Verfahren für die Zufuhr des Suspensionsstromes zu einem in den Zufuhrorganen einer Papiermaschine angebrachten Diffuseur, sowie Diffuseur zur Durchführung des Verfahrens Es ist eine wohlbekannte und sehr unangenehme Erscheinung, dass Papierbahnen leicht schief von der Papiermaschine aufgerollt werden und später das Bestreben haben, sich schief in der Druckmaschine zu bewegen,
weil die Papierbahn über die Breite der Bahn eine geringe Dickenvariation und ein nachtei liges grobes Filzen mit sich daraus ergebenden schlechten Oberflächeneigenschaften bekommen hat.
Um solche übelstände zu vermeiden, muss man dafür sorgen, dass der Suspensionsstrom sehr gleich- mässig über das ganze Siebband in der Papier maschine verteilt wird und eine gleichbleibende Geschwindigkeit über die ganze Breite hat. Der Strom muss von quergerichteten Geschwindigkeiten und Wirbelbewegungen frei sein, und er muss in dem Augenblick, wo er auf das Siebband fliesst, sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die der Geschwin digkeit des Siebbandes genau angepasst ist, so dass die ausströmende Suspension sich ruhig in einer ein heitlichen Schicht auf das Siebband legt.
Dadurch bekommt das Filzen der Fasern einen einheitlichen Charakter und die Papierbahn eine gleichmässige Dicke über ihre ganze Breite.
Es ist jedoch äusserst schwierig, die genannten quergehenden Geschwindigkeiten und Wirbelbewe gungen im Strom zu vermeiden, weil derselbe durch Mischen eines Faserstoffbreis, der rund 3 1/2 % Trok- kenstoff enthält, mit Wasser in einer solchen Menge und unter solchen Bedingungen hergestellt ist, dass ein Suspensionsstrom mit ca.
2-15 %o Trockenstoff entsteht, der in den Fasern enthalten ist, die gleich mässig in dem Wasser verteilt werden sollen. Damit die Fasern beim Heranströmen an das Siebband keine Zeit haben sollen, sich in Flocken zusammen zu filzen, muss über den ganzen Strömungsweg eine gewisse Turbulenz aufrechterhalten werden, und die Strömungsgeschwindigkeit darf an keiner Stelle klei ner als ca. 0,3 m/sek sein, welche Grenze jedoch etwas von der Art der Fasern und der Konsistenz der Suspension abhängt.
Von dem Rohr, in dem der Suspensionsstrom gebildet wird, zu dem Auslaufkasten, aus dem der Strom über das Siebband fliesst, soll sich der Strom in eine breite dünne Schicht ausbreiten, und plötzliche Geschwindigkeitsänderungen sollten überall ver mieden werden. Dieses Ausbreiten wird erreicht durch Leiten des Stromes durch einen fächerförmigen Zer streuungskasten, einen sogenannten Diffuseur.
Es hat sich erwiesen, dass jeder Wirbel, der in den Diffuseur eintritt, auch aus demselben heraustritt, vielleicht in etwas abgeänderter Form.
Da jedes Leitblech oder anderer Körper, den man im Diffuseur anbringen würde, nur die Bildung neuer Wirbel anregen würde, versteht es sich, dass man bestrebt gewesen ist, die Wirbel im Suspen- sionsstrom zu vernichten oder jedenfalls unschädlich zu machen, bevor derselbe zum fächerförmigen Teil des Diffuseurs gelangt, und zwar von einer Quer verteilungskammer durch eine Anzahl zylindrischer Zweigrohre, die in je einen fächerförmigen Kasten ausmünden,
aber wenn auch dadurch einige Wirbel vernichtet werden, so entstehen doch bei jedem Rich tungswechsel des Stromes neue Wirbel und Leewin- kel, die Geschwindigkeitsstörungen und Flockenbil- dungen verursachen können.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, solche Zustände in dem Suspensionsstrom in dem Augen blick, wo er dem Diffuseur zugeführt wird, zu schaf fen, dass keine schädlichen Wirbel im Strom vor- handen sind, und dass solche bei dem weiteren Ver lauf der Strömung nicht entstehen können.
Gemäss der Erfindung wird der Suspensionsstrom dem Diffuseur von einem an dessen Eintrittsende angebrachten mechanisch beweglichen Verteilungsor- gan zugeführt, das einen über den ganzen Strömungs querschnitt gleichmässig verteilten, feinturbulenten und rotationsfreien Strom gibt, der in Schichten quer zur Strömungsrichtung aufgeteilt ist.
