I produktionsprocessen för pappersmaskiner spelar olika rullar en oumbärlig roll, från avvattning av våta pappersbanor till fastsättning av torra pappersbanor. Som en av kärnteknikerna i designen av pappersmaskinsrullar, bestämmer "kronan" – trots den till synes lilla geometriska skillnaden den innebär – direkt papperskvalitetens enhetlighet och stabilitet. Denna artikel kommer att utförligt analysera krontekniken för pappersmaskinsrullar utifrån aspekterna definition, arbetsprincip, klassificering, viktiga påverkande faktorer inom design och underhåll, och avslöja dess viktiga värde i pappersproduktion.

1. Definition av krona: Betydande funktion i mindre skillnader

”Krona” (uttryckt på engelska som ”Crown”) hänvisar specifikt till en speciell geometrisk struktur hos pappersmaskinsrullar längs den axiella riktningen (i längdriktningen). Diametern på valskroppens mittområde är något större än ändområdena, vilket bildar en kontur som liknar en ”midjetrumma”. Denna diameterskillnad mäts vanligtvis i mikrometer (μm), och kronvärdet för vissa stora pressvalsar kan till och med nå 0,1–0,5 mm.

Kärnindikatorn för att mäta kröndesign är "kronvärdet", vilket beräknas som skillnaden mellan valskroppens maximala diameter (vanligtvis vid mittpunkten av axialriktningen) och diametern på valsändarna. I huvudsak innebär kröndesign att denna lilla diameterskillnad förinställs för att kompensera för "mitten nedsjunkningsdeformationen" av valsen som orsakas av faktorer som kraft och temperaturförändringar under faktisk drift. I slutändan uppnås en jämn fördelning av kontakttryck över hela valsytans bredd och pappersbanan (eller andra kontaktkomponenter), vilket lägger en solid grund för papperskvalitet.

2. Kronans kärnfunktioner: Kompensera deformation och bibehålla jämnt tryck

Under drift av pappersmaskinsvalsar är deformation oundviklig på grund av mekaniska belastningar, temperaturförändringar och andra faktorer. Utan kröndesign kommer denna deformation att leda till ojämnt kontakttryck mellan valsytan och pappersbanan – "högre tryck i båda ändar och lägre tryck i mitten" – vilket direkt orsakar allvarliga kvalitetsproblem såsom ojämn ytvikt och ojämn avvattning av pappret. Kärnvärdet med kröning ligger i att aktivt kompensera för dessa deformationer, vilket specifikt återspeglas i följande aspekter:

2.1 Kompensering för valsböjningsdeformation

När kärnrullar i pappersmaskiner, såsom pressvalsar och kalandrvalsar, är i drift måste de utöva ett betydande tryck på pappersbanan. Till exempel kan det linjära trycket från pressvalsar nå 100–500 kN/m. För rullar med ett stort förhållande mellan längd och diameter (t.ex. längden på pressvalsar i breda pappersmaskiner kan vara 8–12 meter) uppstår elastisk deformation av nedåtböjning i mitten under tryck, liknande en "axelpolböjning under belastning". Denna deformation orsakar ett för stort kontakttryck mellan valsändarna och pappersbanan, medan trycket i mitten är otillräckligt. Följaktligen blir pappersbanan överavvattnad i båda ändar (vilket resulterar i hög torrhet och låg ytvikt) och underavvattnad i mitten (vilket resulterar i låg torrhet och hög ytvikt).

Kronkonstruktionens "trumformade" struktur säkerställer dock att hela rullens yta förblir i parallell kontakt med pappersbanan efter att rullen böjts, vilket uppnår en jämn tryckfördelning. Detta åtgärdar effektivt de kvalitetsrisker som orsakas av böjningsdeformation.

2.2 Kompensering för termisk deformation av valsar

Vissa valsar, såsom styrvalsar och kalandervalsar i torkpartiet, utsätts för termisk expansion under drift på grund av kontakt med högtemperaturpappersbanor och ånguppvärmning. Eftersom valskroppens mittdel värms upp mer fullständigt (ändarna är anslutna till lager och avleder värme snabbare), är dess termiska expansion större än ändarnas, vilket leder till en "mittbuktning" på valskroppen. I detta fall kommer användningen av konventionell krondesign att förvärra det ojämna kontakttrycket. Därför måste en "negativ krona" (där diametern på mittdelen är något mindre än ändarnas, även känd som "omvänd krona") utformas för att kompensera för den ytterligare bulan som orsakas av termisk expansion, vilket säkerställer ett jämnt kontakttryck på valsytan.

