20第四章第3节浆料流送流浆箱56.docx

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20第四章第3节浆料流送流浆箱56

一、课题：

第四章纸的抄造第三节浆料的流送与上网

二、教学目的：

通过学习，使同学们

1、了解浆料流体特性；

2、了解消除供浆系统压力脉冲的方法；

3、掌握典型上浆工艺流程；

4、掌握流浆箱的作用、特点。

三、课时：

2h第20次第7周星期三4月2日C25、26（5.6节）

四、课型：

新课

五、教具：

电脑、投影仪、白板笔

六、重点：

流浆箱流体动力学要求、流浆箱的作用和要求

七、难点：

流浆箱有4种基本形式、纸料悬浮液的流动机理

八、教学过程：

1、导入：

同学们，上节课我们学习了浆料净化、筛选的作用，设备的工作原理及影响效果因素及浆料中空气存在的形式，危害及除气方法。

请几个同学回顾下我们上次所学的内容：

1、浆料净化的作用？

筛选的作用？

2、影响除渣效率的因素有哪5个方面？

3、压力筛的工作原理？

4、浆料中空气存在的形式，危害及除气方法？

之前我们也学习了上浆系统即流送系统，那么纸料悬浮液的流动机理、流送设备及流浆箱的形式是什么呢？

这就是我们今天要学习的内容。

请同学们翻到教材第四章纸的抄造第三节浆料的流送与上网127页进行新课程的学习。

2、课程大纲：

（详细内容见课件）（主要以讲授为主，辅以图表）

主要内容：

一、纸料流体的特征

（一）纸料悬浮液的流动机理

（二）纸料悬浮液的湍动和絮聚

二、理想的纸料纸动状态

三、流浆箱流体动力学要求

四、流浆箱

（一）流浆箱的定义及功能

（二）流浆箱的作用和要求（重）

（三）流浆箱有4种基本形式（难）

五、消除供浆系统压力脉冲的方法

一、纸料流体的特征

（一）纸料悬浮液的流动机理

⏹纸料悬浮液三相共存，固相的纤维、填料和胶粒，液相的水，气相的空气；

⏹纸料悬浮液中纤维之间可形成絮聚物；

⏹在流送过程中受到不同大小的剪切应力的作用；

⏹操作条件变化产生的非周期性压力脉冲和供浆设备原因带来的周期性压力脉冲。

影响纸页纵向不良的周期性的波动;

⏹在不同流速下的三种流动状态：

塞流（栓流）、混合流及湍流.

栓流：

当流速不大时，纤维相互交织的网络成为连带的整体，为网络整体，网络与管壁之间存在着一层很薄的水膜，水环，整个网络像塞子一样向前滑移，这种流动状态称为栓流。

混合流：

随着流速增加，管壁剪切力提高将破坏网络塞体的稳定性，使网络塞体表面的纤维逐渐分散而进入水环流，水环厚度增大，这个流动区间称为混流。

湍流：

提高流速到一定值后，纤维网络就会分散，进入完全的湍流状态

⏹

（二）纸料悬浮液的湍动和絮聚

在一般情况下，纸页是纸料悬浮液在网上脱水而形成的，由于通常采用的纸料上网浓度比临界浓度高的多因而在纸料中纤维与纤维之间有高度互相交缠的作用，使纤维容易絮聚，从而造成纸页结构不均匀的问题。

在纸料流送的过程中，合理的湍流有助于分散纤维、减少絮聚改善匀度。

因此，研究纸料悬浮液在流送过程湍动与絮聚的关系，以及其对纸页匀度的影响，就有着重要的意义

1、纸料悬浮液的湍动

湍动是指当流体的雷诺数超过一定数值时。

流体的流动状态就成为湍动，这时流道内的每个质点都有不规则的、杂乱无章的运动，这样流团在流体内作为不规则的流动就成为湍动。

微湍动：

指规模很小的湍动。

当湍动的规模很小，甚至达到“纤维规模”（即流动的规模小于单根纤维的长度）的程度，而强度又很高，因而湍动间的剪切力作用于每根纤维，使它们混杂着各点的速度和压力，从而使整个笑料悬浮液各点的物理迅速趋向

湍动的表现形式和特点：

从纸料的表面状况和涡流的状况可以直接地反映纸料中湍动的情况和规模，涡流的大小往往是湍动规模的反映，而从造纸机流浆箱喷到网案的上网段的纸料流的表面状况也可以反映湍动的规模。

