Kaapimien palkkimaisen rakenteen dynaaminen tarkastelu

Abstract

Paperikoneen kaapimien tehtävänä on telojen ja kuivatussylinterien pintojen puhdistaminen sekä paperiradan kulun ohjaaminen katko- ja käynnistystilanteissa. Värähtely on yksi pahimmista ongelmista kaapimien toimintavarmuuden kannalta. Värähtelystä aiheutuu jaksollisesti ja jaksottomasti vaihtelevia jännityksiä, joka lisää jännityksiä rakenteisiin ja johtaa väsymisvaurioihin kuten hitsien repeämiseen. Lisäksi värähtelyn haitallisuus ilmenee kaapimen terän irtoamisena telan pinnasta, joka aiheuttaa telojen huonoa puhdistumista ja terän irtoamista telan pinnasta, jonka seurauksena paperirata voi kulkeutua kaapimen terän väärälle puolelle. Tästä seuraa katkotilanteita, joista aiheutuu huomattavia lisäkustannuksia paperitehtaille.

Paperikoneiden nopeuksien kasvaessa myös herätetaajuudet ovat kasvaneet samassa. Kuitenkin tilanahtauden ja koneiden leveyden kasvun vuoksi kaapimien ominaistaajuuksia on ollut hankala kasvattaa samassa suhteessa. Syntyvät värähtelyt liian suurilla taajuuksilla ovat haitallisia ja varsinkin resonanssitilannetta tulee välttää. Resonanssitilanteet pyritään välttämään alikriittisen mitoituksen avulla. Kuitenkin kaapimet värähtelevät toisinaan yli sallittujen rajojen erilaisten herätevoimien vaikutuksesta. Värähtelyä aiheuttavat herätevoimat voivat tulla kaapimeen käytännössä kolmea kautta: telan pinnasta, paperikoneen rungosta ja oskilloinista.

Työssä perehdytään kuivatusosan kaavinkonstruktioihin ja erityisesti palkkikaapimeen ja sen rakenteeseen, dynaamiseen mitoitukseen sekä värähtelyn syihin ja vaimennusmahdollisuuksiin. Lisäksi suurena osana työtä tutkitaan yleistä mitoituskriteeriä värähtelyiden ennakoimiseksi ja torjumiseksi jatkossa.

Tähän työhön on koottu kattavat tiedot palkkikaapimien rakenteesta, mitoitusperiaatteista, värähtelyn vaimennusmahdollisuuksista ja yleisen mitoituskriteerin tutkimustuloksista. Vaikka selkeää ja absoluuttisesti toimivaa vaimennuskeinoa tai mitoituskriteeriä ei löytynyt, työssä kuitenkin tuodaan perustellusti esiin mahdollisuuksia värähtelyiden vaimentamiseksi sekä saman tutkimuksen jatkamiseksi tai vastaavanlaisen tutkimuksen toteuttamiseksi tulevaisuudessa.

The function of paper machine doctors is both to clean the surface of the rolls and dryer cylinders and to steer the paper web during a possible breakdown or during the startup phase. Vibrations are one of the doctors most critical problem. Vibrations lead to recurring and non-recurring tension, which on the other hand increases the structural tensions and leads to endurance damages e.g. weld cracks. The loss of the contact between the doctor blade and roll surface is a good example of dam-age caused by vibrations. The blade coming from the roll may make the paper web move on the wrong side of the blade. The result of this is interruptions in the production, which will lead to addi-tional costs for the paper mill.

With the increase of paper machine speed the excitation frequencies have also increased. Never-theless there have been difficulties in increasing the natural frequencies of the doctors due to the limited space and an increase in the paper machine width. Vibrations that occur due to high fre-quencies are harmful; especially resonance frequencies should be avoided. Subcritical measure-ments are used to counteract resonance frequencies. However sometimes the doctors vibrate more than the allowed limit, which is due to the effect of miscellaneous the impulse force. There are three places where impulse forces that produce vibrations during doctoring can occur: on the surface of the rolls, on the paper machine framework and from oscillation.

The layout for the dryer section doctor and especially the structure of the beam scraper, the dynam-ic measuring and finally the causes for vibrations and the possibilities for damping them are intro-duced in this thesis. Also a great proportion of this thesis studies the most common measurement criteria for predicting and preventing vibrations in the future.

Extensive data has been collected for this thesis on the structure of the beam doctor, measuring principles, possibilities for damping vibrations and research results regarding the common meas-urement criteria. Even though this study found no distinct or absolutely functional solution for damp-ing vibrations, nor measurement criteria, it still introduces many in-depth possibilities for damping vibrations. This thesis shows that studies like this one or similar to this one could be conducted in the future.