CC BY
36
Химия растительного сырья. 2012. №3. С. 219-222.
УДК 676.024.61
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАРНИТУРЫ С УДАРНЫМ ЭФФЕКТОМ
© В.А. Кожухов1', М.А. Карбышев1, Ю.Д. Алашкевич1’2
1 Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: [email protected]
2Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок,
Красноярск, 660036 (Россия)
Описаны экспериментальные исследования по определению времени размола в зависимости от конструкции гарнитуры с различным скосом фасок, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии. Целью исследований является определение времени размола в зависимости от конструкции рисунка гарнитуры, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии. Получены результаты, показывающие зависимость качественных показателей волокнистой массы и готовых отливок от времени размола в зависимости от конструкции гарнитуры с различным скосом фасок, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии.
Ключевые слова: размол, ударное воздействие, радиальное расположение ножей, средняя длина волокна, волокнистая суспензия.
Размол бумажной массы является исключительно важным этапом технологии производства бумаги, в процессе которого стремятся придать волокнистому материалу необходимый фракционный состав с тем, чтобы обеспечить при отливе на бумагоделательной машине требуемую структуру и плотность бумажного листа. Необходимо придать волокнистому материалу физико-химические свойства путем изменения степени дисперсности волокнистой суспензии, расщепления волокон и обработки их поверхности, от которых будут зависеть образование межволоконных сил связей и, следовательно, механическая прочность и многие другие свойства бумажного полотна. [2]
Проводя экскурс в историю, мы видим, что первые технологии производства бумаги были разработаны более четырех тысяч лет назад в Китае. В первых кустарных мастерских волокнистые материалы разбивали в ступах. За счет того, что обработка волокна происходила между тупым пестом и дном ступы, происходило не укорачивание, а лишь разделение волокон, получаемая масса была хорошего качества, фибриллированная, длинноволокнистая, но производительность ступы оставляла желать лучшего.
Позже, в 1670 г., появились роллы, основной принцип которых заключался в ножевом размоле бумажной массы. Но при этом качество размола волокнистой массы значительно снизилось. Изобретенная в 1737 г. в Парижской академии наук коническая мельница не нашла своего применения, так как в самой конструкции мельницы был заложен принцип ступы. С тех пор предпринималось много попыток в совре-
Введение
КожуховВиктор Анатольевич - старший преподаватель, e-mail: [email protected] КарбышевМихаилАлександрович - аспирант, e-mail: [email protected]
Алашкевич Юрий Давыдович - заведующий кафедрой МАПТ, профессор, доктор технических наук, тел. (3912) 27-34-53, e-mail: [email protected]
менных высокопроизводительных ножевых размалывающих машинах использовать эффект ударного воздействия на волокно при его размоле. [4]
Способность волокнистого материала в процессе размола противостоять внешним воздействиям и не разрушаться зависит от условий приложения нагрузки.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Попав в зону размола, волокна подвергаются интенсивному трению, расщеплению, рубке и расчесыванию. При этом увеличиваются фибрилляция, набухание и, следовательно, гидратация волокон с максимальным сохранением их длины [2]. Такой обработке волокон способствует усиление эффекта размола за счет ударного действия ножей о массу.
Спроектированная и изготовленная ножевая гарнитура с оригинальным рисунком позволяет свести к минимуму рубящий эффект, это достигается при одновременном контакте всех кромок ножей ротора с кромками ножей статора при отсутствии углов скрещивания (рис. 1) [1].
Рис. 1. Элементы ножевых гарнитур для размола волокнистых полуфабрикатов с радиальным расположением ножей: а - без скоса фаски; б - со скосом 5°; в - со скосом 15°; г - со скосом 30°
Радиальное исполнение гарнитуры характеризуется тем, что все режущие и нережущие кромки ножей ротора и статора пересекаются в центре диска [1]. Углы наклона режущих кромок ножей ротора и статора к радиусу, эксцентриситеты их относительно центра вращения, а также углы скрещивания равны нулю. Особенностями данного исполнения является то, что в процессе работы векторы окружной скорости и окружного усилия, развиваемые режущей кромкой единичного ножа ротора, имеют по отношению к ней нормальное направление, т.е. перпендикулярны; мгновенный ударный контакт волокнистых наслоек, нависших на режущие кромки ножей ротора, с волокнистыми наслойками, нависшими на режущие кромки ножей статора, происходит одновременно по всей их длине. Такое исполнение позволяет в момент контакта фасок ножей вращающегося ротора с фасками ножей неподвижного статора обеспечить захват ими достаточного количества волокнистого материала и дальнейшее принудительное протягивание его ме^ду их рабочими поверхностями. При этом на материал оказывается силовое воздействие в виде сложной деформации сжатия и сдвига, возникающей в процессе динамического контакта сближающихся фасок.
Характерной особенностью данного процесса является то, что нормальная составляющая окружного усилия, развиваемого диском ротора, распределяется по площади их сопряжения. За счет этого величины удельного давления, воздействующие на волокнистые наслойки, в данной гарнитуре имеют меньшие значения по сравнению с известными. Поэтому в момент динамического контакта фасок ножей ротора и статора на нависшие на них волокнистые наслойки оказывается более мягкое воздействие. Преобладает большая доля касательных напряжений при одновременном усилении фибриллирующего эффекта. Также за счет того, что боковые стороны фасок сходятся в центре кольца, ширина фасок в пределах длины ножей возрастает в направлении от входной окружной кромки к периферийной, а удельное давление на поверхности сопряженных фасок ножей ротора и статора уменьшается. Этому способствует и то, что окружное усилие, развиваемое ротором, на периферии меньше, чем на входе [3].
