CN103384740A - 节能造纸成形装置和降低纤维悬浮液的稠度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于纸的成形的装置。更具体地，本发明涉及一种用于降低成形桌上的纤维悬浮液的稠度或者密度并且改进形成在成形桌上的纸的质量和物理性能的装置、系统以及方法。

Description

节能造纸成形装置和降低纤维悬浮液的稠度的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月16日提交的美国临时专利申请序列号为N0．61/423,977的申请的优先权，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于纸的成形的装置。更具体地，本发明涉及一种用于降低成形桌上的纤维悬浮液的稠度或者密度并且改进形成在成形桌上的纸的质量和物理性能的装置、系统以及方法。

背景技术

通常，众所周知，在造纸工业中，将液体从成形织物上的纸料上适当排水是确保高质量产品的重要步骤。这通过使用通常位于诸如长网造纸机的造纸机的湿端处的排水刀片或者箔片来完成。(注意到，如文中所使用的词语排水刀片意指包括实现排水或者实现原料活动性(activity)或者实现两者的刀片或者箔片。)如今，这些刀片的多种不同设计都是可用的。通常，这些刀片提供用于线或成形织物的支承或者支撑表面，这些刀片具有远离线的角度的用于除水的尾部。这产生了在刀片表面与织物之间的缝隙，该缝隙造成刀片与织物之间的真空。这不仅将水从织物排出，而且能够由于吸力造成将织物向下拉。但是，当真空消退时，织物回到其最初位置，这能产生横穿原料的脉冲，这对于原料分布是需要的。(由线偏斜产生的)活动性和从纸张排出的水量与刀片产生的真空有直接关系。通过这种刀片产生的排水和活动性能通过将刀片安置在真空室上而增大。排水与活动性之间具有直接关系是不希望的，因为虽然活动性总是希望的，但在纸张成形过程的初期太多排水在纤维和填料的保持方面可具有不利作用。快速排水也可造成纸张密封，使得后续的排水更加困难。现有技术使造纸者对希望的活动性做出折中从而减缓早期排水。

排水能够通过例如Ward的美国专利号No．3,823,062中教导的液体到液体传递的方式实现，该文献的全部内容通过参引的方式引入本文。此文献描述了从悬浮液进行受控的液体至液体的排水没有传统排水剧烈。

相似类型的排水在Corbellini的美国专利号No．5,242,547中所教导。此专利教导防止在成形织物的与要排水的纸张相反的表面上形成弯月面(meniscus)(气／水界面)。此文献通过淹没包括刀片的真空箱结构并且通过控制机构调整液体的排出来实现上述目的。这被称为“淹没排水”。改善的脱水可以说通过使用吸入箱中的负压产生。

除了排水之外，刀片构造成特意地产生在悬浮液中的活动性从而提供原料的所需分配。例如，此刀片在Fuchs的美国专利号NO．4,789,433中所教导。此文献(优选地具有粗糙的脱水表面)教导使用波形刀片来产生纤维悬浮液中的微湍流。

其它类型的刀片希望避免湍流，但是仍然影响排水，例如Kallmes的美国专利号No．4,687,549中所描述的。此文献教导填充刀片与网之间的缝隙，并且生成不存在空气从而防止缝隙中的水的膨胀和“气穴”并且基本上消除任何压力脉冲。多个此刀片和其它布置能在下列现有技术中找到：美国专利号Nos．5,951,823；5,393,382；5,089,090；4,838,996；5,011,577；4,123,322；3,874,988；4,909,906；3,598,694；4,459,176；4,544,449；4,425,189；5,437,769；3,922,190；5,389,207；3,870,597；5,387,320；3,738,911；5,169,500以及5,830,322，这些专利的全部内容通过参引的方式并入本文。

传统上，高速造纸机和低速造纸机生产具有大范围的基重的不同等级的纸。纸张成形是流体力学过程，并且纤维的运动跟随流体的运动，因为单个纤维的惯性力与液体中的粘滞曳力相比较小。成形和排水元件影响三个主要的水力过程，即排水、原料活动性以及定向剪切。液体是根据作用在其中或者其上的剪切力做出反应的物质。排水是通过线或者织物的流动，并且其特征在于，流速通常依赖于时间。原料活动性在理想的意义下是未排水的纤维悬浮液中的流动速度中的随机波动，并且大体上是由于流动中的动量的变化而出现，流动中的动量的变化是由于响应于排水力或者由刀片构型产生的成形织物的偏斜。原料活动性的主要作用是使网分解并且使悬浮液中的纤维运动。定向剪切和原料活动性都是剪切生产过程，其二者仅在方向的角度上具有相当大程度的不同，即，与单个纤维的尺寸相比较大的程度。

定向剪切是具有在未排水纤维悬浮液中的明确的和可识别的模式的剪切流。横切方向(“CD”)的定向剪切改进了纸张成形和检测两者。(在不振动的造纸机上的)用于CD剪切的主要机构是织物的原料中的较好定义的机器方向(“MD”)隆起的生成、消失以及继而再生成。这些隆起的源头可以是流浆箱整流辊、流浆箱薄片唇(见例如，1995年11月9日提交的国际申请PCT WO95／30048)或者成形喷头。根据在成形织物上的造纸机速度和质量，隆起消失并且以恒定间隔再形成。这被称为CD剪切转换。如果纤维／水浆保持其最初运动能量的最大化并且受到直接位于自然转换点下面(在MD上)的排水脉冲，则转换的数量和因此CD剪切的作用最大化。

