V procese výroby papierenských strojov zohrávajú rôzne valce nenahraditeľnú úlohu, od odvodňovania mokrých papierových pásov až po fixáciu suchých papierových pásov. „Kovovanie“ ako jedna z kľúčových technológií pri navrhovaní valcov papierenských strojov – napriek zdanlivo malým geometrickým rozdielom – priamo určuje jednotnosť a stabilitu kvality papiera. Tento článok komplexne analyzuje technológiu kovanovania valcov papierenských strojov z hľadiska definície, princípu fungovania, klasifikácie, kľúčových ovplyvňujúcich faktorov pri navrhovaní a údržbe a odhaľuje jej dôležitú hodnotu pri výrobe papiera.

1. Definícia koruny: Významná funkcia v menších rozdieloch

„Koruna“ (v angličtine vyjadrená ako „Crown“) sa konkrétne vzťahuje na špeciálnu geometrickú štruktúru valcov papierenského stroja v axiálnom smere (pozdĺžne). Priemer strednej časti telesa valca je o niečo väčší ako priemer koncových častí, čím vytvára obrys podobný „pásovému bubnu“. Tento rozdiel priemerov sa zvyčajne meria v mikrometroch (μm) a hodnota koruny niektorých veľkých lisovacích valcov môže dosiahnuť dokonca 0,1 – 0,5 mm.

Základným ukazovateľom pre meranie dizajnu koruny je „hodnota koruny“, ktorá sa vypočíta ako rozdiel medzi maximálnym priemerom tela valca (zvyčajne v strede axiálneho smeru) a priemerom koncov valca. V podstate dizajn koruny zahŕňa prednastavenie tohto malého rozdielu priemeru, aby sa kompenzovala deformácia „stredného previsu“ valca spôsobená faktormi, ako sú zmeny sily a teploty počas skutočnej prevádzky. V konečnom dôsledku sa dosahuje rovnomerné rozloženie kontaktného tlaku po celej šírke povrchu valca a papierového pásu (alebo iných kontaktných komponentov), ​​čím sa kladie pevný základ pre kvalitu papiera.

2. Základné funkcie korunky: Kompenzácia deformácie a udržiavanie rovnomerného tlaku

Počas prevádzky valcov papierenského stroja je deformácia nevyhnutná v dôsledku mechanického zaťaženia, zmien teploty a iných faktorov. Bez konštrukcie koruny by táto deformácia viedla k nerovnomernému kontaktnému tlaku medzi povrchom valca a papierovým pásom – „vyšší tlak na oboch koncoch a nižší tlak v strede“ – čo by priamo spôsobovalo vážne problémy s kvalitou, ako je nerovnomerná plošná hmotnosť a nerovnomerné odvodnenie papiera. Hlavná hodnota koruny spočíva v aktívnej kompenzácii týchto deformácií, čo sa prejavuje najmä v nasledujúcich aspektoch:

2.1 Kompenzácia deformácie pri ohýbaní valcom

Keď sú v prevádzke jadrové kotúče papierenských strojov, ako sú prítlačné valce a kalandrové valce, musia na papierový pás vyvíjať značný tlak. Napríklad lineárny tlak prítlačných valcov môže dosiahnuť 100 – 500 kN/m. Pri kotúčoch s veľkým pomerom dĺžky k priemeru (napr. dĺžka prítlačných valcov v papierenských strojoch so širokou šírkou môže byť 8 – 12 metrov) dochádza pod tlakom k elastickej deformácii ohybu smerom nadol v strede, podobne ako „ohyb ramenného pólu pod zaťažením“. Táto deformácia spôsobuje nadmerný kontaktný tlak medzi koncami kotúča a papierovým pásom, zatiaľ čo tlak v strede je nedostatočný. V dôsledku toho je papierový pás na oboch koncoch nadmerne odvodnený (čo má za následok vysokú suchosť a nízku plošnú hmotnosť) a nedostatočne odvodnený v strede (čo má za následok nízku suchosť a vysokú plošnú hmotnosť).

Štruktúra koruny v tvare „bubna“ však zabezpečuje, že po ohnutí rolky zostáva celý povrch rolky v rovnobežnom kontakte s papierovou páskou, čím sa dosahuje rovnomerné rozloženie tlaku. Tým sa účinne riešia riziká kvality spôsobené deformáciou v ohybe.

2.2 Kompenzácia tepelnej deformácie valcov

Niektoré valce, ako napríklad vodiace valce a kalandrové valce v sušiacej sekcii, počas prevádzky podliehajú tepelnej rozťažnosti v dôsledku kontaktu s vysokoteplotnými papierovými pásmi a ohrevu parou. Keďže stredná časť telesa valca je viac zahriata (konce sú spojené s ložiskami a rýchlejšie odvádzajú teplo), jej tepelná rozťažnosť je väčšia ako tepelná rozťažnosť koncov, čo vedie k „strednému vydutiu“ telesa valca. V tomto prípade použitie konvenčnej konštrukcie koruny zhorší nerovnomerný kontaktný tlak. Preto je potrebné navrhnúť „negatívnu korunu“ (kde je priemer strednej časti o niečo menší ako priemer koncov, tiež známu ako „obrátená koruna“), aby sa kompenzovalo dodatočné vydutie spôsobené tepelnou rozťažnosťou a zabezpečil sa rovnomerný kontaktný tlak na povrchu valca.

