Основы теории пульсационных возмущений при массоподаче на бумагоделательную машину и методы их устранения Куров, Виктор Сергеевич

Введение к работе

Актуальность темы. Сдним из важнейших направлений современного технического прогресса является всесторонняя интенсификация производственных процессов. Особое значение при этом придается повышению проективности производства и качеству готовой продукции при экономном и рациональном использовании сырьевих, топливно-энергетических и других материальных ресурсов.

Для целлюлозно-бумажной промышленности решение этих задач невозможно без разработки и внедрения ресурсосберегающих, экологически чистых технологий, позволяющих значительно увеличить производство готовой продукшш. Одним из основных путей экономного расходования древесного сырья в целлюлозно-бумажном производстве является выработка бумаги пониженной массоемкости с высокой степенью однородности. Снижение массы I м* бумаги в допустимых пределах позволяет получить значительную экономию волокнистых материалов и способствует дополнительному наращиванию объемов производства.

Равномерность распределения волокон а формуемом листе и снижение массоемкости бумаги предопределяется степень» диспергиро-ьанност.і бумажной массы и иульсационными процессами в Массоподво-дящих и массонапускных системах. Оценку степени диспергированнос-ти и взаимосвязь внутренних напряжений структуры со скоростями деформации мо.*но получить на основе реологических закономерное-тей. Во всех гидравлических машинах происходит изменение структуры потока, сопровождающееся изменением реологических параметров, напряжений и скоростей сдвига. Источником таких напряжений является турбулентность, которая фактически является пульсаодонным движением жидкости'. Полный спектр пульсаций давления бумажной массы в напорном ящике характеризует сразу два процесса, сопровождающих напуск: высокочастотные пульсации способствуют диспергированию потока, а низкочастотные вызывают нестабильность напуска и значительные колебания'массы I м*" бумажного полотна. Производство бумаги пониженной массоемкости с высокой степенью равномерности сдерживается проблемой устранения низкочастотных пульсаций давления в массоподводящих системах, что приводит к значительным экономическим издержкам производства.

Несмотря на очевидную технологическую и экономическую актуальность рассматриваемой проблемы, в настоящее время практически полностью отсутствуют научно-обоснованные методы расчета и прог- ,

нозирования низкочастотных пульсационных процессов в массоподводящих системах бумагоделательных машин (БДМ) и способы их устранения, что обуславливается сложностью гидродинамических и реологических процессов при массоподаче. имеющиеся отдельные разработки носят частный характер, отпичаются большой противоречивостью, не отражают всей сложности проблемы, сдергивая тем самым развитие технологии производства бумаги пониженной массоемкости, и не гоэволяющие закономерно переносить результаты с одной массоподво-дящей системы на другую. Поэтому создание теоретических основ гидродинвмики пульсационного движения бумажной массы и научно-обоснованных методов устранения низкочастотных пульсашонных возмущений в массоподводящих системах бумагоделательных машин является крупной научной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение, решение которой позволяет получить значительный экономический эМект в отрасли.

Работа выполнялась з соответствии с Всесоюзной программой Межведомственного Координационного Совета АН СССР в Ленинграде в области фундаментальных научных исследований по проблеме комплексного использования и воспроизводства лесных ресурсов: задание 2.6.1. - Разработка теории и внедрение перспективных технологи-, ческих процессов формования бумажного полотна, а также в соответствии с Российской научно-технической программой "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья" - задание 4.2 -Совершенствование конструкций массоподводящих систем бумагоделательных машин с целью снижения м,ассоемкости бумажного полотна.

Цель и задача работы.. Разработка И реализация комплекса теоретических положений и практических рекомендаций по оценке я44ек-тивности процесса массопода"и на бумагоделательную машину и выработке высококачественного бумажного полотна пониженной массоемкости о учетом пульсационных возмущений.

Для достижения данной цели решались следующие задачи: разработка физической концепции и теоретической модели пульсационного движения бумажной массы в массоподводящих системах бумагоделательных машин; получение реологической модели, отражающей структурные изменения при движении бумажной массы в массоподводящих системах; разработка общей теории комплексной интегральной оценки распространения пульсационных возмущений в массоподводящих системах; создание теоретических основ расчете продольных колебаний поверхностной плотности бумаги в зависимости от интенсив-

пости пульсаций давлении, генерируемых гидравлическим оборудованием массоподводящих систем; создание измерительного комплекса и методов технологической диагностики пульсаидоншх возмущений как основы автоматизированной системы научных исследований массоподводящих систем бумагоделательных машин; разработка основ теории демпфирования пульсаций давления и машинах и аппаратах массоподводящих систем; создание инженерного гидромеханического метода расчета массоподводящих систем как акустических колебательных контуров; практическая реализация работы и промышленности.

Научная новизна.

Разработана физическая концепция и теоретическая модель пульсавионного движения бумажной массы в массоподводящих системах бумагоденательных машин.

Получена реологическая модель, отражающая структурные изменения при дмр єни» бумажной массы в массоподводящих системах.

