В производстве бумаги и упаковки вакуум — неотъемлемая часть многих процессов, таких как обезвоживание, сушка, удержание материала и формование. В статье в общих чертах рассматриваются роль вакуума в бумагоделательной машине, применение в производстве упаковки, проектирование системы, энергоэффективность и критерии выбора насоса. Для подбора вакуумного решения под ваше применение вы можете обратиться к техническим специалистам Gücüm Pompa.
Содержание
- Почему вакуумная система считается базовым элементом инфраструктуры в производстве бумаги и упаковки?
- Как работает вакуум в процессе обезвоживания на бумагоделательных машинах?
- Какова роль вакуума в сушильной части?
- Какие функции выполняют вакуумные отсасывающие ящики и отсасывающие валы?
- Как уровень вакуума влияет на качество бумаги?
- В каких процессах используются вакуумные системы в производстве упаковки?
- Как проектируется вакуумная система бумагоделательной машины?
- Как оптимизировать вакуумные системы бумажного производства по энергопотреблению?
- Какие критерии определяют выбор вакуумного насоса в бумажной и упаковочной отрасли?
- Часто задаваемые вопросы
Почему вакуумная система считается базовым элементом инфраструктуры в производстве бумаги и упаковки?
Вакуумная система в производстве бумаги занимает центральное место в работе бумагоделательной машины; на бумажных фабриках вакуум — неотъемлемая часть производства. Волокнистая суспензия, поступающая в начало машины, на 99 % состоит из воды; влажность готовой бумаги должна составлять от пяти до восьми процентов. Значительная часть этого крупномасштабного удаления воды осуществляется механическими силами, а вакуум — основной вспомогательный элемент, повышающий эффективность этого механического процесса.
Вакуумные системы в упаковке выполняют важные функции как при производстве упаковочных материалов, так и при упаковывании готовой продукции. При производстве картона, гофрокартона и гибких упаковочных плёнок вакуум играет решающую роль в удержании материала и качестве поверхности в процессах формования, ламинирования и печати. Высокая скорость и непрерывность производства в бумажной и упаковочной отрасли делают надёжность вакуумной инфраструктуры базовым условием операционной устойчивости.
Как работает вакуум в процессе обезвоживания на бумагоделательных машинах?
В сеточной части бумагоделательной машины волокнистая суспензия распределяется по движущейся сетке, и основная часть воды удаляется под действием силы тяжести. Однако одной силы тяжести недостаточно; вакуумные отсасывающие ящики и отсасывающие валы, установленные под сеткой, за счёт создаваемого с обратной стороны отрицательного давления позволяют удалять воду из бумажных волокон значительно быстрее и эффективнее. Уровень вакуума в сеточной части обычно находится в диапазоне 10–60 кПа, а с ростом скорости машины необходимая вакуумная производительность также пропорционально растёт.
В прессовой части, следующей за сеточной, бумага вместе с мокрыми сукнами проходит между парами валов под высоким давлением. В прессовой части вакуум также выполняет важную функцию удаления воды из сукна. Отсасывающие прессовые валы, создавая вакуум изнутри, удаляют воду, отделившуюся от бумажных волокон, сразу после прохода зоны прижима. Каждое дополнительное удаление влаги в прессовой части сокращает потребность в паре в сушильной части; поэтому эффективность вакуума на этом этапе существенно влияет на энергетический баланс фабрики.
Какова роль вакуума в сушильной части?
В традиционных группах цилиндровой сушки бумага теряет влагу при контакте с обогреваемыми паром поверхностями цилиндров; на этом этапе вакуум участвует не напрямую, а косвенно. В применениях с янки-цилиндром и воздушной сушкой вакуум играет более активную роль. В современных технологиях сушки, применяемых прежде всего при производстве мягкой бумаги и салфеток, бумага сушится и одновременно приобретает структуру поверхности, вытягиваясь потоком воздуха при поддержке вакуума с влагостойкой опорной структуры.
Вакуум большой производительности, применяемый в современных технологиях сушки, активно удаляет с поверхности бумаги воздух, уносящий влагу, и заметно повышает скорость сушки. С точки зрения энергии известно, что механическое удаление воды требует значительно меньше энергии по сравнению с паровой сушкой; поэтому повышение эффективности прессовой части с помощью вакуума может давать экономию энергии, как правило, при меньших затратах, чем инвестиции в сушильную часть.