2.3 Kompenzácia nerovnomerného opotrebenia povrchu valcov

Počas dlhodobej prevádzky niektoré valce (ako napríklad gumové valce lisu) zažívajú častejšie trenie na okrajoch papierového pásu (pretože okraje papierového pásu majú tendenciu niesť nečistoty), čo vedie k rýchlejšiemu opotrebovaniu na koncoch ako v strede. Bez konštrukcie koruny bude povrch valca po opotrebení vykazovať „vydutie v strede a previs na koncoch“, čo následne ovplyvňuje rozloženie tlaku. Prednastavením koruny je možné udržať rovnomernosť obrysu povrchu valca v počiatočnom štádiu opotrebovania, čím sa predĺži životnosť valca a znížia sa výkyvy výroby spôsobené opotrebovaním.

3. Klasifikácia koruny: Technické možnosti prispôsobené rôznym pracovným podmienkam

Na základe typu papierenského stroja (nízkorýchlostný/vysokorýchlostný, úzky/široký), funkcie valcovania (lisovanie/kalandrovanie/vedenie) a požiadaviek procesu možno korunky rozdeliť na rôzne typy. Rôzne typy koruniek sa líšia konštrukčnými charakteristikami, metódami nastavenia a scenármi použitia, ako je podrobne uvedené v nasledujúcej tabuľke:

4. Kľúčové faktory ovplyvňujúce návrh koruny: Presný výpočet na prispôsobenie sa požiadavkám výroby

Hodnota koruny nie je stanovená ľubovoľne; je potrebné ju komplexne vypočítať na základe parametrov valcov a procesných podmienok, aby sa zabezpečila jej efektívna funkcia. Medzi kľúčové faktory ovplyvňujúce návrh koruny patria najmä tieto aspekty:

4.1 Rozmery a materiál rolky

1. Dĺžka telesa valca (L)Čím dlhšie je telo rolky, tým väčšia je ohybová deformácia pri rovnakom tlaku, a teda tým väčšia je požadovaná hodnota vyklenutia. Napríklad dlhé rolky v papierenských strojoch so širokou šírkou vyžadujú väčšiu hodnotu vyklenutia ako krátke rolky v papierenských strojoch s úzkou šírkou, aby sa kompenzovala deformácia.
2. Priemer telesa valca (D)Čím menší je priemer telesa valca, tým nižšia je tuhosť a tým je valec náchylnejší na deformáciu pod tlakom. Preto je potrebná väčšia hodnota vyvýšenia. Naopak, valce s väčším priemerom majú vyššiu tuhosť a hodnotu vyvýšenia je možné primerane znížiť.
3. Tuhosť materiáluRôzne materiály telies valcov majú rôznu tuhosť; napríklad oceľové valce majú oveľa vyššiu tuhosť ako liatinové valce. Materiály s nižšou tuhosťou vykazujú výraznejšiu deformáciu pod tlakom, čo si vyžaduje väčšiu hodnotu koruny.

4.2 Prevádzkový tlak (lineárny tlak)

Prevádzkový tlak (lineárny tlak) valcov, ako sú lisovacie valce a kalandrovacie valce, je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim konštrukciu koruny. Čím väčší je lineárny tlak, tým výraznejšia je ohybová deformácia telesa valca a hodnota koruny sa musí zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť, aby sa deformácia kompenzovala. Ich vzťah možno zhruba vyjadriť zjednodušeným vzorcom: Hodnota koruny H ≈ (P×L³)/(48×E×I), kde P je lineárny tlak, L je dĺžka valca, E je modul pružnosti materiálu a I je moment zotrvačnosti prierezu valca. Napríklad lineárny tlak lisovacích valcov na baliaci papier je zvyčajne väčší ako 300 kN/m, takže zodpovedajúca hodnota koruny musí byť väčšia ako u lisovacích valcov na kultúrny papier s nižším lineárnym tlakom.

