錐形除渣器的設(shè)計(jì)

錐形除渣器的設(shè)計(jì)概述在制漿生產(chǎn)的過(guò)程中，由于原料及化學(xué)藥品混有粒狀雜質(zhì)，不僅直接影響紙漿或紙張的成品質(zhì)量，而且損壞設(shè)備，妨礙生產(chǎn)正常進(jìn)行。因此，紙漿料必須經(jīng)過(guò)除渣凈化處理，以滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)的需要。紙漿的除渣凈化是根據(jù)紙漿中雜質(zhì)與纖維之間密度的不同，利用離心分離的原理，使密度較大的雜質(zhì)在離心力的作用下與纖維分離的過(guò)程。錐形除渣器是目前廣泛應(yīng)用的紙漿除渣凈化設(shè)備。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)件，單位產(chǎn)能能耗少，設(shè)備占地面積小。由于它在除雜質(zhì)方面的獨(dú)特功用，可以說(shuō)沒(méi)有哪一個(gè)紙廠不采用除渣器的。特別在廢紙?zhí)幚砹鞒讨?，更顯示出錐形除渣器的重要作用錐形除渣器的發(fā)展和應(yīng)用離心式除渣器發(fā)明于1891年，1906年首次用于造紙業(yè)。1950年以后，在造紙業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。除渣器自20世紀(jì)90年代以來(lái)，結(jié)構(gòu)本身沒(méi)有太大的變化，不少公司致力于進(jìn)漿口、良漿和排渣口的改進(jìn)。筒體直徑減小些，筒身加長(zhǎng)一些，調(diào)整筒體長(zhǎng)度/直徑的適當(dāng)比例，相應(yīng)延長(zhǎng)紙漿在筒體內(nèi)的停留時(shí)間，提高纖維與雜質(zhì)的分高效率是當(dāng)今除渣器改進(jìn)的重點(diǎn)。廢紙中的廢雜質(zhì)大致可分為以下3個(gè)方面：①密度或相對(duì)密度大于水（金屬、玻璃塊、碎石等）的廢雜質(zhì)或小于水（如泡沫塑料等）的廢雜質(zhì)，可以用除渣器來(lái)去除。而相對(duì)密度與水十分接近的膠黏物等雜質(zhì)就很難用除渣器來(lái)去除。②尺寸范圍大，大到8-10mm，小至5urn或更小一些，都可以用除渣器來(lái)去除。③變形性的廢雜質(zhì)如膠黏物等雜質(zhì)。這類(lèi)雜質(zhì)由于會(huì)受力變形，易于通過(guò)篩孔或篩縫開(kāi)口，但只要它們的密度與水有足夠的差異，同時(shí)粒度大小在除渣器的去除范圍，仍可以用除渣器來(lái)去除。除渣器按去除廢雜質(zhì)的不同，可分為：正向除渣器、逆向除渣器、通流式除渣器、輕、重雜質(zhì)除渣器。正向除渣器又名重雜質(zhì)除渣器，能有效去除相對(duì)密度較大的廢雜質(zhì)，如碎石、玻璃塊、沙粒、銷(xiāo)釘、螺絲釘、訂書(shū)針、金屬薄片等。這種重雜質(zhì)除渣器在國(guó)內(nèi)外廢紙制漿生產(chǎn)線很常用，有時(shí)甚至是必不可少的凈化設(shè)備。當(dāng)漿料從切線方向以特定角度從進(jìn)漿口向下進(jìn)入重質(zhì)除渣器頂部時(shí)，漿流即產(chǎn)生了渦旋，漿料沿筒體內(nèi)壁以螺旋線方式向排渣口方向移動(dòng)。漿流的渦旋生成離心力，使密度比水重的雜質(zhì)被拋向筒體內(nèi)壁，如（碎石、金屬塊等，這些重雜質(zhì)下沉從下錐口排入沉渣室，至排渣口則移向渦旋的芯部，并沿中心旋轉(zhuǎn)向上運(yùn)動(dòng)，從頂部出漿口排出。逆向除渣器，是一種新型的除輕雜質(zhì)的凈化設(shè)備，其結(jié)構(gòu)原理與重雜質(zhì)除渣器相仿，但在使用上卻與重雜質(zhì)除渣器相反。良漿從錐形底部排出，比纖維輕的雜質(zhì)則從上部中心管排出，目的在于除去漿中比纖維輕的雜質(zhì)，如苯乙烯、聚乙烯碎片、蠟、油脂、模壓塑料等輕雜質(zhì)。