在任一成形系统中，所有这些水力过程可以同时发生。它们通常在时间或者空间上不均匀分布，并且它们彼此不完全独立；它们相互影响。事实上，这些过程中的每一个过程以多于一种方式对整个系统起作用。因此，尽管上述现有技术可以有助于前述水力过程的一些方面，但是它们不能以相对简单和有效的方式使整个过程协调。

在如前述的长网造纸机桌的先前部分中的原料活动性对于良好纸张的生产是至关重要的。通常，原料活动性能够被限定为在成形织物上的纤维水浆中的湍流。此湍流在三维空间发生。原料活动性通过阻止纸张形成时其分层，通过打断纤维块，以及通过使纤维随机定向而在生成良好成形方面起重要作用。

通常，原料活动性质量与从纸张除水成反比；即，如果脱水的速率减缓或者被控制，则活动性通常增强。随着水被除去，活动性变得更困难，因为纸张在缺水的情况下凝固，而作为活动性发生的主要媒体的水变得不足。因此，良好造纸机操作是在活动性、排水以及剪切作用之间的平衡。

每个成形机的能力通过组成桌的成形元件确定。在成形板之后，在不损坏已经形成的片的情况下，后续的元件必须排出剩余的水。这些元件的目的是增强由之前的成形元件完成的工作。

随着基重增加，片的厚度增加。利用现有的成形／排水元件，不能保持控制的水力脉冲足够强以产生必要的水力过程来制造成形较好的纸张。

图1至4中可以看到用于将排水再次引入纤维原料中从而激发活动性和排水的传统方式的示例。

图1中的桌辊100产生要施加到纸张或者纤维原料96的大的正压力脉冲，这由于在成形织物98下的水94被迫使进入由导入辊92和成形织物98形成的引入夹区中。再引入的水量限制于附着于辊92的表面的水。正脉冲具有在原料活动性上的积极作用；其产生垂直于纸张表面的流动。同样地，在辊90的离开侧上，产生大的负压，这极大地激发了排水和细屑的除去。但是在片中的稠度的减小不明显，所以通过活动性的增加并未呈现较大改进。桌辊通常限于相对较慢的造纸机，因为在更高的速度下，以特定速度传送至较大基重的所需正脉冲变成干扰较轻基重的纸张的不希望的正脉冲。

图2至4示出了具有不同刀片布置的低真空箱84。重力箔片也用于低真空箱中。这些低真空箱增大单元84向造纸机提供工具，该工具通过控制应用的真空和脉冲特征极大地影响了过程。刀片箱构型的示例包括：

台阶刀片82，如图2至3中所示；和

正脉冲台阶刀片78，例如如图4中所示。

传统上，箔片刀片箱、偏平面刀片箱以及台阶刀片箱最常用于成形过程中。

在使用中，真空增大金属刀片箱将如重力箔片那样产生真空，水在非控制情况下被连续地除去，并且主要排水过程是过滤。通常，不存在已经形成的片的再流体化。

在真空增大的平刀片箱中，微小的正脉冲在刀片／线接触表面上产生并且施加在纤维片上的压力仅依赖于箱中保持的真空等级。

在真空增大的台阶刀片箱中，例如，如图2中所示，多个压力轮廓按照如下因素产生：例如，台阶长度、刀片之间的跨度、机器速度、台阶深度、以及所施加的真空。台阶刀片相对于刀片先前部分中的机器速度的平方产生峰值真空，此峰值负压力使水排出并且同时线偏向台阶方向，部分已经排出的水被迫使回到片中，使得纤维再流体化并且由于产生的剪切力而使块散开。如果施加的真空高于所需，则线被迫使接触刀片的台阶，如图2中所示。在此情况下操纵一些时间之后，台阶中的箔片聚集污垢76，失去降至最低的水力脉冲，如图3中所示，并且防止水再次引入片中。

如图4中所示，真空增大的正脉冲台阶刀片低真空箱通过使每个刀片将由前刀片除去的水的部分重新引回片中进行液化。但是，对背重新引导到纸张中的水量没有控制。

正脉冲刀片，随着水通过织物排出，由刀片的前角和织物产生的汇聚夹区迫使水回到纸张中。这产生了能够打碎纤维片并且穿透原料浆的剪切力，纸浆的再液化最低，例如，如图5中所示。

双正刀片的特殊类型包含正引入夹区来产生正压力脉冲和负压力脉冲。此刀片利用前边缘将水重新引入纤维片中，重新引入的水限制于附着于成形织物的底部的量。此类型的刀片产生压力脉冲而不是稠度减小。此类型刀片与桌辊相似，例如，如图6中所示。

