轻工机械关于在我国发展夹网成形器的探讨王锅元摘要奉....pdf
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1、2 1 9 9 O年第 3期轻工机械 关 于 在 我 国 发 展 夹 网 成 形 器 的 探 讨 王锅元 摘要 奉文在对纸幅成形机理进行讨论 和对成形过程及成形器进行 分类研 讨的 基础上，阐明 7成形技 术和成形 嚣的发展方向，提 出了今后 5 1 0 年内，在我国应 用夹 日成形技术的必要性和技 术路 线。介绍 了中国专利 带央网的 圆网成形 器 的圆 路、原理，结构和性能。并对央同成形器工作中的浆料受力情况，装速同速比及脱 水计算公式手进行 7推导和讨论 成形过 程是将纤维、填 料等 固体 颗粒在 水 中的悬浮液 浆料脱水，沉积、圆化，形成具有初步物理强度的多孔体薄层湿 纸幅的过程。这
2、是一个由假 塑性非 牛顿流体 流动，过滤，形成充满水的多孔体薄层，并 进一步脱水，压缩，固化成为湿纸幅的复杂 的组合过程。在造纸机上成形过程是在成形部上完成 的。它 是造纸机的一个 最重 要的组成部分。成形部工作曲 好坏，对于纸幅的 内部结构，以及主要由结构决定的郎分质量指标(如 定 置，纵，横向定量波动，匀度，裂断长，纵、横 向拉 力比，平滑度，两面平滑度差，纸面 跷曲变形，掉粉，掉毛及多层纸及纸板的层 间结合强度 等)起着关键 的作用。成形部 的制 造费 用约占造纸机 总费用的2 0 3 O 。成 形部的动力消耗(包括传动和抽真空的动力)约 占造纸机总动力 消耗的3 5 7 0 。成形 部
3、的工作原理和结构往往也是限止造纸机车 速提高的制约性环节。由此可见，良好 的成形 部选型 和结构设计，对于整个 纸机造价 的减 少。效率的提高，性能的改善和能量、原材 料消耗的降低具有重大的作用。正 是由于成形过程的复杂性 和成形 部的 重要性，成形部已成为目前造纸行业 中最受 入往 目，发 展最快，型式最多的一种装置。世界各国的造纸机械制造厂都竞相推出新的 成形装置，作为竞争的有力武器。应该指出 的是，现 有的各种 成形装置都 是有一 定的适 用范围和优缺点的。为了适应我国造纸厂规 模不 大和广泛使用草浆的特 点，在吸 收世界 先进成形技术的基础上，开 发适 合我国国情 的优质、高效、低耗纸
4、幅成形器，是我国造 纸界当前的一项重要任务。、纸 幅成形机理的分 类殛 成形技术 的发展 按照纸幅形成机理 的不同，成形过程可 划分 为网面浆 层过滤脱水成形 和喷浆上 网脱 水成形两太类。网面 浆层过滤 脱水成形 过程是以按纸机 工作车速运 动 的滤 网与低速运 动的浆流直接 接触，在 网两 侧压 力差 的作 用下，通过过滤，使网面 附近 的浆层脱 水、浓缩，并附着在 阿 维普资讯 http:/ l 9 9 0年第 3期轻工机械 面 上脏之运 动，不断 加厚，形成湿纸幅 的过 程。在 这一成形 过程中，一般采用 圆网网面 作为滤网，而以各种结构网槽的槽壁作为引 导 浆流 按一 定要求进行流
5、动的边界 o，高速运 动的网面与附近浆流之间存在的速 度梯 度使 附着在 网面上的大部分纤 维按纵向顺列，所 形成 的纸幅 具有较 大的纵横 向拉力 比。为了 要减 小这一速度梯度，网面 与槽壁 闯浆流 的 厚度就不能太薄，而大截面浆瀛中备点的瀛 动更难控制，势 必导致浆流对 已形成、并 附着 在网面上运 动的湿 纸层 的冲刷，再加 上圆周 运 动时离心力 的作 用，把一 些部分脱 水浓缩 的浆料以浆团的形式从网面上冲落下来，返 回到浆流中，使之浓度增高，絮聚加尉，选 分增强，并使其成形能力降低，形成纸I 蜃 的 匀度恶化 另外，当圆网的工作车速达到或 高于其临界速度时，在网面上已形成的温纸
