DE102009007637A1

DE102009007637A1 - Verfahren zum Sortieren einer Faserstoffsuspension sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE102009007637A1
Application number: DE200910007637
Authority: DE
Inventors: Harald Hess; Wolfgang Gindele
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Das Verfahren dient dem Sieben (Sortieren oder Klassieren) einer Faserstoffsuspension (S), indem sie durch ein Sieb (4) in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Das Sieb (4) wird mit bewegten Räumelementen (2) frei gehalten, an deren Abschlussflächen (6, 6') Strömungsleitelemente (1) angebracht sind. Dadurch können die dort auftretenden Wirbel beeinflusst, insbesondere bezüglich ihrer Energie reduziert werden. Als Räumelemente (2) können Profilstäbe verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Faserstoffsuspensionen werden z. B. zur Erzeugung von Papier oder Karton verwendet. Derartige Verfahren sind dazu vorgesehen, um die Faserstoffsuspension in einer Nasssiebung zu behandeln. Eine hierzu verwendbare Vorrichtung wird Drucksortierer genannt. Er enthält z. B. ein zylindrisches Siebelement mit einer Vielzahl von Öffnungen, welches als Siebkorb bezeichnet wird. Es sind aber auch Sortierer mit ebenen oder konischen Siebelementen bekannt. Die in der Suspension enthaltenen Fasern sollen durch die Öffnung hindurchtreten, während die nicht gewünschten festen Bestandteile daran abgewiesen und aus dem Sortierer wieder herausgeleitet werden. Ein anderes denkbares Verfahrensziel ist die Aufteilung der Faserstoffsuspension in zwei Fraktionen, welche jeweils unterschiedliche Fasern enthalten, insbesondere kürzere oder längere Fasern. Als Sortieröffnungen werden in der Regel runde Löcher oder Schlitze verwendet.
Das Zusetzen der Sieböffnungen wird durch Räumelemente verhindert, welche dicht an dem Sieb vorbei bewegt werden, z. B. mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 8 und 30 m/s. Deren Wirkung hängt außerdem stark von ihrer Form ab. Bei dem hier betrachteten Verfahren können die Räumelemente als Profilstäbe ausgeführt sein. Diese werden in der Regel quer zu ihrer Längenausdehnung durch die Faserstoffsuspension hindurch bewegt, wobei durch diese Relativbewegung an der Oberfläche der Stäbe stellenweise ein höherer und an anderen stellen ein geringerer Druck entsteht. Da die Stäbe auch relativ zum Sieb bewegt werden, führt das zu einer kurzzeitigen Umkehrung der Strömungsrichtung in den Sieböffnungen, was das Verstopfen des Siebes verhindert (Siebfreihaltung). Diese Art der Siebfreihaltung hat sich zwar bewährt, sie erfordert aber den Einsatz von Antriebsenergie. Neben den erwähnten Profilstäben gibt es weitere Formen von Räumelementen, z. B: gewölbte trapezförmige Bleche, die für das Verfahren verwendet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren zum Sortieren einer Faserstoffsuspension in der Weise weiter zu entwickeln, dass der Energiebedarf geringer wird und/oder dass die Siebfreihaltung besser wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Ansprüche 28 und 29 beschreiben vorteilhafte Rotoren zur Durchführung des Verfahrens.
