V proizvodnem procesu papirnih strojev imajo različni valji nepogrešljivo vlogo, od odstranjevanja vode z mokrih papirnih trakov do strjevanja suhih papirnih trakov. Kot ena od ključnih tehnologij pri zasnovi valjev papirnih strojev »krona« – kljub navidezno majhni geometrijski razliki, ki jo vključuje – neposredno določa enakomernost in stabilnost kakovosti papirja. Ta članek bo celovito analiziral tehnologijo krone valjev papirnih strojev z vidika definicije, načela delovanja, klasifikacije, ključnih vplivnih dejavnikov pri zasnovi in ​​vzdrževanju ter razkril njeno pomembno vrednost pri proizvodnji papirja.

1. Definicija krone: pomembna funkcija pri manjših razlikah

„Krona“ (v angleščini izraženo kot „Crown“) se nanaša na posebno geometrijsko strukturo valjev papirnega stroja vzdolž aksialne smeri (po dolžini). Premer srednjega območja telesa valja je nekoliko večji od premera končnih območij, kar tvori konturo, podobno „pasovnemu bobnu“. Ta razlika v premeru se običajno meri v mikrometrih (μm), vrednost krone nekaterih velikih stiskalnih valjev pa lahko doseže celo 0,1–0,5 mm.

Osrednji kazalnik za merjenje zasnove krone je »vrednost krone«, ki se izračuna kot razlika med največjim premerom telesa valja (običajno na sredini aksialne smeri) in premerom koncev valja. V bistvu zasnova krone vključuje prednastavitev te majhne razlike v premeru, da se izravna deformacija »srednjega upogiba« valja, ki jo povzročajo dejavniki, kot so spremembe sile in temperature med dejanskim delovanjem. Navsezadnje doseže enakomerno porazdelitev kontaktnega tlaka po celotni širini površine valja in papirnega traku (ali drugih kontaktnih komponent), kar postavlja trdne temelje za kakovost papirja.

2. Osnovne funkcije krone: kompenzacija deformacije in vzdrževanje enakomernega pritiska

Med delovanjem valjev papirnega stroja so deformacije zaradi mehanskih obremenitev, temperaturnih sprememb in drugih dejavnikov neizogibne. Brez zasnove krone bo ta deformacija povzročila neenakomeren kontaktni tlak med površino valja in papirnim trakom – »višji tlak na obeh koncih in nižji tlak na sredini« – kar bo neposredno povzročilo resne težave s kakovostjo, kot sta neenakomerna teža in neenakomerno odstranjevanje vode iz papirja. Osrednja vrednost krone je v aktivnem kompenziranju teh deformacij, kar se odraža predvsem v naslednjih vidikih:

2.1 Kompenzacija deformacije zaradi upogibanja valja

Ko so valjni jedrni valji papirnih strojev, kot so stiskalni valji in kalandrni valji, v uporabi, morajo na papirni trak izvajati znaten pritisk. Na primer, linearni tlak stiskalnih valjev lahko doseže 100–500 kN/m. Pri zvitkih z velikim razmerjem med dolžino in premerom (npr. dolžina stiskalnih valjev v papirnih strojih s široko širino je lahko 8–12 metrov) se pod pritiskom pojavi elastična deformacija upogibanja navzdol na sredini, podobno kot "upogibanje ramenskega droga pod obremenitvijo". Ta deformacija povzroči prekomeren kontaktni tlak med koncema zvitka in papirnim trakom, medtem ko je tlak na sredini nezadosten. Posledično se papirni trak na obeh koncih preveč odvaja od vode (kar povzroči visoko suhost in nizko težo) in premalo odvaja od vode na sredini (kar povzroči nizko suhost in visoko težo).

Vendar pa »bobnasta« struktura kronske zasnove zagotavlja, da po upogibanju zvitka celotna površina zvitka ostane v vzporednem stiku s papirnim trakom, kar doseže enakomerno porazdelitev tlaka. To učinkovito odpravlja tveganja za kakovost, ki jih povzroča upogibna deformacija.

2.2 Kompenzacija toplotne deformacije valjev

Nekateri valji, kot so vodilni valji in kalandrji v sušilnem delu, se med delovanjem toplotno raztezajo zaradi stika z visokotemperaturnimi papirnimi trakovi in ​​segrevanja s paro. Ker je srednji del telesa valja bolj ogret (konci so povezani z ležaji in hitreje odvajajo toploto), je njegov toplotni raztezek večji kot pri koncih, kar vodi do "srednje izbokline" telesa valja. V tem primeru bo uporaba običajne zasnove krone poslabšala neenakomeren kontaktni tlak. Zato je treba zasnovati "negativno krono" (kjer je premer srednjega dela nekoliko manjši od premera koncev, znano tudi kot "obratna krona"), da se izravna dodatna izboklina, ki jo povzroča toplotni raztezek, in se zagotovi enakomeren kontaktni tlak na površini valja.