小规模的湍动（微湍动）能造成纸料流表面有小的不均匀，而大规模的湍动则造成纸料流表面较明显的不均匀。

例：

满流式流浆箱（如阶梯扩散器流浆箱，这类流浆箱主要产生湍动）喷射到网案上网段的纸料流，就具有精细的斑点的表面，而出现条纹状浆流和波纹，甚至跳浆等现象。

湍动具有生存期短的特点，其衰变速度在很大程度上取决于湍动的规模和大小，小的湍动比大的湍动分散的比较快，纸料流送和纸页形成过程中的有效湍动生存期，通常是用毫秒或几分之一毫秒来测定的。

2、纸料悬浮液的絮聚

由于造纸过程中纸料上网浓度都比临界浓度高的多，因而纤维没有足够的转动空间而产生纤维与纤维之间碰撞现象，使纤维与纤维相互交缠而造成絮聚。

纸料的浓度越大时，碰撞的频率也越大，絮聚的可能性也越大。

其它影响因素：

纤维的特性、化学添加剂的加入等

3、湍动与絮聚的关系

1）、在湍动强度较大，湍动的规模很小时，湍动能够分散纤维的絮聚物。

2）、在湍动的强度很低，絮聚物的内在强度就足以阻碍湍动的作用，而絮聚物不分散

3）、当湍动的规模很大时（例如表现为比较大规模的涡流的湍动），又能够完整无损的将絮聚物存在于大涡流中。

二、理想的纸料纸动状态

⏹纸机流送上网时纸料的理想流动状态是微湍动状态，即小规模且高强度的湍动状态。

⏹原因：

⏹1、湍动规模过大，纤维的絮团存在于涡旋之中随势而动，并不分散；

⏹2、湍动强度过弱时，湍动中产生的剪切力不足以克服纤维絮团的结构强度，纤维难以分散。

三、流浆箱流体动力学要求

对流浆箱内流体的流动状态要求：

大涡流的消除：

流浆箱中浆流如处于微湍流状态，脉动就一定很激烈，而且存在着的均匀的微细旋涡。

这些均匀的微细旋涡，对于分散浆流中纤维、防止纤维絮聚是有利的，正是上网浆流所需要。

但是，如果流浆箱中浆流存在着大涡流，哪怕是在部分的浆流中存在，也将破坏上网浆流的稳定，使纸幅成形不良。

在流浆箱中，半径为数毫米的漩涡就会对纸幅成形很不利。

流浆箱在工艺上的要求：

重点在于保证浆流处于微湍流状态，使浆流上网时分散良好且具有均匀性、一致性和稳定性

四、流浆箱

⏹

（一）流浆箱的定义及功能

⏹定义：

因其位置在成形网之前，又称网前箱，它是造纸机的一个关键的部分。

⏹功能:

将上浆泵送来的纸料从管道流变成均一的、长方形的、其宽度与纸机相等的浆流，且其纵向流速均匀一致。

流浆箱应具备的四个基本功能：

1、通过喷射与纸机幅宽匹配的浆流来布浆

2、通过调节浆料浓度和/或喷浆厚度来

改变横向定量

3、产生一定级别的湍流来提高纸张质量

4、控制影响喷射的因素（速度、喷射冲击条件）

（二）、流浆箱的作用和要求

⏹①分布纸料，即沿着造纸机的横向均匀地分布纸料并上网，保证纸页全幅的定量、厚度、水分均匀一致；

⏹②分散纤维，即利用流浆箱内的整流元件，有效地分散纤维絮聚物，并防止再絮聚，保证纸页具有均匀良好的纤维交织；

⏹③稳定并能调节浆、网速关系。

按照工艺要求保持稳定的浆速和网速关系，并在车速和品种变化时，易于控制和调节；

⏹④流浆箱内壁和流道要求平滑，加工精细。

在其内表面上没有挂浆的现象，在考虑箱体整体结构时要便于清洗。

（三）、流浆箱的基本形式

⏹1、敞开式流浆箱

⏹

2、封闭（气垫）式流浆箱

⏹3、满流式水力流浆箱

⏹4、稀释水流浆箱

1、敞开式流浆箱

⏹适应于车250m/min以下的纸机

⏹结构特点：

通过调节箱内浆位的高低来控制上网浆速。

⏹纤维絮聚厉害，匀度差，易产生挂浆现象

⏹1760、2362mm为此

2、气垫式流浆箱

⏹适应于车速300m/min-750m/min的中速或较高速纸机，又称封闭式流浆箱。

⏹结构特点：

堰池是封闭的，通过变更浆位空气气垫压力，能准确、灵活、大范围的调节上网浆速。

⏹喷浆速度所需压头由气垫来补充

⏹空气压力必须稳定

3、满流式流浆箱

⏹图4-3-10集流式流浆箱

⏹A长方形浆流分配图B排管C扩散区D层流区

⏹1带孔固定板2塑料软板3插头4流浆箱底板

⏹图4-3-10集流式流浆箱

⏹集流式水力流浆箱：

⏹由长方形分配头A、排管B、扩散区C、层流区D以及唇板等组成。

⏹排管区由两头管径不同的许多管子组成。

层流区前端有一多孔板，在每排孔眼之间镶上一个柔软的塑料板，将浆料分成若干层，在距离喷嘴不远处汇合后喷出。

浆料就不会产生涡流，从而保证了横幅定量均匀稳定。

⏹优点：

没有转动的匀浆辊，因而结构紧凑、体积小、维修工作量小，由于上网纸料均匀稳定，因而唇板在一般情况下不需要调节，形成纸页的匀度好，广泛地用于中高速叠网造纸机。

⏹岳纸公司3940mm纸机采用该种流浆箱。

4、稀释水流浆箱

⏹宽幅高速纸机的流浆箱采用在喷浆处沿纸机横向均布多条稀释水管，用计算机控制稀释水管阀门的开度稀释浆料，达到调节纸页横幅定量均匀的目的。

⏹岳纸公司3800mm、6400mm、5820mm纸机，沅纸公司3520mm纸机，湘纸公司3300mm纸机均采用带横幅稀释水调节的流浆箱。

1进浆总管2管束分布器3均衡室4湍流发生器6堰板通道7上唇板8挡板9唇板10倾斜调节机构11上唇板微调机构12上唇板垂直调节机构

13稀释水供给调节装置

来自流送系统的浆料从进浆总管经管束布浆器布浆，管束为阶梯管，阶梯扩散过程中浆流产生高强微湍流和少部分较大涡流，浆流在均衡室进行缓冲、均衡，然后进入第二级扩散即湍流发生器，湍流发生器进口端为圆形而出口端为长方形，每根“管束”出口管壁相互紧靠，出来的浆流不会产生涡流，在堰池中形成均一的微湍流，最后经唇板喷浆。

在Optiflo稀释流浆箱中有两个特殊组成部分：

边流进料管和稀释水系统。

⏹1、边流进料管：

位于布浆管束的两侧，由进浆总管进浆绕过湍流发生器再到堰板喷浆，配有自动调节阀，调节管道中浆流。

⏹2、稀释水系统：

由带执行器的稀释水控制阀、阀控制系统和稀释水进料阀以及稀释水分布管等组成。

稀释水一般使用白水，在稀释水控制过程中，通过改变沿唇板横向较窄区域内浆流浓度来控制横幅定量，而唇板在高压和高速下保持平直。

横向窄区浆料浓度的变化导致绝干克重的变化。

与传统的唇板调节控制相比，稀释水横幅定量控制能给予一个理想的窄分布的克重形状响应，对纤维定向分布不会有影响。

稀释水流浆箱：

稀释水系统和上浆系统两套进料系统组成。

稀释水系统：

带执行器的稀释水控制阀、阀控制系统和稀释水进料阀以及稀释水分布管等组成

稀释水流浆箱优：

1、采用双管束布浆，横向分布对操作参数的敏感度已大大降低，能适应操作条件范围较大。

2、稀释水使用白水，在稀释水控制过程中，通过改变沿唇板横向较窄区域内浆流浓度来控制横幅定量，而唇板在高压和高速下保持平直。

横向窄区浆料浓度的变化导致绝干克重的变化。

即稀释水横幅定量控制能给予一个理想的窄分布的克重形状响应，对纤维定向分布不会有影响。

3、采用优化平均操作方法（即用最小稀释水量，但还保留所需的调节能力）。

稀释水与流箱内多排管束的每一根管中的浆料完全混合。

稀释水的优化量减少了周围工艺可能对横幅调节性能干扰的灵敏性，如填料的变化，确保在最宽可能范围外还能操作。

多排管束和均衡室作用确保浓度调节成为较理想的光滑的高斯形状克重响应。

随着纸机车速进一步提高，尤其是夹网纸机，纸料直接喷到两夹网之间，在很短的时间内，要求大量脱水并形成纸页，故要求流浆箱喷出的纸料在速度分布和浆料的微湍动方面必须更加均匀一致，才能确保纤维分散，并防止纤维絮聚。

