CN111295476A - 提供补偿力矢量的扇形喷嘴的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有利于在造纸系统中从带上去除污染物的方法。该方法包括以下步骤：以成形的扇形提供流体，使得水与皮带之间的交界处是非直线的，并且至少通常形成弧形的形状。

Description

提供补偿力矢量的扇形喷嘴的系统和方法
本申请要求2017年6月28日提交的美国临时申请第62/526,105号的优先权，该申请以参考的方式全部纳入本文。
技术领域
本发明总体上涉及造纸设备和工艺，尤其涉及在造纸工艺过程中从材料和设备中去除污染物。
背景技术
在造纸工艺中，纸张通过造纸机由多个带输送，上述带已知为成形部段中的线、压榨部段中的毡和干燥部段中的干燥器织物。这些蛇形传送带填充和/或涂覆了由纸张供给/携带的各种污染物。去除污染物对于维持造纸工艺过程的峰值效率是必要的。通常使用一系列喷淋器来从传送带去除污染物。如本文所使用的，术语带是指所有输送织物，而与造纸机的位置无关。喷淋器具有各种构造、工作压力、温度和流量。大多数喷淋器的主要应用是迫使污染物通过带(穿透)或刮擦掉带表面的污染物(逆转)。在这两种情况中的任意一种情况下，喷淋器均输送迫使污染物从传送带离开的水流。然而，上述系统在有效地去除特定应用中的污染物这方面并不总是足够成功的。
因此，仍然需要在造纸过程中更有效地从带去除污染物的系统和方法。
发明内容
根据一个实施例，本发明提供了有利于在造纸系统中从带上去除污染物的方法。该方法包括以下步骤：以成形的扇形图案提供流体，使得水与皮带之间的交界处是非直线的，并且至少通常形成弧形的形状。
根据一个实施例，本发明提供了一种有利于在造纸过程中从带上清洗污染物的系统。该系统包括至少一个流体射流，该流体射流以成形的扇形提供流体，使得水与皮带之间的交界处非直线的，并且至少通常形成弧形的形状。
根据另一个实施例，本发明提供了一种有利于在造纸过程中从带上清洗污染物的系统。该系统包括多个流体喷洒喷嘴，各流体喷洒喷嘴以弯曲的弧形图案在带上提供流体。
附图说明
参考附图可进一步理解以下的描述，附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的相对于带的力矢量的说明性示意图；
图2示出了根据本发明实施例的相关于织物速度和喷射速度的多种射流力矢量的说明性示意图；
图3示出了返原污染物去除系统的说明性示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的扇形喷嘴的说明性示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的冲击移动的织物系统的扇形喷嘴系统的说明性示意图；
图6示出了根据本发明实施例的系统中的各种角度的扇形喷嘴矢量的说明性图形表示；
图7示出了根据本发明实施例的采用多个喷嘴的扇形喷嘴系统的说明性示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的系统中的扇形喷嘴轨迹的说明性图形表示；
附图所示仅用于说明性目的。
具体实施方式
喷淋器/带相互作用的几何布局通常以提供最有效的力矢量相交角的方式构造，从而提供所需的去污功能。对于穿透清洗(推动材料通过带)，通常将系统设置成使喷水X速度矢量值等于带X速度值，从而Y力矢量能推动污染物通过带。上述内容在图1中示出，其示出了施加到移动带12上的力矢量10，其中，上述力矢量10包括如14所示的X方向分量和如16所示的Y方向分量。通过穿透的布置通常很好地适用于射流式喷嘴，这是因为对于每个喷嘴而言冲击在本质上是单个点，并且仅需两个轴线就能确定最佳冲击角度。上述内容在图2中示出，其在20处示出了当射流速度与力速度相匹配时力矢量最大。当射流速度或带速度中的任意一方与另一方稍有不同时，如22所示，力矢量下降，而当喷射速度或带速度中的任意一方与另一方较大程度地不同时，如24所示，力矢量进一步减小。
采用扇形喷嘴的系统通常以一条连续线(称为轨迹)来提供水与带之间的相互作用，该连续线通常是在Z轴线上横跨带的一条直线。当确定上述最佳冲击相交角时，需要补偿Z轴线。当使用扇形喷嘴时，由于线性轨迹，使得在整个输送喷洒宽度上结果并不同样有效。同样的问题也适用于逆转系统(刮削或凿除的应用)，在该系统中，喷淋不设置为穿透带，而以最佳冲击角度从同侧松动并清除污染物。在这种情况下，将水扇形射流X速度设置为与带X速度矢量相对。上述内容在图3中示出，其中喷嘴30以角度β提供如32所示的喷淋，该喷淋与沿着与喷淋的X方向相反的方向运动的带34接触。
根据各实施例并参考图4，提供了以产生扇形喷洒为目的设计的喷嘴40，以目标轨迹在整个输送宽度上施加相等的动力。在在示例中该系统可以与造纸机蛇形传送带一起应用，然而采用专用于传递运动或激发力的风扇喷洒喷嘴的任何应用都将受益。喷嘴40包括蓄液部分42和开口44，流体可通过该开口44喷洒。上述开口44可以设于可去除的盖46上，以利于上述盖的去除和更换。根据本发明的一个实施例，可以以各种形状和设计来提供上述开口44，并且可以例如以多个非常小的开口的布置来提供开口44，这些非常小的开口一起使流体以扇形形状喷洒。可以通过管道48将诸如水的流体提供到喷嘴40，该管道48通过压力将流体提供到喷嘴40。
轨迹(也是目标上的冲击图案)并不笔直地横跨(Z轴线)，而具有一条弧形曲线，这是因为在包含Z轴角度时重新计算了扇形冲击角。这会改变冲击目标相互作用处的有效X轴速度。例如，图5示出了包括典型的喷嘴52的喷嘴系统50，该喷嘴52被设计并定位成以如图所示的弧形扇形的形状提供喷淋54，该喷淋54在带上冲击织物56。带56沿如A所示的方向行进，并且喷淋54包括X分量、Y分量和Z分量，其中X分量速度与带56的速度相匹配。
正是这种结合到喷嘴的设计中的校正和补偿，输送弧形轨迹。下述例子介绍了补偿了矢量力的在180psi下的4200fpm的带上的90°扇形喷嘴的扇形喷洒图案的计算，其使用了以下展开方程式所表示的图案。
Figure BDA0002340821410000041
下表1示出了根据各实施例针对各种角度θ计算α的结果。
表1
θ α
0.00° 29.4°
11.25° 30.0°
22.50° 31.8°
33.75° 36.1°
45.00° 44.0°
得到的冲击喷洒计算补偿了横跨Z轴喷射/带相互作用处轨迹的Y轴垂直力，从而获得了弧形图案。图6示出了根据本发明实施例的系统中的各种角度的风扇喷嘴矢量的图形表示。各矢量构成扇形弧形图案的一部分，其中矢量V1的α1表示30°，对应于11.25°的θ1。同样，矢量V2的α2表示44°，对应于45°的θ2。如表1和图6所示，由于矢量远离弧的中心瞄准，因此它们必须瞄准较远的正在移动的带的上游，以维持x-方向力来补偿增加的z-方向力分量。
图7示出了根据本发明实施例的系统中的带上的弧形轨迹的图形表示，其中轨迹由2E-5x4-3E-17x3+0.0095x2-7E-13x-0.0078定义，并且示出了带方向。
图8示出了根据本发明的实施例的包括多个喷嘴62的系统60，上述喷嘴通常连接到通过压力向喷嘴62提供流体的流体供给管道64。这些喷嘴62以多个如上所述的弧形扇形喷射图案提供流体，这些图案在其边缘处在与沿着如B所示的方向移动的带66的接触点处稍微重叠。
因此，本发明提供了用于在造纸过程中抵靠带提供扇形喷射图案的方法和系统。尤其是，本发明的系统和方法有利于从造纸系统中的带去除污染物。该方法包括以下步骤：以成形的扇形图案提供流体，使得水与带之间的交界处是非直线的，并且至少通常形成弧形。在特定的实施例中，弧形的外边缘设于带方向的前边缘。在进一步的实施例中，可以以α的定义提供弧形图案，α是由包括带速度和流体压力的关系定义的。
本领域技术人员会意识到，可对以上公开的实施例作出多种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种有利于在造纸系统中从带上去除污染物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：以成形的扇形提供流体，以使所述流体与所述带之间的交界处是非直线的，并且至少通常形成弧形的形状。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弧形的形状的外边缘设于皮带方向的前边缘。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述流体和所述带的所述交界处的所述流体与所述带之间的成组的角度的定义来提供所述弧形，所述角度是由包括带速度和流体压力的关系定义的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成组的角度由以下公式提供：
Figure FDA0002340821400000011
其中，α是相对于垂直轴线的角度，fpm是每分钟英尺为单位的速度，psi是流体的压力，θ是在水平面上围绕垂直轴线远离最小的所述弧形的角度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体提供通过所述带的穿透清洗。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体提供使污染物离开所述带的逆转清洗。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：以多个成形的扇形提供流体，以使所述流体与所述带之间的所述交界处是非直线性，并且至少通常形成多个重叠的弧形的形状。
8.一种有利于在造纸过程中从带上清洗污染物的系统，其特征在于，所述系统包括至少一个以成形的扇形提供流体的流体射流，以使所述流体与所述带之间的交界处是非直线性，并且至少通常形成弧形的形状。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述弧形的形状的外边缘设于皮带方向的前边缘。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，以所述流体和所述带的所述交界处的所述流体与所述带之间的成组的角度的定义来提供所述弧形，所述角度是由包括带速度和流体压力的关系定义的。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述成组的角度由以下公式提供：
Figure FDA0002340821400000021
其中，α是相对于垂直轴线的角度，fpm是每分钟英尺为单位的速度，psi是流体的压力，θ是在水平面上围绕垂直轴线远离最小的所述弧形的角度。
12.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述流体提供通过所述带的穿透清洗。
13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述流体提供使污染物离开所述带的逆转清洗。
14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括多个流体射流，所述多个流体射流的每一个均以成形的扇形提供流体，以使所述流体与所述带之间的所述交界处是非直线性，并且至少通常形成弧形的形状。
15.一种有利于在造纸过程中从带上清洗污染物的系统，其特征在于，所述系统包括多个流体喷洒喷嘴，各流体喷洒喷嘴以弯曲的弧形图案在带上提供流体。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，各弯曲的弧形图案的外边缘设于皮带方向的前边缘。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，以所述流体和所述带的所述交界处的所述流体与所述带之间的成组的角度的定义来提供各弧形图案，所述角度是由包括带速度和流体压力的关系定义的。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述成组的角度由以下公式提供：
Figure FDA0002340821400000031
其中，α是相对于垂直轴线的角度，fpm是每分钟英尺为单位的速度，psi是流体的压力，θ是在水平面上围绕垂直轴线远离最小的所述弧形的角度。
19.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述流体提供通过所述带的穿透清洗。
20.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述流体提供使污染物离开所述带的逆转清洗。
21.如权利要求17所述的系统，其特征在于，选择所述成组的角度，以使所述流体在所述带上的力被所述带的移动抵消，从而使所述流体在所述带上的合力基本上在垂直方向上。
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