CN104562827A - 一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，包括恒压槽，恒压槽底面由两块倾斜底板组成，两块倾斜底板之间通过矩形截面管与稳压槽底部一端相连，矩形截面管内底表面与稳压槽底面平齐，稳压槽底部另一端通过矩形截面供浆管与锥形成形器相连，矩形截面供浆管内底面与稳压槽底面平齐，锥形成形器与回流聚集管相连，锥形成形器下方设置有真空容器，真空容器顶部安装有成形网装置；恒压槽、稳压槽、矩形截面管、矩形截面供浆管、锥形成形器的矩形截面的横向长度均相等。本发明解决了实验室纸页抄片器抄造的手抄纸样不能真实反映机制纸的纸张质量、性能相关性差的问题，提高了试验的准确性，结构简单，制造成本低，使用方便。

Description

一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置

技术领域

本发明属于制浆造纸装置技术领域，具体涉及一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置。

背景技术

实验室纸页成形装置也叫纸页抄取器，是用于制备手抄纸页，以供纸样进行纸张性能试验、鉴别纸浆原料性能和打浆工艺规范的一种实验仪器，是造纸相关科研单位必备的实验设备之一。纸页成形装置的职责是抄造出更加接近于工业化纸张的手抄纸页。

目前在制浆造纸实验室中普遍采用的纸页成形装置的纸页成形过程都为“静态”滤水过程，即手抄纸张纤维取向分布为随机分布，致使手抄纸的纤维各向同性，是工业化纸张无法达到的理想状态。然而，在造纸工业中，长网纸机是造纸机最为常见的纸机。由于长网纸机成形过程中存在浆速与网速不一致，导致工业化纸张中纤维取向分布各向异性，造成纸张纵横向性能不一。除此之外，传统纸页抄片器的脱水过程与长网纸机成形脱水过程不一样，造成细小组分流失情况不一样，致使纸张性能不一样，因此脱水也是纸页成形的主要影响因素之一。因此，现有的实验室成形装置并不能真实反映工业化纸张的性能。

为了便于制浆造纸技术研究，需要在实验室条件下模拟长网造纸机工业的成形条件，达到手抄纸与工业化纸张有更好的相似性。经研究可知纸张性能主要是由于成形过程中浆网速差产生的剪切力和脱水过程引起的。也可以说，只要在实验室保证纸张定量和纸浆纤维均匀分散条件下，提供相同的浆网速差和脱水速率就可以抄造与工业化纸张相同性能的手抄纸。因此，我们把在实验室条件下模拟纸机成形条件的装置称为“动态”纸页成形装置。

此外，由于传统实验室成形装置中，将白水循环系统，通过白水循环泵直接从成形网下面注入成形槽，这使白水中部分较大组分被隔挡到成形网之下。然而，长网纸机成形系统中，白水循环是直接加入到浆料中，并从流浆箱喷嘴喷射到成形网上表面，进行纸页成形过程。因此实验室成形装置并没有真实模拟纸机的白水循环过程，对填料、化学药品和浆料等留着率的相关性能试验时，测量数据都存在较大误差。

上述可知传统实验室抄片器抄造的手抄纸样的物理性能不能真实反映机制纸的纸张质量，造成手抄纸的实验数据与机制纸的实际数据的相关性差，不能很好的评价化学药品、纸浆、成形网、留着率等相关性能，对科学研究者造成了极大的困扰。此外，如果采用中试试验研究，需要大量的人力、物力、财力和时间，致使科学技术开发不仅成本大幅度提高，而且使课题研究进展迟缓。随着科学技术的不断细化，传统纸页成形装置远不能满足科学实验要求。因此，为了制浆造纸科学技术的进一步发展，亟待开发出与工业纸机极其相似的纸页成形装置是主要发展要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，解决了实验室纸页抄片器抄造的手抄纸样不能真实反映机制纸的纸张质量、性能相关性差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，包括恒压槽，恒压槽底面由两块倾斜底板组成，两块倾斜底板之间通过矩形截面管与稳压槽底部一端相连，矩形截面管内底表面与稳压槽底面平齐，稳压槽底部另一端通过矩形截面供浆管与锥形成形器相连，矩形截面供浆管内底面与稳压槽底面平齐，锥形成形器与回流聚集管相连，锥形成形器下方设置有真空容器，真空容器顶部安装有成形网装置；恒压槽、稳压槽、矩形截面管、矩形截面供浆管、锥形成形器的矩形截面的横向长度均相等。

