DE10140416A1

DE10140416A1 - Stoffauflauf

Info

Publication number: DE10140416A1
Application number: DE2001140416
Authority: DE
Inventors: Alfred Bubik; Joachim Henssler; Juergen Proessl; Karl Mueller; Alexander Wassermann; Mathias Schwaner; Robert Hutterer
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Bei einem Stoffauflauf mit einem Turbulenzerzeuger, der mehrere der Führung von Stoffsuspension dienende Kanäle umfaßt, deren Innenquerschnitte sich insbesondere stufenartig erweitern, ist zumindest teilweise eine bezüglich der Mittenachse eines jeweiligen vorangehenden Kanalabschnitts asymmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf mit einem Turbulenzerzeuger, der mehrere der Führung von Stoffsuspension dienende Kanäle umfaßt, deren Innenquerschnitte sich insbesondere stufenartig erweitern. Ein Stoffauflauf dieser Art ist beispielsweise in der DE 43 21 697 A 1 und der US 5,876,564 beschrieben. Solche Stoffaufläufe werden insbesondere in Papiermaschinen eingesetzt.

Bei Hochturbulenz-Stoffaufläufen werden zur Vermeidung von Strahlstörungen bei Turbulenzerzeugern mit stufenartigen Erweiterungen symmetrische Rohre in Rohrbündeln angeordnet, die in einem Düsenraum des Stoffauflaufs enden.

Dabei können die Fasern in der Stoffauflaufdüse in ihrer Lage nachhaltig beeinflußt werden, d. h. sie nehmen durch Beschleunigung eine bevorzugte Lage in Maschinenlaufrichtung ein. Dies ist nun aber insbesondere bei Verpackungspapieren wie z. B. RCT, SCT usw. in höchstem Maße unerwünscht und störend und liefert wiederholt einen Anlaß für Reklamationen.

Zur Vermeidung der Faserausrichtung in Längsrichtung sind bereits Einrichtungen bekannt, bei denen durch eine Drallerzeugung in den Diffusoren Strömungsfelder in der Düse aufgebaut werden, die der Faserausrichtung in Maschinenlaufrichtung innerhalb der Düse und bei der Blattbildung entgegenwirken (vgl. US 5,876,564).

Durch den Drall kann es nun aber zu einem Aufbau von Wirbelkernen kommen, die zu Verspinnungen von Fasern in Strömungsrichtung rückwärts am Eintritt der Diffusoren oder bei den z. B. schraubenförmig ausgebildeten Drallerzeugern selbst führen. Solche Verspinnungen können wieder Verstopfungen des Stoffauflaufs, eine Batzenbildung und Abrisse in der betreffenden Papier- oder Kartonmaschine mit sich bringen.

Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Stoffauflauf der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem insbesondere die zuvor genannten Nachteile beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stoffauflauf mit einem Turbulenzerzeuger, der mehrere der Führung von Stoffsuspension dienende Kanäle umfaßt, deren Innenquerschnitte sich insbesondere stufenartig erweitern, wobei zumindest teilweise eine bezüglich der Mittenachse eines jeweiligen vorangehenden Kanalabschnitts asymmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts vorgesehen ist.

Aufgrund dieser Ausbildung werden in einem entsprechenden Kanal mehrere, z. B. zwei, Wirbel erzeugt, deren maximaler Durchmesser kleiner als der hydraulische Durchmesser des Kanals und beispielsweise nur etwa halb so groß wie dieser hydraulische Durchmesser ist. Die Wirbel sind nach Austritt aus einem jeweiligen Turbulenzblock quer zur Strömungsrichtung oder Maschinenlaufrichtung gerichtet, wodurch eine Querorientierung der Fasern erleichtert wird. Da die Wirbel relativ klein sind, können sie die Formation verbessern. Es treten keine größeren Flächengewichtsschwankungen mehr auf.

Die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts kann insbesondere so erfolgen, daß die Mittenachse des betreffenden nachfolgenden erweiterten Kanalabschnitts, d. h. insbesondere die durch den Querschnittsflächenschwerpunkt verlaufende Achse, gegenüber der Mittenachse des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts in Querrichtung versetzt ist.

Dabei erfolgt die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts vorzugsweise so, daß die erweiterte Innenquerschnittsfläche des betreffenden nachfolgenden Kanalabschnitts die kleinere Innenquerschnittsfläche des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts vollständig mit umfaßt, d. h. die kleinere Innenquerschnittsfläche innerhalb der erweiterten Innenquerschnittsfläche liegt.

Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoffauflaufs besitzt die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts betrachtet in einer beliebigen Hauptrichtung quer zur Strömungsrichtung, d. h. Maschinenlaufrichtung, einen maximalen Wert. Die Hauptrichtung kann also z. B. in Maschinenquerrichtung, von oben nach unten etc., diagonal, usw., d. h. in allen Richtungen in der Ebene senkrecht zur Maschinenlaufrichtung verlaufen. Dabei kann die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in der zur Hauptrichtung entgegengesetzten Richtung einen minimalen Wert besitzen, wobei dieser minimale Wert vorzugsweise gleich null ist.

Erfolgt die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts so, daß sich in der betreffenden Suspensionsteilströmung wenigstens zwei Wirbel ergeben, so kann der maximale Durchmesser eines jeweiligen Wirbels etwa auf die Hälfte des hydraulischen Durchmessers begrenzt werden.

Der Turbulenzerzeuger kann einen oder mehrere in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete, jeweils mehrere Kanäle aufweisende Turbulenzblöcke umfassen. Die Kanäle eines an die Stoffauflaufdüse angrenzen Turbulenzblocks münden vorzugsweise direkt in den Düsenraum.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zwischen zwei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Turbulenzblöcken ein Zwischenraum gebildet.

Die Kanäle des Turbulenzerzeugers bzw. eines jeweiligen Turbulenzblocks können in einer oder mehreren sich jeweils quer zur Strömungsrichtung erstreckenden Reihen angeordnet sein. So können beispielsweise zwei solche Kanalreihen vorgesehen sein. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Anzahl von Reihen denkbar.

Vorteilhafterweise ist an wenigstens einem Turbulenzblock zumindest eine Lamelle vorgesehen. Dabei kann beispielsweise zumindest eine sich in den Düsenraum erstreckende Lamelle und/oder zumindest eine sich in den Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbulenzblöcken erstreckende Lamelle vorgesehen sein. Den Lamellen kommt die wesentliche Aufgabe zu, die Rotationsströmung zu stabilisieren und aufrechtzuerhalten. Die Länge der Lamellen beträgt vorzugsweise etwa 200 bis etwa 700 mm.

Eine jeweilige Lamelle ist vorzugsweise jeweils zwischen zwei quer zur Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Kanalreihen angeordnet.

Ein jeweiliger Kanalabschnitt kann beispielsweise einen runden, insbesondere kreisrunden, einen rechteckigen oder einen quadratischen Innenquerschnitt besitzen.

Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoffauflaufs besitzt eine jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts betrachtet verschiedene Werte. Die betreffenden Erweiterungsstrecken sind in den verschiedenen Richtungen also unterschiedlich. Grundsätzlich ist auch eine Erweiterung in Richtung des Biegeradius und/oder in anderen Richtungen denkbar.

Es ist jedoch beispielsweise auch eine solche Ausführung denkbar, bei der der Innenquerschnitt eines vorangehenden Kanalabschnitts seitlich durch eine Linie, vorzugsweise eine Gerade, begrenzt ist und die Erweiterung so erfolgt, daß sich eine Parallelverschiebung dieser Linie nach außen ergibt bzw. die Erweiterung entlang dieser Linie einen konstanten Wert besitzt.

Die Werte der Erweiterung können beispielsweise in einem Bereich von 0 bis etwa 30 mm, insbesondere in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 30 mm und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm liegen.

Vorzugsweise sind mindestens zwei und höchstens fünf in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kanalabschnitte vorgesehen.

Das Verhältnis L/d_h zwischen der Länge L eines jeweiligen Kanalabschnitts und dessen hydraulischem Durchmesser d_h kann insbesondere in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 40 liegen.

Ein jeweiliger Kanalabschnitt kann zumindest bereichsweise auch einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden, einen sich in Strömungsrichtung erweiternden oder einen zylindrischen Innenquerschnitt besitzen, wobei beliebige Kombinationen möglich sind.

Die Stoffsuspensionsgeschwindigkeit im Kanaleintrittsbereich liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 20 m/sec.

Die in den Kanälen eines jeweiligen Turbulenzblockes erzeugten Wirbel bzw. die betreffenden asymmetrischen Erweiterungen können zumindest teilweise gleichsinnig und/oder zumindest teilweise gegensinnig und/oder zumindest teilweise um vorzugsweise 90° versetzt orientiert sein.

Auf einem vorangehenden Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt kann beispielsweise ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt folgen. Auf einen vorangehenden Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt kann beispielsweise ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt mit einem vieleckigen Innenquerschnitt folgen. Auf einen vorangehenden Kanalabschnitt mit einem vieleckigen Innenquerschnitt kann beispielsweise ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt folgen. Auf einen vorangehenden Kanalabschnitt mit einem vieleckigen Innenquerschnitt kann beispielsweise ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt mit einem vieleckigen Innenquerschnitt folgen, usw.

In bestimmten Fällen kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens eine bezüglich der Mittenachse eines jeweiligen vorangehenden Kanalabschnitts symmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts vorgesehen ist.

