No processo de produção de máquinas de papel, diversos rolos desempenham um papel indispensável, desde a desidratação de folhas de papel úmidas até a conformação de folhas de papel secas. Como uma das principais tecnologias no projeto de rolos de máquinas de papel, a "coroa" — apesar da diferença geométrica aparentemente insignificante que envolve — determina diretamente a uniformidade e a estabilidade da qualidade do papel. Este artigo analisará de forma abrangente a tecnologia de coroa dos rolos de máquinas de papel sob os aspectos de definição, princípio de funcionamento, classificação, principais fatores de influência no projeto e manutenção, revelando seu importante valor na produção de papel.

1. Definição de Coroa: Função Significativa em Pequenas Diferenças

"Coroa" (expresso em inglês como "Crown") refere-se especificamente a uma estrutura geométrica especial de rolos de máquinas de papel ao longo da direção axial (longitudinal). O diâmetro da área central do corpo do rolo é ligeiramente maior do que o das áreas finais, formando um contorno semelhante a um "tambor de cintura". Essa diferença de diâmetro é geralmente medida em micrômetros (μm), e o valor da coroa de alguns rolos de prensagem grandes pode chegar a 0,1-0,5 mm.

O principal indicador para medir o design da coroa é o "valor da coroa", calculado como a diferença entre o diâmetro máximo do corpo do rolo (geralmente no ponto médio da direção axial) e o diâmetro das extremidades do rolo. Em essência, o design da coroa envolve a predefinição dessa pequena diferença de diâmetro para compensar a deformação de "curvatura média" do rolo causada por fatores como força e mudanças de temperatura durante a operação real. Em última análise, ele atinge a distribuição uniforme da pressão de contato em toda a largura da superfície do rolo e na folha de papel (ou outros componentes de contato), estabelecendo uma base sólida para a qualidade do papel.

2. Funções principais da coroa: compensar a deformação e manter a pressão uniforme

Durante a operação dos rolos da máquina de papel, a deformação é inevitável devido a cargas mecânicas, mudanças de temperatura e outros fatores. Sem o projeto da coroa, essa deformação levará a uma pressão de contato desigual entre a superfície do rolo e a folha de papel — "maior pressão em ambas as extremidades e menor pressão no meio" — causando diretamente sérios problemas de qualidade, como gramaturas desiguais e desidratação irregular do papel. O valor central da coroa reside na compensação ativa dessas deformações, o que se reflete especificamente nos seguintes aspectos:

2.1 Compensação da deformação por flexão de rolo

Quando os rolos de núcleo de máquinas de papel, como rolos de prensa e rolos de calandra, estão em operação, eles precisam aplicar pressão significativa à folha de papel. Por exemplo, a pressão linear dos rolos de prensa pode atingir 100-500 kN/m. Para rolos com uma grande relação comprimento-diâmetro (por exemplo, o comprimento dos rolos de prensa em máquinas de papel de grande largura pode ser de 8-12 metros), a deformação elástica de flexão para baixo no meio ocorre sob pressão, semelhante a uma "flexão do ombro do mastro sob carga". Essa deformação causa pressão de contato excessiva entre as extremidades do rolo e a folha de papel, enquanto a pressão no meio é insuficiente. Consequentemente, a folha de papel fica com excesso de água em ambas as extremidades (resultando em alta secura e baixa gramatura) e com falta de água no meio (resultando em baixa secura e alta gramatura).

No entanto, a estrutura em formato de tambor do design da coroa garante que, após a curvatura do rolo, toda a superfície do rolo permaneça em contato paralelo com a folha de papel, proporcionando uma distribuição uniforme da pressão. Isso elimina eficazmente os riscos de qualidade causados ​​pela deformação por curvatura.

2.2 Compensação da deformação térmica do rolo

Alguns rolos, como rolos-guia e rolos de calandra na seção de secagem, sofrem expansão térmica durante a operação devido ao contato com folhas de papel de alta temperatura e aquecimento a vapor. Como a parte central do corpo do rolo é mais aquecida (as extremidades são conectadas a rolamentos e dissipam o calor mais rapidamente), sua expansão térmica é maior do que a das extremidades, levando a uma "protuberância central" do corpo do rolo. Nesse caso, o uso do design de coroa convencional exacerbará a pressão de contato irregular. Portanto, uma "coroa negativa" (onde o diâmetro da parte central é ligeiramente menor do que o das extremidades, também conhecida como "coroa reversa") precisa ser projetada para compensar a protuberância adicional causada pela expansão térmica, garantindo pressão de contato uniforme na superfície do rolo.