本发明的特点还在于，

恒压槽分别连接有浆料或白水进口管和压缩空气进口管，浆料或白水进口管上设置有第二电磁阀，压缩空气进口管与恒压槽之间依次设置有压缩空气调节阀和第一电磁阀。

恒压槽内设置有搅拌器。

稳压槽内设置有一对匀浆辊，匀浆辊与电机相连。

锥形成形器包括与矩形截面供浆管相连的整流管段、整流管段与锥形管段相连，锥形管段与回流聚集管相连；锥形管段由倾斜顶板和底板组成，底板开设有方形开口。

回流聚集管与回流管路连接，回流管路与回流聚集管之间设置有回流调节阀。

回流聚集管包括与锥形管段相连的回流过渡管，回流过渡管通过回流渐缩管与方变圆转化管相连，方变圆转化管与回流管路相连，回流调节阀设置在方变圆转化管与回流管路之间。

真空容器底部连接有白水出口管，白水出口管上设置有气动阀，真空容器底部还对称设置有两个气动气缸，真空容器上设置有抽真空口，抽真空口处设置有真空度调节阀，真空容器还连接有新鲜水进口管，新鲜水进口管上设置有新鲜水调节阀。

真空容器顶面四个拐角分别设置有导向装置，导向装置由导向棒和导向套筒组成，导向棒固定于真空容器顶部的真空容器壁，导向套筒固定于回流过渡管。

成形网装置包括支撑架，支撑架固定于真空容器顶部的真空容器壁内侧，支撑架上由下而上依次设置有支撑网和成形网，支撑网和成形网通过螺钉与支撑架固定，成形网与螺钉之间还设置有夹板，夹板的顶面与方形开口大小相等，且使成形网、夹板的顶面和底板保持同一个水平面。

本发明的有益效果是：本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，在保证浆料均匀的前提下，通过采用静止成形网与流动浆料之间的速度差模拟长网纸机的浆网速比对纤维的剪切作用力，通过合理的结构实现了恒定的浆料速度；并通过真空度调节阀对真空容器的真空度进行调节，更加接近于长网纸机的成形脱水过程，实现在实验室条件下真实模拟纸机的“动态”纸页成形过程，解决了实验室纸页抄片器抄造的手抄纸样不能真实反映机制纸的纸张质量、性能相关性差的问题，提高了纸浆造纸试验的准确性，降低了科研成本，缩短了科研时间。该成形装置不仅可以对浆料、化学品、填料、成形网等相关性能的研究，而且可以对抄纸工艺过程进行研究探讨。此外，该成形装置可以作为中试纸机的成形装置，降低中试试验的成本，缩短试验研究的周期，并且结构简单，制造成本低，使用方便，具有很好的使用前景。

