敞開式流漿箱試驗(yàn)與設(shè)計(jì)DOC

1、中國造紙學(xué)會機(jī)構(gòu)設(shè)備專業(yè)委員會二屆一次大會論文論文題目：敞開式流漿箱試驗(yàn)與設(shè)計(jì)作 者：林美嬋 孫朝陽 柴伯賢 朱金林 劉 悅 孫信根 江美嬡單 位：輕工業(yè)部杭州輕工機(jī)械設(shè)計(jì)研究所本文執(zhí)筆：林美嬋校 閱：張展鶴 馬伯龍一九九年十月敞開式流漿箱試驗(yàn)與設(shè)計(jì)一、前言造紙機(jī)流漿箱是造紙的關(guān)鍵設(shè)備，不同的紙機(jī)類型，不同的原料、不同的抄造工藝其流漿箱的型式、箱體尺寸及結(jié)構(gòu)往往是不同的，沒有一臺流漿箱能適應(yīng)所有的紙種及車速。在造紙技術(shù)先進(jìn)的國家中，流漿箱的設(shè)計(jì)是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，而我國流漿箱設(shè)計(jì)長期以來大多數(shù)只停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，因此當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)問題時，往往束手無策，難以分析原因。我所從事造紙機(jī)設(shè)計(jì)幾十年，

2、深感設(shè)計(jì)流漿箱必須有試驗(yàn)手段，因此從85年開始就著手籌建流漿箱試驗(yàn)室，配備較為完善的試驗(yàn)系統(tǒng)和測試手段。目前已初具試驗(yàn)?zāi)芰Σ㈤_始為流漿箱的設(shè)計(jì)服務(wù)。 今年，我所受黑龍江省加南造紙廠和上海輕機(jī)二廠的委托為門幅為1092mm紙袋紙機(jī)設(shè)計(jì)一臺流漿箱，要求紙機(jī)的設(shè)計(jì)車速范圍為120-200m/min，工作車速范圍為150-180m/min，原料為東北落葉松未漂硫酸鹽木漿、成漿叩解度23-25SR、纖維平均長度1.9-2mm，成紙定量80g/m2、上網(wǎng)濃度0.35%。用戶要求提供流漿箱操作說明指導(dǎo)，以抄造勻度好、橫幅定量差小，并達(dá)到各種物理性能的水泥袋紙。 為了滿足用戶的要求，我們決定采用試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3、相結(jié)合的辦法，并根據(jù)用戶的工藝要求首先按經(jīng)驗(yàn)資料提出了流漿箱的設(shè)計(jì)方案再通過模型試驗(yàn)以驗(yàn)證和修改方案；在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上由紙廠、制造廠和設(shè)計(jì)單位共同商議，最后確定正式設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)計(jì)方法，大家都感到滿意。 二、方案設(shè)計(jì)與試驗(yàn)?zāi)康模?1、根據(jù)用戶的要求和原料特性，初步確定選用平底敞開式勻漿輥流漿箱。針對袋紙?jiān)侠w維長、叩解度低、上網(wǎng)濃度低、流量大的特點(diǎn)，為使布漿均勻、穩(wěn)定及懸浮體中的纖維分散良好、布漿順采用單程方錐總管進(jìn)漿、臺階擴(kuò)散管束布漿。勻整區(qū)內(nèi)備有二根開孔率不同的勻漿輥和高度尺寸不同隔板。唇口區(qū)噴咀采用斂唇式和結(jié)合式。 模似試驗(yàn)?zāi)Ｐ推浣孛娉叽缗c設(shè)計(jì)方案的尺寸基本相同，寬度取300mm左右。

4、2、模型的技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu) a. 主要技術(shù)參數(shù) 紙種：水泥袋紙 漿料：100%未漂硫酸鹽木漿 成漿叩解度：23-25SR 上網(wǎng)漿料濃度：0.35% 紙機(jī)工作車速：150-180m/min 設(shè)計(jì)車速： 120-200 m/min 成紙定量： 80g/m2 b. 模型主要結(jié)構(gòu)： 模型箱體材料全部采用有機(jī)玻璃，以便于觀察各元件運(yùn)轉(zhuǎn)情況和流漿箱漿坑內(nèi)懸浮體的流態(tài)。漿坑中部配有組合隔板，可根據(jù)不同試驗(yàn)要求交換隔板總高度，并可調(diào)節(jié)隔板與箱體低面之間的間隔、讓漿流從隔板底下通過，也可以從隔板上翻越，還可以將隔板全部拆掉。 箱體前墻有溢流口，并有閥門可調(diào)節(jié)溢流口開啟度。 模型由三個主要部分組成： a、布漿區(qū) 采

