DE1290797B

DE1290797B - Headbox for a paper machine

Info

Publication number: DE1290797B
Application number: DEB87255A
Authority: DE
Inventors: Justus Edgar J
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1965-05-27
Filing date: 1966-05-24
Publication date: 1969-03-13
Also published as: US3400044A; GB1158105A; ES327169A1; SE334287B

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflaufkasten für eine Papiermaschine mit einer dem Austrittsspalt vorgeschalteten Strömungskammer, in der zur Vergleichmäßigung der Stoffströmung in Richtung zum Austrittsspalt hin eine quer über die Breite des Kastens verlaufende Stauplatte eine Vielzahl nebeneinanderliegender, etwa paralleler Durchtrittsöffnungen aufweist. Eine solche Anordnung ist zur Erzielung einer gleichförmigen Faserverteilung in der Stoffströmung in der Aufrechterhaltung längs des Strömungsweges im Stoffauflauf vor dem Austrittsspalt bekannt.The invention relates to a headbox for a paper machine with a flow chamber upstream of the outlet gap, in which for equalization the flow of material in the direction of the exit gap across the width of the Box extending stowage plate a plurality of adjacent, approximately parallel Has passage openings. Such an arrangement is to achieve a uniform Fiber distribution in the material flow in the maintenance along the flow path known in the headbox in front of the exit gap.

Daneben kennt man ebenfalls in der Strömungskammer vor dem Austrittsspalt angeordnete Gleichrichterwalzen, mit denen man vor allem darauf abzielt, Querströme innerhalb der Papierstoffsuspension zu verhindern, um über die Breite der Maschine eine gleichmäßige Konsistenz und Profildicke zu erzielen. Für diese Zwecke haben sich Gleichrichterwalzen zwar bewährt, sofern ihre Öffnungen einen geringen Durchmesser besitzen und somit eine Vielzahl von Strahlen erzeugen. Diese Strahlen führen jedoch zu einen ziemlich starken Störungskegel hinter der Walze. Bei zu großen Öffnungen der Walze wird die nachträgliche Strömungsstörung geringer, jedoch verringert sich gleichzeitig die Vergleichmäßigungswirkung, die zur Beseitigung von Querströmungen innerhalb des Papierstoffes erwünscht ist.In addition, one also knows in the flow chamber in front of the exit gap arranged rectifier rollers, with which one aims above all to cross currents inside the pulp suspension to prevent from getting across the width of the machine to achieve a uniform consistency and profile thickness. For these purposes have Although rectifier rollers have proven themselves, provided their openings have a small diameter and thus generate a multitude of rays. However, these rays lead to a rather strong interference cone behind the roller. If the openings are too large the subsequent flow disturbance is less, but is reduced at the same time the equalization effect, which eliminates cross-currents within the stock is desired.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkung der zur Vergleichmäßigung der Stoffströmung bekannten Stauplatten mit darin angeordneten Öffnungen weiterzubilden und dahingehend zu verbessern, daß in den Öffnungen solcher Stauplatten die Geschwindigkeit der Stoffströmung möglichst abrupt erhöht wird, um eine Vielzahl gleichgerichteter paralleler Strahlen zu erzeugen, in denen die Stoffströmung eine gleichmäßige Parallelität erreicht, um danach allmählich wieder an Geschwindigkeit zu verlieren, ohne daß die Parallelität verlorengeht. In Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein Stoffauflaufkasten der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die öffnungen der Platte mit Diffusoren verbunden sind, deren Auslaßmündungen stromabwärts von der Stauplatte liegen. Auf diese Weise wird die Stoffströmung durch die Vielzahl paralleler Strahlen hoher Geschwindigkeit in eine gleichbleibende Richtung übergeführt und auf Grund der mit den Diffusoren erzielbaren Geschwindigkeitsänderungen eine Auflockerung der Suspension gewährleistet.The invention is based on the object of equalizing the effect of the the material flow known baffle plates with openings arranged therein and to the effect that in the openings of such baffles the speed the material flow is increased as abruptly as possible, by a large number of rectified to generate parallel jets in which the flow of material has a uniform parallelism reached, only to gradually lose speed again afterwards without that the parallelism is lost. A headbox excels in solving this problem of the type described at the outset according to the invention in that the openings of the plate are connected to diffusers, the outlet mouths of which are downstream of the stowage plate. In this way the flow of matter is through the multitude parallel beams of high speed in a constant direction and on the basis of the speed changes that can be achieved with the diffusers one Loosening of the suspension guaranteed.