Экспериментальная часть
Для экспериментального подтверждения теоретических исследований в лаборатории кафедры «Машин и аппаратов промышленных технологий» СибГТУ проведена серия опытов на полупромышленной дисковой мельнице при оптимальных параметрах: концентрация массы - 2%, скорость вращения ротора -2000 об/мин, межножевой зазор - 0,3 мм.
Как видно из рисунка 2, качественные зависимости прироста степени помола носят идентичный характер. Вместе с тем для гарнитур без скоса кромки и для гарнитур с наличием фасок поду углом 5° и 15° количественные зависимости прироста градуса помола отличаются друг от друга незначительно. Что же касается гарнитуры со скосом кромки под углом 30°, наблюдается более интенсивный прирост степени помола за этот же промежуток времени и значительно меньший прирост температуры волокнистой суспензии на 60%.
На рисунке 3 показано распределение фракционного состава волокна при размоле полуфабриката на различных конструкциях размольных гарнитур.
Обсуждениерезулътатов
Содержание крупной фракции волокна в зависимости от градуса помола, представленное на рисунке 3, показывает, что в целом разработанная масса является длинноволокнистой; исключение составляет размол на гарнитуре со скосом фаски 30°, что подтверждается наличием интенсивного размола с эффектом рубки (рис. 2).
На рисунке 4 представлен график изменения разрывной длины отливок, полученных из волокнистой массы, подвергнутой размолу на гарнитурах с различной конструкцией. Как видно из рисунка, для гарнитур, не имеющих скоса фаски и имеющих скос до 15°, величина разрывной длины значительно выше, чем для гарнитуры, имеющей скос кромок 30°. Это объясняется тем, что, как указывалось ранее, при этой конструкции гарнитуры наблюдается интенсивная рубка с малой фибрилляцией, отсюда и малое содержание крупной фракции волокнистой суспензии, согласно рисунку 3.
Вместе с тем разница в количественных значениях разрывной длины для гарнитур, не имеющих фаски и имеющих фаску 5° и 15°, несущественна.
1 |/ ■ Ударная 0°
/і • ► 'А '< царная 5 царная 15е дарная 30е
ДУ
Время размола, мин
Рис. 2. Зависимость прироста степени помола от времени размола
Рис. 3. Зависимость содержания крупной фракции от градуса помола
Рис. 4. Зависимость разрывной длины от градуса помола
8300.0
7300.0
6300.0
5300.0
4300.0
3300.0
15
25
35
д ■ Ударная0”
А * Ударная 5,: Ударная 15 Ударная30 і
Д
45
55
Градус помола, ,:,ШР
65
Выводы
1. Ударное воздействие, которое удалось создать в дисковой мельнице, при размоле на радиальной ножевой гарнитуре с различным скосом фасок позволяет получить качественную, длинноволокнистую массу. Вместе с тем следует отметить, что увеличение скоса фаски до 30° приводит к интенсивной рубке и низкой фибрилляции волокнистой массы.
2. Исследованиями подтверждается повышение физико-механических характеристик бумажных отливок при использовании гарнитуры без скоса фаски и с углами скоса 5° и 15° в сравнении с гарнитурой, имеющей скос фаски 30°.
Список литературы
1. Патент №2314379 (РФ). Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев, В.А. Кожухов / 10.01.2008.
2. Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. М., 1990. 224 с.
3. Ковалев В.И. Размол волокнистых полуфабрикатов при различном характере построения рисунка ножевой гарнитуры : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2007. 209 с.
4. Кожухов В.А., Ковалев В. И., Алашкевич Ю.Д. Ударный эффект при воздействии ножевой гарнитуры как фактор повышения качества размола // Вестник Сибирского государственного университета им. академика М.Ф. Решетнева. Красноярск, 2006. С. 130-133.
Поступило в редакцию 7 июня 2012 г.
Kozhukhov V.A.1* .Karbyshev M.A.1, Alashkevich Yu.D.12 GRINDING OF FIBROUS SEMI-FINISHED PRODUCTS WITH FONT USE WITH SHOCK EFFECT
1Siberian State Technological University, Mira st., 82, Krasnoyarsk, 660049 (Russia), e-mail: [email protected] 2Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 (Russia)
In Article pilot studies by definition of time of a grinding depending on a font design with various skosy facets, frequency of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension. The purpose of researches is definition of time of a grinding depending on a design of drawing of a font, frequency of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension. In article the results of pilot studies showing dependence of quality indicators of fibrous weight and ready otlivka from time of a grinding depending on a design of a font with various skosy of facets, frequencies of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension are presented.
Keywords: grinding, shock influence, radial arrangement of knifes, average length of fiber, fibrous suspension.
References
1. Patent 2314379 (RU). 10.01.2008. (in Russ.)
2. Legotskii S.S., Goncharov V.N. Razmalyvaiushchee oborudovanie i podgotovka bumazhnoi massy. [Grinding equipment and preparation of paper pulp]. Moscow, 1990, 224 p. (in Russ.)
3. Kovalev V.I. Razmol voloknistykh polufabrikatov pri razlichnom kharaktere postroeniia risunka nozhevoi garnitury : diss. ... kand. tekhn. nauk. [Grinding fibrous semis with different character building drawing knife sets: PhD thesis]. Krasnoyarsk, 2007, 209 p. (in Russ.)
4. Kozhukhov V.A., Kovalev V. I., Alashkevich Iu.D. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta im. akademikaM.F. Reshetneva. Krasnoyarsk, 2006, pp. 130-133. (in Russ.)
Received June 7, 2012
* Corresponding autor.
