CN103770185A - 用于精炼木质纤维素材料的具有短凹槽节段的精炼机板及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在主要表面具有全部隔断或部分隔断的凹槽的精炼机板节段和精炼机板，其可以控制经过精炼机中的精炼板之间的木质纤维素材料的流动性能。隔断的凹槽形成凹槽节段，而且每一个凹槽节段具有不超过约30mm或其子范围的长度。

Description

用于精炼木质纤维素材料的具有短凹槽节段的精炼机板及相关方法

相关申请

本发明要求2012年10月18日申请的美国临时专利申请第61/715,398号的权益，其通过引用结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及精炼机，例如但不限于盘式精炼机、锥型精炼机、圆柱型精炼机、双盘式精炼机、双锥型精炼机以及双圆柱型精炼机或类似的设备及其板和板节段，更具体地，涉及限定了这些精炼机板或精炼机板节段的精炼元件的磨条（bars）和凹槽的形状。

背景技术

通过机械精炼机或类似设备精炼木质纤维素材料例如木屑、锯屑以及其它木质或植物纤维材料，机械精炼机或类似设备将纤维与形成木质纤维素材料的纤维网格分开。用于木质纤维素材料的精炼机装配有精炼机板或精炼机板节段，其布置形成精炼机芯（filling）。精炼机板也被称为“盘”。在精炼机中，两个相对的精炼表面（板）被安置成使得至少一个精炼机板相对于另一个精炼机板旋转。在这方面，可能存在一个精炼机板被保持基本固定，其通常被称为“定子”。另一个旋转的精炼机板通常被称为“转子”。

待精炼的木质纤维素材料流动通过其中一个精炼机板的中心入口并进入两个精炼机板或表面之间的间隙。当一个或两个精炼机板旋转时，离心力向外移动木质纤维素材料通过间隙并且朝向精炼机板的外围。

精炼机板的相对的精炼表面包括具有磨条和凹槽的环形部分。凹槽提供了通道，通过该通道，材料在精炼机板的表面之间的平面上移动。木质纤维素材料也从凹槽移动出平面并越过磨条。当木质纤维素材料移动越过磨条时，木质纤维素材料进入相对的精炼机板的交叉磨条之间的精炼间隙。磨条的交叉将力施加到精炼间隙中的木质纤维素材料，该力能够用来分离木质纤维素材料中的纤维。精炼间隙中力的重复应用将木质纤维素材料精炼成分离的和精炼的纤维浆体，或者应用塑性变形纤维以增加纤维的结合强度，或者产生精细并较短的纤维，这取决于应用。

用于精炼木质纤维素材料的精炼机板在本技术领域中是已知的，例如美国专利第7,896,276号、第7,712,694号以及第6,032,888号中所记载的。

发明内容

本发明所公开的实施例可以包括用于在具有相对的精炼机板的精炼机中机械地精炼木质纤维素材料的全部（fully）隔断的精炼机板。全部隔断的精炼机板包括精炼机板的主要表面上的至少一个精炼区域、在精炼区域中的至少一种类型的凹槽、以及在所有或基本上所有的凹槽中的至少一个全高度的隔断部。全高度的隔断部是位于凹槽中的隔断部从而使得隔断部的底部是凹槽的基本上平坦的底部表面，而且隔断部的顶部与精炼机板的表面或磨条的顶部处于相同的高度。精炼机板的表面上的隔断的凹槽形成凹槽节段，并且每一个凹槽节段具有不超过约30mm、约25mm、约15mm、约10mm或者约5mm的长度。在本发明中所使用的术语“基本上”和“约”指的是在5%至10%或更小范围内的变化。

另一个实施方式可以包括用于在具有相对的精炼机板的精炼机中机械地精炼木质纤维材料的部分隔断的精炼机板。部分隔断的精炼机板包括精炼机板的主要表面上的至少一个精炼区域、在精炼区域中的至少一种类型的凹槽、以及在至少一个凹槽中的至少一个全高度的隔断部。精炼机板上的隔断的凹槽形成凹槽节段，并且每一个凹槽节段具有不超过约30mm、约25mm、约15mm、约10mm或者约5mm的长度。

