CN101397764A - 筛浆设备 - Google Patents

Abstract

一种筛浆设备，包括：壳体，位于壳体内、至少用于输入纤维悬浮液、输出浆渣和良浆的管道以及安装在壳体内的转子和圆筒形筛鼓，转子和筛鼓中的至少一个是可旋转的，转子表面安装有转子元件，转子元件靠近筛鼓表面，转子元件主要包括面对流动的前表面、上表面和倾斜的后表面，转子元件的后表面是弯曲的，后表面的侧边至少沿着它们的长度的一部分朝着该元件的后端会合。本发明的设备，可以使用高进料浓度，能耗下降，因为空化作用减少，所以筛子的运行安全性更好。

Description

筛浆设备

本发明涉及一种用于处理木材加工工业的纸浆的筛子。特别涉及该筛子的转子元件的结构。

压力筛是纸浆和纸张生产中的重要设备。它们从纸浆悬浮液中除去大部分杂质、尺寸过大的木片和纤维束、以及其他不希望的物质。这种筛子也可以按照纤维的长度将它们分级，以改善纸浆性能。这种筛子的确切功能取决于它在工序中的位置。在筛选过程中，纸浆纤维的水悬浮液一般被泵送到一个圆筒形的腔室内，在该腔室中，悬浮液与筛面和高速运动的转子接触。转子的旋转速度推着纤维材料运动，从而使部分纤维材料通过筛面上的筛孔，成为良浆。高速转子在悬浮液中冲击出正反脉冲，它保证能有规则地反冲筛面上的筛孔，以便纤维不会堵塞筛孔。

纸浆悬浮液包含无数的弹力纤维，这些纤维容易彼此依附在一起，形成所谓的纤维絮块。即使在低浓度下，例如0.01％时，纤维也会形成不稳定的絮块。在1-3％的典型筛选浓度下，纤维形成稳定的絮块和纤维网络，这会妨碍筛选。纤维和不希望有的固体物质会定期从网上除去，从而能够筛选出浆渣和良浆。当纸浆浓度增大时，离解纤维网络所需的力也急剧增大，最终达到工艺极限，此时筛面上的筛孔或者浆渣管线会被堵住。为了确保连续的筛选操作，已经开发了许许多多、各种各样的转子方案。

原则上，转子可以分成两个基本的类别：开放式和封闭式转子。两者都在使用，并且众所周知，它们的目的都是为了保持筛面清洁，即为了防止在筛面上形成纤维层。第一类转子的特征在于筛鼓的内部装有旋转轴或者转子，桨叶借助悬臂附着在它上面。这类转子的例子有如美国专利US4193865所述的转子方案，其中转子被可旋转地安排在一个圆筒形的静止筛鼓内，所述转子包括位于筛鼓表面附近的桨叶，在如所述专利所述的结构中，桨叶与筛鼓轴线形成一定的角度，即桨叶从筛鼓的一端斜着延伸到另一端。当移动时，桨叶在筛面上冲击出压力脉冲，这些压力脉冲打开筛面上的筛孔。还有别的解决方案，其中桨叶位于筛鼓的两侧。在这种情况下，有待处理的悬浮液被供应到筛鼓的内部或外部，良浆相应地从筛鼓的外部或者内部排出。

在静止的转子中，转子是一个基本上封闭的圆柱体，它的表面安装有脉冲元件，例如近似半球形的突起，即所谓的鼓包。在这种设备中，纸浆被输送到位于圆筒形转子和它外部的筛鼓之间的处理空间内，这样一来，转子上的突起、鼓包的目的都是为了将纸浆压到筛鼓上，并且借助它的后缘从筛鼓上的筛孔中吸出纤维层。鼓包可以用其他形式的突起代替。

市场上广泛使用的方案以芬兰专利FI77279(US5,000,842)所述的方法为代表，在实施过程中，该方案也得到了发展。所述专利所述的方法的特征在于纤维悬浮液受到强度和有效方向不断变化的轴向力的作用，轴向力的方向和强度根据作用点和筛鼓的相对表面的相互轴向位置来确定，并且纤维悬浮液的轴向速度分布也因此而变化，但保持流向连续地朝向排料端。转子表面优选被分成四个区：输送、输送和混合、混合以及有效混合。转子表面一般具有10-40个突起，突起的形状随区域(即它们位于转子的哪个轴向部分上)变化。转子壳体表面上的突起主要由面对流动的前表面(优选为平行于壳体表面的表面)和朝着转子的壳体表面倾斜的后表面形成。转子的壳体表面上具有几种不同形式的突起，它们已经被安排在转子的壳体上，以便在转子的轴向上形成两个或者更多的彼此分开的环形区域，例如4个区域。至少突起的前表面部分与轴向形成一定的角度。突起的前表面可以被分成两部分，它们形成了大小不同的轴向角度。相对于轴向，这些角度的变化范围在-45°-+45°之间。然而，这些突起的作用原理与其他相应的设备相同。这个突变的前表面向筛鼓上的纤维层施加强大的压力冲击，良浆从而被压过筛鼓上的筛孔。突起的倾斜的后表面将一些水吸回筛选区，从而从筛缝和筛孔中释放出大部分颗粒和纤维絮块，从而达到清洁筛鼓的目的。

