EA000188B1 - Каландр - Google Patents

Description

Изобретение относится к каландрам.

Известен каландр, содержащий, по меньшей мере, один ряд валков, который включает верхний валок, нижний валок и промежуточные жесткие и эластичные валки. Верхний и нижний валки являются валками с выравниваемым прогибом, т.е. представляют собой зафиксированные от вращения оси, на которых установлены втулки, поддерживаемые на осях управляемыми гидравлическими опорными элементами. Между валками образовано, по меньшей мере, четыре рабочих зазора, которые ограничены одним жестким и одним эластичным валками и, при необходимости, инвертирующий зазор, ограниченный двумя эластичными валками. (См.

Prospekt Die neuen Superkalader-Konzepte der Firma Sulzer Papertec GmbH aus 1994 (Kennziffer 05/94d)). Этот каландр служит для окончательной обработки бумажного полотна с тем, чтобы оно получило желаемые значения гладкости, глянца, толщины, удельного объема и т.п. Мягкие или эластичные валки имеют покрытие, состоящее в основном из волокнистого материала. Поскольку часть энергии для обработки должна подводиться в виде тепла, осуществляется подогрев при помощи жестких промежуточных валков. Верхний и нижний валки также следует рассматривать как жесткие, так как их втулка выполнена из отбеленного чугуна. Приводным является, как правило, третий валок снизу.

Недостаток этого каландра состоит в ограниченной возможности регулировки из-за жестких втулок верхнего и нижнего валков, что приводит к искажению сил, действующих на бумажное полотно.

В основу изобретения положена задача создать каландр вышеописанного типа, в котором предусмотрены лучшие возможности регулировки для обеспечения требуемых параметров бумаги.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что втулка верхнего валка и/или втулка нижнего валка выполнена из чугуна, модуль упругости которого меньше модуля упругости отбеленного чугуна, и снабжена покрытием из эластичной пластмассы, при этом промежуточный валок, смежный с верхним и/или нижним валком, снабженным покрытием, является жестким валком, а втулка имеет коэффициент пластичности

F = (1,4· 10⁵/E) (100/S)^2,65 >4, где Е - модуль упругости втулки, Н/мм²;

S - толщина стенки втулки, мм.

Пластичная втулка валка может намного легче деформироваться, чем известные втулки из отбеленного чугуна. Это может быть достигнуто за счет меньшего модуля упругости, чем у отбеленного чугуна и/или за счет меньших толщин стенок. Так как втулка валка покрыта эластичной пластмассой, этот валок работает как эластичный валок, смежным с которым, сверху или снизу, является жесткий валок. Возможность регулирования улучшается, так как приложенные через опорные элементы силы в существенно большей мере действуют на бумагу и не искажаются вследствие жесткости втулки валка и, кроме того, поскольку жесткий валок полностью воспринимает местные изменения удельной нагрузки валка с выравниваемым прогибом, воздействие валка с выравниваемым прогибом на бумагу является более сильным.

При меньшей толщине стенки действующий собственный вес валка с выравниваемым прогибом существенно уменьшается. Это заметно уменьшает стоимость каландра. При выполненном согласно изобретению верхнем валке уменьшается также минимальная удельная нагрузка, с которой каландр может эксплуатироваться. Меньшая толщина стенки втулки обусловливает также меньший наружный диаметр и тем самым, при равной удельной нагрузке, большее напряжение сжатия в зазоре между валками, что приводит к лучшим результатам обработки. Следующее преимущество состоит в том, что увеличивается бесшумность работы каландра, поскольку благодаря эластичной пластмассе демпфируются толчки в ряду валков.

Предпочтительно, чтобы параметр F был больше 5. Возможны значения этого параметра от 6 до 1 0 и более.

Целесообразно, чтобы эластичная пластмасса, из которой выполнено покрытие втулки, имела более высокую износостойкость, чем износостойкость материала самой втулки.