Какие функции выполняют вакуумные отсасывающие ящики и отсасывающие валы?
Вакуумные отсасывающие ящики — неподвижные элементы, устанавливаемые под сеткой бумагоделательной машины, которые через каналы с вакуумом изнутри отсасывают воду с поверхности сетки. Уровень вакуума и положение каждого отсасывающего ящика влияют на распределение волокон и эффективность удаления воды; поэтому конфигурацию отсасывающих ящиков следует оптимизировать с учётом рабочей скорости машины и массы бумаги. На высокоскоростных машинах отсасывающие ящики выполняются многозонными; каждая зона работает при своём уровне вакуума, что способствует однородности профиля бумаги.
Отсасывающие валы — цилиндрические элементы, вращающиеся вместе с бумагой или сукном в сеточной и прессовой частях, на внутреннюю поверхность которых подаётся вакуум. Когда перфорированная поверхность вала при вращении соприкасается с бумагой или сукном, вакуум мгновенно втягивает воду внутрь. Влияние отсасывающих прессовых валов на влажность бумаги критично; сохранение прежней степени сухости при увеличении скорости производства во многом зависит от работы этих элементов.
Как уровень вакуума влияет на качество бумаги?
Уровень вакуума влияет на качество бумаги по нескольким параметрам. Вакуум в сеточной части влияет на ориентацию волокон и однородность их распределения; неравномерный профиль вакуума приводит к разнице массы по ширине бумаги и нестабильности механических свойств. Особенно для продукции, требующей высокого качества, — офсетной и графической бумаги — необходимо поддерживать стабильный профиль вакуума по всей ширине машины.
Чрезмерный вакуум в прессовой части может вызвать расслоение волокон и отслаивание поверхности у хрупких бумажных структур, а недостаточный вакуум приводит к мокрым обрывам и остановкам машины. Оптимальный уровень вакуума определяется опытным путём в зависимости от вида бумаги, состава волокон, скорости машины и свойств сукна, а тонкая настройка — непрерывная операционная дисциплина. Стабильный профиль вакуума способствует постоянству качества при разных скоростях машины и видах бумаги; пригодность жидкостно-кольцевых вакуумных насосов Gücüm Pompa для потребностей вашего применения по производительности и вакууму можно оценить совместно с техническими специалистами.
В каких процессах используются вакуумные системы в производстве упаковки?
При производстве гибких упаковочных плёнок вакуум выполняет функцию удержания плёнки в печатной машине; всасывающие пластины, обеспечивающие полный и ровный контакт поверхности плёнки с печатным цилиндром, без вакуума затрудняют получение стабильного качества печати. В процессах ламинирования при соединении двух и более слоёв упаковки вакуум удаляет с поверхности пузырьки воздуха и помогает добиться хорошей адгезии; ламинат с пузырьками воздуха создаёт недопустимые проблемы качества как по внешнему виду, так и по барьерным свойствам.
При производстве термоформованной упаковки пластиковая плёнка или лист после нагрева вакуумом притягивается к поверхности формы, и формируется вид изделия. Уровень вакуума и время воздействия — критические параметры, определяющие равномерность толщины стенки упаковки и качество заполнения углов. Кроме того, вакуумные системы выполняют незаменимые функции при производстве гофрокартона и картона, в отсасывающих цилиндрах сушильных групп и при производстве бумажно-плёночных композитных упаковочных материалов.
Как проектируется вакуумная система бумагоделательной машины?
Проектирование вакуумной системы бумагоделательной машины начинается с составления карты всех точек потребления вакуума. Для каждого из элементов — отсасывающих ящиков сетки, отсасывающих валов, прессовых отсасывающих валов и элементов кондиционирования сукна — отдельно определяются требуемый уровень вакуума и производительность; точки потребления с разными уровнями группируются, и проектируется зональное распределение вакуума.
Вакуумная система бумагоделательных машин, как правило, состоит из центральных групп насосов; зоны низкого вакуума, требующие большой производительности, и зоны глубокого вакуума, где нужна меньшая производительность, питаются от отдельных групп насосов. По мере роста ширины и скорости машины суммарная вакуумная производительность существенно возрастает; на крупных бумагоделательных машинах могут потребоваться вакуумные установки производительностью в десятки тысяч кубометров воздуха в час. В системах такого масштаба распределение нагрузки между насосами, интеграция частотно-регулируемых приводов и системы автоматического управления имеют решающее значение для энергоэффективности.
