Напорный ящик бумагоделательной машины
НАПОРНЫЙ ЯЩИК ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ПОЛОТНА БУМАГИ И КАРТОНА Российский патент 2002 года по МПК D21F1/02
Описание патента на изобретение RU2188266C2
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к устройствам для подачи массы на наклонную сетку бумагоделательной машины при формовании бумаги и картона.
Известны напорные ящики, содержащие корпус, потокораспределитель, напускное устройство и устройство выравнивания потока (патент США 3065783, кл. 162-336; а. с. 779474, кл. D 21 F 1/02; а.с. 777129, кл. D 21 F 1/02; А.В. Канарский. Фильтровальные виды бумаги и картона. М.: Экология, 1991, с. 189-191).
Основной функцией напорных ящиков является подача однородной по концентрации массы равномерным потоком по ширине сетки в зону формования полотна для получения бумаги одинаковой массы квадратного метра и хорошего просвета (Н.А. Иванов. Технология бумаги. М.: Лесная промышленность, 1970, с. 310).
Одним из основных показателей фильтровальной бумаги и картона является пористость структуры, обеспечивающая проницаемость жидкости и газа через фильтровальный материал, и сопротивление потоку воздуха, характеризующее скорость прохождения фильтруемой среды через фильтрматериал (С.А. Пузырев. Бумага и картон как фильтрующие материалы. М.: Лесная промышленность, 1970, с. 6-8).
Увеличение пористости и снижение коэффициента сопротивления потоку воздуха при производстве фильтровальной бумаги и картона достигается путем подбора (изменения) композиции из волокнистых материалов, а также получением многослойного полотна бумаги и картона при отливе на наклонную сетку бумагоделательной машины с помощью напорного ящика специальной конструкции.
Известен напорный ящик для формования многослойного полотна бумаги и картона, содержащий корпус, коллектор для подачи массы с выпускной щелью, направленной в сторону задней стенки корпуса, и успокоительный элемент в виде горки (заявка RU 94031679 A1, кл. D 21 F 1/02, 20.06.1996).
Недостатком данного аналога является то, что не полностью устраняется завихрение потоков массы и выравнивание скорости по ширине напорного ящика, что, в итоге, приводит к размыванию нижнего слоя полотна бумаги. Также для получения многослойного полотна бумаги и картона с применением данного напорного ящика необходимо удлинять наклонную часть сетки бумагоделательной машины с установкой дополнительных отсасывающих ящиков.
Основной задачей предлагаемого изобретения является получение высокопористого полотна бумаги и картона при отливе на наклонную сетку бумагоделательной машины путем смешивания волокнистой массы с водой, содержащей микропузырьки воздуха.
Указанная задача решается тем, что в днище ванны напорного ящика вмонтирован дополнительный щелевой коллектор для подачи аэрированной воды с выделенными микропузырьками воздуха.
На чертеже изображен разрез напорного ящика.
Напорный ящик состоит из ванны 1, входного коллектора с потокораспределителем 2 и щелевого коллектора 3, смонтированного в днище ванны.
Напорный ящик работает следующим образом. Масса по трубопроводу через входной коллектор с потокораспределителем 2 подается в ванну напорного ящика 1. Аэрированная вода с выделенными микропузырьками воздуха подается в ванну напорного ящика через щелевой коллектор 3. Масса, встречаясь с аэрированной водой, будет успокаиваться за счет сопротивления слоя аэрированной воды и действующей подъемной силы микропузырьков воздуха. Кроме того, микропузырьки воздуха, прикрепляясь к волокнам, будут создавать пористую структуру при формовании полотна бумаги. Аэрированную воду с микропузырьками воздуха можно получить известным способом (В.А. Копылов. Очистка сточных вод и уплотнение осадков целлюлозно-бумажного производства. М.: Лесная промышленность, 1983, с. 12-14).
Применение предлагаемого изобретения дает возможность регулировать (управлять) процесс получения пористого материала, не изменяя композиционного состава массы при производстве фильтровальных материалов на бумагоделательной машине, путем изменения количества аэрированной воды с выделенными микропузырьками воздуха.