综上所述，在所有已知的方案中，压力筛的功能性前提基于如下假定：转子元件用于在界面上产生足够大的压力脉冲，从而使纤维颗粒流过筛选面，并且转子元件借助它的后缘产生负压脉冲，从而产生湍流，以便清理被上述正压脉冲堵住的筛孔。在负压脉冲将液体吸回进料室的场合，通常还要提到要防止进料室和它的清洁筛面筛孔的部件中的纤维悬浮液变得过浓。为了能够产生这些条件，转子必须具备足够的转速，然而，转速受制于筛子的能耗和机械寿命，芬兰专利FI77279(US5,000,842)中描述的转子的典型速度为24m/s。

在工业上目前使用的压力筛中，转子方案已经使纸浆的进料浓度达到了最大极限。不同类型的转子，浓度水平几乎相同，例如对于SW，纸浆浓度大约为2-3％。因此，本领域需要开发一种筛子转子，它允许有更高的进料浓度。

本发明的一个目的在于提供一种筛子，它具有可以处理浓浆的转子元件结构，与已知的方案相比，它显著增加了纸浆的进料浓度。

本发明涉及一种筛浆设备，所述设备包括：壳体，位于壳体内、至少用于输入纤维悬浮液、输出浆渣和良浆的管道，以及安装在壳体内的转子和圆筒形筛鼓，转子和筛鼓中的至少一个是可旋转的，转子表面安装有转子元件，转子元件靠近筛鼓表面，转子元件主要包括面对流动的前表面、上表面和倾斜的后表面。本发明的特征在于转子元件的后表面是弯曲的，并且它的侧边至少沿着它们的长度的一部分朝着该元件的后端会合。

本发明的基本思想不同于到目前为止本领域所做的基本假定。本发明的出发点在于转子元件的后表面会允许纸浆不失速、尽可能平稳地流动，并且不会在筛面上引起强湍流。根据本发明，首先产生正压脉冲，但之后通过转子后表面的设计，产生如下情况，即该后缘会尽可能平稳地释放纸浆纤维，使筛面上的湍流最小。在转子的旋转方向上，纸浆首先接触转子元件的前表面，该表面将纸浆引导到一个接收区域，纸浆在该区域产生流动通过。该接收区域由筛篮表面附近的区域形成，在这里，纸浆进入良浆侧。前表面可以是平面。它可以垂直于转子表面，或者相对于转子表面倾斜。前表面可以由相对于该元件的纵向中心轴线对称或不对称配置的两部分形成，从而形成楔形，以承受流动。转子元件的前表面也可以是弯曲的。转子元件的前端(即前表面)、平行于转子表面的上平面以及选择性的肩部如此设计，即能将纸浆作为基本平滑的薄膜引导到筛面和转子元件之间的空间内，良浆纤维从该空间开始流动，并被压过筛面，进入良浆侧。

转子元件的后表面是弯曲的，并且它的侧边至少沿着它们的长度的一部分朝着该元件的后端会合。根据一个实施方式，后表面有至少一个第一部分和一个第二部分，第一部分非常靠近可能的肩部，并且它的侧边基本上彼此平行，即宽度没有变化，而第二部分的侧边朝着后端会合。根据另一个实施方式，后表面的侧边基本上是从肩部开始朝着后端会合。

在转子元件的弯曲后表面的起始点处，滞后角优选小于10°，该角形成在与弯曲后表面的所述起始点相切的切面和弯曲后表面的曲率半径的切面之间。

根据本发明，纤维悬浮液如同薄膜状流动一样被引导到该元件和筛面之间的狭小空间内，在这里，纤维悬浮液被压过筛面上的筛孔。朝着后端会合的平缓弯曲的后表面将流动引向后端，并且使流动停滞最小，增大由空化作用引起的流阻，并且减小湍流，而湍流可防止水被排到良浆侧，使浆渣变浓。因此，可防止小的杂质、首先是水漏到良浆中，此时，纤维网的留着性能也因平稳的流动条件而得以改善。因此，与巳知的筛子相比，浆渣变浓得以缩小。