So kann beispielsweise auf zwei symmetrische Querschnittserweiterungen eine asymmetrische Querschnittserweiterung folgen. Es ist bespielsweise auch möglich, daß auf eine symmetrische Querschnittserweiterung eine asymmetrische Querschnittserweiterung folgt. Es kann beispielsweise aber auch auf eine asymmetrische Querschnittserweiterung eine symmetrische Querschnittserweiterung folgen. Es sind beliebige weitere Kombinationen denkbar.

Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform sind drei in Stellungsrichtung aufeinanderfolgende Kanalabschnitte mit sich insbesondere stufenartig erweiternden Innenquerschnitten vorgesehen, von denen die ersten beiden jeweils einen runden, insbesondere kreisrunden, Innenquerschnitt und der letzte einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen oder quadratischen Innenquerschnitt besitzen.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist zumindest ein Kanalabschnitt mit einem runden, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt vorgesehen.

Von Vorteil ist auch, wenn zumindest ein Kanalabschnitt mit einem den Innenquerschnitt beeinflussenden, insbesondere verringernden, Hindernis versehen ist, das am in Strömungsrichtung betrachtet hinteren Ende abrupt endet. Dabei werden quer zur Strömungsrichtung verlaufende Bewegungskomponenten erzeugt, die sich der restlichen Strömung überlagern.

Die Kanäle sind vorzugsweise durch Rohre gebildet.

