造纸机传动工艺要求和变频器选择与参数设置Word格式.docx

1、分 部 名 称纸机各分部速比（%）粘状浆制的纸（电容器纸等）书写纸和印刷纸伏辊89919495.5第一压榨94959697第二压榨979897.598第三压榨98.599烘干部100压光机100.05100.15卷纸机100.1100.3 表3-1幅张力。如果不调节各分部速度已达到合适的张力，将导致纸幅拉的过松或过紧，纸幅势必打褶或断头。所以，纸机各分部的速度必须是可以调节的。在低、中速纸机的调速系统中一般靠手动控制，而在高速纸机中则是采用自动控制或由PLC、计算机控制。在确定压榨部和压光机的速度调整范围时，应考虑辊筒在整个使用寿命中直径可能要磨小68%。一般各分部的调速范围不超过10%15%

2、。由于用粘状浆制成的纸比由含大量磨木浆的游离状浆制成的纸变形较大，用粘状浆制纸的纸机使用较大的调速范围。通常，把按正常生产运行条件下调整好的各分部车速对造纸机干段的卷纸机或烘干部的车速的比值百分率称为速比。表3-1 列出几种纸机各分部速比的数据.表中设烘干部的车速为100%,并且假设烘干部各组的车速相同（实际上后一组烘缸比前一组烘缸车速低千分之几）。从表3-1可知，纸机各分部的速比的最大波动值与生产的纸种有关。由于辊筒的实际直径有误差以及压榨辊和压光辊的磨损，各分部的调速范围可以采用8%10%.4、维持分部间既定速比的稳定：可能破坏纸机各分部间既定速比的原因使很多的，如吸水箱或真空辊内真空度变

3、化、线压力变化以及毛毯和铜网张力变化等所引起的传动负荷变化。为了生产质地均匀的纸幅和减少断头，就要保持分部间速比的稳定。当出现负荷变化或其他干扰导致某分部的速度自动地跟踪变化，保持速比的变化不超过规定的范围。5、爬行速度 为了检查和清洗铜网、压榨毛毯、干毯，以及检查各分部的运行情况，各分部应有1525米/分的爬行速度。 3.1.2、造纸机传动的形式造纸机的传动系统可分为两种基本形式：总轴传动（单原动机传动）和分部传动（多电动机传动），前者较多地用于中、低速的中、小型纸机上，后者则多用于大、中型的中、高速纸机上。小型造纸机的总轴传动有的采用交流异步电动机带动总传动轴，此时总轴有固定不变的转速。但

4、总轴传动的原动机较多地是采用直流电动机或整流子交流电动机，以便调速。也有用汽轮机作原动机的。总轴传动中，各分部间速比的调节纯粹是靠机械的方法，及借助锥形皮带轮或无级变速的三角皮带轮或差动机构来实现。各分部的启动或关停，则借助摩擦离合器或电磁离合器分别地控制。总轴传动中使用了大量的轴承、皮带和皮带轮。总轴传动属于比较落后的传动形式，现以部分或全部被分部传动所代替，本书不对其做详细介绍。分部传动用电气的方法代替机械的方法来调节全机车速和各分部间的速比。由于各分部的主动辊分别配置了各自的电动机，并由按钮控制其启动机关停，故不要求装设离合器。电动机通过减速箱带动各分部的主动辊。为了使电动机远离湿部及烘

5、干部以改善电动机的工作条件，尽管占地面积有所增加，但仍然在减速箱与各分部主动辊之间装设中间轴。中间轴的两端分别装有一套曲面齿轮联轴器。它容许由10的偏转，借以补偿安装误差和传动部分与纸机本体基础的不同沉降。分部传动可以免除总轴、锥形皮带轮、皮带和离合器，简化了传动装置，运行也可靠。分部传动的电力拖动型式，都根据造纸机的大小和所生产的纸种不同而采用不同的类型。高速纸机应该装备比较完善的自动化电力系统。在选择各分部电动机及其控制设备时，需要纸机的运行条件所提出的一系列特殊的要求来选择，如起动牵引力高、硬的机械特性、要防止周围环境对传动产生有害的影响等。分部传动方式具有一系列的优点：大大简化机械结构