使用本发明实施例的典型的方法可以包括从精炼机板或表面的内边缘将木质纤维素材料进给到一组相对的精炼机板之间的精炼间隙中、在特定的精炼机板组之间精炼木质纤维素材料以及在精炼机板的外边缘接收精炼过的木质纤维素材料，其中，木质纤维素材料由包括至少一个长度不超过约30mm的凹槽节段的精炼机板精炼。

某些实施方式还可以在精炼机板的表面上包括两种类型的隔断凹槽。其它实施例还可以在精炼机板中包括用来使纤维屑脱水的孔。

附图说明

图1是精炼机板的全部隔断的精炼机板节段的视图；

图2是大体上是矩形的第一种凹槽类型的横截面视图；

图3是大体上是矩形的第一种凹槽类型的三维视图；

图4是全部隔断的精炼机板的部分放大视图；

图5是精炼机板的部分隔断的精炼机板节段的视图；

图6是大体上是梯形的第二种凹槽类型的横截面视图；

图7是大体上是梯形的第二种凹槽类型的三维视图；

图8是部分隔断的精炼机板的部分放大视图；

图9是完全组装的精炼机板的示意图。

具体实施方式

精炼机板节段可以用在例如用于精炼低稠度（或者高游离度）的木质纤维素材料的精炼机器中。低稠度通常是指在供给到精炼机的木质纤维素材料和液体（浆体）的组成中，固体含量低于6%（重量比），或者浆体的固体含量甚至小于5%或2%（重量比）。精炼机板节段也可以用于在供给到精炼机的木质纤维素材料和液体（浆体）的组成中，固体含量在大约6%至大约12%（重量比）之间的中等稠度精炼。在某些方面，磨条和凹槽的构造可以应用到各种精炼机几何体，例如盘式精炼机、锥型精炼机、双盘式精炼机、双锥型精炼机、圆柱型精炼机以及双圆柱型精炼机或类似的设备。

本发明涉及的理念是精炼机（以及用在精炼机中的精炼机板）可以以类似于离心泵的方式运行，即使不是有效率的离心泵，其中，转子可比得上离心泵的叶轮，定子像泵的所谓护罩起作用（例如，在叶轮与泵壳体之间的空间）。

本发明的某些方面可以应用到任何精炼机板设计，包括直的（或者基本上平行的）磨条设计和对数螺线（logarithmic spiral）磨条设计。

传统地，绝大多数的精炼机板在定子和转子上使用相同的设计，这意味护罩像泵轮一样形成。人们相信用于精炼机板的对数螺线设计具有液压优越性的（例如，在相同流速时有更高的压力增加），归因于对数螺线几何体的径向本质的效果，没有技术（对数螺线或直的设计）认为护罩（例如定子）的功能和构造和其对液压机的性能、精炼机、以及护罩（例如定子）与叶轮（例如转子）之间的相互作用的影响特别重要。

本发明可以涉及来自离心泵的观察研究。离心泵设计认为护罩内的流动特性重要。用于这些流动的术语是“渗漏”。护罩的尺寸和形状（间隙）以及流动的方向对下述事项起作用：（a）摩擦损失，其导致（i）增加的功率消耗（例如，比得上精炼机的待机功率）和（ii）降低的压头（Δp，越过精炼机的压力增加），以及（b）叶轮上的力，例如（i）冲击将被轴承消耗的力并因此影响轴承组件的设计和安全系数以及（ii）影响低稠度精炼机中的转子上的力，其通过转子产生的运动影响精炼间隙的稳定性（双盘式精炼机中的不均匀的精炼）。对于低稠度精炼机，这些效果可能表现为增加的待机功率、较低的压力增加以及由于间隙不稳定性导致的不平衡精炼动作。

在一个方面，某些实施例通过优化泵的护罩并因此优化低稠度精炼机的转子-定子相互作用可以优化精炼机的液压性能，使其具有下述预期的优点中的一个或者多个：（i）较低的功率消耗，（ii）较好的液压效率（较高的Δp），以及（iii）在双盘式精炼机的情况下通过平衡转子改善间隙稳定性。

