纸机真空选择要素.doc

Paper machine vacuum selection factorsTIS 0502-01旧TIS 编号 014-9出版-1963修订-1980修订-1992 1992 TAPPI包含于此文件中的信息和资料由某组织的技术委员会提供。该委员会和组织假定在此信息和或资料的使用上无任何连带责任。包括专利、版权或者商业秘密条款在内的权利和义务等均无限制，使用者有确定该文档是最新版本的责任。抄纸机真空选择要素范围此技术信息给工厂的工程师们在算抄纸机真空系统所需近似的抽气量(ft3/min)时提供基础性参考。利用此信息可以很容易地计算传统的长网纸机、含有顶网成形器的长网纸机(不含真空辅助型)、压榨部的真空辊和毛布真空箱等的真空系统的抽气量需求。1/23Paper machine vacuum selection factors成形部任何新几何结构真空系数的确定或应用，是通过解决所有关键性尺寸参数的计算发展起来的。标准的真空系数仅适用于典型运行实践中的标准几何体，用于简单真空系统的系数并不是普遍的和必须完全应用。成形部的精确配置，应受到足够的重视。更高的真空要求、高真空排水元件更大的面板开孔区、纤维的更高成形浓度等都要求一个更大的空气流量需求，尤其是在低定量等级。例如，为合适的管道和泵的大小，同样确保伏辊壳体空隙容积和它的膨胀，一个完全的分析正在被从事。空气经由不同等级纸页吸出速度的例子，纸页定量、供浆形式、游离度及纸页的水分(或浓度)都影响其结果。经纸页吸出的总的空气量与纸页的含水量有着相反的关系。当纸业在远离该点的情况下被连续干燥时，发生空气流量的增加，干燥之前是不会有任何空气从纸页中吸出。因此，最后一个真空箱的空气流量将略低于伏辊低真空箱。表1、2和3 现有抄纸机的真空因子的选择在给定的纸种和配料条件下，空气的流量与纸页的定量有着相反的关系。这一情形清楚地体现在瓦亮纸板和漂白浆纸板上。其原因是板纸的定量范围，但在传统的低定量纸种不很明显。浆料游离度的变化很重要。大的变化，如在自由排水42磅的瓦楞纸板和低游离度30磅的新闻纸两者之间非常显著。即使由于不均匀的游离度，4:1的重量比例，依然需要空气的层流。最大的空气流量需求发生在低定量、自由脱水的纸种的水线之后。当空气的速度达到从纸页的毛细管剥离水分的速度，纸幅会脱水。实际脱出的水分非常少。因此，在“水线”的位置，较窄的真空箱面板使用较少的缝槽来减少空气总量，可达到与宽面板同样的脱水效果。同样的排水机械装置出现在伏辊，因而，2个真空分区连续地运行在更高的真空和空气流量水平，实用于低定量和中等定量纸的生产。表1、2和3表现的是在不同的应用中各工业的平均值。所有真空参考值为真空情况下的ft3/min，而不是标准的ft3/min。这些代表着目前各类纸种的现代纸机的真空性能规范。一些现有的机器可以在低水平下满意地运行。然而，这些显示的值必须预先考虑产品的升级。在这些实例中，注意压降、真空管的尺寸及阀门、水腿、伏辊辊面开空区等。这些将确保真空源和应用点之间的压力降不会超过1英寸水银柱。表1. 抄纸机真空因子选择长网纸机成形部，单元位置号 1-3GRADESBasis weightMaximumspeedLow vacuum Low vacuum Low vacuum 3000ft2gsmfpmmpmnounitscfm/inunitin.H2Onounitscfm/inunitin.H2Onounitscfm/inunitIn.H2OLight weight special tiesMG&MG papers2000610-1-21.526.-Glassine. greaseproof1500457-2-31.526.-Carbonizing2000610-2-41.526.-Waxing base2000610-1-21.526.-Cigarette. Condenser tissue750229-2-41.526.-Napkin. TowelingNapkin12-1820-3040001220-0-11.526.0-13.526.Towel, Two ply14-2023-3340001220-0-11.526.0-13.526.Towel, single ply28-3947-642500762-1-21.526.0-13.526.Free sheetPrinting & writing28-5547-90300091531.526.2-31.526.13.538. Book papers30-7349-119300091531.526.2-31.526.13.538. Heavy weights65-104106-169150045731.526.2-31.526.0-13.538.Ground wood painting Directory roto . catalog 18-4530-733000915-21.526.0-13.538. SC magazine35-4557-733000915-21.526.13.538. LWC publication22-4536-733000915-21.526.13.538.Newsprint28-3347-543000915-2-31.526.13.538.Unbleached kraft Bag30-7049-11425007622-31.526.21.538.0-13.554. Saturating65-150106-24415004574-51.538.2-31.538.13.554. Linerboard /26 to 42”78-126127-20525007623-41.538.2-31.538.13.554. Linerboard /42 to 90”126-270205-44020006104-51.538.2-31.538.1-23.554.Corrugating medium /26“66-108108-176250076231.526.31.538.0-13.554.Bleached kraft SBS paperboard120-300196-48915004574-51.538.2-31.538.13.554. Packaging special ties25-10041-1632000610-1-21.525.0-13.538.Pulp7502294-51.538.2-31.538.-这些表列出高真空箱容量需求的两个不同的因子：(1) ft3/min/in 网子宽度为基准和(2) ft3/min/in2 开空面积为基准。