Es hat sich erwiesen, dass diese Schichtung ,des Stromes verhin dern wird, dass Wirbel einer solchen Grösse ent stehen können, dass sie ein störendes Filzen und Zerteilen bewirken würden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die kleinen Wirbel sich nicht von einer Schicht zur andern verbreiten können und sich deshalb innerhalb einer begrenzten Grösse halten müssen.
Als Verteilungsorgan kann man eine doppelseitige Zentrifugalpumpe am Eintrittsende des Diffuseurs anbringen.
Die recht kräftige und einheitliche Turbulenz um das Pumpenrad ist imstande, die Flocken im Suspen- sionsstrom auseinander zu reissen und den Strom zu einer ganz einheitlichen Konsistenz zu mischen. Jedes Flügelpaar schickt bei jeder Umdrehung eine dünne Suspensionsschicht in den Eintritt des Fächerkastens.
Diese Schicht wird bei ihrer weiteren Strömung durch den Kasten deformiert, aber die Dicke und der Querschnitt der Schicht bleiben einigermassen kon stant, und die Trennflächen zwischen dieser Schicht und den Nachbarschichten erhalten sich deshalb im Strom bis zum Auslaufkasten.
Der Strom, der von der Pumpe abgegeben wird, ist in weiten Geschwindigkeitsbereichen unabhängig von einer sogar recht kräftigen Rotation in dem Strom, der der Pumpe zugeführt wird. Da es in der Praxis sehr schwierig ist, in einem Rohrsystem Rota tion zu vermeiden, besonders, wenn die Grösse der Wasserführung in einem einigermassen grossen Be reich soll variiert werden können, ist dieser Umstand von grosser Bedeutung.
Es hat sich ausserdem erwiesen, dass der Charak ter der Strömung praktisch genommen der gleiche ist in einem sehr grossen Variationsbereich der Wasser führung.
Das Strömungsbild ändert sich etwas mit der Drehzahl der Pumpe. Es ist deshalb zweckmässig, auf eine bestimmte Drehzahl einzuregeln, um die erwünschte gleichmässige Verteilung und eine aus breitende Tendenz in dem Strom von dem Druck stutzen der Pumpe zu erreichen. Diese Drehzahl hat sich als nur in geringem Grad von der Grösse der Wasserführung abhängig erwiesen. Das Regeln des Auslaufes wird somit nicht besonders von der Pumpe kompliziert, auch nicht in Fällen, wo mit stark schwankenden Wassermengen gearbeitet werden muss.
Diese Umstände bestätigen die Vermutung, dass nicht die wasserfördernden Eigenschaften der Pumpe ausschlaggebend sind, sondern ihre Führung der Strömung, gegebenenfalls durch Aufteilung in dünne Querschichten.
Die Dicke der einzelnen Schichten wird davon bestin2mt, wie grosse Wirbel zulässig sind ohne Ge fahr einer Flockenbildung. Die Schichtdicke kann zweckmässig von der Grössenordnung 2 cm sein. Die vielen kleinen Wirbel, die, wie erklärt, nicht grösser werden können, ohne zerrissen zu werden und damit aufzuhören, sichern die notwendige Unruhe im Wasserstrom, um die Fasern aufgeschlämmt zu halten, so dass die Suspension genügend homogen erhalten bleibt.
Der Durchströmungsquerschnitt des Diffuseurs, kann in der Strömungsrichtung gerechnet, an Höhe abnehmen gleichzeitig mit einer zunehmenden Breite und so, dass der Querschnitt kontinuierlich - bei- spielsweise 50-100 % - mit dem Strömungsweg durch den Diffuseur zunimmt.
Mit der erwähnten Querschnittsausdehnung wird die Dicke der einzelnen Schichten für eine verschärfte Bekämpfung von etwa igen grösseren Wirbeln reduziert. Die Querschnitts- vergrösserung wird jedoch mässig gehalten, da es unmöglich ist, eine glatte Strömung in einem Diffu- seur zu erreichen, wenn er nicht recht schlank ist.