通流式除渣器，是變換型的逆向除渣器，它與逆向除渣器不同之處在于沒(méi)有向上的溢流口，同時(shí)粗渣排放量要低得多。輕重雜質(zhì)除渣器，是正向除渣器和逆向除渣器的混合產(chǎn)物。除渣器的頂部有2個(gè)同心的渦旋出漿管。重雜質(zhì)與正向除渣器相同，從除渣器的底部排出，纖維和輕雜質(zhì)從外渦旋轉(zhuǎn)入內(nèi)渦旋，升至除渣器上部后，輕雜質(zhì)從中心管排出，良漿則從2同心套管的環(huán)狀空間排出。當(dāng)今國(guó)外幾家知名公司生產(chǎn)的不同類(lèi)型錐形除渣器，各有千秋。在國(guó)內(nèi)，輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院通過(guò)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)以及幾代技術(shù)人員的努力，已設(shè)計(jì)出系列化的錐形除渣器，以適應(yīng)不同的漿料。影響除渣器凈化效果的主要因素除渣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但要設(shè)計(jì)好一套分離效率高的除渣器卻很難，因?yàn)橛绊懗鞒实膮?shù)很多，筆者就本人近幾年在除渣器的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行理論探討。下面主要對(duì)正向除渣器作理論分析，其它類(lèi)型除渣器原理相通。除渣器的幾何形狀尺寸分析，除渣器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要是除渣器的幾何形狀。眾所周知，流體在渦旋運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心力的大小，是與流體的重量以及運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比，而與渦旋運(yùn)動(dòng)的半徑成反比。公式如下F=GV2/gR其中：F——離心力；G——流體重量；R——渦旋半徑；V——運(yùn)動(dòng)體的圓周速度；g——重力加速度。渦旋半徑越小，離心力越大。采用錐形結(jié)構(gòu)，雖然筒體內(nèi)壁摩擦阻力會(huì)降低運(yùn)動(dòng)速度，但因渦旋半徑漸漸縮小，仍可以保證在除渣器維持相對(duì)穩(wěn)定的離心力，從而促進(jìn)除渣器的除砂和除渣作用。1）頂端直徑漿料在除渣器中渦旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力的大小，是與渦旋半徑成反比，因此從理論上來(lái)說(shuō)，除渣器直徑越小，其效率就越高。但直徑小于一定范圍也會(huì)產(chǎn)生一些實(shí)際問(wèn)題，例如進(jìn)漿口、良漿出口、粗渣排放口的開(kāi)口也會(huì)相應(yīng)變小，從而易于產(chǎn)生堵塞，較高的離心力也會(huì)使粗渣濃縮并增加堵塞的危險(xiǎn)。同時(shí)較小的除渣器單個(gè)通過(guò)量較小，壓力降較大因而需要配置較多的除渣器，動(dòng)力消耗增大。為了節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用，紙廠更多傾向于采用直徑稍大的除渣器。通?？筛鶕?jù)紙廠的產(chǎn)能，采用不同的除渣器規(guī)格、筒體尺寸。2）進(jìn)漿口尺寸漿料在除渣器中渦旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力的大小，是與回轉(zhuǎn)速度成正比。因此進(jìn)漿口的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在盡量減小湍動(dòng)和壓力降損失的前提下使回轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大值。