其中第一个因子提供基于现代机器速度和吨位的快速的总能力需求。第二个反映必要的真空密度以开发期望的真空水平。工厂里的工程包含着产品的变更，要求评估总的ft3/min 需求和实际使用的真空区域。当考虑附加的真空能力时，必须仔细地研究驱动负荷和驱动能力。低真空需求(成形部)表中显示，在位置1和位置2的空气流量和压差需要非常低，就象没有空气穿过纸页被吸出。在位置3，通常应用更高的真空度。因为，这些单元运行在水线附近，而且发生一些空气的直接吸出。这一单元仅使用条缝面板设计。确定这些位置个单元的总空气量需求：成形网(织物)宽度 x 真空因子(ft3/min/in.) x 单元数 = 总流量需求/单元实例计算240英寸SBS纸板机的需求，最高车速1500ft/min，位置1有4个单元、，位置2有2个单元、位置3有1个单元。(1) 240 in. x 1.5 ft3/min/in. x 4 = 1440 ft3/min at 38 in. H2O(2) 240 in. x 1.5 ft3/min/in. x 2 = 720 ft3/min at 38 in. H2O(3) 240 in. x 3.5 ft3/min/in. x 1 = 840 ft3/min at 54 in. H2O通常，一个真空源服务所有3个位置。作为实例，需要的泵或排风机在此真空点应该能够提供大约3090 ft3/min，54英寸水柱真空度。高真空需求(真空箱)表中位置4和5，使传统的“湿”和“干”真空箱式吸水箱区域及此后的空气流量要求非常巨大。钻孔面板真空箱的空气需求量确定：成形网(织物)宽度 x 全面板宽度(MD) x 钻孔面板的开空面积 x 真空因子(ft3/min/in.2) x 真空箱数量 = 总流量需求条缝面板真空箱真空需求计算：成形网(织物)宽度 x 条缝数 x 条缝宽(MD) x 真空因子(ft3/min/in.2) x 真空箱数量 = 总流量需求译者注：1 in = 1/12 ft1 in = 25.4 mmgsm = g/m2cfm = cubic feet per minute 立方英尺/分Hg = specific gravity 13.546 (at 20=C)lb. = 1 pound = 16 ounces (453.592 grams) 1磅：相当于16盎司(453.592克）的重量单位金衡磅：相当于12盎司(373.242克）的药衡制重量单位参见表2. 抄纸机真空因子选择长网纸机成形部，单元位置号. 5-7GRADESBasis weightMaximumspeedHIGH vacuum “wet” HIGH vacuum “wet” LOW vacuum HIGH vacuum 3000ft2gsmfpmmpmNo.boxescfm/inopenareacfm/infab.widthHGNo.boxescfm/inopenareacfm/infab.widthHGcfm/insurfaceareaHGcfm/insurfaceareaHGLight weight special tiesMG&MG papers20006101--.010.3.015Glassine. greaseproof15004572--.010.3.022Carbonizing20006102--.010.4.020Waxing base20006101--.010.6.015Cigarette. Condenser tissue7502291-20.216.2-.010.3.015Napkin. TowelingNapkin12-1820-3040001220-0-.010.3.020.Towel, Two ply14-2023-3340001220-0-.010.3.020.Towel, single ply28-3947-642500762-1-20.610.6.520.Free sheetPrinting & writing28-5547-9030009150--40.710.8.520. Book papers30-7349-11930009150--40.710.8.520. Heavy weights65-104106-16915004571--40.710.7.020.Ground wood painting. Directory roto. catalog 18-4530-7330009150--40.7108.520. SC magazine35-4557-7330009150--40.7108.520. LWC publication22-4536-7330009150--40.7108.520.Newsprint28-3347-5430009150--41.0108.520.Unbleached kraft Bag30-7049-11425007620-20.822.10.4-51.510.9.020. Saturating65-150106-24415004571-20.810.10.2-41.520.15.-7.020. Linerboard /26 to 42”78-126127-20525007621-30.822.10.4-51.542.15.-7.020. Linerboard /42 to 90”126-270205-44020006102-40.630.10.5-61.250.15.-7.020.Corrugating medium /26“66-10810841.016.10.3-41.524.10.-7.020.Bleached kraft SBS paperboard120-300196-48915004572-40.616.10.4-51.232.15.-7.020. Packaging special ties25-10041-16320006100-21.010.10.4-.010.7.520.Pulp7502292-40.620.10.4-61.240.15.-7.020.实例拥有3个湿真空箱、4个干真空箱的SBS纸板机。计算位置4和位置5的真空需求。(4) 条缝面板(0.75英寸宽、11个条缝)：240 in. x 11 x 0.75 in. x 0.6 ft3/min/in.2 x 3= 3654 ft3/min at 10 in. Hg*(5) 钻孔面板(15英寸宽真空箱4个、开空区42%)：240 in. x 15 in. x 0.42 x 1.2 ft3/min/in.2 x 4= 7258 ft3/min at 15 in. Hg (*注：组合状态的空气流量，为正确分配真空源，扩展3564 ft3/min 10英寸水银柱至15英寸水银柱)表3. 