附图说明

图1是本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置的结构示意图；

图2是本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置中锥形成形器的结构示意图；

图3是本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置中锥形成形器底板的结构示意图；

图4是本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置中回流聚集管的结构示意图；

图5是本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置中成形网装置的结构示意图。

其中，1.回流管路，2.回流调节阀，3.真空容器，3-1.真空容器壁，3-2.导向套筒，3-3.导向棒，4.回流聚集管，4-1.方变圆转化管，4-2.回流渐缩管，4-3.回流过渡管，5.成形网装置，5-1.夹板，5-2.螺钉，5-3.成形网，5-4.支撑网，5-5.支撑架，6.矩形截面管，6-1.矩形截面管内底表面，7.压缩空气调节阀，8.第一电磁阀，9.恒压槽，9-1.倾斜底板，10.稳压槽，10-1.稳压槽底面，11.匀浆辊，12.第二电磁阀，13.矩形截面供浆管，13-1.矩形截面供浆管内底面，14.锥形成形器，14-1.锥形管段，14-2.倾斜顶板，14-3.底板，14-4.整流管段，14-5.方形开口，15.真空度调节阀，16.气缸，17.气动阀，18.搅拌器，19.新鲜水调节阀，20.压缩空气进口管，21.浆料或白水进口管，22.抽真空口，23.白水出口管，24.新鲜水进口管，25.纸浆悬浮液。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，如图1所示，包括恒压槽9，恒压槽9顶部分别连接有浆料或白水进口管21和压缩空气进口管20，浆料或白水进口管21上设置有第二电磁阀12，压缩空气进口管20与恒压槽9之间依次设置有压缩空气调节阀7和第一电磁阀8，恒压槽9内还设置有搅拌器18，恒压槽9底面由两块倾斜底板9-1组成，两块倾斜底板9-1之间通过矩形截面管6与稳压槽10底部一端相连，恒压槽9和稳压槽10都可以承受一定的压力，属于低压容器，稳压槽10内设置有一对匀浆辊11，匀浆辊11与调速电机相连，转速可以通过调速电机调整，矩形截面管内底表面6-1与稳压槽底面10-1平齐，稳压槽10底部另一端通过矩形截面供浆管13与锥形成形器14相连，矩形截面供浆管内底面13-1与稳压槽底面10-1平齐，锥形成形器14与回流聚集管4相连，回流聚集管4与回流管路1连接，回流管路1与回流聚集管4之间设置有回流调节阀2，锥形成形器14下方设置有真空容器3，真空容器3顶部安装有可更换的成形网装置5，真空容器3底部连接有白水出口管23，白水出口管23上设置有气动阀17，白水出口管23排出的白水可以被储存在白水槽(图中未标)，通过白水循环泵(图中未标)注入混合槽(图中未标)，与浆料混合，并通过浆料或白水进口管21注入恒压槽9，真空容器3底部还对称设置有两个气动气缸16，真空容器3上设置有抽真空口22，抽真空口22处设置有真空度调节阀15，真空容器3还连接有新鲜水进口管24，新鲜水进口管24上设置有新鲜水调节阀19；恒压槽9、稳压槽10、矩形截面管6、矩形截面供浆管13、锥形成形器14的矩形截面的横向长度均相等；

如图2所示，锥形成形器14包括与矩形截面供浆管13相连的整流管段14-4、整流管段14-4与锥形管段14-1相连，锥形管段14-1与回流聚集管4相连；锥形管段14-1由倾斜顶板14-2和底板14-3组成，如图3所示，底板14-3开设有方形开口14-5；

如图4所示，回流聚集管4包括与锥形管段14-1相连的回流过渡管4-3，回流过渡管4-3通过回流渐缩管4-2与方变圆转化管4-1相连，方变圆转化管4-1与回流管路1相连，回流调节阀2设置在方变圆转化管4-1与回流管路1之间；

如图5所示，成形网装置5包括支撑架5-5，支撑架5-5固定于真空容器3顶部的真空容器壁3-1内侧，支撑架5-5上由下而上依次设置有支撑网5-4和成形网5-3，支撑网5-4和成形网5-3通过螺钉5-2与支撑架5-5固定，成形网5-3与螺钉5-2之间还设置有夹板5-1，夹板5-1的顶面与方形开口14-5大小相等，且使成形网5-3、夹板5-1的顶面和底板14-3保持同一个水平面；真空容器3顶面四个拐角分别设置有导向装置，导向装置由导向棒3-3和导向套筒3-2组成，导向棒3-3固定于真空容器3顶部的真空容器壁3-1，导向套筒3-2固定于回流过渡管4-3，成形网5-3在气动气缸16作用下可以灵活地上下移动，如果成形网5-3移动到最顶端时，成形网5-3与底板14-3处于同一个平面。

本发明的原理及工作过程为：为了在实验室条件下得到均匀的类似于工业化纸张性能的机制纸，实验室成形装置不仅需要提供均匀的浆料，而且需要可调的纸张定量、恒定浆网速差和脱水速率，这才可以保证生产出的手抄纸与工业化纸张的性能具有很好的相关性。本发明的实验室模拟长网纸机的成形装置，在保证浆料均匀的前提下，通过采用静止成形网与流动浆料之间的速度差模拟长网纸机的浆网速比对纤维的剪切作用力，通过合理的结构实现了恒定的浆料速度；并通过真空度调节阀15对真空容器3的真空度进行调节，更加接近于长网纸机的成形脱水过程。

