现代纸机流浆箱：类型、作用与要求

（一）流浆箱的作用与要求

流浆箱是现代纸机发展最快的部件之一。流浆箱的结构和性能对纸页的成形和纸张的质量具有决定性作用，特别是现代高速纸机，纸机车速上千米，抄宽10m以上，在如此高速及宽幅的纸机上，纸料从流浆箱喷出到定型时间只有十几分之一秒。在这样短暂的时间内，要求纸页的定量沿纸幅全宽均匀分布，抄出匀度良好的纸页，单靠网部是难于实现的，必须要求流浆箱所喷出的纸料沿纸机全宽严格做到稳定均匀全幅一致，纤维分散良好，浆流具有高强微湍动的特性，以防纤维在喷浆过程中出现再絮聚，这就要求具有高技术水平的流浆箱，达到下列的主要作用及基本要求。

1.沿纸机横向均匀地分布纸料

要求上网的纸料在沿纸机全宽和全高两个方向上的各个点的浆流的速度、压力、浓度和湍动等的分布都均匀一致，以保证纸页横幅定量一致。

2.能有效地分散纤维

要求上网纸料必须是均匀分散的纤维悬浮物，保持纤维的无定向排列，能产生高强度的微湍动，能防止纤维絮聚，以提高纸页的匀度。

3.喷浆稳定

要求喷浆的速度、喷射角和着网点稳定一致，能精确地调节和控制保证浆速与网速。

4.流浆箱的其他要求

流浆箱必须有足够的刚性、不变形、不生锈、流道平滑、没有死角挂浆现象，能及时排出纸料中的空气和泡沫，结构简单，便于清洗、操作和维修等。

（二）流浆箱的类型

根据流浆箱的发展进程和结构基本特点，流浆箱可划分为敞开式、封闭式、敛流式及敛流气垫结合式。

1.流浆箱的基本结构

一般的流浆都由布浆器、堰板和箱体等三个部分组成，如图4-9所示。

图4-9 流浆箱的基本结构

A—布浆器 B—堰池 C—堰板 1—方锥开总管 2—孔板 3—匀浆辊 4—堰池 5—匀浆辊 6—胸辊 7—溢流槽 8—箱体 9—旋转喷水管

布浆器将纸料均匀地分布到堰池中，使纸料沿纸机全宽均匀一致上网。堰池借助各种整流元件分散纤维、防止絮聚、消除泡沫获得稳定的浆流，使上网纸料分布均匀一致。堰池是封闭式的，借助纸料液面上的空气压力（气垫）和浆位高度，产生使浆速和网速协调的静压头。堰板是流浆箱的上网装置，它的作用是使纸料均匀地、以一定的浆速和角度喷到网面上。

2布浆器

（1）布浆器的要求

①沿着纸机的全宽压力相等且稳定；

②不使浆流分成大的支流；

③对纸料的不稳定性不很敏感；

④内壁光滑不挂浆；

⑤便于清洗和维修。

（2）布浆器的组成和形式

布浆器一般由总管和布浆元件（包括相应的整流消能装置）组成。目前使用的布浆器有单管布浆器，错流布浆器。

（3）布浆器的总管

①总管的形式：总管的形式有多种，以锥形总管用得最普遍。锥管的截面形状可以是矩形、圆形或弓形。锥管的小端设有回流。圆形锥管结构如图4-10所示。设计和制造比较简单，适应性强，因而是用得最广泛的一种总管。

图4-10 圆形锥管示意图

②圆形锥总管：圆形锥总管是在一个方向上有尺寸变化圆形总管，锥形设计的目的是为了消除在总管内因为液体流动时的阻力损失而导致的压力变化，从而获得在纸机横向全幅每一个点的压力保持恒定。

末端的断面尺寸，由最大的回流量来决定。为使总管压力恒定，防止纤维、尘埃、泡沫、空气等聚集到末端，总管必须有一定的回流量。通常为5%～10%，回浆送回冲浆池。

如图4-11所示为圆锥总管进浆系统，浆流在进入到总管后以垂直方向分布到纸机的全幅，而且每一个点上的Q值都要保持相等，A（X）为圆形截面。

（4）布浆器的分布元件

①分布元件的作用和形式：布浆器分布元件的作用是沿着纸机的横向均匀地分布纸料。布浆元件有多种形式，常用的有多管、孔板、阶梯扩散器和管束等形式。多管或孔板应配整流消能装置。而阶梯扩散器、管束等，不需另配整流和消能装置。

