DE2007082A1

DE2007082A1 - Anordnung zum Dosieren von Papiermassen

Info

Publication number: DE2007082A1
Application number: DE19702007082
Authority: DE
Inventors: Douglas Täby Wahren (Schweden). M D21f 1-80
Original assignee: Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras (Schweden)
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1970-02-17
Publication date: 1970-11-26
Also published as: GB1290942A; SE345295B; FI51384C; FI51384B; DE2007082C3; DE2007082B2; US3779863A

Description

Anordnung zum Dosieren von Papiermassen

Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zum Dosieren der Papiermasse in Papiermaschinen, bei der die Papierstoffsuspension mit einer Stoffpumpe einem Einlaufkastensystem zugeführt wird. Ein solches System besteht aus einem Rückwassertank, einer Mischpumpe, aus Rohrleitungen und eventuell aus Reinigungsanordnungen sowie einem Einlaufkasten, von dem die mit Rückwasser verdünnte Stoffsuspension gleichmäßig in Maschinenbreite auf ein Sieb oder einen ITaßfilz aufgebracht wird.

Eine übliche Anordnung für eine solche Dosierung ist in Mg. 1 gezeigt. Sie enthält einen lliveaukasten 1 mit einem Überlauf (Pfeil 2) oder einer anderen in ausreichender Höhe über einer Einmischstelle 3 angeordneten Niveauregelung, wobei der wirksame Druck vom lliveauunterschied zwischen Ifiveaukasten und einem Rliclcwassertank bestimmt wird. Der Einmische teile 3 wird auch Wasser, z.B, bereits gebrauchtes Wasser (Rückwasser) in Richtung des Pfeiles 4 zugeführt. Dem Niveaukasten 1 wird die Stoffsuspension durch eine Pumpe zugepumpt. Mit dem Ziel, eine konstante SuspensLonsmenge im Einlaufkaaton und ein konstantes

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Flächengewicht der Papiermasse während des weiteren Arbeitsverlaufes zu erhalten, wird die Zuführung durch ein handgesteuertes oder automatisches, z.B. computergeregeltes Ventil 6 gesteuert. Eine ausreichende Genauigkeit läßt sich nur erreichen, wenn der Niveaukasten mit Rücksicht auf den erforderlichen Druckabfall im Flächengewichtsventil normalerweise 4-8 m über dem Rückwasserniveau angeordnet wird. Das System benötigt hier-

~ durch viel Platz und ist kostspielig in Hinsicht auf das Verlegen von Leitungen usw. Dies kann aufgrund des praktisch erreichbaren niedrigen Druckabfalles zu Störungen und zu Verstopfungen des Ventils führen. Eine Anordnung des Niveaukastens in großer Höhe über der Einmischstelle ist aus Platz- und Kostengründen nur selten ausführbar. Bei einem solchen System macht sich außerdem die Rohrreibung stark bemerkbar. Da zudem Änderungen der Stoffcharakteristik, z.B. Mahlgrad, Temperatur oder Einkochgrad, nicht einfach gemessen oder berechnet werden können, so kann es bei automatischer Steuerung des Flächengewichtsventils

" zu Schwierigkeiten kommen. Es ist im übrigen schwer, einen konstanten Stoff-Fluß zu erhalten, da spontane Strömungsvariationen, z.B. verursacht von Luftbeimischungen, Wellenerscheinungen an den freien Flüssigkeitsoberflächen im Niveaukasten, Schwankungen des Zusatzmittelgehalts usw. vorkommen können. Die Einwirkung der Luft ist bedeutend. Eine Niveauveränderung von 5 cm würde z.B. bei 5 m Druckhöhe eine Flächengewichtsänderung von 0,2 # ergeben. Variationen des Luftgehalts führen zu geändertem Rohrleitungswiderstand und Druckabfall und damit zu erheblich ver-

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änderter Dosierung. Auflösung im Rohr und Luftansammlungen sind "bei gewissen Ausführungen des Hiveaukastens üblich.