Bei einem Einschichtstoffauflauf mit Lamellen kann man durch Anordnung unterschiedlicher Elemente über die Bauhöhe des Turbulenzblockes die Faserausrichtung über die Blattdicke gezielt beeinflussen. Dies gilt auch für 2- und 3-Schichtstoffaufläufe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals eines zu einem Stoffauflauf gehörenden Turbulenzerzeugers mit einem sich stufenartig erweiternden Innenquerschnitt, geschnitten entlang der Linie A-A in Fig. 2,
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kanals gemäß Fig. 1, geschnitten entlang der Linie B-B in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Stoffauflaufs mit einem lediglich einen Turbulenzblock umfassenden Turbulenzerzeuger,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Stoffauflaufs, dessen Turbulenzerzeuger zwei Turbulenzblöcke umfaßt,
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Turbulenzerzeugers, dessen Kanäle in zwei Reihen angeordnet sind,
Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals mit einer asymmetrischen Erweiterung des Innenquerschnitts, die in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche des vorangehenden Kanalabschnitts betrachtet unterschiedliche Werte besitzt,
Fig. 7 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals mit einer asymmetrischen Erweiterung des Innenquerschnitts, die über einen vorgegebenen Bereich der Innenumfangsfläche hinweg konstant ist,
Fig. 8 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kanals mit drei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitt mit sich stufenartig erweiternden Innenquerschnitten, wobei zudem der zweite Kanalabschnitt bereichsweise einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Innenquerschnitt besitzt,
Fig. 9 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kanals mit zwei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitten mit sich stufenartig erweiternden Innenquerschnitten, wobei der zweite Kanalabschnitt mit einem den Innenquerschnitt beeinflussenden Hindernis versehen ist,
Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung des Kanals gemäß Fig. 9, geschnitten entlang der Linie C-C in Fig. 9,
Fig. 11 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kanals mit zwei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitten mit sich stufenartig erweiternden Innenquerschnitten, wobei die beiden Kanalabschnitte jeweils einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Innenquerschnitt besitzen,
Fig. 12 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals, bei dem auf einen vorangehenden Kanalabschnitt mit einem kreisrunden Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt mit einem viereckigen, z. B. quadratischen, Innenquerschnitt folgt,
Fig. 13 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt mit einem quadratischen Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt mit einem rechteckigen Innenquerschnitt folgt, an den sich ein asymmetrisch erweiterter dritter Kanalabschnitt mit einem rechteckigen Innenquerschnitt anschließt, wobei der Kanal jeweils seitlich erweitert wird,
Fig. 14 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kanals, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt mit einem rechteckigen Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt mit einem rechteckigen Innenquerschnitt folgt, wobei der Kanal jeweils nach oben erweitert wird,
Fig. 15 eine Stirnansicht des Kanals gemäß Fig. 14 in Richtung des Pfeils F in Fig. 14,
Fig. 16 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals, bei dem ein erster Kanalabschnitt von kreisrundem Innenquerschnitt in einem in Strömungsrichtung betrachtet hinteren Bereich einen sich in Strömungsrichtung kontinuierlich erweiternden Innenquerschnitt besitzt und sich an diesen ersten Kanalabschnitt ein sich stufenartig asymmetrisch erweiternder zweiter Kanalabschnitt mit einem quadratischen Innenquerschnitt anschließt,
Fig. 17 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kanals, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt folgt, an den sich ein asymmetrisch erweiterter dritter Kanalabschnitt mit einem runden Innenquerschnitt anschließt, wobei der Kanal jeweils seitlich nach rechts sowie nach oben und nach unten erweitert wird,
Fig. 18 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kanals gemäß Fig. 17, geschnitten entlang der Linie D-D in Fig. 17,
Fig. 19 eine Stirnansicht eines mehrere Kanalreihen aufweisenden Turbulenzerzeugers,
Fig. 20 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Stoffauflaufdüse, wobei der Düsenraum durch mehrere Lamellen unterteilt ist, und
Fig. 21a bis 21d schematische Querschnittsdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen eines jeweiligen Kanals eines zu einem Stoffauflauf gehörenden Turbulenzerzeugers.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung einen Kanal 10 eines zu einem Stoffauflauf 12 (siehe auch die Fig. 3 und 4) gehörenden Turbulenzerzeugers 14. Der Turbulenzerzeuger 14 umfaßt mehrere solche der Führung der Stoffsuspension dienende Kanäle 10.
Wie anhand der Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, erweitert sich der Innenquerschnitt des Kanals 10 in einem Bereich I stufenartig. Dabei ergibt sich eine bezüglich der Mittenachse 16 des vorangehenden Kanalabschnitts 18 asymmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts beim Übergang zum darauffolgenden Kanalabschnitt 20.
Im vorliegenden Fall erfolgt die Erweiterung des Innenquerschnitts insbesondere so, daß die Mittenachse 22 des nachfolgenden erweiterten Kanalabschnitts 20 gegenüber der Mittenachse 16 des vorangehenden Kanalabschnitts 18 in Querrichtung versetzt ist.
Dabei kann die betreffende Erweiterung des Innenquerschnitts insbesondere so erfolgen, daß die erweiterte Innenquerschnittsfläche des nachfolgenden Kanalabschnitts 20 die kleinere Innenquerschnittsfläche des vorangehenden Kanalabschnitts 18 vollständig mit umfaßt, d. h. die kleinere Innenquerschnittsfläche innerhalb der erweiterten Innenquerschnittsfläche liegt (vgl. insbesondere Fig. 1).
