松下淳　井出丈史

鋼制揚克烘缸的節(jié)能效果

Energy-saving Effects of Steel Yankee Cylinders

松下淳井出丈史

Hergen造紙機械公司研發(fā)出了最先進的鋼制揚克烘缸取代傳統(tǒng)鑄鐵制揚克烘缸，提供給薄頁紙和衛(wèi)生紙生產(chǎn)廠家，已取得顯著經(jīng)濟效益，降低投資費用和運行成本。文中詳細介紹了該缸的主要優(yōu)勢特征及使用廠家證實的增產(chǎn)節(jié)能效果。

在薄頁紙、衛(wèi)生紙的生產(chǎn)過程中揚克烘缸是其心臟部位，起著非常重要的作用。若將生產(chǎn)揚克烘缸的鑄鐵材質(zhì)更換成鋼板，就會解決鑄鐵烘缸面出現(xiàn)的問題，改善熱傳導(dǎo)效率，達到增產(chǎn)、增速效果。Hergen造紙機械公司以其獨特的設(shè)計和完善的制造管理經(jīng)驗制造的鋼制揚克缸為紙廠創(chuàng)造了提高車速的條件，實現(xiàn)了增產(chǎn)節(jié)能效果，取得了期望的經(jīng)濟效益。以下介紹該鋼制揚克缸的詳細特征及其使用效果。

1　鋼制揚克缸和鑄鐵揚克缸的比較

1.1鋼材和鑄鐵材質(zhì)的比較

表1示出鋼材比鑄鐵柔軟、屈服點高。

表 鋼和鑄鐵的比較

1.2設(shè)定的比較條件

為比較鑄鐵揚克缸（帶有溝槽）和Hergen公司鋼制揚克缸（帶有溝槽）的性能，在表2所設(shè)定的同一作業(yè)條件下進行比較。

表2　 工作條件

1.3比較結(jié)果

表3示出在同樣條件下每平方米供給同一熱量時的比較結(jié)果。由于鋼制缸體的熱容量增加，實現(xiàn)了提高車速和增產(chǎn)的效果，而隨之蒸汽的使用量也增加了。

表3　 比較結(jié)果

2　主要特征

2.1鋼制揚克缸（帶有溝槽）的特征

2.1.1結(jié)構(gòu)有無溝槽的比較

圖1　有溝槽和無溝槽結(jié)構(gòu)比較

無溝槽時：缸面體的內(nèi)表面完全被冷凝水溜覆蓋，降低了缸面向紙幅的熱傳導(dǎo)效果。

有溝槽時：冷凝水溜區(qū)域占據(jù)面積較小，從而改善了缸面向紙幅的熱傳導(dǎo)。

2.1.2鋼制揚克缸的主要特征

揚克缸的最大工作壓力與其規(guī)格尺寸無關(guān)，通常為1MPa。鋼制結(jié)構(gòu)，沒有爆炸的危險。

可承受壓力負荷90～120kN/m。

使用高水平金屬噴鍍技術(shù)，保證了烘缸表面質(zhì)地堅硬。

在制造中確保了高幾何精度和穩(wěn)定的制造工程，從而造紙機可在高速運轉(zhuǎn)下進行生產(chǎn)。

制造和管理都按照美國和歐洲的ASME和PED制定的鍋爐等壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)要求進行。

2.2與鑄鐵揚克缸比較時的特征

圖2　鑄鐵（有溝槽）和鋼制（有溝槽）的缸壁結(jié)構(gòu)比較

鋼材有柔韌性能，烘缸壁可做薄，從而熱效率比鑄鐵材質(zhì)高。因此，同樣產(chǎn)量能源消耗較低、同樣缸面體尺寸可生產(chǎn)出更寬的紙幅。與鑄鐵材質(zhì)容易被破壞的性質(zhì)相比，鋼制柔韌，不會出現(xiàn)爆炸和烘缸面發(fā)生裂紋的風(fēng)險；增加了作業(yè)的可靠性和穩(wěn)定性，排除了鑄鐵材質(zhì)派生的問題，顯示出質(zhì)地優(yōu)良特性。因缸面是金屬噴鍍而成，所以在揚克烘缸全部使用壽命期間其操作壓力均無需降低。