Cabrera等人于1996年2月提交的专利号No．5,830,322名为“速度诱发的排水方法和单元(Velocity induced drainage method andunit)”描述了产生活动性和排水的可替代方式。文中描述的装置使活动性和排水互补相关并且由此具有控制和优化活动性和排水的方式。该专利使用带有控制的、可能非平表面或者部分非平表面的长刀片来引起纸张中的活动性，并且在该刀片之后通过安置尾刀片来限制流动从而控制排水。‘322专利公开了如果长刀片与成形织物之间的区域充满水并且织物之上的水与织物之下的水之间的表面张力得以保持，则排水增强。文中公开的本发明例如在图7中示意性地示出。

但是，关于‘322专利，仅有一个方法用以将最小水量重新引入纤维悬浮液中。其发生在“逆流区域”中，并且由于不可压缩流体沿着长刀片的非平顶部而存在并且由此被泵送通过成形织物。到达速度感应单元的前边缘的稠度不沿相同刀片改变。如果速度感应单元设计有多个长刀片并且稠度沿速度感应装置恒定地增加，当原料到达尾刀片时，由于槽中的排出的水，原料稠度会增大。

尽管前述文献中的一些具有一定的伴随优势，但是，进一步的改型和／或可替代的形式总是期望的。

发明内容

在造纸机的成形部段上的原料稠度对于良好纸张的生成有决定性作用。通常，通过增加白水的再循环实现在造纸机的成形部段的短环路系统处的原料稀释。

在成形桌上的原料稀释对形成良好的成形起主要作用，其有利于三个水力过程的实现，三个水力过程对产生良好成形的纸张是必要的；使得纤维的定向是随机的。

大部分造纸机已被提速从而增加产量并且具有更好纸质量的较低稠度并且仍具有相同的机器筛、相同管道线路以及相同流浆箱来向成形桌提供水和原料。成形桌已经重新改进从而处理超出的流。

让我们作为示例假设造纸机最初设计有200英寸宽、速度800英尺每分钟的流浆箱、流浆箱稠度0．65％、造纸54克每平方米以及保持力70％；计算的流浆箱出来的流量将约3927加仑每分钟。但是，这些年，造纸机已经提速1．75倍并且流浆箱稠度为了更好质量已经降低至0．38％，保持力已经降至65％；流出流浆箱的流量现约12660加仑每分钟。流量已经增加了3．22倍并且因此，在整个系统中的所有内部速度已经超过了三倍，这可造成有害的结果。

因此，当在低稠度处工作时或者造纸机提速时，因为流出流浆箱的流量增加，需要增加排水元件的数量。在一些示例中，还需要增加桌的长度从而为用于额外的排水设备的安装或者安装新真空辅助排水设备提供空间。

但是，由于本发明，不需要增加桌的长度或者安装新真空辅助排水设备。另外，大幅减小成形桌上的能耗。

因此，本发明的目的是提供用于在不考虑造纸机速度的情况下保持成形桌上的水力过程的造纸机。

本发明的另一目的是提供能与成形板和／或速度感应排水机一起使用的造纸机。

本发明的另一目的是造纸机的效率不受机器的速度、纸张的基重以及片的厚度影响。

本发明描述了通过自身使水再循环从而在流浆箱之后将桌上的纤维悬浮液稀释到所需水平的造纸机；本发明的稀释速率可以是在0％至100％之间的任何速率。由本发明中的造纸机所做的工作不受精炼的程度、造纸机的速度、纸张的基重以及片的厚度的影响。在纸张由本发明形成之后，纸张的排水和固化通过后续中的设备来执行。

本发明的一个示例性的实施方式是用于降低包含在造纸机的成形桌上的液态悬浮液中的纤维的稠度或者密度的装置，装置包括成形织物，纤维浆传送到成形织物上，成形织物具有外表面和内表面；和主刀片，主刀片具有前缘支撑表面，前缘支撑表面与成形织物的内表面滑动接触；中央板，中央板包括成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，其中，中央板与底板分开预定距离以形成用于流体的至少一部分的再循环的通道。

本发明的另一示例性的实施方式是用于降低包含在造纸机的成形桌上的液态悬浮液中的纤维的稠度或密度的系统，系统包括装置，该装置包括成形织物，纤维浆传送到成形织物上，成形织物具有外表面和内表面；和主刀片，主刀片具有前缘支撑表面，前缘支撑表面与成形织物的内表面滑动接触；中央板，中央板包括成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，其中，中央板与底板分开预定距离以形成用于流体的至少一部分的再循环的通道。

本发明的另一示例性的实施方式是用于降低在造纸机的成形桌上的液态悬浮液的纤维稠度或密度的方法，方法包括步骤如下：提供成形织物，纤维浆传送到成形织物上，成形织物具有外表面和内表面；提供主刀片，主刀片具有前缘支撑表面，前缘支撑表面与成形织物的内表面滑动接触；以及提供中央板，中央板包括成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，其中，中央板与成形桌的底板分开预定距离以形成用于液体的至少一部分的再循环的通道。

本发明表现的新颖性的多个特征在优选的实施方式的下列说明中具体地指出。为了对本发明更好地理解，通过使用本发明所获得的本发明的操作优势和特定目的呈现于本发明的优选的实施方式所示出的附图和所述内容。