至于离心泵，人们相信通过护罩的未受扰动的向内流动是副作用的主要原因。在泵壳体中，可能具有有限的响应这些副作用的能力，努力倾向于集中在估算其影响。对于低稠度精炼机，然而，护罩可以影响性能并且使与材料的向内流动相关的副作用最小化。定子板的磨条可以像离心泵中的护罩一样起作用，而不是光滑的壁，因此，磨条的布置和设计，虽然适合于传送精炼运动，也可以用来影响护罩性能。相同的设计和效果可以应用到中等稠度的精炼机。

因为人们相信低性能问题的根源可能是泵的护罩内的向内流动，本发明涉及使开槽的延长伸展最小化。阻止流体在精炼机板的凹槽中加快速度。这通过在每一个凹槽内实施一系列全高度的隔断部以及控制凹槽的长度来实现。

在某些实施例中，与传统的转子板相比，转子板磨条和凹槽模式可以被要求用于不同的任务。由于液压性能增加，作为优化定子的结果，能耗降低和较好的叶轮平衡，转子现在可以设计成节制和调节精炼机板的液压势能以适应应用。对于这个任务，有三个选择可以利用：（i）被全部隔断的转子板（其可以适合于低流动要求），（ii）被部分隔断的转子板（其可以适合于平均的流动要求），以及（iii）根本没有隔断部的转子板（其可以适合于最大的流动要求）。根本没有隔断部的转子板可以与传统的精炼机板基本相同。在另一个实施例中，定子板也可以设计成具有与转子板相同的三个选择。

转子和定子设计可以用在低稠度精炼机中，其中，纸浆具有的固体含量在被供给到精炼机的木质纤维素材料和液体（浆体）的组成中小于6%，甚至浆体的固体含量小于5%或者2%。设计还可以用在中等稠度精炼机中，其包括类似流体的介质，其中，被供给到精炼机的木质纤维素材料和液体（浆体）组成中，纸浆具有的固体含量在约6%至约12%之间。

图1中显示了隔断的精炼机板节段100的一实施例，其中，精炼机板节段100具有内边缘110以及外边缘120。隔断的精炼机板节段100还具有一系列螺栓孔130，其使得精炼机板节段能够被有效地稳固在精炼机内。隔断的精炼机板节段100具有进料区101、第一精炼区域102以及第二精炼区域103。待被精炼机板精炼的进料将从内边缘110供给到进料区101，朝着外边缘120径向地前进。

图1示出了精炼机板的典型的隔断的精炼机板节段100，其包括在第一精炼区域102、或者在第二精炼区域103、或者同时在第一精炼区域102和第二精炼区域103具有至少一个全高度的隔断部的所有的或基本上所有的（例如大于90％或95％）凹槽。在图1中，由线B标记第一种类型的隔断凹槽，其在图2中的A方向上的放大横截面视图中被进一步详细地示出。

在实施例中，第一凹槽类型150由隔断部160分隔开，并且具有不超过约30mm、约25mm、约15mm、约10mm或者约5mm的长度X（如图2中所示）。全高度的隔断部是位于凹槽中的隔断部，其中，隔断部的底部是凹槽的大体上平坦的底部表面，而且隔断部的顶部大体与精炼机板节段的磨条（bar）140或表面处于相同的高度。在这个实施例中，两种凹槽类型，即第一凹槽类型150和第二凹槽类型180，而且隔断部160以重复的模式连续地布置。磨条140位于凹槽（第一凹槽类型150以及第二凹槽类型180）和隔断部160的行（line）之间。

图3以三维视图显示了第一凹槽类型150的实施例。第一凹槽类型150可以包括基本上平坦的底部表面151，以及相对于底部表面151，倾斜的第一短侧面152，第一基本上垂直的长侧面154，第二基本上垂直的长侧面155以及基本垂直的短侧面156，其中，所述倾斜的第一短侧面152在倾斜的第一短侧面152的与邻接于底部表面151的边缘相对的边缘上具有基本上垂直的唇缘153。在一个实施例中，倾斜的第一短侧面152可以具有相对于底部表面151的角度θ1。角度θ1可以不大于约90度、约75度、约45度、约30度或者约15度。第一凹槽类型150在B方向上的横截面是大体上矩形的形状。