抄纸机真空因子选择长网纸机成形部，单元位置号. 1-2,5-7GRADESBasis weightMaximum speedLow vacuum Low vacuum HIGH vacuum “wet” LOW vacuum HIGH vacuum 3000ft2gsmfpmmpmnounitscfm/inunitin.H2Onounitscfm/inunitin.H2ONo.boxescfm/inopenareacfm/infab.widthHGcfm/insurfaceareaHGcfm/insurfaceareaHGFree sheetPrinting & writing28-5547-90300091531.526.11.526.2-40.710.8.520. Book papers30-7349-119300091531.526.1-21.526.2-40.710.8.520. Heavy weights65-104106-169150045731.526.11.526.2-40.710.7.020.Ground wood painting. Directory roto. catalog 18-4530-733000915-11.526.2-40.7108.520. SC magazine35-4557-733000915-11.526.2-40.7108.520. LWC publication22-4536-733000915-11.526.2-40.7108.520.Newsprint28-3347-543000915-11.526.2-41.0108.520.Unbleached kraft Bag30-7049-11425007622-31.526.11.538.4-51.510.9.020. Saturating65-150106-24415004574-51.538.11.538.2-41.520.15.-7.020. Linerboard /26 to 42”78-126127-20525007623-41.538.11.538.4-51.542.15.-7.020. Linerboard /42 to 90”126-270205-44020006104-51.538.11.538.5-61.250.15.-7.020.Corrugating medium /26“66-108108-176250076231.526.11.538.3-41.524.10.-7.020.Bleached kraft SBS paperboard120-300196-48915004574-51.538.11.538.4-51.232.15.-7.020. Packaging special ties25-10041-1632000610-11.525.4-.010.7.520.现有的ft3/min/in. 表中提供必要的成形网宽度。这些数据是基于列出的定量和速度范围。真空能力和真空箱数量，根据设计生产率，两者皆比例增加。根据ft3/min/in. 的指导方针，本例中合适的真空规格应为：位置4：240 in. x 16 ft3/min/in. = 3840 ft3/min at 10 in. Hg位置5：240 in. x 32 ft3/min/in. = 7680 ft3/min at 15 in. Hg真空伏辊的需求对于每一个特定的机器实际的伏辊箱宽度是由辊子的尺寸和包角来确定。表中列出的位置6和位置7的ft3/min/in.2 值，适用于伏辊的现有工业的平均水平。这些值与伏辊的有效表面积有关。此面积的计算：箱体宽度(MD长度) x 成形网宽度 = 有效表面积继续SBS纸机的例子。假设该机具有一个宽度14英尺的箱体，在20in.Hg的真空度下运行。需要的伏辊真空度如下：240 in. x 14 in. x 7.0 ft3/min/in. = 23,520 ft3/min at 20 in. Hg伏辊真空因子相对于速度的调节确定伏辊真空源的规格时，机器的运行速度有着重要的影响。机器的速度超过表中列出纸种的最高车速时必须调整高、低真空因子(表1、2和3中，位置6和7)。这些调整因子列于表4。表4. 伏辊真空因子的调整因子OperatingVacuumIn. HgAdjustmentFactorFt3/min/in.2/1000 ft/minFirst or “low” boxOr single box only100.25150.50201.00Second or “high” box200.50假如SBS纸机车速为2000 ft/min，则将超过所列500 ft/min 最高车速。从而，表中ft3/min/in.2真空因子将由0.5增加到7.5 ft3/min/in.2.。低车速的应用中(低于1000 ft/min)，同样需要特别的注意。这些通常是具有小直径伏辊的窄幅纸机。更重要的是，经常是在伏辊开空面积不足的情况下，运行在并不超过给定真空因子上允许的空气速度极限。当然，从伏辊脱出的水大比例地进入辊壳。同样，车速会降至1000ft/min以下。这些水必须从伏辊中脱出，为了真空空气的通过，从而更进一步地减少有效开孔面积并增加摩擦损失的影响。压榨部/真空辊图1-10 反映压榨部真空因子的当前工业的平均水平。典型的真空辊和压榨配置如图所示辊子压区轮廓和真空箱位置。相关的图表显示箱体的宽度、真空度和空气流量需求。和伏辊真空能力一样，压榨部的真空辊空气容量同样是基于流速密度(真空因子)乘以有效真空面积，具体如下：机器方向(MD)上箱体长度 x 横向(CD) x 毛布宽度 x 列出的真空因子(ft3/min/in.2) = 应用点的空气流量需求(ft3/min)图1-10中，个别的真空因子对于特殊的压榨配置是特定的。“commends”栏中“Standard”的条目，除了提示的特殊情况以外，适用于在那种配置下生产的所有纸种。 这些并不能自由地用在复合压榨的配置中。关键参数的变更，如真空辊的包角、毛布定量和纸的定量，必须谨慎考虑。速度超过3500 ft/min时，与机器制造商和毛布供应商协商，求得为真空系数而对速度的评估和调整帮助。毛布的作用均匀地从毛布移除水和外来污染物是毛布流程的首要性能指标，而且从毛布移除水的过程中压力下降，如同忽略了一个固定的真空箱。