CC BY
2Леса России и хозяйство в них
№ 2 (53), 2015 г.
УДК 676.024.64
В.А. Кожухов, Н. Ю. Кожухова, А.И. Ларионова, Ю.Д. Алашкевич (V.A. Kozhukhov, N. Y. Kozhukhova, A.I. Larionova, Y.D. Alashkevich) Сибирский государственный технологический университет,
Красноярск
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАРНИТУРЫ С УДАРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ВОЛОКНО ПРИ РАЗМОЛЕ ВОЛОКНИСТЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ (FEATURES USING THE HEADSET WITH A SHOCK EFFECT ON THE FIBER DURING MILLING FIBROUS CELLULOSIC POLYMERS)
Целью данной работы является повышение эффективности процесса размола волокнистых растительных полуфабрикатов в ножевой размольной установке за счет создания конструктивных особенностей размольной гарнитуры, обеспечивающей ударный эффект воздействия на волокно, при контакте набегающих кромок ножей ротора с кромками ножей статора.
The aim of this work is to improve the efficiency of the process of grinding fibrous vegetable semi-finished products in the knife grinding installation, by creating constructional features of grinding tools, providing a shock effect on the fiber, upon contact of the incoming edges of the rotor blades with edges of the blades of the stator.
Введение
В настоящее время для размола волокнистой суспензии в основном используются традиционные ножевые машины, в ко -торых неизбежна рубка волокна, что сказывается на прочностных показателях готовых изделий при обработке полуфабрикатов из хвойных и особенно лиственных пород древесины. Кроме того, существуют противоречия среди исследователей во взглядах на механизм ножевого размола.
При современном уровне развития ножевых размалывающих машин при всех прочих равных условиях наилучшего качества-размола волокна можно достичь при обработке его в ступе (первое оборудование для этой цели до появления ролла в XVII в.). И сейчас, если основным критерием обработки волокон считать качественные показатели размола, оборудование с механическим
воздействием на волокно по степени качества показателей можно будет расположить следующим образом: ступа, ролл, конические и дисковые мельницы.
Объяснить это можно тем, что как в роллах, так и в дисковых мельницах при любом режиме размола наряду с разбиванием волокон, находящихся внутри пучка, накапливаемых на кромках ножей [1], наблюдается рубка волокон, непосредственно контактирующих с кромками ножей.
Считается, что главными управляемыми факторами процесса размола волокнистых полуфабрикатов являются продолжительность размола и удельное давление на волокно, создаваемое в зоне размола, или удельная нагрузка на кромки ножей [2].
Угол скрещивания ножей гарнитуры ротора и статора является параметром, с помощью
которого можно варьировать соотношение гидратирующего и укорачивающего воздействия на волокнистый материал, а также удельный расход электроэнергии на размол.
Для увеличения внешней удельной поверхности волокна и прочности межволоконных связей следует создавать нагрузки, работающие на растяжение волокон, и уменьшать режущее воздействие ножевой гарнитуры.
Безотносительно к тому, в каком типе размалывающей машины производится обработка волокнистых материалов, можно выделить следующие виды силового воздействия на волокна, приводящие к различным типам его деформаций и разрушению (рис. 1) [3].
В чистом виде каждый из перечисленных видов силового воздействия в реальных размалывающих машинах отсутствует:
№ 2 (53), 2015 г.
Леса России и хозяйство в них
41
все они действуют только в комплексе. Характер обработки волокна в сильной степени зависит от того, какой вид (или виды) силового воздействия и его интенсивность являются превалирующими. Например, интенсивные воздействия типа б и д приводят к разрыву (укорачиванию) волокон без их существенного фи-бриллирования. Многократные воздействия типа г совместно с незначительными по величине (по отношению к поперечной прочности волокна) воздействиями типа а способствуют фибриллированию волокон без их укорачивания. Воздействия типа з и и приводят к скручиванию волокон.
Отличительной особенностью силового воздействия на волокно при размоле в ножевых машинах является наличие преимущественно сдавливающего и сдвигового усилий (см. рис. 1, схемы а, г). Наличие сдвиговой составляющей в зазоре обусловлено возникновением сил тре-
ния между волокнами и рабочей поверхностью ножей, движущихся со значительными относительными скоростями. Наряду с указанными составляющими на волокна действуют растягивающие и срезающие усилия (см. рис. 1, схемы б и д).
При размоле волокон в размалывающих машинах наряду с действием продольных растягивающих и сжимающих напряжений в большей степени следует учитывать наличие раздавливающих и срезающих усилий, прикладываемых к волокну в радиальном направлении [3].
Все указанные схемы воздействия на волокно при размоле зависят в немалой степени от конструктивных возможностей ножевой гарнитуры.
При ударном воздействии на волокно как в ступе, так и в ножевых размалывающих машинах волокно в первую очередь стремится разрушиться по более слабым связям, иначе говоря, при этих условиях волокно будет
разрушаться в продольном направлении. Поэтому при ударном воздействии на волокно оно будет разрушаться по фибриллам, и при отливе бумажного полотна на сетке бумагоделательной машины из таких волокон наблюдаются более прочные водородные связи в бумажном листе [4].
Экспериментальная часть
В размольной установке (рис. 2) подвергалась размолу небеленая бисульфитная целлюлоза - полуфабрикат ООО «Енисейский ЦБК» - с начальной степенью помола 18 °ШР (Шоппер-Риглера). Эксперимент проводился при концентрации от 1 до 3 % при частоте вращения ротора от 1000 до 2000 об/мин.