附图说明

将结合附图对通过示例方式给定并且无意于限制本发明的下列具体说明进行最好地理解，附图中，相同的附图标记表示相同的元件和部分，图中：

图1示出了已知的桌辊；

图2示出了已知的具有台阶刀片的低真空箱；

图3示出了已知的低真空箱、带有污垢聚集的台阶刀片；

图4示出了已知的正脉冲刀片低真空箱；

图5示出了已知的正脉冲刀片；

图6示出了已知的双正脉冲刀片；

图7示出了已知的速度感应排水单元；

图8示出了造纸机中的水再循环系统；

图9示出了排放到成形线的顶部上流浆箱流；

图10示出了在离开流浆箱的0．8％稠度的质量平衡；

图11示出了在离开流浆箱的0．5％稠度的质量平衡；

图12示出了根据本发明的一个实施方式的质量平衡；

图13示出了新成形发明；

图14示出了带有不同的导入刀片42的新成形发明的另一方面；

图15示出了带有不同的导入刀片44的新成形发明的另一方面；

图16示出了没有支撑刀片的新成形发明的另一方面；

图17示出了新成形发明的另一方面，自稀释、剪切、微活动性以及带有枢转点的排水部段；

图18示出了新成形发明的另一方面，自稀释、剪切、微活动性以及带有枢转点的排水部段，改变排水部段的角度；

图19示出了新成形发明的另一方面，其详述了自稀释、剪切、微活动性以及带有多个汇流和分流部的排水部段处的水力性能；

图20示出了新成形发明的另一方面，其详述了长自稀释、剪切、微活动性以及带有多个汇流和分流部的排水部段的几何结构；

图21为示出了具有如图13中所示的新发明的造纸机的湿端处的新发明75的位置的流程图；

图22为示出了如图13中示出的造纸机的湿端处的新发明75的细节的位置的流程图；

图23为示出了具有如图20中示出的新发明的造纸机的湿端处的新发明76的位置的流程图；

图24为示出了如图20中示出的造纸机的湿端处的新发明76的细节的位置的流程图。

图25示出了新成形发明的另一方面，其详述了长自稀释、剪切微活动性以及排水部段的刀片几何结构，其中，成形织物与带有多个成形织物支撑的中央板48的表面之间具有相同距离；

图26示出了新成形发明的另一方面，其详述了带有多个自稀释、剪切、微活动性以及排水部段的中央板的几何结构，其中，增加了成形织物与带有多个成形织物支撑的中央板49的表面之间的距离；

图27示出了新成形发明的另一方面，其详述了带有多个自稀释、剪切、微观活性以及排水部段的中央板，其具有在成形织物与带有多个成形织物支撑的中央板的表面之间的偏斜面的表面；

图28示出了新成形发明的另一方面，其详述了在自稀释、剪切、微活动性以及排水部段上的偏斜面部的几何结构；

图29通过长自稀释、剪切、微活动性以及具有在排水部段处的枢转点的排水部段的具体视图几何结构示出了新成形发明的另一方面；

图30示出了新成形发明的另一方面，其具有在自稀释、剪切、微活动性以及排水部段处的水力的具体说明，其包括流线的说明；

图31示出了新成形发明的另一方面，其具有在自稀释、剪切、微活动性以及排水部段处的水力的具体说明，其包括流线的说明，其具有两个刀片支撑从而减小线偏斜；

图32示出了新成形发明的另一方面，其具有在自稀释和剪切部段处的水力的具体说明；

图33示出了新成形发明的另一方面，其示出了用于保持中央板的一个系统的具体几何结构；

图34示出了新成形发明的另一方面，其示出了用于保持中央板的另一系统的具体几何结构；

图35示出了用于保持中央板35和／或任何刀片的T形梁的具体几何结构；

图36示出了在新发明的自稀释和剪切区域54处的水力性能；

图37示出了在新发明的低稠度微活动区域55处的水力性能；

图38示出了在新发明的排水区域56处的水力性能；

图39示出了在新发明的排水区域56处的水力性能的另一设计。

具体实施方式

已经描述的作为现有技术的一部分的所有装置属于或者形成图8中示出的重力和动力排水区域或者纸张成形区域4。

图8中示出能够将成形桌上的稠度减小到任何程度的系统。通常具有约1％至5％的稠度的浓原料20在风扇式泵24的进口33处由白水17稀释；所需要的浓原料量由阀21控制。风扇式泵24将造纸配料的稀纸浆推向清洁系统27，清洁系统27除去所有碎片和不需要的物体28，并且干净的原料被送至造纸机的流浆箱1。从清洁系统27和32出来的稀原料配料的稠度通常固体比例在0．1％至1％之间。

风扇式泵24和清洁系统27和32通常位于造纸机的成形部分下面的地下室中。原料通过薄片2从流浆箱1输送到长网线11上。通过流浆箱1的薄片唇2流到成形线11上的总流体通过改变风扇式泵24的旋转和通过调整阀23和22进行控制，当需要更多流体时，风扇式泵24增大旋转并且阀23增大开口，阀22调整成对所需流体进行微调。在一些装置中，风扇式泵24具有恒速马达从而增加或者降低离开泵的流体；在此情形中，需要调整阀23和22。

