Paperikoneiden tuotantoprosessissa erilaisilla teloissa on korvaamaton rooli märkien paperirainojen vedenpoistosta kuivien paperirainojen asettamiseen. Yhtenä paperikoneen telojen suunnittelun ydinteknologioista "kruunu" – näennäisen pienestä geometrisesta erosta huolimatta – määrää suoraan paperin laadun tasaisuuden ja vakauden. Tässä artikkelissa analysoidaan kattavasti paperikoneen telojen kruunaustekniikkaa määritelmän, toimintaperiaatteen, luokittelun, suunnitteluun vaikuttavien keskeisten tekijöiden ja huollon näkökulmasta ja paljastetaan sen tärkeä arvo paperintuotannossa.

1. Kruunun määritelmä: Merkittävä tehtävä pienissä eroissa

”Crown” (englanniksi ”Crown”) viittaa erityisesti paperikoneen telojen erityiseen geometriseen rakenteeseen aksiaalisuunnassa (pituussuunnassa). Telan rungon keskiosan halkaisija on hieman suurempi kuin päätyalueiden halkaisija, muodostaen ”vyötärörummun” kaltaisen ääriviivan. Tämä halkaisijaero mitataan yleensä mikrometreinä (μm), ja joidenkin suurten puristustelojen kruunuarvo voi olla jopa 0,1–0,5 mm.

Kruunun suunnittelun ydinindikaattori on ”kruunuarvo”, joka lasketaan telan rungon suurimman halkaisijan (yleensä aksiaalisuunnan puolivälissä) ja telan päiden halkaisijan erotuksena. Kruunun suunnittelussa tämä pieni halkaisijaero asetetaan ennalta telan ”keskipainuman” muodonmuutoksen kompensoimiseksi, joka johtuu esimerkiksi voimasta ja lämpötilan muutoksista todellisen käytön aikana. Lopulta se saavuttaa kosketuspaineen tasaisen jakautumisen telan pinnan ja paperiradan (tai muiden kosketuskomponenttien) koko leveydelle, mikä luo vankan perustan paperin laadulle.

2. Kruunun ydintoiminnot: Muodonmuutoksen kompensointi ja tasaisen paineen ylläpitäminen

Paperikoneen telojen käytön aikana muodonmuutos on väistämätöntä mekaanisten kuormien, lämpötilan muutosten ja muiden tekijöiden vuoksi. Ilman kruunun suunnittelua tämä muodonmuutos johtaa epätasaiseen kosketuspaineeseen telan pinnan ja paperirainan välillä – ”korkeampaan paineeseen molemmissa päissä ja alhaisempaan paineeseen keskellä” – mikä aiheuttaa suoraan vakavia laatuongelmia, kuten epätasaisen neliömassan ja epätasaisen vedenpoiston paperista. Kruunun ydinarvo on näiden muodonmuutosten aktiivinen kompensointi, mikä näkyy erityisesti seuraavissa näkökohdissa:

2.1 Valssin taivutusmuodonmuutoksen kompensointi

Kun paperikoneiden ydintelat, kuten puristintelat ja kalanteritelat, ovat toiminnassa, niiden on kohdistettava merkittävää painetta paperirainaan. Esimerkiksi puristintelojen lineaarinen paine voi olla 100–500 kN/m. Teloissa, joilla on suuri pituuden ja halkaisijan suhde (esim. leveiden paperikoneiden puristintelojen pituus voi olla 8–12 metriä), paineen alaisena tapahtuu keskellä alaspäin taipuvaa elastista muodonmuutosta, joka muistuttaa kuormituksen alaista ”olkatapin taivutusta”. Tämä muodonmuutos aiheuttaa liiallisen kosketuspaineen telan päiden ja paperirainan välille, kun taas paine keskellä on riittämätön. Tämän seurauksena paperiraina kuivuu liikaa molemmista päistä (mikä johtaa korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen ja alhaiseen neliömassaan) ja aliveden poisjäänyttä keskeltä (mikä johtaa alhaiseen kuiva-ainepitoisuuteen ja korkeaan neliömassaan).

Kruunun ”rumpumaisen” rakenteen ansiosta rullan taivutuksen jälkeen koko rullan pinta pysyy yhdensuuntaisessa kosketuksessa paperirainan kanssa, jolloin paine jakautuu tasaisesti. Tämä ratkaisee tehokkaasti taivutusmuodonmuutoksen aiheuttamat laaturiskit.

2.2 Telan lämpömuodonmuutoksen kompensointi

Jotkin telat, kuten kuivausosan ohjaustelat ja kalanteritelat, lämpölaajenevat käytön aikana joutuessaan kosketuksiin korkean lämpötilan paperirainojen ja höyrylämmityksen kanssa. Koska telan rungon keskiosa on kuumempi (päät ovat laakereissa ja haihduttaa lämpöä nopeammin), sen lämpölaajeneminen on suurempi kuin päiden, mikä johtaa telan rungon "keskipullistumaan". Tässä tapauksessa perinteisen kruunurakenteen käyttö pahentaa epätasaista kosketuspainetta. Siksi on suunniteltava "negatiivinen kruunu" (jossa keskiosan halkaisija on hieman pienempi kuin päiden, joka tunnetaan myös nimellä "käänteinen kruunu") kompensoimaan lämpölaajenemisen aiheuttamaa lisäpullistumaa ja varmistamaan tasainen kosketuspaine telan pinnalla.

