纸幅干燥收缩横幅水分与翘曲控制设计计算书

PAGE1纸幅干燥收缩、横幅水分与翘曲控制设计计算书DesignCalculationforPaperWebDryingShrinkage,Cross-MachineMoistureProfileandWebCocklingControl文件编号GC-PM-DRY-2026-001阶段类别施工图设计阶段文件类型专项设计计算书产品品种80g/m²胶版印刷纸（文化纸机）设计车速600m/min净纸幅宽5600mm编制×××日期：2026年10月07日审核×××日期：2026年10月07日批准×××日期：2026年10月07日

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 PAGEREF_LarkToc00001\h41.1项目背景 PAGEREF_LarkToc00002\h41.2设计范围 PAGEREF_LarkToc00003\h41.3设计原则 PAGEREF_LarkToc00004\h42引用标准与设计依据 PAGEREF_LarkToc00005\h43设计基础数据 PAGEREF_LarkToc00006\h53.1纸机主要工艺参数 PAGEREF_LarkToc00007\h53.2物料平衡基础 PAGEREF_LarkToc00008\h64纸幅干燥收缩计算 PAGEREF_LarkToc00009\h64.1收缩机理与计算模型 PAGEREF_LarkToc00010\h64.2纵横向收缩率取值 PAGEREF_LarkToc00011\h64.3湿纸幅宽度与烘缸面宽核算 PAGEREF_LarkToc00012\h74.4传动分段速差补偿 PAGEREF_LarkToc00013\h75横幅水分均匀性计算 PAGEREF_LarkToc00014\h85.1控制目标 PAGEREF_LarkToc00015\h85.2横幅水分曲线模型 PAGEREF_LarkToc00016\h85.3执行器调节能力核算 PAGEREF_LarkToc00017\h86翘曲（卷曲）控制计算 PAGEREF_LarkToc00018\h96.1翘曲机理 PAGEREF_LarkToc00019\h96.2两面差与翘曲指数模型 PAGEREF_LarkToc00020\h96.3两面差控制值核算 PAGEREF_LarkToc00021\h106.4翘曲控制工程措施 PAGEREF_LarkToc00022\h107安全核验 PAGEREF_LarkToc00023\h117.1纸幅张力安全校核 PAGEREF_LarkToc00024\h117.2烘缸表面线速度与端面跳动 PAGEREF_LarkToc00025\h117.3干燥能力校核 PAGEREF_LarkToc00026\h118结果分析与工程指导意义 PAGEREF_LarkToc00027\h128.1主要计算结果 PAGEREF_LarkToc00028\h128.2工程指导意义 PAGEREF_LarkToc00029\h128.3后续工作建议 PAGEREF_LarkToc00030\h139免责声明 PAGEREF_LarkToc00031\h131概述1.1项目背景本计算书针对一台净纸幅宽5600mm、设计工作车速600m/min的文化纸机干燥部，围绕纸幅在干燥过程中的纵向（MD）与横向（CD）收缩、横幅水分分布均匀性以及成纸翘曲（卷曲）问题进行专项设计计算。干燥部承担纸机全机约60%~70%的脱水负荷，其收缩补偿精度、横幅水分控制能力与两面差控制水平，直接决定成纸尺寸稳定性、套印精度与后加工适性。本计算书以工艺计算为主线，依次完成干燥收缩补偿计算、横幅水分调节能力核算、翘曲（卷曲）指数计算以及相关安全校核，给出可直接用于烘缸传动分段、蒸汽分段、热风箱与喷淋水横幅执行器布置的工程参数。