湿纸张10实际上通过成形和排水装置形成在长网造纸机桌上，长网造纸机桌基本上由支撑在区域4、5以及6中的循环成形网带11构成，成形和排水装置组成造纸机的湿端。

靠近流浆箱1，成形网由胸辊3支撑，胸辊3之后是区域4、5中的成形和排水装置。循环成形网移动经过区域6中的若干吸入箱，然后返回经过真空伏辊7和驱动辊9。

水在数量上是最重要的造纸原材料。在原料流出到成形桌的成形网11上之前，原料是非常稀的；其纤维成分可能低至0．1％。从这一点上，除水成为造纸机的最决定性的功能之一。离开流浆箱1的原料包含除纤维之外的其它固体，因此其具有约0．5％的稠度；并且离开真空伏辊7的纤维片10具有23％至25％的稠度。

但是，为了减小水的粘性并且适当地排水，需要在华氏温度135至140度的范围内加热纤维浆。在此过程中，通常具有华氏温度5至10度的范围内的热损耗。

现参照图9，具有在0．1％与1％之间的稠度的纤维流1A通过流浆箱薄片唇2从流浆箱1流出到移动的成形网11上。在纤维流体1A与成形网11之间的流出速度比(流速除以网速)通常在0．6至1．3的范围内。但是，这些造纸机能在大于3000英尺每分钟的速度下操作。

在图10中具体地示出的造纸机的成形桌由三个主要部分构成，如下：

A．重力和动力排水区域4，纸张成形发生在该区域中。在成形区域4的起始处，纤维稠度在0．1％至1．0％的范围内，并且在此处，纤维具有高自由度并且能够通过增强需要形成纸张的三个水力过程改善成形。在重力和动力排水区域4的出口处，稠度在1．5％至2．0％的范围内，并且在此区域之后，仅能够对成形进行极小改进。

B．低中真空区域5，在此区域中，通过使用低真空箱，应用少量真空，真空在2至60英寸水柱的范围内，并且在区域5的出口处的稠度在6％至8％的范围内。

例如，如图8中所示，由区域4和5排出的水收集在成形和排水装置下方的容器25中，并且水通过通道26引导至存储箱18用于在湿端封闭环路系统中的原料稀释中的再次使用。

C．高真空排水区域6，该区域在文中是纸张固化发生的位置，水通过使用高真空箱被除去；所施加的真空在2至16英寸水银柱的范围内。在线部的端部处，伏辊7在压辊8的帮助下通过高真空(20至22英寸水银柱)除去水。从区域6中排出的水12收集在密封箱13中，泵14将用于液位控制15的一部分水输送到箱18中，多余的水16结合从水存储箱18溢出的水19被输送到原料准备系统。

在纤维片在高真空排水区域6中固化并且被真空伏辊7和块料破碎机8按压之后，纸张10以23％至27％之间的稠度离开成形桌。

正如之前所提到，在造纸机的湿端处的短环路系统是能减小或者增大流浆箱1的排水处的稠度的唯一系统。

正如所呈现的示例的质量平衡，图10中的一个质量平衡示出了离开流浆箱的0．8％稠度的质量平衡并且图11中的另一质量平衡示出了离开流浆箱的0．5％稠度的质量平衡。

重要地，在两个质量平衡中，下列操作参数完全相同：

流浆箱再循环：5．0％

以重量计第一清洁系统废弃物：2．0％

第一废弃物增厚因子：1．4

以重量计第二清洁系统废弃物：10．0％

第二废弃物增厚因子：4

造纸机速度：2000英尺每分钟

流浆箱宽度：200英寸

纸基重：26磅／1000平方英尺

在10处离开成形桌的纸张产量：624．0短吨每天

因此，在10处离开成形桌的产量在两个平衡中完全相同，如下：

纸张固体短吨每天：624

纸张稠度％：23

加仑每分钟：453

当离开流浆箱的稠度在0．5％而不是0．8％时，纸张成形更好，并且设备的性能在两个情形中完全不同。这两个平衡中的主要不同是在短环路系统内，如下：

STPD：短吨每天

GPM：加仑每分钟

％：稠度

通过将稠度从0．8％减小到0．5％，水力流已经平均增加了15,913GPM，并且固体平均增加了183STPD。为了使额外流体运动，需要增加风扇式泵24和筛27、32的马达的动力，并且在一些情况下需要改变设备。

由于多余流体，当在0．5％的低稠度工作时，需要更多化学制品；在区域4和5处的排水变得更困难。如果由于多余流体引起太多的湍流，会损坏流浆箱的性能；横流产生，这会导致不均匀的原料输送到纸张成形区。不能适当地起作用的流浆箱能在生成的纸张中产生很多缺陷。这种情况的最坏后果是当纤维不均匀地或者不一致地分散时导致的较差的成形。

通过在0．8％而不是0．5％的稠度下工作，到流浆箱的流动显著减少；减小了约15,913GPM。因此，需要较少蒸汽来将纸浆保持在其操作温度，这意为着在温度上下降5度对应807,946Btu／min的减小。应当注意，与使用燃料油来用于加热的公司相比，这意味着每年减少4640吨二氧化碳排放到大气，与使用天然气来用于加热的公司相比，每年减少大约416吨二氧化碳排放到大气。

