复合压榨有以下几大特点:
①较高的压榨部脱水效率和进干燥部纸幅于度; ②压榨部的损纸易于处理;
③对称脱水,有利于减小纸幅的两面差;
④缩短纸机压榨部的长度。节省造纸车间的长度和建筑面积; ⑤对纸种的适应性好,适应于高速纸机,引纸简单; ⑥复合压榨能做到全封闭引纸,或在复合压榨之后开放引纸,可以减少纸机湿部断头的次数,提高纸机车速;
⑦草浆抄纸采用复合压榨有利于解决草浆抄纸时纤维短、非纤维性细胞多、抄纸时粘辊、断头等问题。与网部和干燥部的改造相配合,还可以进一步提高纸机车速。
⑧反压引纸无障碍,可以尽早的设置反压榨,减少纸页的两面差。纸页越湿可塑性越好,所以反压榨出现得越早对减少纸页的两面差越好,而对于普通压榨尽早出现反压榨是不可能的。如果压榨毛毯在上面,意味着要将湿纸页悬空,容易断头;如果压榨毛毯在下边,那么湿纸页的强度根本就不足以应付将湿纸页反过来,也很容易出现纸页断头的现象。
复合压榨开发于20世纪60年代中期,适应于各种类型纸机。目前复合压榨的类型有几十种之多。
1.三辊两压区复合压榨
三辊两压区复合压榨有三个倾斜安装的压辊,其中下辊是真空辊,中间为石辊,上面为沟纹辊。
真空引纸辊将湿纸幅吸引到引纸毛毯上,然后传送到复合压榨的第一压区,进行真空压榨。湿纸幅随石辊转入第二压区,进行沟纹压榨。湿纸幅受到压榨脱水作用的同时,提高纸反面的平滑度。
湿纸幅经过两个压区的压榨脱水,干度增加、强度提高,然后经开放式引纸进入下一道进行沟纹辊压榨。湿纸幅经过两次压榨,大大减轻了网印,经过最后一道沟纹压榨,纸的平滑度也有所提高。
这种三辊双压区复合压榨的优点是在开放引纸之前,湿纸幅先已经过两个压区脱水,干度提高,强度也提高,压榨部湿纸幅断头的机会大大减少。同时可以减轻纸幅上的网印,提高纸张反面的平滑度。
2.四辊三压区复合压榨
四辊三压区复合压榨有四个辊子三个压区。 湿纸幅经过三个压区压榨脱水,提高到比三辊双压区复合压榨更高的干度以后,才开放引纸进入光泽压榨,压榨部湿纸幅断头的机会自然也就更少了。 (四)靴型压榨组合
靴型压榨是现代纸机压榨部最常用的组合型式。靴型压榨的最新进展是单靴压技术,即压榨部只有一道靴型压榨。
单靴压压榨部仅仅有一个压区,两面双毛布。单靴压的主要优势是由于辊子和各种元件的数量很少,因而运行和维护成本低。紧凑的设计有利于节省空间,尤其适用于对已有系统的改造。
单靴压后纸幅干度可以达到48%~55%,而常规的三压区辊压只能达到42%~44%的干度。单靴压形成的较高的纸页干度以及压榨部与干燥部之间的封闭引纸设计,使得纸机可以有较高的车速和较好的运行性能。
除了压榨织物之外,单靴压组合在投资成本等方面具有很大的优势。 A press section with an LNP, a shoe press, and a smoothing press for folding boxboard or liquid packaging board.
