圓柱磨漿機的最新創新技術

郝永濤徐紅霞

1山東省造紙工業研究設計院 山東 濟南（250100）2濱州化工集團安通有限公司 山東 濱州（256619）

在制漿造紙過程中，磨漿機是主要的耗能設備之一。其磨漿方式、型號、工作原理、結構設計、安裝水平、裝配水平等的高低，與磨漿效率、磨漿質量、維修效率及質量有著密切的聯系。

1 圓柱磨漿機的創新技術

1.1 雙磨區圓柱磨漿機

目前，制漿造紙領域廣泛使用的磨漿機包括雙盤磨漿機和錐形磨漿機兩種，圖1展示了磨漿機磨漿區的受力模型，兩側陰影部分分別表示動磨片和定磨片，由受力模型進行初步分析可知：（1）在雙盤磨漿機的磨漿區中，紙漿沿離心力作用的方向流動，磨漿區的線速度從中心向外圓是從小到大變化的，這將導致磨漿質量不均勻；（2）在錐形磨漿機的磨漿區中，由于磨盤有錐度，紙漿流動的方向隨著離心力的分力作用而不斷變化，錐度越接近于90°，則紙漿流動方向越接近于離心力的方向，其磨漿質量相對于雙盤磨漿機有一定的提升，但是仍然達不到令人滿意的效果，此外錐形磨漿機的工作穩定性也是讓人困擾的一大問題[1～3]。

磨漿質量是評判磨漿機的標準之一，除此之外磨漿效率和空載能耗也是衡量磨漿機的重要經濟技術指標。

其中，磨漿效率是指磨漿有效功率與總功率之比：η＝Pe／P×l00%，公式中Pe為磨漿有效功率消耗（kW），P為磨漿總功率消耗（kW），磨漿時所消耗的有效功率決定于磨盤的接觸面積與轉速。磨盤的接觸面積越大，轉速越高，則消耗的有效功率就越大。所以，要想提高磨漿效率η可以從增大磨盤的接觸面積去著手。

從磨漿機運轉試驗能夠得到空載能耗公式：P1＝k×n3×R5，式中P1為空載能耗（kW），k表示液體密度和局部摩擦力的系數，受磨漿機和紙漿類型的影響而變化，n為磨盤轉速（r/h），R表示磨盤轉子半徑（m）。由此，不難發現：在同樣的磨漿能力下，如果轉子半徑R越小，那么空載能耗P1就越小，這也是磨漿機的一個改進思路。

圖1磨漿機的受力模型

圖2具有雙磨區的圓柱磨漿機的結構

在此，克服現有技術的缺陷，提供一種具有雙磨區的圓柱磨漿機，磨漿質量高并且磨漿狀態穩定，提高了紙漿的性能，并且與傳統的雙盤磨漿機和錐形磨漿機相比，磨漿效率高，在同樣的磨漿能力下，空載能耗大幅度降低，經濟效益顯著。如圖2所示，具有雙磨區的圓柱磨漿機包括：機架、轉子、機殼、進漿管、出漿管、驅動軸、進給傳動機構及磨漿機構。其中，機架用于轉子的支撐和密封以及磨漿后的紙漿排出，轉子用于輸入紙漿和傳輸磨漿動力，機殼與進給傳動機構的輸出端連接，驅動軸連接提供動力的電機；磨漿機構包括：若干安裝于轉子上的用于形成圓柱形磨漿區的動磨片、與機殼固定連接的軸向移動斜面、定磨片及定磨片移動滑塊，軸向移動斜面與定磨片移動滑塊之間設有使定磨片發生徑向運動的滑板。本設備中，為了保證紙漿的性能和品質，凡是與紙漿接觸的部件均采用不銹鋼材質制成。

