网部各种脱水元件及其性能
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册第九分册纸张抄造》第189页（10977字）
1．案辊
案辊是一种广泛使用的脱水元件。
(1)案辊的结构特点和规格示例
案辊是一种薄壁管辊，一般用无缝钢管制作，外包铜、硬橡胶或玻璃钢，两端装有轴，通常使用不锈钢轴头、滚动轴承和迷宫式密封装置，车速180m／min以上的造纸机的案辊必须进行动平衡。
案辊规格示例如表11－3－22所示。
表11－3－22 案辊规格示例
(2)案辊的特性
案辊是一种旋转的脱水元件，具有下列的特性：
①在脱水过程中，案辊与网接点的前后形成压力与真空抽吸力的脉动作用，造纸机车速愈高，脉动作用也愈强烈，车速与脉动作用的关系如图11－3－2所示。
图11－3－2 造纸机车速与案辊脉动作用的关系
②真空抽吸作用形成的脱水区的面积很小，脱水很集中。直径75mm的案辊的脱水面积宽度小于12．5mm，直径225mm的案辊的脱水面积宽度小于25mm。案辊直径对真空抽吸力作用的影响如图11－3－3所示。
图11－3－3 案辊直径对真空抽吸作用的影响
(3)案辊对纸页形成和脱水的影响
①由于案辊是转动的，一般直径又较大，产生的压力和抽吸力的脉动作用较强烈，脱水负荷较集中，案辊与案辊间的距离一般比较大，这些就导致使用案辊的网案不能产生持续不断的湍流，从而造成纤维的再絮聚而影响湿纸页的匀度。
②在造纸机车速比较高的情况下，案辊的强烈脉动作用能够造成：
a．对纸页成形的强烈扰动；
b．由于高脱水率形成了强烈的洗出作用，增大纸页网面的细小纤维和填料的流失，从而增大纸页的两面性和网痕；
c．造成跳浆现象。
③当案辊的规格、排列和造纸机车速决定后，案辊的脱水作用就不能再调节。
2．沟纹案辊
沟纹案辊的结构与案辊相同，只是在辊面车制平行环状或螺旋形的沟纹，沟纹的宽度一般为2～6mm，深度为1．5～3mm，以减小网与辊面的接触，从而减小脱水量。在一般情况下，沟纹案辊的脱水量只有案辊的1／2～1／10。
沟纹案辊的沟纹示意图如图11－3－4所示。
图11－3－4 沟纹案辊的沟纹示意图
D－沟纹案辊直径 l－沟纹间距 b－沟宽 h－沟深
沟纹案辊的沟纹规格示例如表11－3－23所示。
表11－3－23 沟纹案辊沟纹规格示例表
注：在一般情况下，沟愈宽、齿愈狭，脱水率就愈低。
3．案板和案板组
(1)案板的种类和特点
案板的种类和特点如表11－3－24所示。
表11－3－24 案板的种类和特点
(2)案板的基本参数和规格
①案板的基本参数 案板的基本参数有：前缘角的角度；前缘面的形状和长度；斜面角的角度；斜面部分的形状和长度；案板间的距离。
这些基本参数对案板的性能影响很大，应根据造纸机的车速、网案的结构型式、案板的位置、造纸机的抄造条件等因素结合起来合理的选择和确定。
a．前缘角：前缘角的作用是把上一支案板脱出的水(包括附在网下的和已离网的)全部刮去。
前缘角的大小对案板前缘的刮水效率和案板前面的挂浆卡浆问题均有影响，因而要合理确定，一般为30°～60°，对于车速400m／min以上的造纸机，以控制在30°～45°较为适宜。
b．前缘面：前缘面的作用是由于它与网接触，产生封闭作用，使其后的斜面能够产生真空，前缘面的长度一般为10～15mm。
前缘面的形状有水平的和弧形的两种，平的封闭作用较好，弧形的则具有较好的控制湍流的性能。
c．斜面角和倾斜面长度：斜面角和倾斜面的长度对案板的脱水性能有显着的影响，增大斜面角和倾斜部分的长度均能提高案板的脱水量，同时也增加案板的脉动强度，这点对于车速较高的造纸机尤为显着。
造纸机车速对案板脉动曲线的影响如图11－3－5所示。
图11－3－5 造纸机车速对案板脉动曲线的影响
试验条件：案板斜面角3°
案板倾斜部分长度50mm
案板斜面角与车速的关系如图11－3－6所示。