Die Querschnittsvergrösserung kann kontinuier lich im hinteren Teil des Diffuseurs aufhören. Wenn die Suspension in diesen Teil des Diffuseurs gelangt ist, muss man nämlich annehmen, dass die einzelnen Querschichten in der Flüssigkeit genügend dünn ge worden sind, um die Wirbel zu unterdrücken, und es ist in diesem Stadium sehr wichtig, dass die einzelnen Trennflächen, die ja zusammen mit dem Strömungs querschnitt beträchtlich verwischt und deformiert wor den ist, keiner weiteren Deformation ausgesetzt wer den.
Der immer mehr diffuse Strom wird in einem ruhigen Lauf ohne Querschnittsänderungen durch den letzten Teil des fächerförmigen Kastens geleitet, und die von den Trennflächen bewirkte Schichtung wird ganz verschwinden, wenn der Strom weiter in den üblichen Auslaufkasten mit Lochwalze geht.
Um das fächerförmige Ausbreiten des Suspen- sionsstromes im Duffuseur zu fördern, können die Austrittsenden der beiden Kanalsätze des doppel seitigen Kreiselpumpenrades schräg auseinander ge richtet sein. Dadurch wird eine kräftige Bewegung in den beiden Seiten des Diffuseurs gesichert, was nützlich ist, weil die Flüssigkeit eben dort einer grös- seren Reibung gegen die Wände des Diffuseurs aus gesetzt wird, als es mitten im Strom der Fall ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im folgen den in Verbindung mit einer beispielsweisen Aus führungsform des Diffuseurs gemäss der Erfindung näher beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diffuseur mit Pumpe als Vertei lungsorgan, in Seitenansicht ; Fig. 2 derselbe, in Draufsicht ; Fig. 3 eine Kurve, die den Querschnitt des Dif- fuseurs über seine Länge darstellt ; Fig. 4 in grösserem Masstab eine Einzelheit an Fig. 1 ; Fig. 5 ein Diffuseur mit Verteilungsorgan, in Seitenansicht teilweise im Schnitt ; Fig. 6 derselbe in Draufsicht im Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5 ;
Fig. 7 und 8 je ein Diffuseur mit einem dritten Verteilungsorgan, an dessen Gehäuse der Seitendek- kel abgenommen ist, und der in Seitenansicht bzw. Draufsicht gezeigt ist ; Fig. 9 ein Diffuseur mit einem vierten Vertei lungsorgan in Draufsicht und mit abgenommenem Deckel ; Fig. 10 ein Diffuseur mit einem fünften Vertei lungsorgan in Seitenansicht teilweise im Schnitt, und Fig. 11 derselbe, in Draufsicht.
Durch einen nicht gezeigten Kanal wird ein Sus- pensionsstrom von nicht dargestellten Pumpen an eine doppelseitige Kreiselpumpe 5 herangeführt, von deren Kanälen die Suspension an einen Diffuseur, d. h. das Eintrittsende 6 eines Ausbreitkastens, abge geben wird. Die Austrittsenden der Kanäle sind schräg zueinander gerichtet, so dass der Suspensions- strom diese mit einer Neigung verlässt, sich fächer förmig im Diffuseur 7 auszubreiten.
Die Breite des selben nimmt gleichmässig zu, bis er die Breite des nicht gezeigten Siebbandes der Papiermaschine er reicht, und sein Querschnitt wird dabei so vergrössert, wie durch eine Kurve 8 in Fig. 3 angegeben, jedoch nicht proportional der Breite, weil die Dicke gleich- mässig abnimmt, wie in Fig. 1 ersichtlich.
Eine Länge des Diffuseurs von der 11/2-fachen Breite des Austrittsendes wird zweckmässig sein, und möglicherweise kann sie noch kürzer gemacht wer den, wenn man das Pumpenrad und den Diffuseur speziell im Hinblick auf die Erzielung einer noch grösseren Ausbreitung des Stromes einrichtet.
Von Bedeutung für eine gute Verteilung der Suspension in dem Diffuseur ist es auch, dass die Mittellinien des Druckstutzens der Pumpe und des Diffuseurs zusammenfallen.
Damit die Pumpe die erwähnte Schichtung auf befriedigende Weise soll vornehmen können, ist es wichtig, dass sie mit einem gewissen Gegendruck arbeitet, da sonst ein recht kräftiger Unterdruck auf der Saugseite der Pumpe entstehen kann, wodurch eine sehr unerwünschte Neigung zum Einsaugen von Luft entsteht, wenn Stopfbüchsen und Flansche Un- dichtigkeiten haben, und ausserdem wird das Regeln der Grösse des Wasserstromes erschwert. Diesen Rücksichten wird dadurch entsprochen, dass der Diffuseur so aufgestellt wird, dass seine eben ver laufende Strömungskammer ansteigt, vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 30 oder ein wenig mehr.