Похожие патенты RU2188266C2
Реферат патента 2002 года НАПОРНЫЙ ЯЩИК ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ПОЛОТНА БУМАГИ И КАРТОНА
Изобретение предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности при подаче массы на наклонную сетку бумагоделательной машины. Напорный ящик содержит ванну, входной коллектор с потокораспределителем для подачи массы. Дополнительно имеет щелевой коллектор, выполненный в днище ванны и служащий для подачи в массу аэрированной воды с выделенными микропузырьками воздуха. Обеспечивается возможность регулирования процесса получения пористого материала без изменения композиционного состава массы путем изменения количества аэрированной воды с выделенными микропузырьками воздуха. 1 ил.
Формула изобретения RU 2 188 266 C2
Напорный ящик для подачи массы на сетку бумагоделательной машины при формовании полотна бумаги и картона, включающий ванну, входной коллектор с потокораспределителем для подачи массы, отличающийся тем, что напорный ящик дополнительно имеет щелевой коллектор, выполненный в днище ванны и служащий для подачи в массу аэрированной воды с выделенными микропузырьками воздуха.
Напорный ящик бумагоделательной машины
Предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности при получении бумаги и картона. Напорный ящик содержит корпус с коллектором для подвода массы к разгонным патрубкам, сообщенным с поворотной камерой. Камера соединена посредством промежуточных каналов с диспергирующей секцией, имеющей выемку со стороны, противоположной промежуточным каналам. Напускной канал соединен с диспергирующей секцией посредством выполненной с расширением в направлении напускного канала тормозной секции и выполнен сообщенным посредством переливного канала с компенсирующей камерой. Кроме того, напорный ящик содержит механизмы регулировки профиля напускного канала. Обеспечивается повышение качества формуемого полотна за счет повышения равномерности распределения массы в поперечном направлении. 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для напуска волокнистой массы на сетку бумагоделательной машины и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при получении бумаги и картона.
Известен напорный ящик бумагоделательной машины, содержащий корпус с коллектором для подвода массы к разгонным патрубкам, сообщенным с поворотной камерой, соединенной посредством промежуточных каналов с диспергирующей секцией, имеющей выемку со стороны, противоположной промежуточным каналам, напускной канал, соединенный с диспергирующей секцией и сообщенный посредством переливного канала с компенсирующей камерой, механизмы регулировки профиля напускного канала [A.C.1721156, D 21 F 1/02, опубл.23.03.92 г., Бюл.11]. B известном устройстве масса, двигаясь в коллекторе в боковом направлении по ширине напорного ящика, распределяется по разгонным патрубкам, в которых приобретает высокую скорость и поступает в виде струй в поворотную камеру, где струи, разворачиваясь, сталкиваются, образуя турбулентный поток, в котором разрушаются крупные сгустки волокон (флоккулы). Поток, содержащий мелкие флоккулы, в промежуточных каналах вновь разделяется на ряд струй, которые, вытекая в диспоргирующую секцию, наталкиваются на дно выемки, разворачиваются в боковом направлении навстречу друг другу и соударяются, образуя отраженные струи, которые движутся между струями, вытекающими из промежуточных каналов навстречу им. В результате соударения и встречного движения струй происходит диспергация мелких флоккул на волокна, а также частичный распад отраженных струй. Из диспергирующей секции масса поступает в напускной канал, где при развороте потока происходит дальнейший распад отраженных струй и, соответственно, выравнивание потока по ширине напорного ящика. Часть массы из напускного канала через переливной канал поступает в компенсирующую камеру, сглаживающую пульсации давления в напорном ящике. Основной лоток выпускается на сетку машины.
Недостаток известного напорного ящика заключается в невысоком качестве формуемого полотна вследствие сильной неравномерности распределения вдоль ширины напорного ящика скорости потока массы, выпускаемой на сетку бумагоделательной машины.
