Проект реконструкции сеточной части БДМ №2 ООО "Енисейский ЦБК" с целью увеличения производительности

Проект реконструкции сеточной части БДМ №2 ООО "Енисейский ЦБК" с целью увеличения производительности

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

«Сибирский государственный технологический университет»

Факультет: Механический

Кафедра: Машины и аппараты промышленных технологий

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пояснительная записка

(МАПТ 00.00.00.00.143. ПЗ)

Дипломник И.С. Аникьев

Зав. кафедрой Ю. Д. Алашкевич

Руководитель В. П. Барановский

Консультанты:

Технологической части В. П. Барановский

Конструкторской части В. П. Барановский

Автоматизации процессов Л.И. Жуйко

Безопасности и экологичности

проекта О.К. Крылова

Экономической части Ж. Г. Щербакова

Нормоконтроль Р.А. Марченко

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Факультет: механический

Кафедра: МАПТ

«УТВЕРЖДАЮ»

«___» ____________ 2009 г.

Зав. кафедрой _____________ _Ю. Д. Алашкевич _

(подпись) (инициалы, фамилия)

Задание

на выпускную квалификационную работу

студенту 5 курса, гр. 95-7, Аникьеву Ивану Сергеевичу

Тема: Проект реконструкции сеточной части БДМ №2 ООО «Енисейский ЦБК» с целью увеличения производительности

Тема конструктивной части: Расчёт конструктивных параметров ящика с гидропланками и мокрого отсасывающего ящика и сетконатяжки

Утверждена приказом по университету «__» __________ 2009 г. № ___

Срок сдачи студентом законченного проекта (работы) «__» ______ 2009 г.

Место преддипломной практики: ООО «Енисейский ЦБК»

Исходные данные к проекту (работе): данные предприятия раб = 550 м/мин; Bобр = 4200 м; бумага газетная

Содержание расчетно-пояснительной записки, перечень графического материала: Введение; 1. Технико-экономическое обоснование; 2. Технологические решения; 3. Конструкторская часть; 4. Монтаж, ремонт и техническая эксплуатация сеточной части БДМ; 5. Строительные решения; 6. Автоматизация производственного процесса; 7. Безопасность и экологичность проекта; 8. Основные технико-экономические показатели проекта; 9. Заключение; 10. Библиографический список

Графическая часть: 1. План цеха; 2. Общий вид сеточной части; 3. Сборочные чертежи ящика с гидропланками, мокрого отсасывающего ящика; 4. Деталировка; 5. Схема вентиляции открытой сеточной части; 6. Схема автоматизации сетконатяжки функциональная; 7. Основные технико-экономические показатели проекта; 8. График изменения концентрации бумажной массы в зависимости от расположения формующих и обезвоживающих элементов сеточной части БДМ

Консультанты по проекту (работе) (с указанием относящихся к нему разделов):

Барановский В. П. - Технологические решения; конструкторская часть; монтаж, ремонт и техническая эксплуатация сеточной части БДМ; строительные решения

Крылова О.К. - Безопасность и экологичность проекта

Жуйко Л.И. - Автоматизация производственного процесса

Щербакова Ж. Г. - Основные технико-экономические показатели проекта

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Задание выдано «__» ___________ 2009 г.

Защита

Руководитель: Барановский Виктор Петрович

Дипломник: Аникьев Иван Сергеевич

Содержание

Реферат

Содержание

Введение

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Обзор существующих конструкций

1.2 Обоснование выбора конструкции

2. Технологические решения

2.1 Описание технологической схемы

2.2 Технологические расчёты

2.2.1 Расчёт возможной производительности буммашины

2.2.2 Ширина сетки и длина валов сеточной части

2.2.3 Расчёт процесса формования и обезвоживания бумажной массы на ЭВМ

3. Конструкторская часть

3.1 Расчёт конструктивных параметров ящика с гидропланками и мокрого отсасывающего ящика

3.1.1 Расчёт ящика с гидропланками

3.1.2 Расчёт мокрого отсасывающего ящика

3.2 Расчёт сетконатяжки

3.2.1 Расчёт сетконатяжного вала

3.2.2 Подбор подшипников

3.2.3 Расчёт рычагов сетконатяжного вала

4. Монтаж, ремонт и техническая эксплуатация сеточной части БДМ

4.1 Монтаж сеточной части

4.2 Ремонт и техническая эксплуатация сеточной части

5. Строительные решения

6. Автоматизация производственного процесса

6.1 Общие положения

6.2 Выбор точек контроля и регулирования

6.3 Обоснование выбора технических средств автоматизации АСУТП

7. Экологичность проекта

7.1 Благоустройство и озеленение санитарно-защитной зоны и территории предприятия

7.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

8. Основные технико-экономические показатели проекта

8.1 Расчёт капитальных (единовременных) затрат

8.2 Расчёт текущих затрат, связанных с эксплуатацией оборудования

8.3 Составление годового графика ремонтного оборудования

8.4 Расчёт показателей экономической эффективности

Заключение

Библиографический список

Реферат

В данном дипломном проекте описывается назначение и роль сеточной части БДМ, её основных узлов. Также рассматриваются различные формующие и обезвоживающие устройства сеточной части БДМ. Исходя из технико-экономического обоснования для оптимального и наиболее экономичного формования и обезвоживания бумажного полотна, целесообразней использовать синтетическую сетку с гидропланками и МОЯ, при этом натяжение сетки контролируя автоматической сетконатяжкой и сеткоправкой. Производятся технологические и конструкторские расчёты.

Описывается монтаж, ремонт и техническая эксплуатация сеточной части БДМ, строительные решения, автоматизация производственного процесса (автоматической сетконатяжки), безопасность и экологичность проекта. Производятся экономические расчеты, определяющие основные технико-экономические показатели проекта.

Дипломный проект содержит пояснительную записку из 147 страниц текста, 19 таблиц, 51 иллюстрацию, 40 литературных источников и графическую часть на 10 листах формата А1.