2.3 Compensação do desgaste irregular da superfície do rolo

Durante a operação a longo prazo, alguns rolos (como os rolos de borracha de prensa) sofrem atrito mais frequente nas bordas da folha de papel (já que as bordas da folha tendem a acumular impurezas), resultando em desgaste mais rápido nas extremidades do que no meio. Sem o design da coroa, a superfície do rolo apresentará uma "protuberância no meio e flacidez nas extremidades" após o desgaste, o que, por sua vez, afeta a distribuição da pressão. Ao predefinir a coroa, a uniformidade do contorno da superfície do rolo pode ser mantida no estágio inicial de desgaste, prolongando a vida útil do rolo e reduzindo as flutuações de produção causadas pelo desgaste.

3. Classificação da Coroa: Escolhas Técnicas Adaptadas às Diferentes Condições de Trabalho

Com base no tipo de máquina de papel (baixa/alta velocidade, largura estreita/larga), na função do rolo (prensagem/calandragem/guia) e nos requisitos do processo, a coroa pode ser dividida em vários tipos. Diferentes tipos de coroa diferem em características de design, métodos de ajuste e cenários de aplicação, conforme detalhado na tabela a seguir:

4. Principais fatores de influência no projeto da coroa: cálculo preciso para adaptação aos requisitos de produção

O valor da coroa não é definido arbitrariamente; ele precisa ser calculado de forma abrangente com base nos parâmetros do rolo e nas condições do processo para garantir seu funcionamento eficaz. Os principais fatores que influenciam o projeto da coroa incluem principalmente os seguintes aspectos:

4.1 Dimensões e material do rolo

1. Comprimento do corpo do rolo (L): Quanto maior o comprimento do rolo, maior a deformação por flexão sob a mesma pressão e, portanto, maior o valor de coroamento necessário. Por exemplo, rolos longos em máquinas de papel de largura larga exigem um valor de coroamento maior do que rolos curtos em máquinas de papel de largura estreita para compensar a deformação.
2. Diâmetro do corpo do rolo (D): Quanto menor o diâmetro do corpo do rolo, menor a rigidez e mais propenso o rolo estará à deformação sob pressão. Portanto, um valor de coroamento maior é necessário. Por outro lado, rolos com diâmetro maior apresentam maior rigidez, e o valor de coroamento pode ser reduzido adequadamente.
3. Rigidez do material: Diferentes materiais de corpos de rolos apresentam rigidez diferente; por exemplo, rolos de aço têm rigidez muito maior do que rolos de ferro fundido. Materiais com menor rigidez apresentam deformação mais significativa sob pressão, exigindo um valor de coroa maior.

4.2 Pressão de operação (pressão linear)

A pressão operacional (pressão linear) de rolos como rolos de prensa e rolos de calandra é um fator importante que influencia o projeto da coroa. Quanto maior a pressão linear, mais significativa é a deformação por flexão do corpo do rolo, e o valor da coroa precisa ser aumentado de acordo para compensar a deformação. Sua relação pode ser expressa aproximadamente pela fórmula simplificada: Valor da Coroa H ≈ (P×L³)/(48×E×I), onde P é a pressão linear, L é o comprimento do rolo, E é o módulo de elasticidade do material e I é o momento de inércia da seção transversal do rolo. Por exemplo, a pressão linear de rolos de prensa para papel de embalagem é geralmente maior que 300 kN/m, então o valor da coroa correspondente precisa ser maior que o de rolos de prensa para papel cultural com menor pressão linear.