Die im Anspruch 1 genannten Wirbel entstehen durch den Druckausgleich an der Abschlussfläche des Räumungselementes, insbesondere dann, wenn diese frei umströmbar ist. Anders als die Druckimpulse, die durch die Strömung entlang den Umfangsflächen der Stäbe erzeugt werden, sind die Wirbel unerwünscht, da sie Energie kosten und bei der Siebfreihaltung eher störend sind. Mit Hilfe der Erfindung lassen sich diese Wirbel beeinflussen, d. h. insbesondere, dass sie entweder ganz vermieden werden, kleiner und damit energieärmer sind oder in weniger schädliche Folgewirbel aufgeteilt werden. Die wesentliche Wirkung der erfindungsgemäßen Strömungsleitelemente beruht darauf, dass die Kurzschlussströmung an den freien Stirnseiten verhindert oder behindert wird.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 einen für das Verfahren geeigneten Drucksortierer;
2 einen mit zwei Strömungsleitelementen versehenen als Räumelement dienenden Profilstab in perspektivischer Darstellung;
3–6 weitere Strömungsleitelemente in verschiedenen Ausführungsformen, in axialer Blickrichtung dargestellt;
7 einen als Räumelement dienender Profilstab mit einem an der Stirnseite angebrachten Halter, mit Blick auf die Abströmseite des Profilstabes dargestellt, wobei der Halter des Profilstabes ebenfalls als ein Leitelement dient;
8 einen als Räumelement dienender Profilstab mit zwei an den Stirnseiten angebrachten Haltern, mit Blick auf die Abströmseite des Profilstabes dargestellt;
9 zwei als Strömungsleitelemente dienende gewinkelte Platten, mit Blick auf die Abströmseite des Profilstabes dargestellt;
10 eine als Strömungsleitelement dienende gewinkelte Platte, mit Blick auf die Abströmseite des Profilstabes dargestellt, wobei der Halter des Profilstabes ebenfalls als ein Strömungsleitelement dient;
11 eine als Strömungsleitelement dienende gewinkelte Platte, mit Blick in axialer Richtung;
12 ein Strömungsleitelement als räumliche Schlaufe, in axialer Blickrichtung dargestellt;
13 ein ebenes scheibenförmiges Sieb, das von einem mit Strömungsleitelementen versehenen Flügelrotor geräumt wird;
14 ein konisches Sieb, das von einem mit Strömungsleitelementen versehenen Flügelrotor geräumt wird.
15 ein anderes konisches Sieb mit einem radial innen liegenden Rotor, der mit Räum- und Strömungsleitelementen versehenen ist.
1 zeigt das Innere eines Drucksortierers mit einem zylindrischen Sieb 4. Durch den hier oben liegenden Zulauf 15 wird die Faserstoffsuspension S in den Drucksortierer eingeleitet und an dem Sieb 4 in zwei Teilströme aufgeteilt. Der Anteil, der das Sieb 4 passiert hat, der sogenannte Durchlauf, gelangt in die Gutstoffkammer 14 und kann durch einen Gutstoffauslauf den Drucksortierer als Akzept A verlassen. Das am Sieb 4 Abgewiesene, der sogenannte Überlauf, wird unten als Rejekt R abgezogen. Um ein Verstopfen der Sieböffnungen 7 zu verhindern, wird ein konzentrisch mit dem Sieb 4 angeordneter Rotor 9 verwendet. Er ist an seiner Außenseite mit einer Anzahl von Räumelementen 2 versehen, die durch Halter 10 an der Nabe 13 des Rotors 9 so befestigt sind, dass sie zu dieser einen Abstand einnehmen. Die Anordnung der Räumelemente 2 ist hier nur beispielhaft gezeigt, in der Regel sind sie gleichmäßig auf dem Umfang der Nabe 13 verteilt. Durch die Rotation des Rotors 9 können die Räumelemente 2 dicht an der Innenseite des Siebes 4 entlang bewegt werden. Die Räumelemente 2 sind hier als Profilstäbe ausgeführt, die an ihren unteren Abschlussflächen 6' mit Strömungsleitelementen 1 versehen sind, was in dieser 1 nur angedeutet ist. Die Längserstreckung der Profilstäbe steht üblicherweise in einem schrägen Winkel β (z. B. 60 bis 89 grad) zur Bewegungsrichtung des Rotors 9.
Es gibt andere Drucksortierer, bei denen die Räumelemente radial außerhalb des Siebes angeordnet sind. Auch die Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension durch die Sieböffnungen wird gelegentlich anders als in 1 gewählt, und zwar von außen nach innen (zentripetal statt zentrifugal). Auch in diesen Fällen können die Merkmale der Erfindung angewendet werden.