Это справедливо в особенности для случая, когда втулка валка выполнена из чугуна с пластинчатым графитом. Этот материал имеет модуль упругости, который примерно на 25% ниже, чем у отбеленного чугуна. Толщина стенки втулки из чугуна с пластинчатым графитом может быть уменьшена почти на 50% по сравнению с втулкой валка из отбеленного чугуна. С этим материалом может быть получен коэффициент пластичности F от 6 до 8. Правда, этот серый чугун имеет малую износостойкость. Однако этот недостаток устраняется тем, что уже предусмотренное из других соображений покрытие из эластичной пластмассы служит одновременно в качестве защитного противоизносного слоя. Для этой цели достаточно пластмассового покрытия толщиной от 8 до 1 5 мм, предпочтительно 1 0 мм.

Альтернативный вариант предусматривает, что втулка выполнена из чугуна с шаровидным графитом. Это позволяет уменьшить толщину стенки втулки до 59% по сравнению с втулкой из отбеленного чугунам и приводит тем самым к достижению коэффициента F пластичности свыше 8.

Особое преимущество достигается, когда пластмасса является армированной волокном эпоксидной смолой. Параметры армированной стекловолокном или углеволокном эпоксидной смолы могут быть рассчитаны так, что достигается, с одной стороны, желаемая упругость, а с другой стороны, требуемая износостойкость. В качестве примера можно назвать покрытие из материала ТорТес 4 фирмы Scapa Kern, Wimpassing, Австрия.

Кроме этого, целесообразно, чтобы гидравлические опорные элементы управлялись по отдельности или попарно. В то время как в случае, когда втулка валка выполнена из отбеленного чугуна, такое одиночное или попарное управление едва бы оказывало внешнее воздействие, теперь возможно индивидуальное воздействие на бумагу по очень узким областям уже в самом верхнем рабочем зазоре, что приводит прежде всего к высокой равномерности желаемых параметров поперек бумажного полотна.

Следующее решающее преимущество достигается, если, по меньшей мере, верхний жесткий промежуточный валок выполнен с возможностью нагрева. В этом случае уже в первом рабочем зазоре к бумажному полотну подводится энергия для обработки в виде тепла. Преимущество по сравнению с необходимым в противном случае нагревом верхнего валка состоит в том, что верхний валок может быть выполнен намного проще и дешевле, подвергается воздействию меньших температур и может сильнее деформироваться, не нарушая герметичности уплотнения.

Еще больший эффект будет получен, если все жесткие промежуточные валки выполнены с возможностью нагрева. Вследствие того, что верхние и, при необходимости, также и нижние промежуточные валки выполнены жесткими, можно при сохранении общего числа валков увеличить на единицу число жестких, выполненных с возможностью нагрева промежуточных валков. Это позволяет подводить больше тепловой энергии или подводить равную тепловую энергию при более высоком уровне температуры.

При этом, в частности, может осуществляться подогрев посредством водяного пара, который может подводиться под избыточным давлением. Такой подогрев существенно проще и выгоднее в стоимости, чем подогрев посредством масла, как это требовалось бы для валка с выравниваемым прогибом, выполненного с возможностью нагрева.

Также целесообразно, чтобы в 12-валковом ряду приводным являлся 4-й валок снизу. Вследствие того, что привод переносится от третьего валка к четвертому, получается лучшее распределение мощности и тем самым меньшее поперечное отклонение приводного валка и соседних промежуточных валков. При этом существует возможность придать им меньшие размеры, что при равной удельной нагрузке приводит к более высоким напряжениям сжатия в зазорах между валками и тем самым к лучшим результатам обработки бумаги.

Изобретение поясняется далее подробнее при помощи представленных на чертежах предпочтительных примеров выполнения.

