CC BY
131
Шаякбаров Ильнур Эльмарович, студент, schayakbaroff.iln@,yandex. com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
THE EFFICIENCY INCREASING OF WINTER OPERATION OF HEAVY MACHINERY BY THE THERMOSTATING OF THE BODYINCLOSURE
A. V.Popov, V.A. Chudinov, I.E. Shayakbarov
Having considered the existing methods of checking the tightening torques of the threaded joints associated with the test with a torque wrench, their advantages and disadvantages, it was decided to conduct a study on tightening torques of threaded connections by the way of turning them away. The essence of the method is that it involves determining the moment of unscrewing on the tightening torque of the threadedjoint.
Key words: tightening torque, the moment of loosening, the dependence of the torque, threaded connection.
Popov Alexey Vyacheslavovich, senior lecturer, olgalexamail.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Chudinov Vladislav Alexandrovich, student, dj.dilly'a yandex.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Shayakbarov Ilnur Elmarovich, student, [email protected], Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University
УДК 676.026; 621
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫХ МАШИН
Е.В. Пронина
Описана технология производства бумаги с использованием бумагоделательных машин. Рассматривается классификация бумагоделательных машин. Анализируются причины обрывов бумаги и приводятся возможные пути усовершенствования бумагоделательной машины.
Ключевые слова: бумагоделательная машина, привод, вал.
Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее важных отраслей промышленности. Многие отрасли, такие как машиностроение, автомобилестроение, пищевая отрасль, напрямую зависят от развития бумагоделательных предприятий. Ведь, если, например, картон будет низкого качества, то продукция машиностроительного завода может быть повреждена во время доставки и хранения.
322
В нашей стране большую часть территории занимают лесные угодья. Но в целлюлозно-бумажной промышленности древесина не всегда используется рационально. Оборудование многих российских бумагоделательных заводов устарело и не является конкурентоспособным на целлюлозно-бумажном рынке. На данный момент задача совершенствования бумагоделательных машин и переналадка их механических и автоматических процессов является весьма актуальной. Решить проблему уменьшения себестоимости бумажной продукции и увеличения ее производительности можно двумя способами: установкой современного оборудования или модернизацией и усовершенствованием устаревшего оборудования.
Технология производства бумаги и виды бумагоделательных машин. Процесс изготовления бумаги заключается в осаждении волокон из бумажной массы в тесно связанное переплетение, удалении воды, прессовании и высушивании получающегося бумажного полотна.
Бумажная масса, используемая для производства бумаги или картона, представляет собой водную суспензию волокон с концентрацией иногда менее 1 %. Эта суспензия поступает на сеточную часть бумагоделательной машины, где вода стекает через движущуюся бесконечную проволочную сетку, и отсасывается с помощью вакуума в отсасывающих ящиках, расположенных под сеткой, а также и в отсасывающей камере, расположенной внутри полого дырчатого гауч-вала. После сеточной части полотно поступает в прессовую часть, состоящую из 2.. .4 грузовых или отсасывающих прессов, где продолжается его обезвоживание путем отжатия и отсасывания влаги. Если после гауч-вала содержание сухого вещества в полотне составляет 13.20 %, то после прессовой части содержание сухого вещества достигает 26.40 %. Дальнейшее удаление влаги производится выпариванием в сушильной части на сушильных цилиндрах диаметром 1.1,5 м, обогреваемых изнутри паром. После сушильной части, состоящей из нескольких десятков сушильных цилиндров, содержание сухого вещества в полотне доходит до 91.94 %. Затем бумажное полотно проходит через один или два каландра, где оно уплотняется и его поверхности придается необходимая гладкость перед тем, как полотно наматывается в рулон на секции накат.
Картон и некоторые специальные виды бумаг иногда вырабатываются на круглосеточных машинах, где формирование полотна производится с помощью сеточных формующих цилиндров, которые вращаются в ваннах (мульдах) с бумажной массой. Дальнейшее обезвоживание полотна осуществляется принципиально так же, как и на столовых плоскосеточных бумагоделательных машин после сеточной части. Некоторые виды бумаги, такие, как оберточные, односторонней гладкости, шелковка, салфеточные, крепированные, вырабатываются на самосъемочных столовых бумагоделательных машинах, называемых янки-машины. У них сеточная и прессовая части почти не отличаются от тех, которые применяются на плоскосеточ-
323
ных бумагоделательных машинах, но сушка полотна производится на одном сушильном цилиндре диаметром 4.6 м («лощильный цилиндр»), после которого полотно поступает на небольшой каландр или прямо на накат. Крепирование полотна производится специальным шабером на лощильном цилиндре [1].