4.3 Rýchlosť stroja a typ papiera

1. Rýchlosť strojaKeď sú v prevádzke vysokorýchlostné papierenské stroje (rýchlosť > 1200 m/min), papierový pás je oveľa citlivejší na rovnomernosť tlaku ako v nízkorýchlostných papierenských strojoch. Aj malé výkyvy tlaku môžu spôsobiť chyby v kvalite papiera. Preto vysokorýchlostné papierenské stroje zvyčajne používajú „riaditeľnú korunu“, aby sa dosiahla kompenzácia dynamickej deformácie v reálnom čase a zabezpečil stabilný tlak.
2. Typ papieraRôzne typy papiera majú rôzne požiadavky na rovnomernosť tlaku. Hodvábny papier (napr. toaletný papier s plošnou hmotnosťou 10 – 20 g/m²) má nízku plošnú hmotnosť a je mimoriadne citlivý na kolísanie tlaku, čo si vyžaduje vysoko presný dizajn korunky. Naproti tomu hrubý papier (napr. kartón s plošnou hmotnosťou 150 – 400 g/m²) má silnejšiu schopnosť odolávať kolísaniu tlaku, takže požiadavky na presnosť korunky je možné primerane znížiť.

5. Bežné problémy s korunou a údržba: Včasná kontrola na zabezpečenie stabilnej produkcie

Nevhodný dizajn korunky alebo nesprávna údržba priamo ovplyvnia kvalitu papiera a spôsobia sériu výrobných problémov. Bežné problémy s korunkou a zodpovedajúce protiopatrenia sú nasledovné:

5.1 Príliš vysoká hodnota koruny

Príliš vysoká hodnota koruny vedie k nadmernému tlaku v strede povrchu valca, čo má za následok nízku plošnú hmotnosť a vysokú suchosť papiera v strede. V závažných prípadoch môže dokonca spôsobiť „drvenie“ (lámanie vlákien), čo ovplyvňuje pevnosť a vzhľad papiera.

ProtiopatreniaPri pevných valcoch s vyvýšeným rotorom používaných v nízkorýchlostných papierenských strojoch je potrebné vymeniť valce za valce s vhodnou hodnotou vyvýšeného rotora. Pri regulovateľných valcoch s vyvýšeným rotorom vo vysokorýchlostných papierenských strojoch je možné hydraulický alebo pneumatický tlak znížiť pomocou systému regulovateľného vyvýšeného rotora, aby sa znížila hodnota vyvýšeného rotora, až kým nie je rozloženie tlaku rovnomerné.

5.2 Príliš nízka hodnota koruny

Príliš nízka hodnota koruny má za následok nedostatočný tlak v strede povrchu valca, čo vedie k nedostatočnému odvodneniu papiera v strede, nízkej suchosti, vysokej plošnej hmotnosti a chybám kvality, ako sú „mokré škvrny“. Zároveň to môže ovplyvniť aj účinnosť následného procesu sušenia.

ProtiopatreniaPri valcoch s pevnou korunou je potrebné telo valca opätovne spracovať, aby sa zvýšila hodnota koruny. Pri valcoch s regulovateľnou korunou je možné zvýšiť hydraulický alebo pneumatický tlak, aby sa zvýšila hodnota koruny, čím sa zabezpečí, že tlak v strede spĺňa požiadavky procesu.

5.3 Nerovnomerné opotrebovanie kontúry korunky

Po dlhodobej prevádzke sa povrch valca opotrebuje. Ak je opotrebovanie nerovnomerné, obrys korunky sa zdeformuje a na povrchu valca sa objavia „nerovnomerné škvrny“. To ďalej spôsobuje chyby, ako sú „pruhy“ a „preliačiny“ na papieri, čo vážne ovplyvňuje vzhľad papiera.

ProtiopatreniaPravidelne kontrolujte povrch valcov. Keď opotrebenie dosiahne určitú úroveň, včas prebrúste a opravte povrch valcov (napr. prebrúste obrys koruny lisovacích gumových valcov), aby ste obnovili normálny tvar a veľkosť koruny a zabránili nadmernému opotrebovaniu, ktoré by ovplyvnilo výrobu.

6. Záver

Ako zdanlivo nenápadná, ale kľúčová technológia je koruna valcov papierenského stroja jadrom pre zabezpečenie jednotnej kvality papiera. Od pevnej koruny v nízkorýchlostných papierenských strojoch až po ovládateľnú korunu vo vysokorýchlostných papierenských strojoch so širokou šírkou, neustály vývoj technológie koruny sa vždy sústreďoval na hlavný cieľ „kompenzácie deformácie a dosiahnutia rovnomerného tlaku“, prispôsobujúc sa potrebám rôznych pracovných podmienok pri výrobe papiera. Rozumná konštrukcia koruny nielen rieši problémy s kvalitou, ako je nerovnomerná plošná hmotnosť papiera a slabé odvodňovanie, ale tiež zlepšuje prevádzkovú účinnosť papierenských strojov (zníženie počtu pretrhnutí papiera) a znižuje spotrebu energie (zabráni sa presušeniu). Je to nevyhnutná kľúčová technická podpora pri rozvoji papierenského priemyslu smerom k „vysokej kvalite, vysokej účinnosti a nízkej spotrebe energie“. V budúcnosti výroby papiera sa s neustálym zlepšovaním presnosti zariadení a neustálej optimalizáciou procesov technológia koruny stane prepracovanejšou a inteligentnejšou, čo viac prispeje k rozvoju vysokej kvality papierenského priemyslu.