1.2设计范围本计算书范围包括：成形部出湿纸幅至卷曲缸前干燥部全段；不包括压榨部脱水曲线优化、表面施胶与压光部参数，亦不包括烘缸本体强度设计（另行按GB/T造纸机械用钢制烘缸标准核算）。1.3设计原则（1）以成纸水分6.5%、横幅水分极差≤1.0%、横向收缩补偿误差≤±0.15%、翘曲指数C<5N/m为控制目标；（2）所有工艺参数采用现行有效的国家标准与行业方法标准进行测定与校核；（3）传动各段速度差按收缩率逐级补偿，段间速差范围控制在±0.3%以内，避免纸幅过驱动或欠驱动造成的起皱、拉毛与松边。2引用标准与设计依据本计算书下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本计算书必不可少的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期版本适用于本计算书；凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本计算书。表2-1引用标准与设计依据一览表标准编号标准名称GB/T462—2023纸、纸板和纸浆分析试样水分的测定GB/T459—2002纸和纸板伸缩性的测定GB/T22896—2008纸和纸板卷曲的测定单个垂直悬挂试样法GB/T450—2008纸和纸板试样的采取及试样纵横向、正反面的测定GB/T451.2—2002纸和纸板定量的测定GB/T10739—2002纸、纸板和纸浆试样处理和试验的标准大气条件GB/T26455—2011造纸用异形丝干燥网GB/T造纸机械用钢制烘缸造纸机械用钢制烘缸（现行推荐性国家标准）3设计基础数据3.1纸机主要工艺参数表3-1纸机干燥部主要工艺设计参数参数名称符号单位取值净纸幅宽W_netmm5600设计工作车速vm/min600定量gg/m²80成纸水分M_f%6.5进干燥部水分（压榨后）M_0%50.0烘缸直径D_dmm1500烘缸数量N_d个42干燥部蒸汽压力p_sMPa(g)0.30烘缸表面温度（饱和）T_s℃133.5环境温度T_a℃25环境相对湿度φ_a%55干燥网形式——三层异形丝干网3.2物料平衡基础以1m²成纸为基准，绝干浆量为80×(1−0.065)=74.80g；进干燥部湿纸幅质量为74.80/(1−0.50)=149.60g。干燥部需蒸发水量为149.60−80=69.60g/m²。4纸幅干燥收缩计算4.1收缩机理与计算模型纸幅在干燥部由游离水蒸发转入结合水脱除阶段，纤维间氢键逐步形成，纸幅在纵向（MD）与横向（CD）均发生不可逆收缩。纵向收缩主要由干燥网张力下的纸幅塑性伸长恢复与纤维取向收缩构成；横向收缩主要由纤维横向吸湿膨胀回缩与横幅张力分布不均引起。干燥收缩率按下式定义：ε=L式中：ε——干燥线收缩率，%；L₀——进干燥部湿纸幅线尺寸，mm；Lf——成纸对应线尺寸，mm。下标MD表示纵向，CD表示横向。4.2纵横向收缩率取值依据80g/m²胶版印刷纸在600m/min车速下的实测统计值，并按GB/T459—2002《纸和纸板伸缩性的测定》方法在23℃、50%RH标准大气条件下平衡后测定，本设计取：纵向收缩率ε_MD=1.50%，横向收缩率ε_CD=2.50%。表4-1干燥部各段纵横向收缩率分配干燥分段ε_MD/%ε_CD/%备注Ⅰ段（烘缸1~12，自由脱水段）0.400.80表面温度90~110℃，湿纸幅仍贴缸Ⅱ段（烘缸13~28，主体干燥段）0.851.30蒸汽压力0.25~0.30MPa(g)Ⅲ段（烘缸29~40，降水分段）0.200.30表面温度110~125℃Ⅳ段（烘缸41~42，光板/冷却段）0.050.10表面温度80~90℃合计1.502.50与4.2节取值一致4.3湿纸幅宽度与烘缸面宽核算根据横向收缩率反算成形部出湿纸幅宽度W₀：W0考虑横幅切边（每边25mm）与收缩不均裕量（0.3%），湿纸幅实际宽度取5800mm；烘缸面宽按湿纸幅宽度加两侧空白带各50mm，即烘缸面宽W_d=5900mm。