進給傳動機構由電機減速箱、錐齒輪轉向箱、渦輪絲桿機等組成，通過渦輪絲桿機的絲桿產生軸向運動，推動機殼移動，然后通過軸向移動斜面使定磨片移動滑塊在徑向運動，進而將徑向運動通過滑板傳輸給定磨片，從而實現精確調整定磨片和動磨片之間的間隙。

為了實現更好的磨漿效果，定磨片和動磨片均勻分布于轉子的外圓周面上，在軸向按照左斜和右斜齒紋分布兩組，每組數量為6片，形成兩個圓柱形磨漿區，紙漿從中間向兩端流動。進一步地，在兩個圓柱形磨漿區之間設有紙漿分配腔。

為了有效地防止紙漿和水的泄露，在轉子的兩側還設有軸密封裝置，優選采用密封水輸入的盤根密封箱，不但起到優良的密封效果，而且密封水能夠有效降低密封區域的溫度，防止設備過熱。具體來說，軸密封裝置的水封水流量為0.5～6L/min，水封水壓力高于進漿壓力0.05～0.2MPa，水封水溫度不大于20℃。兩個出漿管對稱地設置于機殼的兩端，出漿管與對應的圓柱形磨漿區之間設有導漿口，從而保證穩定出漿。

驅動軸與電機連接以提供動力，一般采用電機直接驅動即可，也可以根據磨漿工藝要求在驅動軸與電機之間設置一減速箱，以降低主機的轉速。

此外，為實現機電一體化，本磨漿機還包括電氣控制機構，包括：PLC電腦程序控器以及變頻調速器，同時配備DCS接口和各種安全保護接口，使機械與電氣實現完美結合，提高可操作性[4]。

1.2 磨漿機磨片

造紙磨漿用的磨漿機中的磨片根據其運動方式分為定磨片和動磨片，在磨漿時主要依靠定磨片和動磨片之間的相對運動，對漿料進行研磨，因此，磨片對磨漿質量產生重要的影響。如圖3、圖4所示，目前使用的動磨片和定磨片都是由6片帶齒的弧形片對合而成一圓形筒，圓形筒狀的動磨片在圓形筒狀的定磨片內轉動，由動磨片外表面上的齒與定磨片內表面上的齒對漿料進行研磨。

構成磨片的帶齒的弧形片通常由耐磨合金鋼直接澆注而成，澆注時弧形片易產生變形或存在誤差，使6片弧形片無法裝配對合而成圓形筒狀的定磨片或動磨片，造成大量的弧形片報廢，浪費生產成本，而且裝配時需要花費大量時間匹配弧形片，裝配效率低。另一方面，因弧形片上的齒寬僅2mm，齒槽寬僅3mm，齒槽深僅8mm，因此，澆注成型時齒易斷，齒槽易被堵塞；同時，因弧形片產生的變形，即使對合裝配成了定磨片和動磨片，因定磨片和動磨片之間的間隙不同，也影響磨漿質量甚至無法相互配合進行磨漿。受這些因素的影響，目前的磨片制造裝配方式，其產品合格率僅有30%。

圖3現有磨漿機的定磨片

圖4現有磨漿機的動磨片

圖5定磨片與動磨片

在此，提供一種磨漿機磨片及其加工方法，改變現有加工裝配磨片的方式，使產品合格率和裝配效率大大提高。如圖5所示，磨片均采用離心鑄造直接形成一圓筒，然后在圓筒上進行相應的車加工，通過數控滾齒機滾齒后再根據實際安裝尺寸對磨片進行線切割，形成符合裝配要求的磨片。這樣形成的磨片可避免變形，裝配方便快捷，裝配效率大大提高，產品合格率可達98%。同時，形成的齒保持一致，可以良好配合進行磨漿，提高了磨漿質量。

定磨片與動磨片加工時的區別在于，定磨片需要在圓筒外表面進行車加工，形成用于裝配的多個平臺，在圓筒內表面滾齒；而動磨片在圓筒內表面進行車加工，形成用于裝配的多個平臺，在圓筒外表面滾齒，滾齒后再根據實際安裝尺寸對磨片進行線切割，形成符合裝配要求的磨片[5]。

