在造紙工業(yè)的介質(zhì)輸送體系中,紙漿泵是確定紙漿從制漿環(huán)節(jié)到成型環(huán)節(jié)連續(xù)流轉(zhuǎn)的核心設(shè)備。紙漿介質(zhì)的纖維特性(易纏繞、需保護(hù)完整性)對泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出特別要求,而不同造紙工藝(如制漿、抄紙、涂布)的差異化需求,又決定了紙漿泵需具備多樣的適配能力。以下從核心結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能邏輯與適用范圍的場景劃分兩方面,全部解析紙漿泵的技術(shù)特點與應(yīng)用邊界。
一、紙漿泵的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計解析
紙漿泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計圍繞 “防纖維纏繞、護(hù)纖維完整、降堵塞風(fēng)險” 三大核心目標(biāo)展開,關(guān)鍵部件包括葉輪、泵體、密封系統(tǒng)、軸承組件,各部分設(shè)計均與紙漿介質(zhì)特性適配。
(一)葉輪設(shè)計:防纏繞與低剪切的平衡
葉輪是紙漿泵輸送介質(zhì)的核心部件,其結(jié)構(gòu)直接影響纖維處理效果與輸送速率。紙漿泵葉輪普遍采用開式或半開式結(jié)構(gòu),區(qū)別于普通離心泵的閉式葉輪 —— 開式結(jié)構(gòu)(無前后蓋板)可避免纖維在葉輪前后蓋板與泵體之間形成堆積,半開式結(jié)構(gòu)(僅保留后蓋板)則在防纏繞基礎(chǔ)上增強葉輪穩(wěn)定性。葉片設(shè)計上,紙漿泵葉輪葉片數(shù)量少(通常 2-4 片)、寬度大,且葉片弧度采用 “平緩過渡” 設(shè)計:少葉片可減少纖維與葉片的接觸頻次,降低纏繞概率;寬葉片與平緩弧度能減小介質(zhì)流動阻力,避免纖維被旋轉(zhuǎn)的葉片剪切斷裂,確定紙張成型所需的纖維長度(通常保留 0.5-5mm 的纖維完整性)。
此外,葉輪進(jìn)入口口徑通常比同流量普通泵大 10%-20%,流道內(nèi)壁打磨至 Ra≤1.6μm 的光滑度,前者便于纖維團(tuán)順利進(jìn)入泵腔,后者減少纖維在流道內(nèi)的摩擦滯留。部分針對紙漿(濃度 15%-20%)的葉輪,還會在葉片邊緣設(shè)置 “防纏繞凸筋”,通過改變局部流場,阻止纖維纏繞在葉輪軸套上,進(jìn)一步降低堵塞風(fēng)險。
(二)泵體設(shè)計:流道疏導(dǎo)與蝕兼顧
泵體作為介質(zhì)流動的腔體,設(shè)計需實現(xiàn) “順暢導(dǎo)流” 與 “不怕介質(zhì)腐蝕” 雙重功能。紙漿泵泵體多采用蝸殼式結(jié)構(gòu),但蝸殼流道截面呈 “漸擴型”,且流道截面積比普通泵大 30% 以上 —— 漸擴型流道可降低紙漿在流動過程中的速度梯度,避免局部湍流導(dǎo)致纖維團(tuán)聚;大截面積流道則為纖維團(tuán)提供充足流動空間,減少因流道狹窄引發(fā)的堵塞。部分泵體還在流道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置 “纖維疏導(dǎo)槽”,槽寬與纖維長度匹配(通常 5-8mm),引導(dǎo)纖維沿流道切線方向流動,防止纖維在轉(zhuǎn)角死角堆積。
材質(zhì)選擇上,泵體與紙漿接觸部位多采用 304 或 316L 不銹鋼:304 不銹鋼適用于中性紙漿(pH6-8)輸送,成本較低;316L 不銹鋼則因含鉬元素,不易腐蝕性不錯,適配酸性紙漿(如硫酸鹽制漿工藝中的紙漿,pH2-4)或含微量氯的紙漿,避免泵體被腐蝕導(dǎo)致的介質(zhì)污染(如鐵銹混入紙漿影響紙張白度)。
(三)密封系統(tǒng)設(shè)計:防纖維侵入與低摩擦
紙漿泵的密封系統(tǒng)需解決兩大問題:一是防止纖維進(jìn)入密封面導(dǎo)致密封失效,二是避免密封摩擦產(chǎn)生的高溫使紙漿凝固。目前主流密封方式為機械密封,其設(shè)計特點體現(xiàn)在三方面:一是密封腔容積比普通泵大 50%,通過增大腔體內(nèi)介質(zhì)緩沖空間,減少纖維進(jìn)入密封面的概率;二是密封面材質(zhì)選用 “碳化硅 - 碳化硅” 組合,該材質(zhì)硬度不錯(HV1500 以上)、性強,且表面光滑度高(Ra≤0.2μm),可減少纖維在密封面的附著;三是設(shè)置 “冷卻夾套”,通過通入常溫冷卻水(水溫 20-30℃),將密封面溫度控制在 60℃以下,避免高溫導(dǎo)致紙漿中的木質(zhì)素軟化凝固,堵塞密封間隙。
對于低濃度紙漿(濃度 3%-8%)輸送場景,部分紙漿泵也采用填料密封,但需搭配 “填料沖洗裝置”:通過向填料函注入清潔水(壓力略高于泵腔壓力 0.02-0.05MPa),既潤滑填料與泵軸的接觸面,又形成 “水膜屏障”,阻止紙漿纖維進(jìn)入填料間隙,同時稀釋可能滲入的少量紙漿,避免纖維在填料處固化。