图4-11 圆锥总管进浆系统

②多管：多管在结构上可分为圆形直管，异形管和文丘里管，如图4-12所示。

a.直管结构简单，是目前用得较多的一种。由于直管喷出的各股浆流的动能较大，因而要经过较复杂的整流消能装置，进行缓冲和减速，使浆流能够混合成为稳定的浆流进入堰池。

b.异形管结构较复杂，用于某些高速造纸机的流浆箱。

c.文丘里管结构复杂，但本身已起到整流消能作用，因此不需要再配备整流消能装置。

③孔板：孔板是一块有许多小孔的固定平板，一般用有机玻璃制作。孔板结构如图4-13所示。

a.孔径的选择：常用孔径为14～18mm。孔眼必须加工得很光滑，以防挂浆。孔板的横断面为锯齿状，使孔口边缘不积浆。

b.加速比：孔板的流速太低，容易产生挂浆堵孔，流速太高又会造成纸料速度分布不够均匀。孔板的流速一般为3.5～5m/s。

c.孔板的厚度和孔的直径的比例：孔板厚度和孔的直径的比例以不低于3～4∶1为宜。

图4-12 各种支管示意图

1—总管 2—支管 3—整流装置 4—流浆箱

图4-13 孔板结构

（a）锥形孔（b）齿形截面

（5）布浆器的整流消能装置

所谓整流消能装置，就是一方面使流速降低，起到消能作用，另一方面使流体的速度头再分配，起到均匀化的作用，从而使进入流浆箱堰池中的纸料流动平稳且流速均匀。

①多管进浆器采用的各种整流消能有双冲击式、冲击与漩涡结合式和漩涡式等几种。

②孔板布浆器的整流消能装置在结构上类似多管进浆布浆器使用的冲击式节流扩散的整流消能装置，结构较复杂。

③匀浆辊作为整流消能装置应与导流孔结合起来使用，能够起到较好的分散作用。

④消能棒和导流片作为孔板出口的整流消能装置，具有结构较简单、没有传动部分、不需要传动装置等优点，而且整流消能效果较好。导流片可以防止横流的产生以及由于横流造成的扰动，消能棒对孔板高速射出的浆流产生拦阻作用，降低孔板出来的浆流速度，其整流效果是较显著的。

（6）阶梯扩散器

①阶梯扩散器是一种分级扩大的、非圆锥形的扩散器，是一种兼有布浆和整流双重功能的元件。它有以下的作用：a.把从方锥总管横向输进的纸料转变成造纸机的纵向；b.沿着造纸机的宽度均匀分布纸料；c.产生可控制的高强度微湍动，以分散纤维的絮聚。

②扩散器的工作原理：由于扩散器分级扩大，从而在浆料中产生高剪切力，形成高强度的微湍动。另外，由于扩散的消能作用，使出口的各股浆流可以迅速地混合均匀，如图4-14所示。

图4-14 阶梯扩散器工作原理

③阶梯扩散器的阶梯的段数、孔位、孔数：阶梯的段数一般为3～4。阶梯扩散器的第一段通常是孔板，孔径一般15mm左右。

对于三段的阶梯扩散器，第二段和第三段的长宽比为4～4.5。最后一段孔的面积与第一段孔的面积之比在5～8的范围之内，孔的面积比为常数值，一般以2～4为宜。第三段的孔形可为正方形或正六边形。为了加工方便，一般取正方形。

（7）导流片

导流片（飘片）是由一组平行的薄片段组合而成，如图4-15所示。设置在喷浆口的前面，使浆流收敛地流过其中。飘片为聚氨酯材料。当浆流冲过孔眼进入飘片间的流道时，则借助于浆流的动压飘浮在浆中，使上网浆流厚度均匀、速度均匀和纤维分布均匀。

图4-15 敛流式挠性导流片示意图

1—扩散区 2—多孔板 3—孔眼 4—飘片 5—层流区 6—上唇板 7—下唇板 8—胸辊

飘片产生微湍流是由于飘片把进入层流区的浆流隔开而分成许多相互平行的全幅收敛浆流，然后逐渐缩小厚度，形成浆流的加速度，从而产生了较大的剪切力。由于飘片是柔软的元件，并在浆流中飘动，有效地防止了堵塞现象。