Недостаток обуславливается тем, что отраженные струи, образованные в диспергирующей секции, не распадаются и напускном канале, создавая в выходящем на сетку машины потоке высокую неравномерность распределения скорости вдоль ширины напорного ящика, которая обуславливает в свою очередь высокую неравномерность распределения массы м 2 бумажного полотна в поперечном направлении и, соответственно, низкое его качество. Установка перфорированной пластины между диспергирующей секцией и напускным каналом обуславливает еще более высокую неравномерность профиля скорости потока, выходящего из напорного ящика, поскольку отверстия в пластине образуют выходящие в напускной канал струи с более высоким импульсом, чем отраженные струи, образованные в диспергирующей секции.
Изобретение направлено на создание напорного ящика, обеспечивающего повышение качества формуемого полотна за счет уменьшения неравномерности распределения скорости вдоль ширины напорного ящика потока массы, выпускаемого на сетку машины.
Цель достигается тем, что напускной канал соединен с диспергирующей секцией посредством выполненной с расширением в направлении напускного канала тормозной секции.
Напорный ящик содержит корпус 1 с коллектором 2 для подвода массы к разгонным патрубкам 3, сообщенным с поворотной камерой 4, соединенной посредством промежуточных каналов 5 с диспергирующей секцией 6, имеющей выемку со стороны, противоположной промежуточным каналам, напускной канал 7, соединенный с диспергирующей секцией посредством выполненной с расширением в направлении напускного канала тормозной секции 8 и сообщенный посредством переливного канала 10 с компенсирующей камерой 9, механизмы регулировки профиля напускного канала 11.
Напорный ящик работает следующим образом. Масса, двигаясь в коллекторе 2, распределяется по разгонным патрубкам 3, в которых приобретает высокую скорость и поступает в виде струй в поворотную камеру 4, где струи, разворачиваясь, сталкиваются, образуя турбулентный поток, в котором разрушаются крупные флоккулы. Поток, содержащий мелкие флоккулы, в промежуточных каналах 5 вновь разделяется на ряд струй, которые, вытекая в диспергирующую камеру 6, наталкиваются на дно выемки, разворачиваются в боковом направлении навстречу друг другу и соударяются, образуя отраженные струи (фиг.2), которые движутся между струями, вытекающими из промежуточных каналов навстречу им. В результате соударения и встречного движения струй происходит диспергация мелких флоккул на волокна, а также начальный распад отраженных струй, поступающих в тормозную секцию 8. В тормозной секции, вследствие ее расширения в направлении напускного канала 7, течение замедляется. Заторможенный поток массы при выходе из тормозной секции, разворачиваясь, разделяется на переливной поток, поступающий в переливной канал 10, и основной поток, поступающий в напускной канал 7. Вследствие торможения потока в тормозной секции возникают отрывные течения, которые усиливаются вследствие разворота с разделением потока в противоположные стороны, что в конечном итоге приводит к образованию возвратных течений, направленных против хода потока в тормозной камере (фиг.1). Чем выше локальная скорость потока на входе в тормозную камеру, тем выше скорость возвратного течения и, естественно, выше интенсивность торможения потока в тормозной камере. Соответственно этому отраженные струи, имеющие наибольшую локальную скорость U1 на входе в тормозную секцию, тормозятся значительно интенсивнее, чем объемы потока, находящиеся между ними и имеющие малую входную локальную скорость. В результате локальные скорости потока на выходе из тормозной камеры U2 становятся близкими друг к другу (фиг. 3), вследствие чего на входе в напускной канал неравномерность распределения скорости потока по ширине напорного ящика имеет малую величину. Благодаря этому поток массы, выходящий из напускного канала, профиль которого регулируется о помощью механизмов 11, поступает на сетку бумагоделательной машины с более высокой степенью равномерности распределения скорости вдоль ширины напорного ящика, чем в устройстве прототипа, что обеспечивает малое отклонение массы м 2 формуемого полотна в поперечном направлении от заданного значения и, соответственно, обеспечивает его высокое качество. Переливной поток из переливного канала 10 поступает в компенсирующую камеру 9, воздушная подушка которой гасит пульсации давления в напускном канале и обеспечивает стабилизацию массы м 2 формуемого полотна в продольном направлении.
