Бумагоделательная машина

БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, самочерпки, представляют собой самую существенную часть оборудования бумажной фабрики. Волокнистый материал, из которого изготовляется бумага, измельченный на соответствующих машинах (ролы, бегуны и т. д.), проклеенный, закрашенный и сильно разбавленный водой, поступает на бумагоделательную машину, где свойлачивается в лист бумаги. Бумагоделательная машина заменила собой ручные формы, которыми рабочие зачерпывали бумажную массу и превращали ее в отдельные листы. Ручная вычерпка бумаги производилась медленно, требовала большого числа рабочих, и только с изобретением бумагоделательной машины производство бумаги приняло характер массового производства.

Бумагоделательная машина изобретена в 1799 г. во Франции Луи Робером. Первая модель состояла из бесконечной сетки А (фиг. 1), которая двигалась по двум валикам В и С.

Валик В устанавливался неподвижно, а валик С мог передвигаться для правильного регулирования натяжения сетки. Бумажная масса, находящаяся в ящике D, колесом Е захватывалась и направлялась на щит F, который распределял ее равномерной струей по поверхности сетки. По мере медленного продвижения сетки вода стекала через нее, причем небольшие отжимные валики заканчивали предварительный отжим воды. Полученная бумажная полоса наматывалась на валик Н, который затем снимали, бумагу с него сматывали и развешивали для просушки. В 1803 г. первая бумагоделательная машина была с успехом пущена в Англии. В этой машине (фиг. 2) разбавленная водой бумажная масса из ящика А по трубам поступала на бесконечную металлическую сетку В и двигалась дальше между бесконечными боковыми «декельными» ремнями С (см. ниже).

Сырая полоса бумаги, полученная после стока через сетку избытка воды, проходила для дальнейшего обезвоживания между отжимными, валами (гауч-валами) D, как в бумагоделательной машине Робера. Лучшему обезвоживанию способствовало применение верхнего сукна Е, являющегося прототипом чулка, надеваемого в современных бумагоделательных машинах на верхний вал гауч-пресса. Затем бумага проходила через прессы F и G и наматывалась на валик Н. Следующее значительное усовершенствование состояло в сушильных цилиндрах, заменивших собой естественную сушку на воздухе. Сушильные цилиндры первоначально обогревались разводившимися внутри их кострами, а в 1823 г. впервые было введено обогревание их паром, применяемое до настоящего времени. Хотя с течением времени в конструкцию бумагоделательных машин был введен целый ряд существенных усовершенствований, но основные части их до настоящего времени остались те же.

Бумагоделательные машины можно разделить на два главных типа: т. н. столовые машины с плоской сеткой и цилиндровые машины с одним или несколькими сеточными цилиндрами. Наибольшим распространением пользуются столовые бумагоделательные машины. Современная столовая бумагоделательная машина состоит из: 1) сеточной  части, где происходят формование бумажного листа и удаление главной массы воды; 2) прессовой части, в которой бумага проводится через ряд прессовых валов для отжатия воды и выравнивания поверхности бумаги; 3) сушильной части, в которой оставшаяся еще в бумажной ленте вода удаляется посредством испарения; 4) глезера, сглаживающего поверхность бумаги и придающего ей некоторый лоск; 5) продольно-резательного аппарата, разрезающего бумажную ленту на ряд продольных полос, и 6) наката, на котором бумажная полоса наматывается в виде валиков.

Одну из главных задач бумагоделательной машины составляет удаление воды из бумажной массы. Следующая таблица характеризует постепенность удаления воды из бумажной массы по мере ее продвижения через бумагоделательную машину.

Т. о. при поступлении на сетку на 1 ч. сухого вещества приходится от 100 до 280 ч. воды. Часть воды, удаляемая из бумажной массы на сетке и содержащая значительное количество мелкого волокна и наполняющих веществ, собирается, перекачивается насосом в виде т. н «оборотной воды» обратно в машину и служит для разбавления массы при поступлении на песочницу и узлоловители (см. ниже) перед поступлением на сетку бумагоделательной машины. Избыток оборотной воды направляется на специальные аппараты (фильтры, осадочные бассейны и т. д.), в которых улавливается содержащееся в ней волокно. Отдельные части современной бумагоделательной машины производят следующие работы.

