CN1170980C - 用于在纸浆悬浮液流中产生湍流的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种在纸浆悬浮液流中产生并维持湍流的方法，该纸浆悬浮液流通过一湍流发生器(10)被送入网前箱的一堰板管(12)中，并从此处通过一堰板开口(13)被送至纸幅成形机，在该方法中，纸浆悬浮液流借助于湍流管(14nn)被分配到多个叠置层中，此后产生并维持湍流的元件(16、20)作用于其上，其特征在于，通过将产生并维持湍流的元件(16、20)布置成与网前箱的堰板开口(13)相距不同的距离，在液流的不同层中产生处于不同流动阶段的湍流，从而在堰板开口(13)处，在纸浆悬浮液流的不同层中产生不同的湍流，在网前箱之后在纸幅成形机中最后脱水的纸浆悬浮液流层中，所述产生并维持湍流的元件(16、20)要比在最先过滤的纸浆悬浮液流层中更接近网前箱的堰板开口(13)。

Description

用于在纸浆悬浮液流中产生湍流的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在纸浆悬浮液流中产生并维持湍流的方法，其中纸浆悬浮液流经一湍流发生器被送入网前箱的堰板管并从此处经堰板开口被送至纸幅成形机，在该方法中，纸浆悬浮液流借助于湍流管被分成多个叠置层，此后形成并维持湍流的元件便在其上发挥作用。
本发明还涉及一种造纸机网前箱的湍流发生器，其包括多个重叠的、按行布置并在网前箱的整个宽度上伸展的湍流管，通过这些管子从网前箱被送入纸幅成形机的纸浆悬浮液流被布置成是流动的，湍流管具有位于管入口和出口之间的流动横截面区的梯状扩展部分，此外，多个从管行之间开始并伸展至网前箱的堰板管的网前箱间隔物或薄板(lamellae)可与湍流发生器相连。
背景技术
考虑到被制造的纸/纸板质量，至为重要的一点在于理解，哪种纸浆悬浮液流的湍流谱产生在网前箱的堰板管和随后的纸幅成形机中。借助于湍流发生器在纸浆悬浮液流中产生的湍流会迅速地减少，除非有湍流能量连续地添加到液流中。纸或纸板的成形最好通过有效松散纤维束的小型涡流予以增强。就纸的成形而言，大型涡流会产生有害影响。因湍流性质的缘故，小型涡流首先在液流中减少，从而由于湍流减少，例如长网造纸机造纸网上纸幅的表面层和夹网成形器上纸幅的中间层易于比其它层絮凝。通过利用堰板喷浆和造纸网之间的牵引力来增加液流中湍流能量的常用方式在最后脱水的区域中并不见效。为了在所述区域中具有更多的湍流，牵引力一定要大。因此，首先被脱水区域的成形容易恶化到使整个产品的成形不再能改进的程度。当试图在纸幅成形机中将湍流能量引进到尚未脱水的纸浆悬浮液层中，例如通过一早已脱水的层装布条(list)时同样有类似过程。
在多半现有的湍流发生器中，所有湍流管都是相同的，因为目的都是为了在纸浆流的不同部分中实现均匀湍流。这样的湍流发生器在纸幅的底部、表面和中间层之间没有什么影响。不过在纸幅成形时，所述层在不同的时刻脱水。在长网造纸机的造纸网上，表面层最后被脱水，而在夹网成形器中，最后被脱水的层是中间层。
在US 5 124 002的专利说明书中，披露了一种湍流发生器，其中叠置层中湍流管的流动横截面区在大小和形状上不同，有利的是，管子之间的相互间隙也不同。这样一来，不同的微湍流量可在从湍流发生器排放到堰板管中的纸浆悬浮液流的不同层中产生，并且可制造成在叠置层中具有不同纤维定向的纸。每个湍流管的流动横截面区从管子的第一部分到其端部都保持相同。
这样的湍流发生器在本领域中也是已知的，其中湍流管的流动横截面区至少在管入口和出口之间的一点梯状扩展或逐步扩展。在本领域已知的湍流发生器中，管子的扩展部分距离所有管子中的管出口的间距相同。一种现有的该设计披露在美国专利说明书5 183 537中。
发明内容
本发明的目的在于研究出一种产生并维持湍流的新方法和一种新型湍流发生器，借助于它们可在流出网前箱的纸浆悬浮液流的不同层中产生不同的湍流。