在试验准备阶段，打开气缸16，在导向装置的作用下，托起真空容器3和成形网装置5，使成形网5-3与底板14-3处于同水平面；关闭气动阀17、真空度调节阀15、第一电磁阀8和回流调节阀2，首先从浆料或白水进口管21注入一定量的白水；然后根据纸张定量、浆料浓度和浆网速差造成回流所需浆料计算出需要的总浆料量，这是由于对于恒定浆网速差而言，纸浆的回流量与纸浆的浓度有关，由纸浆浓度可以推出纸浆的回流总量，通过采用纸张定量所需纸浆加上回流量就是纸浆悬浮液的注入量，并从浆料或白水进口管21注入到恒压槽9中；关闭第二电磁阀12，打开第一电磁阀8；根据浆网速差所需的压缩空气压力，通过压缩空气调节阀7调节压力值并与恒压槽9保持畅通。启动匀浆辊11的调速电机和搅拌器18，搅拌器18和匀浆辊11以恒定的速度运转，起到匀浆的作用，使纤维产生微湍动，防止纤维絮聚。

在实验开始时，打开回流调节阀2和气动阀17，根据长网纸机不同阶段的脱水速率，调节真空度调节阀15，对浆料进行成形脱水；恒压槽9和稳压槽10的浆料液面变化为：由于纸浆悬浮液25从矩形截面供浆管13排出使稳压槽10内空间形成真空，在恒压槽9的外界压力作用下，恒压槽9的液面开始下降，降至矩形截面管6时，压缩空气进入稳压槽10内补充，随着稳压槽10的液面降低，压缩空气不断进入稳压槽10，直至稳压槽10的液体全部排出，根据流体静力学方程可知，矩形截面供浆管13的压力取决于压缩空气进口管20提供的外界压力和恒压槽9的液位高度，与稳压槽10的液面高度无关。在这个成形过程，保证了矩形截面供浆管13处排出的浆料速度相同。通过调节压缩空气调节阀7，改变矩形截面供浆管13的浆料速度，满足成形条件的不同浆网速差。同时，由于锥形成形器14底板14-3的成形网5-3脱水，造成纸浆纤维悬浮液减少，由流体连续方程原理，将通过倾斜顶板14-2对其进行改变流道大小，从而保证浆料速度不发生改变。

在实验最后阶段，关闭气缸16，在导向装置的作用下，真空容器3和成形网装置5垂直下移，进行后续揭纸、传送、压榨、烘干等工序。此时，该成形装置由新鲜水进口管24或浆料或白水进口管21注入清水清洗设备，为下一次成形做好准备。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，通过给恒压槽9通入压缩空气提供恒定的外界压力，在恒压槽9和稳压槽10之间采用矩形截面管6相连，且矩形截面管内底表面6-1与稳压槽底面10-1平齐，给与稳压槽底面10-1平齐的浆料出口处提供恒定的压力，使浆料出口的浆流速度恒定，保证了在成形过程中浆速的恒定。此外，通过采用长方形锥形成形管14，倾斜顶板14-2防止了纸浆悬浮液因脱水造成浆流速度的变化，提供恒定的浆流速度，在成形网装置5的成形网5-3与底板14-3保持同一平面。用静态成形网与浆料流速之间的速度差很好地模拟了长网纸机浆网速比不同带来的纤维剪切力，保证了手抄纸具有类似于工业化纸张的纤维取向性，模拟了纸张性能的纵横向差异。通过改变通入恒压槽压缩空气的压力，将改变了锥形成形器的浆网速差，从而改变了流体对纤维剪切力的大小，模拟了不同浆网速比形成条件下的纸张性能。因此，该成形装置可以用于模拟不同浆网速差对纸张性能的影响。

(2)真空容器3通过真空度调节阀15对真空容器3中真空度进行调控，可以根据长网纸机成形脱水过程的真空曲线进行调控，真实地模拟长网纸机脱水过程，使纸浆中细小组分的留着率与长网纸机相同，保证手抄纸更加接近于真实地模拟工业化纸张。同时，通过白水循环泵，将成形过程中得到的白水，模拟长网纸机添加至浆料中，通过浆料混合后浆料供给成形装置，该过程更加真实的模拟了长网纸机的白水循环系统，可以得到更加真实的化学药品、浆料、填料等相关物质的留着率和成形网性能的试验数据，此外，通过采用可更换的成形网装置5，不仅可以对不同成形网脱水性能的研究，而且可以进行不同成形网对纸张性能的影响研究，扩大了成形装置的应用范围。