2 stellt einen als Räumelement 2 dienenden Profilstab mit zwei an den Abschlussflächen 6 und 6' angebrachten Strömungsleitelementen 1 in perspektivischer Ansicht dar. Durch die Bewegung des Räumelementes 2 bilden sich eine Anströmseite 12 und eine Abströmseite 11 an der Umfangsfläche 5 des Profilstabes. Dabei ist die Bewegungsrichtung (Pfeil) von links nach rechts. Die dem (nicht gezeigten) Sieb zugewandte Seite ist hier die Oberseite des Profilstabes.
3 zeigt (etwas detaillierter als die 1), einen als Räumelemente 2 arbeitenden Profilstab mit einer in sich geschlossenen abgerundeten Umfangsfläche 5, die hydraulische Impulse erzeugt. Er kann daher auch als Foil bezeichnet werden. Die Räumelemente 2 werden dicht am Sieb 4 vorbeibewegt. Von den Sieböffnungen 7 sind hier nur einige wenige eingezeichnet. Der Profilstab weist an einer Stirnseite, und zwar an der Abschlussfläche 6', die bei der Ansicht in der 1 das unten liegende Ende der Räumelemente 2 bildet, ein Strömungsleitelement 1 auf. Ein solches Strömungsleitelement 1 kann mit Vorteil eine ebene Platte sein, die sich in einem Winkel α = 90 grad senkrecht zur Achsrichtung erstreckt (s. auch 1). Dabei hat das Strömungsleitelement 1, also hier die ebene Platte, in Richtung senkrecht zur Siebfläche, hier also in radialer Richtung auf mindestens einer Seite einen maximalen Überstand B1 gegenüber der Umfangsfläche 5, der mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10% der maximalen Breite B2 des Räumungselementes 2, wiederum in radialer Richtung beträgt.
Beim Beispiel der 3 hat das Strömungsleitelement 1 relativ große Abmessungen; ein Teil liegt auf der dem Sieb 4 zugewandten Seite des Räumungselementes 2, ein anderer Teil auf der abgewandten Seite und ein dritter Teil bildet die Verlängerung des Räumungselementes 2 an dessen Abströmseite 11. Diese Verlängerung hat mit Vorteil eine Erstreckung L1, die zwischen 5% und 100% der Länge L2 des Räumelementes 2 beträgt. Der dem Sieb zugewandete Teil des Strömungselementes 1 hat mit Vorteil eine Kontur 17, die der zylindrischen Form des Siebes 4 entspricht. Vorteilhaft für die Räumwirkung ist es auch, wenn der minimale Abstand 18 zwischen Sieb 4 und Räumelement 2 ein bis fünf Millimeter beträgt. Das in 4 gezeigte Strömungsleitelement 1' befindet sich nur auf der dem Sieb 4 zugewandten Seite und das in 5 gezeigte Strömungsleitelement 1'' nur auf der vom Sieb 4 abgewandten Seite des Räumungselementes 2.
Das Strömungsleitelement 1 kann genau in Bewegungsrichtung des Räumungselementes 2 ausgerichtet sein, so dass es einen minimalen Strömungswiderstand erzeugt. In anderen Fällen kann eine Stellung schräg zur Bewegungsrichtung gewählt werden, z. B. um der Suspensionsströmung eine zusätzliche Axialkomponente zu geben.
Der Querschnitt der Profilstäbe kann überall oder über den größten Teil der Stablänge konstant sein, dabei unsymmetrisch (z. B. wie in 3) oder symmetrisch wie in 4.
6 und 7 zeigen einen als Strömungsleitelement 1''' dienenden Halter 10', der sich von der Anströmseite 12 bis zur Abströmseite 11 des Räumungselementes 2 erstreckt. Halter 10' dieser Art können an beiden Abschlussflächen 6 und 6' der Räumelemente 2 vorhanden sein und daher die störenden Wirbel in der bereits erklärten Weise beeinflussen (8). Dann können diese Halter 10' sehr schlank gewählt werden, was ihren Strömungswiderstand stark verringert.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, das Strömungsleitelement 1'''' zumindest in Teilen mit einem Winkel α' bzw. α'' gegen die Achsrichtung anzustellen, der kleiner (9) oder größer (10) ist als 90 grad, z. B. α' zwischen 75 und 89 grad oder α'' zwischen 91 und 105 grad. Das kann die Wirkung verstärken und/oder den Energieverbrauch des Rotors 9 weiter senken. Ein abgewinkeltes Strömungsleitelement 1'''' ist in 11 mit axialer Blickrichtung dargestellt. Dabei ist die Biegekante 19 in Umfangsrichtung, also in Bewegungsrichtung (Pfeil) des Räumelementes 2 gebogen ausgeführt, was den Strömungswiderstand minimiert. Auch der abgewinkelte Teil 20 des Strömungsleitelementes 1'''' ist aus demselben Grund gleich gekrümmt wie die Bewegungsrichtung.
