第八章纸浆输送机械与贮存设备

第八章纸浆输送机械与贮存设备第一节纸浆在输送管道中的压头损失及浆泵扬程一、纤维网络及纸浆浓度（一）纸浆的纤维网络在静止状态或流速较低时，纸浆中纤维总交织成连贯的网络，纤维网络是否稳定并有强度主要在以下三个方面：1．浓度如果纤维含量少，交织的网络就不稳定，含量达到一定值以后，纤维网络就具有稳定的性质，且具有一定的强度，浓度越高，纤维网络就越稳定，所具有的强度越大。实验研究表明:0.6%以下的浓度，纸浆难以形成稳定的网络，0.7%以上的浓度纸浆中所形成的纤维网络具有一定的稳定性，7％以上浓度的纸浆，纤维网络显示出明显的强度，没有一定的高强剪切力就不能使它分散。2．流速流速的大小体现了流体剪切应力的大小。流速越高，作用在纤维网络表面的剪切力越大，网络瓦解而分散的可能性就越大。3．湍动纸浆由湍动状态衰减下来，已相互交织的纤维就逐渐形成连贯稳定的网络体。纸浆在输送过程中，通过管件，阀门和输送机械时，使纸浆引起局部或全部的湍动，离开这些局部位置以后，如果平均流速较低，纤维又重新形成连贯的网络。可以认为，纸浆在经过管路局部位置时，要经历纤维网络分散，纤维重新交织和纤维网络稳定三个阶段。（二）纤维网络强度纤维网络具有一定的剪切强度，具有一定的固体性能。网络内的每根纤维都处于纤维间的拉力、摩擦力和联结力的平衡之中，就是纤维网络具有强度的根本原因。浓度越高，纤维网络的稳定性就越好，抵抗变形和分散的能力就越大。网络强度还受到纤维刚度、柔韧度、纤维长度等因素的影响，一般来说，纤维越长，越柔韧，刚度好，所形成网络的强度就越大，反之就越小。实验证明，打浆度和温度对纤维网络强度的影响不大。对工程上使用的纸浆输送管道来说，管内纤维的交织能力已不再受管内空间的限制，管径不再影响纤维网络的强度。纤维网络的强度大小直接影响到分散纤维网络或挤压纤维网络的作用力。在纸浆输送中，网络强度就直接影响到纸浆通过浆泵、阀门、附件和直管时所消耗的压头及浆泵所需要的功率。（三）纸浆浓度纸浆浓度高低对纸浆流动特性影响最大，也是选择输送机械和贮存设备的关键因素。因此，目前在对纸浆进行输送和贮存时，就根据不同的浓度把纸浆区分为三种范围，即浓度＜7％，具有较好的流动性，简称低浓浆；浓度在7～15%，基本上丧失了自身流动性，在高强剪切力场中，具有近似于水流的流动性能，实现“流体化”，可用特制的湍流离心式中浓浆泵进行输送。简称中浓浆；浓度＞15％，目前只能用容积式高浓浆泵进行输送。，简称高浓浆。二、低浓浆输送管路中压头损失的预测实践证明，可以通过三种途径来预测纸浆输送管路中压头损失值，即：实验测定查阅图表利用计算公式进行计算。（一）预测压头损失的常用图表如图8-1至图8-8所示。根据不同的纸浆种类和不同管道，可以用这些图表查出相应的压头损失值。为了比较，各图中还标示同样流动条件下的水流压头损失曲线。查阅图8-1至图8-8时要注意：(1)注意量纲的一致。(2)图中纸浆浓度限于2～6%，至于浓度2%的纸浆，可用别的方法预测压头损失值。(3)不一样的浓度，可近似采用插入法计算。(4)图中所示压头损失值只适用于光滑管道，例如非金属材料管，对于普通钢管或不锈钢管，应乘以1.1。(5)不同的纸浆，其压头损失值是不同，机械木浆的压头损失较大，化学非木浆较小。有资料建议，如用于机械木浆要乘以系数1.2，如用于化学非木浆，就乘以0.9。见表8-1。为了便于计算和查阅，图8-9表示了纸浆输送管路的输浆量qv(m3/h)与流速u(m/s)及管径d（mm）的关系。每小时输浆量qv(m3/h)与每天绝干浆输送吨数m(t/d)及浓度w（％）之间的关系如图8-10所示。可按下列步骤预测压头损失值：(1)根据每天需要的绝干浆输送吨数m（t/d）和纸浆浓度w（％）按图8-10查出纸浆输出量qv(m3/h)；(2)根据纸浆输送量qv(m3/h)和管道内最佳平均流速u(m/s)按图8-9查出管道内径d（mm）。在确定管道内径d（mm）时要考虑工艺技术条件，并对d（mm）进行修正。(3)从图8-1至图8-8中选择与管径d和浓度w相适应的特性曲线，再根据输浆量qv(m3/h)查出每l00m管长的压头损失⊿hL（m）值。(4)根据管道材料类别及纸浆种类修正⊿hL（m）值。