На фиг.1 изображено схематичное представление варианта выполнения каландра согласно изобретению;

на фиг.2 - местный разрез верхнего зазора между валками;

на фиг.3 - схематичное изображение варианта каландра с восемью валками;

на фиг.4 - вариант каландра с шестью валками; и на фиг.5 - вариант каландра с двумя рядами, содержащими по пять валков.

Изображенный на фиг.1 каландр содержит один ряд 1 валков, который состоит из двенадцати валков, а именно, верхнего валка 2, нижнего валка 3 и десяти расположенных между ними промежуточных валков. Сверху вниз друг за другом расположены нагреваемый жесткий валок 4, эластичный валок 5, нагреваемый жесткий валок 6, эластичный валок 7, нагреваемый жесткий валок 8, два эластичных валка 9 и 10, приводной нагреваемый жесткий валок 11, эластичный валок 1 2 и нагреваемый жесткий валок 13. Каждый эластичный валок 5, 7, 9, 10 и 12 имеет покрытие 14 из эластичной пластмассы. Верхний валок 2 и нижний валок 3 являются валками с выравниваемым прогибом, т. е. представляют собой зафиксированные от вращения оси с установленными на них втулками 15, 15а соответственно, поддерживаемыми на осях управляемыми гидравлическими опорными элементами, как более подробно описано ниже.

Втулка 15 верхнего валка 2 и втулка 15а нижнего валка 3 выполнены из чугуна, модуль упругости которого меньше модуля упругости отбеленного чугуна, и имеют покрытие 27 а из такой эластичной пластмассы (фиг.2), так что верхний валок 2 и нижний валок 3 также работают как эластичные валки. Промежуточный валок 4, смежный с верхним валком 2, и промежуточный валок 13, смежный с нижним валком 3, являются жесткими валками. Втулки 15, 15а имеют коэффициент пластичности

F = (1,4-10⁵/E) (100/S)²·⁶⁵ > 4, где Е - модуль упругости втулки, Н/мм²;

S - толщина стенки втулки, мм.

Между эластичными валками 9 и 10 образован инвертирующий зазор 1 6. Все остальные зазоры между валками являются рабочими зазорами 1 7, каждый из которых ограничен эластичным и жестким валками.

Бумажное полотно 18 подводится или непосредственно от бумагоделательной машины, или от сматывающего устройства 19, проходит при помощи направляющих роликов 20 сначала шесть рабочих зазоров 1 7, затем инвертирующий зазор 1 6 и далее четыре последующих рабочих зазора 1 7, откуда наматывается на намо5 точное устройство 21. В шести верхних рабочих зазорах бумажное полотно 18 прилегает к эластичным валкам одной стороной, а в четырех нижних рабочих зазорах - другой стороной, так что достигается двухсторонняя желаемая структура внешней поверхности, например глянец или гладкость.

Фиг.2 показывает возможный вариант выполнения валков в области верхнего рабочего зазора 17. Верхний валок имеет несущую ось 22, которая зафиксирована от вращения в станине 23 каландра и может быть нагружена силой 24. На этой оси при помощи расположенных близко друг к другу гидравлических опорных элементов 25 поддерживается втулка 15 верхнего валка

2. К каждому опорному элементу 25 или к каждой паре опорных элементов 25 через индивидуальный управляющий трубопровод 26 подводится давление. Втулка 1 5 валка образована корпусом 27 в виде внутренней трубы 27 из чугуна с пластинчатым графитом, который имеет внешнее покрытие 27а из эластичной пластмассы, имеющей более высокую износостойкость, чем этот чугун. Предпочтительным является материал, который выдерживает среднее напряжение сжатия более 45 Н/мм², предпочтительно до 60 Н/мм², и имеет низкую чувствительность к маркировкам. В качестве примера можно назвать армированную волокном, в частности углеволокном, эпоксидную смолу, как уже упомянутый материал для покрытия ТорТес 4. Образующий втулку 15 валка корпус 27 имеет существенно меньшую толщину стенки, чем втулка из отбеленного чугуна с таким же внутренним диаметром. По сравнению с втулками из отбеленного чугуна, которые имеют толщину стенок от 80 до 145 мм, толщина стенок втулок из чугуна с пластинчатым или шаровидным графитом составляет лишь 45-70 мм, а толщина пластмассового покрытия 27а - в пределах от 8 до 1 5 мм, предпочтительно 1 0 мм. В жестком валке 4 предусмотрены проходящие вблизи наружной поверхности каналы 28, к которым через управляющие трубопроводы 29 подводится горячий пар при повышенном давлении, например, с температурой 220°С, что соответствует давлению 22 Бар, в результате валок нагревается до температуры его наружной поверхности примерно 150°С.