4.4传动分段速差补偿干燥部传动按4段单独传动，段间速差按表4-1累积收缩率逐级补偿，以保证纸幅在烘缸上处于微张紧状态（张力8~14N/mperg/m²）。第k段出口线速度v_k按下式计算：vk式中：v_reel——卷曲缸速度（即工作车速600m/min）；ε_MD,k——第k段后累计纵向收缩率；Δv_k——段间补偿速差，取+0.15%~+0.30%（微张紧）。表4-2干燥部传动分段速差补偿计算结果传动分段累计ε_MD/%速比v_k/v_reel线速度/(m·min⁻¹)纸幅状态补偿Δv/%Ⅰ段（烘缸1~12）0.401.0055603.3张紧+0.15Ⅱ段（烘缸13~28）1.251.0127607.6张紧+0.20Ⅲ段（烘缸29~40）1.451.0148608.9微张紧+0.25Ⅳ段（烘缸41~42）1.501.0152609.1微张紧+0.30卷曲缸1.501.0000600.0基准—核算结果表明：各段线速度由Ⅰ段603.3m/min逐级递增至Ⅳ段609.1m/min，卷曲缸回落至600m/min，段间速差均控制在±0.3%以内，满足纸幅不松边、不拉断的设计要求。5横幅水分均匀性计算5.1控制目标成纸横幅水分分布直接影响后段套印精度与翘曲趋势。本设计按GB/T462—2023方法在横幅方向每100mm取一个测点，共57个测点，控制目标如下：（1）横幅平均水分M̄=6.5%；（2）横幅水分极差ΔM_CD≤1.0%；（3）横幅水分变异系数CV_M≤1.0%；（4）横幅两边与中心水分差|M_edge−M_center|≤0.6%。5.2横幅水分曲线模型将横幅水分分布近似为以中心线为对称轴的二次曲线，其数学模型为：MCD式中：x——横向坐标，以纸幅中心线为0，mm；k_m——横幅水分曲率系数，%/mm²；M_noise——随机噪声分量，%。5.3执行器调节能力核算干燥部配置28组热风箱（AirPulse）与36组喷淋水执行器（SteamBox/WaterShower），每组有效覆盖宽度200mm。单组喷淋水最大喷量q_w=1.5L/min，对应局部水分调节幅度按下式估算：ΔMadj式中：τ——喷淋在纸幅上的有效滞留时间，取0.8s；ρ_w——水的密度，1.0×10³kg/m³；g_base——成纸定量，80g/m²；b_act——执行器有效宽度，0.20m。代入数据：ΔMadj即单组执行器可提供约±0.125%的局部水分调节能力。考虑实际喷淋均匀系数0.8与叠加效率0.7，相邻3组联动可实现约±0.26%的有效调节。对于初始横幅水分极差1.2%~1.5%的纸机，该调节能力可将其收敛至0.8%以内，满足ΔM_CD≤1.0%的设计目标。表5-1典型工况下横幅水分分布（调节前/调节后）横向位置x/mm调节前M/%与中心差/%调节后M/%判定0（中心）6.52—6.50达标±5006.48−0.046.50达标±10006.45−0.076.51达标±15006.42−0.106.52达标±20006.40−0.126.53达标±25006.45−0.076.55达标±2800（边部）6.62+0.106.58达标极差0.22—0.08达标由表5-1可见，执行器投用后横幅水分极差由0.22%进一步收敛至0.08%，远优于1.0%的设计限值；边部水分略高于中心0.08%，符合“边微湿、中微干”的稳定张力分布原则。6翘曲（卷曲）控制计算6.1翘曲机理纸幅翘曲（卷曲）源于纸幅正反两面在干燥过程中的收缩不一致。当贴缸面（反面）与挂面（正面）存在水分差ΔM_2S与温度差ΔT_2S时，两面纤维收缩量不同，纸幅沿收缩较大一侧卷曲。本计算按GB/T22896—2008《纸和纸板卷曲的测定单个垂直悬挂试样法》进行翘曲指数核算。6.2两面差与翘曲指数模型采用经典的Bradbury二层复合梁模型，翘曲曲率半径R与两面收缩差的关系为：1R式中：R——翘曲曲率半径，mm；ε_2S——正反两面纵向收缩应变差；h——纸页厚度，mm；E₁、E₂——反面与正面纵向弹性模量，MPa。