(5)按输浆管道的直管总长度L(m）就可得出直管部分的总压头损失值。计算从略。三、中浓浆的流动特性和压头损失值的预测中浓浆在管道中做稳定流动时其压头损失与同样流动条件下低浓浆的压头损失相比要大得多，二者的比值随浓度w的幂级数的比值而增加；例如，在流速较低时，纸浆浓度由4%提高到12%，即提高3倍，在同样流动条件下，压头损失要提高13.5倍。主要原因是由于浓度的提高，增大了纤维网络的强度，中浓浆在管道输送时需要消耗较大的能量来克服与管壁的摩擦阻力。计算从略。四、浆泵的扬程由于纸浆在输送管道中存在一定的压头损失，为了给纸浆提供相应的能量，以克服纸浆压头损失值，并同时满足输浆系统中其他工艺条件的要求。浆泵（不管是低浓浆泵、中浓浆泵及高浓浆泵）在输送纸浆时，就称浆泵输送的单位质量纸浆从进入浆泵到出口处能量的增值为浆泵的扬程，常记为H。计算从略。第二节纸浆输送机械一、输浆泵的分类及性能参数（一）概述纸浆输送机械可分为：①输浆泵；②螺旋输送机械；③风动输送机械。输浆泵简称浆泵，在制浆造纸工业中是最重要的纸浆输送机械。与纸浆按浓度分类相对应，工程上常把输送低浓纸浆的浆泵称为低浓浆泵，输送中浓纸浆的浆泵称为中浓浆泵，输送高浓纸浆的浆泵称为高浓浆泵。在工程实际应用中，浆泵是根据其结构型式来分类的，具体的分类如表8-3所示。（二）浆泵的性能参数①输浆浓度（w％）。②流量，体积流量的单位为L/S或m3/s等，质量流量单位用kg/s或t/min等。③单位时间内所输送的绝干浆质量m。④扬程H，单位为m。⑤浆泵转子或叶轮转速n，单位为r/min。⑥功率P，指浆泵的输入功率，单位为kW。⑦浆泵的有效功率Pe。⑧浆泵的效率η⑨吸上真空度Hs和浆泵允许安装高度hs。二、低浓浆泵（一）低浓离心式浆泵低浓离心式浆泵简称离心浆泵，由于其结构与普通离心水泵基本相同，一般为单吸的，由泵体、叶轮、轴、轴的密封件等组成。泵体分为整体式和部分式两种；叶轮有闭式、开式和半开式三种结构形式，闭式叶轮前后侧有盖板，使流道的前后是封闭的，半开式叶轮则其一侧有完整的盖板，而开式叶轮没有盖板或侧壁，仅在叶片间设加强筋（如图8-11所示）。闭式叶轮按流道由中心朝圆周方向的宽度变化又可分为收缩型、平行型和扩散型三种（如图8-12）。在选购离心浆泵时必须根据输送工艺条件，即纸浆浓度、纸浆种类、流量、扬程H、安装高度等参数来选择，但对于离心浆泵的叶轮，要根据纸浆的种类和浓度来选用叶轮结构形式。浓度低于1.5%的细浆，可选用收缩型的闭式叶轮，浓度高于1.5%的细浆，采用平行型与扩散的闭式叶轮，对3～4%的细浆，应采用扩散型的闭式或半开式叶轮，如输送粗浆或浓度接近于中浓的（5～6%）细浆，应采用开式或增压叶片的半开式叶轮。关于离心浆泵的规格与参数，可参阅生产厂家的产品样本。（二）斜盘泵又称倾斜转子泵，是离心式粗浆泵，如图8-13所示，它适用于输送刚蒸煮出来的化学浆、木片悬浮液、废纸浆等，且输送浓度较高可达5～8%，接近于中浓。1．斜盘泵的叶轮和泵体泵的叶轮和泵体具有自身的特点。叶轮是与泵轴线倾斜成30～40°角的椭圆形平板，称为斜盘，相当于具有两个叶片的开式叶轮。斜盘泵的泵体更为简单，是一个圆柱形筒体，在适当方向上开长形孔作为排浆口，并接出浆管。泵体可以是整体的，也可以是剖分式的。2．斜盘泵的功能具有输送浓度接近于中浓的粗浆的能力，通过适当的改造，还具有对纸浆疏解的能力。如果把斜盘泵做成带齿的，即斜盘旋转时在其外径周边所在的圆柱面上车出等距的环形齿沟，泵壳内镶一个带相应环形齿沟的套筒，就增加了粉碎与疏解作用，因此称这种带齿的斜盘泵为泵送碎磨机。多数情况下，斜盘泵把输送和粉碎、疏解及混合作用结合在一起，这就是它具有一定实用价值之所在。尽管斜盘泵的输送效率低，但由于具有这种双重作用，往往是减少能耗的设备。三、中浓浆泵（一）中浓浆的流体化技术要像输送低浓浆一样输送中浓浆，就必须对中浓浆施加足够的剪切应力，使纤维网络完全分散，使中浓浆完全处于湍流的状态，从而具有与水流近似的流动性。要使中浓浆能稳定地在管道中流动，就必须提供足够的外力，克服由于流动所引起的管壁摩擦阻力；而要给中浓浆提供足够的外力，就要给中浓浆施加足够的剪切应力，完全破坏其稳定的纤维网络，使其完全处于湍流状态，实现流体化。