6、幅在转出浆面时，会被离心力甩出，槔不到 完整韵 纸幅。由此可见，采用网面浆层过滤 脱水成形的各种带网槽的圆网成形器在根本 机理上存在着一系列不可克服的缺点。迄今 为止，对于这类成形器进行的备种改进都只 能在一定程度上减少这些缺点的影响。虽然 带网槽的圆网成形器具有构造简单，价格低 廉，网耗、能耗低，封闭引纸等优点，也只 能局限在低车速下(除真空圆网和带 压力 网 槽的圆网成形器车速可 达 3 0 0 m rai n左 右 外 一般均只毹在1 0 0 m rai n左右 或 以下 工作)生产低质量 的纸和纸板。喷浆 上网脱水成形过程 是把垒过 程划分 成若干个单元过程按次序分段实施的。浆料 先在
7、 流浆箱中经过布浆、整流和唇 口，形 成 分散均匀、流速稳定，具有所需厚度的宽幅 浆层，然后再喷射到成形网面上。在与之一 起运动的过程中，按一定的工艺要求进行脱 水，成形、固化，形成具有一定强度和千度 的湿纸 幅。在 网上进行合理脱水的过程，一般 要分四个阶段。第一阶段是有控制的缓慢脱 水阶段，一般在成形板上进行，其任务是使 刚上 网的 浆流速度 与网速相适应，使浆面平 稳下来，并在 网面上形成毹阻止浆料中的细 小纤维 和填料 等大量流失，而又不过于紧密，便于浆层继续过滤脱水的初始滤层，第 二阶 段是低压差脱水阶段，在浆料自重、案辊剥水 板 及低真空成形箱 等脱水原件的作用下，以 适当的速度脱
8、除浆料中的大部分水分，使浆 料逐层过滤脱水，达到在 整个厚度上形成由 纤维，填料 等固体颗粒组成的，受到化学力 和肢体力约束的，初 步 固 定 的 多 孔 体 薄 层湿纸幅。这是占据脱水面积最大，除 去水分最多，并对纸幅成形质量影响最大的 主要阶段。在这一阶段 中，在未脱水固化的 浆层内，除其本身带有的波动和涡流外，各 种脱水原件和摇振装置等都会造成不同 尺度 和强 度的 定向或不定 向的剪切瀛，打教和阻 止浆 料的絮聚，而 在脱水成形时，随着浓度 的提 高，絮聚作用 又会加剧，所 以合理的脱承 原件配置和适当的脱水速度对于纸幅的匀度 有很大的影响第 三阶段 是在真空吸 水箱或 上网等较高的压
9、差作用下，进一步压塘湿纸 悟的固体骨架，脱除水分，提高纸幅的千度和 强 度 I 第四阶段在水线 以后，在 真空吸水箱及 真空伏辊上，利用真空抽吸空气透过纸层，带 走存在于骨架空隙之中的水分，进一步提高 纸幅的千度 和强度 由以上的过程可见，这类 成形过程 的每个 阶段都 是可 以调节控 目的，从而在成形的根本机理上保证了在各种车速 下以最经济的方式，获得高质置纸榻的可船。喷浆上网脱水 成形类 成形器 在 构 造 上 可 区分 为。喷浆式圆 网成 形 器【如 坦 培 拉(Ta mp e|l a)圆 网成形器，爱伟拍(ER E P A)千网槽成 形 器，爱 修 伟 士(E B c h e r Wy
10、 s )普通圆网或真空圆 网 成 形 器，罗托 I Ro t o)真空 圆网成形器和斯 蒂文 斯(S 协咖 a)真空 圆网成形器等)，普通长 网成形 器(包 括 短 网成形器)，带上 成形器 的长 网成 形 器和 维普资讯 http:/ 1 9 9 0年第 3期轻工机械 各种夹网成形器等。这些成形器除了具体结 构不同外，其成形条件也有根本性的区别。在喷浆式圆网成形器上，从流浆箱中喷 出的浆流一面与圆网面接触脱水，另一面与 静止 的上唇板延 长部分 的内壁相接触，流动 比较平 稳。在静 止表面 的摩擦 作用下形成纸 幅中纤 维按纵向顺 列较 多，纵横 向拉力 比大，匀度较差，可在较高 的车速(普
11、 通 圆 网 1 5 0 m mi n以下，真空圊 网 3 0 0 m rai n左 右)下，用于抄 造多层纸板之用。在普通长 网成形 器上，浆料 自流浆箱喷 到网上脱水成形时，浆层 的上 表面 是与空气 接触的自由表面。这一表面在运动中很不稳 定，可 进行 波的传布，也会受到气流的影响。当车速达到 9 0 0m mi n左右时，甚 至 可 使 成形器 得不 到 良好成形的纸幅。这 就是长 网 成形器的速度屏障。当车速低于9 0 0 m rai n 时，在普通长网成形器上可以抄得成形 良 好 的高质量纸幅。但由于是单面脱水，纸幅具 有两面差大的缺点(网面大多是长大 纤 维，结l构粗糙，网印明显
