Popieriaus mašinų gamybos procese įvairūs ritiniai atlieka nepakeičiamą vaidmenį – nuo ​​drėgnų popieriaus rulonų nusausinimo iki sausų popieriaus rulonų nustatymo. „Karūnėlė“, kaip viena iš pagrindinių popieriaus mašinų ritinių projektavimo technologijų, nepaisant, regis, nedidelio geometrinio skirtumo, tiesiogiai lemia popieriaus kokybės vienodumą ir stabilumą. Šiame straipsnyje bus išsamiai analizuojama popieriaus mašinų ritinių karūnėlės technologija apibrėžimo, veikimo principo, klasifikavimo, pagrindinių projektavimo veiksnių ir priežiūros aspektais, atskleidžiant jos svarbią vertę popieriaus gamyboje.

1. Karūnos apibrėžimas: reikšminga funkcija nedideliais skirtumais

„Crown“ (angl. „Crown“) konkrečiai reiškia specialią geometrinę popieriaus mašinos ritinių struktūrą išilgai ašies. Ritinio korpuso vidurinės srities skersmuo yra šiek tiek didesnis nei galinių sričių, sudarydamas kontūrą, panašų į „juosmens būgną“. Šis skersmens skirtumas paprastai matuojamas mikrometrais (μm), o kai kurių didelių presavimo ritinėlių vainikinė vertė gali siekti net 0,1–0,5 mm.

Pagrindinis rodiklis, vertinant vainikėlio dizainą, yra „vainikėlio vertė“, kuri apskaičiuojama kaip skirtumas tarp didžiausio ritinėlio korpuso skersmens (paprastai ašinės krypties viduryje) ir ritinėlio galų skersmens. Iš esmės vainikėlio dizainas apima šio nedidelio skersmens skirtumo nustatymą, siekiant kompensuoti ritinėlio „vidurinę deformaciją“, kurią sukelia tokie veiksniai kaip jėga ir temperatūros pokyčiai faktinio veikimo metu. Galiausiai pasiekiamas tolygus kontaktinio slėgio pasiskirstymas per visą ritinėlio paviršiaus ir popieriaus juostos (ar kitų kontaktinių komponentų) plotį, taip sukuriant tvirtą pagrindą popieriaus kokybei.

2. Pagrindinės karūnėlės funkcijos: deformacijos kompensavimas ir vienodo slėgio palaikymas

Popieriaus mašinų ritinių veikimo metu deformacija neišvengiama dėl mechaninių apkrovų, temperatūros pokyčių ir kitų veiksnių. Be vainikinės konstrukcijos ši deformacija sukels netolygų ritinėlio paviršiaus ir popieriaus juostos sąlyčio slėgį – „didesnį slėgį abiejuose galuose ir mažesnį slėgį viduryje“ – o tai tiesiogiai sukels rimtų kokybės problemų, tokių kaip netolygus bazinis svoris ir netolygus popieriaus nusausėjimas. Pagrindinė vainikinės konstrukcijos vertė yra aktyvi šių deformacijų kompensacija, kuri konkrečiai atsispindi šiuose aspektuose:

2.1 Ritinio lenkimo deformacijos kompensavimas

Kai veikia popieriaus mašinų šerdies ritiniai, tokie kaip presavimo ir kalandravimo ritiniai, jie turi daryti didelį slėgį popieriaus juostai. Pavyzdžiui, presavimo ritinėlių linijinis slėgis gali siekti 100–500 kN/m. Ritinams, kurių ilgio ir skersmens santykis yra didelis (pvz., plačiajuosčių popieriaus mašinų presavimo ritinėlių ilgis gali būti 8–12 metrų), veikiant slėgiui, viduryje vyksta elastinė deformacija, lenkianti jį žemyn, panašiai kaip „peties poliaus lenkimasis esant apkrovai“. Dėl šios deformacijos tarp ritinėlio galų ir popieriaus juostos susidaro per didelis sąlyčio slėgis, o slėgis viduryje yra nepakankamas. Dėl to popieriaus juosta abiejuose galuose per daug nusausinama (dėl to susidaro didelis sausumo kiekis ir mažas bazinis svoris), o viduryje – per mažai (dėl to susidaro mažas sausumo kiekis ir didelis bazinis svoris).