Введение

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. От успехов её развития сегодня во многом зависят темпы роста таких областей промышленности как радиоэлектронная, автомобильная, химическая, электрохимическая и др. Без продукции ЦБП немыслимо развитие науки, культуры.

Во многих странах мира темпы развития ЦБП значительно выше других отраслей и бумагоделательное машиностроение занимает одно из ведущих направлений тяжелой индустрии.

На первое место сейчас выходят вопросы совершенствования крупных бумагоделательных машин и их структурная перестройка, механизация и автоматизация технологических процессов.

Россия обладает огромными запасами леса, которые в настоящее время очень расточительно и нецелесообразно используются. Бумага и картон производится на оборудовании, которое устарело морально и физически. В результате подобного состояния промышленности РФ не может извлекать полноценной прибыли из леса. Установка современного оборудования, совершенствование имеющихся технологий позволит снизить себестоимость продукции и увеличить производительность.

Во всех странах мира интенсивно проводятся научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по непрерывному совершенствованию процессов и оборудования БДМ и КДМ. Результаты этих работ настолько быстро изменяют конструкцию машин, что они становятся морально устаревшими через 7 - 10 лет 1

Появляются новые схемы машин, технологических потоков, новые методы формования бумажного полотна с максимальным использованием существующего оборудования, с минимальным расходом волокна, свежей воды, химикатов, исключающим до предела загрязнение окружающей среды.

Несмотря на значительные усовершенствования, бумагоделательная машина сохранила свою технологическую компоновку, и в настоящее время представляет собой гигантский технологический конвейер.

В ЦБП эксплуатируется много машин, установленных в начале и середине XX века. Поэтому основная масса машин на наших предприятиях имеет низкие скорости, малую ширину сетки и низкую производительность.

Естественно, что реконструкция должна производиться лишь тогда, когда подсчитывают экономический эффект от её осуществления. Затраты на реконструкцию должны, как правило, окупаться.

Бумага имеет большое народно-хозяйственное значение, и её производство в нашей стране непрерывно увеличивается за счёт реконструкции и расширения действующих предприятий и строительства новых.

Серьезным препятствием на пути полной реконструкции бумагоделательных фабрик стоит нехватка денежных средств. Прибыль предприятий на столько мала, что закупка нового оборудования - непозволительная роскошь. Иностранные инвесторы не рискуют вкладывать денежные и иные средства в нашу промышленность по причине нестабильного положения экономики.

Одним из путей решения, наиболее целесообразным в данных условиях, является поэтапная замена отдельных частей БДМ, которые более весомо влияют на производительность.

Основной и наиболее ответственной частью бумагоделательной машины является сеточная часть. На ней производится отлив и формование полотна. Именно здесь определяются будущие свойства бумажного полотна.

Путем улучшения формования и обезвоживания бумажного полотна на сеточной части можно повысить характеристики, качество бумаги и производительность, что приведет к реально ощутимой прибыли. Поэтому необходимо заменить ранее установленную бронзовую сетку и регистровые валики на синтетическую сетку с гидропланками и МОЯ, а также установить автоматическую сеткоправку и сетконатяжку. В данном дипломном проекте представлен именно такой вариант улучшения производственных возможностей БДМ №2 Енисейского ЦБК.

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Обзор существующих конструкций

Формующее устройство определяет конструкцию машины. Наиболее распространенной является односеточная конструкция с плоской сеткой.

Сеточные столы бывают выдвижные и консольные. В первом случае при смене сетки продольные балки с закрепленными на них устройствами выдвигаются в проход, освобождая место для растягивания новой сетки, после чего вдвигаются обратно в растянутую петлю сетки. Во втором случае продольные балки устанавливаются на поперечных балках закрепляемых на приводной стороне машины. При смене сетки убираются опоры на лицевой стороне и вся конструкция оказывается висящей на поперечных консольных балках. Растянутую перед машиной новую сетку надвигают на сеточный стол и вновь устанавливают опоры на лицевой стороне.

Операция по замене сетки выдвижного стола продолжается от 4 до 6 часов при одновременной работе 56 человек. Продолжительность смены сетки консольного стола занимает от 50 до 90 минут [2].

Формующие сетки БДМ оказывают значительное влияние на процесс производства бумаги. Вторая половина XX века ознаменовалась внушительным прогрессом в развитии одежды БДМ. В середине 1950-х гг. рабочая скорость БДМ, вводимых в эксплуатацию, резко возросла. При этом стали более интенсивно выходить из строя формующие сетки, изготовленные из фосфористой бронзы. При повышении скорости машин на 42% затраты на сетки возросли на 70% [3].

Ранее существовали сетки из металлов: монель-металла, из нержавеющей стали, хромированные и других металлов.

В настоящее время зарекомендовали себя формующие синтетические сетки БДМ, которые представляют собой тканое полотно, состоящее из нитей основы (продольные походу сетки) и нитей утка (поперечные по ходу сетки), размещенных в соответствии с определенной структурой.

Сетки из синтетических материалов ткутся без шва подобно прессовым сукнам. Живое сечение таких сеток примерно в 2 раза меньше, чем бронзовых, тем не менее, бумажное полотно на них обезвоживается легче.

При натяжении синтетической сетки нити основы выпрямляются и удлиняются, плотнее прилегают к нитям утка и сильнее изгибают их. При увеличении изгиба нитей утка их перекрытия сближаются, а потому ткань сужается.

Вновь надетую синтетическую сетку следует после пуска ее в ход неоднократно подтягивать в течение первых часов работы и контролировать заданное натяжение ведомой ветви по измерителю натяжения. Отношение между наибольшим удельным натяжением и предварительным не должно превышать допустимого, большее значение натяжения может привести к образованию складок.

Синтетические сетки изготавливают из высокопрочного полиэфирного или полиамидного волокна, подвергнутого специальной химической обработке с покрытием синтетическими смолами для повышения устойчивости к истиранию.

