Ve výrobním procesu papírenských strojů hrají různé válce nepostradatelnou roli, od odvodňování mokrých papírových pásů až po fixaci suchých papírových pásů. „Kovování“ jako jedna z klíčových technologií při konstrukci válců papírenských strojů – navzdory zdánlivě nepatrným geometrickým rozdílům, které s sebou nese – přímo určuje jednotnost a stabilitu kvality papíru. Tento článek komplexně analyzuje technologii kování válců papírenských strojů z hlediska definice, principu fungování, klasifikace, klíčových faktorů ovlivňujících konstrukci a údržbu a odhaluje její důležitou hodnotu při výrobě papíru.

1. Definice koruny: Významná funkce v drobných rozdílech

„Crown“ (v angličtině vyjádřeno jako „Crown“) se konkrétně vztahuje ke speciální geometrické struktuře válců papírenského stroje v axiálním směru (podélně). Průměr střední oblasti tělesa válce je o něco větší než průměr koncových oblastí, čímž vzniká obrys podobný „pasovému bubnu“. Tento rozdíl průměrů se obvykle měří v mikrometrech (μm) a hodnota koruny u některých velkých lisovacích válců může dosáhnout i 0,1–0,5 mm.

Základním ukazatelem pro měření konstrukce koruny je „hodnota koruny“, která se vypočítává jako rozdíl mezi maximálním průměrem tělesa válce (obvykle ve středu axiálního směru) a průměrem konců válce. V podstatě konstrukce koruny zahrnuje přednastavení tohoto malého rozdílu v průměru, aby se kompenzovala deformace „středního prověšení“ válce způsobená faktory, jako jsou změny síly a teploty během skutečného provozu. V konečném důsledku se dosahuje rovnoměrného rozložení kontaktního tlaku po celé šířce povrchu válce a papírového pásu (nebo jiných kontaktních komponent), čímž se pokládá pevný základ pro kvalitu papíru.

2. Základní funkce korunky: Kompenzace deformace a udržování rovnoměrného tlaku

Během provozu válců papírenského stroje je deformace nevyhnutelná v důsledku mechanického zatížení, změn teploty a dalších faktorů. Bez konstrukce koruny by tato deformace vedla k nerovnoměrnému kontaktnímu tlaku mezi povrchem válce a papírovým pásem – „vyšší tlak na obou koncích a nižší tlak uprostřed“ – což by přímo způsobovalo vážné problémy s kvalitou, jako je nerovnoměrná plošná hmotnost a nerovnoměrné odvodnění papíru. Hlavní hodnota koruny spočívá v aktivní kompenzaci těchto deformací, což se konkrétně odráží v následujících aspektech:

2.1 Kompenzace deformace při ohýbání válcem

Když jsou v provozu jádrové role papírenských strojů, jako jsou přítlačné válce a kalandrovací válce, musí na papírový pás vyvíjet značný tlak. Například lineární tlak přítlačných válců může dosáhnout 100–500 kN/m. U rolí s velkým poměrem délky k průměru (např. délka přítlačných válců u papírenských strojů s velkou šířkou může být 8–12 metrů) dochází pod tlakem k elastické deformaci směrem dolů uprostřed, podobně jako k „ohýbání ramenní tyče pod zatížením“. Tato deformace způsobuje nadměrný kontaktní tlak mezi konci role a papírovým pásem, zatímco tlak uprostřed je nedostatečný. V důsledku toho je papírový pás na obou koncích nadměrně odvodněný (což má za následek vysokou suchost a nízkou plošnou hmotnost) a uprostřed nedostatečně odvodněný (což má za následek nízkou suchost a vysokou plošnou hmotnost).

„Bubnovitá“ struktura korunového designu však zajišťuje, že po ohnutí role zůstává celý povrch role v rovnoběžném kontaktu s papírovým pásem, čímž se dosahuje rovnoměrného rozložení tlaku. To účinně řeší rizika pro kvalitu způsobená ohybovou deformací.

2.2 Kompenzace tepelné deformace válců

Některé válce, jako například vodicí válce a kalandrovací válce v sušicí sekci, podléhají během provozu tepelné roztažnosti v důsledku kontaktu s vysokoteplotními papírovými pásy a ohřevu párou. Protože střední část tělesa válce je více zahřátá (konce jsou spojeny s ložisky a rychleji odvádějí teplo), je její tepelná roztažnost větší než tepelná roztažnost konců, což vede k „střednímu vyboulení“ tělesa válce. V tomto případě použití konvenční konstrukce koruny zhorší nerovnoměrný kontaktní tlak. Proto je nutné navrhnout „negativní korunu“ (kde je průměr střední části o něco menší než průměr konců, známou také jako „obrácená koruna“), aby se vyrovnalo dodatečné vyboulení způsobené tepelnou roztažností a zajistil se rovnoměrný kontaktní tlak na povrch válce.