Es kann auch günstig sein, die Strömungselemente je nach Position auf dem Rotor unterschiedlich auszugestalten. Dabei kann z. B. dem Effekt begegnet werden, dass die Beschleunigung der Suspension durch die Räumelemente zu einer Verringerung der Differenzgeschwindigkeit zwischen Suspension und Räumelementen führt, was dann für die Ausbildung der hydraulischen Impulse nachteilig ist. Außerdem kann sich die Zusammensetzung der Faserstoffsuspension verändern, wenn ein Teilstrom bereits durch das Sieb 4 hindurch abgeflossen ist, was im Allgemeinen zur Erhöhung der Viskosität des abgewiesenen Teilstromes führt. Im Beispiel der 1 nimmt dann die Viskosität axial von oben nach unten zu.
12 zeigt ein räumliches schlaufenförmiges Strömungsleitelement 1''''', welches zwar aufwendig, aber dafür auch besonders wirksam ist.
Bekanntlich kann man Verfahren dieser Art auch mit Sortiervorrichtungen durchführen, die gemäß 13 mit einem ebenen scheibenförmigen Sieb 4' ausgestattet sind, das von im Wesentlichen radial ausgerichteten Räumelemente 22 freigehalten wird. Hier kann ein Strömungsleitelement 21 an der radial äußeren Abschlussfläche 6'' des Räumelementes 22 in gewünschter Weise die Wirbel verändern, insbesondere reduzieren oder teilen. Ähnliches gilt auch für ein konisches Sieb 4'' und entsprechend angepasste Räumelemente 22' (14). Es werden auch Sortierer verwendet, deren Sieb 4'' und Rotornabe eine konische Form aufweisen, und bei denen die Räumelemente 2 mit Haltern 10' an der konischen Nabe des Rotors 9' befestigt sind (15). Auch dann können die Räumelemente 2 mit den bereits beschriebenen Strömungsleitelementen versehen sein, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.

Claims

Verfahren zum Sortieren einer Faserstoffsuspension (S), bei dem die Faserstoffsuspension (S) durch mindestens ein Sieb (4, 4', 4'') in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei mit Hilfe von relativ zum Sieb bewegten Räumelementen (2, 22, 22') das Sieb (4, 4', 4'') freigehalten wird, und wobei die Räumelemente (2, 22, 22') eine oder zwei Abschlussflächen (6, 6', 6'') aufweisen, die sich überwiegend in Bewegungsrichtung erstrecken, sowie eine zwischen den Abschlussflächen (6, 6', 6'') liegende in sich geschlossene Umfangsfläche (5), dadurch gekennzeichnet, dass die an den Abschlussflächen (6, 6', 6'') auftretenden Wirbel mit mindestens einem Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) beeinflusst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Abschlussflächen (6, 6', 6'') auftretenden Wirbel durch das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) minimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Abschlussflächen (6, 6', 6'') auftretenden Wirbel durch das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) geteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) an einer Abschlussfläche (6, 6', 6'') angebracht ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der relativ zum Sieb (4, 4', 4'') bewegten Räumelemente (2, 22, 22') hydraulische Impulse zur Siebfreihaltung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (2, 22, 22') auf der dem Sieb (4, 4', 4'') zugewandeten Seite Druckimpulse erzeugen.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Räumelemente (2, 22, 22') Profilstäbe mit einer abgerundeten Umfangsfläche (5) verwendet werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (2, 22, 22') eine Anströmseite (12) aufweisen, die sich in einem Winkel (β) zwischen 60 und 90 grad relativ zur Bewegungsrichtung der Räumelemente (2, 22, 22') erstreckt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) überwiegend in Bewegungsrichtung des Räumelementes (2, 22, 22') erstreckt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Teil des Strömungsleitelementes (1', 1', 1'''', 1''''', 21) auf der dem Sieb (4, 4', 4'') zugewandeten Seite des Räumungselementes (2, 22, 22') befindet.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Teil des Strömungsleitelementes (1, 1'' 1''', 1'''', 1'''', 1''''', 21) auf der dem Sieb (4, 4', 4'') abgewandeten Seite des Räumungselementes (2, 22, 22') befindet.