Die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts kann in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche des vorangehenden Kanalabschnitts 18 betrachtet in einer beliebigen Hauptrichtung H quer zur Strömungsrichtung S in Maschinenlaufrichtung einen maximalen Wert besitzen. Die Hauptrichtung kann also z. B. in Maschinenquerrichtung, von oben nach unten etc., diagonal, usw., d. h. in allen Richtungen in der Ebene senkrecht zur Maschinenlaufrichtung verlaufen. Die Erweiterung des Innenquerschnitts in der zur Hauptrichtung H entgegengesetzten Richtung besitzt vorzugsweise einen minimalen Wert, der im vorliegenden Fall gleich Null ist.
Wie anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, ergeben sich infolge der stufenartigen asymmetrischen Erweiterung beispielsweise zwei Wirbel 24, deren maximaler Durchmesser auf etwa den halben hydraulischen Durchmesser d_h begrenzt ist (d_h = 4 F/U, mit F = Fläche, U = Umfang).
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt sowohl der vorangehende Kanalabschnitt 18 als auch der nachfolgende Kanalabschnitt 20 jeweils einen runden, z. B. kreisrunden, Innenquerschnitt. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Innenquerschnitte denkbar.
Der Turbulenzerzeuger 14 kann einen oder mehrere in Strömungsrichtung S hintereinander angeordnete, jeweils mehrere Kanäle 10 aufweisende Turbulenzblöcke 14'-14''' (vgl. die Fig. 3 und 4) umfassen.
Beim Stoffauflauf 12 gemäß der Fig. 3 umfaßt der Turbulenzerzeuger 14 lediglich einen Turbulenzblock 14'. Dagegen umfaßt der Turbulenzerzeuger des in der Fig. 4 dargestellten Stoffauflaufs 12 zwei Turbulenzblöcke 14", 14'''. Zwischen den beiden Turbulenzblöcken 14", 14''' ist ein Zwischenraum 26 gebildet.
In den Fig. 3 und 4 ist auch jeweils ein dem Turbulenzerzeuger 14 vorgeschalteter Verteiler 28 sowie eine dem Turbulenzerzeuger 14 nachgeschaltete Stoffauflaufdüse 30 zu erkennen.
Die Kanäle 10 eines jeweiligen, an die Stoffauflaufdüse 30 angrenzenden Diffusorblocks 14' bzw. 14''' münden in den Düsenraum 30'.
Die Kanäle 10 des Turbulenzerzeugers 14 bzw. eines jeweiligen Turbulenzblocks können in einer oder mehreren sich jeweils quer zur Strömungsrichtung 5 erstreckenden Reihen angeordnet sein.
Beim in der Fig. 5 dargestellten Turbulenzerzeuger 14 sind beispielsweise zwei solche Kanalreihen vorgesehen.
An dem bzw. den Turbulenzblöcken kann jeweils eine Lamelle vorgesehen sein. Beim in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Lamelle 32 zwischen den beiden Kanalreihen angeordnet. Eine entsprechende Lamelle 32 kann sich beispielsweise in den Düsenraum 30' oder in den Zwischenraum 26 (siehe auch die Fig. 3 und 4) erstrecken.
Beim in der Fig. 5 dargestellten Turbulenzerzeuger 14 besitzen die verschiedenen Kanäle 10 jeweils drei in Strömungsrichtung S aufeinanderfolgende Kanalabschnitte mit sich stufenartig erweiternden Innenquerschnitten f₁, f₂, f₃, von denen die ersten beiden jeweils einen runden, insbesondere kreisrunden, Innenquerschnitt f₁, f₂ und der letzte einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen oder quadratischen Innenquerschnitt f₃ besitzen.
Wie anhand der Fig. 5 zu erkennen ist, weist bei den Kanälen 10 der oberen Reihe die Hauptrichtung H der jeweiligen Erweiterung beim Übergang vom ersten Kanalabschnitt zum zweiten jeweils nach rechts, während sie bei den Kanälen 10 der unteren Reihe jeweils nach links weist.
Fig. 6 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung einen Kanal 10 mit einer asymmetrischen Erweiterung des Innenquerschnitts, die in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche 34 des vorangehenden Kanalabschnitts 18 betrachtet unterschiedliche Werte a besitzt. Die Erweiterungsstrecken a sind also in den verschiedenen Richtungen unterschiedlich.
Fig. 7 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung einen Kanal 10 mit einer asymmetrischen Erweiterung des Innenquerschnitts, die über einen vorgegebenen Bereich der Innenumfangsfläche des vorangehenden Kanalabschnitts 18 konstant ist. Dabei erfolgt die Erweiterung so, daß sich eine Parallelverschiebung der den vorangehenden Kanalabschnitt 18 begrenzenden Geraden 36 nach rechts außen ergibt bzw. die Erweiterung entlang dieser Geraden 36 einen konstanten Wert s besitzt. Im vorliegenden Fall besitzt der vorangehende Kanalabschnitt 18 einen rechteckigen Innenquerschnitt f₁ und der darauffolgende Kanalabschnitt 20 einen quadratischen Innenquerschnitt f₂.
Fig. 8 zeigt in schematischer Längsschnittdarstellung einen Kanal 10 mit drei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitten 18, 20 mit sich stufenartig zumindest teilweise asymmetrisch erweiternden Innenquerschnitten. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die ersten beiden Kanalabschnitte 18, 20 jeweils einen runden, insbesondere kreisrunden, Innenquerschnitt f₁ bzw. f₂, während der dritte Kanalabschnitt 21 einen quadratischen Innenquerschnitt f₃ aufweist. Grundsätzlich sind auch beliebige andere Innenquerschnitte denkbar.
Im vorliegenden Fall besitzt zudem der zweite Kanalabschnitt 20 anfänglich einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Innenquerschnitt. Die Anzahl von Kanalabschnitten kann insbesondere von zwei bis fünf variieren.
Fig. 9 zeigt in schematischer Längsschnittdarstellung einen Kanal 10 mit zwei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitten 18, 20 mit sich stufenartig symmetrisch erweiternden Innenquerschnitten. Im vorliegenden Fall ist der zweite Kanalabschnitt 20 mit einem den Innenquerschnitt beeinflussenden, d. h. insbesondere reduzierenden, Hindernis 38 versehen, das am in Strömungsrichtung S betrachtet hinteren Ende abrupt endet. Durch ein solches an einem jeweiligen Kanal vorgesehenes Hindernis 38 werden quer zur Strömungsrichtung S verlaufende Bewegungskomponenten erzeugt, die sich der restlichen Strömung überlagern.
Das Verhältnis L/d_h zwischen der Länge L eines jeweiligen Kanalabschnitts, beispielsweise des Kanalabschnitts 18, und dessen hydraulischem Durchmesser d_h kann insbesondere in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 40 liegen. Dabei ergibt sich der hydraulische Durchmesser d_h aus der folgenden Beziehung:

d_h = 4 F/U,

wobei mit "F" die Fläche und mit "U" der Umfang bezeichnet ist.
Die Fig. 10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des Kanals gemäß der Fig. 9. Danach besitzt der vorangehende Kanalabschnitt 18 im vorliegenden Fall wieder einen runden und der darauffolgende Kanalabschnitt 20 wieder einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Innenquerschnitt.
Ein jeweiliger Kanalabschnitt kann zumindest bereichsweise einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden, erweiternden oder zylindrischen Innenquerschnitt besitzen. Es sind beliebige Kombinationen möglich.
Fig. 11 zeigt in schematischer Längsschnittdarstellung einen Kanal 10 mit zwei aufeinanderfolgenden Kanalabschnitten 18, 20 mit sich stufenartig asymmetrisch erweiternden Innenquerschnitten. Im vorliegenden Fall besitzen die beiden Kanalabschnitte 18, 20 jeweils einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Innenquerschnitt.
In dieser Fig. 11 ist die Suspensionsgeschwindigkeit im Kanaleintrittsbereich mit "v₁" bezeichnet. Diese Stoffsuspensionsgeschwindigkeit v₁ im Kanaleintrittsbereich kann allgemein, d. h. insbesondere auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 20 m/sec liegen.
Fig. 12 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung einen Kanal 10, bei dem auf einen vorangehenden Kanalabschnitt 18 mit einem kreisrunden Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt 20 mit einem viereckigen, z. B. quadratischen, Innenquerschnitt folgt.
Fig. 13 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung einen Kanal 10, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt 18 ein stufenartig asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt 20 mit einem rechteckigen Innenquerschnitt folgt, an den sich ein asymmetrisch erweiterter dritter Kanalabschnitt 21 mit einem rechteckigen Innenquerschnitt anschließt. Dabei erweitert sich der Kanal 10 jeweils seitlich nach rechts sowie nach oben und nach unten.
Fig. 14 zeigt in schematischer Längsschnittdarstellung einen Kanal 10, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt 18 mit einem rechteckigen Innenquerschnitt ein stufenartig asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt 20 mit einem rechteckigen Innenquerschnitt folgt. An diesem zweiten Kanalabschnitt 20 schließt sich ein stufenartig asymmetrisch erweiterter dritter Kanalabschnitt 21 an. Auch dieser dritte Kanalabschnitt besitzt wieder einen rechteckigen Querschnitt. Wie anhand der Stirnansicht dieses Kanals 10 gemäß Fig. 15 zu erkennen ist, erweitert sich der Kanal 10 im vorliegenden Fall jeweils nach oben.
Fig. 16 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung einen Kanal 10, bei dem ein erster Kanalabschnitt 18 von kreisrundem Innenquerschnitt in einem in Strömungsrichtung S betrachtet hinteren Bereich einen sich in Strömungsrichtung kontinuierlich erweiternden Innenquerschnitt besitzt. Auf diesen ersten Kanalabschnitt 18 folgt ein sich stufenartig asymmetrisch erweiternder zweiter Kanalabschnitt 20, der einen quadratischen Innenquerschnitt besitzt.
Die Fig. 17 und 18 zeigen in schematischer Darstellung einen Kanal 10, bei dem auf einen ersten Kanalabschnitt 18 mit einem runden Innenquerschnitt ein stufenartig asymmetrisch erweiterter zweiter Kanalabschnitt 20 mit einem runden Innenquerschnitt folgt. An den zweiten Kanalabschnitt 20 schließt sich ein stufenartig asymmetrisch erweiterter dritter Kanalabschnitt 21 an. Dabei wird der Kanal jeweils seitlich nach rechts sowie nach unten und nach oben erweitert.
Die in den Kanälen eines jeweiligen Turbulenzblockes erzeugten Wirbel bzw. die betreffenden asymmetrischen Erweiterungen können zumindest teilweise gleichsinnig und/oder zumindest teilweise gegensinnig und/oder zumindest teilweise um vorzugsweise 90° versetzt orientiert sein.
Fig. 19 zeigt eine Stirnansicht eines mehrere Kanalreihen aufweisenden Turbulenzerzeugers 14. Dabei ergibt sich in den Kanälen 10 der oberen Reihe jeweils eine asymmetrische Erweiterung, deren Hauptrichtung H nach rechts weist. In den Kanälen 10 der unteren Reihe ergibt sich jeweils eine asymmetrische Erweiterung, deren Hauptrichtung H nach links, d. h. also in die entgegengesetzte Richtung weist.
In den Kanälen 10 der beiden dazwischenliegenden Reihen ergibt sich jeweils eine asymmetrische Erweiterung, deren Hauptrichtung H nach unten bzw. nach oben weist. Die beiden mittleren Reihen weisen also wieder eine entgegengesetzte Hauptrichtung H auf.
Zwischen der oberen und er darauffolgenden darunterliegenden Kanalreihe sowie zwischen der unteren Kanalreihe und der darauffolgenden darüberliegenden Kanalreihe ist jeweils eine Lamelle 32 angeordnet.
Die Anordnung im jeweiligen Turbulenzblock kann also gleichsinnig oder gegensinnig sein.
Bei den asymmetrischen Querschnittsfolgen sind beispielsweise die folgenden Kombinationen möglich: rund, rund; rund, vieleckig; mehreckig, rund; und eckig, eckig.
Bei den Querschnittsfolgen sind beispielsweise die folgenden Kombinationen möglich: symmetrisch/symmetrisch/asymmetrisch; symmetrisch/asymmetrisch; asymmetrisch/symmetrisch; etc.
Fig. 20 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung eine Stoffauflaufdüse 30, deren Düsenraum 30' durch mehrere, hier drei, Lamellen 32 unterteilt ist.
Die Fig. 21a bis 21d zeigen in schematischer Querschnittsdarstellung verschiedene weitere Ausführungsbeispiele eines jeweiligen Kanals 10 eines zu einem Stoffauflauf gehörenden Turbulenzerzeugers, dessen Innenquerschnitt sich insbesondere wieder stufenartig erweitern kann. Wie insbesondere anhand dieser Fig. 21 zu erkennen ist, sind erfindungsgemäß alle Richtungen von H möglich.
Die Kanäle 10 können durch Rohre gebildet sein. Bezugszeichenliste 10 Kanal
12 Stoffauflauf
14 Turbulenzerzeuger
14'-14''' Turbulenzblock
16 Mittenachse
18 vorangehender Kanalabschnitt
20 darauffolgender Kanalabschnitt
21 dritter Kanalabschnitt
22 Mittenebene
24 Wirbel
26 Zwischenraum
28 Verteiler
30 Stoffauflaufdüse
30' Düsenraum
32 Lamelle
34 Innenumfangsfläche
36 Linie, Gerade
38 Hindernis
a Erweiterungsstrecke
f₁ Innenquerschnitt des ersten Kanalabschnitts
f₂ Innenquerschnitt des zweiten Kanalabschnitts
f₃ Innenquerschnitt des dritten Kanalabschnitts
s Erweiterungsstrecke
v₁ Stoffsuspensionsgeschwindigkeit
H Hauptrichtung
I Bereich einer stufenartigen Erweiterung
L Länge
ML Maschinenlaufrichtung

