-
Verteil- und Verzögerungsvorrichtung für den Stoffauflauf von Papiermaschinen
Die Erfindung betrifft eine Verteil- und Verzögerungsvorrichtung für Faserstoffsuspensionsströme,
die dem Stoffauflauf von Papiermaschinen zufließen. Solche Vorrichtungen sind an
sich bekannt; eine Auswahl ist beispielsweise in der Zeitschrift »Das Papier«, 14.
Jahrgang, H. 12, S. 697 bis 809, beschrieben.
-
Die Vorrichtungen werden üblicherweise zwischen den Stoffvorverteiler
und den Stoffauflaufspalt der Maschine geschaltet und haben den Zweck, die vom Verteiler
kommende Papierstoffsuspension zu beruhigen und die Strömungsgeschwindigkeit über
die gesamte Maschinenbreite und in Strömungsrichtung konstant zu halten.
-
Die Forderung nach möglichst gleichmäßiger Zufuhr der Faserstoffsuspension
zum Sieb, die zur Bildung einer homogenen Papierbahn erhoben werden muß, ist bekanntlich
um so schwieriger zu erfüllen, je größer die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine
ist und je weiter der Bereich ist, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit geändert werden
soll. Insbesondere im zuletzt genannten Fall befriedigen die bekannten Verteil-
und Verzögerungsvorrichtungen nicht,. da sie nur in verhältnismäßig engen Strömungsbereichen
stabil arbeiten.
-
Eine bekannte Verteilvorrichtung besteht aus einer rohrförmigen Verteilkammer
mit kreisförmigem Querschnitt, in die zwei Zulaufrohre für die Faserstoffsuspension
radial einmünden. Aus dieser Verteilkammer strömt die Suspension durch einen schmalen
Spalt ab, der sich über die gesamte Kammerbreite erstreckt. Zur Verbesserung der
Verteilung ist eine zweite rohrförmige Kammer mit kreisförmigem Querschnitt nachgeschaltet,
in die der obenerwähnte Austrittsspalt über einen schmalen Kanal mündet. Die Stoffströmung
tritt bei dieser Vorrichtung derart in die zweite Kammer ein, daß sie, im Querschnitt
betrachtet, eine Sekante durch den Querschnitt der zweiten Kammer bildet. Durch
diese Anordnung ergibt sich, daß die Strömung unmittelbar gegen die dem Einlaßspalt
gegenüberliegende Wand stößt und von dieser zum Austrittsspalt geleitet wird. Zwischen
Stoffeintritts- und -austrittsspalt befindet sich eine ausgebuchtete Wand, in der
sich eine wirbelartige Bewegung der die Kammer füllende Stoffsuspension ausbildet.
-
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß sich insbesondere bei höheren
Strömungsgeschwindigkeiten Ablösungsgebiete in der Nähe des Stoffeintritts- und
-austrittsspaltes bilden.
-
Eine andere bekannte Ausführungsform einer derartigen Verteil- und
Verzögerungseinrichtung besteht aus einer sich über die gesamte Maschinenbreite
erstreckenden Kammer mit etwa birnenförmigem Querschnitt. In diese Kammer treten
die von einem Grobverteiler kommenden Ströme mit hoher Geschwindigkeit ein, durchqueren
sie radial und stoßen schließlich auf eine dem Stoffeintritt gegenüberliegende Leitwand.
An dieser wird die Strömungsrichtung umgelenkt und die Stoffsuspension über eine
oder mehrere Lochwalzen dem Stoffauflaufkasten zugeleitet.
-
Infolge der radialen Durchströmung der Kammer bilden sich mindestens
zwei Wirbel aus, die jedoch unstabil sind und daher zum Pulsieren neigen. Es hat
sich gezeigt, daß sich die Pulsation der Wirbel bis in den Stoffauflaufspalt fortpflanzt
und selbst durch eine vor dem Spalt angeordnete, rotierend: Lochwalze nicht ganz
unterdrückt werden kann. Die Folge sind Unhomogenitäten in der Papierbahn, und in
besonders starken Fällen kann die noch feuchte Bahn an den Stellen geringeren Flächengewichtes
reißen.