Управляющее устройство 30 имеет несколько функций.

а) По линии 31 подается сила 24, с которой верхний валок 2 или его несущая ось 22 прижимается вниз, причем аналогично выполненный нижний валок 3 целесообразным способом жестко зафиксирован на месте. Нагружение может осуществляться также в обратном направлении, когда сила 24 действует на нижний валок, а верхний валок 2 жестко закреплен на месте. Посредством нагружения определяется напряжение сжатия, которое действует в отдельных рабочих зазорах 17. Это напряжение сжатия возрастает сверху вниз, так как к нагружающей силе 24 каждый раз добавляется еще вес отдельных валков. Вследствие малого веса втулки 1 5 верхнего валка 2 возрастание силы меньше, чем в известных суперкаландрах с двенадцатью валками.

б) Через линии 26 и 26а нагружаются рабочей жидкостью опорные элементы 25 для выравнивания прогиба верхнего валка 2 и нижнего валка 3. Изменение подводимого давления приводит к соответствующему деформированию втулки 15 валка. Вследствие большей эластичности втулки 1 5 валка и взаимодействия с жестким валком 4 получается соответственно сильная реакция на проходящее бумажное полотно. Уже в первом рабочем зазоре 1 7 бумажное полотно 1 8 испытывает сильное воздействие, что способствует достижению высокой равномерности параметров бумаги.

в) Жесткие валки 4, 6, 8, 11 и 13 выполнены с возможностью нагрева через управляющие линии 29, 29а, 29b, 29с и 29d. Поэтому уже в первом рабочем зазоре 17 бумажному полотну 1 8 сообщается повышенный уровень температуры. Вследствие этого воздействие нагруженных давлением опорных элементов 25 на бумажное полотно 1 8 еще более усиливается.

На фиг.3 изображен каландр с рядом 101, который состоит из восьми валков. Эластичные валки обозначены штриховкой. Ряд 101 включает верхний валок 1 02, нижний валок 1 03 и расположенные между ними нагреваемый жесткий валок 104, эластичный валок 105, нагреваемый жесткий валок 106, два эластичных валка 109 и 110 и нагреваемый жесткий валок 111.

На фиг.4 изображен каландр с рядом 201 из шести валков, а именно, верхнего валка 202, нижнего валка 203 и расположенных между ними нагреваемого жесткого валка 204, двух эластичных валков 209 и 21 0 и нагреваемого жесткого валка 211.

Во многих случаях достаточно этого малого числа валков в ряду, чтобы изготавливать бумагу с высоким качеством поверхности с обеих сторон. Это справедливо в особенности в случае, если, по меньшей мере, в нижнем рабочем зазоре происходит обработка с напряжением сжатия свыше 42 Н/мм², предпочтительно между 45 и 60 Н/мм², и при температуре наружной поверхности нагретых валков свыше 1 00°С, предпочтительно между 130 и 160°С.

На фиг.5 изображен каландр с двумя рядами 301 и 301а, содержащими по пять валков. Ряд 301 содержит верхний валок 302, нижний валок 303 и расположенные между ними нагреваемый жесткий валок 304, эластичный валок 305 и нагреваемый жесткий валок 306. Ряд 301 а составлен аналогично. Однако бумажное полотно подводится так, что прилегает к эластичным валкам в первом ряду одной стороной, а во втором ряду - другой стороной и тем самым подвергается двухстороннему лощению.