Eine Steuerung der mit den Diffusoren erzielbaren Geschwindigkeitsänderungen der Stoffströmung ist erfindungsgemäß entweder dadurch möglich, daß die Anströmfläche der Stauplatte im wesentlichen mit dem Einlaß der Diffusoren in einer Ebene liegt oder daß sich die Anströmfläche der Stauplatte stromab hinter den Einlaßöffnungen der Diffusoren befindet, so daß die Einlaßöffnungen entgegen der Strömungsrichtung aus der Anströmfläche der Platte hervorragen.A control of the speed changes achievable with the diffusers the flow of material is possible according to the invention either by the inflow surface the baffle is essentially in one plane with the inlet of the diffusers or that the inflow surface of the baffle is downstream behind the inlet openings of the diffusers is located so that the inlet openings counter to the direction of flow protrude from the inflow surface of the plate.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail.

F i g. 1 zeigt einen schematischen Aufriß eines Stoffauflaufkastens mit teilweise geschnittener Darstellung; F i g. 2 zeigt eine einzelne Diffusordüse in einer Anordnung gemäß der Erfindung; F i g. 2A zeigt eine andere Halterungsart der Diffusordüse in einer quer zur Strömung verlaufenden Wandung; F i g. 3 ist eine schematische Darstellung gemäß einem Schnitt längs der Schnittlinie III-III in F i g. 1 mit einem Teil einer Stauplatte in dem Stoffauflaufkasten; F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in F i g.1 und zeigt die Anordnung der Diffusordüsen in ihrem sich erweiternden Bereich; F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Schnittlinie V-V in F i g. 1 im Bereich der völlig aufgeweiteten Wandungen von Diffusordüsen mit einem rechteckigen Querschnitt.F i g. Figure 1 shows a schematic elevation of a headbox with partially cut representation; F i g. Figure 2 shows a single diffuser nozzle in an arrangement according to the invention; F i g. 2A shows another type of mount the diffuser nozzle in a wall running transversely to the flow; F i g. 3 is a schematic representation according to a section along the section line III-III in F. i g. 1 with part of a baffle in the headbox; F i g. 4 is a Section along the section line IV-IV in FIG. 1 and shows the arrangement of the diffuser nozzles in their expanding realm; F i g. 5 is a section along the cutting line V-V in Fig. 1 in the area of the completely expanded walls of diffuser nozzles with a rectangular cross-section.

Gemäß F i g. 1 wird auf dem über eine Brustwalze 10 geführten Langsieb F die Papierbahn gebildet, welche durch Auflauf der Papierstoffsuspension aus dem Austrittsspalt S entsteht. Der Austrittsspalt bzw. die zugeordnete Stauleiste befindet sich am vorderen Ende des Auflaufkastens 11, in dem vor dem Austrittsspalt eine Kammer vorgesehen ist, in der die Strömung in Richtung zum Austrittsspalt vergleichmäßigt wird. .: Der Papierstoff wird der Kammer 11 in einer relativ engen Leitung 12 mit hoher Geschwindigkeit z. B. von einer Kreiselpumpe zugeführt. Die Leitung 12 besteht aus einem sich verjüngenden, quer zur Maschine liegenden Verteiler mit einem Einlaß 12a an der in F i g. 1 sichtbaren Seite des Aufladekastens 11 und weist an der Rückseite einen Auslaß 12 b mit verringerter Querschnittsfläche auf, so daß der Papierstoff etwa quer in Richtung zur Maschine fließt. Es kann eine beliebige Anzahl bekannter Zuführungen vorgesehen sein, um die Stoffströmung in Querrichtung zur Maschine in dem Verteiler 12 mit im wesentlichen gleichförmigem Druck im Bereich der perforierten Querplatte 13 aufrechtzuerhalten. Die Platte 13 erstreckt sich quer über die Oberseite der Verteilerkammer 12 und enthält mehrere Öffnungen 13 a, 13 b und 13 c usw.; die zueinander parallel und unter Abständen quer über die Platte 13 angeordnet sind. An der Platte 13 sind mehrere Diffusoren 14 a, 14 b, 14 c befestigt, und zwar jeweils einer in einer der Öffnungen 13 a, 13 b bzw. 13 c.According to FIG. 1, the paper web is formed on the Fourdrinier wire F, which is guided over a breast roll 10 , and is produced by the paper stock suspension running out of the outlet gap S. The outlet gap or the associated baffle bar is located at the front end of the headbox 11, in which a chamber is provided in front of the outlet gap in which the flow is evened out in the direction of the outlet gap. .: The paper stock is the chamber 11 in a relatively narrow conduit 12 at high speed, for. B. supplied by a centrifugal pump. The line 12 consists of a tapered manifold located transversely to the machine and having an inlet 12a at the point shown in FIG. 1 visible side of the charging box 11 and has on the back an outlet 12 b with a reduced cross-sectional area, so that the paper stock flows approximately transversely in the direction of the machine. Any number of known feeds may be provided to maintain the cross-machine flow of material in the manifold 12 with substantially uniform pressure in the area of the perforated transverse plate 13. The plate 13 extends across the top of the distribution chamber 12 and contains several openings 13 a, 13 b and 13 c etc .; which are arranged parallel to one another and at intervals across the plate 13. A plurality of diffusers 14 a, 14 b, 14 c are attached to the plate 13, one in each case in one of the openings 13 a, 13 b and 13 c.

