In het productieproces van papiermachines spelen diverse rollen een onmisbare rol, van het ontwateren van natte papierbanen tot het plaatsen van droge papierbanen. Als een van de kerntechnologieën in het ontwerp van papiermachinerollen bepaalt de 'kroon' – ondanks het ogenschijnlijk kleine geometrische verschil – direct de uniformiteit en stabiliteit van de papierkwaliteit. Dit artikel analyseert de kroontechnologie van papiermachinerollen uitgebreid vanuit de aspecten definitie, werkingsprincipe, classificatie, belangrijke beïnvloedende factoren in ontwerp en onderhoud, en onthult de belangrijke waarde ervan in de papierproductie.

1. Definitie van kroon: belangrijke functie bij kleine verschillen

"Crown" (in het Engels "Crown") verwijst specifiek naar een speciale geometrische structuur van papiermachinerollen in de axiale richting (in de lengterichting). De diameter van het middengedeelte van de rol is iets groter dan die van de uiteinden, waardoor een contour ontstaat die lijkt op een "taille trommel". Dit diameterverschil wordt meestal gemeten in micrometers (μm), en de kroonwaarde van sommige grote persrollen kan zelfs 0,1-0,5 mm bedragen.

De belangrijkste indicator voor het meten van het kroonontwerp is de "kroonwaarde". Deze wordt berekend als het verschil tussen de maximale diameter van de rol (meestal in het midden van de axiale richting) en de diameter van de uiteinden van de rol. In essentie omvat het kroonontwerp het vooraf instellen van dit kleine diameterverschil om de "doorhang" van de rol, veroorzaakt door factoren zoals kracht- en temperatuurveranderingen tijdens de werking, te compenseren. Uiteindelijk zorgt het voor een gelijkmatige verdeling van de contactdruk over de gehele breedte van het roloppervlak en de papierbaan (of andere contactcomponenten), waarmee een solide basis wordt gelegd voor de papierkwaliteit.

2. Kernfuncties van de kroon: compensatie van vervorming en behoud van een gelijkmatige druk

Tijdens de werking van papiermachinerollen is vervorming onvermijdelijk als gevolg van mechanische belasting, temperatuurschommelingen en andere factoren. Zonder kroonontwerp leidt deze vervorming tot een ongelijkmatige contactdruk tussen het roloppervlak en de papierbaan – "hogere druk aan beide uiteinden en lagere druk in het midden" – wat direct leidt tot ernstige kwaliteitsproblemen zoals een ongelijkmatig basisgewicht en ongelijkmatige ontwatering van het papier. De kernwaarde van kroon ligt in het actief compenseren van deze vervormingen, wat specifiek tot uiting komt in de volgende aspecten:

2.1 Compensatie voor rolbuigvervorming

Wanneer kernrollen van papiermachines, zoals persrollen en kalanderrollen, in bedrijf zijn, moeten ze een aanzienlijke druk uitoefenen op de papierbaan. De lineaire druk van persrollen kan bijvoorbeeld oplopen tot 100-500 kN/m. Bij rollen met een grote lengte-diameterverhouding (bijvoorbeeld de lengte van persrollen in breedbandpapiermachines kan 8-12 meter bedragen), treedt er onder druk elastische vervorming door neerwaartse buiging in het midden op, vergelijkbaar met een "schouderstok die onder belasting doorbuigt". Deze vervorming veroorzaakt een overmatige contactdruk tussen de uiteinden van de rol en de papierbaan, terwijl de druk in het midden onvoldoende is. Hierdoor raakt de papierbaan aan beide uiteinden overmatig ontwaterd (resulterend in een hoge droogtegraad en een laag basisgewicht) en ondermatig ontwaterd in het midden (resulterend in een lage droogtegraad en een hoog basisgewicht).

De "trommelvormige" structuur van het kroonontwerp zorgt er echter voor dat na het buigen van de rol het gehele oppervlak van de rol parallel aan de papierbaan blijft, waardoor een gelijkmatige drukverdeling ontstaat. Dit pakt de kwaliteitsrisico's die door buigvervorming worden veroorzaakt effectief aan.

2.2 Compensatie voor rolthermische vervorming

Sommige rollen, zoals geleiderollen en kalanderrollen in de droogsectie, ondergaan thermische uitzetting tijdens gebruik door contact met hete papierbanen en stoomverhitting. Omdat het middengedeelte van de rol vollediger wordt verwarmd (de uiteinden zijn verbonden met lagers en voeren de warmte sneller af), is de thermische uitzetting groter dan die van de uiteinden, wat leidt tot een "middenbolling" van de rol. In dit geval zal het gebruik van een conventioneel kroonontwerp de ongelijkmatige contactdruk verergeren. Daarom moet een "negatieve kroon" (waarbij de diameter van het middengedeelte iets kleiner is dan die van de uiteinden, ook wel "omgekeerde kroon" genoemd) worden ontworpen om de extra bolling veroorzaakt door thermische uitzetting te compenseren en een gelijkmatige contactdruk op het roloppervlak te garanderen.

