ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.240.234-249isplta-171Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYК вопросу о моделировании процессов обезвоживания бумажной массы на сеточном столе бумагоделательных машинOn the modeling of paper pulp dewatering and forming processes in the wet end of the paper machinehttps://orcid.org/0000-0002-3069-0001АлександроваТ. Н.AlexandrovaT. N.

АЛЕКСАНДРОВА Т.Н. – профессор кафедры машин автоматизированных систем, доктор технических наук

198095, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург

ALEXANDROVA T.N. – DSc (Technical), Professor of Automated Systems Machine Department

198095. Ivan Chernykh str. 4. St. Petersburg

tanya.aleksandrova2022@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2903-3872ДубовыйВ. К.DubovyV. K.

ДУБОВЫЙ В.К. – профессор кафедры технологии бумаги и картона, доктор технических наук

198095, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург

DUBOVY V.K. – DSc (Technical), Professor Department of Paper and Board Technology

1980954. Ivan Chernykh str. 4. St. Petersburg

dubovy2004@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0704-7701КлюшкинИ. В.KlushkinI. V.

КЛЮШКИН И.В. – старший преподаватель кафедры основ конструирования машин

198095, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург

KLUSHKIN I.V. – Senior lecturer of the Department of Machine Design Fundamentals

198095. Ivan Chernykh str. 4. St. Petersburg

klushkin09@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0915-1625ТверитинаА. В.TveritinaA. V.

ТВЕРИТИНА А.В. – магистр кафедры машин автоматизированных систем

198095, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург

TVERITINA A.V. – Master Student of Automated Systems Machine Department

198095. Ivan Chernykh str. 4. St. Petersburg

tanya.aleksandrova2022@mail.ruСанкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайнаРоссияSt.Petersburg State University of Industrial Technologies and DesignRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайнаРоссияSt. Petersburg State University of Industrial Technologies and DesignRussian Federation2022260220240240234249Copyright © Александрова Т.Н., Дубовый В.К., Клюшкин И.В., Тверитина А.В., 20242024Александрова Т.Н., Дубовый В.К., Клюшкин И.В., Тверитина А.В.Alexandrova T.N., Dubovy V.K., Klushkin I.V., Tveritina A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/171

Качество бумаги зависит от эффективности процессов обезвоживания формования полотна на сеточном столе бумагоделательных машин (БДМ). На сеточном столе БДМ происходят начальные процессы формования и обезвоживания бумажного полотна, такие как фильтрация воды сквозь сетку с формированием слоя осевших волокон. Эффективность процесса формования предопределяется характером изменения концентрации массы и высоты слоя суспензии вдоль сеточного стола. На данный момент актуальным является вопрос программного моделирования процессов и производств, так как это позволяет уйти от физического эксперимента. Исходя из актуальности вопроса, основной целью исследования являлась разработка алгоритма моделирования процесса обезвоживания на сеточном столе БДМ и его программная реализация для обоснования эффективных конструктивных параметров обезвоживающих элементов. Для реализации поставленной цели поставлены и решены ряд задач: уточнение и обоснование теоретических предпосылок расчета процессов обезвоживания; обоснование алгоритма расчета и его программная реализация; моделирование процесса применительно к реальному процессу обезвоживания для офсетной бумаги; выработка рекомендаций по оптимизации конструктивных параметров обезвоживающих элементов на основе данных моделирования. С использованием разработанного алгоритма и специально разработанной программы, позволяющей проводить расчет обезвоживания в зависимости от конструктивных особенностей (в том числе) обезвоживающих, произведен расчет обезвоживания в начале сеточного стола на БДМ №11 (г. Сыктывкар) для производства офсетной бумаги. На основании проведенных исследований и результатов моделирования разработаны научно обоснованные рекомендации по совершенствованию компоновки обезвоживающих элементов и угла наклона гидропланок. Изменение рабочего угла наклона гидропланок на исследуемом участке повышает эффективность обезвоживания в регистровой части на 4,6%, что позволит повысить сухость бумажного полотна на выходе из зоны и достичь большей энергоэффективности без существенных капиталовложений в модернизацию.

