Прессовая часть бумагоделательной машины с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут.
Федеральное
агентство по образованию.
Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования.
Санкт-Петербургский
государственный технологический
университет
растительных полимеров
Курсовой
проект
Прессовая
часть БДМ с разработкой гранитного вала для производства офсетной бумаги Q=300т/сут.
Санкт-Петербург
2009
1
Композиция и показатели для офсетной бумаги
2
Современные представления о процессе обезвоживания, в прессовой части. Пути
интенсификации обезвоживания в прессовой части
3.
Выбор чистообрезной ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и
скорости машины по приводу. Расчет скорости прессов
4.
Выбор конструкции и размеров валов
5.
Расчет обезвоживания в прессовой части
6.
Расчет гранитного вала пресса
7.Расчет
мощности, потребляемой наиболее нагруженным прессом. Выбор электродвигателя
8.Выбор
и проверка подшипников отсасывающего вала
1 Композиция и
показатели для офсетной бумаги
ГОСТ 9094–83
распространяется на бумагу, предназначенную для печатанья
иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом.
Стандарт устанавливает
требования к офсетной бумаге, изготовляемой для нужд народного хозяйства и
поставляемой на экспорт.
Установленные настоящим
стандартом показатели технического уровня предусмотрены для высшей и первой
категории качества.
1.1
Марки
и размеры
1.1.1 Бумага
должна выпускаться следующих номеров и марок:
№1 марок А, Б, В;
№2
1.1.2 Бумага
должна выпускаться в рулонах и листах.
Бумага №1 марки В
массой бумаги площадью 1 м2 220 и 240 г выпускается в листах, по согласованию с потребителем – в рулонах.
Размеры листовой бумаги
ширина рулона, предельные отклонения по размерам и косине должны
соответствовать ГОСТ 1342–78.
1.1.3 Диаметр
рулона должен быть (850±50) мм. По согласованию с потребителем допускается
изготовление рулонов бумаги диаметром до 1100 мм.
1.2
Технические
требования
1.2.1 Бумага
должна изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по
технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.
1.2.2 Показатели
качества офсетной бумаги первого сорта должны соответствовать нормам, указанным
в таблице.
1.2.3 В
композиции бумаги должен применяться каолин с белизной не менее 80% по ГОСТ
19285–73 и другой нормативно технической документации.
В композиции бумаги №1
марки Б при массе бумаги площадью 1 м2 60 г. должна применяться окись титана по ГОСТ 9808–84.
1.2.4 В
листовой бумаги большая часть листа должна совпадать с машинным направлением.
1.2.5 Обрезок
листовой и рулонной бумаги должен быть чистым и ровным.
1.2.6 Просвет
бумаги должен быть равномерным и соответствовать образцу, согласованному между
изготовителем и потребителем.
1.2.7 Бумага
должна обладать хорошим восприятием печатной краски, иметь прочную поверхность
и не должна пылить при печатанье.
1.2.8 Заметная
разнооттеночность бумаги в одной партии не допускается.
1.2.9 Намотка
бумаги должна быть равномерной по всей ширине рулона.
1.2.10
В
бумаге не допускаются: складки, морщины, волнистость, залощенность, грязные и
просвечивающие пятна, разрыв кромки и дырчатость.
В рулонной бумаге
допускаются малозаметные морщины, залощенность, пятна, которые не могут быть
обнаружены в процессе перемотки, если показатель этих внутренних дефектов,
определенный по ГОСТ13525,5-68, не превышает: для бумаги №1 – 1,0%; №2 – 1,5%.
1.2.11
Число
склеек в рулоне бумаги, поставляемой на экспорт, и высшей категории качества,
предназначенной для печати на рулонных машинах, не должно превышать одной;
бумаги первой категории качества, предназначенной для печати на рулонных
машинах - двух; в бумаге, предназначенной для печати на листовых машинах - трех.
В партии бумаги высшей
категории качества, предназначенной для рулонной печати, допускается не более
10 % рулонов со склейками.
1.2.12
Концы
полотна бумаги в местах обрывов должны быть прочно склеены по всей ширине
рулона без склейки смежных слоев. Ширина места склейки должна быть не менее 10 мм. Расстояние от кромки до места склейки с каждой стороны не должно превышать 10 мм.