2.3 Epätasaisen telan pinnan kulumisen kompensointi

Pitkäaikaisessa käytössä jotkut telat (kuten puristuskumitelat) kokevat useammin kitkaa paperiradan reunoilla (koska paperiradan reunoilla on taipumus kuljettaa epäpuhtauksia), mikä johtaa nopeampaan kulumiseen päissä kuin keskellä. Ilman kruunun muotoista rakennetta telan pintaan tulee kulumisen jälkeen "pullistuma keskeltä ja roikkuminen päissä", mikä puolestaan ​​vaikuttaa paineen jakautumiseen. Kruunun esiasetuksella telan pinnan muodon tasaisuus voidaan säilyttää kulumisen alkuvaiheessa, mikä pidentää telan käyttöikää ja vähentää kulumisesta johtuvia tuotantovaihteluita.

3. Kruunun luokittelu: Erilaisiin työolosuhteisiin mukautetut tekniset valinnat

Kruunu voidaan jakaa eri tyyppeihin paperikoneen tyypin (hidas/nopea, kapea/leveä), telan toiminnan (puristus/kalanterointi/ohjaus) ja prosessivaatimusten perusteella. Erilaiset kruunutyypit eroavat toisistaan ​​suunnitteluominaisuuksien, säätömenetelmien ja käyttötapausten suhteen, kuten seuraavassa taulukossa on yksityiskohtaisesti esitetty:

4. Kruunun suunnitteluun vaikuttavat keskeiset tekijät: Tarkka laskenta tuotantovaatimuksiin mukauttamiseksi

Kruunun arvoa ei aseteta mielivaltaisesti, vaan se on laskettava kattavasti valssiparametrien ja prosessiolosuhteiden perusteella tehokkaan toiminnan varmistamiseksi. Kruunun suunnitteluun vaikuttavia keskeisiä tekijöitä ovat pääasiassa seuraavat:

4.1 Rullan mitat ja materiaali

1. Rullan rungon pituus (L)Mitä pidempi telan runko on, sitä suurempi on taivutusmuodonmuutos saman paineen vaikutuksesta ja sitä suurempi on siten vaadittu kruununlujuus. Esimerkiksi leveiden paperikoneiden pitkät rullat tarvitsevat suuremman kruununlujuuden kuin lyhyet rullat kapealeveisissä paperikoneissa muodonmuutoksen kompensoimiseksi.
2. Rullan rungon halkaisija (D)Mitä pienempi telan rungon halkaisija on, sitä pienempi on jäykkyys ja sitä alttiimpi tela on muodonmuutokselle paineen alla. Siksi tarvitaan suurempi kruunun arvo. Toisaalta suuremman halkaisijan omaavilla teloilla on suurempi jäykkyys, ja kruunun arvoa voidaan pienentää vastaavasti.
3. Materiaalin jäykkyysErilaisilla valssirunkomateriaaleilla on erilaiset jäykkyydet; esimerkiksi teräsvalsseilla on paljon suurempi jäykkyys kuin valurautavalsseilla. Jäykemmillä materiaaleilla on merkittävämpi muodonmuutos paineen alaisena, mikä vaatii suuremman kruunun arvon.

4.2 Käyttöpaine (lineaaripaine)

Telojen, kuten puristus- ja kalanteritelojen, käyttöpaine (lineaaripaine) on tärkeä kruunun suunnitteluun vaikuttava tekijä. Mitä suurempi lineaarinen paine on, sitä merkittävämpi on telan rungon taivutusmuodonmuutos, ja kruunun arvoa on suurennettava vastaavasti muodonmuutoksen kompensoimiseksi. Niiden suhde voidaan karkeasti ilmaista yksinkertaistetulla kaavalla: Kruunun arvo H ≈ (P×L³)/(48×E×I), jossa P on lineaarinen paine, L on telan pituus, E on materiaalin kimmokerroin ja I on telan poikkileikkauksen hitausmomentti. Esimerkiksi pakkauspaperin puristustelojen lineaarinen paine on yleensä yli 300 kN/m, joten vastaavan kruunun arvon on oltava suurempi kuin kulttuuripaperin puristustelojen, joilla on pienempi lineaarinen paine.

