn)規(guī)模20萬t/a,該公司有兩臺35 m3的水力碎漿機,葉輪為老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪,直徑為1550 mm,其轉(zhuǎn)速為190 r/min,配電機為315 kW,滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時電流600～630 A,碎漿原料為國內(nèi)廢紙和進(jìn)口OCC。該水力碎漿機難適應(yīng)生產(chǎn)需要,碎漿時有很多紙片未能碎解,增加了除渣、篩選和磨漿系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),單臺產(chǎn)量只在180～200 t/d,只能適合于間歇碎漿。該公司因制漿產(chǎn)量達(dá)不到造紙需要,經(jīng)常是出現(xiàn)“兩天打魚三天曬網(wǎng)”的生產(chǎn)局面。

為了使該水力碎漿機適應(yīng)生產(chǎn)需要,筆者針對生產(chǎn)中水力碎漿機出現(xiàn)的問題反復(fù)琢磨,對該水力碎漿機的葉輪進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計,改造后取得了良好的碎漿效果,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文對該水力碎漿機葉輪的技術(shù)改造進(jìn)行了詳細(xì)介紹,以供同行參考。

1水力碎漿機運行原理

廢紙在水力碎漿機中的碎解,主要靠葉輪的機械作用和葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強力渦旋作用,而后者往往起主導(dǎo)地位。圖1(a)所示為碎漿機葉片的單旋渦示意圖，由于廢紙被卷入旋渦中心,被旋渦間空氣托住而不易下沉,造成碎解困難。對此企業(yè)一般在此增加齒形齒的特殊導(dǎo)向葉片,就可以形成雙旋渦形式(見圖1(b)),使廢紙獲得更多的翻滾和摩擦,產(chǎn)生良好的碎漿疏解,提高碎漿機的效率。

圖1　碎漿機葉片旋渦示意圖

一般來說,葉輪直徑小,轉(zhuǎn)速低,可以降低動力消耗,但不能保證全部漿料在槽內(nèi)充分循環(huán),對濃度較高的漿尤其如此；采用高轉(zhuǎn)速大葉輪可以得到良好的循環(huán)狀況,卻大大增加動力消耗。因此,為保證漿料循環(huán)良好,動力消耗低,且碎漿效率高,葉輪直徑以選用1/2～1/3槽體直徑為宜。對于單葉輪水力碎漿,由于葉輪要同時擔(dān)負(fù)循環(huán)和碎漿任務(wù),葉輪上的刀片數(shù)目要多,且分布在兩個區(qū)域內(nèi),中心區(qū)域有數(shù)量少而較高的刀片,用來推進(jìn)漿料,起循環(huán)作用,外圍則放置數(shù)量多而高度低的刀片,主要起碎漿(碎解)作用。

圖2　改造前老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　改造后老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

2老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪存在的缺點

(1)只適應(yīng)間歇碎漿,碎漿濃度為3%～4%,耗電大,用水量大,增加濃縮脫水負(fù)擔(dān)。

(2)進(jìn)口OCC一般為木漿纖維,有很強的施膠,碎漿難,碎漿后的紙片較多,且產(chǎn)量低,增加了除渣、篩選和磨漿負(fù)擔(dān)；經(jīng)常出現(xiàn)供漿脫節(jié)、抄紙被迫停機的現(xiàn)象。

(3)進(jìn)口OCC難碎解,耗電大,若廢紙放在大水池預(yù)浸兩天兩晚后碎漿容易些,可以提高碎漿后漿料的打漿度,經(jīng)潤濕碎解后的漿料纖維質(zhì)量好,抄紙強度高。但每天投入廢紙的批量大,預(yù)浸廢紙環(huán)節(jié)費用大,環(huán)境條件受限制,這種辦法則不可取?；蛟S小型紙廠可以這樣做,但做起來亦不容易。生產(chǎn)實際運作中,搬運預(yù)浸廢紙會影響環(huán)境,這種辦法將會受環(huán)保限制,不宜提倡,需因地制宜,僅供參考。

(4)對部分容易碎漿的廢紙,易造成纖維強度下降。

(5)貯漿池、漿池等設(shè)備投資費用將由于采用間歇碎漿生產(chǎn)而增大。

(6)不適合處理雜質(zhì)多的廢紙。

(7)不適合安裝斗式提渣機及繩索裝置。

(8)需要較長的停機時間以處理排渣。

3葉輪的結(jié)構(gòu)改造[1-6]

針對上述問題,筆者對該紙業(yè)公司的老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪進(jìn)行了技術(shù)改造。改造前的葉輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。從圖2可見,老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪有8個翼狀葉片,既起碎解作用,也起循環(huán)作用。如果配合使用一個環(huán)形底刀(即底刀環(huán)),不僅可以碎解高濃度漿料,而且能提高碎解效果。這種具有底刀環(huán)的水力碎漿機,還可以通過調(diào)節(jié)刀片與底刀環(huán)之間的距離來控制碎漿質(zhì)量。隨著造紙工業(yè)發(fā)展和生產(chǎn)的需要,該碎漿機雖然經(jīng)歷數(shù)次改進(jìn),在實踐中得到初見成效,但仍未能較徹底地解決主要技術(shù)問題。

