第十一章造纸设备1-

第十一章造纸设备第一节概述一、造纸机的发展、组成和分类（一）造纸机的发展造纸术是我国劳动人民的创造。东汉时(公元2世纪初)蔡伦总结整理了前人的经验，发明了一套较完整的手工抄纸术，为人类文明的发展做出了伟大的贡献。手工抄纸术迄今仍用于抄制高级的特种纸。现代的机器造纸技术是17世纪以来在西方各国发展起来的。1799年法国的罗贝尔特(LouisRrobert)发明了连续抄纸的机器，如图11-1所示，是由一条张紧在辊子之间的无端网带及一些附件所组成，纸浆上网靠旋转桨叶及挡浆板来完成，挤水辊具有压榨的作用，经脱水，压榨后的湿纸幅由卷纸辊卷起来。从卷纸辊退出的湿纸幅再经过若干压榨辊挤压去水分后，挂起干燥成纸页。图11-1罗贝尔特发明的纸机示意图1-旋转浆叶2-挡浆板3-网4-胸辊5-挤水辊6-卷纸辊唐金的造纸机1803年，法国人达都(LegerDidot)和英国机师唐金(B．Donkin)完成了对罗贝尔特发明技术的改进，制成了世界第一台工业生产用的造纸机，人们称为唐金纸机。如图11-2所示。图11-2唐金的造纸机1-浆槽2-斜槽3-无端网4-定边装置5-毛毯6、7-压榨辊8-纸卷唐金纸机已接近于现代纸机的工作原理。保持搅拌状态的纸浆从浆槽型流浆箱通过斜槽流到无端网布上和定边装置之间。湿纸页如罗贝尔特纸机那样通过挤水辊之间，由于唐金纸机具有移动的上毛毯，结构就更为合理。该毛毯也改善了纸浆的稳定性．湿纸幅又向前行经压榨辊，最后卷绕在纸辊上。1908年，英国纸商福尔德黎尔(Fourdrinier)兄弟购买了上述所有发明的权益，成为现存惟一成功的抄纸机器专利的惟一法人。所以可以说，造纸机是由罗贝尔特发明，达都和唐金改进设计的，而由福尔德黎尔兄弟所投资，因而国外均将长网造纸机称为Fourdrinier造纸机。1807年，美国人金赛(Kinsey)提出了圆网造纸机的专利，1817年第一台圆网造纸机在美国运行投产。1816年在造纸机上设置了烘缸，走出了湿抄纸的范围而达到在机上烘干制成纸幅成品的目的。1826年，长网纸机应用了真空泵，在网下形成真空，由于真空脱水而在网上形成纸页。1827年开始采用大直径烘缸。1870年造纸机已从横轴传动发展到纵轴传动方式。在此以后直到20世纪中叶约七八十年间，造纸机的部件基本上没有什么重大改变，只是引用了一些新的技术，例如高压流浆箱、真空辊、移出式网案、引纸绳和压缩空气吹送引纸、圆筒卷纸机和多电机分部传动等。1950年以后，造纸机又有了较快的发展，较广泛地采用了流体动力布浆器、真空吸移装置、气垫压力流浆箱等，使造纸机车速不断提高。特别在近30年，对流送上浆部分的流体动力学原理、纸幅成形机理、网部脱水原理、压榨脱水理论、干燥理论及压光理论等基本理论有了进一步的研究和发展，从这些理论研究成果中又发展了不少新技术，使造纸机的结构得到了改进，更加完善。随着科学技术的发展，造纸机越来越先进，现代的长网造纸机已分别具有高速水力式流浆箱(如夹网流浆箱)、双层或多层流浆箱、稀释水流浆箱以及高浓流浆箱，双网成形及复合预成形；新型复合压榨及靴型压榨；单排烘缸及带真空抽吸水缸；带可控中高辊的软压光技术；在线检测控制技术、分部调速传动系统、计算机控制质量自控系统(QCS)及集成管理控制系统(DCS)，并有各种先进、高速的功能性纸机。（二）造纸机的组成造纸机是由一系列配套设备组成的联合机械。传统的湿法造纸机是从浆流箱的进浆总管或带有其他辅助设备开始，直到卷出纸卷的卷纸机为止，由浆料流送部分、网案部、压榨部、干燥部、压光机、卷纸机和纸机的传动部等组成（如图11-3所示），并配有为这些主体部分运行所不可缺少的真空系统、气压或液压系统、润滑系统、引绳系统、蒸汽系统、气罩及其排风系统和必要的热风系统。图11-3长网造纸机示意图1-浆流分布器2-流浆箱3-胸辊4-案辊5-真空吸水箱6-伏辊7-压榨毛毯8-压榨辊9-毛毯洗涤g810-通风罩11-干燥帆布12-烘缸13-通风系统14-冷缸15-纸幅16-纸卷（二）造纸机的分类.