Three-nip press section with a shoe press in the third nip. 四、湿纸幅的传递
将湿纸幅从伏辊处成形网上揭下来并传递到压榨部有两种方式。一种是开式引纸,一种是闭式引纸。其中闭式引纸包括黏舐引纸和真空引纸。 (一)开式引纸
开放式引纸就是通过一个导纸辊将湿纸页从网部送到压榨部。
开放引纸纸机的车速也不能太高,一般都小于200m/min。开放式引纸最初是工人手工传递,随着纸机车速的提高,变为在真空伏辊内安装压缩空气管将湿纸条吹到压榨部。 剥离点:湿纸幅离开伏辊的位置。 如果网部使用真空伏辊,则必须确保纸页的剥离点在真空伏辊真空室后方的边缘。剥离点在真空室的真空范围内,一来会使真空室漏气,真空度降低,二来会使湿纸页受到很大的张力断裂。若湿纸幅在喷水区剥离,网眼中的水被甩出,湿纸页的水分增加,实质强度降低,也容易引起断头。
为了适应湿纸幅黏附力、湿强度和伸长性的变化,引纸辊和以一压为首的第一个毛毯辊的位置通常是可调的。此外,湿纸与一压毛毯接触的角度对纸机正常运行也很重要。湿纸幅略向上爬上一压毛毯,可防止湿纸幅带进空气所导致的进一压的一侧发生鼓泡现象及防止压榨时发生皱褶。
在开放引纸的长网纸机中,湿纸幅在伏辊处剥离和传递,主要是靠伏辊和一压之间的速度差,使湿纸幅受到一定的张力,从伏辊处的网上剥离下来。开放引纸依靠湿纸幅本身的强度,经引纸辊传递到一压毛毯上。
二)开放引纸过程湿纸幅的张力
湿纸幅从伏辊处网上剥离下来,引到一压毛毯上时,受力情况十分复杂。其中包括湿纸幅与造纸网间的黏着力、水的表面张力、离心力、湿纸幅重力、惯性力和张力等。 剥离角:伏辊在剥离点的切线与湿纸页的夹角
剥离功:单位面积上将湿纸页从网面上剥离下来所需的功。
F—纸幅的张力,10-5N/cm W—剥离功,10-7J/cm2 ?—剥离角,θ=π/2- ? q—单位面积纸幅质量,g /m2 V—纸幅剥离速度,cm/s
W/(1-cos?)代表从伏辊剥离湿纸幅需要的张力,它与剥离角有密切的关系。 qv2代表惯性产生的张力,它与纸幅运行方向无关,但与速度密切相关。 一般长网纸机中,剥离角都比较小,通常约为30o左右。
Φ=30o时,总张力F很大,而且总张力对剥离角的影响极为敏感。此时,剥离角略微减小,总张力增长很大。增加剥离角,W/(1-cos ?)相应逐渐减小。由此可见,增加剥离角,可以降低剥离纸页时的张力,从而能够减少湿纸幅的断头;或者说,增加剥离角时,即使提高车速,也可以减少引纸断头。
在开放引纸情况下,为防止引纸断头,可以通过以下途径提高车速: ①增加剥离角;
②提高剥离湿纸幅的干度;
③减少湿纸幅对网子或辊子的黏着力和调整网部与一压之间的速比。 调整剥离角受到一压毛毯的限制。有时需要调整毛毯的行程,使毛毯在递纸处有较大的倾斜,以便平稳引纸。同时还可能需要将真空伏辊真空室的位置下移,以保证有较大的剥离角。 值得注意的是剥离角与湿纸幅撕裂的关系,如图5-36所示。当?<90o时,一旦湿纸幅在揭纸时出现撕裂,裂口将逐渐扩大。但当?>90o时,即使出现裂口,裂口也会逐渐自行封闭,因而可以减少伏辊引纸的断头。
伏辊和一压之间的引纸辊有以下几个作用: ①保证湿纸幅按照最优曲线运行减少张力;
②控制湿纸幅,使其不在伏辊与一压之间产生大的抖动;
③引导湿纸幅取得大的剥离角,同时,使自我平衡机构更加起到有效的作用。自我平衡机构指的是当湿纸幅在网上黏着力增加时,剥离功随之增加,因此湿纸幅剥离需要增大张力,而湿纸幅剥离点则移向伏辊下部,从而使剥离角增加,W/(1-cos?)减小,因此自动减小张力而取得平衡。黏着力减少时情况相反。 2.闭式引纸 1)粘舐引纸
粘舐引纸主要是靠引纸毛毯面上一层很薄的水膜的粘附作用将湿纸页粘附在毛毯上,由引纸毛毯将湿纸页送到压榨部或者烘干部。一般卫生纸机上多用这种方式引纸,引纸过来直接上烘缸。如果只靠毛毯的粘附不行的话,可以在粘纸辊上加真空抽吸。这种引纸方法主要用于中速和生产低定量纸的纸机。