Gemäß F i g.1 ist im Bereich S1 eine erste Gruppe von Diffusoren vorgesehen, in der die einzelnen Stoffströme aus ihrer quer zur Maschine verlaufenden Richtung in eine etwa senkrechte parallele Strömung hoher Geschwindigkeit umgelenkt werden. Da sich die Düsen aufweiten, sinkt die Geschwindigkeit allmählich ab (vorzugsweise ohne Kavitation), wobei sich jedoch die allgemeine Richtung innerhalb der Düsen 14 nicht ändert. Der Papierstoff verläßt die Diffusorgruppe S1 und gelangt in eine mit einem Luftpolster ausgestattete Vergleichmäßigungszone A1, deren Druck mittels einer steuerbaren Zuführung 15 in der Kapsel A auf einem überatmosphärischen Wert gehalten wird.According to FIG. 1, a first group of diffusers is provided in area S1, in which the individual material flows from their direction transverse to the machine be diverted into an approximately perpendicular parallel flow of high speed. As the nozzles widen, the speed will gradually decrease (preferably without cavitation), although the general direction is within the nozzles 14 does not change. The paper stock leaves the diffuser group S1 and enters a Equalization zone A1 equipped with an air cushion, the pressure of which by means of a controllable feed 15 in the capsule A at a superatmospheric value is held.

In Richtung zum Austrittsspalt sind weitere Bereiche S2 und S3 vorgesehen, die in ihrem Aufbau und in ihrer Anordnung jeweils dem Bereich S1 gleichen, wobei die einander entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszifferendungen, jedoch mit Zehner-, Zwanziger- bzw. Dreißiger-Zahlenserien versehen sind. An derAustrittsseite derBereiche S., und S.3 befinden sich Vergleichmäßigungszonen A2 b-zw. A3.Further areas S2 and S3 are provided in the direction of the exit gap, which are similar in their structure and in their arrangement to the area S1, where the corresponding components with the same reference numbers, however are provided with tens, twenties or thirty-digit series. On the exit side the areas S., and S.3 are equalization zones A2 b-zw. A3.

Die allgemeine Funktion und der Aufbau von Diffusoren sei zunächst im Zusammenhang mit dem Diffusor 24 c in F i g. 2 betrachtet, wozu aus schematischer Darstellung gemäß F i g. 3 hervorgeht, daß die Querplatte 23 eine Vielzahl von unter Abständen stehenden Öffnungen 23 c, 23 c' und 23 c" enthält, die in horizontaler Richtung quer über die Maschine verteilt snid, während die Öffnungen 23 c, 23 b und 23a in Abständen übereinand'erliegen. Auf die Anströmungsseite 23f der Platte 23 gemäß F i g. 2 wirkt der Druck der Fasersuspension im Bereich der Zone A1. Die Seite 23 f fluchtet mit dem Einlaßkanal 24 c-1. des Diffusors 24 c, der bis an eine Stelle 24 c-2 einen etwa gleichbleibenden Querschnitt über die stromabwärtige Entfernung Dl (etwa 6mal r1) aufweist.The general function and structure of diffusers is first of all in connection with the diffuser 24 c in FIG. 2 considered, including a schematic representation according to FIG. 3 it can be seen that the transverse plate 23 contains a plurality of spaced openings 23 c, 23 c 'and 23 c "which are distributed horizontally across the machine, while the openings 23 c, 23 b and 23a are spaced one above the other The pressure of the fiber suspension in the area of zone A1 acts on the inflow side 23f of the plate 23 according to FIG 24 c-2 has an approximately constant cross section over the downstream distance Dl (about 6 times r1).