本发明的又一个目的在于提供这样一种方案，其中与当前使用的湍流发生器相比，在网前箱后于成形器中最后被脱水的纸浆悬浮液层中的湍流在幅料成形过程中更易于保持接近一个最佳水平。因而，获得一种这样的纸浆悬浮液流，其中的湍流“最新鲜”，也就在“运行”时间最长的液流的层中维持最持久。当在液流中产生湍流的因素所起的影响停止时，湍流开始快速减速。湍流产生后湍流越新鲜，液流扩展的长度就越短。
为了实现所述目的和下面所披露的目的，根据本发明提供了一种在纸浆悬浮液流中产生并维持湍流的方法，该纸浆悬浮液流通过一湍流发生器被送入网前箱的一堰板管中，并从此处通过一堰板开口被送至纸幅成形机，在该方法中，纸浆悬浮液流借助于湍流管被分配到多个叠置层中，此后产生并维持湍流的元件作用于其上，其特征在于，通过将产生并维持湍流的元件布置成与网前箱的堰板开口相距不同的距离，在液流的不同层中产生处于不同流动阶段的湍流，从而在堰板开口处，在纸浆悬浮液流的不同层中产生不同的湍流，在网前箱之后在纸幅成形机中最后脱水的纸浆悬浮液流层中，所述产生并维持湍流的元件要比在最先过滤的纸浆悬浮液流层中更接近网前箱的堰板开口。
相应地，本发明湍流发生器的特征在于，叠置管行中湍流管的扩展部分离网前箱的堰板开口的距离和/或与管行相联系的拖尾元件的尖端离网前箱的堰板开口的距离是不同的，这样在堰板开口处，纸浆悬浮液流不同层中的湍流不同。
在本发明中，用于产生并维持湍流的元件是湍流管流动横截面区的梯状扩展部分或者湍流管出口端上的拖尾元件。
在本发明的一有利实施例中，湍流发生器的各湍流管的扩展部分是这样成梯状的，即在叠置的湍流管行中，流动横截面区的扩展部分与网前箱的堰板开口间隔不同的距离。湍流管的横截面区扩展的相位越晚，当纸浆悬浮液流从网前箱的堰板开口排放到成形造纸网上或排放到成形造纸网之间的间隙中时产生的湍流就越新鲜。作用在最后脱水的纸浆悬浮液流层上的湍流管的扩展部分在流动方向上处于最后，也就是说，离堰板开口最近。
除了使扩展部分成阶梯状外，或者作为替代方案，可这样在纸浆悬浮液流的不同层中产生不同的湍流，即在湍流管后设置伸展到堰板管的拖尾元件，其在叠置的液流层中伸展至距网前箱的堰板开口不同的距离。拖尾元件的长度可是固定的，或者它们的长度可调节，如在US专利说明书4 133 713中那样。或者，可调节拖尾元件在网前箱纵向上的固定点，如在FI专利说明书88317中那样。拖尾元件所起的作用是为了尽可能在已首先在所述层中产生不同的湍流后、使纸浆悬浮液流的不同层分离，例如，使扩展部分成梯状或采用不同液流横截面积的湍流管。拖尾元件维持并加强了不同层之间湍流的差异。或者，所有的拖尾元件可具有相等的长度，从而仅借助于湍流管的结构差异就能实现不同层中不同量的湍流。
附图说明
下面参照附图对本发明进行更详细的描述，但本发明并不限制于此。
图1示意性地表示了具有本发明湍流发生器的一网前箱，该湍流发生器特别适于与一夹网成形器连用；
图2表示了一湍流发生器，其特别适于与一长网造纸机或混合物成形器连用；
图3表示了一特别用于夹网成形器的本发明第二实施例中的湍流发生器；
图4表示了一适用于长网造纸机和混合物成形器的湍流发生器；
图5表示了一适用于夹网成形器的湍流发生器，其中结合了本发明的两个有利实施例。
具体实施方式
图1以横截面图表示了一个用于造纸机的简化网前箱2。纸浆悬浮液通过一横向纸浆入口总管4被送至网前箱2，液流从此处沿机器方向被分配到多个分配管中。在被分配到分配管6中之后，纸浆悬浮液经一稳定室8流至湍流发生器10的液流管14a1...14a5中，接着流到一楔形锥体堰板管(slice duct)12中，纸浆悬浮液喷雾从此处通过一堰板开口13被排放到纸幅成形机。
湍流发生器10的湍流管14a1...14a5被布置在5个叠置的行R1...R5中，这些行在网前箱2的整个宽度上沿机器横向伸展。每个单独的湍流管14a1...14a5包括一个在横截面中相对窄的初始部分15，而在点16处逐步扩展至宽于初始部分15的端部部分17。优选的是，管的初始部分15的横截面为圆形，而端部部分17在扩展部分16为圆形，但在堰板锥体12侧终结为矩形，从而颈部18留在了叠置的湍流管14a1...14a5之间。众所周知，后者部分的横截面也是不同的，比如为三角形、方形或多边形。湍流管14a1...14a5中流动横截面区的扩展部分16导致纸浆悬浮液流经湍流发生器10的流速发生变化，并增加了湍流量。
因而，湍流管的每一行Rn都包括多个平行的湍流管14an，这些湍流管在所述的水平行Rn中相同。下标n指的是从最靠上的管子开始编定的管子序号1-5。就液流管14an的扩展部分16以距网前箱的堰板开口13不同的距离ln位于不同的管行R1...R5中而言，叠置的湍流管14a1...14a5彼此不同。所述距离ln是按11＝l5＞l2＝l4＞l3的次序减小的。
图1中的网前箱是要与夹网成形器连用的。当纸幅在两造纸网之间被脱水时，其中间层被最后脱水。为了尽可能也在最后被脱水的浆流的中间层中实现均匀的成形而维持足够的微湍流量，最中心行管R3中的扩展部分16分别离湍流发生器10的出口端和网前箱的堰板开口13最近，在最靠上的R1管和最靠下的R5管的行中，扩展部分16离湍流发生器10的出口端最远。
图2表示了一湍流发生器10，其特别适于与从长网造纸机造纸网部分开始的纸幅成形单元连用。该装置包括4个具有湍流管14b1...14b4的叠置行R1...R4。湍流管的扩展部分16在此例子中逐步增长，因为最靠下的管行R4的湍流管14b4的扩展部分16和堰板开口13之间的距离l4最大，而在最靠上的管行R1中，相应的距离l1是最小的。喷射到长网造纸机造纸网上的纸浆悬浮液流的最下层被首先过滤，而最上层被最后过滤。为了使湍流在最后被脱水的上部纸浆悬浮液层中维持得长一些，流动横截面区的扩展部分16的位置在该实施例中呈梯状，这样离长网造纸机造纸网位置最近的最靠下的管行R4中的扩展部分16在流动方向上处于最先，而离长网造纸机造纸网最远的最靠上的管行R1中的管扩展部分16在流动方向上处于最后。
图3示出了本发明又一实施例中用于夹网成形器的湍流发生器。此时，位于湍流管14c1...14c4的窄初始部分15和其宽后部部分17之间的梯状扩展部分16沿流动方向处于湍流管所有的四个叠置行R1...R4中，与网前箱的堰板开口13距离相同。反之，叠置的湍流管14c1...14c4具有不同的横截面，这样最上部和最下部的湍流管14c1和14c3的横截面积小于两个最中心的湍流管14c2和14c3的横截面积。液流管的横截面越大，管中产生的湍流尺寸就越大。较大尺寸的湍流也比较小尺寸的湍流降速得慢。
图3中的湍流发生器还包括3个拖尾元件20a1...20a3，每个拖尾元件作为伸展部分紧固在颈部18上，从而使叠置的管行R1...R3相互分离，所述元件伸展到网前箱的堰板锥体12。设置拖尾元件20a1...20a3的目的是为了使来自湍流管14c1...14c4的、不同大小湍流的纸浆悬浮液流相互分离，此外还产生和/或维持液流的湍流。在设计本发明时，所述3个拖尾元件20a1...20a3长度不同，这样最上部和最下部的拖尾元件20a1和20a3便伸展至距网前箱的堰板开口13相同的距离S1＝S3处，最中心的拖尾元件20a2比其它的短，伸展至距堰板开口13的距离为S2处。
图4中的湍流发生器是用于长网造纸机或混合物成形器的。如图3所示，该实施例中布置在3个叠置行R1...R3中的湍流管14d1...14d3的横截面积也不同，这样最下部管行14d3中的横截面积为最小，而最上部管行14d1中的横截面积也即液流中产生的湍流尺寸为最大。这样布置作为延长部分紧固在管行R1...R3上的两个拖尾元件20b1、20b2的长度，即，拖尾元件20b2的尖端距堰板开口13的距离S2小于拖尾元件20b1相对应的距离S1，其中拖尾元件20b2将两个最下部的纸浆流分开，而拖尾元件20b1将两个最上部的纸浆流分开。