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strömungsleitelement (1, 1', 1'') eine an einer Abschlussfläche (6, 6', 6'') des Räumelementes (2, 22, 22') angebrachte ebene Platte ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strömungsleitelement (1'''') eine an einer Abschlussfläche (6, 6', 6'') des Räumelementes (2, 22, 22') angebrachte gebogene oder gewinkelte Platte ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strömungsleitelement (1''''') eine an einer Abschlussfläche (6, 6', 6'') des Räumelementes (2, 22, 22') angebrachte Schlaufe (8) ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) einen maximalen Überstand (B1) senkrecht zur Siebfläche aufweist, deren Größe mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10% der maximalen Breiten (B2) senkrecht zur Siebfläche des Räumungselementes (2, 22, 22') entspricht.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) einen maximalen Überstand (B1) senkrecht zur Siebfläche aufweist, deren Größe mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 40% der maximalen Breiten (B2) senkrecht zur Siebfläche des Räumungselementes (2, 22, 22') entspricht.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) eine Verlängerung an der Abströmseite 11 des Räumungselementes 2 mit einer Erstreckung L1 aufweist, die zwischen 5% und 100% der Länge L2 des Räumelementes 2 beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strömungsleitelemente (1''') desselben Räumungselementes (2, 22, 22') als Halter (10') ausgebildet sind, die die Abschlussflächen (6, 6', 6'') des Räumungselementes (2, 22, 22') mit der Nabe (13) des Rotors (9) so verbinden, dass sich das Räumungselement (2, 22, 22') in einem Abstand zur Nabe (13) befindet.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Halter (10') an der Verbindung zum Räumungselement (2, 22, 22') mindestens von der Zuströmseite (12) bis zur Abströmseite (11) des Räumungselementes (2, 22, 22') erstreckt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (2, 22, 22') maximal je zwei Strömungsleitelemente (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) aufweisen.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (4', 4'') eine zylindrische oder konische Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Räumelemente (2, 22, 22') radial innerhalb des Siebes (4, 4', 4'') befinden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Räumelemente (2, 22, 22') radial außerhalb des Siebes (4, 4', 4'') befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb eine ebene ringförmige Form aufweist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Abstand (18) zwischen Räumelement (2, 22, 22') und Sieb (4, 4', 4'') 1 bis 5 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Strömungsleitelemente (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''') desselben Rotors (9) bezüglich ihrer Form, Größe oder Anordnung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sich voneinander unterscheidende Strömungsleitelemente (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''') zueinander axial versetzt angeordnet sind.
Rotor (9, 9') für eine mit mindestens einem Sieb (4, 4', 4'') versehene Sortiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voran stehenden Ansprüche, der geeignet ist, durch Rotation das Sieb (4, 4', 4'') von Verstopfungen freizuhalten, und der mehrere an einer Nabe (13) befestigte Räumelemente (2, 22, 22') mit je einer oder zwei sich überwiegend in Bewegungsrichtung der Räumelemente (2, 22, 22') erstreckenden Abschlussflächen (6, 6', 6'') aufweist, sowie eine zwischen den Abschlussflächen (6, 6', 6'') liegende in sich geschlossene Umfangsfläche (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (2, 22, 22') mit mindestens einem an mindestens einer Abschlussfläche (6, 6', 6'') angebrachten Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) versehen sind, welches sich über die Umfangsfläche (5) hinaus erstreckt.
Rotor (9) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strömungsleitelement (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1'''', 21) überwiegend in Bewegungsrichtung des Rotors (9, 9') erstreckt.