5、用單程方錐總管進(jìn)漿、臺階擴(kuò)散管束布漿。 進(jìn)漿總管配有回流、進(jìn)漿量和回流量均由電磁流量計(jì)準(zhǔn)確控制。 臺階擴(kuò)散管束材質(zhì)為有機(jī)玻璃，分三段直徑分別為20mm、26mm、35mm總長度為280mm。 b. 勻整區(qū) 由兩根直徑相同、開孔率不同的勻漿輥組成，其中：喉輥159mm、輥面孔徑20、開孔率33%，閘輥159mm、輥面孔徑20、開孔率45%，勻漿輥轉(zhuǎn)速17.22r/min。 c. 唇板區(qū) 噴漿口采用斂唇式和結(jié)合式兩種，唇口開啟度可調(diào)節(jié)，本次試驗(yàn)根據(jù)工藝計(jì)算分別采用22mm和20mm。圖1 6781、方錐管；2、臺階擴(kuò)散管束；3、喉部勻漿輥（喉輥）；4、后墻溢流口；5、隔板；6、前墻溢流口；7、唇部

6、勻漿輥（閘輥）；8、唇板圖1為模型的簡圖。3試驗(yàn)?zāi)康模篴 選擇最佳的整流元件組合。b 觀察各種流態(tài)、測定箱體內(nèi)各部流速分布、確定最合適的箱體流道尺寸。c 求出準(zhǔn)確的車速與漿位高度關(guān)系；亦即驗(yàn)證測取噴漿口有關(guān)系數(shù)的值。d 檢查箱體各部有否掛漿。 三、試驗(yàn)內(nèi)容和測試方法 1、試驗(yàn)流程 由于這次試驗(yàn)是用加南造紙廠提供的未漂硫酸鹽木漿漿板，漿料潔凈度較好，不必再經(jīng)除砂和篩選，所以我們用較簡單的流送過程，具體表示如下： 漿板 打漿機(jī) 成漿池1#、2# 送漿泵 高位箱 閘板閥 溢 流 進(jìn)漿電磁流量計(jì) 球閥 流漿箱方錐管 流漿箱體 漿槽 漿池 回流（1#、2#） 漿料回收 說明： 本系統(tǒng)最大供漿量為200m

7、3/h，本次試驗(yàn)所需最大供漿量為116m3/h。 本系統(tǒng)高位箱液面至流漿箱噴口底面高度為5.5m，本次試驗(yàn)所需高度為5.3m。 流漿箱進(jìn)漿和錐管回流量均由電磁流量計(jì)準(zhǔn)確控制，其讀數(shù)自動顯示。 2、測試方法 漿料流速的測定是采用我所研制的紙漿流速測定儀。它由傳感器和計(jì)算機(jī)組成。傳感器為應(yīng)變片式，所測得的信號放大后經(jīng)計(jì)算機(jī)測量、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算、顯示和打印，要以直接讀出測定點(diǎn)的瞬時流速（m/s）。傳感器按不同的實(shí)驗(yàn)條件選取，每個傳感器均經(jīng)我所標(biāo)定裝置精確標(biāo)定。 3、試驗(yàn)方案 根據(jù)工藝要求、設(shè)計(jì)需要，通過選配不同的勻整元件定出四種試驗(yàn)方案。每一種方案均經(jīng)三檔車速（與之相應(yīng)的三檔水位）運(yùn)行、觀察流態(tài)、測

8、定有關(guān)部位的流速分布，經(jīng)分析比較后選取其中一種為最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)。 勻整元件組合的四種方案 、 臺階擴(kuò)散管束+159喉輥+159閘輥 、 臺階擴(kuò)散管束+159喉輥+隔板+159閘輥 、 臺階擴(kuò)散管束+隔板+159閘輥 、 臺階擴(kuò)散管束+159閘輥 當(dāng)試驗(yàn)選定其中較為理想的一組時，再試驗(yàn)組合唇板效果。 試驗(yàn)時三檔運(yùn)行車速的選定是針對工藝要求的工作車速選取的數(shù)值，分別為括號所示：流漿箱漿坑漿位高（mm）（626），（508），（353），264，225。 理論相應(yīng)車速（m/min）200，180，150，130，120。 其中120 m/min車速僅作流態(tài)觀察，不進(jìn)行測定。 4、測試位置 因這次試

9、驗(yàn)著重探討喉輥和漿坑隔板的作用以及驗(yàn)證噴咀長度是否合適。因此測試傳感器主要放在與此有關(guān)的部位。具體安排如圖2所示。 號測桿：橫向（X向）插入，測點(diǎn)固定在喉輥旁，靠近箱體中心。號測桿：靠近流漿箱漿坑隔板處，測定該處橫切面上Z向（豎向）速度分布和橫向（X向）速度分布。號測桿：靠近噴咀出口處、測定噴咀的X向（橫向）速度分布。5、測試要求 a. 要求繪出號測桿的豎向（Z向）速度分布曲線、測點(diǎn)從箱底面開始每隔50mm為一測點(diǎn)。 b. 要求繪出號測桿、號測桿的橫向（X向）速度分布曲線，漿流橫向速度分布均勻程度采用相對均方根偏差T%來表示，T值愈小，表示速度分布愈均勻。 式中： 速度分布曲線上各點(diǎn)時均速度的