1. Сеточная часть (фиг. 3). Бумажная масса подается из массных чанов на песочницу, где разбавляется до содержания волокна в 0,35—1 %. Песочница представляет собою желоб шириною около 500— 600 мм, на дне которого расположен ряд перегородок; разбавленная масса тонким слоем протекает над этими перегородками, причем из нее осаждаются тяжелые загрязнения и крупные комочки массы.

После песочницы масса проходит через узлоловители, главная составная часть которых заключается в металлической решетке с узкими прорезами (от 0,4 до 0,8 мм), через которые проходит бумажная масса, причем неразделенные комочки и пучки волокон задерживаются. Узлоловители бывают плоские, с плоскими решетками, и вращающиеся, с решетчатыми цилиндрами. Пройдя узлоловители, масса через напускной ящик W поступает на сетку 3. Сетка в верхней своей части поддерживается грудным валом 4 и рядом регистровых валиков 5, которые м. б. устанавливаемы выше или ниже для выравнивания поверхности сетки. От напускного ящика W к сетке ведет деревянный или металлический лоток, покрытый куском тонкой резины, «фартуком» 2, налегающим на скользящую под ним переднюю часть сетки. В месте окончания фартука поперек машины расположены металлические пластинки-линейки, которые м. б. установлены выше или ниже, увеличивая или уменьшая щель над регистровыми валиками; через эту щель масса стекает на сетку. При поступлении на сетку вода быстро стекает из массы, причем этому способствует вращательное движение регистровых валиков, которое производит отсасывающее действие на воду, содержащуюся в движущейся по сетке массе. Скорость поступления массы на сетку зависит главным образом от высоты слоя массы перед линейками, причем для правильного свойлачивания волокон эта скорость и скорость движения сетки должны быть по возможности близки между собой. По мере увеличения скоростей бумагоделательных машин высота напора массы перед линейками становится недостаточной, поэтому для увеличения скорости истечения массы сетке придают уклон к гауч-валу.

При очень быстрых ходах современных газетных бумагоделательных машин оказывается, что недостаточно давать уклон сетке, поэтому вместо линеек стали применять высокие ящики, в которые поступает бумажная масса; в каждом таком ящике возле дна проделана узкая регулируемая щель, через которую масса устремляется на быстро движущуюся сетку. Чтобы масса не могла стекать по краям сетки, по ней движутся бесконечные «декельные ремни», образующие вместе с упомянутыми линейками замкнутое со всех сторон ограждение, которым и удерживается бумажная масса на сетке. Для лучшего свойлачивания волокон массы регистровой части бумагоделательных машин придают боковое колебательное движение, так называемую тряску, при посредстве специального эксцентрикового механизма. Такая тряска вместо поступательного движения по направлению хода сетки способствует свойлачиванию волокон в разных направлениях. Размах колебательного движения части сетки, прилегающей к грудному валу, может меняться, причем он составляет обычно около 6 мм (а в исключительных случаях может быть доведен до 15 мм). Тряска может меняться от медленного колебания с большим размахом до коротких редких ударов; как правило считают, что, при коротком волокне и тонкой бумаге, чем сильнее тряска, тем лучшего качества получается бумага. Современные быстроходные машины для выработки газетных бумаг делаются без тряски. За регистровыми валиками сетка проходит над рядом отсасывающих ящиков, сосунов 6, которые из влажной бумажной полосы удаляют еще некоторое количество воды. Обычная конструкция сосуна – ящик из металла или дерева, прямоугольного сечения внутри. Дно ящика соединено с воздушным насосом посредством трубы. Внутри ящика имеются две перегородки, устанавливаемые непосредственно под краями бумаги, чтобы не допускать поступления воздуха в ящик. Указанные перегородки (обычно эбонитовые) могут быть передвигаемы к середине или к краю ящика посредством маховичков и стержней, концы которых закреплены в пазах перегородок. Сверху ящик обычно покрыт продырявленной доской, сделанной из твердого дерева – клена или березы, а иногда из эбонита или бронзы. Число сосунов бывает от 3 до 9 в зависимости от сорта бумаги, скорости машины и количества воды, остающейся в массе после регистровых валиков. Вакуум, наиболее благоприятный для работы сосунов, находится в пределах от 17 до 25 см ртутного столба. Если работа сосуна неудовлетворительна при показаниях манометра выше 17 см, то лучше поставить дополнительный сосун, чем подвергать сетку слишком большому напряжению увеличением вакуума выше 25 см. Вакуум в 12 см на машине в 2,5 м отвечает приблизительно нагрузке в 450 кг на каждый ящик. Декельные ремни D поддерживаются декельной рамой («форматом»), которая допускает перемещение ремней по ширине машины, позволяя тем самым увеличивать и уменьшать ширину вырабатываемой бумажной полосы. Минимальные диаметры декельных шкивов Е для различных размеров ремней следующие:

Между 1-м и 2-м сосуном иногда помещается легкий валик 7, покрытый сеткой, т. н. «эгутер», «дендироль», или «равнитель», приводимый в движение трением о бумажную полосу, уже значительно обезвоженную. Назначение валика заключается в выравнивании верхней поверхности бумажной полосы и в придании ей такого же вида, как у нижней прилегающей к сетке поверхности. Эгутером пользуются также для получения на бумаге «водяных знаков» (рисунка или названия). Для этого на эгутере наносят выпуклые рисунки из проволоки, которые, вдавливаясь в бумажный лист, раздвигают волокна влажного бумажного листа и делают его в этих местах более тонким. При высыхании бумаги эти места дают просвечивающий рисунок. Эгутер, имеющий на поверхности ряд полосок, расположенных т. о., чтобы вызвать образование в бумаге параллельных полос, более тонких, чем остальная бумага, дает т. н. бумагу «верже». Диаметр эгутера колеблется от 170 до 600 мм в зависимости от ширины и скорости машины, характера массы и рисунка водяных знаков. Затем сетка с листом бумаги через вал 8 поступает в гауч-пресс, валы 9 и 10, из которых верхний обычно покрыт войлочным чулком для лучшего отжимания воды. Валы расположены не на одной вертикали, а верхний вал сдвинут несколько вперед, чем достигается постепенное и более равномерное отжатие воды.

В самочерпках старых конструкций или вырабатывающих бумаги с большим содержанием древесной массы центры валов гауча находятся на одной вертикальной прямой или сдвинуты очень мало; в более новых самочерпках и при выработке высоких сортов бумаги расстояние между вертикалями, проходящими через центры валов, доходит до 150—180 мм. Это расстояние можно менять, причем линия, соединяющая центры валов, должна быть наклонена к вертикали под углом 8—14° для бумаг низких сортов с большим содержанием древесной массы, под углом 12—22° для средних бумаг, № 7—6, и под углом 25—36° для бумаг высших сортов более жирного размола, труднее отдающих воду.

После гауч-пресса бумага уже настолько уплотнена и прочна, что ее можно снять с сетки и перенести на подходящее к ней почти вплотную «мокрое» сукно. Содержание сухого вещества перед гауч-прессом – 8—12% и воды – от 92 до 88%; после гауч-пресса: сухого вещества – от 13 до 20% и воды – от 87 до 80%. Вместо гауч-пресса в некоторых машинах имеются отсасывающие валы Милспо. При применении отсасывающих валов надлежит следить, чтобы не было слишком большого вакуума, т. к. в этом случае сетка после отсасывающего вала становится слабой и может образовать складки. Для определения размера вакуума необходимо следить за сеткой в том месте, где она покидает отсасывающий вал, и уменьшать вакуум, если сетка становится слабой. При садкой массе, например, при газетной, печатной и других бумагах, практически нельзя получить высокий вакуум, т. к. воздух легко проходит через бумажный лист.

2. Прессовая часть бумагоделательных машин состоит из ряда прессовых валов, через которые проводится бумага. Назначение этих прессов заключается в том, чтобы отжать из влажной бумажной полосы возможно большее количество воды. Удаление воды в прессах механическим отжатием имеет свой предел, и редко удается получить бумагу перед сушильными цилиндрами, содержащую менее 65% воды. На фиг. 4 показана прессовая часть с двумя мокрыми прессами.

Бумага проводится через прессы специальными сукнами из редкой шерстяной ткани с густым начесом. Нижние валы прессов льют из чугуна и покрывают слоем резины большей или меньшей твердости. Верхние валы делают из закаленного чугуна или гранита, причем для выработки высоких сортов бумаги чугунные валы иногда сверху покрывают бронзовой рубашкой. Ход бумаги следующий: рабочий переводит бумагу с гауч-вала m на сукно первого пресса у валика n₁; сукно проводит бумагу над сосуном В для лучшего прилегания бумаги к сукну во избежание образования складок на бумаге при последующем прохождении между валами пресса; отсюда бумага проходит между валами первого пресса N и N₁. По выходе из первого пресса бумага вместе с сукном движется дальше до валика O₁, где бумага передается на валик O₂. Сукно первого пресса, передав бумагу на валик O₂, направляется обратно ведущими валиками n₂, n₃ к натяжному валику n₄. Иногда сукно проходит еще через промывной аппарат (не показан на фиг. 4), состоящий из водяного спрыска и била; наконец, сукно возвращается к первому валику n₁.

