СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ПОЛОТНА ИЗ АЭРОВЗВЕСИ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2000 года по МПК D21F1/00 D21F11/00 D21H27/00 B27N3/04 

Изобретение относится к области производства бумаги аэродинамическим способом, а именно к формованию на формующей сетке полотна из аэровзвеси волокнистого материала, например целлюлозы.

Одной из основных технологических операций аэродинамического способа изготовления бумаги является формование на бесконечной движущейся сетке волокнистого слоя - полотна, осуществляемое путем подачи на нее предварительно приготовленной аэровзвеси волокон целлюлозы или иного волокнистого материала. Подготовленное таким образом полотно далее подвергается прессованию и сушке.

Известен способ формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала [1] , включающий подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную нормально к направлению потока аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью установленного с обратной стороны сетки отсасывающего средства - так называемого отсасывающего ящика. Однако, данный способ не позволяет получить хорошую однородность формуемого полотна при высокой производительности. Это связано с тем, что при подаче потока аэровзвеси под давлением и высокой скорости перемещения сетки происходит сдвиг формирующегося полотна этим потоком аэровзвеси. Предотвратить сдвиг полотна можно было бы за счет очень высокого разряжения в отсасывающем ящике, которое бы сильно присасывало полотно к сетке, однако это затруднительно и дорого.

Также известен способ формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала [2], включающий подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную наклонно к потоку аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью установленного с обратной стороны сетки отсасывающего средства. В данном случае установка сетки наклонно к направлению потока аэровзвеси приводит к уменьшению составляющей скорости движения сетки, нормальной к направлению потока аэровзвеси. Это позволяет увеличить скорость движения сетки, при которой не будет происходить указанного сдвига формуемого полотна потоком аэровзвеси. Дополнительно предусмотрено удаление определенной части воздушной составляющей аэровзвеси во время ее прохождения в подающем канале до попадания на формующую сетку. Последним решается одна из основных задач подобных способов - удаление большого объема воздуха из аэровзвеси. Однако это приводит к тому, что часть волокон (1 - 5 %) уносятся вместе с отсасываемым воздухом во время прохождении аэровзвеси через подающий канал. Кроме того, по мере прохождения этого канала повышается концентрация волокон в аэровзвеси, что может приводить к их слипанию и, как следствие, неоднородности формуемого слоя.

Основное ограничение производительности данного способа связано с тем, что волокна осаждаются на формующую сетку при малой скорости потока аэровзвеси. В то же время для достижения высокой скорости формования полотна необходимо существенно увеличить скорость потока аэровзвеси, подаваемой на формующую сетку, что, в свою очередь, ведет к увеличению аэродинамического давления, которое оказывает поток аэровзвеси на формуемое полотно. В последнем случае формуемый на сетке слой волокон может сдвинуться под действием указанного аэродинамического давления потока аэровзвеси, причем этот сдвиг может происходить как в направлении движения сетки, так и в противоположном направлении, что зависит от соотношения скоростей движения сетки и потока аэровзвеси, в том числе с учетом угла наклона сетки к потоку аэровзвеси. Это приводит к образованию неоднородностей в формуемом слое и, как следствие, к снижению качества изготавливаемой бумаги.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала [3], включающий подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную наклонно к потоку аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью отсасывающего средства, установленного с обратной стороны сетки. Данный способ характеризуется тем, что угол наклона сетки к потоку аэровзвеси выбран исходя из требуемой толщины формуемого слоя и производительности массоподающего устройства. Однако, при высокоскоростном формовании, приводящем к значительному аэродинамическому давлению потока аэровзвеси на формуемое полотно, требуется произвести выбор соотношений скоростей движения сетки и потока аэровзвеси, а также угла наклона сетки к потоку аэровзвеси с учетом указанного выше возможного сдвига формуемого полотна под действием аэродинамического давления потока аэровзвеси. В противном случае плотность формуемого полотна будет неоднородной.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание высокопроизводительного способа формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала при высокой степени его однородности.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала, включающем подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную наклонно к потоку аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью отсасывающего средства, установленного с обратной стороны сетки, согласно изобретению угол α наклона формующей сетки в направлении ее движения к направлению потока аэровзвеси выбирают из соотношения:

где V_c - скорость движения формующей сетки:
V_ф - скорость фильтрации воздуха через слой формуемого полотна и сетку с помощью отсасывающего средства при установившемся стационарном потоке воздуха из аэровзвеси в отсасывающее средство;
η - коэффициент трения скольжения волокон о формирующую сетку.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежом, на котором изображены элементы конструкции формующего узла бумагоделательной машины и процесс формования полотна из аэровзвеси. По подающему каналу 1 аэровзвесь непрерывным потоком подается на движущуюся формующую сетку 2, на которой по мере ее движения формируется слой 3 волокон, который транспортируется сеткой 2 на дальнейшую обработку. Воздушная составляющая аэровзвеси фильтруется через формуемый слой 3, отверстия сетки 2 и отсасывается через отсасывающий ящик 4, установленный с обратной стороны сетки 2. На чертеже также указаны: α - угол наклона формующей сетки 2 в направлении ее движения к направлению потока аэровзвеси, V_a - скорость движения потока аэровзвеси, V_c - скорость движения формующей сетки 2.

На формующийся слой 3 действует сила F_a аэродинамического давления потока аэровзвеси, при этом составляющая F_n, перпендикулярная плоскости сетки 2, прижимает слой 3 к сетке 2, а составляющая F_t, параллельная плоскости сетки 2, оказывает на слой 3 сдвигающее воздействие. Для предотвращения сдвига формуемого на сетке 2 волокнистого слоя 3 необходимо выполнение условия:
F_t< η•F_n, (2)
где η - коэффициент трения скольжения волокон о формующую сетку.