Tačiau „būgno formos“ karūnėlės konstrukcijos konstrukcija užtikrina, kad po ritinio sulenkimo visas ritinio paviršius išlieka lygiagrečiai liečiasi su popieriaus rulonu, taip užtikrinant tolygų slėgio pasiskirstymą. Tai veiksmingai pašalina lenkimo deformacijos keliamą kokybės riziką.

2.2 Ritinio šiluminės deformacijos kompensavimas

Kai kurie volai, pavyzdžiui, džiovinimo sekcijos kreipiamieji ir kalandravimo volai, eksploatacijos metu patiria šiluminį plėtimąsi dėl sąlyčio su aukštos temperatūros popieriaus rulonais ir garų kaitinimo. Kadangi vidurinė volo korpuso dalis yra labiau įkaitinta (galai yra prijungti prie guolių ir greičiau išsklaido šilumą), jos šiluminis plėtimasis yra didesnis nei galų, todėl susidaro volo korpuso „vidurinis išsipūtimas“. Tokiu atveju įprastos vainikinės konstrukcijos naudojimas dar labiau padidins netolygų kontaktinį slėgį. Todėl reikia suprojektuoti „neigiamą vainikinę dalį“ (kai vidurinės dalies skersmuo yra šiek tiek mažesnis nei galų, dar vadinamą „atvirkštine vainikine“), kad būtų kompensuotas papildomas išsipūtimas, kurį sukelia šiluminis plėtimasis, ir užtikrinti vienodą kontaktinį slėgį ant volo paviršiaus.

2.3 Nelygaus ritininio paviršiaus nusidėvėjimo kompensavimas

Ilgalaikio eksploatavimo metu kai kurie ritinėliai (pvz., preso guminiai ritinėliai) dažniau patiria trintį popieriaus juostos kraštuose (nes popieriaus juostos kraštuose linkę būti priemaišų), todėl galai dyla greičiau nei vidurys. Be vainikinės konstrukcijos, ritinėlio paviršius po susidėvėjimo bus „išsipūtęs viduryje ir įdubęs galuose“, o tai savo ruožtu turi įtakos slėgio pasiskirstymui. Iš anksto nustatant vainikinę dalį, ritinėlio paviršiaus kontūro vienodumas gali būti išlaikytas ankstyvoje susidėvėjimo stadijoje, pailginant ritinėlio tarnavimo laiką ir sumažinant susidėvėjimo sukeltus gamybos svyravimus.

3. Karūnos klasifikacija: techniniai pasirinkimai, pritaikyti skirtingoms darbo sąlygoms

Priklausomai nuo popieriaus mašinos tipo (mažo greičio/didelio greičio, siauro/plataus pločio), ritinėlio funkcijos (presavimas/kalandravimas/kreipimas) ir proceso reikalavimų, vainikėliai gali būti suskirstyti į įvairius tipus. Skirtingi vainikėlių tipai skiriasi konstrukcijos savybėmis, reguliavimo metodais ir taikymo scenarijais, kaip išsamiai pateikta šioje lentelėje:

4. Pagrindiniai karūnėlės dizainą įtakojantys veiksniai: tikslus skaičiavimas, pritaikytas prie gamybos reikalavimų

Karūnėlės vertė nėra nustatoma savavališkai; ją reikia išsamiai apskaičiuoti remiantis valcavimo parametrais ir proceso sąlygomis, kad būtų užtikrintas efektyvus jos veikimas. Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką karūnėlės konstrukcijai, daugiausia yra šie aspektai:

4.1 Ritinio matmenys ir medžiaga

1. Ritinio korpuso ilgis (L)Kuo ilgesnis ritinio korpusas, tuo didesnė lenkimo deformacija esant tam pačiam slėgiui, taigi ir didesnė reikalinga vainikinė vertė. Pavyzdžiui, ilgiems ritiniams plataus popieriaus mašinose reikia didesnės vainikinės vertės nei trumpiems ritiniams siauro popieriaus mašinose, kad būtų kompensuota deformacija.
2. Ritinio korpuso skersmuo (D)Kuo mažesnis ritinio korpuso skersmuo, tuo mažesnis standumas ir tuo labiau ritinys deformuojasi veikiant slėgiui. Todėl reikalinga didesnė vainikinė vertė. Ir atvirkščiai, didesnio skersmens ritiniai yra standesni, todėl vainikinę vertę galima atitinkamai sumažinti.
3. Medžiagos standumasSkirtingos ritinėlių korpusų medžiagos pasižymi skirtingu standumu; pavyzdžiui, plieniniai ritinėliai yra daug standesni nei ketaus ritinėliai. Mažesnio standumo medžiagos, veikiamos slėgio, labiau deformuojasi, todėl reikia didesnio vainiko dydžio.

4.2 Darbinis slėgis (linijinis slėgis)

Ritinėlių, tokių kaip presavimo ir kalandravimo ritinėliai, darbinis slėgis (linijinis slėgis) yra svarbus veiksnys, turintis įtakos vainiko konstrukcijai. Kuo didesnis linijinis slėgis, tuo didesnė ritinėlio korpuso lenkimo deformacija, todėl vainiko vertę reikia atitinkamai padidinti, kad būtų kompensuota deformacija. Jų ryšį galima apytiksliai išreikšti supaprastinta formule: Vainiko vertė H ≈ (P×L³)/(48×E×I), kur P yra linijinis slėgis, L yra ritinėlio ilgis, E yra medžiagos tamprumo modulis, o I yra ritinėlio skerspjūvio inercijos momentas. Pavyzdžiui, pakavimo popieriaus presavimo ritinėlių linijinis slėgis paprastai yra didesnis nei 300 kN/m, todėl atitinkama vainiko vertė turi būti didesnė nei kultūrinio popieriaus presavimo ritinėlių, kurių linijinis slėgis yra mažesnis.

4.3 Mašinos greitis ir popieriaus tipas

1. Mašinos greitisKai veikia didelės spartos popieriaus gamybos mašinos (greitis > 1200 m/min.), popieriaus juosta yra daug jautresnė slėgio vienodumui nei mažos spartos popieriaus gamybos mašinose. Net ir nedideli slėgio svyravimai gali sukelti popieriaus kokybės defektus. Todėl didelės spartos popieriaus gamybos mašinose paprastai naudojama „valdoma karūna“, kad būtų galima realiuoju laiku kompensuoti dinaminę deformaciją ir užtikrinti stabilų slėgį.
2. Popieriaus tipasSkirtingiems popieriaus tipams keliami skirtingi slėgio vienodumo reikalavimai. Servetėlių popierius (pvz., tualetinis popierius, kurio bazinis svoris 10–20 g/m²) yra mažo bazinio svorio ir itin jautrus slėgio svyravimams, todėl jam reikalingas didelio tikslumo vainikėlių dizainas. Tuo tarpu storas popierius (pvz., kartonas, kurio bazinis svoris 150–400 g/m²) labiau atlaiko slėgio svyravimus, todėl vainikėlių tikslumo reikalavimus galima atitinkamai sumažinti.

5. Dažnos karūnėlių problemos ir priežiūra: savalaikė patikra siekiant užtikrinti stabilią gamybą

Netinkamas vainikėlio dizainas arba netinkama priežiūra tiesiogiai paveiks popieriaus kokybę ir sukels daugybę gamybos problemų. Dažniausios vainikėlių problemos ir atitinkamos priemonės yra šios:

5.1 Pernelyg didelė karūnos vertė

Per didelis vainiko plotis sukelia per didelį slėgį ritinio paviršiaus viduryje, todėl popierius yra mažas bazinis svoris ir labai sausas viduryje. Sunkiais atvejais tai gali netgi sukelti „sutraiškymą“ (pluošto lūžimą), o tai turi įtakos popieriaus stiprumui ir išvaizdai.