2.3 Compensatie van ongelijkmatige slijtage van het roloppervlak

Tijdens langdurig gebruik ondervinden sommige rollen (zoals persrubberrollen) vaker wrijving aan de randen van de papierbaan (omdat de randen van de papierbaan de neiging hebben om onzuiverheden te bevatten), wat resulteert in snellere slijtage aan de uiteinden dan in het midden. Zonder kroonontwerp zal het roloppervlak na slijtage een "bolling in het midden en een doorbuiging aan de uiteinden" vertonen, wat op zijn beurt de drukverdeling beïnvloedt. Door de kroon vooraf in te stellen, kan de uniformiteit van de roloppervlakcontour in een vroeg stadium van slijtage worden behouden, waardoor de levensduur van de rol wordt verlengd en productieschommelingen als gevolg van slijtage worden verminderd.

3. Classificatie van de kroon: technische keuzes aangepast aan verschillende werkomstandigheden

Afhankelijk van het type papiermachine (lage snelheid/hoge snelheid, smalle/brede breedte), de rolfunctie (persen/kalanderen/geleiden) en de procesvereisten, kunnen kroonvormen worden onderverdeeld in verschillende typen. Verschillende kroontypen verschillen in ontwerpkenmerken, afstelmethoden en toepassingsscenario's, zoals gedetailleerd in de volgende tabel:

4. Belangrijkste beïnvloedende factoren bij het ontwerp van de kroon: nauwkeurige berekening om aan de productievereisten te voldoen

De kroonwaarde wordt niet willekeurig vastgesteld; deze moet uitgebreid worden berekend op basis van rolparameters en procesomstandigheden om een ​​effectieve werking te garanderen. De belangrijkste factoren die het kroonontwerp beïnvloeden, zijn voornamelijk de volgende aspecten:

4.1 Rolafmetingen en materiaal

1. Rollichaamlengte (L): Hoe langer de rol, hoe groter de buigvervorming onder dezelfde druk, en dus hoe hoger de vereiste kruinwaarde. Lange rollen in papiermachines met een brede breedte vereisen bijvoorbeeld een hogere kruinwaarde dan korte rollen in papiermachines met een smalle breedte om de vervorming te compenseren.
2. Rollichaamdiameter (D): Hoe kleiner de diameter van de rol, hoe lager de stijfheid en hoe gevoeliger de rol is voor vervorming onder druk. Daarom is een hogere kruinwaarde vereist. Omgekeerd hebben rollen met een grotere diameter een hogere stijfheid en kan de kruinwaarde dienovereenkomstig worden verlaagd.
3. Materiaalstijfheid: Verschillende materialen van rollichamen hebben verschillende stijfheden; stalen rollen hebben bijvoorbeeld een veel hogere stijfheid dan gietijzeren rollen. Materialen met een lagere stijfheid vertonen meer vervorming onder druk, wat een hogere kruinwaarde vereist.

4.2 Bedrijfsdruk (lineaire druk)

De werkdruk (lineaire druk) van rollen zoals persrollen en kalanderrollen is een belangrijke factor die het ontwerp van de kroon beïnvloedt. Hoe hoger de lineaire druk, hoe groter de buigvervorming van de rolbehuizing. De kroonwaarde moet dienovereenkomstig worden verhoogd om de vervorming te compenseren. Hun relatie kan ruwweg worden uitgedrukt met de vereenvoudigde formule: Kroonwaarde H ≈ (P × L³) / (48 × E × I), waarbij P de lineaire druk is, L de rollengte, E de elasticiteitsmodulus van het materiaal en I het traagheidsmoment van de roldoorsnede. De lineaire druk van persrollen voor verpakkingspapier is bijvoorbeeld meestal groter dan 300 kN/m, dus de bijbehorende kroonwaarde moet groter zijn dan die van persrollen voor cultuurpapier met een lagere lineaire druk.

