Difetti di circolarità del cilindro

Se viene a mancare la simmetria cilindrica del monolucido rispetto all’asse di rotazione si possono avere conseguenze piuttosto gravi sull’impianto, date le notevoli dimensioni e la grande inerzia dello stesso, per effetto delle sollecitazioni cicliche che il cilindro induce sugli altri elementi a contatto con esso come la lama crespatrice e quindi causarne fastidiose vibrazioni. Inoltre la vita media di un monolucido è molto maggiore di quella dei cilindri aspiranti, a fori ciechi e degli altri elementi adiacenti. Un difetto di difficile identificazione legato al monolucido può trascinarsi irrisolto a lungo, rendendo problematico l’esercizio dell’impianto.

87 Le grandi dimensioni del monolucido e le elevate velocità con cui ruota, unitamente alle notevoli sollecitazioni cui esso è sottoposto, possono con il tempo compromettere la circolarità del cilindro per effetto di deformazioni.

E’ opportuno fare una distinzione fra il problema in condizioni statiche, cioè la sezione del cilindro perpendicolare all’asse di rotazione misurata a cilindro scarico, e quello in condizioni dinamiche, cioè in condizioni di esercizio. Durante il funzionamento della macchina, infatti, a causa di deformazioni non uniformi, effetto di gradienti di temperatura o di disomogeneità del materiale del mantello, oppure di differenze di rigidezza della struttura o anche semplicemente del rivestimento, un cilindro, che pur staticamente rientri nei limiti di tolleranza di scostamento dalla circolarità, può discostarsi sensibilmente dal profilo ottimale previsto in fase di progetto. Quindi è di fondamentale importanza che il monolucido sia in tolleranza soprattutto in condizioni dinamiche poiché è durante il funzionamento che può indurre sollecitazioni cicliche alla raschia crespatrice. La deformazione della superficie durante la produzione è influenzata da tre fattori principali:

1- La pressione lineare in corrispondenza del nip con le presse; 2- La pressione interna;

3- La distribuzione di temperatura nella struttura.

Quindi ogni variazione di questi fattori, sia essa accidentale o legata a diverse esigenze del processo produttivo, comporta una variazione di forma del monolucido. Se dunque, in teoria, il profilo conferito al monolucido è adatto solo ad una specifica condizione di funzionamento, esso sarà però nella pratica idoneo ad operare, per quanto in condizioni non ottimali, in un certo campo di variabilità dei tre parametri sopra riportati.

La situazione può essere però più complessa, come nel caso in cui, ad esempio per una non ottimale rimozione della condensa da alcune zone del monolucido o per una non uniforme distribuzione del vapore al suo interno, vengano a crearsi dei gradienti di temperatura fra zone che a regime dovrebbero essere isoterme: ciò può indurre nel mantello delle deformazioni asimmetriche e difficilmente prevedibili.

88 Un’ulteriore complicazione al problema è causata dalla presenza all’interno del mantello cilindrico di alcuni elementi fissi, disposti in genere lungo i diametri di due sezioni ortogonali all’asse del cilindro (vedi Fig. 4.3 e Fig. 4.4): si tratta dei sifoni rotanti (solidali al mantello cilindrico) indispensabili per la rimozione della condensa dal monolucido. La loro presenza causa l’irrigidimento delle sezioni in corrispondenza delle quali sono installati e rende di conseguenza più difficile la determinazione del profilo che la superficie esterna del monolucido va ad assumere in esercizio.

Fig. 4.3. Sezione trasversale del monolucido: si notano in questo caso i sei sifoni.

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Fig. 4.4. Sezione longitudinale del cilindro monolucido.

L’irrigidimento indotto da questi scaricatori non è inoltre uniforme per ogni orientamento della sezione, poiché essi vincolano in effetti solo dei punti discreti sulla superficie interna del monolucido; in condizioni di esercizio particolari, non attentamente valutate in fase di progettazione, ciò può influire sensibilmente sulla deformazione del mantello, originando una caratteristica forma della sezione, con tanti massimi relativi quanti sono gli scaricatori di condensa installati.

Pur astraendo da queste variazioni accidentali, il bombé definito a priori in fase di progetto in base alle considerazioni fatte e conferito al monolucido è destinato ad essere modificato durante la vita della macchina; infatti l’usura che interessa la superficie comporta uno scostamento sensibile dalle condizioni di progetto, per quanto riguarda sia il bombé sia la finitura superficiale. Il monolucido è quindi sottoposto periodicamente ad operazioni di rettifica.