Ein grösserer Winkel wird eine nachteilige kräftige Krümmung des Strömungskanals ergeben, dort, wo derselbe an den Auslaufkasten geführt wird. Es ist vorteilhaft, die Querschnittsausdehnung an einem Punkt 9 abzuschliessen, bevor man den Diffu- seur nach einem sanften Bogen 10 unter den Boden eines überlaufbottiches 11 in einem Druckregulier- kasten 17 biegen lässt vor dem Auslaufen des Diffu- seurs in einen Auslaufkasten 12,
der den Suspensions- strom auf das nicht gezeigte Siebband abgibt.
Damit die Strömung im Diffuseur nach Wunsch verlaufen kann, muss der Luftgehalt des Stoffes mäs- sig sein. Widrigenfalls sammelt sich die Luft in einer Schicht unter der Decke des Diffuseurs an und ver- anlasst, dass eine dichte Schicht von Faserstoff sich an der Decke festsetzt. Stoff- und Luftschichten im Verein zerstören die Strömung im Diffuseur und verursachen zugleich die Bildung von Stoffklecksen, die mit auf das Siebband geführt werden.
Ist der Luftgehalt im Stoff gering, d. h. kleiner als etwa 1 %, hören diese Übelstände vollkommen auf. Der Auslauf hält sich dann ganz rein, und die Reinigung ist kein Problem. Es darf an keiner Stelle im Auslauf die Möglichkeit einer Luftansammlung vorhanden .sein.
Ein Luftsack wird verursachen können, dass Schwin gungen und Stösse im Flüssigkeitsstrom entstehen können, u. a. weil die Abgabe von Luft von dem luftgefüllten Raum stossweise erfolgen wird. Die Decke des Diffuseurs muss deshalb auf der ganzen Strecke ansteigen. Die Luft wird durch den Überlauf bottich 11 wegbrodeln, in dem ständig ein langsames Strömen der Suspension in Richtung der gezeigten Pfeile 13 erfolgen wird.
Ausserdem wird der Flüssig keitsstand in diesem Bottich konstant gehalten, wo durch man sicherstellt, dass die Suspension dem Aus laufbottich 12 mit einem gleichbleibenden Druck zugeführt wird, und damit wird eine gleichbleibende Auslaufgeschwindigkeit des Suspensionsstromes auf das Siebband gesichert.
In dem Auslaufkasten 12 dreht eine Lochwalze 14, d. h. ein perforierter Röhrenzylinder, die eine letzte gleichmässige Verteilung der Fasern in der Suspension sichert, bevor dieselbe zwischen den Lip pen 15 und 16 auf das Siebband der Maschine fliesst. Die Lippen 16 können an passenden Stellen über ihre Länge örtlich gehoben und gesenkt werden zum Feinregeln der Dicke der Suspensionsschicht in dem Auslegezeitpunkt.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist es wegen des waage rechten Verlaufes des Strömungskanals unter dem Bottich 11 möglich, denselben so einzurichten, dass die Schicht, die überlaufen soll, dauernd eine stabil strömende Trennschicht zwischen dem Stoff im Bot tich 11 und dem Hauptstrom bildet, welcher dadurch gegen Beimischung von Stoff aus dem Bottich ge schützt wird.
Der Überlauf 18 des Bottiches 11 über eine um ein Paar Zapfen 19 drehbare Wand 20 sollte keine zu kleine Wasserführung haben, so dass eine gute Dicke der Trennschicht und eine sichere Entfernung der luftreichsten Schicht im Kanal 10 erreicht wird. 10-20 % der gesamten Wasserführung ist als ange messen zu betrachten. Bei kleinen Wasserführungen bietet die Bauart mit Überlauf einen besonderen Vorteil für diesen Auslauftyp.