图4显示了隔断的精炼机板节段100的部分放大视图。第一凹槽类型150和隔断部160以重复模式沿着对数线（logarithmic lines）连续地布置，形成凹槽的对数线。第二凹槽类型180和隔断部160也以重复模式沿着与第一凹槽类型150和隔断部160的一系列对数线平行的对数线布置。磨条140位于凹槽（第一凹槽类型150和第二凹槽类型180）的对数线之间。

本发明的实施例可以包括仅使用位于对数凹槽线上的隔断部160之间的第一凹槽类型150或第二凹槽类型180中的一种类型。凹槽线还可以是具有平行磨条140的直线模式。本发明的附加实施例可以具有交替的重复模式，其中，第一凹槽类型150和第二凹槽类型180沿着直的或对数凹槽线交替位于隔断部160之间。

本发明的另一个实施例可以是部分隔断的，例如，在图5中显示的部分隔断的精炼机板节段200（在其它的附图中类似的元件具有类似的附图标记）。部分隔断的精炼机板节段200具有内边缘210和外边缘220。部分隔断的精炼机板节段200还具有一系列螺栓孔230，其使得精炼机板节段能够被有效地稳固在机械精炼机内。部分隔断的精炼机板节段200具有进料区210、第一精炼区域202以及第二精炼区域203。将被精炼机板精炼的进料将从内边缘210供给到进料区201，朝着径向外围的外边缘向外地前进。

典型的部分隔断的精炼机板节段200包括部分隔断的凹槽（例如，约10%至约90%之间的凹槽被隔断，优选地约25%至约75%之间的凹槽，更加优选地约35%至约60%之间的凹槽）、第一精炼区域202中的未隔断凹槽以及第二精炼区域203中的未隔断凹槽。当存在时，隔断部是全高度的隔断部。在图5中，由线B标记第二凹槽类型180，其在图6中的A方向上的放大横截面视图中被进一步详细地示出。在实施例中，第二凹槽类型180由隔断部160分隔开，而且具有不超过约30mm、约25mm、约15mm、约10mm或约5mm的长度Y（如图6中所示）。

图7以三维视图显示了第二凹槽类型180的实施例。第二凹槽类型180可以包括基本上平坦的底部表面181，以及相对于底部表面181，倾斜的短侧面182，第一倾斜的长侧面183，第二倾斜的长侧面184，以及沿着三个倾斜侧面（182、183和184）的、在三个倾斜侧面中的每一个的与每一个倾斜侧面的邻接于底部表面181的边缘相对的边缘上的基本上垂直的唇缘185。第二凹槽类型180还包括基本上垂直的短侧面186。

在实施例中，倾斜的侧面（182、183和184）可以具有相对于每一个倾斜侧面的角度：倾斜的第一短侧面182相对于底部表面181的的角度θ2，第一倾斜长侧面183相对于底部表面181的的角度θ3，以及第二倾斜长侧面184相对于底部表面181的的角度θ4。每个角度可以是不超过约90度、约75度、约45度、约30度、约15度的类似或可区别的倾斜度数。第二凹槽类型180在B方向上的的横截面是大体上梯形的形状。

在图8中显示了部分隔断的精炼机板节段200部分放大视图。第一凹槽类型150和隔断部160遵循对数形状以重复模式连续地布置。第二凹槽类型180和隔断部160也可以存在在该实施例中，并且可以遵循对数形状以重复模式连续地布置。磨条140位于包括具有隔断部160的第一凹槽类型150和具有隔断部160的第二凹槽类型180的凹槽的对数线之间。第一未隔断的凹槽类型260和第二未隔断的凹槽类型270可以与包括第一凹槽类型150、第二凹槽类型180以及隔断部160的凹槽线平行。部分隔断的精炼机板节段200可以提供比基本上隔断的精炼机板节段100更快的流速。

