2640/500紙機壓榨部振動問題解決方案

魏 輝，張 鵬

（駐馬店市白云紙業有限公司，駐馬店 463100）

壓榨部是整臺紙機中非常重要又非常脆弱的部分，一旦壓榨部壓區出現振動，紙幅的脫水均勻性會受到嚴重影響，還往往會縮短軸承的使用壽命，造成計劃外停機，從而影響生產[1-4]。本公司采用2640/500長網多缸紙機生產70～180 g/m2的各類型文化用紙。該紙機的設計車速為500 m/min，但是當運行車速提高到380 m/min后，紙機壓榨部開始出現振動。本文對振動發生的原因進行分析，并給出了解決方案。

1 紙機壓榨部的配置

紙機壓榨部的配置如圖1所示。該紙機壓榨部的布置形式為：真空吸移輥引紙+四輥二壓區+一道正壓+一道光壓，機架、走臺等為標準型設計；有3組運行毛毯，每組毛毯配備自動張緊、自動校正器等裝置；采用氣動加壓方式。

圖1 2640/500紙機壓榨部配置示意圖

其中，壓榨部真空吸移輥為Φ550 mm×3400 mm單室真空輥，錫青銅離心澆鑄；第一壓區、第二壓區和正壓區下輥均為Φ650 mm×3150 mm鑄鐵包膠輥，表面包膠硬度為96+2“A”，溝紋輥面；真空壓榨輥為Φ750 mm×3400 mm雙室真空壓榨棍，不銹鋼材質，表面包膠硬度為92+2“A”；二壓區上輥和正壓區上輥為Φ800 mm×3150 mm天然石輥。各壓區工作壓力分別為一壓區60 kN/m2、二壓區90 kN/m2、正壓區110 kN/m2、光壓區30 kN/m2。壓區氣胎直徑分別為加壓氣胎Φ400 mm、泄壓氣胎Φ320 mm，行程為250～400 mm。

2 紙機壓榨部振動的原因分析

2.1 振動原因的初步排查

（1）為消除振動，對各壓榨輥進行靜、動平衡校驗；

（2）為消除旋轉引起的設備振動，采用SKF軸承，并嚴格按照要求裝配和緊固；

（3）對各壓區的安裝尺寸按照設計位置進行系統校正，確保水平度和方正度，消除機架可能發生的振動；

（4）適當提高毛毯克重和透氣度，改善平整性；

（5）排查壓縮空氣系統，包括管線、元件、壓力表等，確保施壓穩定、可靠；

（6）校驗壓榨部傳動裝置，包括傳動控制、電機、減速機及聯軸器等，確保運轉穩定、可靠；

（7）對機架、操作平臺、走梯等的緊固螺栓進行排查和緊固，消除隱患；

（8）對真空脫水系統的元件進行檢查和更換，對系統進行清洗，確保工作穩定、可靠。

在通過上述排查后，紙機提速到380 m/min時仍然發生振動，且隨著紙機車速增加，振動有逐漸增強趨勢。

2.2 振動原因分析

在排查中發現，系統振動最突出的部位是壓榨部的施壓氣胎，且隨著紙機車速升高，在壓力不變條件下，壓榨部施壓氣胎振動加劇，降低車速則振動幅度也會降低。根據此現象進行了進一步分析。

壓縮空氣介質的特性是黏度小，流動阻力小，壓力損失小，環境適應性能好，不易發生過熱現象，便于集中供氣和遠距離輸送，且成本低。但是，其也存在著工作壓力低、在相同輸出壓力情況下的可壓縮性大、速度穩定性差、信號有較大的失真和停滯等不足。

因氣胎的壓強來源于壓縮空氣，氣體的壓強遵循克拉伯龍方程式[5]，通常表示為

式中：p為壓強；V為氣體體積；n為物質的量；T為絕對溫度；R為氣體常數。在使用同一氣源(壓縮空氣)，又在相同的環境、壓力條件下，方程中n、T、R是不變的，只有V和p變化。在壓力一定時，可發生變化的只有V。壓縮空氣本身具有可壓縮、速度穩定性差的特性，同時系統中的元件（氣胎）又具有彈性變形性，在紙機提速過程中V值是唯一變化的參數，也是導致振動的主要原因。