4.3 Velocidade da máquina e tipo de papel

1. Velocidade da máquina: Quando máquinas de papel de alta velocidade (velocidade > 1200 m/min) estão em operação, a folha de papel é muito mais sensível à uniformidade da pressão do que em máquinas de papel de baixa velocidade. Mesmo pequenas flutuações de pressão podem causar defeitos na qualidade do papel. Portanto, as máquinas de papel de alta velocidade geralmente adotam a "coroa controlável" para compensar a deformação dinâmica em tempo real e garantir uma pressão estável.
2. Tipo de papel: Diferentes tipos de papel têm diferentes requisitos de uniformidade de pressão. O papel de seda (por exemplo, papel higiênico com gramatura de 10 a 20 g/m²) tem gramatura baixa e é extremamente sensível a flutuações de pressão, exigindo um projeto de coroa de alta precisão. Em contraste, o papel grosso (por exemplo, papelão com gramatura de 150 a 400 g/m²) tem maior capacidade de suportar flutuações de pressão, de modo que os requisitos de precisão da coroa podem ser adequadamente reduzidos.

5. Problemas comuns da coroa e manutenção: inspeção oportuna para garantir uma produção estável

Um projeto de coroa inadequado ou manutenção inadequada afetará diretamente a qualidade do papel e causará uma série de problemas de produção. Os problemas comuns com coroas e as respectivas medidas corretivas são os seguintes:

5.1 Valor da Coroa Excessivamente Grande

Um valor de coroa excessivamente alto causa pressão excessiva no meio da superfície do rolo, resultando em baixa gramatura e alta secura do papel no meio. Em casos graves, pode até causar "esmagamento" (quebra das fibras), afetando a resistência e a aparência do papel.

Contramedidas: Para rolos de coroa fixa usados ​​em máquinas de papel de baixa velocidade, é necessário substituí-los por um valor de coroa apropriado. Para rolos de coroa controláveis ​​em máquinas de papel de alta velocidade, a pressão hidráulica ou pneumática pode ser reduzida através do sistema de coroa controlável para diminuir o valor da coroa até que a distribuição da pressão seja uniforme.

5.2 Valor da Coroa Excessivamente Pequeno

Um valor de coroa excessivamente baixo resulta em pressão insuficiente no meio da superfície do rolo, levando à desidratação inadequada do papel no meio, baixa secagem, alta gramatura e defeitos de qualidade, como "manchas úmidas". Ao mesmo tempo, também pode afetar a eficiência do processo de secagem subsequente.

Contramedidas: Para rolos de coroa fixa, o corpo do rolo precisa ser reprocessado para aumentar o valor da coroa. Para rolos de coroa controláveis, a pressão hidráulica ou pneumática pode ser aumentada para elevar o valor da coroa, garantindo que a pressão no meio atenda aos requisitos do processo.

5.3 Desgaste irregular do contorno da coroa

Após operação prolongada, a superfície do rolo sofrerá desgaste. Se o desgaste for irregular, o contorno da coroa será deformado e "pontos irregulares" aparecerão na superfície do rolo. Isso causa ainda mais defeitos como "listras" e "entalhes" no papel, afetando seriamente a qualidade da aparência do papel.

Contramedidas: Inspecione regularmente a superfície do rolo. Quando o desgaste atingir um determinado nível, retifique e repare a superfície do rolo em tempo hábil (por exemplo, retifique novamente o contorno da coroa dos rolos de borracha da prensa) para restaurar o formato e o tamanho normais da coroa e evitar que o desgaste excessivo afete a produção.

6. Conclusão

Como uma tecnologia aparentemente sutil, mas crucial, a coroa dos rolos da máquina de papel é o núcleo para garantir a qualidade uniforme do papel. Da coroa fixa em máquinas de papel de baixa velocidade à coroa controlável em máquinas de papel de alta velocidade e ampla largura, o desenvolvimento contínuo da tecnologia de coroa sempre se concentrou no objetivo principal de "compensar a deformação e obter pressão uniforme", adaptando-se às necessidades das diferentes condições de trabalho na fabricação de papel. O design razoável da coroa não só resolve problemas de qualidade, como gramatura de papel irregular e desidratação deficiente, mas também melhora a eficiência operacional das máquinas de papel (reduzindo o número de quebras de papel) e reduz o consumo de energia (evitando a secagem excessiva). É um suporte técnico essencial indispensável no desenvolvimento da indústria papeleira em direção a "alta qualidade, alta eficiência e baixo consumo de energia". Na produção futura de papel, com a melhoria contínua da precisão dos equipamentos e a otimização contínua dos processos, a tecnologia de coroa se tornará mais refinada e inteligente, contribuindo ainda mais para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria papeleira.