La quantificazione dello scostamento dalla circolarità tollerabile è quindi, evidentemente, un problema cui è difficile fornire una soluzione univoca; in genere sono prescritti scostamenti dalla cilindricità (per il cilindro completo, rivestito e rettificato) non superiori

90 ai 20 µm 29, specifica non difficile da ottenere con le attuali tecnologie. Il problema sorge però una volta avviato in funzione il cilindro, dal momento che, sotto l’azione dei gravosi carichi applicati e dei gradienti di temperatura che insorgono in esercizio, il profilo della generica sezione del cilindro risulta alterato, inducendo una deformazione rilevabile per gli effetti di sbilanciamento e disallineamento sul cilindro in rotazione che si traducono poi in oscillazioni e, di conseguenza, in sollecitazioni periodiche. Si rende perciò necessario misurare la circolarità delle sezioni tanto prima della messa in moto quanto in condizioni di esercizio, prevedendo per i due casi opportuni limiti di scostamento; nella pratica i limiti imposti si mantengono comunque al di sotto dei 50 µm.

Impianto di rimozione della condensa

L’alimentazione del vapore avviene per mezzo di tubazioni che entrano nel cilindro attraverso un particolare giunto a tenuta sul perno rotante; nel cilindro il vapore cede al mantello il calore immagazzinato come calore latente, condensandosi.

E’ importante allontanare il più efficacemente possibile dal cilindro la condensa ed eventuali gas incondensabili che, tendendo a raccogliersi sulla superficie interna del mantello, peggiorano sensibilmente l'efficacia dello scambio termico.

A seconda della velocità di rotazione, la condensa si distribuisce diversamente all'interno del mantello cilindrico: a basse velocità si ha una pozza sul fondo del cilindro, sempre più agitata all'aumentare della velocità (Fig. 4.5a), fino ad ottenere un effetto “pioggia” (Fig. 4.5b); a velocità ancora più elevate, la condensa, per effetto della forza centrifuga, va a formare un anello di spessore più o meno uniforme su tutta la superficie interna del mantello (Fig. 4.5c).

(a) (b) (c)

Fig. 4.5. La condensa all'interno del mantello cilindrico, al crescere della velocità di rotazione di quest'ultimo.

29 _{Taylor, 1994, p. 298.}

91 Come si è accennato al punto precedente, per mantenere costantemente al minimo la condensa residua, rendere il più possibile uniforme l’eventuale anello di condensa ed estrarre tutti i gas incondensabili, sono presenti sifoni rotanti solidali al mantello del cilindro. La loro funzione è particolarmente importante, dal momento che un’inadeguata rimozione dei condensati non solo riduce l’efficienza dello scambio termico fra l’interno del monolucido ed il foglio di carta, compromettendo l’essiccamento di quest’ultimo, ma può indurre anche deformazioni anomale del mantello cilindrico. La cattiva rimozione della condensa può dipendere da un dimensionamento degli scaricatori non adatto alle velocità di rotazione del monolucido e alle quantità di condensato da allontanare, oppure, più banalmente, dalla presenza di perdite sulle tubazioni di raccolta del condensato, particolarmente difficili da individuare, specie se localizzate nella parte di tubazione interna al mantello cilindrico, se non mediante analisi termografiche avanzate.

Si può inoltre affermare che un cattivo funzionamento dell’impianto vapore o un’inadeguata evacuazione della condensa, che possono determinare una distribuzione di temperatura non uniforme, causano anche la produzione di un foglio di carta con profili di umidità e grammatura non ottimali.

PARAMETRI PER MONITORARE LA CIRCOLARITA’

Un possibile parametro in questo caso da tenere sotto controllo potrebbe essere semplicemente la cilindricità del monolucido per identificare il prima possibile eventuali cambiamenti di forma fuori tolleranza.

Si rammenti inoltre che il mantello è attraversato da un flusso di calore notevole, che si deve garantire il più possibile uniforme sulla superficie; dunque si dovrebbe tenere conto della temperatura superficiale per poter identificare la formazione di eventuali gradienti termici dovuti a mal distribuzioni del calore all’interno del cilindro monolucido.

La pressione interna in un primo momento potrebbe essere trascurata poiché i monolucidi attuali operano a pressioni relativamente basse (mai oltre i 10 bar): pressioni maggiori, comporterebbero la necessità di aumentare per problemi strutturali lo spessore del mantello, con la conseguenza di rallentare lo scambio termico.