Регистровые валики (рисунок 1.1) поддерживают сетку и способствуют обезвоживанию бумажной массы на сеточном столе. Вода стекает лишь на участке регистрового валика между точками А и В, когда сетка входит в соприкосновение с поверхностью регистрового валика в точке А. Благодаря смачиванию и силам сцепления воды с поверхностью регистрового валика, а так же кинетической энергии вращения валика и движения сетки происходит всасывание воды в кармане АВС. В некоторой точке В всасывающее действие валика прекращается, так как подвод воды из слоя массы на сетке оказывается недостаточным, чтобы заполнить карман водой.

Рисунок 1.1 - Схема потоков в зоне регистрового валика

Схема потоков в зоне регистрового валика в соответствии с рисунком 1.1, показывает, что вблизи места касания сетки имеется две зоны или два «водяных клина»: набегающий, расположенный со стороны набегания сетки, и сбегающий.

Набегающий водяной клин складывается из слоя воды h2, профильтровавшейся сквозь сетку и слой осевших волокон на открытом участке сетки, и слоя h6, который переносится регистровым валиком вследствие прилипания к его поверхности. Вода набегающего клина при больших скоростях нагнетается сквозь сетку и слой осевших волокон в надсеточное пространство, в связи с чем уровень бумажной массы над валиком повышается до уровня h0. При увеличении скорости высота гребней h0 увеличивается.

Сбегающий водяной клин разделяется на два слоя: 1 слой - h4, уносимый под сеткой, 2 слой - h5, отходящий от сетки и сбрасываемый, за исключением слоя - h6, в подсеточную ванну [4].

В настоящее время в замен регистровых валиков применяются гидропланки и мокрые отсасывающие ящики (МОЯ). Конструкция гидропланок и МОЯ наиболее подробно описана в разделе 2.1.

При работе с гидропланками уменьшается маркировка сеточной поверхности бумажного полотна при одновременном улучшении распределения волокон по толщине и сокращении провала мелкого волокна. Эффект гидропланок с точки зрения ослабления маркировки наиболее полно проявляется при скорости свыше 450 м/мин [5].

При работе с гидропланками удлинение синтетической сетки между грудным валом и отсасывающими ящиками больше, чем при работе с регистровыми валиками, а потому упругое скольжение на формующем участке сетки вызывает на полотне повышающее разрывное усилие и растяжимость бумаги.

Горизонтальная поверхность служит для поддержания сетки в этой плоскости, а переднее ребро планки для отвода воды снизу сетки. На поддерживающем участке по всей его длине должно быть обеспечено безупречное прилегание сетки к поддерживающей плоскости для того, чтобы после нее мог возникнуть соответствующий вакуум. При неравномерном прилегании происходит разрыв вакуума и появление полос на бумаге. Наклонная под углом а поверхность образует с сеткой расходящийся зев, в котором создается при движении над ним сеточной ткани с волокнистым слоем вакуум, под действием которого происходит обезвоживание бумажной массы.

Сетки различают по номерам, соответствующим количеству нитей основы на 1 см ее ширины, и по характеру плетения. Наиболее употребительны сетки от № 10 до № 40 в метрическом исчислении. Чем выше номер, тем меньше размеры ячеек сетки, равномернее распределение волокон в бумажном полотне и меньше провал мелкого волокна сквозь сетку вместе с оборотной водой. В зависимости от числа нитей основы, переплетающих нити утка, плетение сетки бывает одинарным, двойным и тройным (рисунок 1.2, а, б, в).

В настоящее время все шире применяются сетки полусаржевого плетения (рисунок 1.2, г), в которых проволока основы проходит попеременно под двумя проволоками утка с нижней стороны сетки и под каждой третьей проволокой с верхней се стороны. Срок службы сеток полусаржевого плетения больше, чем соток с обычным плетением, вследствие увеличения площади проволок основы, соприкасающихся с крышками отсасывающих ящиков, на которых в основном изнашивается сетка.

Прочность и износоустойчивость сеток больших номеров меньше, чем сеток малых номеров, а стоимость их значительно возрастает.

Сеткоправильные устройства. В связи с возможной непараллельностью валов сеточной части, а также вследствие разной величины вакуума в отсасывающих ящиках по ширине машины, неравномерного удлинения сетки, разной концентрации массы по ширине машины, движущаяся сетка несколько смещается перпендикулярно ходу относительно оси машины то на лицевую, то на приводную стороны, что может привести к повреждению кромок сетки.

Для поддержания сетки в среднем положении - симметрично относительно оси машины - устанавливается механизм правки на нерабочей ветви сетки, в котором имеется сетковедущий валик, называемый обычно правительным. Подшипник валика на приводной стороне закреплен шарнирно, а с лицевой стороны может перемещаться влево или вправо от среднего положения примерно на 100--150 мм [6]. Это дает возможность установить правительный валик не параллельно остальным валам. В ручных механизмах правки валик перемещают маховичком посредством винтовой передачи. Механизм правки показан на рисунке 1.3 а.

Схема действия механизма правки показана на рисунке 1.3 б. Если сетка по ходу своего движения сместится от оси машины (например, влево) на величину а, то правительный валик, первоначально расположенный параллельно остальным валам сеточной части, следует сместить на угол .

а - механизм правки; б - схема действия механизма правки; в - усилия, действующие на валик; 1 - сетковедущий валик; 2 и 3 - подшипники валика с лицевой и приводной сторон; 4 - корпус механизма правки сетки; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - маховик

Рисунок 1.3 - Правка сетки

Рассмотрим силы, действующие при этом со стороны валика на сетку. Реакцию от натяжения сетки Q (рисунок 1.3 в) разложим на две составляющие - Q1 и Q2. Сила Q1 = QCos направлена перпендикулярно оси валика и воспринимается его подшипниками. Сила Q2 = QSin направлена вдоль оси валика и смещает сетку вправо по ходу.

Как правило, для правки сетки устанавливаются автоматический и ручной механизмы, которые иногда совмещаются в одном устройстве или устанавливаются на разных сторонах одного правительного вала.

Принцип действия автоматических механизмов правки тот же, что и ручных, правительный валик перемещается автоматически, в связи с чем значительно облегчается обслуживание машины и устраняется возможность повреждения сетки.