Разработана общая теория комплексной интегральной оценки распространения пульсапюнных возмущений в массоподводящих системах с пелью прогнозирования качества выработки бумажного полотна гри пониженной массоемкости и предъявления требований к техническому, состоянию гидравлического оборудования.

Предложены теоретические основы расчета продольных колебаний поверхностной плотности бумаги ь зависимости от интенсивности пульсаиий давления, генерируемых гидравлическим оборудованием массоподводящих систем.

Созданы измерительный комплекс и методы технологической диагностики пульсационных возмущений как основа автоматизированной системы научных исследований массоподводящих систем ВДМ.

Разработаны основы теории демпфирования пульсаций давления в машинах и аппаратах массоподводящих систем с целью снижения повышенной динамической активности.

Созван инженерный гидромеханический метод расчета массопод-бодяших с.стем как акустических колебательных контуров.

Основные методические положения работы. Разработка теоретических основ процессов массоподачи на бумагоделательную машину базировалась на основных положениях гидродинамики неньотоновских жидкостей, методах математического моделирования течения волокнистых суспензий, а такче трудах советских и зарубежных учёных в области технологии целлолозно-бумакного производства. Проверка основных поло-дений теории проводилась на гидродинамических стен-

дах полностью воспроизводящих массоподводяцпе системы Ы1.1, а так-'ке на бумагоделательных ыаишнах ряда предприятий отрасли. Ыатеыа-тико-статистическая обработка экспериментальных данных проводилась на ЭВМ ЕС-І020.

Практическая ценность работы. Предложен инженерный гидромеханический метод расчета для проектных и конструкторских . органиэаций, позволяющий проводить прогнозирование изменения пульсациокиых возмущений при создаїши перспективных и реконструкции действующих массоподводявдх систем бумагоделательных машин и предъявить технические требования к гидравлическому оборудовав» - иоточшшам пульсаций с позиции создания допустимого уровня возмущении с целью обеспечения выработки бума:шого полотна пониженной массоомкости. Разработаны методи технологической диагностики пульсациошшх возмущений в массоподводнщих системах промышленных Дій .Ряд конструкций машин и аппаратов для массоподво-дящих сиотем, обеспечивающих аффективное демпфирование гидравлических пульсащій давления, защищены авторскими свидетельствами.

Реализация работы в промшиенности. Теоретические разработки изложенные в диссертации,используются в практике проектно-консгрукгорсклх работ ЩШБумыаша, а так..!е нашли применение при оптимизации условий массоподачи на Архангельском ЦБК, Котласоком ЦБК, Малинской бума;шой фабрике и других предприятиях отрасли. Результаты научных исследований применяются в учебном процессе подготовки инженерных кадров и на факультете повышения квалификации инженероно-техническлх работников целлтоэно-бумажной промышленности.

Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы докладывались и полу*^т"ли положительную оценку на Международном симпозиуме по целлюлозе, химии и технологии - г. Яссы, Ру-мыния» 1986г.; Международном коллоквиуме по реологии - г.Дрездея, Германия, 1990 г.; Международной конференции "Научные основы прогресса технологии производства бумаги"- г.Ленинград, 1991 г.; Международном семинаре в Техническом университете г. Оулу, Финлян для, 1906 г.; Воесогазной научно-технической конференции "Луги повышения эффективности целлюлозно-бумажной промшлешюсти" -Коряж-ма, 1908 г.; на конференции "Автоматизация прикладных научно-ио-оледовательских работ" - г.Яремча IS88 г.;- межотраслевом совещании по проблемам создания і.аоооподводящих систем для вноокооко-

ростних БДН - ЩІИИБуммаш, Ленинград, 1987; на научно-техническом семинаре фирмы "Белойт-Фампа" - Санкт-Петербург, 1992г.; ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Л'1И цБП и других.

Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 54 печатные работы, из них 12 авторских свидетельств и учебное пособие.

Структура и объзи работы. Диссертации состоит из ьаеденип, шести глав, выводов, списка литературы- 263 наименований, 143 рисунков, 41 таблицы. Объем диссертации с приложениями - 544 страницы. Автор защищает:

1. Физическую концепцию и теоретическую модель пульсашонно-го движения бумажной пассы в массоподводящих системах бумагоделательных машин.

2. Реологическую модель, отражающую' структурные изменения при движении бумажной массы в массоподводящих CHC?eMax_f

3. Общую теорию комплексной интегральной оценки распространении пульсационных возмущений в массоподводящих системах с целью прогнозирования качества выработки бумажного полотна при пониженной массоемкости.

4. Теоретические основы расчета продольных колебаний поверх- . ностной плотности бумаги в зависимости от интенсивности пульсаций давления, генерируемых гидравлическим оборудованием массоподводящих систем.

5. Измерительный комплекс и методы технологической диагностики пульсационных возмущений - основы автоматизированной системы научных исследований массоподводящих систем бумагоделательных машин.

6. Основы теории демпфирования пульсаций давления в машинах и аппаратах массоподводящих' систем с целью снижения их динамической активности.

7. Инженерный гидромеханический метод расчета, массоподводящих систем как.акустических колебательных контуров,