Im Zusammenhang mit der Stoff dosierung ist es wünschenswert, diese mit der Geschwindigkeit des Siebs zu verbinden, so daß bei Änderungen der Maschinengeschwindigkeit oder Spritzgeschwindigkeit vom Einlaufkasten ein konstantes Flächengewicht des Papiers beibehalten werden kann. Es war jedoch bisher schwierig, solchen Wünschen nachzukommen, teils aufgrund der schwierigen Beweglichkeit des Hiveaukastens, die eine Steuerung des Flächengewichtsventils erforderlich macht, dessen Charakteristik dann in einem Computer gespeichert werden muß, teils auch aufgrund der unzureichenden Entwicklung der Meßtechnik auf diesem Gebiet.

Die beschriebene Anordnung stellt hohe Anforderungen an Meßgenauigkeit, da Meßfehler zu Flächengewichtsvariationen führen, die wiederum zu größerem Feuchtigkeitsgehalt in dem fertigen Papier führen. Eine relativ kleine Variation im Flächengewicht ergibt eine relativ große Variation im Feuchtigkeitsgehalt. Als Größenbeispiel kann genannt werden, daß eine zeitweise Änderung des Stoff-Flusses um 1 % eine zeitweise Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes um 2 % in absoluten Werten veranlaßt, d.h. um 25 $> relativ.

Die Anforderungen an die Strömungsmesser können so ausgedruckt werden, daß ihre Meßgenauigkeit wesentlich größer sein muß als

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die spontanen Strömungsschwankungen, die von der Strömungsregelung, die sich auf die Gebersignale dieser Instrumente gründet, vermindert werden sollen. Ein annehmbarer Wert für die Variationen zwischen den maximalen und minimalen Werten des Feuchtigkeitsgehaltes kann - 0,5 $ sein, was bedeutet, daß die entsprechenden Variationen im Stoff-Fluß kleiner als - 0,25 $> sein müssen, d.h. ein mit konventionellen Instrumenten, z.B. mit magnetischen Strömungsmessern schwer erreichbarer Wert.

Bei Experimenten ist festgestellt worden, daß man die erforderliche Genauigkeit durch Messen des Druckunterschieds zwischen dem maximalen und minimalen Druck in einem verhältnismäßig kurzen Venturirohr oder durch Messen des Druckabfalls über einer zweckmäßig angeordneten Drosselstelle erreichen kann, in der die Relation der Strömungsgeschwindigkeit zur Netzstärke der Papiermasse hinreichend hoch ist, ohne daß Konvitationserscheinungen auftreten. Um die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, ist ein größerer Druckabfall notwendig als üblicherweise mit einer ITiveaukastenanordnung im Prinzip gemäß Fig. 1 erreicht werden kann. Bei den hier beschriebenen Anordnungen mit sehr längen Rohren tritt aufgrund der hydrodynamischen Eigenschaften der Suspension und/oder von Luftansammlungen leicht eine !Instabilität auf.

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Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zur lösung dieser Schwierigkeiten, sie ist dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der Suspension zum Einlaufkasten eine Drosselstelle angeordnet ist, über der der Druckabfall gemessen und der Stoff-Pluß mit einem Sollwert für diesen Druckabfall geregelt wird, der von der Bahngeschwindigkeit abhängig ist, vorzugsweise proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Pig. 1 den Stand der Technik und

Pig. 2 zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung.

Zum Abfüllen der Stoffsuspension auf ein Transportband 11, z.B. auf ein Sieb oder auf einen mit einem Sieb bekleideten Zylinder dient in üblicher Weise ein Einlaufkasten 12, in den die Suspension durch eine auf der Einlaufseite angeordnete Pumpe 13 (Mischpumpe) hineingepumpt wird, der Druck oder das Niveau der Plüssigkeit im Einlaufkasten wird gemessen, das Niveau dann, wenn der Einlaufkasten nicht vom Atmosphärendruck getrennt ist. Der Pumpe 13 wird gemäß der Erfindung mit einer Stoffpumpe 17 Stoffsuspension über eine Drosselstelle zugeführt, z.B. über ein Venturirohr 18.

