У виробничому процесі папероробних машин різні валки відіграють незамінну роль, від зневоднення вологих паперових полотен до фіксації сухих паперових полотен. Як одна з основних технологій у проектуванні валків папероробних машин, «кронування» — незважаючи на, здавалося б, незначну геометричну різницю, яку воно передбачає — безпосередньо визначає однорідність та стабільність якості паперу. У цій статті буде всебічно проаналізовано технологію кронування рулонів папероробних машин з аспектів визначення, принципу роботи, класифікації, ключових факторів впливу на проектування та обслуговування, розкриваючи її важливе значення у виробництві паперу.

1. Визначення коронки: суттєва функція при незначних відмінностях

«Корона» (англійською виражається як «Crown») конкретно стосується спеціальної геометричної структури валків папероробної машини вздовж осьового напрямку (поздовж). Діаметр середньої ділянки корпусу рулону трохи більший, ніж діаметр торцевих ділянок, утворюючи контур, подібний до «талієвого барабана». Ця різниця діаметрів зазвичай вимірюється в мікрометрах (мкм), а значення корони деяких великих прес-валів може навіть сягати 0,1-0,5 мм.

Основним показником для вимірювання конструкції коронки є «значення коронки», яке розраховується як різниця між максимальним діаметром тіла валка (зазвичай посередині осьового напрямку) та діаметром кінців валка. По суті, конструкція коронки передбачає попереднє встановлення цієї незначної різниці діаметрів для компенсації деформації «середнього провисання» валка, спричиненої такими факторами, як зміни сили та температури під час фактичної роботи. Зрештою, це досягає рівномірного розподілу контактного тиску по всій ширині поверхні валка та паперового полотна (або інших контактних компонентів), закладаючи міцну основу для якості паперу.

2. Основні функції коронки: компенсація деформації та підтримка рівномірного тиску

Під час роботи рулонів папероробної машини деформація неминуча через механічні навантаження, зміни температури та інші фактори. Без конструкції коронки ця деформація призведе до нерівномірного контактного тиску між поверхнею рулону та паперовим полотном — «вищий тиск на обох кінцях і нижчий тиск посередині» — що безпосередньо спричинить серйозні проблеми з якістю, такі як нерівномірна питома вага та нерівномірне зневоднення паперу. Основна цінність коронки полягає в активній компенсації цих деформацій, що зокрема відображається в таких аспектах:

2.1 Компенсація деформації від вальцьування

Під час роботи головних рулонів папероробних машин, таких як пресувальні та каландрові вали, їм необхідно прикладати значний тиск до паперового полотна. Наприклад, лінійний тиск пресувальних валів може досягати 100-500 кН/м. Для рулонів з великим співвідношенням довжини до діаметра (наприклад, довжина пресувальних валів у папероробних машинах широкої ширини може становити 8-12 метрів), під тиском відбувається пружна деформація згину вниз посередині, подібна до «згину плечового стовпа під навантаженням». Ця деформація викликає надмірний контактний тиск між кінцями рулону та паперовим полотном, тоді як тиск посередині є недостатнім. Як наслідок, паперове полотно надмірно зневоднюється з обох кінців (що призводить до високої сухості та низької питомої ваги) та недостатньо зневоднюється посередині (що призводить до низької сухості та високої питомої ваги).

Однак, «барабаноподібна» структура коронки забезпечує, що після згинання рулону вся його поверхня залишається в паралельному контакті з паперовим полотном, що забезпечує рівномірний розподіл тиску. Це ефективно усуває ризики для якості, спричинені деформацією згину.

2.2 Компенсація термічної деформації валків

Деякі валки, такі як напрямні валки та валки каландра в секції сушіння, зазнають теплового розширення під час роботи через контакт з високотемпературними паперовими полотнами та нагрівання парою. Оскільки середня частина корпусу валка нагрівається повніше (кінці з'єднані з підшипниками та швидше розсіюють тепло), її теплове розширення більше, ніж у торців, що призводить до «середнього опуклості» корпусу валка. У цьому випадку використання звичайної конструкції коронки посилить нерівномірний контактний тиск. Тому необхідно розробити «негативну коронку» (де діаметр середньої частини трохи менший, ніж у торців, також відому як «зворотна коронка»), щоб компенсувати додаткову опуклість, спричинену тепловим розширенням, забезпечуючи рівномірний контактний тиск на поверхні валка.