Одним из способов классификации современных бумагоделательных машин является их деление по назначению выпускаемой ими продукции. Если придерживаться этого принципа, то бумагу классифицируют на массовую, немассовую и специальную [2].
К массовым видам относят писчую, газетную бумагу для печати, оберточную, картонную основу для гофрирования, санитарно-гигиеническую. К немассовым видам бумаг относят: билетную, афишную, сигаретную, чертежную, этикеточную, картографическую, обойную, картон переплетный, фильтровальный, прессшпан, калибровочную. Фильтрующую химически стойкую, щелочестойкую, электроизоляционную, термостойкую и химически стойкую бумагу, искусственную кожу, специальную фильтрующую, реставрационную и другие виды бумаг относят к специальным видам.
Для производства этих видов бумаги используют два типа бумагоделательных машин: плоскосеточные и самосъемочные столовые.
Тенденции развития и варианты модернизации современных бумагоделательных машин. Успех и лидирующие позиции на современном целлюлозно-бумажном рынке зависят только от качества бумаги, независимо от того, какого она сорта. Любое производство стремится достичь высоких показателей качества выпускаемой продукции и создать условия для ее конкурентоспособности. Чтобы достичь данной цели, можно либо установить бумагоделательную машину нового поколения, либо модернизировать существующую, что повысит добавочную стоимость продукции.
Замена старой бумагоделательной машины на новую машину требует больших затрат, а качество, получаемой продукции, во многих случаях является недостаточным для оправдания вложенных средств, но всего лишь одна успешная модернизация бумагоделательной машины может улучшить качество выпускаемой продукции и увеличить производительность.
Среди тенденции модернизации узлов бумагоделательных машин можно выделить следующие направления: увеличение производительности всей бумагоделательной машины; сокращение энергозатрат; уменьшение вредного влияния на экологию; унификация обслуживания оборудования и увеличение уровня безопасности работы.
Стоит остановиться на проблеме сокращения потребления энергии.
Наличие большого числа потребителей энергии в бумагоделательных машинах, жесткие требования к синхронизации их движения делают невозможным использование однодвигательного привода с раздачей мощ-
324
ности параллельными потоками. В таких случаях обычно используется многодвигательный многопоточный привод с механической или электрической синхронизацией движения выходных звеньев. Такой многопоточный привод широко применяют также в металлургических машинах [3], автоматических роторных линиях различного отраслевого назначения [4-6] и ряде других машин. Хорошо известны достоинства таких приводов: обеспечение передачи мощности к потребителям короткими кинематическими цепями, уменьшение механических потерь в передачах [7, 8]. Еще многопоточный привод позволяет управлять колебаниями в параллельных потоках и снижать общий уровень колебаний в приводе [9, 10].
Привод бумагоделательной машины делят на: привод постоянной части и привод переменной части. К постоянной (нерегулируемой) части бумагоделательной машины относят привод вспомогательного оборудования: мешалки смесовых бассейнов, насосы вакуума и массы, оборудование для очистки бумажной массы. Все это оборудование обычно работает с постоянной скоростью независимо от переменной скорости основных секций бумагоделательной машины: сеточного стола, прессовой, сушильной, отделочной частей и наката.
От привода переменной части бумагоделательной машины вращаются прессовые валы, сушильные цилиндры, в зависимости от типа машины, разделенные на несколько секций по приводу, каландр и валы наката. Также в некоторых типах машин вращение от привода переменной части получают сетковедущий, пересасывающий и отсасывающий валы.
Для привода переменной части предъявляют ряд требований, которые зависят от вида изготовляемой бумаги. Во-первых, привод должен иметь возможность плавного регулирования скорости машины в широких пределах. Например, для производства печатной бумаги привод должен допускать регулировку скорости в пределах от 1:3 до 1:5, а при производстве санитарно-гигиенических бумаг - от 1:8 до 1:10.
Во-вторых, скорость машины во время работы должна быть стабильной. Из-за скачков скорости во время работы бумагоделательной машины будут появляется колебания погонной массы производимой бумаги, что приведет к ухудшению качества продукции. Современные приводы обеспечивают отклонения в скорости машины, не превышающие 0,3...0,5 %, следовательно, бумага изготавливается с колебаниями погонной массы соответствующими допускам стандартов [2].