4.3 Machinesnelheid en papiersoort

1. Machinesnelheid: Wanneer hogesnelheidspapiermachines (snelheden > 1200 m/min) in bedrijf zijn, is de papierbaan veel gevoeliger voor drukuniformiteit dan in lagesnelheidspapiermachines. Zelfs kleine drukschommelingen kunnen leiden tot kwaliteitsdefecten in het papier. Daarom maken hogesnelheidspapiermachines meestal gebruik van een "regelbare kroon" om realtime compensatie voor dynamische vervorming te realiseren en een stabiele druk te garanderen.
2. PapiersoortVerschillende papiersoorten stellen verschillende eisen aan drukuniformiteit. Tissuepapier (bijv. toiletpapier met een basisgewicht van 10-20 g/m²) heeft een laag basisgewicht en is extreem gevoelig voor drukschommelingen, wat een zeer nauwkeurig kroonontwerp vereist. Dik papier (bijv. karton met een basisgewicht van 150-400 g/m²) is daarentegen beter bestand tegen drukschommelingen, waardoor de eisen aan kroonprecisie dienovereenkomstig kunnen worden verlaagd.

5. Veelvoorkomende problemen met de kroon en onderhoud: tijdige inspectie om een ​​stabiele productie te garanderen

Een onredelijk kroonontwerp of onjuist onderhoud heeft een directe invloed op de papierkwaliteit en leidt tot een reeks productieproblemen. De meest voorkomende kroonproblemen en bijbehorende tegenmaatregelen zijn als volgt:

5.1 Buitensporig grote kroonwaarde

Een te hoge kroonwaarde leidt tot overmatige druk in het midden van het roloppervlak, wat resulteert in een laag basisgewicht en een hoge droogheid van het papier in het midden. In ernstige gevallen kan het zelfs "verbrijzeling" (vezelbreuk) veroorzaken, wat de sterkte en het uiterlijk van het papier beïnvloedt.

Tegenmaatregelen: Voor rollen met een vaste kroon die in papiermachines met een lage snelheid worden gebruikt, is het noodzakelijk de rollen te vervangen door rollen met een geschikte kroonwaarde. Voor rollen met een regelbare kroon in papiermachines met een hoge snelheid kan de hydraulische of pneumatische druk via het regelbare kroonsysteem worden verlaagd om de kroonwaarde te verlagen totdat de drukverdeling gelijkmatig is.

5.2 Te kleine kroonwaarde

Een te lage kroonwaarde resulteert in onvoldoende druk in het midden van het roloppervlak, wat leidt tot onvoldoende ontwatering van het papier in het midden, een lage droogtegraad, een hoog basisgewicht en kwaliteitsgebreken zoals "natte plekken". Tegelijkertijd kan het ook de efficiëntie van het daaropvolgende droogproces beïnvloeden.

Tegenmaatregelen: Bij rollen met een vaste kroon moet de rolbehuizing worden nabewerkt om de kroonwaarde te verhogen. Bij rollen met een regelbare kroon kan de hydraulische of pneumatische druk worden verhoogd om de kroonwaarde te verhogen, zodat de druk in het midden voldoet aan de procesvereisten.

5.3 Ongelijkmatige slijtage van de krooncontour

Na langdurig gebruik zal het roloppervlak slijten. Als de slijtage ongelijkmatig is, vervormt de krooncontour en ontstaan ​​er oneffenheden op het roloppervlak. Dit veroorzaakt verdere defecten zoals strepen en deuken in het papier, wat de kwaliteit van het papier ernstig beïnvloedt.

Tegenmaatregelen: Controleer regelmatig het roloppervlak. Wanneer de slijtage een bepaald niveau bereikt, dient het roloppervlak tijdig te worden geslepen en gerepareerd (bijv. de krooncontour van persrubberrollen opnieuw slijpen) om de normale vorm en grootte van de kroon te herstellen en te voorkomen dat overmatige slijtage de productie beïnvloedt.

6. Conclusie

Als een ogenschijnlijk subtiele maar cruciale technologie vormt de kroon van papiermachinerollen de kern voor het garanderen van een uniforme papierkwaliteit. Van een vaste kroon in papiermachines met een lage snelheid tot een regelbare kroon in papiermachines met een hoge snelheid en een brede papierbreedte, de continue ontwikkeling van kroontechnologie heeft zich altijd gericht op het hoofddoel: "het compenseren van vervorming en het bereiken van een uniforme druk", en zich aanpassen aan de behoeften van verschillende werkomstandigheden in de papierproductie. Een doordacht kroonontwerp lost niet alleen kwaliteitsproblemen op, zoals een ongelijkmatig papiergewicht en slechte ontwatering, maar verbetert ook de operationele efficiëntie van papiermachines (vermindert het aantal papierbreuken) en vermindert het energieverbruik (voorkomt overmatig drogen). Het is een onmisbare technische ondersteuning in de ontwikkeling van de papierindustrie naar "hoge kwaliteit, hoge efficiëntie en een laag energieverbruik". In de toekomstige papierproductie zal de kroontechnologie, met de voortdurende verbetering van de apparatuurprecisie en de continue optimalisatie van processen, verfijnder en intelligenter worden en meer bijdragen aan de hoogwaardige ontwikkeling van de papierindustrie.