1.3 磨漿機底座

現有技術中磨漿機下的安裝底座通常為對稱設置的兩個，分別設置在磨漿機的兩端底部位置，用于支撐磨漿機。為保證磨漿機安裝后可以良好的運行，兩個底座通常要同時加工，保證每個底座的水平度；而且在對兩個底座進行水泥澆注固定時，也必須保證兩個底座水平等高，位置一致，這使得底座的安裝調試較困難，需要花費較長時間才能將兩個底座調整固定在一致位置。

在此，提供一種磨漿機底座，使底座可以快捷地調整為水平等高，安裝調試方便。

圖6磨漿機底座

如圖6所示，磨漿機底座為一體鑄造成型，底座包含一底板，底板的上表面設置有兩個承重座和兩塊連接板，兩個承重座設置在底板的兩端，由兩塊連接板連接為一體。兩塊連接板平行，并由多塊筋板連接，對連接板起加強作用。承重座、連接板、筋板的上表面加工為保持在同一平面上。

澆注固定底座時，僅需使其上表面保持水平即可，避免了采用兩個底座時，需要調整每個底座的上表面保持水平，并且還需要調整使兩個底座的上表面在保持水平的同時又要在同一高度，調整費時、困難。每個承重座的四個角位置分別對稱地設置有安裝耳，每個安裝耳上設置通孔，用于與磨漿機固定連接。安裝耳的上表面與承重座的上表面在同一平面上。

為盡量節省材料，承重座也為中空的殼狀結構。中空部中設置有起支撐作用的墊塊。

底座整體為軸對稱結構，使安裝時不需要考慮底座的安裝方向。

磨漿機底座為一整體的底座，加工時水平度易于保證；整體底座在固定安裝時，可以快速地調整為水平等高，使底座安裝調試方便快捷，提高了底座固定安裝的速度[6]。

1.4 磨漿機筒體

磨漿機筒體內組裝有定磨片，通過定磨片與其內部動磨片的相對運動對物料進行磨漿。磨漿機筒體因需要固定定磨片，因此，對其加工工藝要求較高，目前，磨漿機筒體采用的是拼焊結構，加工時工藝步驟多，焊接產生的變形較大，造成定磨片安裝困難或安裝定磨片后，定磨片與動磨片之間的間隙不同，影響磨漿質量及磨漿機使用壽命。在此，提供一種磨漿機筒體，變形量小，不影響組裝定磨片。

如圖7所示，磨漿機筒體件即一半筒體的示意圖，該筒體件整體鑄造而成，呈半圓環體，并鑄有安裝通孔，用于安裝定磨片，外表面鑄有一體成型的加強筋，內表面鑄有一體成型的多個安裝平臺，具有良好的平面度，用于與定磨片貼合，使定磨片固定。

筒體件的兩個軸向邊沿為一帶有平面對接面的對合沿，對合沿上設置有多個組裝孔，兩個筒體件合攏后可構成一個完整的圓環體，通過組裝孔組裝為筒體。

兩個筒體件由同一鑄模鑄造而成，尺寸一致，加強筋、安裝平臺與筒體件一體鑄造成型，避免了焊接變形，可以良好的對合形成筒體，使對合后形成的筒體為一規則的圓環形，不影響其內部安裝的定磨片工作。

筒體件為整體鑄造，變形小，工藝步驟得到了簡化，可以保證組裝定磨片后的精度要求，使定磨片與動磨片之間可以良好地配合運動進行磨漿，提高了磨漿質量及磨漿機使用壽命[7]。