Составляющая F_t вектора силы F_a аэродинамического давления потока аэровзвеси пропорциональна квадрату разности скорости движения сетки V_c и составляющей скорости движения потока аэровзвеси V_t, параллельной плоскости сетки:
F_t= 0,5•C_w•S_i•ρ_в•(V_t-V_c)², (3)
где C_W - коэффициент аэродинамического сопротивления волокон в слое 3;
S_i- площадь поперечного сечения волокон;
ρ_в - плотность воздуха.

Составляющая F_n вектора силы F_a аэродинамического давления потока аэровзвеси пропорциональна квадрату составляющей скорости движения потока аэровзвеси V_n, перпендикулярной плоскости сетки:
F_n= 0,5•C_w•S_i•ρ_в•V2n

. (4)
Принимая во внимание, что V_t= V_a•cosα, а V_n= V_a•sinα, неравенство (2) с учетом (3) и (4) преобразуется следующим образом:

В условиях установившегося стационарного потока воздуха из аэровзвеси в отсасывающее средство составляющая скорости потока аэровзвеси V_n равна скорости фильтрации V_ф воздуха через слой формуемого полотна 3 и сетку 2. Скорость фильтрации V_ф определяется производительностью отсасывающего средства, а также зависит от герметичности конструкции формующего узла.

С учетом указанного равенства скоростей V_n и V_ф выражение (5) преобразуется в заявленное соотношение (1) для выбора угла α в зависимости от заданных технологических параметров: скорости фильтрации - V_ф, определяемой возможностями отсасывающего средства и степенью герметизации формующего узла; скорости движения сетки - V_c, которая связана с производительностью и параметрами формуемого слоя; коэффициента трения скольжения волокон о формующую сетку - η.
В результате соответствующего выбора угла наклона α, лежащего в указанных пределах, предотвращается возможный сдвиг формуемого полотна под действием аэродинамического давления потока аэровзвеси. Использование заявляемого изобретения позволяет реализовать высокопроизводительную технологию изготовления бумаги с высокой степенью однородности.

Указанный результат, достигаемый заявляемым способом, был проверен экспериментально.

На установке аэродинамического формования при различных соотношениях V_c, V_ф и α были изготовлены образцы бумаги, а также определена степень неоднородности этих образцов. В связи с тем, что конструктивно для конкретной установки угол α можно было установить равным только 20^o или 60^o, для проверки заявляемого соотношения (1) варьировались параметры V_c и V_ф. Коэффициент трения скольжения волокон о формующую сетку η принимался равным 0,2 и был получен экспериментально. Указанные параметры задавались в таких пределах, чтобы угол α (равный 20^o или 60^o) либо попадал в диапазон, предусмотренный соотношением (1), либо был меньше или больше значений этого диапазона.

Результаты эксперимента сведены в таблицу, приведенную ниже.

Оценка однородности формуемого полотна проводилась весовым методом. Сформованный образец полотна прессовался на вальцовом прессе со скоростью 0,03 м/с и силой прижима валов 50 кг/см. Опрессованный образец размером 10х10 см² высушивался при температуре 105^oС и разрезался на элементы размером 2х2 см², которые взвешивались на аналитических весах, имеющих погрешность не более ± 0,0005. Степень неоднородности формуемого полотна определялась как процентное отношение среднеквадратического отклонения веса этих элементов к их среднему весу:

где х_j - вес i-го элемента;
средний вес элементов;
n - количество взвешенных элементов (n = 25).

Полученные экспериментальные результаты полностью подтвердили указанный результат, достигаемый заявленным способом. При установке сетки под углом α, выбранном в заявленном диапазоне, предотвращается сдвиг по сетке формуемого полотна, что позволяет изготавливать бумагу с высокой степенью однородности.

Источники информации
1. СССР N 1172975, 4 D 21 H 5/26, опубл. 15.08.85., БИ N 30.

2. СССР N 746015, 2 D 21 H 5/26, опубл. 07.07.80., БИ N 25.

3. Пат. США N 4375448, 3 В 29 J 5/00, опубл. 01.03.83 - прототип.

Способ предназначен для использования в производстве бумаги аэродинамическим способом. Включает подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную наклонно к потоку аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью установленного с обратной стороны сетки отсасывающего средства, при этом угол α наклона формующей сетки в направлении ее движения к направлению потока аэровзвеси выбирают из соотношения arcctg(V_c/V_ф + arcctg (V_c/V_ф - ), где V_c - скорость движения формующей сетки, V_ф - скорость фильтрации воздуха через слой формуемого полотна и сетку с помощью отсасывающего средства при установившемся стационарном потоке воздуха из аэровзвеси в отсасывающее средство, η - коэффициент трения скольжения волокон о формующую сетку. В результате предотвращается возможный сдвиг формуемого полотна под действием аэродинамического давления потока аэровзвеси, что позволяет реализовать высокопроизводительную технологию изготовления бумаги с высокой степенью однородности. 1 ил., 1 табл.

Способ формования полотна из аэровзвеси волокнистого материала, включающий подачу аэровзвеси на движущуюся формующую сетку, установленную наклонно к потоку аэровзвеси, и удаление воздушной составляющей аэровзвеси с помощью отсасывающего средства, установленного с обратной стороны сетки, отличающийся тем, что угол α наклона формующей сетки в направлении ее движения к направлению потока аэровзвеси выбирают из соотношения:

где V_c - скорость движения формующей сетки;
V_ф - скорость фильтрации воздуха через слой формуемого полотна и сетку с помощью отсасывающего средства при установившемся стационарном потоке воздуха из аэровзвеси в отсасывающее средство;
η - коэффициент трения скольжения волокон о формующую сетку.