Пример. Формуют картон для плоских слоев гофрированного картона марки К-2 ГОСТ 7420-89 на опытной машине с помощью напорного ящика-прототипа и предлагаемого ящика. В обоих случаях измеряют массу м 2 сформованного полотна согласно ГОСТ 13199 и определяют ее отклонение от заданного значения. В таблице представлены данные отклонений массы м 2 от заданного значения картона, полученного с помощью напорного ящика-прототипа и предлагаемого напорного ящика.
Из таблицы следует, что предлагаемый напорный ящик обеспечивает по сравнению с известным меньшее отклонение массы м 2 формуемого полотна от заданного, а следовательно, более высокое его качество.
Напорный ящик бумагоделательной машины, содержащий корпус с коллектором для подвода массы к разгонным патрубкам, сообщенным с поворотной камерой, соединенной посредством промежуточных каналов с диспергирующей секцией, имеющей выемку со стороны, противоположной промежуточным каналам, напускной канал, соединенный с диспергирующей секцией и сообщенный посредством переливного канала с компенсирующей камерой, механизмы регулировки профиля напускного канала, отличающийся тем, что напускной канал соединен с диспергирующей секцией посредством выполненной с расширением в направлении напускного канала тормозной секции.
4.1. Напорный ящик
4 ИЗГОТОВЛЕНИЕ БУМАГИ НА БДМ
После очистки разбавленная волокнистая суспензия подводится к напорному устройству и с помощью его равномерным потоком выпускается на движущуюся бесконечную сетку сеточного стола. Напорное устройство должно решать задачи, приведенные на рис.59.
Приготовленная и очищенная масса поступает по трубопроводу диаметром 300–800 мм со скоростью 3 м/с к БДМ, ширина сетки которой достигает до 10-12 м. Для равномерного распределения потока массы по ширине машины без завихрений применяются потокораспределители различных систем. Наибольшее распространение получил многотрубный потокораспределитель (рис.60).
Рекомендуемые файлы
Для работы потокораспределителя осуществляется перелив массы из конического трубопровода в количестве 5…15 %. Этот перелив необходим для равномерной подачи массы в напорный ящик по всей ширине машины.
НАПОРНЫЕ ЯЩИКИ ЗАКРЫТОГО ТИПА
Закрытые напорные ящики применяются при скорости машин свыше 400…450 м/мин. При скорости работы БДМ меньше указанного диапазона ранее устанавливались ящики открытого типа, однако они негативно влияют на качество получаемой продукции и поэтому целесообразно даже при низкой скорости работы БДМ устанавливать ящики закрытого типа.
Напор массы перед выходом ее на сетку может быть создан двумя способами:
созданием давления воздуха или разряжения (в зависимости от скорости машины) в верхней части напорного ящика;
подачей массы через потокораспределитель осевым насосом.
На рис. 61 показана схема напорного ящика закрытого типа с турбулизирующим блоком. Он предназначен для бумагоделательных машин обрезной шириной до 6720 мм, скоростью до 1200 м/мин, массой 1 м 2 – до 200 г. Концентрация массы при отливе составляет 0,2…1,2 %.
1 – потокораспределитель; 2 – перфорированные валики; 3 – регулятор выпускной щели; 4 – грудной вал
НАПОРНЫЕ ЯЩИКИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА
Напорные ящики гидродинамического типа предназначены для использования в современных формующих системах с двухсторонним обезвоживанием. Они вполне пригодны также для плоскосеточных бумаго- и картоноделательных машин. Напор в гидродинамических ящиках создается насосом, подающим бумажную массу в потокораспределитель, воздушная подушка в таких ящиках отсутствует.
Ведущими машиностроительными фирмами разработана целая гамма напорных ящиков гидродинамического типа для формующих частей различных конструкций и любых видов бумаги и картона.