Ряд 1 валков 12-валкового каландра на фиг.1 содержит пять нагреваемых жестких валков 4, 6, 8, 11, 13. Известные 12-валковые каландры в противоположность этому содержат только четыре нагреваемых валка такого типа. Вследствие этого возможно подводить на 25% больше тепловой энергии и тем самым соответственно повысить энергию для обработки. Аналогичное справедливо для остальных каландров, в каждом из которых может быть установлено на один нагреваемый валок больше, а в двухрядном каландре на фиг. 5 - даже на два нагреваемых валка больше.

Достигаемая деформируемость втулки верхнего валка 2 и, при необходимости, втулки нижнего валка 3 должна приводить к тому, что коэффициент пластичности, по меньшей мере, в четыре раза выше, предпочтительно, более чем в пять раз выше, чем у втулки из отбеленного чугуна. Такой коэффициент пластичности может иметь втулка из чугуна с пластинчатым или шаровидным графитом, снабженная пластмассовым покрытием с малым модулем упругости.

Хотя на чертежах показаны варианты выполнения с одним рядом из четного числа валков, могут также применяться ряды с нечетным числом валков, если нижний валок снабжен, как в известном каландре, жесткой втулкой. Разумеется, изображенные каландры могут быть снабжены различными известными средствами для улучшения обработки бумаги, например, промежуточные валки могут быть установлены с возможностью вращения на рычагах, посредством которых с помощью компенсационных устройств может быть скомпенсировано влияние консольных масс.

Claims (11)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Каландр, содержащий, по меньшей мере, один ряд, включающий верхний валок, нижний валок и жесткие и эластичные промежуточные валки, образующие, по меньшей мере, четыре рабочие зоны контакта, возникающие при глянцевании бумаги, каждый из которых ограничен одним эластичным и одним жестким валками, при этом верхний и нижний валки представляют собой зафиксированные от вращения оси с установленными на них втулками, управляемыми гидравлическими опорными элементами, отличающийся тем, что втулка верхнего валка и/или втулка нижнего валка имеет покрытие из эластичной пластмассы или выполнена по существу полностью из эластичной пластмассы, при этом в каждом случае соседний промежуточный валок является жестким валком, а втулка верхнего валка и/или втулка нижнего валка имеет коэффициент пластичности

   F = (1,4-10⁵/Е) (100/S)²’⁶⁵ >4 , где Е - модуль упругости втулки, Н/мм²,

   S - толщина стенки втулки, мм.
2. 2. Каландр по п.1, отличающийся тем, что параметр F больше 5.
3. 3. Каландр по п.1 или 2, отличающийся тем, что эластичная пластмасса, из которой выполнено покрытие втулки, представляет собой материал с большей износостойкостью, чем износостойкость самой втулки.
4. 4. Каландр по одному из пп.1 -3, отличающийся тем, что втулка выполнена из чугуна с пластинчатым графитом.
5. 5. Каландр по одному из пп.1 -3, отличающийся тем, что втулка выполнена из чугуна с шаровидным графитом.
6. 6. Каландр по одному из пп.1 -5, отличающийся тем, что покрытие втулки выполнено из армированной волокном эпоксидной смолы.
7. 7. Каландр по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что гидравлические опорные элементы управляются по отдельности или попарно.
8. 8. Каландр по одному из пп.1 -7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхний жесткий промежуточный валок выполнен с возможностью нагрева.
9. 9. Каландр по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что все жесткие промежуточные валки выполнены с возможностью нагрева.
10. 1 0. Каландр по п.8 или 9, отличающийся тем, что нагрев осуществляется водяным паром.
11. 11. Каландр по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что в ряду, состоящем из двенадцати валков, приводным является четвертый валок снизу.