图5表示了适用于夹网成形器的湍流发生器，其中图1和图3的技术被有利地结合起来。湍流管14a1...14a5的叠置行R1...R5中的扩展部分1 6呈梯状，这样最中心的湍流管14a3最后在流动方向上扩展，而两个最侧边的湍流管14a1和14a5最先在流动方向上扩展。作为湍流管14a1...14a5的隔离物18的伸展部分，布置有4个拖尾元件20c1...20c4，两个最中心的拖尾元件20c2和20c3的尖端距边缘的距离S2＝S3要小于两个更接近于边缘的拖尾元件20c1和20c4的相应距离S1＝S4。
本发明的几种其它改型同样落在下面权利要求的保护范围内。例如，当分层的湍流早已在上述湍流管内产生于纸浆悬浮液流中时，将叠置流相互分离开的拖尾元件可具有相同的尺寸。

Claims (8)

1.一种在纸浆悬浮液流中产生并维持湍流的方法，该纸浆悬浮液流通过一湍流发生器(10)被送入网前箱的一堰板管(12)中，并从此处通过一堰板开口(13)被送至纸幅成形机，在该方法中，纸浆悬浮液流借助于湍流管(14nn)被分配到多个叠置层中，此后产生并维持湍流的元件(16、20)作用于其上，其特征在于，通过将产生并维持湍流的元件(16、20)布置成与网前箱的堰板开口(13)相距不同的距离，在液流的不同层中产生处于不同流动阶段的湍流，从而在堰板开口(13)处，在纸浆悬浮液流的不同层中产生不同的湍流，在网前箱之后在纸幅成形机中最后脱水的纸浆悬浮液流层中，所述产生并维持湍流的元件(16、20)要比在最先过滤的纸浆悬浮液流层中更接近网前箱的堰板开口(13)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生并维持湍流的元件为湍流管(14)的流动横截面区的梯状扩展部分(16)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，产生并维持湍流的元件为湍流管(14nn)的出口端上的拖尾元件(20)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在湍流管的叠置行(R1...R5)中，扩展部分(16)离网前箱的堰板开口(13)越近，所述管行离湍流发生器(10)的最中心管行(R3)越近，随后的纸幅成形器包括夹网式成形器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在湍流管的叠置行(R1...R5)中，扩展部分(16)离网前箱的堰板开口(13)越近，所述管行离湍流发生器(10)的最下部管行(R4)越远，随后的纸幅成形器包括长网成形器的成形网部分。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，叠置管行(Rn)的湍流管(14cn；14dn)具有不同的液流横截面积，并且与管行(Rn)相连接的拖尾元件(20an；20bn)的尖端离网前箱的堰板开口(13)的距离(Sn)是不同的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，叠置管行(R1...R4)的湍流管(14c1...14c4)具有越大的液流横截面积，所述管行(R1...R4)就离湍流发生器(10)的最中心管行(R2，R3)越近，随后的纸幅成形器包括夹网式成形器。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，叠置管行(R1...R3)的湍流管(14c1...14c3)具有越大的液流横截面积，所述管行(R1...R3)就离湍流发生器(10)的最下部管行(R3)越远，随后的纸幅成形器包括长网成形器的成形网部分。
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