Сукномойки. Для промывки сукон на ходу имеется ряд патентованных приспособлений; в большинстве случаев они состоят из спрыска, подающего теплую воду, раствор мыла или какой-нибудь химический раствор, и сосуна, удаляющего грязную воду. Часто на дальнейшем пути сукна устанавливают пару прессовых валов, отжимающих воду после его промывки. Снятая со второго пресса бумага через валик Р направляется далее к сушильным барабанам. При прохождении бумаги через второй пресс она двигается в обратном направлении, чтобы касавшуюся сетки поверхность бумажной полосы привести в соприкосновение с гладкой поверхностью верхнего вала в данном прессе. На крупных машинах, особенно если таковые предназначены для выработки плотных бумаг, между этими двумя прессами помещается еще один пресс, точно такого же устройства, как первый, и тогда описанный второй пресс является уже третьим. В виду того, что одного веса верхних прессовых валов недостаточно для надлежащего отжатия воды из бумажной полосы, устраивают специальное приспособление, позволяющее посредством рычагов и грузов усиливать нажим пресса на бумажную полосу и регулировать его в зависимости от условий работы. На фиг. 4 такие грузы отмечены буквами s, s. В современных бумажных машинах имеется целый ряд приспособлений и механизмов, улучшающих работу прессовой части и облегчающих уход за ней, в роде автоматических натяжных и направляющих аппаратов, усовершенствованных приспособлений для промывки сукон, автоматически действующих шаберов для поддержания поверхностей валов в чистоте и т. д. Особое внимание должно быть уделено конструкции и исполнению различных валов и валиков; выбор надлежащего материала, придание правильной формы, обеспечение достаточной прочности и надлежащего качества поверхности валов являются, поэтому, особенно важными вопросами производства бумагоделательных машин. Кроме того, в виду больших скоростей, с которыми отдельным валикам приходится вращаться, они должны быть правильно балансированы.

Как бы ни были солидны прессовые валы, при значительном нажиме на их шейки посредством указанных рычажных приспособлений они неизбежно дают прогиб, благодаря чему влажный бумажный лист испытывает неодинаковое давление в середине и на краях листа, и бумага неизбежно теряет на краях больше воды, чем в середине, что вредно следующей сушки листа и при прохождении его через машину; во избежание этого прессовым валам придают не цилиндрическую, а указанную на фиг. 5 форму.

Такая обточка и выверка валов называется их бомбировкой. Таблица 1 показывает то расстояние, которое должно быть между краями валов, чтобы в работе верхний вал оказывал на нижний вал одинаковое давление по всей своей длине.

В левой вертикальной графе даны диаметры подлежащих бомбировке валов, в верхней строке – их длины. Приведенная таблица дает приблизительно верные размеры бомбировки нижнего вала при его шлифовке. В таблице приведены размеры бомбировки для валов, покрытых резиной, для первого и второго прессов; для третьего пресса эти размеры должны быть уменьшены на 5%.

3. Сушильная часть. Последнюю часть воды, которую не удается удалить из бумаги механическим путем, пропусканием через прессы, приходится удалять выпариванием на сушильных цилиндрах. Сушильные цилиндры представляют собой чугунные цилиндры, закрытые с обоих концов чугунными крышками. Поверхность цилиндров д. б. тщательно обточена и отшлифована. Нагревание сушильных цилиндров производится паром, причем для этой цели используется преимущественно отработанный пар какого-либо двигателя. Собирающаяся внутри цилиндра при конденсации пара вода отводится специальными приспособлениями, а именно: 1) черпаками, прикрепленными к крышке цилиндра с приводной стороны, зачерпывающими накопившуюся воду во время вращения цилиндра, 2) сифоном, состоящим из изогнутой трубки, доходящей почти до нижнего края цилиндра, действующим давлением пара внутри цилиндра. Для того, чтобы бумага лучше прилегала к поверхности цилиндров, таковые охватываются сушильными сукнами, плотно прижимающими бумагу к поверхности цилиндров. Сушильные сукна, в отличие от прессовых сукон, часто делаются из хлопчатой бумаги, а не из шерсти, и достигают толщины в 6 мм; они гораздо прочнее прессовых сукон (сопротивление разрыву прессовых сукон составляет приблизительно 55 кг на см ширины). Сушильные цилиндры обыкновенно располагаются в два ряда один над другим, причем бумага переходит по очереди с нижнего на верхний цилиндр и т. д.