12、，正面含细小纤维及填 料较多，结构细致，表面平滑，印刷时易掉 粉，掉毛，干燥不均匀或受淞时纸幅易跷曲 变形)。短网成形器是长网成形器 的 简 化 型 式，脱水能力小，不骺按台理的工艺要求成 形，只 能在1 0 0 m mi n左右的低 车 速 下 生 产质量不高 的纸幅。带上成形器的长网成形器是在长网网案 的后段增设 上成形器组成舶。用于抄 纸时，在 长网前段 初步形成 的纸幅，经上成形器从 上表脱去部分水分，可减少纸幅 的两面差 和 内应力，改善纸幅的匀度，加大成形器的脱 水能力，提高湿纸的干度。用于抄造多层纸 板时，可将在多个 上成形器 上形 成的湿纸屡 在长网网案上直接复合成层间结台良好
13、的多 屡纸板，以选到提高强度特 性，增 加 松 厚 度，改善表面性骺，掺用廉价原料，降低生 产成本等目的。夹 网成形器是当今世界上技术最先进，车速最高 的成形 装置。在这类成形器上，从 流浆箱 中喷 出的浆层进 由两 个以相同速度 运动 的表面 组成的夹缝 中脱 水形成纸幅。这 两个表面一般都 是 网面，也有 少数 成形 器是 一个 网面 和一 个毛毯 面(如 C型 超成形 夹 网 成形器)，或一个 网面 和一个 光滑缸面(如 S 型夹 网单 缸薄 页纸机)。由两个 网面组 成的央 网成形器型 式很多，可 按使用 的脱 水原件分 为收敛楔型成形器 如 浮尔蒂(Ve r t i)立 式夹 网成形
14、器和贝尔拜(Be l BMe)夹网成形器)，真空辊式成形器 如 巴伯 列(P a p r i)夹 网成形 器，斯 比德(S p e e d)夹 丽成形器 和杜喔(Du o)C型成形器，和无真空辊 式成形器 如 杜喔(Du o)T型 成形器 等)。在两面 夹持 下 的浆 层没有 自由表面，不受外界的影响，可在完 全受控的条 件下脱 水成形，能适应很高的车 速。两面脱 水的夹网成形器一般都具有脱水 成形快，生产能力大，占用空 间小，能耗低，并可抄出纵横向拉力比适当，正 反 两 面 差 小，掉 粉、掉毛少，适 印性好，截面组织 均 匀，内应力 小的高质量纸幅。其缺点是由于 两面 高速脱 水，细小纤维
15、 和填料 的 流 失 较 多，必须重视多余白水的回收问题。总之，当前世界上纸幅成形器的发展趋 势 是：网面浆层过滤脱水成形类带网槽的圆 网成彤器 的使用 日渐减少，仅限于在低速下 抄 造低质量纸和多层纸板时使用，喷 浆上 网 脱水成形技术得到迅速发展，喷浆上 网圆网 成形器、超成形成形器在纸板机 上的使用 日 益增多，长 网成形器在造纸机上得到 广泛 的 应用，并向附加上成形器的方向控展，与此 同时，各种夹网成形器 如雨 后春 笋般 的开 发 出来，并得到愈来愈多的使 用。=、在我国发展夹 网成形薯的必要 性和应采取的技术路线 在五、六 十年代，国外开发第 一批夹网成 维普资讯 http:/
16、1 9 0 年摹 3 期轻工机械 形器 的 目的主要 是为 r克 服长 网成形器的速 度屏 障，以适 应进一步提高造纸 机车速的要 求。在这 以后，经过近3 0 年 的发 展，夹 网成 形技术 已渐趋 成熟 由于其所具有的车速 高、能力太、占地少、能耗低、成形质量好、操 作维护方便等远 胜于 以往 所有成形器 的卓越 的性能，世界上 主要造纸机械厂几乎 都研 制 开发了自己的夹网成形器。到七十年代末，全 世 界 就有3 0 多种2 0 0 多台夹网成形 器 在3 0 余 个 国家中投 入了使 用。目前开发应用夹 网成 形器 已成为造纸 发达 国家 的重要发展趋 势之 一。为了加速我国造纸工业的