供选择地，设计可以包括钻入或铸入精炼机板的形状为例如圆形、矩形和三角形的一系列孔，从而创造用于精炼过程中纤维屑脱水的凹槽，同时不允许连续的向内流动通过定子。孔可以具有的直径或宽度不大于约15mm、约10mm、约5mm、约3mm或约2mm。

图9显示了包括六个精炼机板节段的完全组装的精炼机板的示意图。精炼机板节段可以是上面所述的全部隔断或部分隔断的精炼机板节段。精炼机板可以具有形成精炼机板的更多或更少的节段，包括例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个节段。

在某些方面，本发明因此涉及减轻关于双盘式精炼机中转子平衡的问题。本发明还可以导致较低的能耗以及精炼机中改进的水力学例如包括流体介质的低稠度精炼机、中等稠度精炼机。

本发明可以涉及定子板的特殊构造，可以通过在精炼机板上以不大于约25mm至约30mm的间隔使用隔断部或者通过使用产生具有不大于约25mm至约30mm的凹槽节段的设计的交替定子设计可以实现上述特殊构造。定子设计可以要求调整转子以适应应用的液压需求，这可以通过使用板设计例如全部隔断的、部分隔断的或规则的精炼机板设计来实现。

本发明的方面可以允许重要的待机节能，可以提供管理转子-定子组合的水流容量的工具，并且可以减少与双盘式低稠度精炼机中的转子中心的问题相关的潜在问题。

虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明不限于在此公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包含在随附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。精炼机板和精炼机板节段的设计不限于在此描述的实施例。其他实施例可以包括基本上直的凹槽和磨条、和/或其它组合。

Claims (21)

1.一种隔断的精炼机板节段，其用于在具有相对的精炼机板的精炼机中机械地精炼木质纤维素材料，所述精炼机板节段包括：

至少一个精炼区域；

在所述至少一个精炼区域中的多个凹槽；以及

在所有或基本上所有的凹槽中的多个全高度的隔断部；

其中，在所有或基本上所有的凹槽中的所述全高度的隔断部在全高度的隔断部之间限定凹槽节段，所述凹槽节段具有不超过约30mm的长度。

2.如权利要求1所述的隔断的精炼机板节段，其中，精炼机板节段包括至少一个凹槽节段，该至少一个凹槽节段具有由基本上是矩形的第一相邻隔断部的第一面所限定的一个短侧面，并且具有由第二相邻隔断部的第二面所限定的一个倾斜的短侧面。

3.如权利要求1所述的隔断的精炼机板节段，其中，精炼机板节段包括至少一个凹槽节段，该至少一个凹槽节段具有由基本上是梯形的第一相邻隔断部的一面所限定的一个短侧面，并且具有由第二相邻隔断部的一面所限定的一个倾斜的短侧面。

4.如权利要求1所述的隔断的精炼机板节段，其进一步包括钻入或铸入精炼机板节段的一个或者多个孔，从而创造用于精炼过程中纤维屑脱水的凹槽，所述一个或者多个孔具有不大于约15mm的直径。

5.如权利要求1所述的隔断的精炼机板节段，其中，所述凹槽和隔断部以重复的模式连续地布置，并且凹槽和隔断部形成至少一个直线模式，该直线模式具有平行地位于凹槽和隔断部的直线之间的磨条，或者凹槽和隔断部形成对数模式，该对数模式具有位于凹槽和隔断部的对数模式之间的磨条。

6.一种部分隔断的精炼机板节段，其用于在具有相对的精炼机板的精炼机中机械地精炼木质纤维素材料，所述精炼机板节段包括：

至少一个精炼区域；

在所述至少一个精炼区域中的多个凹槽；以及

在所述至少一个凹槽中的至少两个全高度的隔断部；

其中，所述全高度的隔断部在全高度的隔断部之间限定凹槽节段，每个凹槽节段具有不超过约30mm的长度。

7.如权利要求6所述的部分隔断的精炼机板节段，其中，在精炼区域中的凹槽的约10%至约90%包括多个全高度的隔断部。

8.如权利要求6所述的部分隔断的精炼机板节段，其中，精炼机板节段包括至少一个凹槽节段，该至少一个凹槽节段由基本上是矩形的第一相邻隔断部的第一面所限定的一个短侧面，并且具有由第二相邻隔断部的第二面所限定的一个倾斜的短侧面。