黏舐引纸的优点是结构简单,纸幅网痕较轻。但黏舐引纸对操作运行要求条件很严格。纸幅和毛毯的含水量很重要。黏舐引纸依靠毛毯面的水膜黏附力和毛毯转过揭纸辊产生的微弱抽吸作用来传递湿纸幅。因此对黏舐引纸毛毯的要求是组织结实、编织细密、毯面平整,同时要求毛毯清洁,特别是两边要干净。 黏舐引纸要求引纸毛毯表面有一层水膜。这容易给一压带来问题。所以这种引纸方式主要适用于抄造薄型纸的纸机。另外由于引纸毛毯毯面比较细密,后面将湿纸幅从引纸毛毯再向中压毛毯转移会相对较困难。所以黏舐引纸多用在生产薄型纸的圆网纸机或长网单缸纸机。 2)真空引纸
真空引纸适用于高速纸机和生产薄型纸的超高速纸机。真空引纸方法依靠真空作用,从伏辊处转移纸幅。真空引纸可用于伏辊到一压间的引纸,同样适用于各道压榨间的湿纸幅传递。 真空吸引辊装在伏辊上方或真空伏辊两个真空室之间。如果纸机网部有主传动辊,则多装在传动辊之前,位于真空伏辊与传动辊之间。
理论,真空引纸的引纸毛毯速度应与网速一致。如果毯速低于网速,湿纸幅有可能产生皱褶。反之若毯速高于网速,则会引起湿纸幅伸长,影响纸幅的强度。但是实际操作很难,所以,一般情况下,毛毯的速度都比造纸网的速度大一些。 五、压辊中高及可控中高辊
1. 压辊中高的影响与纸页脱水均匀性 由于压辊会产生挠度,挠度的大小与辊筒的材料、重量、直径、纸机的轨距及加压状况有关。 工作时,挠度会导致上下压辊间的某些部位不相接触。其结果是湿纸幅在上下压辊间承受不同的线压力,湿纸幅的脱水和由于压榨改善的性能均会发生横幅方向不均匀现象。为了弥补这个缺陷,制造时,通常将两个压辊或者下压辊制造得中间直径大,两边直径小,即在压辊上磨制出中高。
压榨辊的中高度就是指辊筒中部直径比两端直径大多少的程度,一般以毫米表示, K=D-D0.
由于很难精确测量辊面包胶辊的直径,因此多采用测量压辊圆周长的方法来代替直径的测量。包胶辊的中高度常用圆周中高度来表示:KL=πD- πD0= πK.
压辊的中高度适当时,湿纸和毛毯通过压榨时受压均匀,出压榨的水分一致,对纸张干燥和质量都有利。如果压辊中高过大,会造成纸幅中间水分低两边水分高;相反,如果压辊中高过小,就会造成纸幅中间水分高两边水分低的不均匀现象。这会降低纸机的生产能力,干燥时容易引起干燥不均匀纸页翘曲。
对压榨毛毯来说,受压大的部分磨损快,造成毛毯磨损不均匀,缩短毛毯的使用寿命。 生产实践中,上压辊通常需要承受附加压力,上压辊在附加压力的作用下会产生向上弯曲的现象。为此,为了保证上下压辊间在横幅方向具有均匀的线压力,有中高的下压辊的中部直径应考虑到两个辊的挠度。即若仅仅是下压辊有中高,则其中高度应等于上下压辊所产生的挠度之和的两倍。这是一般纸机上的中高分配法。
值得指出的是,如果仅仅把中高集中在下压辊上,由于下压辊是主动辊,上下压辊的圆周速度仅在某两个切面相等。而在此两切面之间的任何位置,主动的下压辊的圆周速度将大于上压辊而产生正滑动。而在两个切面之外的两端则会出现相反的情况,产生负滑动。这种正负滑动现象直接影响纸页的脱水均匀性,同时会加重辊面胶层及脱水毛毯的磨损。因此,有些纸机将中高分别分配在上下压辊之间,以减轻这种滑动的不良影响。把中高分配在两个压辊上,会使检修工作复杂化,故实际使用的不多。 2.可控中高辊
国外20世纪70年代研制开发了可控中高辊。辊子的挠度可以根据生产操作的需要,随时加以调整、控制。
如果在可控中高辊的辊面缠绕异型钢带制成可控中高的沟纹压辊,则可以进一步提高压榨脱水效果。
浮游辊有一个由钢材或冷硬铸铁制造、没有中高的圆筒形外壳,能围绕着开有进油和回油接头口的固定轴转动,圆筒辊壳依靠自位轴承随着固定辊轴回转。在辊壳与辊轴之间的环隙空间,将径向和轴向密封,分别分为上下两部分即加压室和回油室。高压油通过进油管进入加压室,与辊子承受的载荷相抗衡。从密封室漏出的油流到下部回油室,通过回油管回到泵油站。