(3)本发明根据长网纸机的纸浆流送与纸页成形理论，在实验室条件下模拟了长网纸机的浆料均匀分散、脱水过程和纤维剪切力，达到了生产工业化纸张的条件，可以完成成形过程的中试试验。同时，也可以与全自动纸页抄片器的配料、揭纸、传送、压榨和烘干装置相结合，构成完整的中试纸机，完成中试试验。

(4)该成形装置，不仅可以对浆料、化学品、填料、成形网等相关性能的研究，而且可以对抄纸工艺过程进行研究探讨。此外，该成形装置可以作为中试纸机的成形装置，降低中试试验的成本，缩短试验研究的周期，并且结构简单，制造成本低，使用方便，具有很好的使用前景。

Claims (10)

1.一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，包括恒压槽(9)，所述恒压槽(9)底面由两块倾斜底板(9-1)组成，所述两块倾斜底板(9-1)之间通过矩形截面管(6)与稳压槽(10)底部一端相连，矩形截面管内底表面(6-1)与稳压槽底面(10-1)平齐，稳压槽(10)底部另一端通过矩形截面供浆管(13)与锥形成形器(14)相连，矩形截面供浆管内底面(13-1)与稳压槽底面(10-1)平齐，所述锥形成形器(14)与回流聚集管(4)相连，所述锥形成形器(14)下方设置有真空容器(3)，所述真空容器(3)顶部安装有成形网装置(5)；所述恒压槽(9)、稳压槽(10)、矩形截面管(6)、矩形截面供浆管(13)、锥形成形器(14)的矩形截面的横向长度均相等。

2.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述恒压槽(9)分别连接有浆料或白水进口管(21)和压缩空气进口管(20)，所述浆料或白水进口管(21)上设置有第二电磁阀(12)，所述压缩空气进口管(20)与恒压槽(9)之间依次设置有压缩空气调节阀(7)和第一电磁阀(8)。

3.如权利要求1或2所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述恒压槽(9)内设置有搅拌器(18)。

4.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述稳压槽(10)内设置有一对匀浆辊(11)，所述匀浆辊(11)与电机相连。

5.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述锥形成形器(14)包括与矩形截面供浆管(13)相连的整流管段(14-4)、所述整流管段(14-4)与锥形管段(14-1)相连，所述锥形管段(14-1)与回流聚集管(4)相连；所述锥形管段(14-1)由倾斜顶板(14-2)和底板(14-3)组成，所述底板(14-3)开设有方形开口(14-5)。

6.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述回流聚集管(4)与回流管路(1)连接，所述回流管路(1)与回流聚集管(4)之间设置有回流调节阀(2)。

7.如权利要求1或6所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述回流聚集管(4)包括与锥形管段(14-1)相连的回流过渡管(4-3)，所述回流过渡管(4-3)通过回流渐缩管(4-2)与方变圆转化管(4-1)相连，所述方变圆转化管(4-1)与回流管路(1)相连，回流调节阀(2)设置在方变圆转化管(4-1)与回流管路(1)之间。

8.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述真空容器(3)底部连接有白水出口管(23)，所述白水出口管(23)上设置有气动阀(17)，所述真空容器(3)底部还对称设置有两个气缸(16)，所述真空容器(3)上设置有抽真空口(22)，所述抽真空口(22)处设置有真空度调节阀(15)，所述真空容器(3)还连接有新鲜水进口管(24)，所述新鲜水进口管(24)上设置有新鲜水调节阀(19)。

9.如权利要求1或8所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述真空容器(3)顶面四个拐角分别设置有导向装置，所述导向装置由导向棒(3-3)和导向套筒(3-2)组成，所述导向棒(3-3)固定于真空容器(3)顶部的真空容器壁(3-1)，所述导向套筒(3-2)固定于回流过渡管(4-3)。

10.如权利要求1所述的一种实验室模拟长网纸机的动态成形装置，其特征在于，所述成形网装置(5)包括支撑架(5-5)，所述支撑架(5-5)固定于真空容器(3)顶部的真空容器壁(3-1)内侧，所述支撑架(5-5)上由下而上依次设置有支撑网(5-4)和成形网(5-3)，所述支撑网(5-4)和成形网(5-3)通过螺钉(5-2)与支撑架(5-5)固定，所述成形网(5-3)与螺钉(5-2)之间还设置有夹板(5-1)，夹板(5-1)的顶面与方形开口(14-5)大小相等，且使成形网(5-3)、夹板(5-1)的顶面和底板(14-3)保持同一个水平面。