Верхние и нижние цилиндры имеют отдельные сукна, причем, если сушильных цилиндров много, то они делятся на несколько групп, охватываемых отдельными сукнами. Число сушильных цилиндров в зависимости от характера вырабатываемой бумаги и скорости бумагоделательных машин колеблется весьма значительно, начиная от одного (для специальных тонких бумаг) и до 40 и более в быстроходных современных бумагоделательных машинах, вырабатывающих газетную и подобные ей бумаги (табл. 2).

На фиг. 6 показана сушильная часть бумагоделательной машины с цилиндрами для сушки бумаги и другими, меньшими (два цилиндра вверху), для сушки сукон.

Т. к. сушильные сукна от прикосновения влажной бумаги впитывают в себя влагу, их обыкновенно пропускают через отдельные сушильные цилиндры – сукносушители, применение которых значительно удлиняет срок службы сукон и ускоряет сушку бумаги. В современных бумагоделательных машинах сушильная часть снабжена целым рядом вспомогательных приспособлений, облегчающих обслуживание; таковыми являются, например: автоматические механизмы для натяжения и выравнивания движения сукна, приспособление для автоматической заправки бумаги на сушильные цилиндры, автоматическое регулирование подачи пара и т. д. Сушильная часть бывает разделена на две, три или четыре группы, причем между ними иногда устанавливается двухвальный пресс – мокрый глезер, т. е. сглаживающий пресс, – через который пропускается еще не совсем высохшая бумага для лучшего сглаживания ее поверхности, пока волокна ее не потеряли своей эластичности. Так как на каждую часть вырабатываемой на бумагоделательной машине готовой бумаги приходится на сушильной части выпарить около двух частей воды, то для удаления ее в виде паров необходимо наличие больших количеств воздуха, достаточно сухого для того, чтобы воспринять такие большие массы влаги без образования тумана около бумагоделательной машины и капания воды с потолка. В виду этого правильный подвод к сушильной части воздуха, по возможности подогретого, чрезвычайно важен для правильной работы этой части. Удаление насыщенного влагой воздуха происходит обыкновенно через вытяжные шахты над потолочным перекрытием или при помощи вентиляторов.

Скорость бумагоделательной машины зависит от перерабатываемых материалов, сорта и плотности бумаги и конструктивных особенностей самочерпки. (Для высоких и средних сортов наименьшие скорости соответствуют большим плотностям, а большие скорости – меньшим плотностям бумаги. Для газетных бумаг скорость хода обусловливается гл. обр. конструкцией машины.) Общего правила скоростей установить нельзя, но примерно можно рекомендовать следующие соотношения при выработке ходовых сортов:

Общая формула производительности бумагоделательных машин:

здесь Р – производительность бумагоделательной машины в сутки (в кг), В – рабочая ширина сетки в м, v – скорость машины в м/мин. (средняя), g- вес 1 м² (в г), t – средняя продолжительность простоев машин в течение суток (в час.).

Эффективная мощность бумагоделательных машин определяется по формуле:

в л. с., где К – коэффициент, зависящий от скорости движения бумаги (при v< 120 м/мин. К = 0,20—0,30; при v< 250 м/мин. К = 0,30—0,40), b- рабочая ширина сетки в м, v – скорость движения бумаги в м/мин., g- вес одного м² вырабатываемой бумаги в г.

Из приведенной сводки данных о самочерпках СССР, Германии и Канады видно, что число самочерпок Германии в 6 раз превышает число самочерпок СССР и Канады, а общая ширина всех самочерпок Германии в 6,2 раза превосходит общую ширину самочерпок СССР и в 3,2 раза ширину самочерпок Канады. Средняя же ширина одной самочерпки Канады в 2 раза превосходит таковую СССР и в 1,96 раза – Германии. Общая выработка Канады в 7,3 раза больше выработки СССР и только в 1,1 раза больше выработки Германии. Выработка на одну самочерпку Канады составляет 14973 т, т.е. в 7,2 раза больше выработки одной самочерпки СССР. Средняя выработка на 1 м ширины самочерпки Канады – 4115 т, т. е. в 3,75 раза больше средней выработки СССР.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 – 1928 г.