2.3 Kompenzacija neenakomerne obrabe površine valjev

Med dolgotrajnim delovanjem se nekateri valji (kot so gumijasti valji stiskalnice) pogosteje trejo na robovih papirnega traku (saj robovi papirnega traku ponavadi prenašajo nečistoče), kar povzroči hitrejšo obrabo na koncih kot na sredini. Brez zasnove krone bo površina valja po obrabi pokazala "izboklino na sredini in upogib na koncih", kar posledično vpliva na porazdelitev tlaka. Z vnaprejšnjo nastavitvijo krone je mogoče ohraniti enakomernost konture površine valja v zgodnji fazi obrabe, kar podaljša življenjsko dobo valja in zmanjša nihanja v proizvodnji, ki jih povzroča obraba.

3. Klasifikacija krone: tehnične izbire, prilagojene različnim delovnim pogojem

Glede na vrsto papirnega stroja (nizkohitrostni/visokohitrostni, ozkoširinski/širokoširinski), funkcijo valjanja (stiskanje/kalandriranje/vodenje) in zahteve procesa lahko krone razdelimo na različne tipe. Različne tipe kron se razlikujejo po oblikovnih značilnostih, načinih nastavitve in scenarijih uporabe, kot je podrobno opisano v naslednji tabeli:

4. Ključni vplivni dejavniki pri načrtovanju krone: natančen izračun za prilagoditev proizvodnim zahtevam

Vrednost krone ni določena poljubno; za zagotovitev njenega učinkovitega delovanja jo je treba celovito izračunati na podlagi parametrov valjanja in procesnih pogojev. Ključni dejavniki, ki vplivajo na zasnovo krone, vključujejo predvsem naslednje vidike:

4.1 Dimenzije in material zvitka

1. Dolžina telesa zvitka (L)Daljše kot je telo zvitka, večja je upogibna deformacija pri enakem tlaku in s tem večja je zahtevana vrednost krone. Na primer, dolgi zvitki v papirnih strojih široke širine zahtevajo večjo vrednost krone kot kratki zvitki v papirnih strojih ozke širine, da se kompenzira deformacija.
2. Premer telesa valja (D)Manjši kot je premer telesa valja, manjša je togost in bolj je valj nagnjen k deformaciji pod pritiskom. Zato je potrebna večja vrednost krone. Nasprotno pa imajo valji z večjim premerom večjo togost in vrednost krone je mogoče ustrezno zmanjšati.
3. Togost materialaRazlični materiali valjev imajo različno togost; na primer, jekleni valji imajo veliko večjo togost kot valji iz litega železa. Materiali z manjšo togostjo kažejo večjo deformacijo pod pritiskom, kar zahteva večjo vrednost krone.

4.2 Delovni tlak (linearni tlak)

Delovni tlak (linearni tlak) valjev, kot so stiskalni valji in kalandrni valji, je pomemben dejavnik, ki vpliva na zasnovo krone. Večji kot je linearni tlak, večja je upogibna deformacija telesa valja, zato je treba vrednost krone ustrezno povečati, da se deformacija izravna. Njuno razmerje lahko grobo izrazimo s poenostavljeno formulo: Vrednost krone H ≈ (P×L³)/(48×E×I), kjer je P linearni tlak, L dolžina valja, E modul elastičnosti materiala in I vztrajnostni moment prečnega prereza valja. Na primer, linearni tlak stiskalnih valjev za embalažni papir je običajno večji od 300 kN/m, zato mora biti ustrezna vrednost krone večja kot pri stiskalnih valjih za kulturni papir z nižjim linearnim tlakom.