10、均方誤差； 平均速度（X方向）； 點(diǎn)時均速度（X方向）； ； n 速度分布曲線上的測量點(diǎn)數(shù)。 本次試驗(yàn)用七點(diǎn) 四、試驗(yàn)情況分析 由于這次試驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)比較多，本文不可能全部列出。為了闡述方便，本文僅列出漿坑漿位高h(yuǎn)為510mm（相當(dāng)唇口的理論噴速為180m/min）時的四種組合方案的流態(tài)和測試情況，詳見附錄。 附錄中圖3所示為兩勻漿輥，沒有用漿坑隔板時的流態(tài)（即第方案流態(tài)）。 這種組合方案的流態(tài)表明，箱體內(nèi)橫向（X向）和縱向（Y向）的液位都比較穩(wěn)定（波動為±5mm左右）。漿料從臺階擴(kuò)散管束噴出后一部分沿后墻上升流向前墻，然后沿前墻垂直進(jìn)入唇口勻漿輥；另一部分沿箱底流向閘輥進(jìn)入噴咀，基

11、本呈正向流動（無逆向流動）。在這個區(qū)域內(nèi)漿料懸浮分散均勻，漿流沒有大的渦流、回流、氣泡。但在箱體的中部仍有一個輕度的混流區(qū)，仔細(xì)觀察可看到纖維在此區(qū)內(nèi)分散程度較差，漿流方向有些亂。造成這個現(xiàn)象是由于通過喉輥出來的漿流流速逐漸降低與由閘輥攪動的并從前墻碰撞反回的漿流相混而產(chǎn)生的。漿流通過喉輥時所產(chǎn)生的波跡在一定距離起作用，如果兩勻漿輥距離過大，則喉輥和閘輥之間的混流區(qū)域?qū)⒃龃?。這次試驗(yàn)通過對混流區(qū)尺寸的測定為以后方案設(shè)計(jì)提供二個勻漿輥合理的中心距尺寸。 圖4、圖5為在二勻漿輥中間加隔板（即第方案）時的流態(tài)。隔板的加入使?jié){坑內(nèi)的漿流形成二個大渦旋，正向流速區(qū)域減小、混流區(qū)域加大、液面波動較大（約相

12、差50mm），尤其是唇口區(qū)的漿流基本處于混流狀態(tài)。 圖4所示的漿流從隔板上面翻越，使堰池液面呈馬鞍形、漿位極不穩(wěn)定，尤其在前堰池不僅液面不穩(wěn)而且有許多大氣泡，不時有氣泡進(jìn)入噴咀區(qū)，因翻越隔板的漿流如同瀑布傾瀉沖擊前堰池的液面使?jié){流卷入大量空氣并由于漿流在隔板處急驟轉(zhuǎn)彎在板壁產(chǎn)生一個真空區(qū)形成一個P形的漿料滯流區(qū)，這對上網(wǎng)的漿流是很不利的。 圖5所示漿流從隔板下面通過，也使堰池的漿流形成二個混流區(qū)，并由于漿流通過隔板底部縫隙時速度加大，使前漿坑漿位比后漿坑低，從而造成前漿坑液位不平衡（但比圖4的要好的多）。這對上網(wǎng)的漿流也是不利的。 圖6、圖7均為取消喉輥時漿流的流態(tài)。漿坑內(nèi)的Y方向和X方向液位

13、都非常不穩(wěn)定，靠近后墻的漿流似泉涌，液面有明顯的橫流現(xiàn)象。圖6為加隔板時的流態(tài)、缺點(diǎn)與圖4、圖5的流態(tài)相似。 圖7所示為不加隔板時的漿流流態(tài)，液面不僅僅波動很大，后墻的漿流似泉涌往上冒，而且在前墻板處有螺旋狀旋渦，有時會把空氣卷入噴咀區(qū)內(nèi)噴出去。漿坑基本呈混流狀態(tài)。這些現(xiàn)象說明在本試驗(yàn)的條件下喉輥不能去掉。因?yàn)樗啻垵{流濃度低、流量大，雖經(jīng)臺階管束消能，但出口流束仍較大，不能沒有喉輥的阻力勻整作用。 觀察比較以上的流態(tài)后，我們認(rèn)為第種方案的流態(tài)最好、纖維的分散程度也較好、前漿坑漿位穩(wěn)定，從而保證了噴出漿流的均勻穩(wěn)定。 從測試情況來看也是第種方案的速度分布較好，尤其中噴咀的漿速橫向分布較平直，