上述的可控中高压辊后来又发展成可调浮游辊(Vario RO01),即加装一个排油杯。油杯分别与回油管和阀门相连。打开阀门,可以除去油杯上辊壳面的油压。借助这种办法,可以精确控制压区的压力曲线。
第三节 压榨脱水机理
为了方便阐述压榨机理,先就几个压榨术语达成共识。
(1)压区在压榨操作中,压辊(或压靴)之间接触区域称为压区。压榨部的作用,就是纸幅在压区中与一张或两张毛毯接触时发生的。
(2)压区宽度从湿纸幅和毛毯进压缝开始接触的地方算起,到出压缝两者分开时为止,两个压辊的水平距离称为压区宽度。
(3)第一区和第二区以上下压辊中心线为界,将压区分成两个部分:纸页进压缝的一侧称为第一区,出压缝的一侧称为第二区。 一、压区压力分布
整个压区分为x、y方向,x方向是纸页的运动方向,y方向是沿纸页的厚度方向。 沿x、y方向压区的压力分布曲线是不同的,首先来看沿x方向。 沿x方向压区的总压力分布曲线如图所示,成正态分布
方向压区的总压力分布曲线,实际上也就是沿纸页厚度方向上的压力分布。 在看厚度方向上压力分布情况之前,我们必须要清楚在压榨过程中,压力是由什么来承受的: (1)纤维形成的网状体结构
(2)纤维与纤维之间的空隙所充满的水
类似于海绵:如果海绵是干的,空隙中的空气很容易被赶走,那么所有的压力都有海绵来承受;如果海绵是湿的,也就是说空隙中充满了水,水不可能被全部挤压出去,所以承受压力的是海绵和水两部分。 所以,纸页在压区中所受的总压力等与两部分压力之和。网络体所承受的压力通常以机械压力表示,而水承受的压力以流体压力来表示。所以压区的压力基本上是有机械压力和流体压力两部分之和。
沿y方向压区的总压力始终是保持不变的,但是机械压力和流体压力的比例在发生变化。压榨的作用主要是脱除水分,那么纸页中的水就必须有跑的渠道。这个渠道通常就是压榨毛毯。压榨毛毯的含水量是很少的,由于机械挤压,湿纸页中的水分先饱和产生流体压力,而毛毯中的流体压力比较低,那么湿纸页中的水分由于流体压力差就会排向毛毯。湿纸页贴裸辊的面流体压力最大,沿纸页厚度方向流体压力越来越小,形成压力梯度,以便于水分排出。 沿x方向,流体流动的方向与压区的方向相同(水平方向)。 沿y方向,流体流动的方向从光辊向毛布流动(垂直方向)。 这样就产生了压榨脱水的横向脱水和垂直脱水机理。 二、横向脱水
横向脱水也叫做水平反向脱水。普通平压辊的脱水机理。在压榨过程中,湿纸幅压榨脱出的水逆着毛毯运行的方向穿过毛毯横向流动, 过程1
压榨过程中,纸页进入压区,随着纸页被压缩,纸页中的流体压力逐渐增大,到压辊中心线前面处达到最大值(本来应该是在中心线处达到最大值,但是因为有一部分水分排出,所以又有所下降),形成压力梯度,纸页中的水分在压力梯度的作用下沿与进纸方向相反的方向排出; 过程2
纸页在出压区时,纸页和毛毯都开始扩张,由于毛细管作用和真空压差的吸移作用,已经压入毛毯中的一部分水分又会重新被回吸到纸页中来。所以,对于主要以水平脱水原理脱水的普通压榨,纸页的脱水主要发生在纸页的进压区部位。 特点
压区中流体的主要压力梯度分布在x-x方向上。压力梯度的方向与进纸的方向相反,脱水作用也主要沿这一方向进行。由于水流路径长,压力梯度小,所以脱水量也小。
另外,在这一过程中,纸页容易出现“压花”现象, 水分含量越高,液体压力越大,越容易压花,所以水平脱水的压力大小受压花压力的限制。为了避免压花,只能采用低的压力,所以,脱水作用更小。 三、垂直脱水
垂直脱水主要是沿纸页厚度方向上脱水,适用于于沟纹压榨、真空压榨、盲孔压榨等。 第一区从湿纸幅和毛毯进入压区开始,到湿纸幅水分达到饱和为止。在第一区中虽然湿纸幅的水分含量已经饱和,但毛毯含水量尚未饱和,尚未产生流体压力。由于压缩的总压力逐渐增大、湿纸幅和毛毯都处于不饱和状态,所以从湿纸幅和毛毯中压出来的主要是空气。没有流体压力,水仅在毛细管作用下流动。湿纸幅的干度在第一区变化不大,压榨力仅用于压缩湿纸幅和毛毯的纤维结构。