Основной привод бумагоделательной машины использует регулируемый частотный трехфазный двигатель. Асинхронный электродвигатель (рис.1, а) с независимым охлаждением приводит через редуктор и карданную передачу во вращение прессовый вал и через редуктор и цепную передачу приводной вал сеточного стола. Приводной вал в свою очередь приводит за счет прижатия во вращение янки-цилиндр и суконную часть. Однако из-за нормального износа зубчатых передач такие приводы являются источником простоев, что неизбежно ведет к дорогостоящему обслуживанию. Кроме того, редукторы громоздкие и занимают ценное про-
странство вокруг машины. С точки зрения бумажной промышленности, необходимо решение, которое потребует меньше затрат на обслуживание, меньше энергозатрат и будет более экологичным.
В последнее время в бумагоделательных машинах начинают широко использоваться прямые безредукторные приводы с магнитосинхронным двигателем (рис. 1, б) [11].
Рис. 1. Приводы бумагоделательных машин: а - традиционный привод с асинхронным двигателем; б - современный привод с магнитносинхронным двигателем
Впервые разработку такого привода представила финская компания ABB. В 1995 году она начала разработку нового привода для бумагоделательных машин. В 1997 году компания произвела первые опытные образцы, а в 1999 двигатель постоянного тока на сушильной части бумагоделательной машины на заводе M-real 's был заменен на магнитносинхронный двигатель [12]. На данный момент такой привод установлен на многих бумагоделательных машинах по всему миру. Привод Direct Drive состоит из постоянного магнитосинхронного двигателя, управляемого приводом переменного тока типа ACS800 [13]. Конструкция традиционного синхронного двигателя сложнее асинхронного двигателя, поэтому требует большего обслуживания. Однако постоянные магниты в двигателе ABB упрощают его конструкцию, создавая постоянный поток в воздушном зазоре, тем самым устраняя необходимость в обмотках ротора и щетках, обычно используемых для возбуждения синхронных двигателей. Привод Direct Drive экономичен в обслуживании, так как двигатель с постоянным магнитом очень надежен, а требуемое обслуживание аналогично обслуживанию стандартных асинхронных двигателей.
Второй компанией, успешно внедряющей данную технологию, является Voith (Германия). Привод Voith Drive обладает всеми необходимыми свойствами современного привода при малых габаритных размерах и бесшумности работы. Привод Voith Drive просто монтируется на цапфы вала или сушильного цилиндра. Таким образом, появляется возможность различных вариантов монтажа, что делает привод Voith Drive одним из
326
удачных направлений модернизации бумагоделательных машин [14]. Благодаря отказу от редукторов общий КПД привода Voith Drive на 5 % выше, что ведет к существенному сокращению энергопотребления бумагоделательных машин. Однако концепция Voith Drive способствует сокращению не только энергетических затрат. Эксплуатационные расходы, т.е. расходы на техническое обслуживание и хранение, также сокращаются, т.к. быстроизнашивающиеся зубчатые колеса уходят в прошлое, а отсутствие элементов механического привода позволяет сократить запас резервных деталей.
Данные двигатели можно использовать на всей бумагоделательной машине для вращения валов. Только в мокрой части асинхронные двигатели необходимо частично сохранить, так как стопроцентное использование магнитосинхронных приводов нецелесообразно по ряду технических причин [15].
Все приводы между собой синхронизированы и управляются автоматически с пульта управления. К рассинхронизации приводов может привести только механические неполадки, вызванные прогибом вала, износом подшипников, механическим износом поверхностей валов из-за особенностей условий работы.
Современная высокоскоростная бумагоделательная машина содержит в себе до 250...300 валов и валиков (не считая сушильных цилиндров) различного назначения. К валам предъявляются очень жесткие специфические требования, одним из которых являются высокая динамическая уравновешенность и по возможности минимальный прогиб. При этом следует учитывать, что масса отдельных валов достигает 50.90 т при расстоянии между центрами подшипниковых опор до 10000 мм [1].
В зависимости от технологического назначения валы можно подразделить на следующие группы: поддерживающие (направляющие), подающие (тяговые), несущие и специального технологического назначения (рис. 2).
© Бу ® Cr
© Прыиилкиущие иилы
в /7/
Накат
Рис. 2. Схема распределения приводов на янки - машине: 1 - 5 - приводные точки янки-машины
327
К группе поддерживающих, или направляющих, валов бумагоделательных машин относятся: грудной, регистровые и сетковедущие (для поддержания и направления сетки), сукно - и бумаговедущие (для поддержания сукон и бумажного полотна в прессовой и сушильной частях), а также валы отделочных узлов: бумаговедущие (для поддержания и направления бумажного полотна), транспортерные (для поддержания транспортерных лент на бумагорезательных устройствах) [16].