Wenn man die Über laufmenge verhältnismässig gross macht, kann die Strömungsgeschwindigkeit im Diffuseur erhöht wer den, so dass die genügende Geschwindigkeit, um Flockenbildung zu vermeiden, auch bei kleinen Was- serführungen zum Siebband erreicht werden kann. Die Auslaufgeschwindigkeit des Suspensionsstromes auf das Siebband kann, wie erwähnt, durch Einstellen des Flüssigkeitsspiegels im Bottich 17 geregelt wer den,
von wo aus das überlaufwasser herausgeschleust wird, und diese Einstellung erfolgt durch Drehen der Wand 20. Der Überlauf 18 wird von einem Behäl ter 21 aufgenommen, von wo aus das Wasser durch ein höhenverstellbares Überlaufrohr 22, das den Flüssigkeitsspiegel im Behälter 21 etwas niedriger als im Bottich 11 hält, in den Suspensionsstrom zurück fliessen kann, der an die Pumpe 5 geführt wird.
Das in Fig. 5 und 6 gezeigte Verteilungsorgan besteht aus einem zylindrischen Behälter 23 mit einer mutigen, senkrechten Welle 24, die von einem Elek tromotor 25 durch ein Übersetzungsgetriebe 26 angetrieben wird und die am Ende von radialen Armen 27 Stäbe 28 trägt, die je einen Schaber 29 tragen, der sich beim Drehen der Welle 24 über die Innenseite eines feststehenden, zylindrischen Filters 30 bewegt.
Durch eine obere Eintrittsleitung 31 strömt die Suspension in den mittleren Teil des Behälters 23, von wo aus sie durch das Filter 30 in eine ringförmige Kammer 32 fliesst, die ausser durch das Filter 30 durch die Aussenwand des Behälters 23, dessen Boden sowie eine obere ringförmige Wand 33 begrenzt wird. Von der Kammer 32 fliesst die Sus pension in den Diffuseur.
Das Filter sichert eine letzte, gleichmässige Ver teilung des suspendierten Stoffes im Wasser und fängt grössere une kleinere Klumpen des Stoffes an seiner Innenwand auf. Das Filter wird von den ständig über seine Innenseite langsam bewegten Schabern 29 gereinigt. Eventuell können die Schaber 29 fest stehend montiert werden, während das Filter 30 langsam dreht.
Das in Fig. 7 und 8 gezeigte Verteilungsorgan besteht aus zwei in einer Kammer 34 angebrachten und ineinandergreifenden Schaufelrädern 35 und 36. Die Schaufelräder werden synchron durch Zahn räder 37 angetrieben und so, dass der Suspensions- strom von der Eintrittsleitung 31 quer durch die Kammer 34 in den Eintritt 6 des Diffuseurs 7 geführt ,wird. Die Schaufelräder 35 und 36 zerteilen den Suspensionsstrom in Schichten quer zur Strömungs richtung.
Eventuell kann das eine der Schaufelräder entbehrt werden, wodurch der Umfang der Kam mer 34 entsprechend reduziert wird. Es ist wichtig, dass das Schaufelrad oder die Schaufelräder mit einer Umfangsgeschwindigkeit bewegt werden, die die Geschwindigkeit des Suspensionsstromes in der Kam mer ein wenig übersteigt.
In der Fig. 9 ist ein Verteilungsorgan entspre chender Art gezeigt, nur mit senkrecht stehenden Wellen für die Schaufelräder 35 und 36.
In die Fig. 10 und 11 ist ein Verteilungsorgan gezeigt, das aus einer Axialrotationspumpe mit Schaufeln 38 besteht, die auf einer in Lagern 39 und 40 angebrachten waagerechten Welle 41 sitzen. Vor und hinter der Schaufeln 38 sind Leitschaufeln 42 beziehungsweise 43 angebracht. Die Schaufeln 38 zerteilen den Suspensionsstrom in Schichten quer zur Strömungsrichtung, und der Rotation, die die Schau feln 38 in dem Strom erzeugen, wird durch die Lage der Leitschaufeln 42 und 43 entgegengewirkt.
Diese Schaufeln oder nur der eine Satz Schaufeln können einstellbar sein, so dass man bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten und bei verschiedener Zusammensetzung des Suspensionsstromes immer sicher sein kann, einen rotationsfreien Strom in der Suspension, die in das Eintrittsende 6 des Diffu- seurs 7 fliesst, schaffen zu können.
Der eine oder andere der Leitschaufelsätze 42 und 43 kann eventuell entbehrt werden, wenn kein Bedarf an einer grösseren Änderung der einmal eingestellten Betriebsverhältnisse vorhanden ist.