-
Aus der USA.-Patentschrift 3 071 -176 ist eine Verteil- und Verzögerungsvorrichtung
bekannt, bei der der Stoff zunächst durch eine `vIehrzahl von Einzelrohren in eine
Kammer mit etwa birnenförmigem Querschnitt eintritt. Die den Stoffeintrittsstellen
gegenüberliegende Leitwand ist gekrümmt und d:e dieser gegenüberliegenden Wand geradflächig
ausgeführt. Dies hat zur Folge, daß sich ein Wirbel ausbildet, der nur durch die
aeradflächige Wand abgestützt ist und der folglich bei Schwankungen des Druckes
und der Strömungsgeschwindigkeit hin- und her-pulsieren kann. Die Pulsationen können
sich bis in den StoffauflaufspaIt fortpflanzen und erfordern aufwendige Maßnahmen
zu ihrer Dämpfung.
-
Aus der französischen Patentschrift 1307 958 sowie der Zusatzpatentschrift
82137 ist ebenfalls eine Verteilvorrichtung für Faserstoffsuspensionsströme
mit
etwa birnenförmigem Querschnitt bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der in die
Kammer eintretende Stoffstrom in einer Ausbuchtung derart gefangen und umgelenkt,
daß der sich ausbildende Wirbel nicht unmittelbar an der Kammerwand anliegt, sondern
von der entlang der Kammerwand strömenden Suspension getragen wird. Auch hierbei
muß sich ein unstabiler Wirbel ausbilden, der zudem noch der angestrebten Stoffberuhigung
dadurch entgegenwirkt, daß die Drehrichtung des Wirbels und die Strömungsrichtung
des Stoffstromes einander entgegengesetzt sind.
-
Aus der schweizerischen Patentschrift 222 553 ist eine Verteilvorrichtung
bekannt, bei der der Stoffstrom zur Beeinflussung der Verteilung der Fasern und
zur Entfernung von Luftblasen in seiner Strömungsrichtung mehrmals umgelenkt wird.
Die hierzu erforderlichen Leitwände sind derart angeordnet, daß zahlreiche aneinandergrenzende
Zonen mit zueinander entgegengesetzter Strömungsrichtung entstehen. Auch beim Eintritt
in die erste Kammer stößt der Stoff mit dem bereits in der Kammer kreisenden unter
einem Winkel von fast 90° zusammen.
-
Der Erfindung liegt, die Aufgabe zugrunde, eine Verteil- und N'erzögerungsvorriclitung
für Faserstoffsuspensionsströme in Papiermaschinen vorzuschlagen, die ihre Funktion
erfüllen kann, ohne zusätzliche Pulsationen und Beruhigungen in den Stoffstrom zu
tragen, und die auch bei unterschiedlich eingestellten Strömungsgeschwindigkeiten
hydrodynamisch stabil ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Verteil- und Verzögerungsvorrichtung
für Faserstoffsuspensionsströme, die dem Stoffauflauf von Papiermaschinen zufließen,
ausgegangen, die aus einer sich über die gesamte Maschinenbreite erstreckenden Kammer
mit angenähert birnenförmigem Querschnitt besteht. Die Kammer weist eine Leitwand
für die zum Stoffauflaufkasten strömende Faserstoffsuspension auf sowie eine dieser
Leitwand gegenüberliegende ausgebuchtete Wand zur Führung und Lokalisierung eines
im Bereich der Berührung mit der vorbeiströmenden Suspension in Strömungsrichtung
rotierenden Wirbels. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß - in Strömungsrichtung
gesehen - die Stoffeintrittsöffnung vor und die Stoffaustrittsöffnung hinter der
Leitwand liegt und die Faserstoffzuführung im wesentlichen tangential zur Leitwand
in die Kammer einmündet. Die erfindungsgemäße Lösung der oben bezeichneten Aufgabe
besteht darin, daß der Winkel, unter dem die ausgebuchtete Wand der Kammer und die
benachbarte Führungswand der Stoffzuleitung zusammentreffen, kleiner als
300, vorzugsweise kleiner als 20°, ist. Insbesondere in den Fällen, in denen
der vom Grobverteiler kommende Stoffstrom in mehrere Teilströme unterteilt ist,
ist es vorteilhaft, der erfindungsgemäßen Kammer noch eineVorkammervorzuschalten,deren
Breite etwagleich der Breite. der Kammer ist, und deren lichte Weite an der Eintrittsstelle
wenigstens annähernd der lichten NVe:te der einmündenden Zuführungsmittel für die
Faserstoffsuspension entspricht. Zur Vermeidung von Druckänderungen sollte sich
die lichte Weite nach Möglichkeit überhaupt nicht ändern. Dies ist aber in den meisten
Fällen aus konstruktiven Gründen nicht völlig zu erreichen, so daß anzustreben ist,
die Änd; rung so klein wie eben möglich zu halten. Die Länge der Vorkammer, in Strömungsrichtung
gesehen, kann verhältnismäßig kurz sein. Sie is zweckmäßigerweise so bemessen, daß
bereits in de Vorkammer eine vollständige Vereinigung der Teilströme und ein gewisser
Ausgleich des Strömung@-profils eintritt.
