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软辊压光机

2020-12-04 09:52:36


  1. 软辊压光机从80年代开始,已经正式成功并广泛地应用在造纸行业,作为造纸机和涂布机的机内或机外的整饰设备。由于其性能优越、操作简单、纸幅压光断头少、压光后成纸质量提高、设备运行作业率高,得到迅速的发展。世界上当前可以提供软辊压光机的厂家有Voith Sulzer-Hunt&Moscrop,Valmet、Künters和Allimand等。我院和江阴市国光压光机纤维辊公司通力合作,正在开发和研制中,可望不久将会问世。
  2.软辊压光机的作用原理
压区由一根可加热调温的冷硬铸铁辊和一根可控制中高,其辊壳外包覆弹性材料的软辊组成。软辊辊面在压力作用下的变形,使压区形成面接触,而使单位面积的压强较低,纸幅表面受到温和的处理,所以纸幅整饰均匀,松厚度损失少。按辊径大小,软辊面包覆材料的硬度以及施加压力的不同,软辊压光压区的宽度,可达5~10mm,为纸机压光(硬压区)的5~8倍,其单位压力一般为20~40N/m㎡。即使软压光的线压力较高,其单位压力也不过是纸机压光机的l/3~1/4。由于压区较宽,纸幅在压区停留时间长,其增加的能耗变成为热的形式传给纸幅,软化纸幅表面的纤维,使其容易压光,增加平滑度。权衡压力和温度之间的效果,在上述压区温度较高时,压区压力相对可低些,这样可减少松厚度的损失,从而得到满意的纸面整饰。又由于软压压光区的比压力较低,纤维压溃的现象大大减少,使纸张的强度得以保持。纸张纵向和横向的拉力强度好,这就意味着纸机和后续的印刷机运转率会有提高。由于软辊面材料的回弹性,使辊面可适应纸幅任何不好的匀度和定量的变化,因此可以比常规的硬压区压光机有更均匀的平滑度 和均匀的紧度。纸幅较薄区和加热辊接触良好,同时对厚区而言,其厚度不会有重大减少,这样一来在厚薄区都可增加其细微平滑度, 因而整个纸幅都有非常均匀的细微平滑度,消除了色斑,印刷性能大大改善。 软压光的另一好处是在纸张压黑和色斑问题基本消除的前提下,允许纸幅可在水份较高情况下运行,这不仅有利于纸幅的压光 整饰作用,同时使纸卷的水份可保持较高,纸幅的水份大、温度高, 使其纤维组分得到软化以利于压光。蒸汽喷湿对压光工艺有着重大的影响。热蒸汽使纸面塑化,也很容易压光,得到好的平滑度。和常规纸机压光机相比,软压光机主要是有硬辊面的热辊和弹性包覆层的软辊,其辊径和作用于压区的线压不同外,软辊压光还要考虑软包覆材料的弹性系数。对于一定纸幅来说其原材料的配比和结构(浆料分布、纤维三维指向和纤维结构形成)己确定时,其压光效果受下述条件影响:辊的温度、进入压取纸幅的温度、压区压力、纸幅含水份、纸幅在压区停留时间和压区数量。高温低压有利于提高光泽度,纸幅的紧度增加不多,而粗糙度较小(意味着纸面比较细致)而低温高压,纸幅紧度提高,粗糙度较高(意味纸面比较粗糙),光泽度提高少。
  3.软辊压光机结构
软辊压光机最普通的排列是二组串联双压区形式,每个压区由一个软辊和一个冷硬铸铁加热辊组成。当第一压区软辊为顶辊时,第二压区软辊为底辊,这种布置称为2×1。以使纸幅两面均受到相同的压光整饰。这两个压区的上下辊分别由各自的传动系统带动,其线压力和热辊温度均可分别控制、调节。以使纸幅的两面差得到最大程度的纠正。两个压区可以相背地装在同一机架上,中间开有操作维修的通道。也可如两台压光机一样各装在各自的机架上,中间有一通道。有的纸张只需要单面压光整饰的则只用一个压区。需双面压光整饰的,要用二个压区,且软辊要分别装在上辊或底辊的位置。二组三辊(二压区)布置(称2×2布置),中间辊为加热的冷硬铸铁辊,上下辊均为软辊,这种型式多用于机外,用于两面压光整饰有高要求的纸张。典型的机内软辊压光机由软辊、热辊、刮刀、液压系统、加热系统、辊端吹风装置、张力辊、活动弧形辊、机架及电气传动和自控系统组成。 
  3.1软辊