4.3 Koneen nopeus ja paperityyppi

1. Koneen nopeusKun suurnopeuksiset paperikoneet (nopeus > 1200 m/min) ovat käytössä, paperiraina on paljon herkempi paineen tasaisuudelle kuin hitaissa paperikoneissa. Jopa pienet paineenvaihtelut voivat aiheuttaa paperin laatuongelmia. Siksi suurnopeuksisissa paperikoneissa käytetään yleensä "säädettävää kupua" dynaamisen muodonmuutoksen reaaliaikaisen kompensoinnin toteuttamiseksi ja vakaan paineen varmistamiseksi.
2. PaperityyppiEri paperityypeillä on erilaiset vaatimukset paineen tasaisuudelle. Pehmopaperilla (esim. wc-paperi, jonka neliöpaino on 10–20 g/m²) on alhainen neliöpaino ja se on erittäin herkkä paineenvaihteluille, mikä vaatii tarkkaa kruunun suunnittelua. Sitä vastoin paksulla paperilla (esim. pahvi, jonka neliöpaino on 150–400 g/m²) on parempi kyky kestää paineenvaihteluita, joten kruunun tarkkuusvaatimuksia voidaan alentaa asianmukaisesti.

5. Yleisiä kruunuongelmia ja huoltoa: Oikea-aikainen tarkastus vakaan tuotannon varmistamiseksi

Kohtuuton kruunun suunnittelu tai virheellinen huolto vaikuttavat suoraan paperin laatuun ja aiheuttavat useita tuotanto-ongelmia. Yleisiä kruunuongelmia ja niihin liittyviä vastatoimia ovat seuraavat:

5.1 Liian suuri kruunun arvo

Liian suuri kruunun arvo johtaa liialliseen paineeseen telan pinnan keskellä, mikä johtaa paperin alhaiseen neliömassaan ja korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen keskellä. Vakavissa tapauksissa se voi jopa aiheuttaa "murskautumista" (kuidun katkeamista), mikä vaikuttaa paperin lujuuteen ja ulkonäköön.

VastatoimetHitaasti pyörivissä paperikoneissa käytettävien kiinteän kruunun omaavien telojen vaihto on tarpeen. Nopeasti pyörivissä paperikoneissa käytettävien säädettävien kruunun omaavien telojen hydraulista tai pneumaattista painetta voidaan pienentää säädettävän kruunun järjestelmän avulla, kunnes paineen jakautuminen on tasaista.

5.2 Liian pieni kruunun arvo

Liian pieni kruunun arvo johtaa riittämättömään paineeseen telan pinnan keskellä, mikä puolestaan ​​johtaa paperin riittämättömään vedenpoistoon keskeltä, alhaiseen kuiva-ainepitoisuuteen, korkeaan neliömassaan ja laatuvirheisiin, kuten "märkiin kohtiin". Samalla se voi vaikuttaa myös seuraavan kuivausprosessin tehokkuuteen.

VastatoimetKiinteällä kruunulla varustettujen telojen kruunun uudelleenkäsittely kruunuarvon nostamiseksi on tarpeen. Säädettävien kruunuvalssien hydraulista tai pneumaattista painetta voidaan lisätä kruunuarvon nostamiseksi varmistaen, että paine keskellä täyttää prosessivaatimukset.

5.3 Kruunun ääriviivan epätasainen kuluminen

Pitkäaikaisen käytön jälkeen telan pinta kuluu. Jos kuluminen on epätasaista, kruunun muoto muuttuu ja telan pintaan ilmestyy "epätasaisia ​​​​kohtia". Tämä aiheuttaa edelleen paperiin vikoja, kuten "raitoja" ja "painumia", jotka vaikuttavat vakavasti paperin ulkonäköön.

VastatoimetTarkasta telan pinta säännöllisesti. Kun kuluminen saavuttaa tietyn tason, hio ja korjaa telan pinta ajoissa (esim. hio puristuskumitelojen kruunun muoto uudelleen) kruunun normaalin muodon ja koon palauttamiseksi ja liiallisen kulumisen estämiseksi vaikuttamasta tuotantoon.

6. Johtopäätös

Näennäisen hienovaraisena mutta ratkaisevana teknologiana paperikoneen telojen kruunu on ydin tasaisen paperinlaadun varmistamisessa. Hitaasti toimivien paperikoneiden kiinteästä kruunusta nopeiden, leveiden paperikoneiden hallittavaan kruunuun kruunuteknologian jatkuva kehitys on aina keskittynyt ydintavoitteeseen "muodonmuutoksen kompensointi ja tasaisen paineen saavuttaminen" mukautumalla erilaisten paperinvalmistusolosuhteiden tarpeisiin. Kohtuullinen kruunusuunnittelu ei ainoastaan ​​ratkaise laatuongelmia, kuten epätasaista paperin neliöpainoa ja heikkoa vedenpoistoa, vaan myös parantaa paperikoneiden käyttötehokkuutta (vähentää paperikatkoksia) ja vähentää energiankulutusta (välttäen ylikuivausta). Se on välttämätön keskeinen tekninen tuki paperiteollisuuden kehittämisessä kohti "korkeaa laatua, korkeaa hyötysuhdetta ja alhaista energiankulutusta". Tulevaisuuden paperintuotannossa laitteiden tarkkuuden jatkuvan parantamisen ja prosessien jatkuvan optimoinnin myötä kruunuteknologiasta tulee hienostuneempaa ja älykkäämpää, mikä edistää entisestään paperiteollisuuden korkealaatuista kehitystä.