4.3 Hitrost naprave in vrsta papirja

1. Hitrost strojaPri delovanju visokohitrostnih papirnih strojev (hitrost > 1200 m/min) je papirni trak veliko bolj občutljiv na enakomernost tlaka kot pri nizkohitrostnih papirnih strojih. Že manjša nihanja tlaka lahko povzročijo napake v kakovosti papirja. Zato visokohitrostni papirni stroji običajno uporabljajo "nadzorovano krono", da dosežejo kompenzacijo dinamične deformacije v realnem času in zagotovijo stabilen tlak.
2. Vrsta papirjaRazlične vrste papirja imajo različne zahteve glede enakomernosti tlaka. Svileni papir (npr. toaletni papir z osnovno težo 10–20 g/m²) ima nizko osnovno težo in je izjemno občutljiv na nihanja tlaka, kar zahteva visoko natančno zasnovo krone. Nasprotno pa ima debel papir (npr. karton z osnovno težo 150–400 g/m²) večjo sposobnost prenašanja nihanj tlaka, zato je mogoče zahteve glede natančnosti krone ustrezno znižati.

5. Pogoste težave s krono in vzdrževanje: pravočasen pregled za zagotovitev stabilne proizvodnje

Nerazumna zasnova krone ali nepravilno vzdrževanje neposredno vplivata na kakovost papirja in povzročata vrsto težav pri proizvodnji. Pogoste težave s krono in ustrezni protiukrepi so naslednji:

5.1 Pretirano visoka vrednost krone

Pretirano visoka vrednost krone vodi do prekomernega tlaka na sredini površine zvitka, kar ima za posledico nizko osnovno težo in visoko suhost papirja na sredini. V hujših primerih lahko celo povzroči "zdrobitev" (lom vlaken), kar vpliva na trdnost in videz papirja.

ProtiukrepiPri fiksnih valjih krone, ki se uporabljajo v papirnih strojih z nizko hitrostjo, je treba valje zamenjati z valjčki z ustrezno vrednostjo krone. Pri krmiljenih valjih krone v papirnih strojih z visoko hitrostjo se lahko hidravlični ali pnevmatski tlak zmanjša s sistemom krmiljene krone, da se vrednost krone zmanjša, dokler porazdelitev tlaka ni enakomerna.

5.2 Pretirano nizka vrednost krone

Pretirano nizka vrednost krone povzroči nezadosten tlak na sredini površine zvitka, kar vodi do nezadostnega odstranjevanja vode iz papirja na sredini, nizke suhosti, visoke gramaže in napak v kakovosti, kot so "mokre lise". Hkrati lahko vpliva tudi na učinkovitost nadaljnjega procesa sušenja.

ProtiukrepiPri valjih s fiksno krono je treba telo valja ponovno obdelati, da se poveča vrednost krone. Pri valjih z nadzorovano krono se lahko hidravlični ali pnevmatski tlak poveča, da se poveča vrednost krone, s čimer se zagotovi, da tlak v sredini ustreza zahtevam procesa.

5.3 Neenakomerna obraba konture krone

Po dolgotrajnem delovanju se površina valja obrabi. Če je obraba neenakomerna, se bo kontura krone deformirala in na površini valja se bodo pojavile "neenakomerne lise". To dodatno povzroča napake, kot so "proge" in "vdolbine" na papirju, kar resno vpliva na videz papirja.

ProtiukrepiRedno pregledujte površino valjev. Ko obraba doseže določeno raven, pravočasno zbrusite in popravite površino valjev (npr. ponovno zbrusite konturo krone gumijastih valjev stiskalnice), da obnovite normalno obliko in velikost krone ter preprečite, da bi prekomerna obraba vplivala na proizvodnjo.

6. Zaključek

Kot na videz subtilna, a ključna tehnologija je krona valjev papirnih strojev jedro za zagotavljanje enakomerne kakovosti papirja. Od fiksne krone v nizkohitrostnih papirnih strojih do nadzorovane krone v visokohitrostnih papirnih strojih s široko širino se je nenehen razvoj tehnologije kron vedno osredotočal na osrednji cilj "kompenzacije deformacije in doseganja enakomernega tlaka", pri čemer se prilagaja potrebam različnih delovnih pogojev pri izdelavi papirja. Razumna zasnova krone ne rešuje le težav s kakovostjo, kot sta neenakomerna teža papirja in slabo odvajanje vode, temveč tudi izboljša učinkovitost delovanja papirnih strojev (zmanjšanje števila prelomov papirja) in zmanjša porabo energije (preprečevanje prekomernega sušenja). Je nepogrešljiva ključna tehnična podpora pri razvoju papirne industrije v smeri "visoke kakovosti, visoke učinkovitosti in nizke porabe energije". V prihodnji proizvodnji papirja bo z nenehnim izboljševanjem natančnosti opreme in nenehno optimizacijo procesov tehnologija kron postala bolj izpopolnjena in inteligentna, kar bo bolj prispevalo k visokokakovostnemu razvoju papirne industrije.