根据本发明的设计方案是气体动力学方案，它允许转速更大，但能耗并不显著增大。同时，设备的机械应力减小。具有如本发明所述元件的转子在低圆周速度下工作，另外，也导致节能效果显著。

本发明可应用于封闭式转子，最常见的是圆筒形，但也可以是别的形状，例如圆锥形。转子也可以是敞开的，这种情况下，转子元件由悬臂或其他支撑构件支撑。

下面将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示意性地展示了已知的转子元件和如本发明所述的转子元件周围的流动条件；

图2展示了如本发明所述的转子元件的一些优选实施方式；

图3展示了如本发明所述的筛子的示意性的横截面；

图4展示了弯成平面形式的转子的局部横截面，而

图5展示了如本发明所述的筛子的性能和现有技术的筛子的性能。

图1a用侧视图和顶视图展示了本身已知的转子元件10。该元件具有前表面11、平行于转子表面的平面12、肩部13和以一定角度向转子表面倾斜的后表面14。前表面10垂直于转子表面，并且被分成两部分，两者一起形成犁形表面。这个突变的前表面向筛鼓施加压力冲击，良浆借助于该压力冲击被压过筛鼓。在肩部之后，在吸力脉冲的影响下，纸浆流中开始出现强烈的湍流。湍流使筛面保持敞开，从而允许水流入良浆，导致浆渣变浓。

图1b展示了如本发明所述的转子元件20，它位于圆筒形转子的表面上。该元件具有前表面21、平行于转子表面的平面22、肩部23和朝着转子表面弯曲倾斜的后表面24。在这里，前表面10也垂直于转子表面，并且也被分成两部分，两者一起形成犁形表面。前表面和随后的上表面22的适当设计有助于将纸浆像平滑的薄膜一样引导到筛面上，良浆纤维组分从这里被传递到良浆侧、筛鼓和转子元件之间的间隙最小的区域中。该区域靠近肩部。肩部之后，弯曲后表面提供了一个长而平缓倾斜的后缘角，它使得湍流最小，并且使纸浆顺应筛面曲率均匀流动。这可防止水进入良浆侧，因此干扰筛选的浆渣变浓问题也被减小到最低程度。

图2用侧视图和顶视图示意性地展示了如本发明所述的转子元件的一些优选的形式。在图2a中，转子元件30的形式为转子表面31上的突起，这些突起可以形成在所述表面上，或者这些元件通过已知的适当手段附着到该表面上，例如通过焊接、使用螺栓、等等。顶视图展示了两个不同的实施方式。在第一实施方式(实线)中，前表面32垂直于转子表面，但前缘33是弯曲的，以便降低能耗。前表面之后紧跟与转子表面平行的平面34，该平面结束于肩部35。根据本发明，后表面36是弯曲的，它有助于使肩部之后的流动平稳。在这一实施方式中，后表面有至少一个第一部分37和一个第二部分38，第一部分非常接近肩部，并且它的侧边基本上彼此平行，而第二部分的侧边朝着后端会合。

在转子元件的弯曲后表面的起始点处，滞后角优选小于10°，这样一来，在与该曲面的所述起始点相切的切面T2和曲率半径r1的切面T1之间形成一个角α。

在另一个实施方式(虚线)中，前表面被分成两部分40和41(虚线)，两者一起形成犁形表面。因此，前缘就具有楔形的形式。后表面42的侧边基本上早从肩部35开始就朝着后端39′会合。自然，从肩部开始会合的后缘也可以与弯曲的前表面或者楔形的前表面连接在一起，或者在第一实施方式中所述的由两部分组成的后表面也可以与楔形的前表面连接在一起。

在图2b中，转子元件50通过支撑构件51附着到转子表面52上。在顶视图中，元件50的形式大体上类似于图2a中所示的实施方式。然而，在这种情况下，侧视图展示了一个前表面/前缘53和后缘54都弯曲的实施方式。

根据图3，本发明的优选实施方式中筛子60包括如下部件：外壳62、位于外壳中用于输入纸浆的管道63和用于排出良浆和浆渣的排出管64和65、静止的筛鼓67以及位于筛鼓中的基本为圆筒形的转子66。原则上，筛鼓67可以具有现有技术中的任何形式，但是如果使用异形筛鼓，将获得最好的结果。如图所示的设备的操作主要如下：纤维悬浮液经管道63被输送到设备内，在设备中，它被传递到筛鼓67和转子66之间的间隙内。流过筛鼓上的筛孔的良浆从管道64被排出，而流到筛鼓67和转子66之间的间隙的下端的纸浆从那里经浆渣管65被排出。