6、，减轻了机械维修量，减小占地面积，操作方便而安全，并为造纸机进一步自动化创造有利条件。因此，分部传动发展的很快。先后出现了各式各样的系统。就目前国内在使用的系统来说，大体分为六种型式：（1）总发电机供电给直流电动机组的机械电气联合调速系统;（2）总发电机供电给直流电动机的电力扩大机调速系统;（3）电子管放大器-电力扩大器-直流电动机系统或者电力扩大机-直流电动机-直流电动机系统；（4）可控硅单闭环或双闭环速度调节系统。（5）直流调速控制器传动系统；（6）变频传动控制系统。 分部传动中，在70年代之后都采用直流电动机拖动。传动控制采用可控硅单闭环或双闭环速度调节系统。随着交、直流调速控制理论的发

7、展，90年代以来交流调速控制器、变频传动成为纸机传动的主流，双闭环可控硅调速系统被淘汰。直流调速系统由于系统复杂、维护费用高在纸机传动中也已经很少采用，在复卷机控制中仍然采用。到目前，几乎100%的纸机传动系统都采用变频分部传动系统。3.1.3、传动功率的计算在造纸机上，由各分部传动装置输入的功率耗于克服轴承中的摩擦、辊筒之间的滚动摩擦、刮刀对辊面和烘缸表面的摩擦、铜网与吸水箱的摩擦、真空辊与真空密封物之间的的摩擦、烘缸进汽头中的摩擦等。需用功率取决于造纸机的车速及各有关参数（幅宽、轴承上的负荷、轴承型式、轴颈直径等），由于其生产工艺条件如真空度、线压力、排出冷凝水上的情况以及轴承的摩擦系数等

8、有关。为了保证造纸机连续运转，转动的机械及电气部分都应按足够的安全系数及容量安全系数来选定。确定造纸机所需用的功率有两种方法：单位指标法和分部计算法（牵引力法）。1、单位指标法单位指标法即统计法。它是对一系列造纸机测定其实际需用功率，然后就每米造纸机幅宽和每米/车速为单位来表示需用功率。按此法时需用功率为：N=kbv式中k-耗用功率的单位指标（）v-纸机的车速（米/分）b-纸机中的幅宽（米）整部纸机的k值即每个分部的k值都是按实际测定数据来确定，表3-2中给出纸机跟分部所耗用的单位功率指标的一些数据。纸机的分部耗用功率的单位指标（备 注长 网 部普通压榨辊真空压榨辊平滑压榨辊烘 干 部压 光

9、机圆筒式卷纸机0.0750.0210.0290.0070.00190.0420.0120.019当生产书写、印刷和新闻纸和真空伏辊存在时按每米烘缸和烘毯缸直径来计算辊数为8当生产新闻纸和印刷纸时当生产牛皮纸时 表 3-2如果需要计算功率的造纸机与已测定了耗用功率单位指标的造纸机在结构上及工作条件上相同，则按单位指标法计算功率的结果将近于实际的耗用功率。用上述数据的单位指标来计算功率时，在分部内各个部件所耗用的功率仍是未知数，并且没有反应出纸机的具体特征和生产工艺条件等因素对耗用功率的影响。故在纸机结构设计尚未完成以前还不知道各个零件的准确尺寸时，单位指标可作为估算纸机的功率，选择传动的电气设备

10、的原始资料。此外，单位指标法也有用美国纸浆造纸技术协会（TAPPI）提供的功率数来进行计算的。功率系数是以每30米/分（100英尺/分）车速每25毫米（英寸）机宽所需用的马力数来表示的（马力/（英寸*100英尺/分）。对长网纸机来说，取网宽为机宽。每个分部规定了两个功率系数，一是正常运转负荷系数（NRL）,一是推荐传动容量系数（RDC）。正常运转负荷系数是各分部在正常条件下运行时可望达到的运转负荷。正常运行条件是指网部的正常真空度、压榨部和压光机的正常线压、纸幅或毛布进入和离开各分部时的正常张力、滚筒的平行度恰当、轴承润滑恰当，压光机使用全套辊筒以及烘缸排水正常等，因此，造纸机的正常运转的总负

11、荷系数等于总分部的正常运转负荷系数之和。推荐传动容量系数时指在可以预料的最大负荷下运行时特定分部所耗用功率的估计值。最大负荷可能由以下情况造成：吸水箱的高真空或机械状态不良、压榨的高线压、烘缸积水过大、进汽头密封过紧、辊筒不平行与其他机械上的问题、纸幅或毛布进入分部时张力过大以及其他不正常状态。推荐传动容量系数与正常运转负荷系数之差值相当于安全储备，但并不包括对分部特有的高启动力矩特性以及特殊的纸机特点所导致不常见的运行条件。正常运转负荷系数使用于选择：（1）传动总轴的汽轮机或电动机，加15%总轴传动损失;（2）单动力源分部传动的动力源，适当考虑分部电动机的损失；（3）分部传动的发动机组的原动