空气流量一旦被确定，正确设计的毛布真空箱将在低水分含量时保证一致的横向定量曲线 (CD profile)。确定最小总条缝宽度与每个毛布箱合适的外形有关，并且选择最小条缝宽度基于机器的设计车速。一旦确定了开空区，计算真空箱的开空面积平方英尺并乘以ft3/min/in.2。具体计算如下：W x L x 15 = QWhereW = machine widthL = total slot widthQ = total ft3/min required per box实例For a 240 in. wide machine operating at 2000 ft/min:240 in. x 0.80 in. x 15 ft3/min/in.2 = 2880 ft3/min at 15 in.Hg注：通过使用多重或单个条缝面板时，扩展上述最小条缝宽度。不管怎样为了防止纤维搭桥，任何单独的最小条缝宽度是0.5英寸。为了防止毛布带入条缝，单个条缝的最大宽度应小于0.8英寸。一个箱体上的多重条缝的宽度，是用在设计速度超过2000 ft/min的场合。为了纸种的应用，需要对其进行更强烈的清洗，增加一个相同的第二个真空箱。计算出总的ft3/min以后，须特别注意空气在真空箱和至真空源管道中的速度。真空箱操纵着毛布、压榨水(毛布宽上每英寸 0.5加仑水/min )和空气。因此，设计一个在毛布全幅维持均匀压力降的系统时，摩擦损失成为十分重要。在毛布真空箱和所有管道中维持3500 ft/min的空气速度极限，将保证这些。具有人字形条缝面板的真空箱，行业中已较少流行。其原因是，不能提供一致的水线。它可能导致真空箱的排出侧增加水分。人字形条缝面板需要12 ft3/min/in.2 、 12 in.Hg的真空因子。表5. 真空因子的选择中毛布的作用1FeltSpeed(ft/min)TotalSlot widthPer box(in.)Ft3/min/in.2 O.A0-10000.51515in.Hg1000-15000.61515in.Hg1500-20000.81515in.Hg2000-25001.01515in.Hg2500-30001.21515in.Hg3000-35001.41515in.Hg3500-40001.61515in.Hg4000-50002.01515in.Hg5000-60002.41515in.Hg1注：毛布作用因子的其它素材和毛布清洗用喷淋的位置和因子可在TIS 0404-27中找到。建议TIS 0502-01的用户参考TIS 0404-27中近来毛布作用因子的巨大变化。由于在新的宽压区压榨中，高定量毛布(大于4.5 oz/ft3) 使用量的增加，工程师们应该与压榨供应商和毛布供应商共同重新评估宽压区中条缝宽和ft3/min/in.2开空率的需要。导致运行真空度超过20 in. Hg的宽区压榨，行业能力已从17-22 ft3/min/in.2的开空率。由于运行真空度增加，对已安装的电机功率必须重新评估。BOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.-“Standard”15.6.0Napkin or towel8.-12.205.0Lightweight special ties“B”5.-Bled into box “A”0.7Separate outletFig.1 suction pick-upBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”10.--1.0“Standard”Fig.2 suction turning rollBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.-“Standard”6.5Napkin or towel3.5Lightweight special tiesFig.3 single felted nipBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.-6.20.4.-5.“Standard”Fig.4 double felted nipBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“B”70 - 8010.1.0-2.0Belt into box “C”0.5-1.0Separate outlet“C”4.--6.0“Standard”Fig.5 one felt/one nipBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.--5.0“Standard”“B”70 - 8010.0.5Belt into box “A”0.3Separated outletFig.6 two felt/one nipBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.--5.0“Standard”“B70 - 8010.0.5-0.6Belt into box “A”0.3Separate outlet“C”4.--6.0“Standard”Fig.7 two felts/two nipsBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”3.-“Standard”Fig.8 suction felt rollBOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/in.2Comments“A”4.--6.0“Standard”BOXBox widthIn.VacuumIn. HgAir flowCfm/shoeComments-12.200.