2.3 Компенсація нерівномірного зносу поверхні валків

Під час тривалої експлуатації деякі валки (такі як пресувальні гумові валки) частіше відчувають тертя по краях паперового полотна (оскільки краї паперового полотна схильні містити забруднення), що призводить до швидшого зносу на кінцях, ніж посередині. Без корончастої конструкції поверхня валків після зносу матиме «опуклість посередині та провисання на кінцях», що, у свою чергу, впливає на розподіл тиску. Завдяки попередньому налаштуванню корончастої форми можна підтримувати рівномірність контуру поверхні валків на ранній стадії зносу, що продовжує термін служби валків та зменшує коливання виробництва, спричинені зносом.

3. Класифікація коронки: технічні рішення, адаптовані до різних умов праці

Залежно від типу папероробної машини (низькошвидкісна/високошвидкісна, вузькоширинна/широкоширинна), функції вальця (пресування/каландування/направлення) та вимог до процесу, корони можна розділити на різні типи. Різні типи корон відрізняються конструктивними характеристиками, методами регулювання та сценаріями застосування, як детально описано в наступній таблиці:

4. Ключові фактори впливу на проектування коронки: точний розрахунок для адаптації до виробничих вимог

Значення корони не встановлюється довільно; його необхідно всебічно розраховувати на основі параметрів валків та умов процесу, щоб забезпечити його ефективне функціонування. Ключові фактори, що впливають на конструкцію корони, включають, головним чином, такі аспекти:

4.1 Розміри та матеріал рулону

1. Довжина корпусу рулону (L)Чим довше тіло рулону, тим більша деформація вигину під тим самим тиском, а отже, тим більше необхідне значення крони. Наприклад, довгі рулони в папероробних машинах широкої ширини потребують більшого значення крони, ніж короткі рулони в папероробних машинах вузької ширини, щоб компенсувати деформацію.
2. Діаметр корпусу рулону (D)Чим менший діаметр тіла валка, тим нижча жорсткість і тим більша схильність вала до деформації під тиском. Тому потрібне більше значення крони. І навпаки, валки з більшим діаметром мають вищу жорсткість, і значення крони можна відповідно зменшити.
3. Жорсткість матеріалуРізні матеріали корпусів валків мають різну жорсткість; наприклад, сталеві валки мають набагато вищу жорсткість, ніж чавунні. Матеріали з меншою жорсткістю демонструють значнішу деформацію під тиском, що вимагає більшого значення корони.

4.2 Робочий тиск (лінійний тиск)

Робочий тиск (лінійний тиск) валків, таких як пресувальні валки та каландрові валки, є важливим фактором, що впливає на конструкцію коронки. Чим більший лінійний тиск, тим більша деформація згину тіла валка, і значення коронки необхідно відповідно збільшити, щоб компенсувати деформацію. Їхній зв'язок можна приблизно виразити спрощеною формулою: Значення коронки H ≈ (P×L³)/(48×E×I), де P – лінійний тиск, L – довжина валка, E – модуль пружності матеріалу, а I – момент інерції поперечного перерізу валка. Наприклад, лінійний тиск пресувальних валків для пакувального паперу зазвичай перевищує 300 кН/м, тому відповідне значення коронки має бути більшим, ніж у пресувальних валків для культурного паперу з нижчим лінійним тиском.