12、机或供电变压器，适当考虑直流电动机和功率转换装置的损失;（4）分部中有多个传动点时，例如某些网部或吸移毛布的分部，选择分部动力原适应考虑多传动点之间的负荷差异，在此情况下，用多传动电的正常运转负荷系数之总和的120%来选择分部动力原的最小额定值。分部（总功率）正常运转负荷系数（NRL）推荐传动容量系数（RDC）备 注网 部（1）24克/米2（15磅）以下的低定量产品0.060.069吸水箱宽2米，湿箱真空度75毫米，干箱真空度125毫米（2）书籍纸和证券纸车速少于460/分0.090.104吸水箱宽2米，湿箱真空度75毫米，干箱真空度150毫米（3）新闻印刷纸，车速少于1130米/分，定量大于

13、49克/米20.120.138吸水箱宽3米，湿箱真空度75毫米，干箱真空度150毫米 压榨部（1）普通压辊、真空压辊、沟纹压辊、网毯压辊等0.0300.0350.0400.052线压小于62公斤力/厘米线压6385公斤力/厘米（2）真空吸水辊0.020.03线压最高31公斤力/厘米（3）平滑压榨0.00138线压最高62公斤力/厘米（1）烘缸直径1800毫米（72英寸）0.00120.0035缸数少于6的烘缸组必须另加动力，车速低于60米/分、机宽少于3.8米的纸机也应加动力（2）烘缸直径1500毫米（60英寸）0.0027 压光机（8辊）定量146克/米2以下0.0575张力差0.36公斤力

14、/厘米 圆筒卷纸机（除牛0.0080.0138定量200克/米2以下皮纸外）0.0230定量200克/米2以上表3-3推荐传动容量系数适用于选择：（1）分部电动机（2）单传动分部的分部动力源。应当指出，所有的功率系数都按纸的定量来计算（即每张纸面积为2英尺*3英尺，500张1令的令重磅/3000英尺的平方），其他定量单位应先换算成这一单位后在应用功率系数。表3-3列出除薄页纸机和浆板机以外的、最小机宽2.25米（90英尺）的长网纸机的一小部分功率系数。目前，国内设计造纸机常常采用TAPPI所提供的功率系数进行计算，实践证明，其计算结果基本上符合国内纸机运行的实际情况。2、分部计算法 分部计算法

15、是对纸机各分部的实际耗用功率情况，分别根据其受力的具体情况与要求加以分析，这就反映了该纸机的具体结构特点和工作特点。在完成各分部结构设计的基础上，利用此法可能精确地计算各分部的需用功率。在进行设计时，必须知道轴承上的符合辊筒和轴颈的直径，轴承及密封中的摩擦系数，铜网对吸水箱的摩擦以及辊筒之间的滚动摩擦。计算方法如下：（1）、克服轴承内的摩擦所需用的功率：N1=Fvj/60*102（千瓦）式中 F-轴承中的摩擦力（公斤力）vj-轴颈的圆周速度（米/分）其中 F=Qf（公斤力）式中 Q-轴承上的总负荷（包括辊本身的重量，铜网或毛布的拉力合力，上辊给轴承的负荷等）（公斤力）f-轴承中的摩擦系数所以

16、N1=Qfvj/60*102（千瓦）用这公式来计算各辊的轴承所耗用的功率是不方便的，因为在一个分部内各轴颈的圆周速度不一样，所以必须测定各辊的负荷和各辊轴颈的圆周速度，然后再计算出辊筒所需的功率，最后把这些功率相加才得到各分部的总功率。 为了简化计算，可利用每个分部内各辊工作部分的圆周速度彼此相等的特点，将所有作用于辊筒的摩擦阻力都转化为各个辊筒工作部分的圆周力（即牵引力）。在轴承内的摩擦力矩等于：式中d-轴颈的直径（厘米）加在辊筒外径D上的牵引力T1所造成的动力矩等于:令MT=MD,即得：又 式中 v-辊的圆周速度（米/分）因此，克服轴承中的摩擦力所需用的功率N1等于：由于在每个分部中各辊的

