W procesie produkcyjnym maszyn papierniczych różnorodne walce odgrywają niezastąpioną rolę, od odwadniania mokrych wstęg papieru po wiązanie suchych. „Korona” – jedna z kluczowych technologii projektowania walców maszyn papierniczych – pomimo pozornie niewielkiej różnicy geometrycznej, jaką ze sobą niesie, bezpośrednio decyduje o jednorodności i stabilności jakości papieru. Niniejszy artykuł kompleksowo przeanalizuje technologię korony walców maszyn papierniczych pod kątem definicji, zasady działania, klasyfikacji, kluczowych czynników wpływających na projektowanie i konserwację, ujawniając jej istotną wartość w produkcji papieru.

1. Definicja korony: istotna funkcja w drobnych różnicach

„Crown” (w języku angielskim „Crown”) odnosi się konkretnie do specjalnej geometrycznej struktury wałów maszyny papierniczej wzdłuż kierunku osiowego (wzdłużnego). Średnica środkowej części korpusu wału jest nieco większa niż średnica części końcowych, tworząc kontur przypominający „bęben taliowy”. Różnica średnic jest zazwyczaj mierzona w mikrometrach (μm), a wartość korony niektórych dużych wałów prasy może sięgać nawet 0,1-0,5 mm.

Kluczowym wskaźnikiem pomiaru kształtu korony jest „wartość korony”, obliczana jako różnica między maksymalną średnicą korpusu walca (zwykle w środku kierunku osiowego) a średnicą końców walca. Zasadniczo, kształt korony polega na wstępnym ustawieniu tej niewielkiej różnicy średnic, aby skompensować odkształcenie „środkowego ugięcia” walca spowodowane czynnikami takimi jak zmiany siły i temperatury podczas rzeczywistej pracy. Ostatecznie zapewnia to równomierny rozkład nacisku na całej szerokości powierzchni walca i wstęgi papieru (lub innych elementów styku), co stanowi solidny fundament dla jakości papieru.

2. Główne funkcje korony: kompensacja odkształceń i utrzymanie równomiernego nacisku

Podczas pracy walców maszyny papierniczej odkształcenia są nieuniknione ze względu na obciążenia mechaniczne, zmiany temperatury i inne czynniki. Bez odpowiedniej konstrukcji korony, odkształcenie to doprowadzi do nierównomiernego nacisku między powierzchnią walca a wstęgą papieru – „wyższego nacisku na obu końcach i niższego na środku” – co bezpośrednio prowadzi do poważnych problemów jakościowych, takich jak nierównomierna gramatura i nierównomierne odwadnianie papieru. Podstawową zaletą korony jest aktywna kompensacja tych odkształceń, co znajduje odzwierciedlenie w następujących aspektach:

2.1 Kompensacja odkształceń wynikających z gięcia walcowego

Podczas pracy wałów rdzeniowych maszyn papierniczych, takich jak walce prasujące i walce kalandrujące, muszą one wywierać znaczny nacisk na wstęgę papieru. Na przykład, nacisk liniowy walców prasujących może osiągnąć 100-500 kN/m. W przypadku walców o dużym stosunku długości do średnicy (np. długość walców prasujących w maszynach papierniczych o dużej szerokości może wynosić 8-12 metrów), pod wpływem nacisku następuje sprężyste odkształcenie w postaci zgięcia w dół w środku, podobne do „zgięcia słupa barkowego pod obciążeniem”. To odkształcenie powoduje nadmierny nacisk styku między końcami walca a wstęgą papieru, podczas gdy nacisk w środku jest niewystarczający. W konsekwencji wstęga papieru zostaje nadmiernie odwodniona na obu końcach (co skutkuje wysoką suchością i niską gramaturą) i niedostatecznie odwodniona w środku (co skutkuje niską suchością i wysoką gramaturą).

Jednakże „bębnowa” konstrukcja korony zapewnia, że ​​po zgięciu rolki cała jej powierzchnia pozostaje w równoległym kontakcie z wstęgą papieru, zapewniając równomierny rozkład nacisku. To skutecznie eliminuje ryzyko jakościowe spowodowane odkształceniem podczas zginania.

2.2 Kompensacja odkształceń termicznych rolki

Niektóre walce, takie jak walce prowadzące i walce kalandrujące w sekcji suszenia, ulegają rozszerzalności cieplnej podczas pracy w wyniku kontaktu z wysokotemperaturowymi wstęgami papieru i ogrzewania parą. Ponieważ środkowa część korpusu walca jest bardziej nagrzana (końce są połączone z łożyskami i szybciej odprowadzają ciepło), jego rozszerzalność cieplna jest większa niż końców, co prowadzi do „wybrzuszenia w środkowej części” korpusu walca. W takim przypadku zastosowanie konwencjonalnej konstrukcji korony zaostrzy nierównomierny nacisk styku. Dlatego należy zaprojektować „koronę ujemną” (gdzie średnica części środkowej jest nieco mniejsza niż średnica końców, zwaną również „koroną odwróconą”), aby zrównoważyć dodatkowe wybrzuszenie spowodowane rozszerzalnością cieplną, zapewniając równomierny nacisk styku na powierzchnię walca.