-
Die beiden großen Begrenzungswände der Vorkammer können zueinander
parallel angeordnet sein oder auch in Strömungsrichtung der PapierstofIsuspension
einander zugeneigt sein.
-
Eine weitere Sicherheit gegen die Bildung von Ablösungsgebieten und
Totwasserzonen kann dadurch geschaffen werden, daß die Achse der Zuführungsmttel
für die Faserstoffsuspensionsströmung mit det der Hauptkammer anliegenden Vorkammenvand
einen Winkel von 5 bis 20', vorzugsweise etwa 10', bildet.
-
Es ist nicht erforderlich, daß die Zuführungsmittel für die Faserstoffsuspensionsströmung
selbst unter einem bestimmten Winkel in die Kammer eintreten. Die Zuführungsmittel
können vielmehr in beliebiger Richtung und an beliebiger Stelle in die Kammer eingeführt
sein, und es kann durch ein oder mehrere Leitbleche dafür gesorgt sein, daß der
eintretende Stoffstrom in die gewünschte tangentiale Richtung geleitet wird.
-
Zur weiteren Beruhigung der Stoffströmung und zum Ausgleich des Strömungsprofils
ist es vorteilhaft, wenn sich der Querschnitt des Stoffaustrittsspaltes der Hauptkammer
in Richtung des Stoffflusses stetig verkleinert. An Stelle dieser Verkleinerung
kann auch in bekannter Weise im Stoffaustrittsspalt eine vorzugsweise rotierende
Lochwalze angeordnet sein.
-
Wie bereits gesagt, besteht die Aufgabe der erfindungsgemäßen Feinverteil-
und Verzögerungskammer darin, das Strömungsprofil der Faserstoffsuspension über
die Maschinenbreite und über die Zeit zu vergleichmäßigen und die Strömungsgeschwindigkeit
herabzusetzen. Um ein Bild von der notwendigen Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit,
die erforderlich ist, um im auf die Feinverteil- und Verzögerungsvorrichtung folgenden
Stoffauflaufkasten eine über die ganze Höhe, und zwar besonders an der freien Oberfläche
kontrollierte Strömung zu erhalten; zu geben, werden folgende Zahlen genannt: Bei
einer Geschwindigkeit der in die Feinverteilkammer eintretenden Strömung von 2 bis
6 misec soll die Austrittsgeschwindigkeit der Stoffsuspension nur 0,3 bis 0,9 m/sec
betragen. In Sonderfällen kann die Eintrittsgeschwindigkeit 1 bis 8 m/sec und die
Austrittsgeschwindigkeit 0,2 bis 1,6 m/sec betragen. Mit anderen Worten, das Verhältnis
zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten bei Ein- und Austritt aus der Kammer beträgt
etwa 5 : 1, maximal etwa n0:1.
-
Um die neue Vorrichtung näher zu erläutern, wird auf die Zeichnung
verwiesen, die die Vorrichtung in schematischer Weise wiedergibt. Es zeigt A b b.
1 eine herkömmliche Verteilkammer im Querschnitt, A b b . 2 eine einfache Ausführung
der erfindungsgemäßen Kammer im Querschnitt, A b b. 3 eine andere Ausführung der
erfindungsgemäßen Kammer im Querschnitt, A b b. 4 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen
Kammer im Querschnitt, A b b. 5 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Kammer
im Querschnitt,
A b b. 6 eine andere Ausführung der erfindungscremäßen
Kammer im Querschnitt, A b b. 7 die erfindungsgemäße Vorstellung der Kammer in perspektivischer
Darstellung.
-
In A b b. 1 ist zunächst die Form einer bekannten Verteilkammer im
Querschnitt dargestellt. Sie besteht aus einer Kammer 1, an die ein oder
mehrere Stoffzuführungsrohre 2 so angesetzt sind, daß der Stoffstrahl 3 die Kammer
radial durchsetzt. Hierbei stößt er gegen die Leitwand 4, die angenähert in Stoffaustrittsrichtung
verläuft. Der Strahl 3 wird in Stoffaustrittsrichtung 20 und in die entgegengesetzte
Richtung 21 umgelenkt und bildet hierbei die beide.. «'irbel 22 und 23 einerseits
und andererseits einen deichgerichteten Stoffstrom 24.