根据网部的构造与造纸的方法分（1）长网造纸机（图11-3）。（2）圆网造纸机（图11-4）。（3）夹网造纸机（图11-5）。（4）复合造纸机（图11-6）。（5）干法造纸机（图11-7）。图11-4双圆网双缸纸机示意图l-活动弧形板网槽2-网笼3-伏辊4-下毛毯5-回头辊6-导辊7-毛毯真空8-压榨上辊9-压榨下辊10-托辊11-第-烘缸12-打毯辊13-毛毯挤水辊14-上毛毯15-纸页16-压光辊17-第二烘缸18-千毯19-三辊压光机20-圆筒卷纸机2l-纸卷图11-5立式夹网纸机示意图1-烘缸2-压榨部3-真空引纸辊4-前网5-胸辊6-流浆箱7-浆流分布器8-后网9-压网器(挡水板)10-真空吸水箱11-伏辊图11-6长圆网复合纸机示意图1-圆网2-预压榨3-圆网部的主压榨4-长网5-长网的伏辊6-第-压榨7-第二压榨8-第三压榨9-干燥部10-大烘缸11-冷缸12-压光机13-纵切机14-卷纸机图11-7干法造纸机1-退卷机2-纤维疏解装置3-排风机4-成形箱5-排风机6-成形网7-粘液槽8-毛毯9-压榨辊10-烘缸1l-毛毯烘缸12-压光机13-卷纸机2.按传动部分的排列方位分（1）左手型造纸机——站在造纸机干燥部末端，面向湿部，见传动部在左边侧为左手型造纸机。（2）右手型造纸机——站在造纸机干燥部末端，面向湿部，见传动部在右边侧为右手型造纸机。二、造纸机的系列和生产能力计算（一）造纸机的系列制定统一的造纸机幅宽系列标准，有利于造纸机不见标准化和通用化，便于纸机的设计、制造、使用和维修。我国现有造纸机的系列见表11-1。表11-1造纸机系列（二）造纸机的生产能力计算1.造纸机的生产能力计算可按下式计算：Q=0.06vBmqK1K2K3/1000式中Q——造纸机生产能力（吨/日）v——造纸机的车速（米/分）Bm——卷纸机上纸幅的宽度（抄宽）（米）q——纸的定量（克/米2）K1—造纸机的抄造率，即扣除纸机空转后纸机的实际抄造率（%）K2——造纸机的成品率（%）K3——纸机每日平均生产时间（一般可按22.5~23小时计算）计算年产量时，每年有效的生产天数一般以330~340天计算，其余天数为造纸机检修等的停机时间。2.纸机每小时产量可按下式算：G=0.06Bmvq（公斤/小时）式中G——纸机产量（公斤/小时）v——纸机车速（米/分）Bm——抄宽（米）q——定量（克/米2）第二节造纸机的浆料流送装置一、概述浆料流送装置的作用，是把浆料均匀而稳定的流送和喷布到成形网上，为纸幅的良好成形提供必要的前提。浆料流送装置是造纸机的起始部分，习惯上称之为流浆箱或网前箱，其结构和性能对纸叶的成形、纸机操作及成纸质量有重要影响，所以流浆箱是造纸机的一个关键部分。流浆箱的基本构造如图11-8所示。图11-8流浆箱的基本构造1-进浆分布器2-堰池3-挡板4-匀浆辊5-流浆箱的前壁6-堰板7-堰口局部调节手轮8-堰口总调手轮要抄造要优质的纸幅，流浆箱应满足以下要求：（1）保证浆料流动平稳，没有大的涡流、横流和瞬时速度波动现象，并沿纸机的全宽度分布一致。（2）上网的浆流所有各部分浓度一致，纤维分散均匀，能防止沉降和絮聚。（3）保证纸料上网的流速可以控制，使其与网速接近，以获得最好的纸页形成条件。（4）纸料上网所流经的分布管道和流浆箱内壁应光滑无挂浆现象。二、浆料流送装置组成流浆箱有下列三个主要部分组成：浆料分布装置（布浆器）、浆流匀整装置（匀浆元件）、上浆装置（堰板）。（一）浆料分布装置1.布浆器常有的布浆器有：单管布浆器、错流布浆器、多管进浆布浆器、孔板布浆器、阶梯扩散布浆器和管束布浆器等几种形式。高速造纸机为了保证流浆箱上浆的横向压力相等，设置了横向压力平衡装置。2.各种布浆器的特点和使用范围见表11-2（二）浆料匀整装置匀整装置是流浆箱中所配用的起匀布和调整浆流作用的元件。匀布是指使浆流在流浆箱各处流道特别是上浆装置的流到中的整个截面的各点都有一致的流速。