Der Diffusor weitet sich in dem anschließenden Bereich 24 c-3 allmählich mit einem Winkel kleiner als 151, vorzugsweise kleiner als 7 = auf. Wie in F i g. 4 angedeutet, findet die Aufweitung sämtlicher nebeneinander angeordneter Diffusoren.24 mit der gleich,-li Steigung statt. Der Diffusor 24c gemäß F i g. 2 besteht aus einem zylindrischen Eingangsabschnitt 24c-1, der sich bis zur Stelle 24c-2 erstreckt, und von dort aus setzt die konische Aufweitung im Bereich 24 c-3 ein. Er besitzt eine Mittel-oder Symmetrieachse, die mit der beabsichtigten Richtung des Strömungsverlaufes übereinstimmt. Sämtliche Mittelachsen CL der einzelnen Diffusoren 24 liegen in jeder Gruppe 14, 24 oder 34 etwa zueinander parallel. Die Wirkung dieser Anordnungen besteht darin, daß die Anströmseite der Platte 23 die kleinste Öffnungsfläche entsprechend dem Einlaß 24c-1 bezüglich der ankommenden Strömung besitzt.The diffuser gradually widens in the adjoining area 24 c-3 at an angle smaller than 151, preferably smaller than 7 =. As in Fig. 4 indicated, the widening of all adjacently arranged diffusers. 24 takes place with the same slope. The diffuser 24c according to FIG. 2 consists of a cylindrical inlet section 24 c-1, which extends up to the point 24c-2, and from there the conical widening begins in the area 24 c-3. It has a central axis or axis of symmetry which corresponds to the intended direction of the flow course. All central axes CL of the individual diffusers 24 are approximately parallel to one another in each group 14, 24 or 34. The effect of these arrangements is that the upstream side of the plate 23 has the smallest opening area corresponding to the inlet 24c-1 with respect to the incoming flow.

Die durchschnittliche Öffnungsfläche als Verhältnis zwischen den. Öffnungen der Diffusoren 24c-1 und der geschlossenen Plattenfläche 23 f liegt im Bereich zwischen 0,3 und 0,1, womit hohe Eintrittsverluste bei der überführung der Strömung von A1 in den Bereich entstehen, der durch die Plattenfläche 23f und den Kanal 24c-2 gegeben ist.The average opening area as a ratio between the. Apertures of the diffusers 24 c-1 and the closed plate surface 23 is f in the range between 0.3 and 0.1 whereby high entry losses in the transfer of the flow from A1 in the area defined by the plate surface 23f and the channel 24c- 2 is given.

Die verschiedenen, hier vorgeschlagenen Diffusoren sind an sich bekannt; nicht bekannt ist jedoch die Anwendung solcher Diffusoren in einer dem Austrittsspalt einer Papiermaschine vorgeschalteten Kammer. Bei der in F i g. 2 gezeigten Darstellung findet ein plötzlicher Kontraktions- oder Eintrittsverlust an der scharfkantigen Öffnung 24c-1 statt, wobei der Reibungsverlust in einem Verlust kinetischer Energie meßbar ist, und zwar gemäß folgender Gleichun,-: wobei gc die Erdbeschleunigung und K ein Faktor ist, der das Verhältnis des kleineren Querschnitts S, zum größeren Querschnitt S1 berücksichtigt. Für - während V, die lineare Geschwindigkeit (m/s) in dem engsten Kanalabschnitt 24 c-1 bis 24 c-2 der F i g. 2 und 3 ist. Dieser Verlust entsteht im Anfangsbereich des Kanalabschnittes 24c-1 bis 24c-2, dem sich der Diffusor anschließt, dessen D.ivergenzwinkel eine gesteuerte Verzögerung bewirkt und gleichzeitig die Bildung größerer Wirbelströme verhindert.The various diffusers proposed here are known per se; However, the use of such diffusers in a chamber upstream of the exit gap of a paper machine is not known. In the case of the in FIG. 2, there is a sudden loss of contraction or entry at the sharp-edged opening 24c-1, the friction loss being measurable in a loss of kinetic energy according to the following equation: where gc is the acceleration due to gravity and K is a factor that takes into account the ratio of the smaller cross section S to the larger cross section S1. For - while V, the linear velocity (m / s) in the narrowest passage portion 24 c 1 to 24 c-2, the F i g. 2 and 3 is. This loss occurs in the initial area of the channel section 24 c-1 to 24 c-2, which is connected to the diffuser, the divergence angle of which causes a controlled delay and at the same time prevents the formation of larger eddy currents.

Dieses Verhalten stimmt mit der beabsichtigten Wirkung überein, nämlich einen hohen Verlust beim Eintritt in den Diffusor zu erzielen und dennoch die Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit im Auslaßbereich des Diffusors aufrechtzuerhalten. Indem die Strömung stetig beeinflußbar bleibt, werden größere Instabilitäten an der Abströmseite wirksam vermieden oder verringert. Die grundlegenden Merkmale der diffusorartigen Düsen gemäß der Erfindung ergeben stromauf jeder Diffusorgruppe Öffnungen mit relativ kleinen Querschnitten, so daß hier in bezug auf die Gesamtfläche der Stauplatten der geschlossene Flächenanteil überwiegt, während an der Abströmseite die sich aufweitenden Düsen einen maximalen offenen Flächenanteil gewährleisten.This behavior is consistent with the intended effect, namely to achieve a high loss when entering the diffuser and still have the influence to maintain the flow velocity in the outlet area of the diffuser. As the flow remains continuously controllable, greater instabilities are created the downstream side effectively avoided or reduced. The basic characteristics of the Diffuser-like nozzles according to the invention provide upstream of each diffuser group Openings with relatively small cross-sections, so that here in relation to the total area the baffles predominate over the closed area, while on the downstream side the widening nozzles ensure a maximum proportion of open area.

F i g. 2 A zeigt einen überstehenden öffnungsabschnitt 25 in Form eines Borda-Mundstückes, mit dem bei einer Messung mit reinem Wasser ein höherer Koeffizient als 0,5 bei einer scharfkantigen Eintrittsöffnung bei dem Diffusor gemäß der Erfindung erreichbar ist.F i g. 2 A shows a protruding opening section 25 in the form of a Borda mouthpiece, with which, when measuring with pure water, a higher Coefficient as 0.5 with a sharp-edged inlet opening in the diffuser according to FIG the invention is achievable.

F i g. 5 ist eine mit F i g. 4 vergleichbare Darstellung für Diffusor-Konstruktionen, die einen viereckigen Querschnitt 34c aufweisen, jedoch auch polygonal ausgeführt sein können, d. h. drei- oder sechseckig, um an der Auslaßseite der Diffusoren 34 den gesamten Querschnitt der Strömungskammer vollständig ausfüllen zu können.F i g. 5 is one with F i g. 4 comparable illustration for diffuser constructions, which have a quadrangular cross-section 34c, but also have a polygonal design can be, d. H. triangular or hexagonal to the outlet side of the diffusers 34 to be able to completely fill the entire cross-section of the flow chamber.

Claims

Claims: 1. Headbox for a paper machine with a flow chamber upstream of the outlet gap, in which a baffle plate running transversely across the width of the box has a large number of adjacent, approximately parallel passage openings, in order to even out the material flow in the direction of the outlet gap, characterized in that the openings of the Plate with diffusers (14; 24; 34) are connected, the outlet openings of which are located downstream of the baffle plate (13; 23; 33) .

2. Headbox according to claim 1, characterized in that the inflow surface of the baffle plate (13; 23; 33) in essentially lies in one plane with the inlets (25) of the diffusers.

3. Headbox according to claim 1, characterized in that the flow surface of the baffle (23 ') downstream behind the inlet openings (25) of the diffusers, so that the Inlet openings opposite to the direction of flow from the inflow surface of the plate stand out.