Atsakomosios priemonėsFiksuoto vainikavimo ritinėliams, naudojamiems mažo greičio popieriaus gamybos mašinose, būtina pakeisti ritinėlius atitinkamo vainikavimo verte. Didelio greičio popieriaus gamybos mašinose valdomo vainikavimo ritinėliams hidraulinį arba pneumatinį slėgį galima sumažinti naudojant valdomą vainikavimo sistemą, kad vainikavimo vertė sumažėtų, kol slėgio pasiskirstymas taps tolygus.

5.2 Pernelyg maža karūnos vertė

Pernelyg mažas vainiko plotis lemia nepakankamą slėgį ritinio paviršiaus viduryje, todėl popierius nepakankamai nusausinamas viduryje, sumažėja sausumo lygis, padidėja bazinis svoris ir atsiranda kokybės defektų, tokių kaip „šlapios dėmės“. Tuo pačiu metu tai gali turėti įtakos ir vėlesnio džiovinimo proceso efektyvumui.

Atsakomosios priemonėsFiksuoto vainikėlio ritiniams reikia iš naujo apdoroti ritinėlio korpusą, kad padidėtų vainikėlio vertė. Valdomo vainikėlio ritiniams galima padidinti hidraulinį arba pneumatinį slėgį, kad būtų padidinta vainikėlio vertė, užtikrinant, kad slėgis viduryje atitiktų proceso reikalavimus.

5.3 Netolygus vainiko kontūro nusidėvėjimas

Po ilgalaikio naudojimo ritinio paviršius susidėvi. Jei susidėvėjimas netolygus, ritinio viršūnės kontūras deformuojasi ir ant jo atsiranda „nelygių dėmių“. Dėl to ant popieriaus atsiranda defektų, tokių kaip „juostos“ ir „įdubimai“, kurie labai pablogina popieriaus išvaizdą.

Atsakomosios priemonėsReguliariai tikrinkite volo paviršių. Kai susidėvėjimas pasiekia tam tikrą lygį, laiku nušlifuokite ir suremontuokite volo paviršių (pvz., peršlifuokite preso guminių volelių vainiko kontūrą), kad atkurtumėte normalią vainiko formą ir dydį ir išvengtumėte per didelio susidėvėjimo, kuris paveiktų gamybą.

6. Išvada

Nors ir atrodo subtili, bet labai svarbi technologija, popieriaus mašinų ritinėlių vainikėliai yra pagrindas, užtikrinantis vienodą popieriaus kokybę. Nuo fiksuotų vainikėlių mažo greičio popieriaus mašinose iki valdomų vainikėlių greitaeigėse, plataus pločio popieriaus mašinose, nuolatinis vainikėlių technologijos tobulinimas visada buvo sutelktas į pagrindinį tikslą – „kompensuoti deformaciją ir pasiekti vienodą slėgį“, prisitaikant prie skirtingų popieriaus gamybos darbo sąlygų poreikių. Protingas vainikėlių dizainas ne tik išsprendžia tokias kokybės problemas kaip netolygus popieriaus bazinis svoris ir prastas nusausinimas, bet ir pagerina popieriaus mašinų veikimo efektyvumą (sumažina popieriaus trūkių skaičių) ir sumažina energijos suvartojimą (išvengiant perdžiovinimo). Tai nepakeičiama pagrindinė techninė pagalba plėtojant popieriaus pramonę siekiant „aukštos kokybės, didelio efektyvumo ir mažo energijos suvartojimo“. Ateityje popieriaus gamyboje, nuolat gerinant įrangos tikslumą ir nuolat optimizuojant procesus, vainikėlių technologija taps tobulesnė ir išmanesnė, labiau prisidėdama prie aukštos kokybės popieriaus pramonės plėtros.