“Standard”Fig.9 suction wringer rollVICKERY CONDITIONERSFig.10 vickery conditionersTIS 0502-01OLD TIS NUMBER 014-9ISSUED 1963REVISED 1980REVISED 1992 1992 TAPPIThe information and data contained in this document were prepared by a technical committee of the association. The committee and the association assume no liability or responsibility in connection with the use of such information or data, including but not limited to any liability or responsibility under patent, copyright, or trade secret laws. The user is responsible for determining that this document is the most recent edition published.Paper machine vacuum selection factorsScope23/23This technical information sheet provides mill engineers with a reference basis for computing the approximate cubic feet per minute (ft3/min) of air capacity required by paper machine vacuum systems. With this information, mill engineers may readily compute the air capacity requirements of vacuum systems for conventional fourdriniers, fourdriniers with top wire forming units (excluding vacuum-assisted types), press section suction rolls, and felt suction boxes.Forming sectionThe vacuum factor determination for any new forming geometry or application is developed through the calculations that account for all of the key sizing parameters.Standard factors can only be applied to standard geometries using typical operating practices. Factors used to simplify the vacuum sizing process are not universal and must be properly applied.The specific configuration of the forming section should receive particular attention. Higher desired vacuums, more cover open area of the high-vacuum drainage elements, and thicker forming fabrics all can easily suggest an increased air flow demand, especially on lightweight grades. A through analysis also ensures that the effect of couch shell void volume and its expansion, for example, is addressed for proper pipe and pump sizing.The rate at which air is drawn through various grades of paper illustrates that sheet weight, furnish type, freeness, and sheet moisture (or consistency) affect the results. The amount of air drawn through a sheet is inversely related to its moisture content. No air is drawn through the sheet prior to the dry line, while an increasing air flow occurs as the sheet is successively dried beyond that point. Therefore, the air flow of the last suction box would be only slightly less than that of the couchs low-vacuum box.Tables 1,2, and 3 present paper machine vacuum selection factors.For a given paper grade and furnish, air flow rate is inversely related to sheet weight. This condition is clearly seen on linerboard and bleached paperboard owing to, the board weight ranges, but is not so readily evident on traditional lightweight grades.Stock freeness variation is significant, as evidenced by the large variation between free-draining 42 lb linerboard and low-freeness 30 lb newsprint. A 4:1 weight ratio still requires a similar air flow due to the offsetting freeness.The largest air flow requirements occ