（8）管束（管栅）

管束是一种由大量的小直径管子组成的整流元件。组成管束的入口端的管径较小，呈圆形的断面，而纸料出口端的管径较大，可以是圆形断面或六角形和五角形的断面。图4-16为管束整流元件结构图。

管束的整流原理 纸料在管束内的流动过程中，由于摩擦作用，在管壁附近形成强烈的湍动。这样的湍动能够有效地分散纤维，防止纤维絮聚并有效地消除浆流中的大涡流和横流，因而整流效果比较显著。

图4-16 管束整流元件结构图

3.堰板

堰板的作用是使纸料加速并均匀地以一定角度喷射到网面上形成均匀的湿纸页。对于纸页的形成和纸页横幅定量的均匀有很重要的影响。

（1）堰板的要求

①应能产生高强度小规模的微湍动以防止纤维絮聚；

②堰板的开口高度应能进行全幅或局部的调节，以保证沿纸机整个横幅均匀地分布纸料；

③可以控制从堰板喷出纸料的喷射角和着网点；

④不易产生挂浆。

（2）堰板的形式和特点

直立闸板式堰板只适用于低速造纸机。不能对上网浆流的流量和流速作局部调节。

斜闸板可以沿纸机幅宽调节喷缝开度，使浆流速度较均匀地分布。斜闸板的浆位高度一般不超过200mm，只适于用低速纸机。

目前广泛使用的是各种带喷嘴的堰板。这类堰板在结构上可以分为喷浆（鸭嘴）式、垂直式和结合式等3种，如图4-17所示。

图4-17 各种喷嘴式堰板

1—胸辊 2—下唇板 3—上唇板 4—垂直堰板 5—堰池 6—上唇板调节机构

①喷浆式堰板：喷浆式堰板下唇板水平放置，上唇板倾斜放置，两唇板间的夹角一般为12°～25°，形成逐渐收敛的喷浆道。喷浆式堰板的特点与缺点：

a.纸料经渐缩式喷浆流道逐渐加速，流动过程存在速度差而防止纤维絮聚，湍动程度较为温和，速度分布较为均匀；

b.靠上唇板调节机构来调节喷口上下唇板之间的距离以适合纸页的定量要求；

c.可通过调节上下唇板的相对位置以及下唇板与网部胸辊的距离来控制上网纸料的喷射角和着网点。

d.喷浆式堰板的缺点是倾斜上唇板垂直刚度较小，容易产生变形而造成喷出纸料流量的变化及着网点的变化，纸页横幅定量变化较大。

②垂直式堰板：垂直式堰板的下唇板是水平放置，而上唇板为垂直放置并与流浆箱堰池的前壁结合成一体。垂直式堰板的主要特点与缺点是：

a.纸料经垂直堰板的突然减压喷出，湍动较为强烈，纤维能获得良好的分散，但湍动需扩散才能获得均匀的速度分布，下唇板需有稍长的伸出长度；

b.垂直上唇板的垂直刚性大，不易产生变形，喷出纸料的流量及着网点较为均匀，纸页横幅定量变化小；

c.可用调节垂直上唇板与下唇板间的距离来调节喷浆量以适合纸页的定量要求；

d.用调节垂直上唇板的前后摆动来调节喷射纸料的喷射角和着网点；

e.垂直堰板的缺点是阻力降大，需要较高的堰池静压头，需要更高的堰池高度；易挂浆且堰板的局部开口高度调节困难，容易产生永久性的变形。

③结合式堰板：结合式堰板是在喷浆式堰板的上唇板上加装垂直板，垂直板的突出长度为5～7mm。是一种喷浆性能较好的堰板。结合式堰板的特点：

a.结合式堰板既可产生强烈的湍动以分散纤维又不易产生变形；

b.既可作堰板开度的全幅调节又可作局部调节，以得到均匀分布的上网纸料；

c.垂直部分还可作前后倾斜角度的摆动以调节喷射角和着网点；

d.由于垂直伸出距离小又受斜堰部纸料流速冲击，速度快，停留时间短，没有形成挂浆的机会。

④堰板的全宽度：可根据下面公式计算：

b _s =（b+2b_e）/（100-ε）+2b

式中 b_s——净纸宽度，mm