Место склейки должно
быть отмечено цветными сигналами, видимыми с торца рулона.
1.2.13
Бумага
первой категории качества должна переводиться во второй сорт при наличии в
рулоне или кипе бумаги не более трех перечисленных ниже отклонений от норм:
Увеличение допускаемых
отклонений по массе бумаги площадью 1 м2 не более чем на 3%;
Увеличение допускаемых
отклонений по плотности не более чем на ±0,02г/см2;
Снижение норм разрывной
длины не более чем на 10%;
Снижение нижнего или
повышения верхнего предела зольности не более чем на 10 %;
Увеличение норм
сорности не более чем на 15 %;
Увеличение
внутрирулонных дефектов не более чем на 1 %;
Увеличения числа склеек
в рулоне бумаги, предназначенной для печати на рулонных машинах – до трех,
листовых машинах – до четырех.
Наименование показателя
|
1А
|
Машинной гладкости
|
Калландри-рованая
|
Высшей категории качества
|
Первой категории качества
|
Первой категории качества
|
1. Состав по волокну, %:
Целлюлозы беленой сульфитной по
ГОСТ3914–74 марки А–1 не более
Целлюлозы беленой сульфатной
лиственной по нормативно-технической документации, не менее
Массы древесной белой по ГОСТ
10014–73, не менее
|
60
40
–
|
70
30
–
|
70
30
–
|
2. Масса бумаги площадью 1 м2, г.
|
|
|
|
3. Плотность г/см3:
|
0,75-0,85
|
0,75-0,85
|
0,80-0,90
|
4. Разрывная длинна не менее:
В машинном направлении бумаги,
предназначенной для рулонной печати
В среднем по двум направлениям бумаги,
предназначенной для листовой печати
|
3700
–
|
3500
2300
|
3500
2500
|
5 Сопротивление излому (число двойных
перегибов в поперечном направлении), не менее
|
7
|
7
|
8
|
6 Степень проклейки, мм
|
1,25–1,75
|
1,25–1,75
|
1,25–1,75
|
7 Белизна %, не менее
без оптически отбеливающего вещества
с оптически отбеливающим веществом
|
80
–
|
78
83
|
78
83
|
8 Разница значений белизны по сторонам
бумаги с оптически отбеливающим веществом, %, не более
|
–
|
2,0
|
2,0
|
9 Зольность, %
|
10–14
|
10–14
|
10–14
|
10 Гладкость, с
|
40–80
|
30–80
|
80–150
|
11 Линейная деформация бумаги для
листовой печати, %, не более
|
–
|
+2,2
|
+2,2
|
12 Сорность (число соринок на 1м2
площадью от 0,10 до 0,50 мм2), не более
|
100
|
120
|
100
|
13 Влажность, %:
|
6,0±1,0
|
6,0±1,0
|
6,0±1,0
|
14 Стойкость поверхности к выщипыванию,
м/с, не менее
|
1,8
|
1,7
|
1,7
|
2 Современные представления о процессе
обезвоживания, в прессовой части. Пути интенсификации обезвоживания в прессовой
части
В последние годы были
проведены значительные работы в области прессования бумаги. Основные
исследования были направлены на изучение процесса удаления воды из бумажного
полотна на отсасывающих прессах и на установление роли прессового сукна.
Рис. 1 Фазы удаления
воды на прессах:
1 – гранитный вал; 2 –
полотно бумаги; 3 – сукно; 4 – обрезиненный вал; I – IV – фазы прессования
В настоящее время весь
период прохождения полотна через зону контакта валов делят на четыре периода
или фазы. В I
фазе
полотно проходит на сукне путь от места соприкосновения сукна с нижним валом до
входа в зону контактов валов; во II
фазе
– от места поступления полотна бумаги и сукна в зону контакта до ее середины; в
III фазе
- от середины зоны контакта до выхода из нее бумаги и сукна; в IV
фазе
– от места выхода бумаги и сукна из зоны контакта до точки отрыва сукна от
вала. Иногда рассматривают лишь три первые фазы. При входе в зону контакта
валов бумага и сукно сжимаются. Наибольшую деформацию сжатия испытывает сукно.
Когда бумага достигает точки насыщения, в ней создаются гидравлические силы и
образуется градиент гидравлического давления между бумагой и сукном, вызывающий
перемещение воды.