2.3 Kompenzace nerovnoměrného opotřebení povrchu válců

Během dlouhodobého provozu dochází u některých válců (například gumových válců lisů) k častějšímu tření na okrajích papírového pásu (protože okraje papírového pásu mají tendenci unášet nečistoty), což má za následek rychlejší opotřebení na koncích než uprostřed. Bez konstrukce koruny bude povrch válce po opotřebení vykazovat „vyboulení uprostřed a prohýbání na koncích“, což následně ovlivňuje rozložení tlaku. Přednastavením koruny lze udržet rovnoměrnost obrysu povrchu válce v rané fázi opotřebení, čímž se prodlouží životnost válce a sníží se výkyvy výroby způsobené opotřebením.

3. Klasifikace korunky: Technické možnosti přizpůsobené různým pracovním podmínkám

Na základě typu papírenského stroje (nízkorychlostní/vysokorychlostní, úzký/široký), funkce válcování (lisování/kalandrování/vedení) a procesních požadavků lze korunky rozdělit na různé typy. Různé typy korunek se liší konstrukčními vlastnostmi, metodami nastavení a scénáři použití, jak je podrobně uvedeno v následující tabulce:

4. Klíčové faktory ovlivňující návrh korunky: Přesný výpočet pro přizpůsobení se požadavkům výroby

Hodnota korunky není stanovena libovolně; pro zajištění jejího efektivního fungování je nutné ji komplexně vypočítat na základě parametrů válců a procesních podmínek. Mezi klíčové faktory ovlivňující konstrukci korunky patří zejména následující aspekty:

4.1 Rozměry a materiál role

1. Délka tělesa válce (L)Čím delší je tělo role, tím větší je ohybová deformace při stejném tlaku, a tím větší je požadovaná hodnota vyklenutí. Například dlouhé role v papírenských strojích s velkou šířkou vyžadují větší hodnotu vyklenutí než krátké role v papírenských strojích s úzkou šířkou, aby se deformace kompenzovala.
2. Průměr tělesa válce (D)Čím menší je průměr tělesa válce, tím nižší je tuhost a tím je válec náchylnější k deformaci pod tlakem. Proto je vyžadována větší hodnota koruny. Naopak válce s větším průměrem mají vyšší tuhost a hodnotu koruny lze vhodně snížit.
3. Tuhost materiáluRůzné materiály těles válců mají různou tuhost; například ocelové válce mají mnohem vyšší tuhost než litinové válce. Materiály s nižší tuhostí vykazují výraznější deformaci pod tlakem, což vyžaduje větší hodnotu korunní deformace.

4.2 Provozní tlak (lineární tlak)

Provozní tlak (lineární tlak) válců, jako jsou lisovací válce a kalandrovací válce, je důležitým faktorem ovlivňujícím konstrukci koruny. Čím větší je lineární tlak, tím výraznější je ohybová deformace tělesa válce a hodnota koruny musí být odpovídajícím způsobem zvýšena, aby se deformace kompenzovala. Jejich vztah lze zhruba vyjádřit zjednodušeným vzorcem: Hodnota koruny H ≈ (P×L³)/(48×E×I), kde P je lineární tlak, L je délka válce, E je modul pružnosti materiálu a I je moment setrvačnosti průřezu válce. Například lineární tlak lisovacích válců pro balicí papír je obvykle větší než 300 kN/m, takže odpovídající hodnota koruny musí být větší než u lisovacích válců pro kulturní papír s nižším lineárním tlakem.

4.3 Rychlost stroje a typ papíru

1. Rychlost stroje: Při provozu vysokorychlostních papírenských strojů (rychlost > 1200 m/min) je papírový pás mnohem citlivější na rovnoměrnost tlaku než u nízkorychlostních papírenských strojů. I malé kolísání tlaku může způsobit vady kvality papíru. Proto vysokorychlostní papírenské stroje obvykle používají „řiditelnou korunu“, která zajišťuje kompenzaci dynamické deformace v reálném čase a stabilní tlak.
2. Typ papíruRůzné typy papíru mají různé požadavky na rovnoměrnost tlaku. Hedvábný papír (např. toaletní papír s plošnou hmotností 10–20 g/m²) má nízkou plošnou hmotnost a je extrémně citlivý na kolísání tlaku, což vyžaduje vysoce přesný návrh korunky. Naproti tomu silný papír (např. karton s plošnou hmotností 150–400 g/m²) má silnější schopnost odolávat kolísání tlaku, takže požadavky na přesnost korunky lze přiměřeně snížit.