图11－3－6 案板斜面角与车速的关系
斜面角对案板脉动曲线的影响如图11－3－7所示。
图11－3－7 案板斜面角对案板脉动曲线的影响
试验条件：车速300m／min的高级纸机
倾斜面长度和斜面角对案板脱水指数的影响如图11－3－8Ⅰ、Ⅱ所示。
图11－3－8 倾斜面长度和斜面角对案板脱水指数的影响
斜面角和倾斜面长度对案板脱水量的影响如图11－3－9所示。
图11－3－9 斜面角和倾斜面长度对案板脱水量的影响
1－斜面长100mm 2－斜面长50mm 3－斜面长25mm
试验条件：品种：胶印书刊纸 车速：600m／min
定量：52g／m2
斜面角对电容器纸机脱水效率的影响如表11－3－25所示。
表11－3－25 案板斜面角对电容器纸机脱水效率的影响
注：造纸机型式：Б－37A型。
案板材料：Л－40BM型高密度聚乙烯。
浆料性质和成纸厚度：用ЭИ－1型电器绝缘浆生产原8～10μm电容器纸。在选择案板的斜面角和倾斜面长度时应注意：
(i)增大斜面角能够提高案板在脱水过程中的脉动作用和脱水能力，造纸机车速愈高，对这点的影响就愈大。
(ii)在倾斜面长度相同的情况下，增加斜面角能够增加脱水的能力，同样在斜面角不变的情况下，增加倾斜面的长度也能增加脱水能力。两者的关系应合理的调节。
(iii)减小斜面角的角度能够增加纸页中的填料和微细纤维的留着率，而倾斜面长度对此的影响并不明显，使用倾斜面较长、斜面角较小的案板有助于提高纸页的填料和微细纤维的留着率。
(iv)案板的倾斜面愈短，网部的牵引负荷就愈轻，一组数据的示例如表11－3－26所示：
表11－3－26
在一般情况下，低速造纸机(尤其在纸料滤水性能较差的情况下)可以选用斜面角大一些的案板，一般可用2．5°～4°；而对车速较高的造纸机，应选用斜面角较小的案板，一般可用1°～3°，在此范围内还应注意在成形区使用斜面角较小的案板，而在脱水区使用斜面角较大的案板。
②案板的规格 几种案板规格的示例如图11－3－10和表11－3－27所示。
图11－3－10 案板规格示意图
表11－3－27 案板尺寸示例表
(3)案板的材料
案板的形状和几何尺寸对案板的使用性能有显着的影响，因此要求：
①案板在制造上要有较高的准确性。
②案板要有较高的耐磨性能，案板在使用过程中的磨损和损伤造成的缺陷，能够显着的降低案板的脱水性能和产生微湍动的能力，并对纸页的匀度造成不良的影响。
根据上述的要求，案板对材料的要求是：
①材料的抗磨性好。
②对网的磨损要小。
合理的选择案板材料，是用好案板的关键因素之一。制造案板的几种主要材料性能如表11－3－28所示。
表11－3－28 用于制造案板的几种材料的性能和特点
可以作为案板的材料虽然很多，但目前国内外用得比较好的主要是高密度聚乙烯和陶瓷。高密度聚乙烯的耐磨性虽不及陶瓷，但价格比陶瓷便宜得多，因而要根据造纸机车速等条件合理选用。在一般情况下对于车速较低的纸机或纸机的车速虽较高，但用在网案前段的成形板和案板组，由于此处浆料中水分多，磨损慢，因而以选用高密度聚乙烯的成形板或案板为宜。而在网案后段的案板组、低真空案板组和平面真空箱面板，由于浆料中的水分已越来越少，加上还有真空的抽吸作用，如用高密度聚乙烯材料，磨损就较快，从而影响到案板和面板的性能，在这种情况下，以选用陶瓷案板和面板为宜。
表11－3－29 奥地利HUYCK公司陶瓷刮水板、真空箱面板材料性能
表11－3－30 加拿大Albany国际公司高密度聚乙烯材料性能
注：×为通常条件下 *为高温和强化学腐蚀条件下
表11－3－31 国外喷镀碳化钨的常用牌号和性能汇总表
表11－3－32 国产硬质合金的牌号及其性能
表11－3－33 辉绿岩物理性能
表11－3－34 高分子量聚乙烯(Robalit61)性能
表11－3－35 聚酚氧的性能
表11－3－36 氯化聚醚的性能
表11－3－37 聚双马来酰亚胺的性能