Для исследования радиальной гарнитуры и углов скоса фасок ножей при размоле волокнистой массы была спроектирована и изготовлена размольная гарнитура дисковой мельницы (рис. 3) [5].
Рис. 1. Виды силового воздействия на волокна в размалывающих машинах: а - одноосное сжатие поперек волокон; б, в - одноосное растяжение и сжатие вдоль волокон; г, д - сдвиг вдоль и поперек волокна; е, ж - объемное сжатие и растяжение волокна; з - поперечный изгиб волокна; и - продольное скручивание волокна
42
Леса России и хозяйство в них
№ 2 (53), 2015 г.
Рис. 2. Общий вид экспериментальной установки: 1 - гидроразбиватель; 2 - дисковая мельница; 3 - ременная передача; 4 - труба нагнетательная; 5 - труба циркуляционная; 6 - рама; 7 - крепление; 8, 9, 10 - электродвигатель
Рис. 3. Ножевая гарнитура для размола волокнистых полуфабрикатов с радиальным расположением ножей
Обсуждение результатов
Рассмотрим влияние концентрации волокнистой массы и частоты вращения ротора на прирост степени помола (рис. 4).
Графическая зависимость отражает результаты размола волокнистой суспензии концентрацией 1, 2 и 3 % и частоты вращения ротора 1000, 1500 и 2000 об/мин при зазоре 0,3 мм.
Из графика видно, что все зависимости носят качественный идентичный характер с различными количественными параметрами. Наименьшее время для размола волокнистой массы требуется при частоте вращения ротора, равной 2000 об/мин, и концентрации 2 %.
Графические зависимости средней длины волокна при
использовании гарнитуры
с ударным воздействием на волокно, без скоса фаски и при зазоре 0,3 мм представляют собой параболические кривые. Из данных рис. 5 прослеживается меньшая тенденция укорачивания волокна с ростом степени помола при концентрации 2 % и частоте вращения ротора 2000 об/мин.
№ 2 (53), 2015 г.
Леса России и хозяйство в них
43
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Время размола, мин
Рис. 4. Зависимость прироста степени помола от времени, затраченного на размол, при различных частоте вращения ротора и концентрации волокнистой массы при зазоре 0,3 мм: 1 - 1000 об/мин, 1 %; 2 - 1000 об/мин, 2 %; 3 - 1000 об/мин, 3 %; 4 - 1500 об/мин, 1 %; 5 - 1500 об/мин, 2 %; 6 - 1500 об/мин, 3 %; 7 - 2000 об/мин, 1 %; 8 - 2000 об/мин, 2 %; 9 - 2000 об/мин, 3 %
2Д
^ 1,9
I
£1,8
Ч О
Ш 1,7
й
X
516 ч
к . . К 1,Ь X
ч
ёА*
О
1,3
1,2
й>
♦ 1 ■ 2
АЗ • 4
05 □ 6
А 7 ^ О 8
Ж9
10 20 30 40 50 60
Степень помола, °ШР
70
80
Рис. 5. Зависимость средней длины волокна от степени помола при межножевом зазоре, равном 0,3 мм: 1 - 1000 об/мин, 1%; 2 - 1000 об/мин, 2 %; 3 - 1000 об/мин, 3 %; 4 - 1500 об/мин, 1 %; 5 - 1500 об/мин, 2 %; 6 - 1500 об/мин, 3 %; 7 - 2000 об/мин, 1 %; 8 - 2000 об/мин, 2 %; 9 - 2000 об/мин, 3 %
Леса России и хозяйство в них
№ 2 (53), 2015 г.
Выводы
1. Впервые на основании теоретических и экспериментальных исследований оказалось возможным обеспечение процесса размола волокнистых полуфабрикатов в современной высокоскоростной дисковой мельнице с использованием механизма ударного воздействия на волокно при контакте кромок ножей ро-
тора с кромками ножей статора (принцип ступы).
2. Определено влияние технологических параметров процесса и конструктивных особенностей разработанной гарнитуры на качественные и количественные характеристики процесса размола.
3. Использование радиальной гарнитуры с ударным эф-
фектом при размоле волокнистых полуфабрикатов приводит к большей фибрилляции волокон и меньшему их укорачиванию.
4. Экспериментальными данными подтверждено, что использование гарнитуры ударного типа позволяет повысить основные бумагообразующие характеристики волокнистой массы.
Библиографический список
1. Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 224 с.
2. Алашкевич Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных машинах: дис. ... д-ра техн. наук: 05.21.03 / Алашкевич Юрий Давыдович. Красноярск, 1986. 170 с.
3. Гончаров В.Н. Теоретические основы размола волокнистых материалов в ножевых машинах: дис ... д-ра техн. наук: 05.21.03 / Гончаров Владимир Николаевич. Л., 1990. 433 с.
4. Иванов С.Н. Технология бумаги. Л.: Гослесбумиздат, 1970. 695 с.
5. Пат. 2314379. Российская Федерация, МПК51 Б2Ш1/30, В02С 7/12. Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы / Алашкевич Ю.Д., Ковалев В.И., Кожухов В.А.; заявитель и патентообладатель: Сибир. гос. технолог. ун-т. № 2006121632/12; заявл. 19.06.06; опубл. 10.01.08, Бюл. № 1. 5 с.