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Der Druckabfall über der Drosselstelle wird auf übliche Weise gemessen, die Meßsignale für diesen Druckabfall werden über eine Leitung 20 einer Steueranordnung 19 für den Antriebsmotor 21 der Stoffpumpe 17 zugeführt. Der Motor 21 kann ein thyristorgesteuerter oder auf ähnliche Weise steuerbarer Gleichstrommotor oder ein Wechselstromkommutatormotor oder auch ein hydraulischer Antriebsmotor sein, bei dem die Druckmittelzufuhr und somit auch die Drehzahl des Motors gesteuert werden kann. ™ Das Meßsignal bildet einen Istwert für den Druckabfall über der Drosselanordnung 18, die Drehzahl des Motors 21 wird nach einem Sollwert geregelt, der von der Maschinengeschwindigkeit und eventuell auch vom Flächengewicht der Papiermasse bestimmt wird.

Man kann anstelle der Geschwindigkeitssteuerung des Motors 21 einen Motor für eine konstante Drehzahl verwenden und eine zusätzliche Drosselstelle 22 für den Stoff-Fluß vorsehen, die ψ einstellbar ist und nach Änderung ihrer Einstellung auch einen geänderten Druckabfall über der Drosselanordnung 18 ergibt.

In beiden Fällen erhält man außer einer Lösung der genannten Aufgabe unter anderem den Vorteil, daß keine nennenswerte Lufteinmischung in das Mahlgut erfolgt, wie es bei freien Flüssigkeitsoberflächen oder bei Verwendung von Überläufen in Fig. 1 der Fall ist. Die Leitungen können steigend angeordnet werden, was Luftansammlungen verhindert, die man normalerweise bei fallendem Stoff-Fluß erhält.

009848/0096 . ₇ .

Die Geschwindigkeit am Ende der Bahn, hier schematisch durch eine Walze 37 angedeutet, wird mit einem Tachometergenerator 38 .gemessen, dessen Aussignal in einem Quadrierungsorgan 39 quadriert wird, dessen Aussignal wiederum proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit ist. Mit einem Proportionierungsorgan, z.B. mit einem Potentiometer 29 wird eine geeignete Stoffdosierung eingestellt, z.B. ein gewünschtes Flächengewicht und dieses Dosierungs-(Flächengewichts-)signal wird durch eine Leitung 30 der Steueranordnung 19 zugeführt und "bildet den "

Sollwert für den Druckabfall über der Drosselanordnung 18, wobei dieser Wert also bei geänderter Motordrehzahl oder geänderter Drosselung und somit geänderter Dosierung des Stoffes zur Papiermaschine entsprechend geregelt wird. Das Sollwertsignal ist also proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit (v ) und ändert sich also bei geänderter Maseliinengeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit V₁ des Transportbandes bzw. Siebes 11, die nicht ganz der Bahngeschwindigkeit entspricht, wird auf geeignete Weise mittels eines Tachometergenerators 24 oder auf andere | übliche Art am Antrieb 25 des Bandes gemessen. Von diesem Meßorgan erhält man bei 26 ein Signal, das proportional zur Geschwindigkeit des Siebe.s 11 ist. Das Signal wird einem Quadrierungsorgan 27 zugeführt, dessen Aussignal somit proportional

, 2 dem Quadrat der Geschwindigkeit v. ist (V. ).

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Das ν -Signal kann auch über ein zweites Proportionierungs-31 kommen, z.B. ein Potentiometer, das auf einen gewünschten

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Wert für j , dem Quadrat der Auslaufquote, eingestellt wird, d.h. auf das gewünschte Verhältnis zwischen Spritzgeschwindigkeit und Siebgeschwindigkeit. Ein Istwert für diese Größen kann man aus den Druck- oder Niveausignalen im Einlaufkasten erhalten, die bei 32 und 33 gemessen und in der Regelanordnung 34 mit dem Sollwert von 31 zu einem Fehlersignal zusammengesetzt werden, das zur Steuerung des Antriebs 35 der Pumpe 13 zum Regeln eines gewünschten Spritzdrucks (Pfeil 36) oder der Auslaufquote verwendet wird. Geänderte Bahngeschwindigkeit führt also auch hier zu geändertem Sollwert und damit zur Einstellung einer geänderten Pumpendrehzahl.

Das Signal aus 28 kann in gewissen Fällen etwas von ν abweichen, ohne dafür den Erfindungsgedanken zu verlassen. Das gleiche gilt für 29-Eine separate und unabhängige Regelung von Flächengewicht, Auslaufquote, Maschinengeschwindigkeit und etwa gewünschte kleine Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den verschiedenen Teilen der Maschine können damit erreicht werden.

