Одной из главных задач в повышении эффективности прессовой секции является выбор подходящего прессового полотна. Ранее инженеры, отвечающие за покрытие валов и прессовые полотна, работали независимо друг от друга, что иногда приводило к снижению общей эффективности бумагоделательной машины.

Обычно удаление воды в прессовой секции осуществляется за счёт сочетания обезвоживания в зазоре и с помощью вакуумных ящиков. Конструкция машины, скорость, нагрузка в прессе и структура продукции определяют долю каждого из типов обезвоживания. Поэтому выбор подходящего прессового полотна и покрытия вала крайне важны для оптимизации работы машины и качества бумаги.

Благодаря разработке модульных прессовых полотен и инструментов прогностического моделирования инженеры компании Voith теперь могут совместно работать над максимизацией сухости листа и оптимизацией работы прессовой секции. В данной статье представлен пошаговый подход к выявлению возможностей по улучшению работы прессовой системы за счёт правильного подбора покрытий валов и прессовых полотен с использованием методов моделирования.

Существует множество публикаций, посвящённых теоретическим аспектам прессования, большинство из которых ссылаются на модель прессования П.Б. Вальстрёма (P.B.Wahlstrom). Эта статья не станет исключением. Однако с учётом закрытия многих бумажных производств и преобразования мощностей на выпуск новых видов продукции, отрасли требуется более практический подход: необходимо рассматривать прессовый зазор как систему, включающую нагрузки, жёсткость валов, объём пустот в полотне и конструкцию прессового полотна для наилучшего использования ресурсов бумагоделательной машины.

Рассматривая обезвоживание как систему, инженеры, работающие с прессовыми полотнами и покрытиями валов, получают возможность моделировать импульс прессования и сжатие полотна с целью прогнозирования и максимизации сухого остатка. Использование современных покрытий валов и модульных прессовых полотен позволяет добиться не только повышения содержания сухих веществ, но и улучшения стабильности работы машины. Однако при этом важно учитывать возможные негативные последствия для прочностных свойств бумаги, таких как разрывная длина и объёмная масса.

Ниже на рисунке 1 показан системный подход к оптимизации работы прессовой системы. Процесс начинается с выявления области, требующей улучшения, это может быть как повышение сухого остатка, так и снижение количества разрывов, потребности в паре или продление срока службы валов и полотен.

Рис. 1. Подход к оптимизации работы пресса

Импульс пресса (Press Impulse)

Как только возможность оптимизации определена, необходимо собрать базовые данные, чтобы запустить процесс. Одним из первых шагов в этом процессе является анализ прессового импульса, исходя из текущей конфигурации пресса.

Импульс пресса определяется как площадь под кривые давления в системе валов. Его можно рассчитать одним из двух способов:

Press Impulse = Среднее давление × Время пребывания в зазоре (Nip Residence Time) или

 

Для получения корректных результатов необходимо, чтобы единицы измерения были согласованы — либо имперские, либо метрические.

Как видно, увеличение нагрузки в зазоре или времени пребывания в зазоре увеличивает прессовый импульс. Поэтому работа с максимальной нагрузкой в зазоре или удлинение времени пребывания (например, за счёт использования прессов с удлинённым зазором) существенно увеличивает прессовый импульс. Это важно для понимания процесса оптимизации прессовых систем и в контексте теории обезвоживания по Вальстрёму.

Модель Вальстрёма, приведённая на Рисунке 2, описывает принятую четырёхфазную систему обезвоживания полотна в зазоре прессового вала. Эта модель применима как к стандартным прессовым валам, так и к прессам с удлинённым зазором.


Рис. 2. Модель Вальстрёма

Этапы обезвоживания:

• Зона 1: Лист и полотно входят в контакт, начинается насыщение системы влагой.
• Зона 2: Достигается насыщение, развивается гидравлическое давление.
• Зона 3: Начинается при достижении системой максимального давления и продолжается до достижения максимальной сухости листа.
• Зона 4: Происходит расширение системы, механическое давление падает до нуля.