(四)軸承組件設(shè)計:穩(wěn)定支撐與減震
紙漿泵的軸承組件需承受因介質(zhì)粘度波動(紙漿粘度 100-1000cP)帶來的徑向載荷變化,設(shè)計上注重 “穩(wěn)定支撐” 與 “減震緩沖”。軸承多采用 “雙列調(diào)心滾子軸承”,該類型軸承可自動補償泵軸因溫度變化產(chǎn)生的微量彎曲,避免軸承因受力不均過早損壞;軸承箱采用 “迷宮式密封”,防止紙漿中的水汽或纖維粉塵進(jìn)入軸承內(nèi)部,影響潤滑效果。
此外,軸承箱與泵體之間設(shè)置 “彈性減震墊”(材質(zhì)多為丁腈橡膠),可吸收泵運行時產(chǎn)生的振動(振動速度控制在 2.8mm/s 以下),一方面減少振動對軸承的沖擊,延長使用壽命,另一方面避免振動傳遞至管路,防止管路內(nèi)紙漿因振動產(chǎn)生分層沉淀。
二、紙漿泵的適用范圍劃分
紙漿泵的適用范圍需結(jié)合造紙工藝環(huán)節(jié)、紙漿類型及濃度進(jìn)行準(zhǔn)確劃分,不同場景對泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)(如流量、揚程、葉輪形式)要求差異明顯,盲目套用易導(dǎo)致設(shè)備速率下降或纖維損壞。
(一)按造紙工藝環(huán)節(jié)劃分
制漿環(huán)節(jié)用泵:適配從蒸煮、洗滌到漂白后的紙漿輸送,紙漿濃度多為 5%-12%,含少量雜質(zhì)(如未煮解的木片、泥沙)。此類紙漿泵需具備 “抗輕微雜質(zhì)磨損” 能力,葉輪材質(zhì)多選用 316L 不銹鋼,泵體流道設(shè)置 “雜質(zhì)過濾凸臺”(可攔截粒徑≥3mm 的雜質(zhì)),避免雜質(zhì)進(jìn)入泵腔損壞葉輪。典型應(yīng)用場景包括:漂白塔出入口紙漿向洗漿機輸送、洗漿機出入口紙漿向打漿機輸送,流量范圍通常 20-100m³/h,揚程 30-60m。
抄紙環(huán)節(jié)用泵:主要用于紙漿向成型網(wǎng)(紙機)的輸送,紙漿濃度低(3%-8%)、纖維分散均勻,對 “纖維完整性” 要求高(直接影響紙張強度)。此類紙漿泵采用半開式葉輪,葉片弧度愈平緩,且配備 “流量準(zhǔn)確控制系統(tǒng)”(通過變頻電機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,流量誤差≤±2%),避免流量波動導(dǎo)致成型網(wǎng)上紙漿分布不均。應(yīng)用場景如:成漿池向流漿箱輸送紙漿,流量根據(jù)紙機寬度(1.8-8m)調(diào)整,通常 50-200m³/h,揚程 20-40m。
涂布環(huán)節(jié)用泵:輸送的 “涂布紙漿” 含顏料(如碳酸鈣、高嶺土)與膠粘劑(如淀粉),介質(zhì)粘度較不錯(800-1500cP)、易沉淀。此類紙漿泵采用 “大口徑葉輪”(進(jìn)入口口徑≥100mm)、“寬流道泵體”,并在泵進(jìn)入口設(shè)置 “攪拌裝置”(轉(zhuǎn)速 30-50r/min),防止顏料沉淀堵塞流道;材質(zhì)上,與涂布漿接觸部位采用 “不銹鋼”(如 2Cr13),應(yīng)對顏料顆粒的輕微沖刷。應(yīng)用場景包括:涂布漿攪拌罐向涂布頭輸送,流量 10-50m³/h,揚程 40-80m。
(二)按紙漿類型劃分
植物纖維紙漿用泵:涵蓋木漿、草漿、竹漿等主流紙漿類型,纖維長度 0.5-5mm,需主要防纏繞。此類泵采用標(biāo)準(zhǔn)開式 / 半開式葉輪,密封系統(tǒng)為機械密封 + 冷卻夾套,適配濃度 3%-15% 的紙漿,普遍應(yīng)用于文化紙、包裝紙生產(chǎn)線。
廢紙漿用泵:廢紙漿中含少量油墨顆粒、塑料雜質(zhì),且纖維長度較短(0.3-2mm),需兼顧 “防堵塞” 與 “低剪切”。此類泵在葉輪進(jìn)入口設(shè)置 “格柵過濾裝置”(孔徑 2mm),攔截塑料雜質(zhì);葉片采用 “圓角設(shè)計”,減少對短纖維的剪切,適配濃度 5%-12% 的廢紙漿,主要用于循環(huán)紙生產(chǎn)線。
(三)適用邊界說明
紙漿泵的適用存在明確邊界,超出以下范圍易導(dǎo)致設(shè)備故障:一是介質(zhì)濃度上限通常為 20%,超過此濃度,紙漿流動性急劇下降,泵易出現(xiàn) “吸空” 或電機過載;二是禁止輸送含硬度不錯雜質(zhì)(如金屬碎屑、粒徑≥5mm 的砂石)的介質(zhì),此類雜質(zhì)會劃傷葉輪與泵體,破壞密封面;三是不適用于非纖維類粘稠介質(zhì)(如樹脂漿料、污泥),因其無纖維纏繞問題,紙漿泵的防纏繞結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致輸送速率下降(比用漿料泵低 15%-20%)。