В сеточной части в качестве исполнительного механизма автоматического устройства правки чаще всего используются пневмобаллоны, иногда - мембранные устройства. Для эффективной работы угол охвата вала сеткой должен быть не менее 20°. Желательно, чтобы угол на входе и сходе сетки с вала был одинаковым. Датчик автоматической правки следует устанавливать по возможности ближе к устройству правки, чтобы система была более чувствительной. Работа правки тем эффективнее, чем больше натяжение сетки.

Различаются два основных типа автоматических сеткоправок - с контактным и бесконтактным импульсными устройствами. При контактном устройстве датчик, обычно в виде лопатки, все время соприкасается с кромкой сетки. При бесконтактном устройстве датчик соприкасается с сеткой тогда, когда она смещается от среднего положения. При этом кромки сетки при трении её о датчик практически не изнашивается.

На современных машинах применяются пневматические сеткоправки, показанные на рисунке 1.4.

1 - правительный вал; 2 - сетка; 3 - импульсное устройство; 4 - лопатка; 5 - управляющий вентиль; 6 и 7 - редукционные клапаны соответственно для постоянного и переменного давления воздуха; 8 - игольчатый клапан; 9 - мембрана; 10 и 11 - полости постоянного и переменного давления воздуха; 12 - исполнительный механизм

Рисунок 1.4 - Пневматическая сеткоправка

Сеткоправка состоит из импульсного и исполнительного механизмов. Импульсное устройство представляет собой лопатку, расположенную с лицевой стороны машины и воздействующую на управляющий вентиль, а исполнительный механизм - пневматическую мембрану двустороннего действия, перемещающую правильный валик, подвешенный с лицевой стороны на рычаге. К первой полости мембраны через редукционный клапан и вентиль подводится воздух с постоянным давлением, которое меньше максимального давления в основной магистрали. Ко второй полости воздух подводится через управляющий вентиль, связанный с лопаткой. В зависимости от перемещения лопатки изменяется степень открытия вентиля. При этом во второй полости устанавливается давление, меньшее или большее, чем в первой полости, и мембрана прогибается в ту или другую сторону, перемещая правительный валик.

Традиционная система автоматического управления (САУ) положение кромки сетки включает следующие основные элементы: сетку как объект управления положением кромки, датчик положения кромки, исполнительный механизм правительного вала, правительный вал.

САУ положением кромки сетки применяется в настоящее время на других современных БДМ, отличающееся от традиционного тем, что в нее введено дополнительное устройство в виде пневматического генератора импульсов с усилителем мощности и дросселем с обратным клапаном, позволяющее ввести в систему принудительные колебания давления воздуха с настраиваемой частотой и амплитудой [1]. Принудительные колебания сетки в поперечном направлении не только обеспечивают более равномерный износ элементов сеточного стола, но и значительно улучшают качество регулирования за счет увеличения чувствительности системы к отклонениям кромки, уменьшения периода переходных процессов при компенсации возмущений и значения величины перерегулирования.

Принципиальная схема СА-11М приведена на рисунке 1.5.

1 - сетка; 2 - правительный вал; 3 - датчик положения кромки; 4 - исполнительный механизм двустороннего действия; 5 - дроссель с обратным клапаном; 6 - усилительное реле; 7 - генератор импульсов; 8 - усилитель мощности

Рисунок 1.5 - Принципиальная схема САУ положением кромки сетки СА-11М (с контактным датчиком)

Измерение положения кромки сетки производится контактным датчиком типа «сопло - заслонка», выходной сигнал которого через усилитель мощности подается в одну из камер исполнительного механизма двустороннего действия правительного вала. В другую камеру поступает пневмосигнал, меняющийся по периодическому закону. Пневмосигнал формируется в генераторе импульсов, усиливается в усилителе мощности и через дроссель с обратным клапаном поступает в камеру. Частота колебаний настраивается в генераторе импульсов, а амплитуда - с помощью дросселя. Действие сигнала от генератора импульсов противоположно по фазе действию сигнала от датчика положения кромки. Таким образом, при прямом и обратном ходе правительного вала воздух попеременно подается в обе камеры.

Если объект обладает такими динамическими свойствами, которые позволяют обеспечить хорошее качество регулирования без ввода в систему принудительных колебаний, т. е. с помощью традиционной схемы, генератор импульсов может быть отключен пневматическим тумблером. Это большей частью относится к управлению положением кромки сукна.

Сетконатяжные устройства. Помимо образования бумажного полотна и фильтрации водных растворов сетка выполняет чисто механические функции - она приводит во вращение все валы и валики сеточного стола, преодолевает силы трения, возникающие между нею и неподвижными обезвоживающими элементами. То есть сетка выполняет роль приводного ремня и транспортерной ленты. Чтобы сетка могла выполнять роль приводного ремня, необходимо создать в ее ветвях предварительное натяжение. Это производится при помощи сетконатяжки, которая устанавливается на нижней нерабочей ветви.

Избыточное натяжение сетки приводит к бесполезной трате энергии, увеличивает прогиб сетконаправляющих валиков и удлиняет сетки за пределы, на которые рассчитаны сетконатяжки. Недостаточное натяжение приводит к провисанию синтетической сетки между грудным валом и формующей доской, вызывая избыточное обезвоживание и разрушение формующегося слоя в этом месте стола. Поэтому предварительное натяжение нужно установить, исходя из местных особенностей эксплуатации синтетических сеток.

Чрезмерно натянутая ветка сильнее удлиняется, при этом несколько уменьшается и её фильтрующая способность. Мощность, потребляемая сеточной частью, несколько увеличивается в связи с увеличением нагрузки на подшипники валов. Таким образом, степень натяжения сетки влияет на отлив и формование бумаги, а также на износ сетки.