17、圆周速度彼此相等，因此，可以先计算出该分部各辊所需用的牵引力T1,将其相加，则得出克服该分部各个轴承的摩擦力所消耗用功率为：式中-牵引力的总和（公斤力）计算所耗用功率的精确度决定于正确地选择轴承的摩擦系数，而摩擦系数的大小取决于轴承的结构形式、负荷、润滑油种类和温度等，而且变动很大。如采用滚动轴承，一般可取f=0.010.02；滚珠轴承一般可取用低值，滚柱轴承可采用高值。而采用带有环润滑的滑动轴承时，可取f=0.030.04。顺便指出，在满足轴颈强度和轴承寿命的前提条件下，不应安装比所需要尺寸大的轴承，因为增加轴颈的直径会使其圆周速度的增加而引起耗用功率增加。（2）、克服两辊之间的滚动摩擦所需

18、的牵引力T2:由于上、下辊的动力矩等于滚动摩擦力矩，可求得两辊间的牵引力，在计算功率消耗。下辊的滚动摩擦力矩为：MT=KQ（公斤力*厘米）式中Q-两辊之间的压力（公斤力）K-滚动摩擦系数（厘米）用以克服两辊间的滚动摩擦应附加于下辊的牵引力为Tx，其动力矩等于：式中 Dx-下辊直径（厘米）引摩擦力矩等于动力矩，则得： 同理对于上辊则得：为克服两辊之间滚动摩擦所加于上、下两辊的总牵引力T2等于： 滚动摩擦系数K值决定于两辊的硬度，以及毛布和两辊间纸的厚度。对具有包胶下辊的压榨辊来说，K=0.070.16厘米，视橡胶硬度和毛布厚度而定;橡胶越软，毛布越厚，则K值越大。对压光辊来说，如辊间有纸幅通过，

19、则K=0.0150.018厘米。（3）、用来克服刮刀对辊筒或对烘缸的摩擦所需的牵引力T3:T3=fdqdb（公斤力）式中 fd -刮刀对辊的摩擦系数 qd -刮刀对辊的线压力（公斤力/厘米）b-刮刀对辊接触的长度（厘米）对于网部和压榨部的刮刀：fd =0.20.25; qd=0.20.3公斤力/厘米；对于烘干部的刮刀：fd =0.20.3; qd=0.20.4公斤力/厘米；对于压光机的刮刀：fd =0.150.2; qd=0.10.3公斤力/厘米。（4）、用于克服铜网对吸水箱表面摩擦的牵引力T4:T4=feFp（公斤力）式中fe-铜网与吸水相间的摩擦系统，取决于相该的材料（为浸蜡的木盖fe=0

20、.30.4;对夹布胶木盖或已浸蜡的木盖fe=0.150.18）. F-吸水箱的有效面积（抽气面积）（厘米2）p-真空度的平均值（公斤力/厘米2），其值与纸种有关，薄纸的p=0.020.03公斤力/厘米2，新闻纸p=0.070.12公斤力/厘米2（5）、用来克服密封物与真空辊外壳之间的摩擦和烘缸蒸汽头密封填料的摩擦所需的牵引力T5:T5=pmFmfmdo/D（公斤力）式中 pm- 密封物的单位压力（公斤力/厘米2）Fm-密封物与辊筒的回转面的接触面积（厘米2）fm-密封物与真空辊内表面之间的摩擦系数（或密封物与垫片回转面之间的摩擦系数）；do-产生摩擦的回转面的直径（厘米）D-辊筒或烘干的外径（

21、厘米）求出分部内各牵引力后，将其相加，即可计算出该分部所耗用的总功率： 式中 -分部内各牵引力的总和（公斤力）当计算压光机的功率时，除了按上述方法算出各种牵引力外，还需要加上为了克服压光机某一辊筒和它的下辊之间的滑动摩擦所需的牵引力T6:式中 -压光机辊筒之间的滑动（%），一般采用=0.050.1%； f - 辊面沿着纸幅的滑动系数，通常取f=0.3； Q - 该辊筒和它的下辊之间的压力（用来传动该对辊筒）（公斤力）因辊与辊缝隙间都有滑动摩擦，因此要将所有辊筒（除传动的底辊外）克服滑动摩擦的牵引力先行确定后然后相加。或者将各辊之间的压力总和来求牵引力总和，此时牵引力等于：式中 Q-所有辊筒之间

22、压力的总和； Q=1G2+2G3+（n-1）（Gn+P）（公斤力） G2-第二辊筒和它的轴承重量（公斤力） G3-第三辊筒和它的轴承重量（公斤力） Gn-第n辊筒的它的轴承重量（公斤力） P-附加压力（公斤力） n-压光机辊数当计算烘干部耗用的功率时，因该考虑烘干部的总效率，这个效率与传动系统和齿轮传动效应有关。齿轮的传动效率可通过计算决定或采用近似的经验数据，通常可取为0.800.85。试验指出，牵引力的大小与纸机的速度有关。当纸机的车速在100150米/分时，牵引力最小；车速为3050/分并使用滑动轴承时，牵引力需增加15%30%，其原因是轴承的摩擦系数增加的缘故。随着车速的提高，加剧辊筒