2.3 Kompensera för ojämnt slitage på valsytan

Under långvarig drift upplever vissa valsar (som pressgummivalsar) mer frekvent friktion vid pappersbanans kanter (eftersom pappersbanans kanter tenderar att bära föroreningar), vilket resulterar i snabbare slitage i ändarna än i mitten. Utan krondesign kommer valsytan att visa en "utbuktning i mitten och hänga i ändarna" efter slitage, vilket i sin tur påverkar tryckfördelningen. Genom att förinställa kronan kan valsytans kontur bibehållas i ett tidigt skede av slitage, vilket förlänger valsens livslängd och minskar produktionsfluktuationer orsakade av slitage.

3. Klassificering av krona: Tekniska val anpassade till olika arbetsförhållanden

Baserat på typen av pappersmaskin (låg hastighet/hög hastighet, smal bredd/bred bredd), valsfunktion (pressning/kalandrering/styrning) och processkrav kan kronor delas in i olika typer. Olika typer av kronor skiljer sig åt i designegenskaper, justeringsmetoder och tillämpningsscenarier, vilket beskrivs i följande tabell:

4. Viktiga påverkande faktorer i krondesign: Exakt beräkning för anpassning till produktionskrav

Kronans värde sätts inte godtyckligt; det måste beräknas noggrant baserat på valsparametrar och processförhållanden för att säkerställa dess effektiva funktion. De viktigaste faktorerna som påverkar kronans design inkluderar huvudsakligen följande aspekter:

4.1 Rullmått och material

1. Rullens längd (L)Ju längre valskroppen är, desto större blir böjdeformationen under samma tryck, och därmed desto större blir det erforderliga kroningsvärdet. Till exempel kräver långa rullar i pappersmaskiner med bred bredd ett större kroningsvärde än korta rullar i pappersmaskiner med smal bredd för att kompensera för deformation.
2. Rullkroppens diameter (D)Ju mindre valskroppens diameter är, desto lägre styvhet och desto mer benägen är valsen att deformeras under tryck. Därför krävs ett större krönvärde. Omvänt har valsar med större diameter högre styvhet, och krönvärdet kan minskas på lämpligt sätt.
3. MaterialstyvhetOlika material i valskroppar har olika styvheter; till exempel har stålvalsar mycket högre styvhet än gjutjärnsvalsar. Material med lägre styvhet uppvisar mer betydande deformation under tryck, vilket kräver ett större kronvärde.

4.2 Driftstryck (linjärt tryck)

Driftstrycket (linjärt tryck) för valsar som pressvalsar och kalandervalsar är en viktig faktor som påverkar kröningsutformningen. Ju större det linjära trycket är, desto mer betydande är böjdeformationen av valskroppen, och kröningsvärdet måste ökas i enlighet därmed för att kompensera för deformationen. Deras förhållande kan grovt uttryckas med den förenklade formeln: Kronvärde H ≈ (P×L³)/(48×E×I), där P är det linjära trycket, L är valslängden, E är materialets elasticitetsmodul och I är tröghetsmomentet för valsens tvärsnitt. Till exempel är det linjära trycket för pressvalsar för förpackningspapper vanligtvis större än 300 kN/m, så motsvarande kröningsvärde måste vara större än för pressvalsar för kulturpapper med lägre linjärt tryck.