5. Běžné problémy s korunou a údržba: Včasná kontrola pro zajištění stabilní produkce

Nevhodná konstrukce korunky nebo nesprávná údržba přímo ovlivní kvalitu papíru a způsobí řadu výrobních problémů. Mezi běžné problémy s korunkou a odpovídající protiopatření patří:

5.1 Příliš vysoká hodnota koruny

Příliš vysoká hodnota korunky vede k nadměrnému tlaku uprostřed povrchu role, což má za následek nízkou plošnou hmotnost a vysokou suchost papíru uprostřed. V závažných případech může dokonce způsobit „drcení“ (lámání vláken), což ovlivňuje pevnost a vzhled papíru.

ProtiopatřeníU pevných válců s korunkou používaných v pomaluběžných papírenských strojích je nutné vyměnit válce za válce s vhodnou hodnotou korunky. U řiditelných válců s korunkou ve vysokorychlostních papírenských strojích lze hydraulický nebo pneumatický tlak snížit pomocí systému řiditelných válců s korunkou, aby se hodnota korunky snížila, dokud není rozložení tlaku rovnoměrné.

5.2 Příliš nízká hodnota koruny

Příliš nízká hodnota korunky má za následek nedostatečný tlak uprostřed povrchu válce, což vede k nedostatečnému odvodnění papíru uprostřed, nízké suchosti, vysoké plošné hmotnosti a vadám kvality, jako jsou „mokré skvrny“. Zároveň to může ovlivnit účinnost následného procesu sušení.

ProtiopatřeníU válců s pevným vyklenutím je nutné těleso válce znovu zpracovat, aby se zvýšila hodnota vyklenutí. U válců s řiditelným vyklenutím lze hydraulický nebo pneumatický tlak zvýšit, aby se zvýšila hodnota vyklenutí, a zajistit tak, aby tlak uprostřed splňoval procesní požadavky.

5.3 Nerovnoměrné opotřebení kontury korunky

Po dlouhodobém provozu dochází k opotřebení povrchu válce. Pokud je opotřebení nerovnoměrné, obrys korunky se deformuje a na povrchu válce se objeví „nerovnoměrné skvrny“. To dále způsobuje vady, jako jsou „pruhy“ a „prohlubně“ na papíru, což vážně ovlivňuje vzhled papíru.

ProtiopatřeníPravidelně kontrolujte povrch válců. Jakmile opotřebení dosáhne určité úrovně, včas jej obruste a opravte (např. přebrouste obrys koruny pryžových válců lisu), abyste obnovili normální tvar a velikost koruny a zabránili nadměrnému opotřebení, které by ovlivnilo výrobu.

6. Závěr

Jako zdánlivě nenápadná, ale klíčová technologie je korunka rolí papírenského stroje jádrem pro zajištění jednotné kvality papíru. Od pevné korunky v nízkorychlostních papírenských strojích až po řiditelnou korunku ve vysokorychlostních papírenských strojích s velkou šířkou záběru se neustálý vývoj technologie korunky vždy soustředil na hlavní cíl „kompenzace deformace a dosažení rovnoměrného tlaku“ a přizpůsobování se potřebám různých pracovních podmínek při výrobě papíru. Rozumná konstrukce korunky nejen řeší problémy s kvalitou, jako je nerovnoměrná plošná hmotnost papíru a špatné odvodňování, ale také zlepšuje provozní efektivitu papírenských strojů (snížení počtu přetržení papíru) a snižuje spotřebu energie (zabránění přesušení). Je nepostradatelnou klíčovou technickou podporou při rozvoji papírenského průmyslu směrem k „vysoké kvalitě, vysoké účinnosti a nízké spotřebě energie“. V budoucí výrobě papíru se s neustálým zlepšováním přesnosti zařízení a neustálou optimalizací procesů stane technologie korunky propracovanější a inteligentnější, což více přispěje k vysoce kvalitnímu rozvoji papírenského průmyslu.