Die Geschwindigkeit des Stoff-Flusses bei 23 soll folgender Bedingung genügen:

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wobei ν die Strömungsgeschwindigkeit in m/Sek., i die Netzstärke des Stoffes in Newton/m und % die Dichte des suspendierten Mittels (Wassers)

(ung. = 1O⁵ kg/m³) ist.

Gleichzeitig soll die Reynold¹sehe Zahl (Re) folgende sein:

^{Re =} ^y 5000, wobei D der Durchmesser

der Meßanordnung in m und V die dynamische Viskosität (kg/m/Sek.) ist.

Kavitation in der Meßanordnung soll vermieden werden, das setzt praktisch eine obere Grenze. Der Druckwert über der Drosselanordnung 18 kann auch nach einem Wert geregelt werden, der proport inal dem Gesamtdruck in dem Einlaufkasten ist, wobei dieser Druck dem Flüssigkeitsdruck oder dem Druck eines Luftpolsters in dem Kasten 12 entspricht, eventuell einem Unterdruck bei Arbeiten unter Vakuum bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Die Strömungsmessung kann auch auf indirekte Weise erfolgen, indem man die Druckerhöhung über der Pumpe 17 und die Pumpendrehzahl bei 21 mißt und dann diese Werte kombiniert. Die beschriebenen Beispiele können im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche auf viele Arten variiert werden.

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Claims

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Patentansprüche;

Anordnung zum Dosieren von Stoffsuspensionen in Papiermaschinen, bestehend aus einem Zuführuiigsteil mit einer Stoffpumpe zum Zuführen einer Stoffsuspension in ein Einlauf kastensystem mit einem Auslaufteil zur Weitergabe der Papiermasse an ein Transportband, z.B. an ein Sieb oder einen Naßfilz, ^ dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der Suspension zum Einlaufkasten eine Drosselstelle angeordnet ist, über der der Druckabfall gemessen und der Stoff-Fluß mit einem Sollwert für diesen Druckabfall geregelt wird, der von der Bahngeschwindigkeit abhängig ist, vorzugsweise proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführungsweg (23) der Suspension zum Einlaufkasten (12) eine Drosselstelle (18), z.B. ein Venturirohr mit Meßorganen

™ für den Druckabfall angeordnet ist, deren Aussignal (Istwert) zusammen mit einem Bezugswert (Sollwert) für den Druckabfall einer Steueranordnung des Antriebes der Stoffpumpe (17) zugeführt wird und daß der Sollwert von der Geschwindigkeit der Papierbahn am Schluß oder nahe am Ende der Bahn abhängig ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführungsweg (23) der Stoffsuspension zum Einlaufkasten (12) eine Drosselstelle (18), z.B. ein Venturirohr mit Meßorganen für

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den Druckabfall und eine zweite, einstellbare Drosselstelle (22) angeordnet sind, daß das Aussignal (Istwert) des Meßorgans zusammen mit einem Bezugswert (Sollwert) für den Druckabfall einer Steueranordnung für die zweite Drosselstelle zugeführt wird und daß der Sollwert von der Geschwindigkeit der Papierbahn am Schluß oder nahe am Ende der Bahn abhängig ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sollwertvorrichtung enthält, deren Aussignal von der Geschwindigkeit der Papierbahn am Schluß oder nahe am Ende der Bahn abhängig ist und daß dieses Signal der Steueranordnung (19) zugeführt wird.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der Stoffsuspension zur Stoffpumpe eine Mischpumpe (13) für die Stoffsuspension und Wasser (Rückwasser) angeordnet ist, deren Antriebsanordnung von einem Niveau- oder Druckmesser im Einlaufkasten (12) ge- ( steuert wird.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranordnung des Antriebs der Stoffpumpe (17) bzw. der Steueranordnung der zweiten Drosselstelle (22) ein Bezugssignal (Sollwert) zugeführt wird, das proportional dem Gesamtdruck im Einlaufkasten (12) ist, wobei dieser Druck dem flüssigkeitsdruck oder dem Druck eines Luftpolsters in dem Kasten entspricht oder auch einem kleineren beim Arbeiten unter Vakuum bei niedrigen Ge-

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