通常設(shè)計(jì)成矩形以使整個(gè)漿流緊貼除渣器內(nèi)壁進(jìn)入。較大規(guī)格的除渣器相應(yīng)有較大的進(jìn)漿口。3）筒體長(zhǎng)度必須有足夠的筒體長(zhǎng)度，以保證紙漿在進(jìn)入分離區(qū)前有足夠的停留時(shí)間以形成穩(wěn)定的渦旋。過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短都會(huì)使渦旋流動(dòng)變得不穩(wěn)定而影響除渣效率。4）錐體角度假定筒體錐形壁上有一個(gè)塵埃粒子，這樣一個(gè)塵埃粒子環(huán)繞除渣器軸線旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個(gè)作用于錐形壁上水平方向的離心力F,而離心力F有一個(gè)沿壁面向上的分力Fw,阻止粒子沿內(nèi)壁往錐體的下部沉降。所以錐角增大，錐壁對(duì)粒子向上托的力也越大；反之，如錐角減小，粒子下沉的可能性就越大，相應(yīng)漿料排渣就越大。但考慮到錐體內(nèi)壁的摩擦阻力，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)錐體角度必須做一定的修正。5）出漿管出漿管的直徑及其伸人渦旋區(qū)的深度也影響除渣效率。如出漿管口徑過(guò)大時(shí)，良漿涌出暢通，漿料進(jìn)入錐體下部的量相應(yīng)減少。出漿管口徑過(guò)小時(shí)，內(nèi)渦旋的漿流不能完全暢通地通過(guò)出漿管，就會(huì)產(chǎn)生大量的再循環(huán)，影響生產(chǎn)能力。但少量的再循環(huán)還是必要的，因?yàn)樗杀芡煤蜏p少進(jìn)漿漿流對(duì)良漿漿流的影響，相應(yīng)進(jìn)、出漿管口徑的協(xié)調(diào)也是很重要的。出漿管伸入渦旋區(qū)的深度決定著漿料向“低壓帶”集中的開(kāi)始位置。伸入太淺時(shí)，一部分漿料在進(jìn)入除渣器后，很快就進(jìn)入出漿口，這樣對(duì)雜質(zhì)的分離是不利的。伸入太長(zhǎng)時(shí)，因增加管內(nèi)表面積而增加壓力降，所以注意出漿管伸入渦旋區(qū)的深度。6）錐體長(zhǎng)度漿料在除渣器內(nèi)做內(nèi)渦旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，要使塵埃粒子與纖維盡可能分離完善，必須使距錐簡(jiǎn)內(nèi)壁最遠(yuǎn)的塵埃粒子（靠近中心）沉降至錐筒的內(nèi)壁面上，則需要一定的停留時(shí)間，因此要使塵埃得到良好的分離（即除渣率高），需要一定的錐體長(zhǎng)度。但錐體過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)分離雜質(zhì)所需要的長(zhǎng)度也無(wú)必要，甚至?xí)a(chǎn)生相反的效果，因?yàn)?，漿料在旋渦運(yùn)動(dòng)的停留時(shí)間增加，這樣會(huì)造成水力能量的損失，造成渦旋中心較低的速度，致使除渣效率下降；反之，錐體過(guò)短，漿料做內(nèi)渦旋運(yùn)動(dòng)的停留時(shí)間不足，除渣率低。7）除渣出口除渣出口直徑的大小，也影響除渣效率。出口直徑大小，導(dǎo)致出口堵塞，會(huì)使粗渣被良漿漿流帶走，出口直徑太大，則除渣率太高，造成纖維流失。綜上所述，應(yīng)綜合考慮以上各種因素，選擇合適的的除渣凈化設(shè)備。除渣器的工藝參數(shù)1）進(jìn)漿濃度當(dāng)壓差一定時(shí)，凈化效率隨著進(jìn)漿濃度的增加而下降。因?yàn)闈舛仍黾樱垵{中纖維會(huì)干擾塵埃粒子的順利移動(dòng)，使它不能很快移向器壁與粗渣流匯合。