造纸机传动工艺要求和变频器选择与参数设置

66造纸机传动工艺要求和变频器选择与参数设置造纸机有多种形式,不同的生产品种要求有不同的形式,对于分部传动控制系统可以有多种选择。本章重点讨论纸机各个部位对传动的不同工艺要求，在此基础上选择不同的控制方法，用于选择对应的传动系统。3.1造纸机的传动要求和传动形式造纸机传动装置的形式应按造纸机的生产品种、产量和质量等来选择。大型高速造纸机的主要传动点分别为：真空伏辊、驱网辊、导网辊、真空吸移辊、毛毯压榨、传递压榨、烘缸、压光机和卷纸机等。由于造纸机的压榨部和烘干部的组数、机内配置情况等的不同，其传动点总数达14～20个或更多，中，低速造纸机的传动点一般的相对较少一些。有的纸机机内配置有涂布机、软压光机,其传动点总数多达45个以上。3.1.1造纸机传动的要求任何配制的造纸机对于传动系统都有如下的要求：1、工作速度的调节：为了使造纸机有较大的产品和原料的适应性，造纸机传动应能保证在较大的范围内均匀的调节速度。这是由于生产的纸种和定量的不同，需要改变纸机的车速。又由于具体生产条件如打浆度、浆料配比与种类等的变化会影响浆料在网上的脱水速度和烘缸单位面积的产量。因此，即使生产同一种纸，也常常需在10%～15%的范围内调节车速。在专用造纸机（例如新闻纸机）上调速范围I=1:2.5或I=1:2。在生产印刷及书写用纸的造纸机上，I=1:5。而在生产工业用纸及高级纸的造纸机上，I=1:8及I=1:10。2、维持车速稳定：纸机的速度往往由于电源的电压、频率以及纸机负荷等因素的变化而发生变动。为了稳定纸的定量和减少纸幅断头，要求纸机采用稳速装置。稳速精度决定于纸的定量的偏差和纸幅不发生断头。速度偏差最大允许值，对包装纸为±2～3%,对中等质量的纸为±1～2%，对印刷纸为±0.5～1%。顺便指出，要很准确的调节上网的浆料量是比较困难的，因此在生产规定定量的纸种时，往往用稍稍调节纸机车速的方法来控制纸的实际定量使之符合要求。3、各分部间速比的调整：纸幅在网部和压榨部时，其纵向伸长横向收缩，而在烘干部时，两向都收缩。因此纸机各分部的线速度稍有差异。造纸机上所生产的纸种、其浆料配比、定量以及车速、有关的生产工艺等都与分部之间的纸幅无承托引段的张力有关。因此，造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成适当的纸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89～9194～95.5第一压榨94～9596～97第二压榨97～9897.5～98第三压榨98.5～9998.5～99烘干部100100压光机100.05～100.15100.05～100.15卷纸机100.1～100.3100.1～100.3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一67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6～8%。一般各分部的调速范围不超过±10%～15%。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15～25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，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。683.1.3、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（分米米千瓦/）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（分米米千瓦/）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69此，造纸机的正常运转的总负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63～85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0.0070.00138线压最高62公斤力/厘米烘干部（1）烘缸直径φ1800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φ1500毫米（60英寸）0.00120.0027压光机（8辊）定量146克/米2以下0.0300.0575张力差0.36公斤力/厘米圆筒卷纸机（除牛0.0080.0138定量200克/米2以下皮纸外）0.0080.0230定量200克/米2以上表3-3推荐传