此外，图3还展示了转子66的位于筛鼓67一侧的表面上装备有转子元件68，其形式为如本发明所示的突起，它具有弯曲并会合的后表面。

图4展示了弯成平面形式的转子66的局部剖视图，这样得以更好地展示转子元件68的位置。如本发明所述的元件的设计方案允许在同一个圆周段上使用更多的元件，并且不会降低筛选的质量标准。将更多的元件安排在相同的圆周线上可以获得额外的生产能力。这种方法还可以增大进料浓度。在已知的转子元件结构中，强空化作用和失速会出现在转子元件的后表面上，在相同的圆周线上增加元件不会提高设备的功能，事实上设备的功能可能会降低，例如由于空化作用，在旋转方向上，下一个元件的功能会受到干扰，以致只能得到较弱的运行响应。

图4展示了根据本发明的转子元件在圆周方向上被拉长的实施方式(下面的图)。拉长的元件的弧长至少可达35°、甚至可达50°-200°。举例来说，在相同的圆周段上，元件的数目可以是2个。

图5展示了如本发明所述的筛子和现有技术的筛子在使用常规设备的纸浆生产线上的最大功能。虚线表示浆渣浓度与进料浓度之间的关系，而实线表示转子能耗与进料浓度之间的关系。所述纸浆是氧脱木素的SWSA纸浆。线1表示如本发明所述的筛子，而线2表示现有技术的筛子。如本发明所述的设备可以在进料浓度比现有技术的设备高得多的条件下操作，并且能耗依然较低。另外，尽管是在进料浓度相同甚至更高的条件下操作，但在如本发明所述的设备中，浆渣浓度也较低。如本发明所述的设备的特征还有，在所需的进料浓度下可以使用较低的转子速度，这能降低能耗。

本发明至少提供了如下优点：

浆渣变浓的趋势小

可以使用高进料浓度，例如，在如本发明所述的设备中，SW纸浆的进料浓度达1.5％，比在现有技术的设备中高。因此，水在磨浆机中的循环次数减少，对泵送的需求下降，所需设备(例如容器)的数目减少，设备的体积减小，管线变短，总的空间需求减小。

与现有技术相比，能耗下降

因为空化作用减少，所以筛子的运行安全性更好。

储备容量更大。

Claims (14)

1.一种筛浆设备，包括：壳体，位于壳体内、至少用于输入纤维悬浮液、输出浆渣和良浆的管道以及安装在壳体内的转子和圆筒形筛鼓，转子和筛鼓中的至少一个是可旋转的，转子表面安装有转子元件，转子元件靠近筛鼓表面，转子元件主要包括面对流动的前表面、上表面和倾斜的后表面，其特征在于：转子元件的后表面是弯曲的，后表面的侧边至少沿着它们的长度的一部分朝着该元件的后端会合。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于后表面的边缘相对于该元件的纵向中心轴线基本对称地朝着该元件的后端会合。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于后缘包括至少一个第一部分和一个第二部分，第一部分的侧边基本平行，而第二部分的侧边朝着后端会合。

4.如权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于转子元件的上表面具有肩部。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于后表面的侧边基本上从肩部开始朝着后端会合。

6.如上述权利要求1-5中的任何一项所述的设备，其特征在于转子元件的前表面是平的，并且由相对于该元件的纵轴对称设置的两部分形成，从而形成用于承受流动的楔形。

7.如上述权利要求1-5中的任何一项所述的设备，其特征在于转子元件的前表面是平的，并且由相对于该元件的纵向中心轴线不对称设置的两部分形成，从而形成用于承受流动的楔形。

8.如权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于转子元件的前表面是弯曲的。

9.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于上表面基本平行于转子表面。

10.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于转子呈圆筒形，转子元件形成为转子表面上的突起，所述突起包括至少一个前表面、平行于转子表面的上表面和朝着转子表面倾斜的后表面。

11.如权利要求1-9中任何一项所述的设备，其特征在于转子元件借助支撑构件被支撑到转子表面上。

12.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于在转子的轴向上，一个压一个、部分一个压一个和/或重叠地安排有两个或更多的转子元件。

13.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于在转子的基本相同的圆周线上连续安排有至少两个转子元件，它们彼此相距一定距离。

14.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于弯曲后表面的起始点处的滞后角小于10°，这样一来，在与弯曲后表面的所述起始点相切的切面T2和弯曲后表面的曲率半径r1的切面T1之间就形成滞后角(α)。

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