造紙業(yè)是用電的“電老虎”,供電部門有分“高峰期”和 “低谷期”用電,按正常即日21點至次日8點為低谷期,電價可便宜50%,有經(jīng)濟(jì)頭腦的企業(yè)管理老板,會在這段時間抓緊打漿(碎漿)、篩選、磨漿,完成足夠紙機生產(chǎn)一天紙張的供漿量,從而降低成本。但自身要增加制漿設(shè)備生產(chǎn)能力和擴大貯漿池的投資,從長遠(yuǎn)利益著想是有經(jīng)濟(jì)價值。為了使該碎漿機適應(yīng)生產(chǎn)需要,提高碎漿的質(zhì)量與產(chǎn)量,筆者在生產(chǎn)實踐中反復(fù)琢磨,對該公司的兩臺水力碎漿機的葉輪進(jìn)行了獨具匠心的改進(jìn)設(shè)計,將葉輪的斜直形刀刃改為尖銳齒形刀刃，如圖3所示。

葉輪改造后,單臺水力碎漿機產(chǎn)量增加至380～400 t/d,電機運行負(fù)荷降為380～400 A,兩臺水力碎漿機一年可節(jié)約用電450萬kWh,節(jié)能效果顯著。水力碎漿葉輪改造后可適應(yīng)連續(xù)碎漿或間歇碎漿,碎漿可在3%～8%漿濃進(jìn)行,碎漿原料種類適應(yīng)性廣,消除了碎漿后小紙片的存在,打漿度比改造前提高6～8°SR,大大減輕除渣、篩選、磨漿的負(fù)擔(dān)。改造后,該碎漿機更是適應(yīng)生產(chǎn)高強瓦楞厚紙的碎漿,且保證了產(chǎn)品質(zhì)量。該技術(shù)實際可行,使水力碎漿機高效率、高產(chǎn)量、高質(zhì)量、且降低了動力消耗。

4葉輪改為尖銳齒形刀刃的優(yōu)點

(1)碎漿機葉輪在高速運轉(zhuǎn)時,發(fā)揮尖銳齒形刀刃強離心力“快刀斬亂麻”的性能效應(yīng)作用,避開并消除雙旋渦碎漿的障礙,同時,削弱了碎漿的阻力,使葉輪碎漿“暢通無阻”,降低了設(shè)備噪聲,增強了碎漿葉輪刀刃剪切能力和促進(jìn)雙旋渦擴散碎解能力,得到了良好的循環(huán)效果,使碎漿功率消耗降低了30%(經(jīng)改造后降低了200 A)。

(2)單臺碎漿產(chǎn)量可增加1倍,等于改造前兩臺碎漿機產(chǎn)量的總和,碎漿可在3%～8%濃度進(jìn)行,適應(yīng)碎解國內(nèi)廢紙和進(jìn)口OCC,且間歇碎漿和連續(xù)碎漿均適應(yīng)。

(3)碎漿后漿料的打漿度可提高6～8°SR,大大減輕除渣、篩選和磨漿的負(fù)擔(dān), 解決漿料產(chǎn)量和造紙產(chǎn)量的平衡。排渣量比改造前減少30%,也減少了排渣運輸負(fù)擔(dān)。

(4)水力碎漿機設(shè)有斗式除渣機、絞索裝置等設(shè)備來幫助去除廢紙中含有的雜質(zhì),碎漿運行過程可以連續(xù),且碎漿電耗較間歇式低,設(shè)備利用率提高。

(5)由于廢紙中的雜質(zhì)在水力碎漿機被打碎機會較少,故能適用包裝紙廢紙?zhí)幚怼?/p>

(6)尖銳齒形的鑄鋼刀刃可直接鑄造鋼齒齒形或鑄造鋼在銑床銑齒。刀刃一旦磨損可反復(fù)修復(fù)使用。具體方法是用氣割修平,焊上備用鑄齒的鋼條(亦可在銑床銑齒),因電焊過熱可能會“退鋼”,有條件經(jīng)熱處理使用壽命會更長(耐磨),不經(jīng)熱處理也可使用,材料采用耐磨工具鋼、鎢鉻鈷合金或410#鉻合鋼等的耐磨材料,也可在葉輪底面上焊上上述材料的刮料條。在篩板頂面亦可設(shè)防磨損擋條,以保護(hù)篩板,延長其使用壽命。另外,篩板與葉輪間的間隙是可調(diào)的,通常保持在1 mm距離。刀刃磨損后可以反

復(fù)修復(fù)4～6次,不必更換葉輪從而降低維修成本。

(7)改造35 m3的水力碎漿機葉輪,投資省,見效快,運行安全可靠。亦適應(yīng)30、25、20、15、10 m3水力碎漿機的葉輪改造。

(8)減少廢水排放和節(jié)約用水25%。

5結(jié)語

針對水力碎漿機老式標(biāo)準(zhǔn)型伏克斯葉輪在碎漿使用上存在的缺陷,筆者經(jīng)過在生產(chǎn)實踐中的反復(fù)琢磨,對碎漿機的關(guān)鍵部位葉輪進(jìn)行了改造,開發(fā)了尖銳齒形刀刃的新型葉輪；葉輪改造后的水力碎漿機適應(yīng)目前碎解廢紙的實際需要,取得了良好的碎漿效果,提高了水力碎漿機的碎漿效率、產(chǎn)量和質(zhì)量,從而降低了動力消耗,給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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(責(zé)任編輯：常青)

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Upgrading Hydrapulpers Efficiency by Modification of Its Vanes

YU Zhang-shu

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Abstract：The paper introduced the experience of upgrading hydrapulpers efficiency by modification of its vanes, after modification of the vanes of the hydrapulper, its pulping efficiency, production and quality of the pulp were increased while the power consumption decreased.

Key words：hydropulper; vane; sharp tooth blade; power consumption; efficiency

收稿日期：2014- 09- 27(修改稿)

中圖分類號：TS733+.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)04- 0068- 03

作者簡介：余章書先生,高級工程師；主要從事造紙機械設(shè)備技術(shù)改造、制漿造紙工程和創(chuàng)新的設(shè)計工作。