-
Da der Stoffstrahl 3 den Innenraum der Kammer frei durchmißt, wird
sich jede Schwankung hinsichtlich der Richtung und der Stärke dieses Stromes auf
die Lage und die Turbulenz der beiden Wirbel 22 und 23 auswirken. Dies bedeutet,
daß die Wirbel unstabil sind und ihre Schwingungen auf den Stoffstrom 24 übertragen.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich diese Schwingungen auch durch eine Lochwalze
17, die im Austrittsspalt 16 angeordnet ist, nicht vollständig unterdrücken lassen.
-
A b b. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verteilkammer
im Querschnitt, bei der zur Bildung nur eines Wirbels die Faserstoffsuspension tangential
eingeführt wird. Auch diese Kammer hat einen birnenförmigen Querschnitt, und die
Suspension stößt nach dem Eintritt in die Kammer gegen die Leitwand 4. Der Leitwand
gegenüber befindet sich eine ausgebuchtete Wand 25, in der sich ein einziger Wirbel
26 ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Winkel,
unter dem die ausgebuchtete Wand und die dieser benachbarten Führungswand der Stoffzuleitung
zusammentreffen, kleiner als 30', vorzugsweise kleiner als 20°, ist. Praktisch hat
sich gezeigt, daß bei Winkeln größer als 30° an derjenigen Stelle, an der die Stoffsuspensionsströmung
und die in den Kammern kreisende Suspension zusammentreffen, sich unstabile Wirbel
ausbilden. Bei Winkeln kleiner als 30' und besser noch kleiner als 20' werden diese
jedoch mit Sicherheit unterdrückt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird an die spaltförmige Stoffeintrittsöffnung
5 stromaufwärts eine Vorkammer 6 angesetzt, in die die Papierstoffsuspension zunächst
eintritt. Die Vorkammer 6 hat die gleiche Breite wie die Kammer 1, jedoch
nur eine lichte Weite 9 (s. A b b. 7), die an der Eintrittsstelle nicht wesentlich
größer ist als die lichte Weite 10, der in sie einmündenden Zuführungsmittel 2 für
die Papicrstoffsuspension.
-
In der Vorkammer 6 tritt bereits die Vereinigung der e:nzeInen Teilströme
und eine weitgehende Vergle:chmäßi-un- des Strömungsprofils ein. Die so vorteruhigte
Papierstoffsuspension tritt nun in die Kammer 1 ein, in der ihre Strömungsgeschwindigkeit
herabgesetzt und ihr Strömungsprofil noch weiter ausgeglichen wird.
-
Die beiden Begrenzungswände 11 und 12 der Vorkammer können
zueinander parallel angeordnet (-der auch aufeinander zu geneigt sein. Um die Neilung
der strömenden Stoffsuspension im Augenblick .es Zusammentreffens mit der in der
Kammer bereits vorhandenen Suspension Wirbel zu bilden, noch weiter herabzusetzen
und auch bei hohen Geschwindigkeiten ganz zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, die
Zuführungsleitung 2 so anzuordnen, daß ihre Achse 13 (s. A b b. 5) mit der Vorkammerwand
11 einen Winkel a von 5 bis 20° bildet.
-
In A b b. 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt, bei der sich der Querschnitt der Kammer in Richtung des Stoffflusses
stetig verjüngt. Es entsteht so ein Stoffaustrittsspalt 16 mit verringertem Querschnitt.
Durch diese Maßnahme wird ebenfalls eine Vergleichmäßigung des Strömungsprofils
erzielt, und es wird verhindert, daß sich Flocken bilden.
-
Im Stoffaustrittsspalt 16 kann auch eine rotierende Lochwalze 17 oder
andere bekannte Drosselorgane, beispielsweise ein Lochblech, eine Stabwalze od.
dgl., angeordnet sein.
-
In A b b. 7 ist die neue Vorrichtung perspektivisch dargestellt. Die
vordere Seitenwand ist entfernt. Im genannten Beispiel ist die Vokammer 6 über Zuführungsrohre
2 mit einer Grobverteilvorrichtung verbunden, die aus einem konisch sich verjüngenden
Rohr 27 besteht, von dem rechtwinklig zur Rohrachse zahlreiche Rohre 2 abzweigen.
Dieser Verteiler gehört zum Stand der Technik; er ist hier nur beisp'elsweis erwähnt.
Die Abbildung läßt erkennen, wie die erfindungsgemäße Verteilvorrichtung zwischen
dem Grobverteiler und dem Stoffauflauf geschaltet wird.