а - винтовой; б - балансирный; 1 и 2 - натяжной валик и кронштейн; 3 - маховик; 4 - винт; 5 - гайка; 6 - сетка; 7 - стойка шарнирной опоры; 8 - груз для увеличения натяжки сетки; 9 - груз для вывешивания валиков; 10 - ограничитель колебания валика

Рисунок 1.6 - Механизм натяжки сетки

На современных машинах устанавливают, как минимум, два механизма натяжения сетки. Один (винтовой или грузовой) обеспечивает перемещение натяжного валика для компенсации отклонения длины сетки от ее номинального значения и для создания предварительного натяжения сетки после ее установки. Второй механизм - это автоматическое натяжное устройство, которое поддерживает постоянным натяжение сетки во время работы.

В винтовом механизме натяжения, показанном на рисунке 1.6а, сетковедущий валик перемещается маховиком при помощи винтовой передачи.

В грузовых (балансирных) механизмах (рисунок 1.6б) натяжной валик установлен на рычаге.

Натяжение сетки регулируется изменением величины груза или его расстояния до опоры рычага. Если рычаг удлинить вправо от опоры и на этом конце рычага установить грузы, можно вывесить вытяжной валик и создать давление на сетку меньше собственного веса валика. По сравнению с винтовым механизмом натяжения, грузовой (балансирный) обеспечивает более постоянное натяжение сетки, если при удлинении угол охвата ею валика меняется в сравнительно небольших пределах.

В комбинированном механизме натяжения согласно рисунку натяжной валик располагается на рычагах и перемещается от вращения маховика промежуточного вала и червячной передачи, червячное колесо которой соединено с винтом.

Подача воздуха

1 - натяжной валик; 2 - сетка; 3 - рычаг натяжного валика; 4 и 5 - маховик и червячная передача для ручного перемещения ручного валика; 6 - винт; 7 - указатель положения натяжного валика; 8 - мембрана; 9 - рычаг мембраны

Рисунок 1.7 - Пневматический механизм натяжки сетки

Для регулирования натяжения устанавливается пневматическое мембранное устройство.

Постоянное натяжение сетки во время работы контролирует магнитоупругий датчик, установленный на импульсном устройстве и приводящий в действие исполнительный механизм.

Чувствительным элементом импульсного устройства служит сетковедущий вал (силоизмерительный вал), закрепленный с одной стороны на поворотную ось, а с другой стороны опирается на магнитоупругий датчик.

Автоматической сетконатяжки (рисунок 1.8) используется у современных БДМ и включает в себя все основные элементы автоматической системы регулирования (АСР): датчики, преобразовательно-усилительную аппаратуру, исполнительные механизмы (наиболее подробно описывается в разделе 6.1).

Исполнительный механизм представляет собой сетковедущий вал, установленный на рычагах, которые с одной стороны закреплены с помощью шарнира к продольным балкам сеточного стола, а с другой - к устройству для их перемещения. Для поворота рычагов применяется винтовой механизм, состоящий из пневмодвигателя, двух червячных редукторов, соединенных между собой промежуточным валом, и пневмопровода. Поднимать и опускать сетконатяжной вал можно вручную, для чего с лицевой стороны предусматривается установка маховика.

1.2 Обоснование выбора конструкции

Обоснование установки синтетической сетки с гидропланками и МОЯ, автоматической сеткоправки и сетконатяжки

На БДМ №2 Енисейского ЦБК применяется консольный сеточный стол, который имеет следующие преимущества по сравнению с выдвижным: подготовительные работы (растяжка сеток) можно проводить во время работы машины, нет необходимости разъединять трубопроводы воды и воздуха от спрысков и отсасывающих ящиков, продолжительность смены сетки осуществляется значительно быстрее.

Выбор формующей сетки БДМ должен определяться конкретными условиями производства: композицией и свойствами бумажной массы, скоростью и особенностями БДМ, ассортиментом и объемом вырабатываемой продукции, при этом следует учитывать максимальный срок эксплуатации и стоимость формующей сетки [7,8].

Высокая стоимость бронзовых сеток для широких и быстроходных машин и производственные потери, обусловленные участившейся сменой сетки являлись немаловажными факторами, стимулировавшими поиск путей удлинения срока службы сеток. Возникла потребность найти материал более прочный и износостойкий по сравнению с фосфористой бронзой.

Физико-механические свойства нового материала должны были удовлетворять требованиям ткацкого производства, чтобы создать сетку, по структуре удовлетворяющую требованиям ведения технологического процесса отлива, формования и обезвоживания бумажного полотна. Но ни один из металлов не удовлетворил требованиям: прочности, износостойкости, экономичности по следующим причинам: монель-металл и другие металлы оказались нестойкими к знакопеременным изгибающим напряжениям; стоимость сеток из нержавеющей стали была чрезмерно велика, а у хромированных образовались трещины на кромках.

В настоящее время для изготовления формующих сеток наиболее пригодным материалом считаются синтетические нити.

Развитие и использование формующих сеток из синтетических волокон обусловлено снижением на 5 - 10 % простоя БДМ, а также существенным уменьшением эксплуатационных расходов [9].

Структура ткани, т.е. рисунок переплетения нитей основы и утка, - одна из наиболее важных характеристик формующей сетки. При оптимальном выборе структуры ткани улучшается формование и уменьшается маркировка бумажного полотна, повышается удержание волокнистых и наполняющих веществ. При этом продолжительность эксплуатации сеток увеличивается и уменьшается затрата времени на их замену.

К сеткам предъявляются достаточно высокие требования. Ткань сетки должна обладать хорошей водопропускной способностью и быть вместе с тем достаточно плотной. Структура ткани должна быть такой, чтобы волокна не проходили сквозь ячейки сетки, а полученный лист бумаги не имел заметной маркировки от ткани. Наряду с этим ткань сетки должна быть достаточно прочной на разрыв и на изгиб, чтобы выдержать многократные перегибы, трение и растяжение. Так как pH массы обычно находится в пределах 4,5 - 5,5, ткань сетки должна быть стойкой по отношению к слабым растворам кислот и не должна подвергаться коррозии.