Напорный ящик гидродинамического типа «Escher Wyss» (рис. 62, а) предназначен для установки на плоскосеточных машинах. Его важнейшим элементом является блок ступенчатых диффузоров (рис. 62, б), выполняющий следующие функции:
ориентацию потока бумажной массы, выходящего из потокораспределителя в машинном направлении;
обеспечение равномерной скорости истечения суспензии по всей ширине машины, выравнивание профиля скоростей бумажной массы, выходящей из диффузора; создание контролируемой турбулентности для разрушения флоккул.
1 – устройство для выпуска массы на сетку; 2 – блок ступенчатых диффузоров; 3 – потокораспределитель
Напускные устройства со ступенчатыми диффузорами устанавливаются на машинах, производящих различные виды бумаги и картона. Они применяются при производстве всех видов картона на плоско- и круглосеточных машинах. При расходе суспензии 250…600 л/мин на 1 м ширины достаточно одного ряда элементов ступенчатого диффузора, при больших расходах устанавливается несколько рядов – один над другим. Максимальное отклонение массы 1 м 2 по ширине полотна составляет ± 1,5 % при ширине 5400 мм.
Фирма «Beloit» разработала напорный ящик, получивший название Converflo (рис. 63), обеспечивающий получение стабильной струи выходящей массы, характеризующейся интенсивной микротурбулентностью при высокой степени диспергирования.
1 – блок трубок; 2 – выравнивающая («успокоительная») камера; 3 – перфорированная плита; 4,5 – регуляторы выпускной щели; 6 – Converflo-листы
Из конического потокораспределителя масса поступает в блок трубок с малым живым сечением на входе и относительно большим на выходе. После этого блока масса сначала поступает в выравнивающую камеру, а затем через перфорированную плиту поступает в каналы, образованные тонкими пластинами, расположенными в горизонтальной плоскости и закрепленные одним концом в перфорированной плите. Противоположные незакрепленные концы пластин доходят почти до напускной щели и создают подвижную систему, хорошо гасящую завихрения в массе.
С целью устранения пульсаций разработано специальное демпфирующее устройство в виде мембраны с регулируемым давлением, монтируемой во входном коллекторе напорного ящика. Дальнейшее усовершенствование привело к созданию демпфера канистрового типа, который монтируется непосредственно в существующую трубопроводную систему.
Для напорного ящика Converflo характерны простота конструкции, отсутствие внутренних вращающихся деталей, малый объем находящейся под давлением массы. Конструкция на 50 % легче, чем ящик с перфорированными валиками. Такие напорные ящики можно использовать на высокоскоростных плоскосеточных машинах, а также в формующих устройствах с двухсторонним обезвоживанием при выработке широкого ассортимента бумаги и картона.
В настоящее время в современных напорных ящиках применяется система стабилизации профиля массы 1 м 2 за счет локального изменения концентрации массы по ширине напускного устройства. Для этого к пучку труб потокораспределителя добавляются трубки подачи оборотной воды с распыляющими наконечниками. Конструкция последних зависит от типа напускного устройства.
На рис. 64 показан пример ввода разбавляющей воды. Главная цель этой конструкции – сохранить высокие скорости потока и микротурбулентность массы.
В этом напорном ящике к каждой трубе потокораспределителя подсоединена труба, подающая разбавительную воду. Такое подсоединение происходит через регулирующий блок. Перемещение регулирующего органа в блоке изменяет расход разбавляющей воды. Такие разбавительные устройства могут располагаться по ширине напорного ящика с шагом до 3,5 см. Каждый регулирующий блок управляется системой автоматизации, измеряющей колебания профиля бумаги. На рис. 65 показан пример смесительного блока для напорного ящика.
