Kokeellinen ja teoreettinen tutkimus kartonkiradan hallinnasta ilmapuhalluksen avulla

Abstract

Vuonna 2018 Suomen teollisuustuotannon arvo oli noin 91,9 miljardia euroa. Tästä metalliteollisuuden osuus oli lähes puolet 39,3 miljardia euroa ja metsäteollisuuden 17,6 miljardia euroa. Tämän diplomityö on tehty Valmet Air Systems Technology Unitille, joka toimii metalliteollisuudessa maailmanlaajuisesti ja tukee metsäteollisuutta toimittamalla ilmajärjestelmiä ja palveluita paperi-, kartonki- ja sellutehtaille.

Metsäteollisuus ry:n mukaan paperiteollisuuden tuotannon kehitys on suosinut nykyisin kartonkikoneita. Tämä puolestaan on avannut mahdollisuuden hyödyntää ns. Compact-geometriaa kartonkikoneen kuivatusosalla. Compact-geometriassa alatela on nostettu noin 15 mm päähän kuivatussylinteristä lyhentäen matkaa kuivatussylinterin avautuvasta nipistä alatelan sulkeutuvaan nippiin.

Compact-geometria tarjoaa myös tilaisuuden tutkia uuden tyyppistä ajettavuusratkaisua, jossa radan puolelle avautuvan nipin alueelle muodostetaan ylipaine puhaltamalla kartonkirataa tukemaan. Perinteisissä ratkaisuissa muodostetaan alipaine viiran puolelle pitämään kartonkirata tukiviirassa kiinni.

Tässä työssä on toteutettu uudentyyppisen ajettavuusratkaisun CFD -laskenta, koejärjestelyiden suunnittelu sekä käytännön kokeet Valmet Raision teknologiakeskuksessa. Käytännön kokeita varten suunniteltiin myös ensimmäinen versio koelaitteesta, jossa oli teknologiakeskuksessa valmistettu suutin.

Tämän tutkimuksen perusteella avautuvan nipin alueelle on mahdollista muodostaa ylipainetta. Käytännön kokeissa saadun ylipaineen riittävyys radan hallintaan vaatisi lisätutkimuksia koekoneella, jossa on oikea rata ongelmineen käytettävissä. Tavoiteltu ylipaine asetettiin 1500 Pa:iin ja tässä tutkimuksessa päästiin vain noin 590 Pa:in ylipaineeseen pyörähdyspainekäyrästä luettuna.

In year 2018 value of Finland’s industrial production was about 91,9 billion euros. Share of metal industry was almost a half ab. 39,3 billion euros and share of forest industry ab. 17,6 billion euros. This thesis has been produced for Valmet Air Systems Technology Unit that operates globally in metal industry and is supporting forest industry by supplying air systems and services to paper, board and pulp mills.

According to Finnish forest industrial association today production development of paper industry is leaning towards board machines. This has opened an opportunity to utilize compact -geometry in drying section of board machine. Compact-geometry means that bottom roll is lift ab. 15 mm distance from drying cylinders. This geometry shortens distance between opening nip of drying cylinder and closing nip of bottom roll.

Compact-geometry opens also an opportunity to investigate new type of runnability solution in drying section. Idea of the new solution is to form over pressure by air blow to paper side of web in opening nip area. In conventional solution under pressure is always been formed to fabric side of the web to ensure that paper stays in contact on supporting fabric.

This thesis consists of CFD -calculation, design of experiments and execution of practical experiments for the new runnability solution. Practical experiments have been made in Valmet Raisio’s research center. For the experiments the first prototype was designed and manufactured including self-made nozzle.

Measured results showed that it is possible to form over pressure to opening nip area. The achieved overpressure must be verified to be enough to controlling the web. Prototype should be tested, and results verified, in a pilot machine where the paper web and other circumstances are more realistic. Target for over pressure was set to 1500 Pa and in these experiments only 590 Pa over pressure was achieved read from measured pressure curve.