(4)案板的特性
与案辊相比，案板具有下列的特性：
①案板在脱水过程中具有比较长的真空抽吸区和比较低的真空脉动作用，其对比示例如图11－3－11所示。图中案板斜面角3°。案辊和案板脱水过程中产生的脉动作用的典型数据对比如表11－3－38所示。
图11－3－11 案板和案辊脉动作用对比
表11－3－38 案辊和案板脱水过程中产生的脉动作用典型数据对比表
试验条件：在新闻纸机进行。
案辊直径：364mm
案板规格：前缘面长：11．1mm，倾斜面长：25．4mm，斜面角：3°
②随着造纸机车速的提高，由案板的压力和抽吸力导致的脉动作用迅速增加，因而就造成一方面浆流的湍流强度和湍流规模增加，在浆流中出现强度较高，规模较大的湍流；另一方面还会在案板的真空抽吸区将纸料悬浮液中的一些纤维吸附在网或网上原有的附着物(如已在网上形成的纤维层)上。而在这之后才产生再分散。案辊由于在运转过程中产生的压力和抽吸力导致的脉动作用比案板强烈得多，因而上述作用就更加显着。
③为了在长网部的整个成形脱水区都能够产生持续不断的分散纤维絮聚的湍流，要求脱水元件比较紧密的排列。如果两个脱水元件的距离过大时，就会使得第二个脱水元件的脉动作用分散纤维絮聚的湍流出现之前，第一个脱水元件产生的脉动作用已消失，在这个区间就会出现再絮聚的现象。对于案板进行紧密的排列是可以做得到的，而案辊则难于达到这个要求。
④排除在案辊脱水过程中出现的“白水逆流”、强烈的洗出、湍动、扰动和跳浆等问题。
⑤单位网案长度具有较大的脱水量。
⑥脱出的白水浓度比较低，其对比示例如图11－3－12所示。
图11－3－12 案板、案辊脱出的白水盆白水浓度对比示例
⑦有较高的填料和细小纤维留着率，能够减小纸页的两面性和网痕，其对比示例如图11－3－13所示。
图11－3－13 案板、案辊对纸页中填料留着分布的影响对比示例
⑧便于调节和控制。
(5)案板组
案板可以单支使用，但一般是2～6支组成一组使用，案板组的示意图如图11－3－14所示，其数据示例如表11－3－39所示。
图11－3－14 案板组示意图
表11－3－39 案板组尺寸示例
(6)真空案板组
真空案板组是在案板下用低真空的真空箱帮助脱水，这种真空案板组可以放在真空吸水箱之前，作为向真空吸水箱过渡的措施。
4．湿吸水箱
湿吸水箱的示意图如图11－3－15所示。
图11－3－15 湿吸水箱示意图
1－接真空系统 2－吸水箱箱面 3－吸水箱箱体 4－水腿管 5－水封水P1、△P、P0－吸水箱箱体，水封水压力及其间压差
湿吸水箱具有下列的特点：
①使用3～10kPa的低真空度，真空度可通过鼓风机控制。低真空度的作用一方面可以增加脱水量，另一方面还能够使网下有一层游离的空气间隙。
②箱面采用孔形或长条形的真空箱箱面，开孔面积为50%～90%，沿着开孔面积有低和稳定的真空，能够保证连续的和基本上没有扰动的脱水。
③细小纤维和填料的留着率较高，纸页的两面性小。
湿吸水箱、案辊、案板对纸页中填料留着分布的影响对比示例，如图11－3－16所示。
图11－3－16 湿吸水箱、案辊、案板对纸页中填料留着分布的影响对比示例
1－案辊 2－案板或湿吸水箱 3－案板+湿吸水箱
图中曲线的试验条件：品种：50g／m2书写纸；打浆度：45°SR；灰分：6%
造纸机车速对湿吸水箱形成的纸页的填料分布的影响如图11－3－17所示。
图11－3－17 造纸机车速对湿吸水箱形成的纸页填料分布的影响
曲线1：车速400m／min，灰分33%
曲线2：车速500m／min，灰分30%
曲线3：车速600m／min，灰分27%
湿吸水箱、案板、案辊对网案脱水能力的影响对比示例如图11－3－18所示。
图11－3－18(1)、(2)、(3) 湿吸水箱、案板、案辊对网案脱水能力的影响对比示例图
纸张品种：52g／m2新闻纸
湿吸水箱真空度：5kPa
图中的曲线指出：