К достоинствам синтетических сеток следует отнести: высокую обезвоживающую способность, более длительный срок службы по сравнению со сроком службы бронзовых (примерно в 2 - 3 раза); малый вес сетки (примерно в 8 раз меньше бронзовой); отсутствие шва, а следовательно и маркировки, которую может давать на бумаге шов; на кромках сетки не образуются трещины, нет вмятин и мёртвых складок, сетка меньше загрязняется, легко промывается и бумажное полотно легче с него снимается (сухость бумаги на этой сетке выше), исключается коррозия, эластичная, облегчение и упрощение условий их надевания на сеточный стол, незначительная подверженность механическим повреждениям при одевании, упаковке, транспортировке и эксплуатации, возросли скорость и производительность машин, улучшилось качество выпускаемой продукции и уменьшился провал под сетку.

К недостатком можно отнести склонность сетки при изменении натяжения давать морщины и большой угол волокна, которое затем скапливается на поверхности сетковедущих валиков, и для его удаления требуется установка шаберов и водяных спрысков, стоимость синтетических сеток в 2,3--2,5 раза больше бронзовых, однако они окупаются в течение 6 месяцев, снижают коэффициент трения с ведущими валами, поэтому необходимо увеличивать её натяжение, что неизбежно связано с увеличением потребляемой энергии сеточным столом. В процессе работы сетка удлиняется на 1,1 - 5 %, что требует установки дополнительных сетковедущих валиков, сетконатяжек и сеткоправок. Кроме того, при синтетических сетках необходима более тщательная выверка сеточного стола и хорошая промывка сетки в процессе её работы специальными спрысками, препятствующими попаданию загрязнений.

Смена синтетических сеток часто происходит из-за сильного загрязнения их ячеек, потому что эти сетки служат в 10 раз дольше бронзовых. Синтетические сетки имеют большее сродство с природной смолой в целлюлозе, чем бронзовые, в особенности, если произошло фибриллирование нитей. Последнее, по-видимому, является причиной скапливания мелких волокон у отсасывающих ящиков, которое наблюдается чаще всего на быстроходных бумагоделательных машинах, вырабатывающих газетную бумагу, содержащую древесную массу.

Поперечная жесткость (стабильность) синтетических сеток меньше, чем бронзовых. Поэтому на них легче образуются волны или складки. Чем больше натяжение ветвей сетки, тем меньше вероятность образования складки.

При использовании синтетических сеток вместо бронзовых мощность, потребляемая сеточной частью, как правило, повышается на 30 - 40 % вследствие увеличения натяжения сеток и других причин.

Успешный переход на работу с синтетическими сетками на быстроходных и широких бумагоделательных машинах, вырабатывающих газетную бумагу, был достигнут в результате проведения организационно-технических мероприятий.

Однако во всех случаях надо установить такой режим обезвоживания бумажной массы на синтетической сетке вдоль всего сеточного стола, при котором получается бумага с наилучшими физико-механическими показателями при минимальном провале волокнистых, красящих, проклеивающих, наполняющих веществ и расхода энергии.

В целях удлинения срока службы синтетических сеток следует разработать (синтезировать) материалы для работы в паре с ними: 1) для сетковедущих валов и валиков необходим материал, обладающий большим коэффициентом трения при незначительном износе синтетической ткани; 2) для формующей доски, гидропланок и покрытий отсасывающих ящиков, по которым скользит сетка, -- материал с малым коэффициентом трения и минимальным износом сетки.

Однако при выборе схемы для формования того или иного вида продукции, предпочтение нужно отдать той из них, на которой при наименьших затратах материальных и энергетических ресурсов будет достигаться больший экономический эффект.

Переход с бронзовых сеток на синтетические привел к снижению простоя бумагоделательных машин на 70--90 % [3], в результате чего повысилась производительность и снизились расходы на сетки. Синтетические сетки применяются разных типов в зависимости от конструкции машины уже более 50 лет. Поэтому установка синтетической сетки вполне обоснована.

При работе регистрового валика со стороны набегающего клина наблюдается заброс воды в надсеточное пространство и одновременный размыв или разрыхление осевшего слоя, а со стороны сбегающего клина - отсос воды за счет вакуума, величина которого равна .

При работе бумагоделательных машин на высоких скоростях регистровые валики становятся причиной нарушения формования бумажного полотна, особенно в первой части сеточного стола, где отсасывающие действие валиков максимально, а волокнистый слой ещё не сформирован или ещё очень слаб, поэтому чтобы улучшить формование бумажного полотна на быстроходных машинах, прибегают к затормаживанию обезвоживания, т. е. валики заменяют неподвижными опорными устройствами - гидропланками.

Внедрение синтетических сеток и гидропланок улучшило качество бумаги из-за более равномерного формования волокнистой суспензии, уменьшило ее разносторонность и повысило гладкость сеточной поверхности бумаги. Применение гидропланок привело к ликвидации подброса массы, улучшению распределения волокон, повышению удержания мелочи и наполнителя, особенно в начальном, критическом периоде формования бумажной продукции, что явилось следствием низкого вакуума по длине зоны отсоса гидропланки и мягкого и более равномерного характера обезвоживания.

Существенным достоинством гидропланок является то, что между наклонной поверхностью каждой планки и сеткой практически можно создать вакуум величины, соответствующей требуемым условиям формования бумажного полотна в данном месте сеточного стола. Вакуум, возникающий между сеткой и гидропланкой, и его величина определяется скоростью машины, геометрией самой планки, особенно утлом отсоса а. Поэтому отпадает необходимость в вакуум-насосе или вентиляторе для создания вакуума в камере по длине формующей части под плоскими планками.

При переходе на работу с синтетическими сетками и гидропланками снижаются расходы на сетку, сокращаются простои машины, связанные с их сменой, уменьшается провал волокнистых, красящих и наполняющих веществ, повышается качество и однородность готовой продукции вследствие улучшения управления процессом обезвоживания по длине сеточного стола.

Одним из условий успешной эксплуатации гидропланок является установление оптимальной величины предварительного натяжения сетки, которое должно автоматически поддерживаться во время работы.