3　揚克缸的工程技術(shù)

圖3　工程技術(shù)參數(shù)

揚克缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計按照有限元解析（finite elements analysis）進行下述項目：

內(nèi)壓

壓區(qū)負荷

內(nèi)部冷凝水的質(zhì)量

離心力

在靜水壓試驗中達到的最大壓力

4　結(jié)構(gòu)特征

圖4示出螺栓固定端蓋和焊接端蓋的揚克烘缸外形。

圖4　螺栓締結(jié)端蓋（左）和焊接平板端蓋（右）

4.1缸面體結(jié)構(gòu)的特征

圖5　缸面體內(nèi)壁、外壁

由于構(gòu)成缸面體的鋼板是對角線焊接，所以作用在焊縫（焊接接頭）上的壓力載荷平緩地分散，沒有應(yīng)力集中現(xiàn)象，減輕了該處的金屬疲勞。構(gòu)成缸面體的鋼板按EN10160S3E4標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先進行超聲波檢查（這對鋼板是最嚴格的要求標(biāo)準(zhǔn)），而后對成品缸面體進行應(yīng)力消除處理。

4.2端蓋的結(jié)構(gòu)特征

4.2.1用螺栓固定的端蓋

圖6　螺栓連結(jié)端蓋和人孔

所用材料是ASTM鑄鋼，進行了100%超聲波檢查。用CNC機械制造，保證了高尺寸精度。所有部件在機械加工之前都除去應(yīng)力，實現(xiàn)了高尺寸精度機械加工。成品進行消除應(yīng)力處理，并且為確保高度堅固耐用，采用最佳設(shè)計方案，減少端蓋變形。缸面和端蓋的接合不使用焊接的方法（采用焊接端蓋方法時，在焊接過程中可能會引起缸面殼體偏心，存在著變形不可避免的可能性）。端蓋無焊接接頭，實現(xiàn)了高度尺寸穩(wěn)定性。端蓋結(jié)構(gòu)堅固及其科學(xué)的幾何學(xué)曲線設(shè)計使缸面減少了變形。因此，即便在變更蒸汽的設(shè)定壓力時，也很少會出現(xiàn)需要在缸面邊緣設(shè)置起皺刮刀進行調(diào)整的現(xiàn)象。另外，為將端蓋固定在缸面殼體上而設(shè)計合理的短淺又堅固的凸緣，降低了在結(jié)合部生銹的可能性。

各端蓋上有2個檢修用的人孔，減少了檢修和維修時的換氣時間及紙機的停機時間。

4.2.2平板焊接端蓋

圖7　平板端蓋焊接缸體

因是焊接結(jié)構(gòu)，所以不用擔(dān)心會出現(xiàn)蒸汽泄露問題，同時因烘缸整體變輕，特別是對于現(xiàn)有設(shè)備的改造，可顯著地降低通常的作業(yè)負荷。獨特的制造工藝和幾何學(xué)特征，使之成為更經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)、制造成本下降，比螺栓固定型制造成本低。而且，焊接平板端蓋結(jié)構(gòu)可使烘缸生產(chǎn)出更寬的紙幅。

4.3端蓋的保溫

圖8　端蓋的保溫

為減少熱損失對端蓋進行保溫。向周圍散發(fā)的熱損失隨揚克缸的規(guī)格尺寸而異，大致為6%～8%。對端蓋實施保溫，可將該熱損失控制在3%左右。該數(shù)值隨揚克缸的尺寸和保溫材料的厚度而異。減少其向周圍散失的熱損失有助于提高生產(chǎn)量或節(jié)省蒸汽。保溫采取將不銹鋼板和保溫材料用螺栓固定在端蓋上的辦法，此時螺栓孔并不穿透，所以不會影響揚克烘缸的性能。

4.4中心支撐及軸頸

圖9　中心支撐的結(jié)構(gòu)和保溫

中心支撐和軸頸組合成一體結(jié)構(gòu)。中心支撐用ASTM鋼板制成，旋轉(zhuǎn)軸由鑄鐵制成。為防止端蓋和缸面殼體的變形通常設(shè)計成較大直徑，實現(xiàn)了更良好的蒸汽分配效果。兩個軸頸用同一件材料機械加工而成，確保了兩者完全同心，并且軸頸、端蓋及缸面體無偏心。中心支撐的內(nèi)軸用螺栓聯(lián)接固定在揚克烘缸的端蓋上。