①在相同网速的情况下，湿吸水箱比案板、案板又比案辊具有较高的脱水能力，因此可以使用较短的网案或使用较低的流浆箱浓度。
②造纸机网速愈高，上述的这种差别愈大。
5．真空吸水箱
(1)真空吸水箱的构造和规格
真空吸水箱由箱体和面板两部分组成。
箱体可用铸铁、铸铝、铸青铜、不锈钢等材料制作，为了减轻箱体重量，一般以采用铸铝为宜。
面板的开孔形状和材料对真空吸水箱的脱水效率和网的使用寿命均有较大的影响，各种开孔形状的特点如表11－3－40所示。
表11－3－40 真空吸水箱箱面各种开孔形状的特点
真空吸水箱的两端有调节吸水宽度的装置，通常是采用挡板和水封，以防止空气漏入吸水箱，挡板间的宽度是根据湿纸的宽度用螺杆来调节。在吸水箱的传动侧设有吸水口，与真空系统相连接，作为排水之用。在操作侧一端设有进水口，供冲洗吸水箱之用。几种真空吸水箱的规格示例如表11－3－41所示。
表11－3－41 真空吸水箱规格示例
(2)真空吸水箱对网的磨损
由于网是在真空吸水箱的真空吸引下，在真空吸水箱的面板上作循环滑动，因而网的磨损大部分是由真空吸水箱造成的，网部的动力消耗也大部分消耗于真空吸水箱。
①网在真空吸水箱面板上的磨损形式网在真空吸水箱面板上的磨损形式如表11－3－42所示。
表11－3－42 网在真空吸水箱面板上的磨损形式
②减小网磨损的措施
a．合理控制真空吸水箱真空度。
b．选择合理的面板开孔形式，如在水线前的真空度较低的真空吸水箱(湿箱)使用条缝形的面板，而在水线后的真空度较高的真空吸水箱(干箱)使用圆孔形面板。
c．改进真空箱面板材料。
d．使用履带真空箱。
(3)真空吸水箱面板材料
目前使用的真空吸水箱面板材料除了可以使用表11－3－41所列的用于制造案板的各种材料外，还使用优质木材、布质酚醛层压板和聚甲醛、MC尼龙6、尼龙1010等工程塑料。几种制作真空吸水箱面板的材料的性能和特点如表11－3－43所示。
表11－3－43 几种制作真空吸水箱面板的材料的性能和特点
用于制作真空吸水箱面板的几种工程塑料的物理性能数据如表11－3－44所示：
表11－3－44 几种工程塑料的物理性能
(4)真空吸水箱的主要工艺因素
①真空度对脱水量的影响如图11－3－19所示。
图11－3－19 真空度对脱水量的影响
从图中可以看到：
a．提高真空度能够提高真空吸水箱的脱水量。
b．纸页的干度对于提高真空度所能提高的脱水效果有明显的影响，在纸页干度较低(如3．8%)的情况下，提高真空度能够较显着的提高脱水的效果；而在纸页干度较高(如11．2%)的情况下，提高真空度对提高脱水效果的作用并不大。
②真空度对真空吸水箱白水浓度的影响如图11－3－20所示。
图11－3－20 真空度与白水浓度的关系
从图中可以看到：
a．在同一真空度的条件下，纸页干度愈低，脱出的白水浓度就愈高。
b．在湿纸页干度较低(如3%)的情况下，提高真空度能够降低白水的浓度，但到一定的真空度后就没有什么影响了。
c．在湿纸干度较高的情况下，真空度对白水浓度没有什么影响。
③真空度对网拖动力的影响如图11－3－21所示。
图11－3－21 真空度与网拖动力的关系
从图中可以看到：
a．提高真空度能够显着地提高网的拖动力，从而提高网的负荷和网的磨损。
b．在真空度较高(如13．3kPa以上)的情况下，纸页干度愈大，提高真空度所增加的网拖动力也愈显着。
④造纸机网部纸页干度及真空吸水箱真空度查定资料示例如表11－3－45所示。
表11－3－45 造纸机网部纸页干度及吸水箱真空度查定资料示例表
注：1mmHg=133．322Pa
6．伏辊
伏辊的分类、性能、特点和用途如表11－3－46、11－3－47、11－3－48所示。
表11－3－46 伏辊的分类、性能、特点和用途
表11－3－47 真空伏辊规格示例表
表11－3－48 真空伏辊真空度示例
注：1mmHg=133．322Pa。