圖7磨漿機筒體

1.5 磨漿機排污管

磨漿機在磨漿時會產生一部分廢渣料，需要通過排污管排出?，F有磨漿機的排污管通常是由傳動端機架支撐，直接焊接于傳動端機架上的圓筒上，并與該圓筒貫通，通過圓筒可將磨漿區產生的殘渣料導出。由于排污管是采用焊接的連接方式，焊接時易使圓筒產生變形，并且焊接后不易拆卸，無法對排污管進行清理。在此，提供一種磨漿機排污管，可與圓筒方便快捷的連接，其安裝對圓筒影響小，易于拆卸，且易于清理。

圖9與排污管連接的圓筒

如圖8、圖9所示，排污管一端為連接端，連接端為具有外螺紋的一段管，用于與傳動端機架上設置的圓筒螺紋連接。

排污管上具有一折彎，可改變其內的殘渣料流向，將磨漿區產生的殘渣料導出并順利通過排污管排出。傳動端機架上設置的圓筒上設置一段內螺紋管，與排污管連接端的外螺紋相配合實現螺紋連接。內螺紋管可貫通至圓筒上可容納紙漿的容腔中，圓筒上還設置有貫通至該容腔的導料管。

磨漿機排污管與傳動端機架上的圓筒相連接的一端具有外螺紋，傳動端機架上的圓筒上設置一內螺紋管，使排污管可與圓筒實現螺紋連接，安裝、拆卸方便快捷，其安裝無需焊接，對圓筒不產生變形影響；且排污管可隨時拆卸，易于清理[8]。

1.6 磨漿機機架

1.6.1磨漿機進漿端機架

現有技術中，磨漿機進漿端機架包括支撐板，支撐板上焊接一圓筒，圓筒上設置導料管用于進料，圓筒與支撐板上的過孔貫通可容納傳動軸在其中自由轉動。這種磨漿機進漿端機架在加工制造時，支撐板與圓筒焊接在一起，易產生焊接變形，影響傳動軸的轉動，而且焊接需進行退火等熱處理工藝，使工藝步驟繁瑣；另一方面，支撐板與圓筒焊接為一體時，體積較大，重量較重，增加了裝配難度，影響裝配效率。

在此，提供一種磨漿機進漿端機架，簡化了加工工藝，裝配效率高。

圖10磨漿機進漿端機架的結構

如圖10所示，磨漿機進漿端機架包括用于支撐傳動軸轉動的支撐板和帶有進料管的圓筒。支撐板為一倒T形的板，其中，位于底部的是水平支撐板，與水平支撐板垂直的是垂直支撐板。垂直支撐板上設置有過孔，過孔的側壁為階梯狀，用于安裝軸承。過孔的周圍設置一圈安裝孔，安裝孔為螺紋孔，可以通過螺栓與圓筒連接。

圓筒呈近似的圓形筒，其上設置一進料管用于進料，圓形筒兩端為法蘭，其中一個連接法蘭上包含一圈與支撐板上的安裝孔相配合的連接孔，連接孔為通孔，可以通過螺栓與支撐板連接。

連接法蘭與垂直支撐板相接觸連接的面均須加工處理，以保證支撐板與圓筒連接后接觸較緊密。支撐板與圓筒連接后，圓筒的圓形筒與支撐板上的過孔貫通，可容納傳動軸。支撐板上的過孔中設置有軸承等部件，使支撐板可以支撐著傳動軸的一端自由轉動[9]。

1.6.2磨漿機傳動端機架

圖11磨漿機傳動端機架的結構

如圖11所示，磨漿機傳動端機架包括支板、圓筒。支板為一倒T形的板，其中，位于底部的是水平支板，與水平支板垂直的是垂直支板。水平支板與垂直支板間設置加強筋。垂直支板上設置有過孔，過孔的周圍設置一圈安裝孔，安裝孔為螺紋孔，可以通過螺栓與圓筒連接。垂直支板上部為弧形。