В обычном процессе
скорость фильтрации по сукну против его движения должна быть больше скорости
машины. Только в этом случае вода будет удаляться на нижний вал пресса. Отжимаемая
вода образует перед входом в зону контакта валов водяной клин. Полотно бумаги
перед поступлением в пресс дополнительно увлажняется, перепад гидравлического
давления между полотном и сукном уменьшается из-за повышения гидравлического
противодавления в сукне. Повышение давления прессования на обычных прессах при
высокой скорости машины вызывает дробление (раздавливание) полотна.
Для интенсификации
обезвоживания бумаги на прессах во II
фазе необходимо поддерживать высокое удельное давление и высокую пористость
сукна в сжатом состоянии.
На выходной стороне
зоны контакта прессовых валов (фаза III)
давление в сукне и бумаги постепенно уменьшается. Восстанавливается толщина
полотна бумаги, сукна и упругой облицовки вала. С прекращением давления
градиент гидравлического давления падает до нуля и теоретически возможно
возникновение частичного вакуума, при этом в твердой структуре (волокнах) все
еще могут действовать напряжения сжатия.
Работами ряда
исследователей установлено, что в III
фазе перемещается влага из сукна в бумагу.
Методы интенсификации
процесса:
1 Достижение
максимально возможной сухости:
а) использование
башмачного пресса;
б) использование пресса
с гибкой деформируемой оболочкой;
2 Подогрев бумажного
полотна;
3 Совмещения процессов
прессования и сушки;
4 Совершенствование
технологии отвода воды удаляемой из полотна в прессовом захвате;
5 Конденционирование и
очистка прессовых сукон.
3 Выбор чистообрезной
ширины бумагоделательной машины. Расчет рабочей скорости и скорости машины по
приводу. Расчет скорости прессов
Принимаем чистообрезную
ширину бумагоделательной машины равной 6720мм. Ширина полотна в прессовой части
больше на 4-11% ширины на накате из-за усадки полотна при сушке. После наката с
двух сторон отрезают полоски по 25мм и получают чистообрезную ширину бумаги.
Таким образом ширина в прессовой части составит:
Расчет рабочей скорости
Где Q
– производительность, Q=300000
кг/сутки;
В – обрезная ширина,
В=6,72 м.;
q
– масса м2 бумаги, q=70
гр/м2;
к1 – число
часов работы в сутки, к1=23ч.;
к2 –
коэффициент использования рабочего хода машины учитывая холостой ход, к2=0,96;
к3 –
коэффициент выхода товарной продукции, к3=0,95.
Скорость машины по
приводу.
Срок службы машины 30
лет, за это время она может несколько раз модернизироваться, что позволяет
поднять ее скорость на 15–20 % поэтому некоторые узлы на стадии проектирования
рассчитывают на приводную скорость.
Скорость машины по приводу
согласно ГОСТ 26-08-76 принимаем равной 770м/мин
Расчет скорости
прессов.
Скорость прессовой
части будет равна, если за рабочую скорость машины положить скорость первого сушильного
цилиндра:
4 Выбор конструкции и размеров валов
Выбираем конструкцию
прессовой части, состоящую из трех отдельно стоящих прессов. Первый пресс
состоит из гранитного вала (D=1050мм)
и желобчатого (D=830мм). Второй
и третий прессы - отсасывающие, в которых гранитный вал как у первого, а
отсасывающие D=1150мм.
Данная прессовая часть
имеет простую конструкцию, высокую степень взаимозаменяемости, обладает
компактностью.
5 Расчет обезвоживания в прессовой части
Расчет сухости на
сдвоенном прессе по опытным данным.
Сухость бумаги после
прессования определяется по формуле:
где Ск –
сухость бумаги после прессования, %;
А – коэффициент,
характеризующий конструкцию пресса;
α0 –
коэффициент вида бумаги;
m0
– коэффициент, зависящий от марки сукна, массы 1м2 бумаги и скорости
машины;
μср–
среднее удельное давление между валами;
сс– сухость
сукна перед прессом;
сн– сухость
бумаги перед прессом
q
– масса 1 м2 бумаги;
β – коэффициент
массы 1 м2 бумаги;
V–
скорость машины, м/мин
ШР – степень помола
массы, °ШР;
γ, θ, ω,
ε, Ψ– опытные коэффициенты
Значение коэффициента А
для 1-го пресса(желобчатый вал):
t
– шаг между канавками;
b
– ширина канавки.