Таблица 1. Импульс прессования: прогнозирование сухих веществ в листе

Машина	Конфигурация пресса	Сорт бумаги	Прогноз, %	Факт, %
1	Комбинированный/тандемный пресс с двойным войлоком	Картон и упаковка	43,3	42,8
	Прямое прохождение через 3 вальца
2	Комбинированный/тандемный пресс с двойным войлоком	Картон и упаковка	50,9	49,5
	Прямое прохождение через 3 вальца (с башмаком)
3	Трёхвальный пресс с башмаком	Лёгкий мелованный (LWC)	55,6	48
4	Трёхвальный пресс с башмаком +   4-й пресс	Газетная бумага	48,8	46
5	Трёхвальный пресс	Немелованная бумага (UFS)	39,9	43

Влияние параметров прессового вала

Жесткость обечайки и система вентилирования напрямую влияют на равномерность влажности бумаги.

Жесткость обечайки 

• Измеряется в единицах P&J
  
• Чем меньше значение, тем тверже покрытие
  
• По мере размягчения покрытия:

              - Увеличивается ширина зоны сжатия
              - Снижается пиковое давление
              - Увеличивается время контакта 

Система вентилирования 

• Слепое сверление: вода поступает в прессовое сукно
  
• Нарезка канавок: вода проходит через прессовое сукно внутрь пустот вала
  

Таблица 2. Влияние открытой площади на выходные сухие вещества

Параметр	ДО	ПОСЛЕ
Тип вентилирования	Канавки	SBDG (комбинированная система)
Жесткость покрытия (P&J)	4 / 5	4 / 5
Открытая площадь (%)	28 / 41.8	40 / 41.8
Сухие вещества после 2-го пресса (%)	43 / 45	45 / 45
Водоудерживающая способность (%)	9 / 66	26 / 70

Влияние параметров прессового полотна

Параметры прессового полотна:

• Масса — измеряется в граммах на квадратный метр (г/м2)
• Толщина (caliper) — измеряется в миллиметрах
• Воздухопроницаемость (Permeability)
• Объём пор (Void Volume) — рассчитывается по массе и толщине полотна

Отношение влаги (Moisture Ratio, MR):

• Измеряется как влажность полотна до и после вакуумных ящиков (uhle boxes), в (г/м2)
• Формула: MR = содержание влаги в (г/м2) / масса полотна
• Изменение влажности полотна на участке вакуумных ящиков позволяет рассчитать количество воды, удалённой этими ящиками

Влияние выбора основы

Толщина основы в зависимости от нагрузки:

• Основы, изготовленные по новым технологиям, обеспечивают меньшую толщину (caliper)
• Меньшая толщина сокращает время насыщения прессовой системы

Полотна, изготовленные из пряжи одинакового диаметра и с аналогичным весом:

• Полотна с основами по новой технологии имеют меньшую начальную толщину
• Также обеспечивают меньший начальный объём пор (void volume)

Таблица 3. Сравнение толщины полотен в зависимости от технологии основы

Основа	Плотность г/м2	Толщина (Caliper), мм	Объём пор (Void Volume)
Новая технология	1830	3.62	1019
Старая технология	1858	4.11	1109

Влияние толщины полотна (caliper)

Толщина полотен в зависимости от нагрузки:

• Вес нового полотна: 1800 г/м² 
• Вес использованного полотна: 1620 г/м²
• Под нагрузкой использованное полотно теряет 59% эффективного объема пор

Потеря объема пор (void volume) должна учитываться при проектировании системы зажима (nip), валов и полотен следует закладывать достаточный избыточный объем пор, чтобы компенсировать уплотнение полотна в процессе эксплуатации.


Рис. 3. Сравнение сжатия новых и использованных полотен под нагрузкой

Таблица 4: Толщина, вес и объем пор полотен

Состояние	Толщина (дюймы)	Толщина (мм)	г/м2	Объём пор
Новое	0.14	3.556	1800	56
Новое	0.105	2.667	1800	41
Использ.	0.105	2.667	1620	40
Использ.	0.073	1.854	1620	23

Выводы: