CN106103843B - 精磨机中的纤维流均衡化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于离解含纤维木质素的物料的精磨机用的精磨段(1)具有精磨表面，精磨表面包括一组第一棒条(10)和第二棒条(20)，每一根第一棒条和第二棒条具有指向精磨段的入口区(2)的方向的第一端(10‑1、20‑1)以及指向精磨段的精磨区(3)的方向的第二端(10‑2、20‑2)，其中，第一棒条(10)的第二端(10‑2)与第二棒条(20)的第一端(20‑1)交错以形成在第一棒条(10)之间的第一凹槽(30‑1)以及在第二棒条(20)之间的第二凹槽(30‑2)。第一棒条(10)的第二端(10‑2)具有从第一棒条的上表面向第二凹槽(30‑2)的底部向下递减的各自导向面(Rl)，而第二棒条(20)的第一端(20‑1)具有从第一凹槽(30‑1)的底部向上递增到第二棒条(20)的上表面的各自导向面(R2)，使得第一和第二导向面(R1、R2)形成基本上横穿第一和第二棒条(10、20)的均衡凹槽(40)，其中，均衡凹槽(40)构造成缓冲并将物料流从第一凹槽(30‑1)分配到第二凹槽(30‑2)的一个或多个中。

Description

精磨机中的纤维流均衡化的方法和装置

技术领域

本发明总的涉及纤维精磨机，并且具体地说，涉及促进在这种精磨机中的纤维流的均衡化。

背景技术

用于制造机械纸浆的精磨机通常包括相对定位并且相对于彼此旋转的一个或多个精磨件。固定的、即静止的精磨件被称作精磨机的定子，而旋转或可旋转精磨件被称作精磨机的转子。在盘式精磨机中，精磨件是圆盘状的，而在锥形精磨机中，精磨件是圆锥形的。除了盘式精磨机和锥形精磨机外，还有被称作圆盘-圆锥形精磨机，其中，圆盘状精磨件首先出现在待离解物料的流向上并且在该圆盘状精磨件之后，待离解物料在圆锥形精磨件之间进一步精磨。此外，还有圆柱形精磨机，其中，精磨机的定子和转子两者都是圆柱形精磨件。

精磨件的精磨表面由棒条形成，即由棒条和叶片凹槽形成，该叶片凹槽即棒条之间的凹槽。棒条的作用是离解木质纤维素物料，而凹槽的作用是输送不仅待离解物料而且已经在精磨表面上离解的物料。在代表最常用精磨机类型的盘式精磨机中，待精磨物料通常通过在定子中间的开口、即在定子的精磨表面的内周缘上的开口馈馈送到圆盘的精磨表面之间的空间，即到叶片间隙。精磨过的物料从叶片间隙、从精磨盘的精磨表面的外周缘排出，以在纸浆制造过程中被向前馈送。精磨盘的精磨表面可以要么是直接形成在精磨盘上的表面，要么它们形成为单独叶片段，这些单独叶片段以这样的方式定位成彼此相邻，即：每个叶片段形成连续精磨表面的一部分。对于圆锥形精磨机也是如此。

通常，将两相邻棒条彼此连接的堰板位于精磨机的定子和转子两者的精磨表面的叶片凹槽的底部。堰板的作用是将待精磨物料和已经精磨过的物料引导到相对精磨表面的棒条之间的空间，以进行进一步精磨。因为堰板将待精磨物料引导到相对叶片棒条之间的空间，所以可以因该堰板而促进精磨物料。同时，然而，堰板通过限制叶片凹槽的横截流通面积致使叶片凹槽中的携带待精磨物料向前的蒸汽流减少并阻止待精磨物料和已经在精磨表面上精磨过的物料通过。这又导致精磨表面上的阻塞，该阻塞接着引起精磨机的生产能力降低、精磨过的物料的质量不均匀以及精磨所消耗的能源增加。

WO 2010/106225 Al描述了不使用堰板将物料引入相对精磨表面之间的叶片间隙的精磨表面。精磨表面包括具有在其之间的叶片凹槽的第一叶片棒条和第二叶片棒条，以及位于第一和第二叶片棒条之间的叶片凹槽中的第三叶片棒条。第三叶片棒条具有从叶片凹槽的底部上升到叶片棒条的上表面的倾斜端。倾斜端位于最靠近精磨表面的进料边缘的叶片棒条的端部并且因此形成用于将物料从叶片棒条之间的叶片凹槽引导到叶片棒条的上表面并进入叶片间隙中的上升导向面。

在任何连续工艺过程中，最小化变化对最大化质量、最小化成本和获得稳定工艺过程来说是决定性的。这也适用于其中纤维(木材或其它木质纤维素材料)在精磨段之间精磨的任何纸浆精磨过程。术语“木质纤维素”是指植物干物质或所谓的木质纤维素生物质。其由碳水化合物聚合物(例如，纤维素、半纤维素)和芳族聚合物(木质素)组成。这些碳水化合物聚合物包含不同糖单体(六碳糖和五碳糖)并且它们与木质素紧密结合。木质纤维素生物质可以广义上分类成原始生物质、废弃生物质和能源作物。原始生物质包括所有自然出现的陆生植物，诸如树、灌木和草。废弃生物质作为诸如农业(玉米秸秆、甘蔗渣、稻草等)、林业(锯木厂废弃物和造纸厂废弃物)的各个行业领域的低价值副产品产生。能源作物是具有制成用作生产第二代生物燃料的原材料的木质纤维素生物质的高产出率的作物，实例包括柳枝稷草(柳枝稷)和象草。

在纸浆精磨内，在定子段和转子段之间的精磨间隙内的进料变化导致保持预定或理想纸浆质量所需的能源增加并且导致最终纤维质量变化。因此，有对改善叶片段的设计以解决上述缺点的需求。

发明内容

本发明总的涉及纸浆精磨，并且具体地说，涉及最小化纸浆精磨机的进料变化。

在第一方面，本公开提出了用于离解含木质纤维素的物料的精磨机用的叶片段，该叶片段具有精磨表面并且可布置成形成精磨机的精磨表面的一部分。叶片段具有指向待精磨物料的进料流方向的进料边缘和指向精磨过的物料的排料流方向的排料边缘，以及叶片段的精磨表面。进一步地，精磨段包括一组至少两根第一叶片棒条和至少三根第二叶片棒条，每一根至少第一叶片棒条和至少三根第二叶片棒条中的每一根具有指向进料边缘的方向的第一端和指向排料边缘的方向的第二端。此外，至少两根第一叶片棒条和至少三根第二叶片棒条以交错的方式布置，使得第一叶片棒条的第二端与第二棒条的第一端交错以形成与第二棒条的宽度一致的在所述第一叶片棒条之间的第一谷并形成与第一棒条的宽度一致的在所述第二叶片棒条之间的第二谷。而且，至少两根第一叶片棒条的第二端具有从至少一根第一叶片棒条的上表面沿排料边缘的方向下降到第二端的各自导向面，并且至少三根第二叶片棒条的第一端具有从进料边缘的方向向第二端上升到所述叶片棒条的上表面的各自导向面。最后，第一叶片棒条的第二端和第二叶片棒条的第一端布置成形成基本上横穿并垂直于第一和第二叶片棒条的均衡凹槽，其中，均衡凹槽布置成缓冲并将物料流从至少两根第一叶片棒条之间的第一谷分配到形成在至少三根第二叶片棒条之间的一个或多个第二谷中。

本公开的优点使物料流在整个精磨段能够均衡。

附图说明

参照以下进行的描述及附图可以最佳地理解本发明及其进一步的目的和优点，在附图中：

图1是说明精磨装置中的随着时间推移的进料变化的曲线图；

图2是现有技术中的物料在精磨表面上的分布的示意图；

图3是其中可以实施本公开的精磨装置的侧视图；

图4是根据本公开的具有精磨段的定子/转子的正视图；

图5示出了根据本公开的精磨段的实施例；

图6示出了根据本公开的精磨段的实施例的一部分的俯视图；

图7示出了图6的实施例的侧视图；

图8示出了根据本公开的精磨段的进一步实施例的一部分的俯视图；

图9示出了图8的实施例的侧视图；

图10-16示出了本公开的各种实施例。

具体实施方式

本公开总的涉及精磨机，并且具体地说，涉及一种改进的精磨段棒条设计，其中，均衡凹槽制成横穿精磨段中的棒条，由此均衡在棒条之间的凹槽中的物料流。

为了进一步理解本公开的益处，下面将深入描述现有技术的缺点。

在大多数精磨装置中，进料变化出现在整个精磨机几何形状上。这些在整个精磨机几何形状上(在整个环上)随时间变化。为了避免较少纤维聚集的区域中的小纤维束，定子段和转子段之间的间隙通常向内调整，例如减小，这导致更高的能耗和较多纤维聚集的区域中的细粉(粉尘)产生。这引起较高的能耗和降低的纤维质量。小纤维束包括小束用于造纸的化学纸浆中的未完全熟的木材纤维。它们比结节小并且更难以与纸浆分离。过多小纤维束是木片浸渍不良的标志。小纤维束在过滤中与纸浆分离并且可以在精磨之后添加回来。即使小纤维束比纸浆的其余部分更深，但因为它们容易被漂白，所以它们可以被忽视地传给造纸机。造纸机中的小纤维束可能引起网破裂或其它潜在问题。它们也可能最终成为成品中的斑点。

在图1的曲线图中，示出了减少随着时间推移的进料变化的效果。在最上面的曲线图中，典型精磨机几何形状的进料变化(以额定进料)被绘制为时间的函数。如水平线所示，为了补偿进料变化以保持一定的精磨后的纸浆质量，一定的最小能源水平或输入是必须的。通过提供减少作为时间函数的进料变化的变化的某些手段，降低在预定质量的最小能源水平，如中间曲线图所示。最后，在最下面的曲线图中，示出了在已经减少变化之后的随着时间推移的进料变化。显然，减少随着时间推移的进料变化的变化的任何方法或装置将提供降低的能源水平或输入，同时保持一定质量。

在图2中，示出了在精磨表面或区域上方的小纤维束和粉尘的变化。

为了进一步澄清和说明，图3中示出了示意性精磨段。这示出了包括同轴布置的定子磨盘/转子磨盘副的精磨机。磨盘的至少一个设有包括多个精磨段1的精磨表面，如图4所示。定子磨盘/转子磨盘副可以包括一个定子和一个转子，或者两个转子。进一步地，在本公开中，主要关注的是盘式精磨机，但本公开也可以同样在其它精磨机几何形状中实施。应当指出，在转子/转子布置的情况下，两个转子构造成具有相反旋转方向。

因此，发明人已经确定对能够将纸浆流分配在整个精磨间隙/区域上以更有效利用精磨段1的所有棒条的解决方案的需求。因此，纤维流均衡化单元设置在精磨段1上，其随着时间推移将纸浆流均匀分配在每个后续凹槽上。根据具体实施例，均衡器包括均衡凹槽40，均衡凹槽40允许纸浆流选择没有充满纤维的后续凹槽而没有损失太多速度。在均衡凹槽40中，开口体积最初减小并且随后突然增加，这提供缓冲并且接着提供有助于随着时间推移均衡纸浆流的爆增。术语“爆增”是指因压力和体积变化而爆增的纤维和蒸汽的结合(本质上，相反段之间的所有物料)。部分纤维可以通过该爆增离解，但更大的效果是，使进入后续凹槽中的纤维分配均匀。

根据本公开的均衡凹槽40设置成横穿基本上径向布置的凹槽和棒条。本质上，均衡器包括两个特征，即减流部分以及储液和分配部分。减流部分包括凹槽，该凹槽设计成比大部分设置在精磨段上的精磨凹槽更窄或更少。由此产生在精磨表面上的流量差。储液和分配部分包括均衡凹槽，该均衡凹槽使得能够遏制纸浆流并且将纸浆流均匀分配在可用精磨凹槽上。这是充水原理的形式，其中，储液器将纸浆流分配到具有比邻近凹槽更少纤维的凹槽。

根据具体实施例，均衡凹槽40是每段单个凹槽，但同样能够将凹槽设计为横穿精磨段布置的一系列凹槽。然而，通常，当纤维从入口、例如入口区2向出口边缘、例如精磨段1的精磨区3移动时，提供不止一个均匀凹槽没有益处。

参照图5，示出了根据本公开的精磨段1的基础实施例。精磨段1有利地实施在用于离解含木质纤维素的物料、例如木片或其它木质纤维素物料的精磨机中。精磨段1具有布置在入口区2和精磨区3之间的精磨表面并可布置成形成精磨机的精磨表面的一部分。为此，精磨段1具有指向待精磨物料的进料流方向的入口区2和指向精磨过的物料的物料流方向的精磨区3。精磨段1的精磨表面包括一组至少两根第一棒条10和至少三根第二棒条20，至少第一棒条10中的每一根和至少三根第二棒条20中的每一根具有指向入口区2的方向的第一端10-1、20-1以及指向精磨区3的方向的第二端10-2、20-2。由此，从入口区2进入精磨区3的物料将首先越过第一棒条10和在第一棒条10之间并且随后经过第二棒条20。

至少两根第一棒条10和至少三根第二棒条20以交错的方式布置，其中，第一棒条10的第二端10-2与第二棒条20-1的第一端20-1交错以形成与至少第二棒条20的宽度一致的在第一棒条10之间的第一凹槽30-1，并且形成在与至少第一棒条10的宽度一致的第二棒条20之间的第二凹槽30-2。至少两根第一棒条10的第二端10-2具有从至少一根第一棒条的上表面沿精磨区3的方向递减到第二端10-2的各自导向面Rl或斜面。以相应的方式，至少三根第二棒条20的第一端20-1具有从入口区2的方向向第二端20-2递增到棒条20的上表面的各自导向面R2或斜面。在该实施例中，第一棒条10的第二端10-2和第二棒条20的第一端20-1布置成形成基本上横穿并垂直于第一和第二棒条10、20的均衡凹槽40，使得均衡凹槽40构造成缓冲并将物料流从在至少两根第一棒条10之间的第一凹槽30-1的至少一个分配到形成在至少三根第二棒条20之间的第二凹槽30-2的一个或多个中。

在图5的实施例中，多组棒条10、20示出为形成在精磨段1的表面上的几乎孤立结构。然而，应当理解，第二棒条20的第二端20-2可以构造成延伸到精磨段1的外边缘或精磨区3，而第一棒条10的第一端10-1可以构造成延伸到接近精磨段1的内边缘或入口区2。

根据具体实施例，参照图6和图7，第一棒条10的第二端10-2和第二棒条20的第一端20-1布置成使得端部沿同一直线C对齐，以形成具有与第一和第二棒条10、20的各自高度相同的深度的V字形均衡凹槽40。由此，术语“交错的”包括第一和第二棒条10、20之间没有交叠的情况。在图7的侧视图中，各自斜坡或导向面R1、R2构造成，使得当从垂直于第一和第二棒条10、20的纵向方向和精磨段1的法线方向的方向观察时，均衡凹槽40由反向倾斜表面形成，该反向倾斜表面由第一导向面R1和所述第二导向面R2形成。均衡凹槽的横截面形状可以根据导向面R1、R2的构型以及相应第一和第二棒条10、20变化。一般地，导向面的反向倾斜表面之间的距离沿精磨段的法线方向增加。增加可以是线性的或多项式的，或者具有某一其它形式。对于线性且相等导向面的情况，均衡凹槽40将采用V字形。

应当指出，第一棒条10的第一端10-1和第二棒条2的第二端20-2可以根据所公开的图、例如图7、图9构造，或者可以构造成具有与各自第一棒条10的第二端10-2和第二棒条的第一端20-1对应或类似的导向面或斜面或其它形状。

根据具体实施例，各自导向面R1和R2具有相同倾斜度，但同样地能够具有不同倾斜度。

以相应的方式，第一和第二棒条10、20的高度和宽度可以不同，由此影响均衡凹槽40的形状。

对于图6所示的实施例，均衡凹槽40具有的深度等于第一谷30-1和/或第二谷30-2的深度。

将参照图8和图9描述精磨段1的进一步实施例。在该实例中，第一棒条10和第二棒条20以交错的方式布置，使得两组的棒条清楚地交叠。因此，第一棒条10的第二端10-2和第二棒条20的第一端20-1没有沿同一直线C对齐，而是偏移横穿直线C的距离。从而形成沿直线C的均衡凹槽40，均衡凹槽40具有的深度小于第一或第二凹槽30-1、30-2的深度。这在图9中清楚示出。

如图5所示，根据本公开的精磨段1包括多组第一和第二棒条10、20，每组包括各自均衡凹槽40。

将参照图10-16描述本公开的多个实施例。

如前面所述，并且现参照图10，第一棒条10和第二棒条20可以或多或少交错。在图中，示出第一和第二棒条10、20的布置，如俯视图和侧视图所示，均衡凹槽的中心线也用虚线表示。在最左边图中，第一和第二棒条10、20的端部沿均衡凹槽40对齐而没有交叠。在中间图中，第一和第二棒条10、20的端部交叠一小距离，例如，各自棒条的斜面R1、R2交叠。最后，在最右边图中，第一和第二棒条10、20交叠到均衡凹槽40是非常浅且窄的凹槽的程度。

参照图11，棒条10、20的导向面R1、R2或斜面可以具有相同倾斜度和长度，如最左边图所示。然而，它们也可以具有不同倾斜度和长度，如最右边图所示。由此，均衡凹槽40可以具有对称或非对称的V字形。

参照图12，导向面R1、R2(如前面所述)可以具有各自线性直线形状，如最左边图所示，但它们也可以具有非线性或不规则形状，如最右边图所示。在该实施例中，仅棒条20的导向面R2具有不规则形状，而第一棒条10的导向面R1具有线性形状。其它组合也是可能的，诸如前面所述的多项式形状或其它不规则形状。

将参照图13描述其中凹槽30-1、30-2的宽度变化的实施例。在前面在本说明书中提到的大多数实施例中，各自凹槽30-1、30-2的宽度与第一和第二棒条10、20的各自宽度一致，如最左边图所示。然而，具有与各自第一和第二棒条10、20的宽度不同的槽宽也是可能的。各自棒条10、20相对于面对(facing)凹槽30-2、30-1的位置也可以变化。在中间图中，第一棒条10与面对凹槽30-2的中心线对齐，并且相应地，第二棒条20与面对凹槽30-1的中心线对齐。然而，能够具有未与面对凹槽对齐的棒条，如最右边图所示。进一步地，各自凹槽的宽度对在各自第一和第二棒条10、20组内的所有凹槽来说不一定相同，这也在最右边图中示出。

将参照图14描述具有不同高度和宽度的第一和第二棒条10、20的实施例。最左边图示出了具有相等高度和宽度的第一和第二棒条10、20的实例。在最右边图中，第二棒条20不仅更宽而且具有比第一棒条10更大的高度，反之亦然。

此外，参照图15，各组第一和第二棒条10、20可以以一角度相对彼此布置。在最左边图中，第一和第二棒条10、20对齐，而在最右边实施例中，第一和第二棒条10、20以一角度相对彼此布置。

参照图16，示出了其中均衡凹槽40从直线叉开的本公开的多个实施例。始于最左边图，均衡凹槽40可以布置成，使得其中心线相对第一和第二棒条10、20形成平角或非平角。进一步地，均衡凹槽40可以布置成，使得其中心线相对第一和第二棒条10、20形成弓形或多项式曲线。

上述实施例仅仅作为示例给出，并且应当理解，所提出的技术不限于此。本领域的技术人员应该理解，可对实施例进行多种修改、组合和改变而不偏离如由所附权利要求书限定的本发明范围。具体地说，不同实施例中的不同部件解决方案可在其它构型中组合，这在技术上是可行的。

Claims (14)

1.一种用于离解含纤维木质素的物料的精磨机用的精磨段(1)，该精磨段具有精磨表面并且可布置成形成所述精磨机的精磨表面的一部分，所述精磨段(1)具有指向待精磨物料的进料流方向的入口区(2)和指向精磨过的物料的物料流方向的精磨区(3)，并且所述精磨段包括

一组至少两根第一棒条(10)和至少三根第二棒条(20)，所述至少两根第一棒条(10)中的每一根和所述至少三根第二棒条(20)中的每一根具有指向所述入口区(2)的方向的第一端(10-1、20-1)和指向所述精磨区(3)的方向的第二端(10-2、20-2)，并且

所述至少两根第一棒条(10)和所述至少三根第二棒条(20)以交错的方式布置，其中，所述第一棒条(10)的所述第二端(10-2)与所述第二棒条(20)的所述第一端(20-1)交错以形成与所述至少第二棒条(20)的宽度一致的在所述第一棒条(10)之间的第一凹槽(30-1)，并且形成与所述至少第一棒条(10)的宽度一致的在所述第二棒条(20)之间的第二凹槽(30-2)，并且

所述至少两根第一棒条(10)的所述第二端(10-2)具有从所述至少两根第一棒条的上表面沿所述精磨区(2)的方向递减到所述第二端(10-2)的各自的第一导向面(Rl)，并且

所述至少三根第二棒条(20)的所述第一端(20-1)具有从所述入口区(2)的方向向所述第二端(20-2)递增到所述第二棒条(20)的上表面的各自的第二导向面(R2)，并且

所述第一棒条(10)的所述第二端(10-2)和所述第二棒条(20)的所述第一端(20-1)布置成形成基本上横穿并垂直于所述第一和第二棒条(10、20)的均衡凹槽(40)，其中，所述均衡凹槽(40)构造成缓冲并将物料流从在所述至少两根第一棒条(10)之间的所述第一凹槽(30-1)中的至少一个分配到形成在所述至少三根第二棒条(20)之间的所述第二凹槽(30-2)的一个或多个中。

2.如权利要求1所述的精磨段，其特征在于，当从垂直于所述第一和第二棒条的纵向方向和所述精磨段(1)的法线方向的方向观察时，所述均衡凹槽(40)由反向倾斜表面形成，所述反向倾斜表面由所述第一导向面(R1)和所述第二导向面(R2)形成。

3.如权利要求2所述的精磨段，其特征在于，所述反向倾斜表面之间的距离沿所述精磨表面的法线方向增加。

4.如权利要求3所述的精磨段，其特征在于，所述增加是线性的。

5.如权利要求3所述的精磨段，其特征在于，所述增加是多项式的。

6.如权利要求3所述的精磨段，其特征在于，所述均衡凹槽(40)是V字形。

7.如权利要求6所述的精磨段，其特征在于，所述第一导向面(R1)和所述第二导向面(R2)具有相同倾斜度。

8.如权利要求6所述的精磨段，其特征在于，所述第一导向面(R1)和所述第二导向面(R2)具有不同倾斜度。

9.如权利要求1所述的精磨段，其特征在于，所述第一棒条(10)和所述第二棒条(20)布置成具有不同高度。

10.如权利要求1所述的精磨段，其特征在于，所述第一棒条(10)和所述第二棒条(20)布置成具有相同高度。

11.如权利要求3所述的精磨段，其特征在于，所述均衡凹槽(40)具有的深度等于所述第一凹槽(30-1)和/或第二凹槽(30-2)的深度。

12.如权利要求3所述的精磨段，其特征在于，所述均衡凹槽(40)具有的深度小于所述第一凹槽和/或第二凹槽的深度。

13.如权利要求1-12中的任一项所述的精磨段，其特征在于，所述精磨段包括多组第一棒条(10)和第二棒条(20)，每个所述组包括各自均衡凹槽(40)。

14.一种用于离解含木质纤维素的物料的精磨装置，包括至少一个如权利要求1-13中的任一项所述的精磨段(1)。