在中心支撐上設(shè)置了兩個檢查孔，減少了檢修和維護時的換氣時間及停機時間。成品組件都進行除去應(yīng)力處理，為減少對滾珠軸承的熱傳導(dǎo)在軸的內(nèi)部設(shè)置了絕熱材料。

4.5軸承座和軸承

圖10　軸承座和軸承

軸承座用經(jīng)過熱處理的結(jié)節(jié)狀鑄鐵制成。軸承以油壓承托方式直接安裝在軸上。傳動側(cè)軸承座優(yōu)先選用安裝CARB型SKF軸承。設(shè)計為強制潤滑操作方式。

4.6冷凝水除去系統(tǒng)

圖11　冷凝水除去系統(tǒng)和頻閃管

配置的汽水頻閃型集水管架設(shè)在中心支撐上?？紤]到系統(tǒng)受熱膨脹的影響，使用同樣材質(zhì)、以相同熱膨脹系數(shù)進行設(shè)計，并且各頻閃管（集水管）和烘缸內(nèi)壁溝底部之間的距離為可精密控制的特殊調(diào)整系統(tǒng)。冷凝水回收端聯(lián)管箱的數(shù)量和頻閃管的數(shù)量因烘缸直徑的大小而異。聯(lián)管箱因受冷凝水和蒸汽混合體高速沖擊而發(fā)生激烈消耗，所以箱壁較厚。寬敞的聯(lián)管箱可分散沖擊能量，有抑制損耗程度的作用。

為使冷凝水不涌動，頻閃管插入的位置設(shè)置在比冷凝水水位高的位置。吸水管下方的聯(lián)管箱底板為強化板，能防止高速消耗，使用壽命較長。為抑制消耗，吸水管（汽水頻閃管）采用大R壁厚的結(jié)構(gòu)。中心支撐和聯(lián)管箱采用結(jié)構(gòu)堅固、大聯(lián)管箱支撐足固定。中心支撐口徑大，在維護冷凝水排除系統(tǒng)時容易做到暢通。

4.7汽水頻閃管

頻閃管結(jié)構(gòu)堅固，比其他公司的管壁厚，并且容易更換和調(diào)整。對管前端預(yù)先采取了堅固強化措施，達到了降低消耗、延長使用壽命的效果。頻閃管的定位座堅實而且與大徑螺栓一起調(diào)節(jié)定位，可更安全地固定卡緊。

圖12　汽水頻閃管

4.8金屬噴鍍

圖13　金屬噴鍍

用電弧噴射進行金屬噴鍍，表面硬度達到52～55HRc，表面整飾最小達到0.2pm標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隨紙種而異。噴鍍最終厚度為0.85～0.90mm，所用的原材料為“鐵、鉻、硼”。

5　質(zhì)量管理

在制造過程中使用的全部鋼板都要求企業(yè)提出質(zhì)量保證書，即便是鑄鐵材料也讓企業(yè)提出質(zhì)量保證書，其中也包含顯微鏡照片。

對于所使用的全部材質(zhì)都按EN10160S3E4標(biāo)準(zhǔn)進行超聲波檢查

缸面體組裝后進行尺寸檢查

對所有的焊縫進行超聲波檢查

進行熱處理消除應(yīng)力

控制機加工后的尺寸

按照ASME/PED標(biāo)準(zhǔn)進行水壓試驗

全部螺栓都進行超聲波檢查

采用鋼制揚克烘缸生產(chǎn)生活用紙，克服了以往鑄鐵揚克烘缸存在的問題，同時，因質(zhì)量降低而減輕了負荷，比鑄鐵烘缸在同樣面寬的情況下可生產(chǎn)更寬的紙幅，并大幅度地改善了傳熱效率。在實踐中已取得了提速、增產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率、節(jié)能的效果。Hergen公司的鋼制揚克烘缸充分獲得了使用廠家的好評。

（轉(zhuǎn)載自《中華紙業(yè)》/2015年第14期）