23、的不平衡载荷，而导致轴承动负荷的增大，克服轴承摩擦的牵引力以随着增大。由此可见，牵引力是与造纸机的车速由直接关系。当车速提高时，牵引力的增加系数Kv可用下式求得：Kv=1+0.0004（v-150）通常可以认为车速为150米/分以上每增加50米/分，相当于牵引力增加2%。牵引力是以纸机的正常的生产工艺条件来计算的，但在操作过程中由于生产条件（真空度、线压力、烘缸中冷凝水、轴承中的摩擦系数等）的改变，都会影响牵引力的变化。因此要采用极限系数km来加大牵引力。网部、压榨部、压光机和卷纸机等的km值为1.251.30，而烘干部的km值为1.251.50，视烘缸中冷凝水的多少而定。将极限系数和速度系数

24、一并考虑在内，牵引力的最大值为:选择纸机各分部电动机时，其功率采用最大牵引力进行计算。此外还要考虑纸机起动时启动力矩Mn:式中 Mg-克服惯性力的起动力矩 Mt-克服起动时的摩擦力的力矩实际上，计算Mg是一件繁琐的工作，而Mt则很难确定它的值。因此常常在实际生产中测定的资料的基础上，用起动力矩Mn（起动牵引力Tn）于名义工作力矩M（不考虑Km和Kv）的关系将Mn求出。其关系等于：Kn=Mn/M=Tn/T则 Mn=MKnTn=TKn对于网部：Kn =0.50.7（因在没有纸幅的情况下开动网部，吸水箱的真空度为零，所以起动牵引力小）；对于压榨部：Kn =2.5 （起动时如减小线压力可使牵引力减小）

25、；对于烘干部：当烘缸用滚动轴承时Kn=1.52；当烘缸用滑动轴承时Kn =3.54；对于压光机：Kn =34 （滑动轴承时），在起动时当上面各辊筒升起时，Kn将减小；对于卷纸机：Kn=0.51.5（起动时没有纸幅）。 3.2纸机典型结构及传动特点 从1803年第一台初具生产意义的造纸机问世至今，经过200年的发展，造纸机逐渐成熟完善，基本形成一定的规范。现在不同造纸机的区别在网部设计、压榨部设计、干燥部设计，根据不同的生产品种需求选择不同的设备形式。近年来，造纸机不断向高品质发展，不少造纸机带机内涂布机和软压光机，对传动系统的要求也越来越高。下面简单介绍造纸机的不同结构形式和其对传动的不同要求

26、。3.2.1造纸机的主要类型及其结构简介按造纸机网部结构的不同，造纸机有下列几种主要的类型：长网类型、圆网类型、夹网类型、叠网类型和带有饰面辊等一些结构比较特殊的造纸机。1、长网类型的造纸机（1）、普通长网造纸机长网造纸机是造纸工业中最广泛使用的一种造纸机。图3-1所示的一台抄宽4020毫米、抄速约450米分新闻纸机的示意图中，可以看到典型长网造纸机的组成。造纸机可以看作是一种由多台设备组成的联动机。通常可分为湿部和干部两大部分。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、压光机和卷纸机。经过配浆、施胶、加填和净化以后，具有适于抄纸的性能的浆料，在0.313的浓度下进入造纸机的浆料流送

27、设备。在这里，纸料经过浆流分布器和流浆箱对浆流的分布和匀整以后，均匀而稳定地流送到运动着的成形网的网面上。浆流在网案的胸辊中心线附近上网以后，逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。网案上通常设有案辊、真空吸水箱、伏辊等成形-脱水元件。当湿纸幅脱水到一定干度（通常是20%左右），便可以从网面剥离，送至压榨部继续脱水。造纸机的压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机 械挤压的方法脱水的。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨上辊配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达40%左右。湿纸幅在纸机上进一步脱水，通常是用加热蒸发干燥的方法。造纸机的干燥部通常是 由许多用蒸汽从内部加热的烘缸组成。烘缸上包覆着干毯（或帆布、干网），目的是将纸幅紧压到缸面上，提高传热效率和增进纸幅的表面质量。干燥后，通常使用由68辊组成的压光机来提高纸幅表面质量。最后用卷纸机卷成纸筒，供整饰工段进一步加工使