Номер сетки выбирают, исходя из вида вырабатываемой бумаги; для выработки более тонкой бумаги необходимы сетки более высоких номеров. Для писчей и газетной бумаги и бумаги для печати обычно применяют сетки № 24 - 28, для конденсаторной бумаги тройные сетки № 40 - 120, для картона и целлюлозы № 8 - 16 [6].

Исходя из вышесказанного для производства газетной бумаги на БДМ устанавливаем синтетическую сетку полусаржевого плетения № 28.

Отсасывающее действие гидропланок возрастает по мере увеличения концентрации волокна в волокнистом слое, т. е. по ходу бумажного полотна, в отличие от регистровых валиков, отсасывающее действие которых зависит от скорости сетки и плотности воды. Применение гидропланок позволяет увеличить обезвоживающее действие регистровой части стола. Кроме того, полагают, что при установке гидропланок вместо регистровых валиков можно сократить длину сеточного стола на современных бумагоделательных машинах, т. к. в замен одного регистрового валика можно установить несколько гидропланок.

Исследования показали, что при применении гидропланок, концентрация бумажной массы в напорном ящике снизилась на 10 % за счёт снижения концентрации отходящей подсеточной воды на 60 %. Удержание волокна на сетке повысилось на 10 %, а наполнителей удвоилось [3].

К материалу изготовления гидропланок предъявляются следующие требования: быть износоустойчивым и иметь минимальный коэффициент трения с сеткой. Наиболее распространенным материалом для гидропланок в настоящее время применяется высокомолекулярный полиэтилен, который имеет низкий коэффициент трения с сеткой, но малую износоустойчивость. Поэтому для увеличения срока службы в поверхность гидропланки, соприкасающуюся с сеткой вставляется износоустойчивая пластина.

В зоне формования бумажного полотна в замен регистровых валиков устанавливаются МОЯ. Эти ящики (их ещё называют предварительными отсасывающими ящиками) обычно покрывают брусками из бакелита или другого пластического материала.

Материал покрытия отсасывающих ящиков должен иметь минимальный коэффициент трения с сеткой для уменьшения ее износа и потребляемой мощности, быть износоустойчивым. В качестве покрытий в последнее время применяют высокомолекулярный полиэтилен, оксидную керамику, карборунд, робалит, карбид кремния и другие материалы с коэффициентом трения от 0,03 до 0,09.

В отличие от формования на регистровых валиках при полной замене их мокрыми отсасывающими ящиками качество получаемого бумажного полотна можно улучшить за счет уменьшения начальной концентрация поступающей бумажной массы и регулирования интенсивности процесса обезвоживания. Следует отметить, что при этом не только полностью используются преимущества мокрых отсасывающих ящиков по сравнению с регистровыми валиками, но и уменьшается длина участка формования, что особенно важно при модернизации сеточных частей бумагоделательных машин с целью увеличения скорости без изменения существующей длины регистровой части.

Наиболее рациональным при формовании на мокрых отсасывающих ящиках является проведение процесса при постоянной средней скорости фильтрации и линейном росте слоя осевших волокон по длине формования.

Применение подобных отсасывающих ящиков в зоне формования позволяет повысить степень разбавления массы при отливе на машине, уменьшить длину сеточного стола, улучшить формование и значительно повысить степень прочности бумаги.

МОЯ устанавливают совместно с гидропланками. Они называются «мокрыми», так как устанавливаются в зоне формования в пределах «зеркала залива». Вакуум в них создается вакуум-насосами и не зависит от скорости сеток. Это позволяет определить наиболее оптимальные условия для проведения процесса формования и обезвоживания с целью получения бумажного полотна с требуемыми свойствами.

В качестве обезвоживающих и формующих элементов лучше устанавливать гидропланки и мокрые отсасывающие ящики в сочетании с синтетической сеткой. Установка регистровых валиков нежелательна, так как при скорости 550 м/мин будет происходить интенсивный заброс профильтровавшейся воды в набегающем водяном клине вверх сквозь сетку и слой осевших волокон и его размыв, а со стороны сбегающего водяного клина интенсивный отсос воды за счет разрежения.

Исходя из выше сказанного для оптимального и наиболее экономичного формования и обезвоживания бумажного полотна, целесообразней использовать синтетическую сетку с гидропланками и МОЯ, которая справляется с данным режимом работы и падаёт на прессовую часть превосходное бумажное полотно с наибольшим экономическим эффектом.

2. Технологические решения

2.1 Описание технологической схемы сеточного стола

Основной и наиболее сложной частью бумагоделательных и картоноделательных машин является сеточная (на ней происходит формование бумажного полотна) которое, главным образом, определяет важнейшие свойства бумаги. На изготовление сеточной части машины расходуется значительное количество цветных металлов и антикоррозийных материалов, что удорожает её стоимость. Эксплуатационные расходы на сеточной части (стоимость сеток и ремонтных работ) также значительны.

Назначение сеточной части - отлив и формование мокрого бумажного полотна из волокнистой суспензии. Под отливом следует понимать технологические операции, связанные с равномерностью распределения бумажной массы по ширине сетки и ее обезвоживание.

Обезвоживание на сеточной части происходит в течение очень короткого промежутка времени (от 10 до 30 сек) в зависимости от длины сеточного стола и скорости и машины. По мере обезвоживания бумажная масса сжимается. При этом уменьшается сечение пор (капилляров) и резко увеличивается сопротивление фильтрации. В процессе обезвоживания масса становится все менее сжимаемой в связи с повышением гидравлического давления внутри пор [2].

Сеточная часть включает в себя напорный ящик, сеточный стол (рисунок 2.1) и ряд других машин и устройств (насосы, вакуум-насосы, привод и другие механизмы для сообщения дополнительных динамических процессов, диктуемых требованиями технологии).

В начале сеточной части установлен напорный ящик, из которого бумажная масса непрерывным потоком вытекает на грудной вал и грудную доску верхней ветви сетки, где происходит формование и отлив полотна. Значительная часть воды из массы (оборотная вода) проходит сквозь сетку и в дальнейшем повторно используется для разбавления массы.