如从图10和11中可以理解，除了上述之外，输送回水处理的多余的水19具有较少固体(少于1．8吨每天)。

例如，能在图12至19中看到本发明的一方面。在图13中，刀片36具有支撑刀片37A，支撑刀片37A具有两个重要功能，其一是与支撑刀片37一起保持成形织物与刀片36分开，另一更重要的功能是允许之前排出的水1D从支撑刀片37A下面经过。刀片36的出口侧具有斜表面36A，斜表面36A与成形织物11成0．1至10．0度之间的任一角度，来自纤维浆1A的排出的水将在支撑刀片37的下面经过，排出的水57将与再循环水62合并，从而形成连续增加流58，此流的大部分将被再次引入纤维浆1A，纤维浆1A将变成纤维浆流1B，纤维浆流1B具有低于流1A的稠度。通过打开或者关闭门38来控制稠度的减小，门38由底板63和支撑部64保持在适当位置。门38允许增大或者减小排出流42。通过关闭或者打开门38，流62变成所需的水平，因此，1B的稠度可以控制成产生在横向于造纸机的方向和造纸机方向上的均匀的纤维片。支撑刀片37和尾刀片39保持成形织物11与中央板35分开。成形织物11与中央板之间的缝隙总是被从纤维浆1A排出的水充满，并且，由于水的连续流动，在中央板35与成形纤维11之间的摩擦是最小的。排水区域56位于中央板35的端部，在此处，中央板35的表面远离成形织物11倾斜，并且具有倾斜的表面71可以具有0．1至10度的任何分离角度，然而优选地不超过7度。这种几何形状将水34从浆1B通过流线59、60以及61再循环从而通过水流58重新引入，如图13中所示。中央板35和底板63形成通道73，通道73被隔离件66分为两部分，该隔离件66允许由尾刀片39刮擦的排出的水34向前移向通道74，在此处，再循环流62与排水57合并从而形成射流58，射流58将被再次引入到纤维浆1A从而将1B的稠度降低到任何所需水平。由于通道73的形成，发生不同流速的两股流的合并并且在部段54产生高剪切效应。但是，应当注意到，门38控制排泄流42的量。由于使用根据本发明的系统设计产生的固有流动和高剪切效应，不需要增加风扇式泵24或者筛27、32的马达的动力。当前设计，例如，将中央板35和底板63分开来形成允许使当前排出的水再循环的通道73，使得当与传统系统相比较低的能耗。

在排水区域56之后，纤维浆1C的稠度与1A相同或者高于1A，这取决于由门38排出的水42的量。中央板35保持支撑刀片37，中央板35位于固定位置从而使中央板与成形织物11、进口刀片36、尾刀片39以及底板63之间保持特定距离，这些距离根据特定造纸机的过程需要进行设计，中央板35由一个、两个或者根据本身稀释、剪切、微活动性以及排水部段的需要的T形梁68进行固定。T形梁由螺栓65和隔离件66固定在适当位置。在排水部段处的中央板35的表面71与成形织物11脱离，并且斜面可以具有0．1至10度的任何分离角度，并且优选地不超过7度。

在图13、14、15、16、17、18、19中的中央板35和图20中的中央板53的长度根据特定造纸机的过程需要进行设计。中央板的长度还取决于造纸机速度、基重以及所需稠度降低的量。

图21示出了在纸张成形区域4中的重力和动力排水处的新发明75的位置；图22示出了纸张成形区域4中的重力和动力排水处的新发明75的具体位置。

图23示出了在纸张成形区域4中的重力和动力排水处的新发明76的位置；图24示出了纸张成形区域4中的重力和动力排水处的新发明76的具体位置。

安装在纸张成形区域4中的重力和动力排水处的新发明排出了在流浆箱处降低纤维浆稠度的必要性，并且，因此，将提供使用传统系统(在整个系统中减小稠度)进行工作相同的优势。

当造纸机在低稠度下工作时，纸张成形物理性能和生产力中的新发明所获得的优势的示例是图12中的质量平衡。所述优势可以通过使用如在图21、22、23以及24中的每个图中安装的新发明——而不是传统系统——进行工作来获得。