14、T值最小。 勻漿輥露出液面好還是淹沒在液面下好，這個問題在造紙界有不同看法，為了探索這個問題，試驗(yàn)中曾把漿位降到稍低于勻漿輥輥面進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)在靠近勻漿輥入口處的上唇板附近不時有氣泡產(chǎn)生。這說明勻漿輥露出液面時會因勻漿輥的轉(zhuǎn)動而把氣相的空氣泵入漿流中，當(dāng)勻漿輥全淹沒在液面下時，就沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象了。 比較高漿位和低漿位運(yùn)行情況，可以看到四種方案都顯示出低漿位運(yùn)行時流態(tài)比高漿位好，尤其第種方案，漿位高度在300mm時，堰池的漿流基本呈正向流動狀態(tài)、纖維分散也較好，漿位愈高、混流區(qū)愈大，當(dāng)漿位超過650mm（約合車速200m/min）混流現(xiàn)象就很嚴(yán)重，尤其當(dāng)前墻沒有溢流時，前漿坑漿位顯得不穩(wěn)并帶

15、有微細(xì)的泡沫。 流漿箱噴咀長度（本文定義為從閘輥中心線至上唇板唇緣的距離）是否合理是紙幅成形好壞的一個重要因素。噴咀長度與勻漿輥尺寸與流量有關(guān)。這次試驗(yàn)由于沒有試驗(yàn)紙機(jī)，因而不能從成紙看出成形結(jié)果，但觀察結(jié)果說明唇口噴出的漿流波跡較微細(xì)，測試出的速度分布曲線較平直，說明設(shè)計(jì)方案所選用的噴咀長度在合適范圍內(nèi)。 試驗(yàn)表明，雖經(jīng)過多次連續(xù)運(yùn)行（每次四小時以上）箱體內(nèi)和臺階管束等均無掛漿附漿現(xiàn)象，說明箱體的形狀和管束的尺寸、材質(zhì)的選用是合理的。 通過試驗(yàn)也驗(yàn)證了我們選用的噴速阻力系數(shù)偏大，這個數(shù)值隨箱體布漿元件、阻力元件、箱體尺寸以及漿料的不同而不同，亦即克服阻力損失所需的總壓頭隨不同條件而變化。 五

16、、結(jié)束語 我所這次流漿箱的試驗(yàn)與設(shè)計(jì)雖是剛剛起步、試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)不足、試驗(yàn)手段和裝備還不夠完善、試驗(yàn)的完備程度也不夠，但已能說明流漿箱的設(shè)計(jì)必須與模擬試驗(yàn)相結(jié)合。通過試驗(yàn)幫助設(shè)計(jì)人員選擇較為正確的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，便設(shè)計(jì)出的流漿箱性能更為接近要求，也只有通過試驗(yàn)才能幫助用戶正確操作使用流漿箱以抄造出良好的紙。因此今后設(shè)計(jì)流漿箱必須結(jié)合試驗(yàn)，只有這樣才能“量體裁衣“，設(shè)計(jì)出符合造紙工藝要求的流漿箱。附 錄圖 3方案（兩勻漿輥，無隔板） 模擬車速 180m/min，相應(yīng)漿位高510mm。漿流情況記錄液面穩(wěn)定、波動 ±5mm、漿流基本上是正向流動、漿坑中間有一輕微的混流區(qū)。圖3 測試數(shù)據(jù)及速

17、度分布圖3 測 試 數(shù) 據(jù) 及 速 度 分 布號測桿i m/s0.27號桿豎向速度分布號測桿 m/s0.23T %4.26X向速度分布號測桿 m/s2.784T %0.68X向速度分布方案（兩勻漿輥，中間加隔板） 模擬車速 180m/min，相應(yīng)漿位高510mm，隔板高 410mm。漿流情況記錄隔板靠近底部，漿流向上翻越， 隔板離底部100mm,漿流從下面前漿坑液位呈馬鞍形并有氣泡， 過，前漿坑液位不穩(wěn)，前漿坑基隔板后有P形滯流區(qū)。 本處于混流狀態(tài)。圖5 測試數(shù)據(jù)及速度分布圖5 測 試 數(shù) 據(jù) 及 速 度 分 布號測桿i m/s0.342號桿豎向速度分布號測桿 m/s0.273T %22.89X向速度分布號測桿 m/s2.45T %0.98X向速度分布方案（無吼輥加隔板） 模擬車速 180m/min，隔板高 410mm。漿流情況記錄后墻漿面似潮涌，液面很不穩(wěn)定，前漿坑液面不穩(wěn)定，隔板后