The quality of paper depends on the efficiency of the dewatering forming processes of paper machines (PMs). Initial forming and dewatering processes, such as filtering water through the fabric to form a settling fiber layer, are performed on the PM fabric table. The efficiency of the forming process is predetermined by the character of changes in the mass concentration and height of the suspension layer along the forming table. At the moment, the issue of program simulation of processes and productions is relevant, because it allows you to get away from the physical experiment. Proceeding from the topicality of the question, the main purpose of the research was to develop an algorithm for modeling the process of dewatering on the PM forming table and its software implementation to justify effective design parameters of dewatering elements. To realize the goal set and solved a number of tasks: specification and substantiation of theoretical principles of calculation of the processes of dewatering; substantiation of the algorithm of calculation and its software realization; simulation of the process as applied to the real process of dewatering for offset paper and the development of recommendations for optimization of constructive parameters of dewatering elements on the basis of the data of simulation; using the developed algorithm and the specially developed program making it possible to carry out calculation of dewatering elements for offset paper. On the basis of the researches made and the results of modeling the scientifically substantiated recommendations for improving the layout of dewatering elements and the angle of hydrofoils slope are developed. Changing the working angle of inclination of hydrofoils at the investigated section increases efficiency of dewatering in the register part by 4.6%, which will allow increasing dryness of paper web at the outlet of the zone and achieving greater energy efficiency without significant investments into modernization.