圓筒呈近似的圓形筒，其上設置一出料管用于出料，圓形筒兩端為法蘭，其中一個連接法蘭上包含一圈與支板上的安裝孔相配合的連接孔，連接孔為通孔，可以通過螺栓與支板連接。該連接法蘭的上部為與垂直支板上部的弧形相配合的弧形。

連接法蘭與垂直支板相接觸連接的面均須加工處理，以保證支板與圓筒連接后接觸較緊密。支板與圓筒連接后，圓筒的圓形筒與支板上的過孔貫通，可容納傳動軸。支撐板上的過孔的側壁為階梯狀，用于安裝軸承，使支撐板可以通過軸承支撐著傳動軸的一端自由轉動[10]。

磨漿機機架上的支撐板與圓筒通過螺栓等連接件連接，避免了焊接時產生的焊接變形，不影響傳動軸的自由轉動，減少了采用焊接方式時需進行的退火等熱處理工藝，簡化了工藝步驟。裝配時，支撐板與圓筒通過螺栓連接，使安裝更方便、快捷，提高了裝配效率。

2 結束語

1）具有雙磨區的圓柱磨漿機，磨漿質量高并且磨漿狀態穩定，提高了紙漿的性能，并且與傳統的雙盤磨漿機和錐形磨漿機相比，磨漿效率高、空載能耗低、經濟效益顯著。

2）過去，動磨片和定磨片是由6片帶齒的弧形片對合而成一圓形筒，澆注時易變形或存在誤差，報廢率高、裝配效率低、齒易斷，齒槽易堵塞、磨漿質量差。磨片均采用離心鑄造直接形成一圓筒后，產品合格率和裝配效率大大提高。

3）磨漿機底座由兩個改為一體鑄造成型。澆注固定底座時，僅需使其上表面保持水平即可，調整方便、快速、簡單。

4）磨漿機筒體由兩個筒體件組成，由同一鑄模鑄造而成，加強筋、安裝平臺與筒體件一體鑄造成型，避免了焊接變形。對合筒體變形量小，工藝步驟簡化，精度高。

5）磨漿機的排污管一端為具有外螺紋的一段連接管，用于與傳動端機架上設置的圓筒螺紋連接。替代目前將排污管直接焊接于傳動端機架上的圓筒上，解決了焊接變形、不易拆卸、清理不便的問題。

6）將磨漿機機架上的支撐板與圓筒由焊接改為螺栓連接，避免了焊接變形，減少了退火等熱處理工藝，簡化了工藝步驟。安裝更方便、快捷，提高了裝配效率。圓柱磨漿機屬于高耗能設備，其結構的設計、工作原理的采用、設備的加工精度、安裝水平的高低等與設備的運行、維護具有密切的聯系。文中介紹的創新技術，是在生產一線中總結或者發明的，雖然已在小范圍的生產中得到驗證，還需要在行業中加以推廣與應用，以得到更好的創新與完善。

[1]董繼先,谷建功.新型圓柱磨漿機的結構及其性能試驗分析[J].中華紙業,2006,27(6):51-53.

[2]董繼先,谷建功.新型圓柱式磨漿機的研發[J].紙和造紙,2007,26(Z1):17-19.

[3]董繼先,谷建功.一種新型圓柱式磨漿機的結構與性能分析[J].西北輕工業學院學報,2006,24(3):6-10.

[4]樂國培.具有雙磨區的圓柱磨漿機;CN,201320021617.2[P].2013-07-31.

[5]杜羅生.磨漿機磨片;CN,201320022268.6[P].2013-07-31.

[6]戚川川.磨漿機底座;CN 201320022270.3[P].2013-07-31.

[7]戚川川.磨漿機筒體;CN,201320022187.6[P].2013-07-31.

[8]張建.磨漿機排污管;CN,201320022206.5[P].2013-07-31.

[9]蔣春雷.磨漿機進漿端機架;CN,201320022340.5[P].2013-07-31.

[10]蘭曄.磨漿機傳動端機架;CN,201320022443.1[P].2013-07-31.