Группу подающих (тяговых) валов составляют на бумагоделательных машинах - прессовые (для подачи бумажного полотна из пресса) и на отделочных (бумагорезательных) узлах - тяговые (для подачи бумажного полотна в механизм продольной резки) [17].
К группе несущих валов относятся тамбурные, а к группе валов бумагоделательных машин специального технологического назначения - валы гауча и прессов (для обезвоживания бумаги на сеточной и прессовой частях), ровнительные (для выравнивания и уплотнения бумаги на сеточной части), сукномоечные (для промывки сукон прессовой части), пересасывающие (для передачи бумажного полотна с сеточной на прессовую часть), валы каландра (для уплотнения и повышения гладкости бумаги) и другие, а также валы отделочных узлов: ножевые (для резки бумаги на продольно-резательных станках и саморезках), металлические и набивные на суперкаландрах (для уплотнения, повышения лоска и гладкости бумаги).
Валы бумагоделательных машин, конструктивные особенности которых зависят от их назначения, подразделяют на следующие виды: трубчатые, литые, трубчатые перфорированные, гранитные, сетчатые и набивные [18].
Именно все эти категории валов осуществляют высокотехнологический процесс, позволяя бумагоделательной машине действовать с наивысшей производительностью без потери времени на холостые движения рабочих органов. Высокая эффективность использования бумагоделательной машины обусловлена также надежной работой в течение запланированного времени. Все это может быть реализовано только при использовании функционально пригодных бумагоделательных машин.
Как правило, конструкция и геометрические размеры валов бумагоделательных машин должны обеспечить максимальную жесткость (минимальный прогиб) при наименьшем весе. Чем меньше прогиб валов, тем равномернее формование бумажного полотна на регистровой части бумагоделательной машины, обезвоживание его на прессовой части и отделка на каландре и суперкаландре. С уменьшением прогиба вала увеличивается его критическая угловая скорость, а вместе с ней и допустимая рабочая скорость. Эго существенно для валов небольшого диаметра (сетко-, сукно-и бумаговедущих), угловые скорости которых при одной и той же окружной скорости выше, чем у валов большего диаметра [19].
328
Заключение. Так как современные промышленные предприятия стремятся к сокращению занимаемых площадей и повышению показателей экологичности, следовательно, использование прямых безредукторных приводов является целесообразным. Данный вид привода занимает существенно меньше места, а также из-за отсутствия редуктора нет необходимости смазывать зубчатые колеса, что является существенным преимуществом для повышения экологичности.
Самым главным показателем для современного производства является качество, выпускаемой продукции, значит, изучение трубчатых валов бумагоделательных машин является актуальным. Количество обрывов зависит от равномерности распределения целлюлозной массы для формирования бумажного полотна, а равномерность распределения напрямую зависит от прогиба трубчатых валов. Уровень прогиба валов зависит от работы привода. Поэтому целесообразно провести динамические исследования нагружения валов бумагоделательных машин, а также исследование динамических характеристик приводов.
Автор выражает благодарность научному руководителю доктору технических науки, профессору Крюкову Владимиру Алексеевичу за помощь и консультации при написании статьи.
Список литературы
1. Куров В.С., Кокушин Н.Н. Теория и конструкция машин и оборудование отрасли. Бумаго- и картоноделательные машины: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2006. 588 с.
2. Чичаев В.А. Глезин М.Л., Екимова В.А. и др. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. В 2-х томах. М.: Лесная промышленность, 1981. Т. 2. 264 с.
3. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Машины и агрегаты металлургического производства. Т. 1У-5 / Н.В. Пасечник, В.М. Синицкий, В.Г. Дрозд и др.; Под общ. ред. В.Н. Синицкого, Н.В. Пасечника, 2000. 912 с.
4. Крюков В. А., Прейс В.В. Системы приводов транспортного движения автоматических роторных и роторно-конвейерных линий // Вестник машиностроения, 2003. № 1. С. 33-38.
5. Крюков В. А., Прейс В.В. Система приводов технологических роторных машин пищевой промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2013. Вып. 7. Ч. 1. С. 100-111.
6. Крюков В. А., Корнюхин И.Ф. Приводы автоматических роторных и роторно-конвейерных линий // СТИН. 2000. № 11. С. 6-10.