Для отсасывающих
прессов:
,
где Н – вакуум в
отсасывающей камере (соответственно для 2,3 прессов: 400, 500 мм рт.ст.;
В – ширина отсасывающей
камеры, В=125мм.
,
,
Для желобчатого вала
ширина площадки контакта:
мм
δс=4мм
– толщина сукна перед зоной прессования;
δmin=3мм
– толщина сукна в зоне прессования;
R1,
R2
– радиусы валов, см.
Среднее удельное
давление между валами для 1-го пресса:
Среднее удельное
давление между валами для остальных прессов может быть рассчитано по формуле:
где q
– линейное давление
D
– диаметр обрезиненного вала, D=1150мм.
Значения величины и
результаты расчетов сведены в таблицу.
|
1
|
2
|
3
|
Линейное давление, кг/см
|
70
|
80
|
90
|
Удельное давление, кг/см2
|
5,14
|
14,9
|
16,3
|
Степень помола, 0ШР
|
50
|
50
|
50
|
Масса 1 м2, г, q
|
70
|
70
|
70
|
Скорость валов, м/мин
|
542
|
542
|
542
|
Сухость сукна, %
|
50
|
50
|
50
|
A
|
0,924
|
1,441
|
1,447
|
A0
|
0,86
|
0,73
|
0,73
|
m0
|
14,7
|
21
|
21
|
Γ
|
0,147
|
0,123
|
0,123
|
Θ
|
0,07
|
0,07
|
0,07
|
Ω
|
0,131
|
0,127
|
0,127
|
Β
|
0,1
|
0,026
|
0,026
|
Ε
|
0,067
|
0,059
|
0,059
|
Ψ
|
0,145
|
0,145
|
0,145
|
Сухость бумаги на входе, %
|
19
|
24,7
|
31,2
|
24,7
|
31,2
|
37,9
|
6
Расчет гранитного вала пресса
Данные для расчета:
1.
Линейное
давление между гранитным и желобчатым валом 70
2.
Линейное
давление между гранитным
3.
и
первым отсасывающим валом q2,
кН/м 80
4.
Линейное
давление между гранитным
5.
и
вторым отсасывающим валом q3
кН 90
6.
Длинна
рабочей части вала b, м … 7,31
7.
Расстояния
между осями опор l, м…7,5
8.
Масса
вала (ориентировочно) G,
60000
Давление желобчатого
вала
Q2=q1.b=70.7,31=511,7кН
Давление первого
отсасывающего вала на гранитный.
Q2=q2.b=80.7,31=584,8кН
Давление второго
отсасывающего вала на гранитный.
Q2=q3.b=90.7,31=657,9кН
Горизонтальная
составляющая веса гранитного вала
Rг=G.tg45°=
600.1,0=600кН
Величина
равнодействующей из сил многоугольника
R=702,17кН
Гранитный вал
рассчитывается на прочность и жесткость при соблюдении следующих условий:
1.
Сила
трения между шайбами и гранитным валом должна быть больше силы, смещения
сердечника относительно цилиндра.;
2.
По
плоскости соприкосновения с цилиндром шайба не должна отходить от него под
действием изгибающего момента (условие не раскрытия стыка).
Гранит является
анизотропным материалом, имеющий низкий предел прочности при растяжении (10-40
МПа), поэтому при работе в гранитном блоке не должны возникать растяжения или
изгибы более 2-3 МПа, то есть должно соблюдаться следующее условие:
где σсж
– напряжение сжатия в гранитном блоке то усилия прижатия шайб;
σF
– напряжение от изгиба, обусловленное действием изгибающего момента.
Напряжения сжатия будут
равны
где D
и d – наружный и внутренние диаметры
гранитного блока;
Т0 –
расчетное усилие сжатие гранитного блока шайбами, равное:
Т – сила прижима шайб к
граниту, определяемая из условия отсутствия смещения гранитного блока
относительно шайб (первое условие).