软辊一般为控中高辊,辊壳外包覆层厚度为12~15m。4m以下净纸宽的多用游动可控辊(Swimming roll)。4m以上的用分区可控中高辊(ECo Nip roll)。如岳阳纸业集团公司于1997年引进的3800/800软辊压光机,最大线压为350kN/m,软辊为游动辊。如南平企业股份有限公司于1999年引进的5500/1800Valmet Opti-Soft软辊压光机,设计线压为200kN/m,热辊为分区可控中高辊。包覆层又分底和可磨层,可磨层厚度一般为3~5mm,生产涂布纸的约3个月磨一次,生产印刷书写纸的约半年磨一次,每次磨去0.12~0.2mm,磨到不能再磨的时候就需要重新包覆了。包覆层为人工合成弹性材料,目前由奥地利、法国、美国、日本等塑料厂供货。按纸种和压光要求不同,来选择材料及硬度。如Valmet用Dura,可承受350kN/m线压及280℃温度。Beloit用90顶尖级XCC系列材料,硬度为88~95邵尔D,可承受62MPa、230℃。Voith Sulzer用Elaplast及Top Tee 等材料,可承受160℃、44kN/m,硬度为86~91邵尔D。
  3.2加热辊
每个纸种需要特定的压光温度(见表2)这温度越能始终保持一致,则整饰的结果也越均匀一致越好。软压区内加热辊的辊温一般要超过纸机压光机和超级压光机的压区辊温。采用高温,用降低线压力的特殊压光方法,可以尽量保持纸幅的松厚度,并且还具有最佳的运行性能和印刷性能。加热辊是离心浇铸的合金冷硬铸铁辊或者是高合金硬面辊,要求辊面组织细致,硬度高,传热均匀性好,受热变形小。国外加热辊的辊面硬度Vicres为544~460(肖氏62~69度)。国内中合金冷硬铸铁辊面硬度,肖氏为70~74度。辊面粗糙度为动平衡品质为2.6精度。由加热/冷却系统的循环泵,通过加热辊操作侧的辊轴端的旋转接头的进口,通入流态热质,传到压区的纸幅,热能在整个压区宽度内均匀分布,冷却后的热质,又通过旋转接头的出口,返回加热/冷却系统。这对旋转接头,特别是在导热油温达180~220℃,车速快转速高时,能不泄漏安全的运行,是非常重要的。加热辊常见的有二种型式:
  3.2.1多孔方热辊
在冷硬铸铁辊体内壁,沿轴向钻有同心的若干小径孔,每相邻二或三孔组成一个热介质的通路,又通过轴端盖上的直孔或辊体内壁的斜孔,与加热辊的中心孔相通,使热介质与加热辊端部的旋转接头的进、出口相连通,成为热介质的加热循环回流。这是国外最新型结构的热辊。 
  3.2.2内胆加热辊
中空形的冷铸辊体内,固定有用不锈钢制成的筒状内胆,与固定辊体两端的连轴颈的端盖上的中心通孔相通,组成热介质的加热循环回流。这种型式国外早期用的比较多。不论何种型式的加热辊,都必须满足最基本的条件:(1)相对应软压光机的车速、幅宽和被压光纸种的加热的供热要求;(2)保证加热辊面有最均匀的辊而横向温度分布。温差不超过1~2℃;(3)在车速较高时,有良好的动平衡性能。
  3.3 刮刀
冷硬铸铁热辊均装有往复移动的刮刀。刮刀角度为30,刮刀线压力为0.175~0.30kN/m,采用电动或气动摆动结构,摆动振次为15~20次/分,摆动行程为15~20mm。线压力的1/3~1/2是由刮刀体自重产生,其余线压力由气缸加压,并抬刀。刮刀片材料用厚度1.4~2.8mm的玻璃纤维或碳纤维的环氧树脂层压板。软辊配有刮刀,但只在清理辊面时短时间断续使用。刮刀片材料用玻璃纤维或碳纤维的环氧树脂层压板。
  3.4 液压系统
液压系统包括加压液压缸、控制系统和液压站。底辊支座安装在液压缸上,液压缸有单作用的柱塞缸,或双作用的活塞缸。加压时,液压缸带动底辊上升,紧压在顶辊上,根据控制系统设定的液压产生所需的线压力并可加以调节。底辊上升和下降的时间为20S,顶辊与底辊的分离距离为12~100mm,在引纸状态时分离距离为12~15mm。一根底辊两侧的两个液压缸要求粮度很高的同步行程,为此两液压缸均装有位移传感器,通过PLC和液压控制系统来达到。
在下列情况下底辊与顶辊要快速分离:
  3.4.1 按紧急停机按钮时;
  3.4.2 辊子停止转动时;
  3.4.3 在压光处或远处断纸时;
  3.4.4 底辊上升,传动侧与操作侧行程不一致时;
  3.4.5 顶辊与底辊速度不同步,速差超过3/1000(在更高车速的软辊压光中,速差超过l~2/1000);