2.3 Kompensacja nierównomiernego zużycia powierzchni walca

Podczas długotrwałej eksploatacji niektóre walce (np. gumowe walce prasujące) doświadczają częstszego tarcia na krawędziach wstęgi papieru (ponieważ krawędzie wstęgi papieru mają tendencję do gromadzenia zanieczyszczeń), co skutkuje szybszym zużyciem na końcach niż w środku. Bez odpowiedniej konstrukcji korony, powierzchnia walca będzie wykazywać „wybrzuszenie na środku i ugięcie na końcach” po zużyciu, co z kolei wpływa na rozkład nacisku. Wstępne ustawienie korony pozwala zachować jednorodność konturu powierzchni walca we wczesnym stadium zużycia, wydłużając jego żywotność i zmniejszając wahania produkcyjne spowodowane zużyciem.

3. Klasyfikacja korony: Wybór techniczny dostosowany do różnych warunków pracy

W zależności od rodzaju maszyny papierniczej (wolno-/wysokoobrotowa, wąska/szeroka), funkcji walca (prasowanie/kalandrowanie/prowadzenie) oraz wymagań procesowych, korony można podzielić na różne typy. Różne typy koron różnią się pod względem cech konstrukcyjnych, metod regulacji i scenariuszy zastosowań, co szczegółowo opisano w poniższej tabeli:

4. Kluczowe czynniki wpływające na projekt korony: precyzyjne obliczenia w celu dostosowania do wymagań produkcyjnych

Wartość korony nie jest ustalana arbitralnie; należy ją kompleksowo obliczyć w oparciu o parametry walca i warunki procesu, aby zapewnić jej efektywne działanie. Kluczowe czynniki wpływające na konstrukcję korony obejmują głównie następujące aspekty:

4.1 Wymiary i materiał rolki

1. Długość ciała w rolce (L)Im dłuższy korpus walca, tym większe odkształcenie zginające przy tym samym nacisku, a tym samym większa wymagana wartość wypukłości. Na przykład, długie rolki w maszynach papierniczych o dużej szerokości wałka wymagają większej wartości wypukłości niż krótkie rolki w maszynach papierniczych o małej szerokości wałka, aby skompensować odkształcenie.
2. Średnica korpusu rolki (D):Im mniejsza średnica korpusu rolki, tym mniejsza sztywność i tym bardziej podatna na odkształcenia pod wpływem nacisku. Dlatego wymagana jest większa wartość wypukłości. Z kolei rolki o większej średnicy mają większą sztywność, a wartość wypukłości można odpowiednio zmniejszyć.
3. Sztywność materiałuRóżne materiały korpusów walców charakteryzują się różną sztywnością; na przykład walce stalowe mają znacznie większą sztywność niż walce żeliwne. Materiały o niższej sztywności wykazują większe odkształcenia pod wpływem nacisku, co wymaga większej wartości wypukłości.

4.2 Ciśnienie robocze (ciśnienie liniowe)

Ciśnienie robocze (ciśnienie liniowe) walców, takich jak walce prasowe i walce kalandrowe, jest ważnym czynnikiem wpływającym na konstrukcję korony. Im większe ciśnienie liniowe, tym większe odkształcenie zginające korpusu walca, a wartość korony musi zostać odpowiednio zwiększona, aby skompensować odkształcenie. Ich zależność można w przybliżeniu wyrazić uproszczonym wzorem: Wartość korony H ≈ (P×L³)/(48×E×I), gdzie P jest ciśnieniem liniowym, L jest długością walca, E jest modułem sprężystości materiału, a I jest momentem bezwładności przekroju poprzecznego walca. Na przykład, nacisk liniowy walców prasowych do papieru opakowaniowego jest zwykle większy niż 300 kN/m, więc odpowiadająca mu wartość korony musi być większa niż walców prasowych do papieru kulturowego o niższym ciśnieniu liniowym.