где ƒ –
коэффициент трения между гранитом и шайбами, равный 0,15;
Изгибающие напряжения в
гранитном блоке
где М – изгибающий
момент посередине пролета вала:
W
– момент сопротивления сечения гранитного блока.
Момент сопротивления
стального сердечника и бетонной заливки между сердечником и гранитом не
учитывают в следствии его малости.
После подстановки
выражений для М и W в формулу
имеем:
Условие прочности
гранитного блока после подстановки σсж и σF
в начальную формулу примет вид:
Условие жесткости
гранитного вала (относительный прогиб вала, то есть отношение прогиба вала
посередине к длине его рабочей части).
где Ег –
модуль упругости гранита, равный (5÷8).1010 МПа;
Jг
– момент сопротивления поперечного сечения гранитного блока
Для определения
наружного и внутреннего диаметра гранитного блока необходимо выполнить
совместно эти два условия.
После подстановки
численных значений
Проведя преобразования
имеем
Пологая
Преобразуя выражение
получаем:
D=1050мм;d=400мм
7.Расчет мощности, потребляемой наиболее
нагруженным прессом. Выбор электродвигателя
Проведем расчет
мощности, потребляемой вторым прессом.
Нагрузка на гранитный
вал от давления прессования:
b=735
см-длина зоны прессования.
Также на гранитный вал
действует собственный вес вала
Равнодействующую от
этих сил определяем графически:
Rтр=390кН
Тяговое усилие,
необходимое для преодоления трения в подшипниках качения гранитного вала:
dц=450
мм- диаметр цапоры гранитного вала;
D=1050
мм – диаметр гранитного вала;
f=0,02
– коэффициент трения в подшипниках.
Тяговое усилие,
необходимое для преодоления трения в подшипниках качения отсасывающего вала:
Как показывает
практика, средняя нагрузка на сукноведущие валики при ширине БДМ 6,72 м составляет 60 кН. Тогда тяговое усилие, необходимое для преодоления трения в подшипниках
качения сукноведущих валиков:
n
– количество валиков.
Площадь соприкосновения
уплотнений с обечайкой отсасывающего вала:
а1=0,032м; а2=0,068м
– ширина уплотнений;
bотс=6,85м
– длина уплотнений.
Тяговое усилие,
необходимое для преодоления трений уплотнений:
f=0,15
– коэффициент трения уплотнений и цилиндра;
Ру=50 кН/м2
– давление уплотнений;
d0=995
мм – внутренний диаметр обечайки.
Суммарное тяговое
усилие:
Т=Тгр+Т0+Тсв+Туп=3,34+7,37+2,18+4,45=17,34кН
Увеличение тягового
усилия при повышении скорости БДМ учитывает коэффициент:
КV=1+0,0004(Vпр-200)=1+0,0004(502-200)=1,12
Возможное увеличение
тягового усилия по сравнению со средним учитывает коэффициент: Км=1,25÷1,3.
Принимаем Км=1,3.
Мощность, потребляемая
вторым прессом:
Vпр=502
м/мин=8,4м/с – скорость по приводу.
Т.к. приводные
гранитный и отсасывающий валы, то мощность одного электродвигателя составит:
кВт
Выбираем
электродвигатель: 4ПФ225
Мощность – 170 кВт
КПД – 89,7%
Частота вращения – 1500
1/мин
8.Выбор и проверка подшипников
отсасывающего вала
По конструктивным
соображениям выбираем подшипники качения №30031/530.
D=780мм;
d=530мм; b=165мм.
Долговечность ПК: [c]=9,0
млн.об.
Нагрузка на один ПК:
Частота вращения
отсасывающего вала:
Приведенная
долговечность:
kK=1
– коэффициент вращения;
kδ=1,2
– коэффициент выгрузки;
kТ=1
– температурный коэффициент;
h=100000час
– потребная долговечность.
Список литературы
1.
Оборудование
ЦБП, Методические указания по выполнению курсовой работы, В.А.Смирнов, ЛТИ ЦБП.
Л.,1990,38 с.
2.
Справочник
механика ЦБП., Пожитков В.И., Калинин М.И., Старец И.С.,-М., Лесная
промышленность, 1983, 552 с.
3.
Бумагоделательные
и отделочные машины., Эйдлин И.Я., .,-М., Лесная промышленность, 1970, 624 с.