Другим важной особенностью современного напорного ящика является применение системы температурной компенсации конструкции напорного ящика, позволяющая стабилизировать его работу, за счет уменьшения температурной деформации металла (рис. 66).
 |
Рис. 66- Контур системы температурной компенсации в напорном ящике
6.1.3. НАПУСКНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МНОГОСЛОЙНОГО ОТЛИВА
Гидродинамическая стабильность потока бумажной массы, обеспечиваемая современными конструкциями напускных устройств позволила осуществить многослойное формование бумаги и картона из одного напорного ящика. Такое формование получило название структурного формования. К его преимуществам следует отнести:
возможность различной композиции по слоям многослойных бумаги и картона;
возможность введения наполнителей, проклеивающих веществ, химических вспомогательных веществ в те слои, где это необходимо;
получение окрашенной бумаги путем введения красителей только в покровный слой;
Оптимальное использование различных фракций волокна при его фракционировании.
Структурное формование целесообразно как для картона, так и для многих видов бумаги, вплоть до санитарно-гигиенических.
По мнению специалистов ведущих зарубежных фирм, структурное формование – одно из наиболее перспективных направлений совершенствования производства бумаги и картона. Примерами таких напускных устройств служит трехканальное устройство Stratoflo фирмы «Beloit» (рис.67).
1 – потокораспределитель; 2 – каналы для массы; 3 – Converflo-листы; 4 – гауч-вал
Специальная конструкция напускных устройств для массы повышенной концентрации позволит увеличить концентрацию при отливе до 3…4 %. При этом в напускном устройстве образуется сравнительно равномерная волокнистая структура, заметная часть волокон в которой отклоняется от горизонтальной плоскости. Бумага становится более пухлой, сопротивление расслаиванию и раздиранию у таких материалов выше, а разрывная длина ниже, чем при отливе из массы низких концентраций.
В зоне диспергирования благодаря удару потока о стенку камеры происходит быстрое диспергирование массы с последующим формированием трехмерной волокнистой структуры в канале гашения турбулентности.
Использование отлива из массы повышенной концентрации перспективно при формовании бумаги для гофрирования, внутренних слоев коробочного картона, некоторых видов бумаги и картона с повышенными пухлостью, впитывающей способностью и воздухопроницаемостью.
Влияние скорости машины на эффективность работы напорных ящиков
На скоростных БДМ работают современные напорные ящики, обеспечивающие условия для качественного формования при концентрации массы до 1,2 %. Установленные в этих ящиках блоки ступенчатых диффузоров с выходным живым сечением около 95% создают однородный турбулентный поток, обеспечивающий хороший просвет и вариацию массы 1 м 2 полотна не выше 4 %, а дополнительная локальным разбавлением очищенной оборотной водой в количестве до 15 % от массы, поступающей на сетку, позволяет снизить поперечную вариацию до 0,5%.
При этом, неравномерность профиля ориентации волокон при формовании, вызванная неравномерностью профиля скорости, созданную перфовалами, остается высокой, поскольку регулируемый профиль концентрации не влияет на профиль скорости.
Выравнивание профиля скорости происходит вследствие его перераспределения при столкновении остаточных струй с дном напорного ящика перед входом в напускной канал при одновременном сбросе 3…7 % массы через сливную камеру при заданном давлении воздуха в ней. Переливы в ящиках с воздушной подушкой устанавливаются как перед ящиком, так и внутри него, непосредственно перед блоком ступенчатых диффузоров (рис.68) или последним перфовалом (рис.69). В первом случае перелив стабилизирует поток, во втором – дополнительно сглаживает неравномерность профиля скорости, созданную коллектором ящика.
Однако, сам блок диффузоров или, в большей степени, перфовал, переформировывая поток, способны создать после себя значительную неравномерность профиля скорости. Чтобы исключить этот эффект перелив установлен после генератора турбулентности, непосредственно перед напускным каналом и сглаживает созданные генератором дефекты скорости к концу напускного канала до 2,5%. При этом, крупномасштабные турбулентные вихри, созданные генератором, входящие в поток наиболее мощные пульсации, отдают их значительную долю в перелив аналогично, в локальном масштабе, процессу гашения пульсаций, образованных сортировками и смесительным насосом, в результате чего к концу напускного канала подходит поток с интенсивностью турбулентности 7…10%, характерной для современных ящиков, обеспечивающих качественное формование.