4.3 Швидкість апарата та тип паперу

1. Швидкість машиниПід час роботи високошвидкісних папероробних машин (швидкість > 1200 м/хв) паперове полотно набагато чутливіше до рівномірності тиску, ніж у низькошвидкісних папероробних машинах. Навіть незначні коливання тиску можуть спричинити дефекти якості паперу. Тому високошвидкісні папероробні машини зазвичай використовують «керовану коронку» для реалізації компенсації динамічної деформації в режимі реального часу та забезпечення стабільного тиску.
2. Тип паперуРізні типи паперу мають різні вимоги до рівномірності тиску. Цигарковий папір (наприклад, туалетний папір з щільністю 10-20 г/м²) має низьку щільність і надзвичайно чутливий до коливань тиску, що вимагає високоточної конструкції коронки. Навпаки, товстий папір (наприклад, картон з щільністю 150-400 г/м²) має кращу здатність витримувати коливання тиску, тому вимоги до точності коронки можна відповідно знизити.

5. Поширені проблеми з короною та її обслуговування: своєчасна перевірка для забезпечення стабільного виробництва

Неправильна конструкція коронки або неправильне обслуговування безпосередньо впливають на якість паперу та спричиняють низку виробничих проблем. Поширені проблеми з коронкою та відповідні контрзаходи такі:

5.1 Надмірно велика вартість корони

Надмірно велике значення крони призводить до надмірного тиску в середині поверхні рулону, що призводить до низької питомої ваги та високої сухості паперу в середині. У важких випадках це може навіть спричинити «зминання» (розрив волокон), що впливає на міцність та зовнішній вигляд паперу.

КонтрзаходиДля фіксованих рулонів розпилювання, що використовуються в низькошвидкісних папероробних машинах, необхідно замінити рулони на рулони з відповідним значенням розпилювання. Для керованих рулонів розпилювання у високошвидкісних папероробних машинах гідравлічний або пневматичний тиск можна зменшити за допомогою системи керованого розпилювання, щоб зменшити значення розпилення, доки розподіл тиску не стане рівномірним.

5.2 Надмірно низька вартість корони

Надмірно мале значення корони призводить до недостатнього тиску в середині поверхні рулону, що спричиняє недостатнє зневоднення паперу в середині, низьку сухість, високу питому вагу та дефекти якості, такі як «мокрі плями». Водночас це також може вплинути на ефективність подальшого процесу сушіння.

КонтрзаходиДля валків з фіксованою короною корпус валка потребує повторної обробки для збільшення значення корони. Для валків з керованою короною гідравлічний або пневматичний тиск можна збільшити для підвищення значення корони, забезпечуючи відповідність тиску в середині вимогам процесу.

5.3 Нерівномірний знос контуру коронки

Після тривалої експлуатації поверхня рулону зношуватиметься. Якщо знос буде нерівномірним, контур коронки деформується, і на поверхні рулону з'являться «нерівні плями». Це додатково спричиняє такі дефекти, як «смуги» та «вм'ятини» на папері, що серйозно впливає на зовнішній вигляд паперу.

КонтрзаходиРегулярно перевіряйте поверхню валків. Коли знос досягає певного рівня, своєчасно шліфуйте та ремонтуйте поверхню валків (наприклад, повторно шліфуйте контур коронки прес-гумових валків), щоб відновити нормальну форму та розмір коронки та запобігти надмірному зносу, що впливає на виробництво.

6. Висновок

Як, здавалося б, тонка, але важлива технологія, коронка рулонів папероробної машини є основою для забезпечення рівномірної якості паперу. Від фіксованої коронки в низькошвидкісних папероробних машинах до керованої коронки в високошвидкісних папероробних машинах широкої ширини, постійний розвиток технології коронки завжди зосереджувався на основній меті «компенсації деформації та досягнення рівномірного тиску», адаптуючись до потреб різних умов роботи у виробництві паперу. Розумна конструкція коронки не тільки вирішує проблеми якості, такі як нерівномірна вага паперу та погане зневоднення, але й підвищує ефективність роботи папероробних машин (зменшуючи кількість розривів паперу) та зменшує споживання енергії (уникаючи пересушування). Це незамінна ключова технічна підтримка в розвитку паперової промисловості в напрямку «високої якості, високої ефективності та низького споживання енергії». У майбутньому виробництві паперу, завдяки постійному вдосконаленню точності обладнання та постійній оптимізації процесів, технологія коронки стане більш досконалою та інтелектуальною, що зробить більший внесок у високоякісний розвиток паперової промисловості.