4.3 Prędkość maszyny i rodzaj papieru

1. Prędkość maszyny:W przypadku pracy szybkich maszyn papierniczych (prędkość > 1200 m/min) wstęga papieru jest znacznie bardziej wrażliwa na równomierność nacisku niż w przypadku maszyn wolnoobrotowych. Nawet niewielkie wahania nacisku mogą powodować wady jakościowe papieru. Dlatego szybkie maszyny papiernicze zazwyczaj stosują „kontrolowaną koronę”, aby w czasie rzeczywistym kompensować odkształcenia dynamiczne i zapewnić stabilny nacisk.
2. Rodzaj papieruRóżne rodzaje papieru mają różne wymagania dotyczące równomiernego nacisku. Papier chusteczkowy (np. papier toaletowy o gramaturze 10-20 g/m²) ma niską gramaturę i jest wyjątkowo wrażliwy na wahania nacisku, co wymaga precyzyjnego wykonania korony. Z kolei gruby papier (np. tektura o gramaturze 150-400 g/m²) charakteryzuje się większą odpornością na wahania nacisku, dlatego wymagania dotyczące precyzji wykonania korony można odpowiednio obniżyć.

5. Typowe problemy z koroną i konserwacja: terminowa kontrola w celu zapewnienia stabilnej produkcji

Niewłaściwa konstrukcja korony lub niewłaściwa konserwacja bezpośrednio wpływają na jakość papieru i powodują szereg problemów produkcyjnych. Typowe problemy z koroną i odpowiednie środki zaradcze są następujące:

5.1 Zbyt duża wartość korony

Zbyt duża wartość korony prowadzi do nadmiernego nacisku w środkowej części rolki, co skutkuje niską gramaturą i wysoką suchością papieru w środkowej części. W skrajnych przypadkach może to nawet spowodować „zgniecenie” (pęknięcie włókien), wpływając na wytrzymałość i wygląd papieru.

Środki zaradczeW przypadku wałków o stałej koronie stosowanych w wolnoobrotowych maszynach papierniczych konieczna jest wymiana wałków na wałki o odpowiedniej wartości korony. W przypadku wałków o regulowanej koronie w szybkoobrotowych maszynach papierniczych, ciśnienie hydrauliczne lub pneumatyczne można zmniejszyć za pomocą układu regulacji korony, aż do uzyskania równomiernego rozkładu ciśnienia.

5.2 Zbyt mała wartość korony

Zbyt mała wartość korony skutkuje niewystarczającym ciśnieniem w środkowej części powierzchni walca, co prowadzi do niedostatecznego odwodnienia papieru w tym miejscu, niskiej suchości, wysokiej gramatury i wad jakościowych, takich jak „mokre plamy”. Jednocześnie może to również wpłynąć na wydajność późniejszego procesu suszenia.

Środki zaradczeW przypadku rolek o stałej koronie, korpus rolki musi zostać ponownie przetworzony w celu zwiększenia wartości korony. W przypadku rolek o regulowanej koronie, ciśnienie hydrauliczne lub pneumatyczne można zwiększyć, aby zwiększyć wartość korony, zapewniając, że ciśnienie w środku spełnia wymagania procesu.

5.3 Nierównomierne zużycie konturu korony

Po długotrwałym użytkowaniu powierzchnia walca ulegnie zużyciu. Jeśli zużycie jest nierównomierne, kontur wypukłości ulegnie deformacji, a na powierzchni walca pojawią się „nierówne plamy”. Powoduje to powstawanie defektów, takich jak „paski” i „wgniecenia” na papierze, co poważnie wpływa na jego jakość.

Środki zaradczeRegularnie sprawdzaj powierzchnię walca. Gdy zużycie osiągnie określony poziom, należy ją regularnie szlifować i naprawiać (np. przeszlifować kontur walca gumowego prasy), aby przywrócić jej normalny kształt i rozmiar oraz zapobiec nadmiernemu zużyciu, które mogłoby wpłynąć na produkcję.

6. Wnioski

Pozornie subtelna, ale kluczowa technologia, korona walców maszyny papierniczej stanowi rdzeń zapewniający jednolitą jakość papieru. Od stałej korony w wolnoobrotowych maszynach papierniczych po regulowaną koronę w szybkich maszynach papierniczych o dużej szerokości, ciągły rozwój technologii korony zawsze koncentrował się na nadrzędnym celu „kompensacji odkształceń i osiągnięcia równomiernego nacisku”, dostosowując się do potrzeb różnych warunków pracy w papiernictwie. Przemyślana konstrukcja korony nie tylko rozwiązuje problemy jakościowe, takie jak nierównomierna gramatura papieru i słabe odwadnianie, ale także poprawia wydajność pracy maszyn papierniczych (zmniejszając liczbę zerwań papieru) i zmniejsza zużycie energii (zapobiegając przesuszeniu). Jest to niezbędne, kluczowe wsparcie techniczne w rozwoju przemysłu papierniczego w kierunku „wysokiej jakości, wysokiej wydajności i niskiego zużycia energii”. W przyszłości, dzięki ciągłemu zwiększaniu precyzji urządzeń i ciągłej optymalizacji procesów, technologia korony stanie się bardziej wyrafinowana i inteligentna, przyczyniając się w większym stopniu do wysokiej jakości rozwoju przemysłu papierniczego.