Чтобы бумажная масса не стекала, по краям сетки устанавливаются ограничительные линейки.

Для очистки от волокон нижняя ветвь сетки по всей ширине промывается несколькими спрысками. Для уменьшения потерь волокна и сокращения расхода свежей воды на современных машинах максимально используют оборотную воду.

Грудной вал, устанавливаемый в начале сеточного стола, -- трубчатый, как показано на рисунке 2.2. Наружный его диаметр 700 мм, толщина стенки 6 мм; вал облицован твердой резиной.

Поверхность вала очищается от волокон шабером с пластмассовым или деревянным клинком. Для уменьшения износа вала шабер совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси вала при помощи гидравлического или пневматического устройства.

При надевании сетки в целях уменьшения расстояния между осями гауча и грудного вала последний опускается и подвешивается к балкам сеточного стола.

1 - труба; 2 - резиновое покрытие; 3 - патрон; 4 - цапфа; 5 - радиальный подшипник; 6 - упорный подшипник

Рисунок 2.2 - Грудной вал

Для опускания вала служит пневматический гидравлический двигатель или электродвигатель, соединенный с редуктором.

К формующим и обезвоживающим элементам относятся: формующая доска, гидропланки, мокрые отсасывающие ящики. Все они поддерживают сетку, устраняя её провисание, и способствуют в той или иной мере обезвоживанию бумажной массы, улучшая формование листа.

Формующую доску устанавливают непосредственно за грудным валом. Её назначение - устранить провисание сетки между грудным валом и первым ящиком с гидропланками, снизить обезвоживающее действие грудного вала, замедлить обезвоживание в начале сеточного стола и улучшить распределение волокнистой суспензии по ширине сетки. Доску монтируют на чугунной балке так, что её положение относительно грудного вала можно регулировать в горизонтальном и вертикальном положении. Иногда формующую доску выполняют в виде ящика, создавая под ним разряжение до 75 мм вод. ст. с помощью сифонной трубы, опускаемой в подсеточную ванну. Такая конструкция формующей доски позволяет регулировать обезвоживание бумажного полотна.

Используют сплошные формующие ящики или ящики, состоящие из отдельных планок (рисунок 2.3). Переднюю кромку покрытия ящика заостряют, чтобы приблизить ее к грудному валу. На скоростных машинах иногда устанавливают гидропланки с рабочим углом 0,5°. Благодаря гидропланкам создается разрежение, которое прижимает сетку к формующему ящику и предохраняет ее от вибрации в районе грудного вала.

Планки формующего ящика изготавливают из высокомолекулярного полиэтилена или оксидной керамики, корпус -- из нержавеющей стали. При сходе с грудного вала сетка несколько провисает, поэтому для уменьшения износа планок формующего ящика переднюю кромку ящика устанавливают ниже сетки па 1,5-3 мм, а заднюю кромку -- на 0,5-1 мм.

1 - корпус; 2 - гидропланки; 3 - устройства для крепления

Рисунок 2.3 - Формующий ящик (формующая доска)

Большое значение для формирования бумажного полотна имеет положение формующей доски относительно потока массы, выходящей из выпускной щели напорного ящика. Для улучшения процесса формования бумажного полотна поток массы должен сложиться на кромку формующей доски.

Гидропланка представляет собой разновидность шабера, устанавливаемого под сеткой под небольшим углом к ней. Гидропланка передней кромкой снимает как шабером, плёнку воды, повисшую под сеткой и удерживаемую силами поверхностного натяжения, и удаляет часть воды из волокнистого слоя вследствие разряжения, возникающего в клине между сеткой и поверхностью гидропланки.

Гидропланки изготовляются из высокомолекулярного полиэтилена с износостойкими вставками (шириной 10--12 мм) из нержавеющей стали или же из керамики, что обеспечивает значительное удлинение срока работы гидропланки (в 4-5 раз). Корпус гидропланки изготавливают сварным из нержавеющей стали. Он должен быть жестким, чтобы не возникла вибрация при ударе о него струй удаляемой воды.

Гидропланки изготовляются с углом наклона рабочей плоскости от 0,5 до 4°. На машине гидропланки устанавливают с увеличением угла наклона по ходу полотна бумаги. Иногда применяют чередование гидропланок с разным углом наклона.

Колебание угла наклона по длине одной гидропланки допускается не более 0,25°. На направляющих корпусов гидропланки должны устанавливаться так, чтобы их можно было для регулирования процесса обезвоживания полотна менять (без больших усилий, вручную), не останавливая машины.

С увеличением угла наклона гидропланки с 0,5 до 4 обезвоживающая способность её повышается почти вдвое.

Разряжение, создаваемое гидропланками, можно регулировать, изменяя угол наклона планки к сетке, что позволяет подбирать оптимальные условия для наилучшего формования бумажного полотна и скорости обезвоживания на каждой конкретной машине.

Рисунок 2.4 - Гидропланка с металлической вставкой

Наиболее распространенный профиль гидропланок показан на рисунке 2.4. Передняя кромка гидропланки скошена под углом 45є к сетке, на плоскую переднюю часть планки шириной от 15 до 30 мм опирается сетка. Остальная часть так же обычно плоская, расположена под углом от 0,5 до 4 к сетке. Обычно общая ширина гидропланки составляет 50 - 70 мм, а соотношение между горизонтальной и наклонной часть составляет 1:2 или 1:3 повышаясь в зависимости от места положения планки по ходу сетки [3].

1 - корпус; 2 - гидропланки; 3 устройства для крепления

Рисунок 2.5 - Ящик с гидропланками

Обычно в начале, сеточного стола гидропланки устанавливают с большим шагом, а по мере увеличения сухости полотна шаг уменьшают.

Применяют также многоэлементные стационарные гидропланки, размещаемые обычно в общем ящике с небольшими промежутками между отдельными элементами (рисунок 2.5). Применение таких гидропланок позволяет увеличить обезвоживающее действие регистровой части сеточного стола.

Кроме гидропланок в качестве обезвоживающих элементов используются мокрые отсасывающие ящики.