图12呈现了具有新发明的质量平衡。使用新发明进行工作的优势如下：

I．当使用新发明进行工作时，比用传统系统工作降低能耗。

II．不需要改变当前设备，诸如机器或者管道系统的大型设备。

III．减少对大气的排放，因为需要较少的蒸汽和燃料来加热纤维浆。

IV．更有利于环境，因为更少的固体被输送至水处理单元。

V.在水系统中有更少固体。

VI．更少的化学制品的使用。

VII．当使用新发明进行工作时，比使用传统系统进行工作获得更好的纸张质量，因为新发明除了减小稠度之外还同时产生造纸所需的三个水力过程。

VIII．由于不超出设计流量，因此当用新发明进行操作时，在诸如流浆箱1、筛27和32的机器内部的设计操作速度总是在设计限制内。

IX．使用新发明使纤维损失更少。

X．使相同排水在刚离开成形织物之后而未离开成形桌的情况下进行再循环。

X1．没有来自其它源的纤维污染物；此优势使过程更稳定。

XII．在成形部段4中没有温度变化。

XIII．没有空气陷入系统中。

XIV．保持力无变化。

XV．易于改变纸张等级，因为新发明内部的容量是少量的。

XVI．为连续再循环活塞流。

XVII．表面69的径向设计使流58均匀，这减小了在横向于造纸机的方向上的纤维片可变性，如图30中所示。

XVIII．在刀片的前期阶段中没有过滤过程。

XIX．减小了驱动线的动力，因为线与刀片之间的摩擦力限制到最小，并且减小了成形桌的顶部上的总流动。

XX．由于有连续的水流，因此在刀片上没有污垢堆积。

XXI．在线上的纤维重新分配并且用相同水致动。

XXII．增加了纤维保持力。

XXIII．改进了成形。

XXIV．纸张的方形按所需控制。

XXV．还控制了排水。

XXVI．在纸张的厚度上纤维均匀地分布。

XXVII．纸的物理性能按其所需进行改进或者控制。

图25示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，具有在成形织物11与中央板48之间的恒定缝隙D1。

图26示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，具有在成形纤维11与中央板49之间的递增的缝隙D2、D3和D4。

图27示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，具有在成形织物11与中央板50之间的偏移平表面72。

图28示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，具体描述了在成形织物11与中央板50之间的偏移平表面，表面72A通过台阶72与表面72B偏移，文中所述的水力作用在Cabrera的专利申请公开号为US2009／0301677A1的“纤维片成形装置和保持形成纸张所需的水力过程的方法(FIBER MAT FORMING APPARATUSAND METHOD OF PRESERVING THE HYDRODYNAMICPROCESSES NEEDED TO FORM A PAPER SHEET)”中所描述。

图29示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，具有在中央板52的排水区域处的枢转点从而控制活动性和排出的水量。枢转点允许部分52A按过程所需进行调整。

图30示出了具有自稀释、多重剪切、微活动性以及排水部段的新发明，其不同部段的具体说明如下：

A．自稀释和剪切部段54：

此部段在支撑部37的前边缘开始并且在径向部段69的端部结束。此部段的长度取决于机器速度以及引入到纤维浆1A的水58的量。射流58由射流57和62构成，并且射流62遵循通道74的路径，这允许具有连续和均匀的流动，连续和均匀的流动随后将与流57合并并且被输送至成形织物11中从而成为流动1B。射流62的量由通过门38排泄的水42的量进行控制。

高剪切作用通过控制流1A与流58之间的不同速度在此部段形成，在这些流合并之后，流1A中的大量稀释发生并且微活动性开始。表面69的径向设计使流58均匀，这减小了在造纸机的横向方向上的纤维片的变化。

自稀释和剪切部段的长度取决于造纸机速度、基重以及稠度的下降。

B．低稠度微活动性区55

如在本文献的前文以及在Cabrera的专利申请公开号为US2009／0301677A1的“纤维片成形装置和保持形成纸张所需的水力过程的方法(FIBER MAT FORMING APPARATUS AND METHOD OFPR ESERVING THE HYDR ODYN A MIC PR OCESSES NEEDED TOFORM A PAPER SHEET)”中所述的，中央板35的表面70可以具有不同构型。中央板35的表面70与线11之间存在缝隙，此特征允许在其之间具有引起微活动性和剪切作用的水，在此部段处获得最低稠度。

在低稠度部段处的微观运动的长度将取决于造纸机速度、基本质量以及纤维类型。

C．排水56：

在图30和31中的射流59发生在中央板35的最后部段中。中央板35的在排水部段处的表面71偏离成形织物11。斜面可以具有0．1至10度的任何分离角度，优选地不超过7度。排水部段的长度将取决于所要排出的流量。流59通过通道77继续成为流60，通道77位于中央板的最后部分与尾刀片39之间。设计通道77从而避免纤维缠绕(stapling)并且具有最小摩擦损失，射流通过通道73继续。

为防止线11偏斜并且接触中央板，添加第二支撑刀片37B，如图31中所示。在中央板35的表面70的端部处，连续地紧接有径向表面71A从而保持射流59与中央板35连续接触(避免流分开)。

图32示出新发明的自稀释和剪切部段处的水力的具体描述。支撑刀片37防止线偏斜并且与中央板53接触，从纤维浆1B上排出的射流从支撑刀片下方经过并且继而再引导至纤维浆，在此处发生剪切作用。

图33呈现保持中央板35的几何形状的具体说明。例如，螺栓65和隔离件66可以使用在底板63与中央板35之间从而帮助形成通道73。

在如图34中示出的替代的实施方式中，例如，T形梁68和隔离件66可以用在底板63与中央板35之间从而保持中央板35并且形成通道73。

图35示出T形梁68的几何结构的具体说明。出口68A之间的距离68B在4至10英寸之间变化，距离68B针对每个造纸机具体地进行设计。距离L1和L2相等，此部段是与隔离件66或者箱的主结构直接连接的部分。距离L3和L4彼此不同，在此情况下L3大于L4，但是可以是不背离该原理的其它方式。T形梁68C的头部在该情况下是与中央板35直接连接的部分，或者可以是与任一刀片直接连接的部分，由于距离L3与L4的不同，中央板35和／或任一刀片将仅在一个方向上滑动。