b_e——切边宽度，mm

ε——总横缩率，%

b——切边宽度，mm

（三）流浆箱的类型和发展

按其发展的进程和结构的特点，可归纳为敞开式、封闭式、敛流式、敛流气垫结合式四大类型。

1.敞开式流浆箱

敞开式流浆箱只适于中低速造纸机，其结构特点是用调节箱内浆位的高低来控制上网的浆速。图4-18是一台抄速为25～90m/min电容器纸机的流浆箱示意图。这个敞开式流浆箱特点是使用了较为完善的浆料分布器和用匀浆辊作为浆流匀整元件。这类流浆箱适用于低速纸机，因为喷浆速度取决于箱内浆位的高度。

图4-18 敞开式流浆箱

1—布浆总管 2—匀浆辊 3—溢流调节板 4—隔板 5—唇板

2.气垫式流浆箱

气垫式流浆箱的结构如图4-19，它的特点是流浆箱的堰池是封闭的。在恒定的较薄的浆位上充满空气（气垫），以气垫压力来控制上网浆速，使浆速与网速相适应。

气垫压力与喷浆速度的关系可表示为公式

式中 v——喷浆速度，m/s

g——重力加速度，m/s²

h——液位高度，m

p——气垫压力，Pa

ρ——纸料密度，kg/m³

由式可见，车速低，要求浆速也低，从而导致气垫压力的波动对浆速波动的影响增大。这类流浆箱适应性强、调节方便。这类流浆箱可用于长网纸机也可用于立式夹网纸机。

图4-19 中速长网纸机气垫流浆箱

1—圆锥形进浆总管 2—气垫室 3—堰板 4—胸辊 5—漂片整流元件 6—管束布浆器

3.敛流式流浆箱

敛流式流浆箱广泛用于夹网纸机和长网纸机。

这类流浆箱的特点是：a.流浆箱的压头由可调节速度的冲浆泵提供；b.配有产生高强微湍动的整流元件；c.流浆箱充满浆料；d.设有溢流装置，浆料进入流浆箱前必须通过消除空气和光洁以及消除压力脉冲的装置。

图4-20 MetsoSymFloD流浆箱

图4-20MetsoSymFlo D流浆箱示意图，用于长网造纸机。它使用方锥管和渐扩的管束来布浆。浆流的匀整装置是一组（一般6～7片）柔性的塑料薄片（飘片），敛流式的整流片组具有所谓同时收敛的性质，可以得到均匀分散的纤维悬浮液。

图4-21为Mesto OptiFlo水平夹网流浆箱，图4-22为Mesto OptiFlo垂直夹网流浆箱

4.多层流浆箱

多层流浆箱是沿着流浆箱的Z向（竖向），将流浆箱的布浆器分成若干个独立的单元（一般为2～3个单元），每个单元都有各自的进浆系统。因此各个不同的单元可以各自通过不同种类的浆料，几股独立的浆料流层到堰板口附近汇合成一股上网浆料流。

图4-21 Mesto OptiFlo水平夹网流浆箱

图4-22 Mesto OptiFlo垂直夹网流浆箱

由于浆料流动的速度很高，浆料互相混合的距离和时间都很短，因而上网浆料流沿着Z向（竖向）的各层浆料基本上保持原来的组成，使得形成的纸页沿着Z向（竖向）的各层浆料组成与流浆箱各层的浆料组成大致相同。

使用一台多层流浆箱就能形成由几层不同的浆料组成的纸页，对于提高纸张质量、节约优质纸浆、简化流送与成形设备均有重要的作用。

图4-23为Metso OptiFlo三层集流式流浆箱示意图。这种流浆箱结构的特点为沿着流浆箱的Z向（竖向）有三个连接在一起的集流式飘片流浆箱单元，各个单元的浆料在进入飘片收敛区前是分开的，在进入飘片收敛区后由飘片将浆料层分离，一直到飘片出口处的堰板口附近才合成为上网浆流。这种流浆箱已用于制造薄页纸、餐巾纸和纸板。

图4-23 Metso OptiFlo三层集流式流浆箱