7. Сидоров П.Г., Козлов С.В., Крюков В.А. и др. Силовые зубчатые трансмиссии угольных комбайнов. Теория и проектирование. М.: Машиностроение, 1995. 296 с.
8. Сидоров П.Г., Крюков В.А., Плясов А.В. Новое поколение многопоточных рычажно-зубчатых передач в высокоэнерговооруженных приводах машин воздушного, водного, наземного и подземного базирования // Теория и практика зубчатых передач: Сборник трудов международного симпозиума / Научный редактор В.И. Гольдфабр, 2014. С. 468-477.
9. Крюков В. А. Динамические процессы в приводах сложных взаимосвязанных машинных агрегатов // Вибрационные машины и технологии: сборник научных трудов по материалам VIII научно-технической конференции. Курск: Изд-во Курского государственного технического университета, 2008. С. 485-493.
10. Крюков В.А., Савельева Л.В. Снижение динамических нагрузок в многопоточных передачах // Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины: Сборник научных статей по материалам XII международной научно-технической информации: в 2 ч. Курск: Изд-во: Юго-Западного государственного университета, 2016. С. 205-215.
11. Клотцбюхер В. Снижение обрывности благодаря комплексным концепциям приводных систем // Twogether, 2011. № 32. С. 39-41.
12. Haikola M. No gears required // ABB Review, 2009. № 4. С. 12-15.
13. Salo J. The attraction of simplicity: Permanent magnet machines are here to stay // ABB Review, 2009. № 2. С. 29-34.
14. Байзигель Д. Voith Drive - маленький да удаленький: новый привод для повышения рентабельности производства бумаги // Twogether, 2006. № 21. С. 32-33.
15. Клотцбюхер В. Новая концепция привода для сокращения долгосрочных издержек // Twogether, 2009. № 29. С. 48-50.
16. Жолнерович Н.В., Черная Н.В. Технология бумаги и картона: учебное пособие. Минск: БГТУ, 2006. 58 с.
17. Эйдлин И.Я. Бумагоделательные и отделочные машины. М.: Лесная промышленность, 1970. 624 с.
18. Барышников В. Д., Куликов С.Н. Автоматизированные электроприводы машин бумагоделательного производства. Л.: Энергоиздат, 1982. 144 с.
19. Куцубина Н.В. Теория и практика оценки технического состояния трубчатых валов бумагоделательных машин. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический ун-т, 2016. 132 с.
Пронина Екатерина Владимировна, магистрант, katia-proninaamail. ru, Россия, Тула, Тульский Государственный университет
WAYS OF IMPROVING THE PAPERMAKING MACHINES' MAIN UNITS DESIGN IN ORDER TO INCRESE PRODUCTS' QUALITY
E.V. Pronina 330
There is a description of paper s production with usingpapermaking machines. The classification of papermaking machines' types is considering. The reasons of charts that show paper breaking causes are analyzed and possible ways of papermaking machines modernization are given.
Key words: papermaking machine, drive, shaft.
Pronina Ekaterina Vladimirovna, undergraduate, katia-proninaamail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 66.974.434
АНАЛИЗ НЕДОСТАТКОВ И ПУТЕЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
Э.В. Боровкова, И.Б. Давыдов, Е.В. Пантюхина
Рассматривается применение различных выпарных аппаратов в промышленности, анализируются их недостатки и пути модернизации.
Ключевые слова: выпаривание, выпарной аппарат, теплопередача, концентрирование.
Тепловые процессы широко применяются в пищевой промышленности при производстве концентратов фруктовых соков, молока, сахара и целого ряда других продуктов. Они связаны с переходом тепла, которое переходит от одного вещества к другому или из одного геометрического пространства в другое [1, 2]. Особое место среди всех тепловых процессов занимает выпаривание, основным назначением которого является получение пищевых концентратов при сохранении физико-химических свойств их компонентов.
При выборе и проектировании выпарных аппаратов нужно стремиться к эффективной передаче тепла, а также учитывать и минимизировать потери [3]. Классификация выпарных аппаратов, применяемых в пищевой промышленности, представлена в работе [4].
Аппараты с горизонтальной поверхностью нагрева выгодно отличаются от вертикальных меньшей высотой слоя выпариваемого раствора и большим объемом парового пространства, что облегчает выпаривание в них сильно пенящихся растворов. Однако они более громоздки и металлоемки, непригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов из-за трудности механической очистки наружной поверхности труб, имеют невысокие коэффициенты теплоотдачи.
В аппаратах с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар (греющий или первичный). Циркуляционная труба,
331