3 紙機壓榨部振動的解決方案

3.1 解決壓榨部振動的思路

目前，在紙機壓榨部采用的加壓方式主要有機械加壓、氣動加壓和液體加壓三種方式。其中，機械加壓方式只適用于低速紙機，中高速紙機多采用氣動加壓和液壓加壓。液壓系統具有以下特性：（1）在相同體積下，液壓裝置能產生出更大的動力；（2）容易做到對速度的無極調速，而且調節范圍大；（3）運行均勻平穩、換向沖擊小；（4）自潤滑，使用壽命長；（5）對溫度比較敏感，容易污染環境；（6）控制系統復雜，投資大，對使用和維修技能要求高，運行費用高；（7）裝置需要一定的空間。可見，采用液壓加壓方式能夠克服由于壓縮空氣本身特性引起的振動。

但是，對現有裝置的進行改造也存在下列問題：（1）空間位置不足，不論是機架還是附屬設備的布置都難以實現；（2）需要重新制作機架，新增液壓系統及控制系統，投資大；（3）改造周期長，嚴重制約生產。因此，采用常規以液壓油為主導的液壓系統改造在該紙機上是不可行的，必須另辟蹊徑。

對現有系統進行深入研究后，提出了只對各壓區的加壓側進行改造，在現有裝置不變、以水為液壓介質條件下，利用原壓縮空氣為動力，采取氣/液裝置混合使用的改造設想。

3.2 改造設計的理論依據和實現途經

（1）理論依據：流體應遵循帕斯卡定律[6-7]，即液體內部朝著各個方向都有壓強。同一深度各個方向的壓強相等。加在密封液體上的壓強，能按照它原來的大小由液體向各個方向傳遞。不同液體在同一深度產生的壓強與液體的密度有關，密度越大，液體的壓強越大。液體壓強的計算公式為

式中：p為液體壓強，Pa；ρ為液體密度，kg/m3；g為重力加速度；h為深度，m。

（2）設計的實現途徑：根據帕斯卡定律，液體內朝著各個方向都有壓強，同一深度各個方向的壓強相等。如果利用液壓機原理，在現有加壓系統的氣胎加壓裝置前增設一個承壓容器，使氣胎和承壓容器中注入液體，以壓縮空氣提供壓力，即可建立一套液壓裝置，實現液體加壓。

3.3 改造方案

2640/500紙機壓榨部有4個壓區，其中光壓不產生振動，不在本次改造范圍。其他3個壓區的操作側、傳動側共計6個改造點。在每個改造點的加壓側氣胎前增設一組氣/液體承壓容器，容器體積為氣胎施壓體積的5～6倍，串聯接入原系統，并在串入容器中注入50%體積的液體(水)，容器上部接入壓縮空氣、下部與氣胎連接形成閉環，使該系統改造成氣/液串連系統。以正壓區為例的改造設計圖見圖2。

圖2 正壓區氣/液串聯改造設計圖

3.4 改造方案的實施

依據改造方案制作了6個Φ600 mm×1200 mm的壓力罐，在其上安裝排氣閥、進水閥、排水閥、壓力表和快速進出/氣液接頭，分別布置在紙機壓榨部不影響操作的地面和操作機架平臺上。利用工藝備品更換期間的4 h時間進行安裝調試，在開機試運行2 h后開始提速驗證，當車速由380 m/min提高到450 m/min時，紙機運行穩定，壓榨部沒有發生振動，問題得到圓滿解決。

4 結束語

在將2640/500紙機壓榨部加壓系統由氣動加壓改造為氣/液串聯后，壓榨部運行時振動的問題得到有效解決。而且，改造后的生產車速由380 m/min提高到450 m/min，可以使70 g/m2產品的日產能由90 t提高到120 t，年增產能約1萬t。

本次紙機壓榨部加壓系統改造共投入資金約1.5萬元，以較少投入獲得了較高的收益。本次改造最大的啟示是，在對現有紙機的改造中，要盡可能利用現有資源，靈活運用科學原理。