9.如权利要求6所述的隔断的精炼机板节段，其中，所述凹槽和隔断部以重复的模式连续地布置，并且凹槽和隔断部形成至少一个直线模式，该直线模式具有平行地位于凹槽和隔断部的直线之间的磨条，或者凹槽和隔断部形成对数模式，该对数模式具有位于凹槽和隔断部的对数模式之间的磨条。

10.如权利要求6所述的部分隔断的精炼机板节段，其中，精炼机板节段包括至少一个凹槽节段，该至少一个凹槽节段具有由基本上是梯形的第一相邻隔断部的一面所限定的一个短侧面，并且具有由第二相邻隔断部的一面所限定的一个倾斜的短侧面。

11.如权利要求6所述的部分隔断的精炼机板节段，其进一步包括钻入或铸入精炼机板节段的一系列孔，从而创造用于精炼过程中纤维屑脱水的凹槽，所述孔具有不大于约15mm的直径。

12.一种精炼机板，其用于机械地精炼木质纤维素材料，所述精炼机板包括：

有效地附接从而形成圆形的多个精炼机板节段；

其中，精炼机板节段中的每一个包括磨条、凹槽以及多个全高度的隔断部，所述多个全高度的隔断部位于所述凹槽中从而在两个全高度的隔断部之间限定凹槽节段；以及

其中，至少一个凹槽节段具有不超过约30mm的长度。

13.如权利要求12所述的精炼机板，其中，位于精炼机板的精炼机板节段上的凹槽是由全高度的隔断部基本上隔断的凹槽，或者是由全高度的隔断部部分隔断的凹槽。

14.如权利要求13所述的精炼机板，其中，部分隔断的精炼机板节段包括由两个全高度的隔断部限定的凹槽节段，而且，精炼区域中的凹槽的约10%至约90%包括多个全高度的隔断部。

15.如权利要求12所述的精炼机板，其中，所述凹槽、隔断部和磨条以重复的模式连续地布置，并且凹槽和隔断部形成至少一个直线模式，该直线模式具有平行地位于凹槽和隔断部的直线之间的磨条，或者凹槽和隔断部形成对数模式，该对数模式具有位于凹槽和隔断部的对数模式之间的磨条。

16.一种在具有相对的精炼机板的精炼机中机械地精炼木质纤维素材料的方法，所述方法包括下述步骤：

将木质纤维素材料通过精炼机板的内边缘进给到一组相对的精炼机板之间的精炼间隙，其中，所述精炼机板组包括至少一个精炼机板，该至少一个精炼机板包括至少一个精炼机板节段，所述精炼机板节段包括由两个全高度的隔断部所限定的具有不超过约30mm长度的至少一个凹槽节段；

在精炼机板组之间精炼木质纤维素材料；以及

从精炼机板的外边缘接收精炼过的木质纤维素材料。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在相对的精炼机板的至少一个上的凹槽是由全高度的隔断部基本上隔断的凹槽，或者是由全高度的隔断部部分隔断的凹槽。

18.如权利要求17所述的方法，其中，部分隔断的精炼机板节段在包括多个全高度的隔断部的精炼区域中包括约10%至约90%的凹槽。

19.一种具有相对的精炼机板且用来精炼木质纤维素材料的机械精炼机，所述精炼机包括：

转子精炼机板；以及

定子精炼机板，其具有与转子精炼机板相对的主要表面；

其中，转子精炼机板和定子精炼机板中的一个包括至少一个精炼机板节段，而且精炼机板节段包括长度不超过约30mm的至少一个凹槽节段。

20.如权利要求19所述的机械精炼机，其中，精炼机板节段上的凹槽是由全高度的隔断部基本隔断的凹槽，或者是由全高度的隔断部部分隔断的凹槽。

21.如权利要求20所述的机械精炼机，其中，部分隔断的精炼机板节段包括由两个全高度的隔断部限定的凹槽节段，而且，精炼区域中的凹槽的约10%至约90%包括多个全高度的隔断部。

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