17、发展，开发高 敷、低耗，节 能型 造纸 机和在大量使 用短纤 维草 浆的情况下，通过成形 方法的改进，大 大提高成纸质量。在今后 5 1 0 年内，利用 最先进韵夹网成形技术，开 发我 国自己韵 夹 网成形器是十分必要的。在七 十年代，我国造纸界的一些同志 对夹网成形 过程作 过的一些理论探讨 神州 造纸 厂、上海 造纸 厂等在网部改造 中使用快 速成形器，复台 成形器和 上海造纸机械 厂制 造试验夹 网成形器 的实践，以及华南理工大 学、轻 工业 部杭 州轻 工机械设计研究所流浆 箱试验研究条件的建立，已为我国开发 应 用夹网成形器提供 了有益 的借 鉴和创造 了 初步的条件 当然，由于我国
18、大量 使用草浆，纸 厂规 模较小，技术水平不高，投资短缺，能源 紧 张 等原 因，成形 技术 的发展和夹网成形 器构 造 的选择必须要适合我国的国情，具有我 国 自己的特 点。为此，建议采用以下 技 术 路 线l 1 国外夹网成形器的实际工作 车 速一 般在3 0 0 1 5 0 0 M Mi n的范 围 内，最高试验 车速达3 0 0 0 m rai n，个 别成形器也可在 2 0 0 2 5 Om rai n的低速下工作。为适 应 我 国 现有的技术水平 和配套能力，结台我国纸机 规 模较小，大量 使用草浆，滤水性能较差的 特点，在 本世纪末我国开发 夹网成形器的车 速范围 以1 5 0
19、6 0 0 m rai n为宜。在取得 经 验后，到下世纪初再考 虑 发 展 车 速 8 0 0 1 2 0 0 m mi n或更高的夹 网成形器。2 为降低造价，方便制造、使用 和 维 护，我 国近 期开发的夹网成形 器应采用最简 单 的圈路。可 以结构简单的 圆网包复外网组 成。3 为节 约能耗，延长网 的使用寿命，在 成形器 上应尽可能充分地 利用夹网成形器 上 特有 的手段 利用包绕圆弧面的外网，在 张力作 用下，造成 的压强进行脱水成形，不 用 或少用与周面 产生 滑动摩 擦的传统脱水原 件，尽可能少用真空抽吸。4 为减少细小纤维和填料的流失，提高 纸幅 昀成形 质量，灵活地满 足各
20、种纸和纸板 对成形的要求 在成形 区 内浆料韵脱水速度 应 是可 以分段调 节控 制的。5 由于草浆纸涅强度较低，从成形部到 压榨 部之 间应采用封 闭引纸，最简单 的可采 用圆网成形器 的毛毯引纸方法。三、一种新型夹日戚形暑 带央 啊的 暇威形署 根据 以上的讨论，作者提 出了一种新型 夹网成形 器 带央 网的圆 网成 形 器(或按 其成形区的形状称为C型 夹网成形 器)的 设 想(中国专利8 8 2 0 8 7 0 1 0)。现将 其 圈路、原 理、结构和性能 介绍 如下；图 1是带夹 网的圆网成形 器萄路 图。浆 料由流浆箱 1申喷 出，进入 由圆网 2表面和 外网 3 组成的夹缝中，在
21、外网张力造成的垂 直压 强作用下两面同时连续脱水成形。为了 减少细小纤 维和填料的流失，改善纸幅 构成 形质量和调 整通过两面脱除白水的数量翻牝 侧，圆 网两侧 白水箱2 2 和外网 白水箱1 3 都是 封 闭的，分隔成若干 区段：分别用管道接八 维普资讯 http:/ 6 1 9 9 0年第 3期轻工机械 网下 白水池或真空系统，用阀 门控 制圆 网各 区段 的排水量。图 1中 I为缓慢脱水 区，为控制脱水 区，为强力脱 水区。采用 细 目 外 网减少其 初期脱水。在外 网白水箱 内还设 有若干可调 线压 的刮东板l 4，用 以在 浆层 内 造成压力脉 动，增强 局部脱水和改善纸幅成 形的匀
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- 轻工 机械 关于 我国 发展 成形 探讨 王锅元 摘要
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