4.3 Maskinhastighet och papperstyp

1. MaskinhastighetNär höghastighetspappersmaskiner (hastighet > 1200 m/min) är i drift är pappersbanan mycket känsligare för tryckuniformitet än i låghastighetspappersmaskiner. Även små tryckfluktuationer kan orsaka defekter i papperskvaliteten. Därför använder höghastighetspappersmaskiner vanligtvis "kontrollerbar kröning" för att realtidskompensera för dynamisk deformation och säkerställa stabilt tryck.
2. PapperstypOlika papperstyper har olika krav på tryckjämnhet. Mjukpapper (t.ex. toalettpapper med en ytvikt på 10–20 g/m²) har en låg ytvikt och är extremt känsligt för tryckfluktuationer, vilket kräver högprecisionskrondesign. Däremot har tjockt papper (t.ex. kartong med en ytvikt på 150–400 g/m²) en starkare förmåga att motstå tryckfluktuationer, så kraven på kronprecision kan sänkas på lämpligt sätt.

5. Vanliga kronproblem och underhåll: Snabb inspektion för att säkerställa stabil produktion

Orimlig krondesign eller felaktigt underhåll påverkar direkt papperskvaliteten och orsakar en rad produktionsproblem. Vanliga kronproblem och motsvarande motåtgärder är följande:

5.1 Överdrivet högt kronvärde

Ett alltför stort krönvärde leder till för högt tryck i mitten av valsytan, vilket resulterar i låg ytvikt och hög torrhet hos pappret i mitten. I allvarliga fall kan det till och med orsaka "krossning" (fiberbrott), vilket påverkar papprets styrka och utseende.

MotåtgärderFör fasta kronvalsar som används i låghastighetspappersmaskiner är det nödvändigt att byta ut valsarna mot valsar med lämpligt kronvärde. För kontrollerbara kronvalsar i höghastighetspappersmaskiner kan det hydrauliska eller pneumatiska trycket minskas genom det kontrollerbara kronsystemet för att minska kronvärdet tills tryckfördelningen är jämn.

5.2 Överdrivet lågt kronvärde

Ett alltför lågt kronvärde resulterar i otillräckligt tryck i mitten av valsytan, vilket leder till otillräcklig avvattning av pappret i mitten, låg torrhet, hög ytvikt och kvalitetsfel som "våta fläckar". Samtidigt kan det också påverka effektiviteten i den efterföljande torkningsprocessen.

MotåtgärderFör valsar med fast kronvals behöver valskroppen bearbetas på nytt för att öka kronvärdet. För kontrollerbara kronvalsar kan det hydrauliska eller pneumatiska trycket ökas för att höja kronvärdet, vilket säkerställer att trycket i mitten uppfyller processkraven.

5.3 Ojämnt slitage av kronans kontur

Efter långvarig användning kommer valsytan att slitas. Om slitaget är ojämnt kommer kronans kontur att deformeras och "ojämna fläckar" kommer att uppstå på valsytan. Detta orsakar ytterligare defekter som "ränder" och "inbuktningar" på pappret, vilket allvarligt påverkar papprets utseende och kvalitet.

MotåtgärderKontrollera regelbundet valsytan. När slitaget når en viss nivå, slipa och reparera valsytan i god tid (t.ex. slipa om kronans kontur på pressgummivalsarna) för att återställa kronans normala form och storlek och förhindra att alltför stort slitage påverkar produktionen.

6. Slutsats

Som en till synes subtil men avgörande teknik är kronan på pappersrullar kärnan för att säkerställa en jämn papperskvalitet. Från fast krona i låghastighetspappersmaskiner till kontrollerbar krona i höghastighetspappersmaskiner med bred bredd har den kontinuerliga utvecklingen av kronteknik alltid fokuserat på kärnmålet att "kompensera för deformation och uppnå ett jämnt tryck", och anpassa sig till behoven hos olika arbetsförhållanden inom papperstillverkning. Rimlig krondesign löser inte bara kvalitetsproblem som ojämn pappersvikt och dålig avvattning, utan förbättrar också pappersmaskinernas driftseffektivitet (minskar antalet pappersbrott) och minskar energiförbrukningen (undviker övertorkning). Det är ett oumbärligt tekniskt stöd i utvecklingen av pappersindustrin mot "hög kvalitet, hög effektivitet och låg energiförbrukning". I framtidens pappersproduktion, med kontinuerlig förbättring av utrustningens precision och kontinuerlig optimering av processer, kommer krontekniken att bli mer förfinad och intelligent, vilket i högre grad bidrar till pappersindustrins högkvalitativa utveckling.