  3.4.6 软辊表面温度超过所设定的最高值或表面沿横幅温差达到最大值。先辊间线压力降至最低值,若一定时间、温差仍未下降,则底辊快速分离;
  3.4.7 气液压系统发生故障;
  3.4.8 吹冷风风机出现故障而不能达到正常设定值。液压站设有油温调节(加热、冷却)系统和油位报警、流量报警、油温报警装置和液压油冷却油泵等。 
  3.5 加热/冷却系统
供给热辊以必要的热量。主要由加热器、冷却器、循环泵、膨胀槽、阀门、自控仪表、电控装置等组成。根据热辊加热温度的不同,加热的介质主要有:
  3.5.1导热油:用于热辊温度在100-160℃时的加热介质。加热器(油锅炉)是靠电阻棒来加热导热油,电阻棒要有足够的热功率。加热后的导热油,经循环泵输送,流经冷却器,导热油温度控制合适后,再送入热辊,冷却后的导热油再回流至加热器,不断循环运行。加热后的导热油系在常压下循环运行,为此需有膨胀槽补偿导热油热胀冷缩体积的变化,一般采用高位膨胀槽。
  3.5.2 热水:用于热辊温度在80~120℃时的加热介质。加热器是靠通入一定压力的蒸汽来加热热水的热交换器,由循环泵输送流经冷却器(靠冷却水冷却热水),热水温度控制合适后,再送入热辊。为防止热水的沸腾,循环水系统中设有膨胀罐。该罐内装有耐温胶囊,囊内充入一定压力的氮气。使系统中的热水,有热胀冷缩的余地,封闭的热水循环系统是在有压力的状况下工作的。要求热水是经软化处理后的水质。以防热交换器和系统的结垢。 
  3.6 软辊表面温度控制系统 
在软辊的两端及中间近辊面处,分别装有红外传感器,用以监测软辊辊面的温度。所测辊温信号传送至PLC,以保护软辊辊面不致过热和保持辊面横幅方向避免温差过大。当辊面温差≧5℃时,软辊两端的吹风嘴打开吹冷风,直至温差为0。当辊面温差≧20℃时,则线压降至8kN/m,若2min内温度降不下来,底辊自动分离。当辊面温差≧30℃时,底辊立即分离。
  3.7 活动弧形辊、张力辊
纸幅进入两压区前,分别经过一根活动弧形辊舒展纸幅,避免产生皱折。活动弧形辊的弧形芯辊的所在平面,与纸幅所在平面形成的夹角以32~35°时,舒展效果最好。两压区之间设有张力辊,这张力辊实际为动平衡品质较高的引纸辊,其辊承座下装有张力传感器,通过PLC来控制两压区主传动辊的速差,以保持速度的同步。
  3.8 传动装置
热辊和软辊均由单独的电机和电气控制系统传动。活动弧形辊和张力辊一般也由单独的电机传动。可轴向伸缩的万向联轴节能保证辊子在闭合和脱开过程保持稳定的运行速度。在压区闭合前,要求两根辊面的线速度差必须小于0.3%,否则液压系统将拒绝闭合。可控中高辊的辊芯,在运行时是固定不动的,在辊壳上固定有同步带轮,由电机通过万向联轴节,同步带轮和同步带,使可控中高辊的辊壳旋转。活动弧形辊则由单独电机,通过皮带和带轮,使弧形辊的辊壳旋转。张力辊则通过万向联轴节,由电机带动。当压区闭合后,两辊的电气传动系统要进行力矩分配。
  4. 研制样机的主要参数及说明
  4.1 样机的主要参数
  4.1.1 净纸宽度:2640mm
  4.1.2 最高工作车速:600m/min
  4.1.3 最大工作线压:235kN/m
  4.1.4 热 辊:φ650×2930冷硬铸铁辊 
  4.1.5 软 辊:φ520×2720分区可控中高辊, 外覆特殊树脂软辊
  4.1.6 热辊
辊面温度最高:导热油时160℃; 热水时 120℃
  4.2 说明
  4.2.1 可用于机内或机外。当用于机外时配备有完整的退纸与卷纸装置及配套的电气传动及控制系统。用于机内时,应根据主机的有关技术参数,进行必要的软辊压光机的机械传动、电气传动、前后机台衔接的引纸装置等的配套设计和制造。
  4.2.2 为保证使用性能的可靠性,机械、液压及电气传动控制的关键件,选用进口的名牌产品。
  4.2.3 可根据用户的不同需要,提供各种性能和参数规格的软辊压光机。 

摘自《纸业资讯》


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