обезвоживание бумажной массымоделированиегидропланкаофсетная бумагаdehydration of paper massmodelinghydrofoiloffset paperReferencesАлександров А.В., Александрова Т.Н. Реология и гидродинамика процессов отлива и формования бумаги. Ч. II. Гидродинамика процессов формования бумаги: учеб. пособие. СПб.: СПбГТУРП, 2015. 133 с.Aleksandrov A.V. Reologiya i gidrodinamika processov otliva i formovaniya bumagi. Chast` II. Gidrodinamika processov formovaniya bumagi : ucheb. posobie. SPb.: SPbGTURP, 2015. 133 p. (In Russ.)ИТС 1-2015 Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона: информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200128661»ITS 1-2015 Proizvodstvo tsellyulozy, drevesnoy massy, bumagi, kartona: informatsionno-tekhnicheskiy spravochnik po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200128661» (In Russ.)Иванов С.Н. Технология бумаги. 3-е изд. М.: Школа бумаги, 2006. 696 с.Ivanov S.N. Texnologiya bumagi. 3-e izd. M.: Shkola bumagi, 2006. 696 p. (In Russ.)Кокушин Н.Н. Теория и расчет процессов отлива бумажного полотна: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Л., 1987. 209 с.Kokushin N.N. Teoriya i raschet processov otliva bumazhnogo polotna: avtoref. dis. dokt. texn. nauk. L., 1987. 209 p. (In Russ.)Кокушин Н.Н. Фильтрационная характеристика бумажной массы при снижающемся напоре // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства: межвуз. сб. науч. тр. / СПбГТУРП. СПб., 2000. С. 68–73.Kokushin N.N. Fil`tracionnaya xarakteristika bumazhnoj massy` pri snizhayushhemsya napore. Mashiny` i apparaty` cellyulozno-bumazhnogo proizvodstva: mezhvuz. sb. nauch. tr. / SPbGTURP. SPb., 2000, pp. 68–73. (In Russ.)Куров В.С., Кокушин Н.Н. Теория и конструкция машин и оборудование отрасли. Бумаго- и картоноделательные машины: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. 588 с.Kurov V.S., Kokushin N.N. Teoriya i konstrukciya mashin i obo-rudovanie otrasli. Bumago- i kartonodelatel`ny`e mashiny`: ucheb. posobie. SPb.: Izd-vo Politexn, un-ta, 2006. 588 р. (In Russ.)Куцубина Н.В., Санников А.А. Моделирование рассеивания энергии колебаний в машиностроительных конструкциях ЦБП // Лесной журнал. 2010. № 3. С. 110–114.Kuczubina N.V., Sannikov A.A. Modelirovanie rasseivaniya e`nergii kolebanij v mashinostroitel`ny`x konstrukciyax CzBP. Lesnoj zhurnal, 2010, no. 3, pp. 110–114. (In Russ.)Ревунов М.С., Салмов Е.Н. Моделирование поверхности потока бумажной массы на сетке бумагоделательной машины // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2020. № 1 (31). С. 43–50Revunov M.S., Salmov E.N. Modelirovanie poverxnosti potoka bumazhnoj massy` na setke bumagodelatel`noj mashiny. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol, 2020, no. 1 (31), pp. 43–50. (In Russ.)Ревунов М.С. Совершенствование систем стабилизации параметров потока бумажной массы с использованием кросскорреляционного алгоритма // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018. № 4 (26). С. 24–31Revunov M.S. Sovershenstvovanie sistem stabilizacii parametrov potoka bumazhnoj massy` s ispol`zovaniem krosskorrelyacionnogo algoritma. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol., 2018, no. 4 (26), pp. 24–31. (In Russ.)Рогов А.А. Моделирование функционирования восстанавливаемых систем (бумагоделательная машина) // Лесной журнал. 2003. № 6. С. 117–124Rogov A.A. Modelirovanie funkcionirovaniya vosstanavlivaemy`x sistem (bumagodelatel`naya mashina). Lesnoj zhurnal, 2003, no. 6, pp. 117–124. (In Russ.)Фляте Д.М. Технология бумаги: учебник для вузов. М.: Лесн пром-сть, 1988. 440 с.Flyate D.M. Texnologiya bumagi. Uchebnik dlya VUZov. M.: Lesn prom-st`, 1988. 440 p. (In Russ.)Blanco A., Dahlquist E., Kappen J., Manninen J., Negro C., Ritala R. Use of modelling and simulation in the pulp and paper industry // Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. 2009. 15:5. P. 409–423, DOI: 10.1080/13873950903375387Blanco A., Dahlquist E., Kappen J., Manninen J., Negro C., Ritala R. Use of modelling and simulation in the pulp and paper industry. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, , 2009, 15:5, pp. 409–423. DOI: 10.1080/13873950903375387Ushakov E., Aleksandrova T., Romashev А. Neural network modeling methods in the analysis of the processing plant’s indicators // Advances in Intelligent Systems and Computing, 2021, 1259 AISC. P. 36–45. DOI: 10.1007/978-3-030-57453-6_4.Ushakov E., Aleksandrova T., Romashev А. Neural network modeling methods in the analysis of the processing plant’s indicators. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2021, 1259 AISC, pp. 36–45 DOI: 10.1007/978-3-030-57453-6_4. (In Russ.)Klemona K., Turunen I. State of modelling and simulation in the Finish process industry,Universities and Research Centres, TEKES, Technology Review 107/2001, Helsinki, 2001.Thomas D.N., Judd S.J., Fawcett N. Flocculation modeling. Water Res, 33, no. 7 (1999), pp. 1579–1592.Hauge T.A., Slora R., Lie B. Application and roll-out of infinite horizon MPC employing a non-linear mechanistic model to paper machines // J. Process Control 15, No. 2 (2005). P. 201–213.Klemona K., Turunen I. State of modelling and simulation in the Finish process industry, Universities and Research Centres, TEKES, Technology Review 107/2001, Helsinki, 2001.Hauge T.A., Slora R., Lie B. Application and roll-out of infinite horizon MPC employing a non-linear mechanistic model to paper machines. J. Process Control 15, no. 2 (2005), pp. 201–213.Hauge T.A., Slora R., Lie B. Application and roll-out of infinite horizon MPC employing a non-linear mechanistic model to paper machines. J. Process Control 15, no. 2 (2005), pp. 201–213.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.