在要求进一步提高产量，而开式和封闭式流浆箱不能满足要求，常采用水力式流浆箱。

五、消除供浆系统压力脉冲的方法

在上浆过程中会存在由湿部装置引起的短期间歇性波动和脉冲

主要影响因素有：

⏹上浆泵叶轮（此次项目化学品加入采用创捷系统，系统的泵也可能造成脉冲）

⏹压力筛翼片

⏹管道的共振运动

⏹阀门的气穴现象

⏹结构和设备的振动

⏹1）方法：

⏹1、设置高位稳浆箱，稳流、除气、消除压力脉冲三重作用；

⏹2、安装脉冲衰减器（反射阻尼式、液压气动式）；

⏹3、规范操作，稳定有关池、槽液位，保证一定溢流量；

⏹4、合理的工艺设计，弯道、阀门布置，管道走向要合理，尽可能稳定浆流；

⏹5、上浆泵、压力筛转速的合理选择；

⏹6、保证管道和设备不漏气，防止气体进入系统。

2）脉冲衰减器

工作原理：

空气以一定压力进入气室，维持气液的压力平衡

使用注意事项：

1、进气压力、流量的控制

2、脉冲衰减器内液位的控制

3、喷淋水的压力

4、日常清洗

当流浆波动时，缓冲发生挠曲变形，从而引起气室压力的变化而破坏的以前的平衡，自动控制系统立即动作（或排气或进气）重新维持一个新的平衡。

这样流道中的浆流脉冲不断地被子衰减。

3940mm脉冲衰减器示意图。

⏹1可调整的压缩空气2人孔3孔板4浆料入孔

⏹5溢流孔6浆料7压缩空气垫8观察孔

⏹A压缩空气的排放B浆料的排放

3800mm、5820mm纸机脉冲衰减器

⏹浆料从入口通过孔板进入带有压缩空气的压力容器，压缩空气通过容器溢流口溢出（如X所示），A处不能形成压缩空气垫，随着浆料的增加，一部分浆料从溢流口溢出（如Y所示），溢流口横截面越小，空气溢出的阻力越大，此时只有少量空气溢出，同时浆料液面上将形成压缩空气垫，这个压缩空气垫的压力能使悬浮液液位下降，它能降低排气阻力，使更多的空气排出。

⏹通过空气流动阻力、孔板和容器内的压缩空气垫形成的气动衰减效应的相互作用来减小脉冲，流道中的浆流脉冲不断地被衰减。

5280mm纸机脉冲衰减器

⏹脉冲衰减装置

槽罐，进浆和出浆口带法兰和配对法兰；

内部流体呈阶梯回流式流动。

一个带内部照明的视镜、人孔盖和检查盖各一个；

内部喷淋水管带手阀，用于清洁与浆料接触的表面；

通过带调节阀门的连接喷嘴和敞开式的小出浆槽保证浆料液位；

连接到压缩空气系统的配件；

不锈钢槽，与浆接触部分电抛光，带合成材料的扩散板；

压力测试根据欧洲技术要求进行；

直径1600mm

进浆方向垂直

3）小结：

⏹1、不同流速下的3种流动状态：

塞流（栓流）、混合流及湍流；

⏹2、理想的纸料纸动状态：

微湍动状态，即小规模且高强度的湍动状态；

⏹3、流浆箱在工艺上的要求：

重点在于保证浆流处于微湍流状态，使浆流上网时分散良好且具有均匀性、一致性和稳定性

⏹4、流浆箱功能是将上浆泵送来的纸料从管道流变成均一的、长方形的、其宽度与纸机相等的浆流，且其纵向流速均匀一致。

⏹5、流浆箱作用和要求：

①分布纸料②分散纤维③稳定并能调节浆、网速关系。

④流浆箱内壁和流道要求平滑，加工精细。

⏹6、流浆箱有4种基本形式：

敞开式流浆箱、封闭（气垫）式流浆箱、满流式水力流浆箱、稀释水流浆箱

⏹7、消除供浆系统压力脉冲的方法有脉冲衰减器其工作原理：

空气以一定压力进入气室，维持气液的压力平衡

九、作业：

⏹1、流浆箱作用和要求？

⏹2、流浆箱有哪几种基本形式？

稀释流浆箱有何特点？

十、教后记：

1、讲至纸料悬浮液的流动机理时，让学生们回忆《化工原理》所学的流体动力学，根据在不同流速下可分为三种流动状态：

塞流（栓流）、混合流及湍流.

2、稀释水流浆箱稍复杂难懂，故时间花较多。

采用图片结合方式，同学们更有感性认识。

3、对于流浆箱，本人掌握也还不透彻，经过与车间技术员或相关同学的请教与学习后有所进步。