Claims

1. Stoffauflauf (12) mit einem Turbulenzerzeuger (14), der mehrere der Führung von Stoffsuspension dienende Kanäle (10) umfaßt, deren Innenquerschnitte sich insbesondere stufenartig erweitern, wobei zumindest teilweise eine bezüglich der Mittenachse (16) eines jeweiligen vorangehenden Kanalabschnitts (18) asymmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts vorgesehen ist.

2. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts so erfolgt, daß die Mittenachse (22) des betreffenden nachfolgenden erweiterten Kanalabschnitts (20) gegenüber der Mittenachse (16) des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts (18) in Querrichtung versetzt ist.

3. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts so erfolgt, daß die erweiterte Innenquerschnittsfläche des betreffenden nachfolgenden Kanalabschnitts (20) die kleinere Innenquerschnittsfläche des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts (18) vollständig mit umfaßt, d. h. die kleinere Innenquerschnittsfläche innerhalb der erweiterten Innenquerschnittsfläche liegt.

4. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts (18) betrachtet in einer Hauptrichtung (H) quer zu Strömungsrichtung (S) einen maximalen Wert besitzt.

5. Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in der zur Hauptrichtung (H) entgegengesetzten Richtung einen minimalen Wert besitzt, wobei dieser minimale Wert vorzugsweise gleich Null ist.

6. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts so erfolgt, daß sich in der betreffenden Suspensionsteilströmung wenigstens zwei Wirbel (24) ergeben.

7. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger (14) einen oder mehrere in Strömungsrichtung (S) hintereinander angeordnete, jeweils mehrere Kanäle aufweisende Turbulenzblöcke (14'; 14", 14''') umfaßt.

8. Stoffauflauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (10) eines an die Stoffauflaufdüse (30) angrenzenden Diffusorblocks (14'; 14''') in den Düsenraum (30') münden.

9. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei in Strömungsrichtung (S) aufeinanderfolgenden Turbulenzblöcken (14', 14''') ein Zwischenraum (26) gebildet ist.

10. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (10) des Turbulenzerzeugers (14) bzw. eines jeweiligen Turbulenzblocks in einer oder mehreren sich jeweils quer zur Strömungsrichtung (S) erstreckenden Reihen angeordnet sind.

11. Stoffauflauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kanalreihen vorgesehen sind.

12. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Turbulenzblock (14'; 14", 14''') zumindest eine Lamelle (32) vorgesehen ist.

13. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine sich in den Düsenraum (30') erstreckende Lamelle (32) vorgesehen ist.

14. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine sich in den Zwischenraum (26) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbulenzblöcken (14", 14''') erstreckende Lamelle (32) vorgesehen ist.

15. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Lamelle (32) jeweils zwischen zwei quer zur Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Kanalreihen angeordnet ist.

16. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer jeweiligen Lamelle (32) etwa 200 bis etwa 700 mm beträgt.

17. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kanalabschnitt (18, 20, 21) mit einem runden, insbesondere kreisrunden, Innenquerschnitt vorgesehen ist.

18. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kanalabschnitt (18, 20, 21) mit einem rechteckigen Innenquerschnitt vorgesehen ist.

19. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kanalabschnitt (18, 20, 21) mit einem quadratischen Innenquerschnitt vorgesehen ist.

20. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Erweiterung des Innenquerschnitts in Richtung der verschiedenen Normalen auf der Innenumfangsfläche (34) des betreffenden vorangehenden Kanalabschnitts (18) betrachtet unterschiedliche Werte (a) besitzt.

21. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung in Richtung des Biegeradius vorliegt.

22. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt eines vorangehenden Kanalabschnitts (18) seitlich durch eine Linie (36), vorzugsweise eine Gerade, begrenzt ist und die Erweiterung so erfolgt, daß sich eine Parallelverschiebung dieser Linie (36) nach außen ergibt bzw. die Erweiterung entlang dieser Linie (36) einen konstanten Wert (s) besitzt.

23. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte (a, s) der Erweiterung in einem Bereich von 0 bis etwa 30 mm, insbesondere in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 30 mm und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm liegen.

24. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei und höchstens fünf in Strömungsrichtung (S) aufeinanderfolgende Kanalabschnitte (18, 20, 21) vorgesehen sind.

25. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis L/d_h zwischen der Länge L eines jeweiliger Kanalabschnitt (18, 20, 21) und dessen hydraulischem Durchmesser d_h in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 40 liegt.

26. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Kanalabschnitt (18, 20, 21) zumindest bereichsweise einen sich in Strömungsrichtung (S) verjüngenden Innenquerschnitt besitzt.

27. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Kanalabschnitt (18, 20, 21) zumindest bereichsweise einen sich in Strömungsrichtung (S) erweiternden Innenquerschnitt besitzt.

28. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Kanalabschnitt (18, 20, 21) zumindest bereichsweise einen zylindrischen Innenquerschnitt besitzt.

29. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffsuspensionsgeschwindigkeit (v₁) im Kanaleintrittsbereich in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 20 m/sec liegt.

30. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kanälen (10) eines jeweiligen Turbulenzblockes (14'; 14", 14''') erzeugten Wirbel bzw. die betreffenden asymmetrischen Erweiterungen zumindest teilweise gleichsinnig und/oder zumindest teilweise gegensinnig und/oder zumindest teilweise um vorzugsweise 90° versetzt orientiert sind.

31. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen vorangehenden Kanalabschnitt (18) mit einem runden Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt (20) mit einem runden Innenquerschnitt folgt.

32. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen vorangehenden Kanalabschnitt (18) mit einem runden Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt (20) mit einem vieleckigen Innenquerschnitt folgt.

33. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen vorangehenden Kanalabschnitt (18) mit einem vieleckigen Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt (20) mit einem runden Innenquerschnitt folgt.

34. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen vorangehenden Kanalabschnitt (18) mit einem vieleckigen Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt (20) mit einem runden Innenquerschnitt folgt.

35. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen vorangehenden Kanalabschnitt (18) mit einem vieleckigen Innenquerschnitt ein asymmetrisch erweiterter Kanalabschnitt (20) mit einem vieleckigen Innenquerschnitt folgt.

36. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine bezüglich der Mittenachse (16) eines jeweiligen vorangehenden Kanalabschnitts (18) symmetrische Erweiterung des Innenquerschnitts vorgesehen ist.

37. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei symmetrische Querschnittserweiterungen eine asymmetrische Querschnittserweiterung folgt.

38. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine symmetrische Querschnittserweiterung eine asymmetrische Querschnittserweiterung folgt.

39. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine asymmetrische Querschnittserweiterungen eine symmetrische Querschnittserweiterung folgt.

40. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei in Strömungsrichtung (S) aufeinanderfolgende Kanalabschnitte (18, 20, 21) mit sich insbesondere stufenartig erweiternden Innenquerschnitten (f₁, f₂, f₃) vorgesehen sind, von denen die ersten beiden (f₁, f₂) jeweils einen runden, insbesondere kreisrunden, Innenquerschnitt und der letzte einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen oder quadratischen Innenquerschnitt (f₃) besitzen.

41. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kanalabschnitt (18, 20, 21) mit einem runden, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt vorgesehen ist.

42. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kanalabschnitt (20) mit einem den Innenquerschnitt beeinflussenden Hindernis (38) versehen, das am in Strömungsrichtung (S) betrachtet hinteren Ende abrupt endet.

43. Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (10) durch Rohre gebildet sind.