对文化纸，取h=0.105mm，E₁/E₂≈1.0（双面均为未涂布木浆），则m≈1，上式简化为：1R翘曲指数C（单位宽度卷曲力矩，N/m）按下式计算：C=E·式中：E——纸幅纵向弹性模量，取2.5×10³MPa；ν——泊松比，取0.3。6.3两面差控制值核算以翘曲指数C<5N/m为控制目标，反算允许两面收缩应变差ε_2S：ε2S,max考虑水分差与收缩应变的经验系数k_ε≈0.6（即1%水分差约对应0.6%收缩应变差），则允许正反两面水分差ΔM_2S,max为：ΔM2S,max实际工程中，为兼顾套印精度，将ΔM_2S控制目标收紧至≤1.0%，对应翘曲指数C≈3.4N/m，留有约30%的安全裕量。表6-1成纸翘曲（卷曲）校核结果项目单位计算/实测值判定反面（贴缸面）水分M₁%6.85—正面（挂面）水分M₂%6.35—两面水分差ΔM_2S%0.50≤1.0，达标两面收缩应变差ε_2S%0.30≤1.45，达标翘曲曲率半径Rm0.35—翘曲指数CN/m1.24≤5.0，达标翘曲方向—向正面微翘符合后加工要求6.4翘曲控制工程措施（1）干燥部第13~28组烘缸采用正反交替贴缸布置，每6个烘缸为一组翻转一次，平衡两面受热强度；（2）最后4个烘缸（Ⅲ段末）接通冷却水套，将纸幅出口温度由110℃降至45℃以下，减少卷纸后两面吸湿回弹差；（3）热风箱喷嘴对贴缸面（反面）风量增加8%，补偿反面贴缸造成的过度干燥；（4）卷曲缸前设置蒸汽预热箱，使成纸在卷取前正反面水分平衡时间不少于30s。7安全核验7.1纸幅张力安全校核干燥部纸幅工作张力按8~14N/mperg/m²设计。本纸机定量80g/m²，则设计张力范围为：Tdesign纸幅在干燥部的断裂张力T_B按45N/mperg/m²取值，即T_B≈3600N/m。安全系数n_T=T_B/T_max=3600/1120≈3.2，大于规范要求的2.5，满足安全要求。7.2烘缸表面线速度与端面跳动烘缸直径1500mm，工作车速600m/min，烘缸转速n_d为：nd远低于钢制烘缸许用圆周速度2500m/min，转速安全裕量充足。烘缸端面跳动按GB/T造纸机械用钢制烘缸标准要求≤0.10mm，本设计订货技术条件中明确为≤0.05mm。7.3干燥能力校核干燥部总蒸发水量W_evap为：Wevap代入：W_evap=80×10⁻³×600×5.6×60×0.435≈7023kg/h。42个Ø1500mm烘缸总有效干燥面积A_d=π×1.5×5.9×42≈1168m²，单位面积蒸发速率U=7023/1168≈6.0kg/(m²·h)，处于文化纸机干燥部经济蒸发强度5~8kg/(m²·h)区间内，干燥能力匹配合理。表7-1安全与性能校核汇总校核项目设计限值计算结果判定纸幅张力安全系数n_T≥2.53.2达标烘缸许用圆周速度/实际≥2500m/min2827/600达标单位面积蒸发强度U5~8kg/(m²·h)6.0达标横幅水分极差ΔM_CD≤1.0%0.22%达标翘曲指数C<5.0N/m1.24达标两面水分差ΔM_2S≤1.0%0.50%达标段间速差±0.3%+0.15~+0.30%达标8结果分析与工程指导意义8.1主要计算结果（1）干燥部纵向收缩率1.50%、横向收缩率2.50%，湿纸幅宽度由5600mm反算为5743.6mm，烘缸面宽取5900mm；（2）干燥部4段传动速差由603.3m/min逐级补偿至609.1m/min，段间速差+0.15%~+0.30%，纸幅全程微张紧；（3）36组喷淋水与28组热风箱投用后，横幅水分极差由初始0.22%收敛至0.08%，满足≤1.0%的设计目标；（4）正反两面水分差0.50%，对应翘曲指数1.24N/m，远小于5N/m的控制限值；（5）纸幅张力安全系数3.2，单位面积蒸发强度6.0kg/(m²·h)，均在经济安全区间。8.2工程指导意义（1）本计算结果可直接用于干燥部4段变频器的速差参数整定、传动链弹性联轴器选型，以及烘缸刮刀与干网张力的初始设定；（2）横幅水分执行器投运后，建议每班按本计算书表5-1的测点方案复测一次横幅曲线，依据GB/T