此外進(jìn)漿濃度增加，排渣濃度也增加，纖維流失隨之增大。但進(jìn)漿濃度太低，則設(shè)備產(chǎn)能下降，效率降低，能耗增大，所以必須選擇合適的進(jìn)漿濃度。2）壓力差壓力差是指進(jìn)漿壓力和出漿（良漿）壓力之差，它是漿流產(chǎn)生渦旋運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力，因而是影響除渣器凈化效率的主要因素之一。若其它條件不變，增大壓差，對(duì)漿流的離心力增加，從而提高了除渣凈化效率；但壓差太大，會(huì)產(chǎn)生過(guò)度的渦旋流，破壞穩(wěn)定的漿流態(tài)，也會(huì)增加動(dòng)力消耗。3）通過(guò)量每種規(guī)格的除渣器都有其額定的生產(chǎn)能力。凈化系統(tǒng)中每段除渣器的個(gè)數(shù)就是根據(jù)每個(gè)除渣器的能力確定的。一般要求除渣器盡能在滿(mǎn)載情況下運(yùn)行。單個(gè)通過(guò)量過(guò)小，表明設(shè)備所需個(gè)數(shù)過(guò)多，動(dòng)力消耗大，但單個(gè)通過(guò)量過(guò)大，則會(huì)降低除渣效率，增加纖維流失，所以必須選擇合適規(guī)格的除渣器。4）排渣率過(guò)低的排渣率會(huì)使塵埃粒子等雜質(zhì)被良漿帶走，降低凈化效率，排渣高，將不得不增加除渣器段數(shù)，以減少纖維流失。除渣器的排渣形式除渣器的排渣形式有間歇式和連續(xù)式2種。不論是自動(dòng)排渣還是手動(dòng)排渣，均帶有必須的鋼結(jié)構(gòu)支撐和支架。自動(dòng)排渣的除渣器還可以安裝在任何方便的高度上，或?qū)⑴旁抑糜跇窍露阎黧w直接安裝在樓面上，粗渣可排入地面上或地面下的槽或容器之內(nèi)。自動(dòng)排渣系統(tǒng)由2個(gè)安裝在一特殊粗渣室2端的氣動(dòng)閥門(mén)和輔助閥門(mén)等組成，帶一套時(shí)間程序控制。當(dāng)排渣周期開(kāi)始時(shí)，每一步驟在另一步驟開(kāi)始前都會(huì)得到正面的肯定。如這一步驟的完成在預(yù)定程序的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到確認(rèn)時(shí)，警報(bào)器會(huì)響起，而排渣周期將中斷。在一個(gè)閥門(mén)未完全關(guān)閉之前，任何情況下在沒(méi)有得到確認(rèn)前，另一閥門(mén)不會(huì)開(kāi)啟，這表明大量紙漿滲漏至粗渣室的情況不可能發(fā)生。其除渣處理程序?yàn)椋?）待下部氣動(dòng)閥全關(guān)閉后，沖刷水管閥門(mén)打開(kāi)。排氣閥打開(kāi)，讓水充滿(mǎn)整個(gè)沉渣管,并排出沉渣管中的氣體；2）當(dāng)沉渣管中充滿(mǎn)水后，由時(shí)間程序控制，排氣閥關(guān)閉，沖刷水管閥門(mén)關(guān)閉，同時(shí)打開(kāi)上閥和平衡水閥，平衡水繼續(xù)上升，并溢過(guò)沉渣管上部氣動(dòng)閥門(mén)口，與漿料達(dá)到平衡狀態(tài)；3）從沉渣管視鏡中觀察重雜質(zhì)的沉集情況，選擇適當(dāng)?shù)呐旁鼤r(shí)間。排渣時(shí)首先關(guān)閉沉渣管上部氣動(dòng)閥，停止雜質(zhì)進(jìn)入沉渣管，然后關(guān)閉平衡水，停止供水。同時(shí)打開(kāi)沉渣管底部氣動(dòng)閥門(mén)和沖刷水閥門(mén)，進(jìn)行排渣；4）排渣完成后，關(guān)閉沉渣管底部氣動(dòng)閥，系統(tǒng)進(jìn)行下一排渣周期。上、下2氣動(dòng)閥切換時(shí)間依據(jù)罐內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量而定。一般雜質(zhì)占渣罐容積1/2—2/3時(shí)，氣動(dòng)閥