Прессовая часть бумагоделательной машины с разработкой гранитного вала для производства офсетной 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 Содержание 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 с гладкими валами существует два градиента давления: вертикальный – по толщине бумаги и сукна, и горизонтальный, вызывающий перемещение воды по сукну в обратную сторону движения сукна. 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. Т – твердость обрезиненного покрытия в единицах по прибору ТШМ-2, Т=20 ед. 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, 0 ШР 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 Сухость бумаги на выходе, % 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: Масштаб: 1см-100кН 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.