图36、37、38以及39示出了新发明的水力性能的具体方式。在图36中，由刀片36和支撑刀片37A产生的作用在Cabrera的专利申请公开号为US2009／0301677A1的“纤维片成形装置和保持形成纸张所需的水力过程的方法(FIBER MAT FORMING APPARATUS ANDMETHOD OF PRESERVING THE HYDRODYNAMIC PROCESSESNEEDED TO FORM A PAPER SHEET)”中进行描述，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。射流57与射流62合并以在支撑刀片37下方流过从而形成58被再引入到纤维浆1A，由不同速度的两股流的合并产生的高剪切作用在部段54中产生，应注意到，门38控制排泄流42的量。

图38和39示出排水过程的具体说明，其中，表面71倾斜离开成形织物11，斜面可以具有0．1至10度的任何分离角度，但是优选地不超过7度。这种几何结构由于潜在的能量损失而产生真空，并且排出的水沿流线60和61的路径。为防止支撑刀片37和尾刀片39的距离大并且成形织物11接触中央板35，可以安装额外的支撑刀片37B，安装径向表面71A从而避免流59与中央板35分离，流通过通道77继续并且继而到通道73。

尽管已经结合认为是最实用和优选的实施方式对本发明进行描述，但是应当理解，本发明不限制于公开的实施方式，相反地，本发明意于覆盖包含随附权利要求的精神和范围内的多种改型和等价布置。

Claims (19)

1.一种用于降低包含在造纸机的成形桌上的液态悬浮液中的纤维的稠度或密度的装置，所述装置包括：

成形织物，纤维浆传送到所述成形织物上，所述成形织物具有外表面和内表面；

主刀片，所述主刀片具有前缘支撑表面，所述前缘支撑表面与所述成形织物的所述内表面滑动接触；以及

中央板，所述中央板包括所述成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，其中，所述中央板与底板分开预定距离以形成用于流体的至少一部分的再循环的通道。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中央板的顶表面包括一个或者更多个台阶，所述一个或者更多个台阶构造成产生受控制的湍流或者微活动性区域。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或者更多个支撑刀片，其中，所述一个支撑刀片将织物与所述主刀片或者所述中央板分开并且形成通道，所述通道将从纸料排出的液体引导至受控制的区域中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中央板的后缘从所述织物倾斜大约0．1至10度的范围内的角度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中央板包括在所述中央板的顶面上的一个或者更多个汇流部段或者分流部段。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中央板包括一个或者更多个枢转点，所述中央板的一部分可以围绕所述一个或者更多个枢转点旋转。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述至少一个枢转点定位成使得所述排水部段的角度能够在所述枢转点处改变。

8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述支撑刀片由隔离件和螺栓设定在适当位置。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成形织物的所述内表面与所述中央板的顶面之间的距离是一致的或者不一致的。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中央板利用隔离件和螺栓或者利用隔离件和T形梁与所述底板分开预定距离。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置构造成允许排出的液体被再次用于所述成形过程中的至少一部分成形过程中从而产生所需的水力作用。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个刀片或者箔片，所述至少一个刀片或者箔片构造成产生水力压力，所述水力压力对所述纤维浆除液体，所述水力压力由真空产生。

13.根据权利要求2所述的装置，其中，根据所述纤维浆的厚度和所述系统的速度来确定所述台阶的尺寸。

14.一种用于降低包含在造纸机的成形桌上的液态悬浮液中的纤维的稠度或密度的系统，所述系统包括装置，所述装置包括：

成形织物，纤维浆传送到所述成形织物上，所述成形织物具有外表面和内表面；

主刀片，所述主刀片具有前缘支撑表面，所述前缘支撑表面与所述成形织物的所述内表面滑动接触；以及

中央板，所述中央板包括所述成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，其中，所述中央板与底板分开预定距离以形成用于流体的至少一部分的再循环的通道。

15.一种用于降低造纸机的成形桌上的纤维悬浮液的稠度或密度的方法，所述方法：

提供成形织物，纤维浆传送到所述成形织物上，所述成形织物具有外表面和内表面；

提供主刀片，所述主刀片具有前缘支撑表面，所述前缘支撑表面与所述成形织物的所述内表面滑动接触；以及

提供中央板，所述中央板包括所述成形桌的自稀释、剪切、微活动性或者排水部段中的至少一部分，

其中，所述中央板与所述成形桌的底板分开预定距离以形成用于液体的至少一部分的再循环的通道。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括

使所述中央板的至少一部分围绕至少一个枢转点旋转。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括：

在所述枢转点中的一个或者更多个枢转点处改变所述排水部分的角度。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括：

在所述成形过程中的至少一部分成形过程中重新使用排出的液体从而产生所需的水力作用。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括：

构造至少一个刀片或者箔片以产生水力压力，所述水力压力对所述纤维浆除液体，所述水力压力由真空产生。

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