调整是指使浆流具有理想的流态，有适当的微湍流（流体无定向的适度波动），消除絮聚和保持浆流中纤维均匀分布。分类匀浆元件按结构特征有静止的、转动的和浮动的三类，有的匀浆元件本身就是流浆箱流道的一部分，而有的则成为一个独立的组件。迄今被是用于各式流浆箱中的匀浆元件有挡板、排删、各种导流片组合导流棒、节扩流道、管束、孔板、阶梯扩散器等静止的元件，转动的各式匀浆棍和浮动的挠性导流片（飘片）组。其中，节扩流道就是流浆箱流道的一段，管束、孔板和阶梯扩散器则是特殊的流道段。这些匀整元件往往按照不同的设计而被配合地使用。通常在老式流浆箱中往往配用较多的匀整元件。1.挡板如图11-8所示，挡板是一种最简单的整流元件，其整流作用主要是使浆流在流道截面小于来浆流道截面积得挡板下方加速通过并转向时，会产生一定的扰动，有利于纤维均匀分散，浆流通过挡板后又在下游的流道中减速使浆流稳定，即通过浆流的加速和减速，使浆流逐渐均匀并使纤维分散。挡板结构简单，制造容易，操作维护方便。但产生的湍动规模大，整流效果较差，容易产生浆团，并使箱体容积较大，另外易挂浆，产生腐浆。因而，挡板只用于车速较低的纸机。2.消能整流装置从布浆器来的浆流往往具有较高的流速。无论多管还是孔板的孔，相互间都有一定的间隔，从而使流过这些布浆元件的纸料流，成多股喷射的状态，喷射的流束具有很高的速度，而其周围的流体则速度很低，从而使整个横向的流速不均匀。为了减小喷射流束的能量，使其与周围流体的流速均匀化，可采用消能整流装置。对于高速纸机，纸料流速很快，尤其应该采用。所谓消能整流装置，就是浆纸料经过几次节流和扩散，其中节流同增大加速比一样，可使速度均匀化，而扩散则一方面使流速降低，起到消能作用；另一方面使流体的速度头再分配，起到均匀化作用，从而使进入流浆箱堰池中得纸料，流动平稳且流速均匀。图11-9示多管进浆布器消能整流装置的3例。1-总管2-支管3-孔板4-整流消能装置5-匀浆辊O-扩散部分P-塞子Q-节流缝D-第一扩散室E-第一节流缝F-第二扩散室G-第二节流缝(1)双冲击式(2)冲击与旋涡结合式(3)旋涡式图11-10是在孔板布浆器之后采用导流片以消除元件后的横流，并采用消能棒使各部分流速均匀化、混合良好的纸料流动状态。图11-10导流片和消能棒的应用1-导流片2-消能棒3-孔板3.匀浆辊与导流片匀浆辊又称孔辊，是一个薄壁的、壁上钻有大量小孔的中空管辊，一般是由黄铜管或不锈钢管钻孔制成，壁厚3~5毫米，孔径为18~25毫米。为了避免挂浆，要求小孔的内外缘及管体内外面均应光洁无毛刺，辊体两端通过端板与轴连接，一边支承。轴的一端连接传动，转速可调节，使其在使用中达到最佳效果。使用匀浆辊应注意的一些问题：（1）匀浆辊的开孔率和直径：开孔率一般为30~55%，置于靠近浆料进口出的匀浆辊的开孔率较小，靠近浆料出口处的则较大。辊体的直径主要根据刚度核算确定，造纸机的宽度越大，堰池的深度越深，则匀浆辊直径也越大，反之则较小。（2）出浆口与最近一只匀浆辊辊面的距离，通常为小孔直径的25倍。（3）安装匀浆辊时，辊面与箱壁之间的距离应在3~6毫米之间，过大会使部分浆流得不到匀整，过小则容易轧死。（4）匀浆辊的传动最好配又无级调速器，并可作正、反向转动，能使匀浆辊起到最佳的作用。导流片使用许多平行薄板组成的一种格架（图11-11b），图11-11匀浆辊与整流板a-匀浆棍b-整流板其主要是用在低速造纸机的开启式流浆箱中。导流片能比较有效的消除浆流中的横流和涡流，它可以在布浆器的扩散管中和喷浆口之前使用。导流片也可以和匀浆辊配合使用。有的在匀浆辊内装设圆形的导流片（图11-11a），这对稳定浆流，减小横幅定量的波动有显著的效果。4.阶梯扩散器阶梯扩散器是由孔板和二级以上的管段所组成（图11-12）。纸料经过孔板和扩散管的节流扩散作用，可以获得分散纤维网络的高剪切力，防止了纤维的絮聚，并且纸料离开扩散管时，产生微湍动，速度分布较均匀，使纸幅成形匀度好。阶梯扩散器可以分段