Как оптимизировать вакуумные системы бумажного производства по энергопотреблению?
На бумажных фабриках вакуумная система может составлять значительную долю общего энергопотребления. Частотно-регулируемые приводы, динамически регулируя частоту вращения насоса в зависимости от скорости машины и производственных условий, — один из важных инструментов энергосбережения. По сравнению с насосами постоянной скорости системы с частотными преобразователями могут обеспечивать заметную экономию энергии при переменной нагрузке.
Управление утечками — также упускаемая из виду сторона энергетической оптимизации вакуумных систем бумажного производства. Утечки в вакуумной линии заставляют насос без необходимости создавать дополнительную производительность и, следовательно, потреблять лишнюю энергию. Периодические испытания на утечки и их выявление могут дать существенную экономию энергии, особенно на фабриках, которые эксплуатируются давно. Технические специалисты Gücüm Pompa могут оказать техническую консультацию по оптимизации вакуумной системы и поддержать фабрики в достижении целей по эффективности.
Какие критерии определяют выбор вакуумного насоса в бумажной и упаковочной отрасли?
Высокая производительность — первоочередной критерий выбора вакуумного насоса для бумагоделательной машины. Высокий расход воздуха, необходимый в сеточной и прессовой частях, требует полного соответствия номинальной производительности насоса мощности машины. Недостаточная производительность напрямую ограничивает скорость производства; такое ограничение недопустимо с точки зрения конкурентоспособности.
Способность надёжно работать с влажным газовым потоком, который может содержать бумажные волокна, — одно из главных технических требований к жидкостно-кольцевым и специально спроектированным насосам. Из-за непрерывного характера производства бумагоделательные машины работают практически без остановок в течение всего года; в системе, работающей в таком масштабе, простота обслуживания, скорость поставки запасных частей, энергоэффективность и длительные сервисные интервалы насоса относятся к решающим критериям выбора. Возможность интеграции с системами автоматизации и управления становится дополнительным параметром выбора для совместимых с Индустрией 4.0 операций на современных бумажных фабриках.
Часто задаваемые вопросы
Используются ли разные насосы для сеточной и прессовой частей бумагоделательной машины?
Да, поскольку требования к вакууму в сеточной и прессовой частях обычно различаются, применяются отдельные зональные группы насосов. Сеточной части требуются большая производительность и низкий-средний вакуум, тогда как прессовым отсасывающим валам может понадобиться более высокий уровень вакуума. Зональный подход повышает энергоэффективность и позволяет независимо оптимизировать каждую зону.
Почему жидкостно-кольцевые вакуумные насосы широко применяются в производстве бумаги?
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы широко применяются в отрасли благодаря естественной устойчивости к уносимой влаге и волокнистым частицам, простой и прочной механической конструкции и длительным сервисным интервалам. При влажном газовом потоке риск механической поломки невысок; это даёт преимущество в надёжности, соответствующее непрерывному характеру производства.
Какой уровень вакуума требуется в термоформовочных упаковочных машинах?
Требуемый уровень вакуума при производстве термоформованной упаковки в зависимости от типа плёнки, геометрии формы и глубины изделия изменяется в диапазоне от 10 до 100 мбар абсолютного давления. В применениях с глубокой вытяжкой может потребоваться более высокий вакуум; оптимальное значение определяется по результатам испытаний на форме.
Как вакуумная система влияет на частоту обрывов бумаги?
Нестабильный или недостаточный профиль вакуума приводит к неравномерному распределению влаги на поверхности бумаги и повышает риск обрывов в прессовой и сушильной частях. Особенно при переходах машины и изменениях скорости поддержание стабильности вакуума — критический эксплуатационный параметр, определяющий частоту обрывов и связанные с ними потери производства.
Как составить план обслуживания вакуумной системы на бумажной фабрике?
План обслуживания следует строить на интервалах, определяемых по рекомендациям производителя и условиям эксплуатации, для контроля качества воды и накипи, проверки механической части и уплотнений, а также комплексного ремонта насоса. Соблюдение плановых окон обслуживания, когда остановки производства запланированы заранее, — эффективный способ сократить внеплановые остановки.
