DE3010158C2

DE3010158C2 - Schwingungsdämpfer gegen Flüssigkeitsdruckschwankungen in Rohrleitungen

Info

Publication number: DE3010158C2
Application number: DE3010158A
Authority: DE
Inventors: Carl J. Beloit Wis. Moen
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Technologies Inc
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-17
Publication date: 1983-12-22
Also published as: FR2451417A1; ES489357A0; AR220450A1; PH17283A; JPS55128096A; FI800551A; KR830002109A; CA1112088A; MX148898A; IT1151057B; IN151613B; US4262700A; BR8001530A; SE448775B; JPS5945792B2; ES8100515A1; IT8020518A1; GB2046841A; DE3010158A1; FR2451417B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Schwingungsdämpfer ist aus der DE-OS 49 458 bekannt. Es wird in Rohrleitungen zum Dämpfen bzw. Glätten von Druckschwankungen in hindurchströmenden Flüssigkeiten, insbesondere in dem einem Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine zugeführten Papierstoff zur Herstellung von Papier eingesetzt. In Papierstoff-Zuführungssystemen ist es höchst wünschenswert wenn der Stoff absolut gleichmäßig und frei von Druckschwankungen der Papiermaschine zugeführt wird. Druckschwankungen, die von Förderpumpen, Sieben oder anderen Störeinflüssen wie beispielsweise von Kavitation herrühren können, verursachen in der herzustellenden Papierbahn Rippen und Rillen. Dieser Effekt begründet weitere Probleme sowohl in der Herstellung als auch im Geb'auch des Papiers.

h> Man hat das Problem der Riefel-Bildung im Zusammenhang mit dem Grundgewicht oder der Siebpartie der Papiermaschine bereits zu lösen versucht. Ein Weg besteht darin, die Größe der Druckschwankungen von der Entstehung aus, d. h. durch die Auslegung der Förderpumpen und Filter, zu reduzieren, und zwar durch Auswahlmaßnahmen, Neukonstruktion und engere Herstellungstoleranzen beim Bau der Anlage, wie auch eine Beachtung der Strömungslehre empfehlenswert ist, um eine Reduzierung von Druckschwankungen zu erhalten.

Eine universellere Lösung des Problems ist ein Schwingungsdämpfer oder Schallfilter zur wesentlichen Verringerung der Größe der unerwünschten Druckschwankungen oder des Wechselstrom-Einflusses auf den Stoff-Fluß ohne wesentliche Störung der gleichbleibenden bzw. »Gkjchstrom«-Kompoiiente des Stoff-Flusses zwischen den auftretenden Schwankungen. Eine Diskussion über die Grundgewicht-Riefel-Bildung und die herrschenden Prinzipien der Dämpfung mittels

i<> Reaktions-Filter rindet sich in zwei Aufsätzen der Zeitschrift »Tappi«, Band 60, Nr. 10 vom Okt. 1977 sowie Band 60, Nr. 11 vom November 1977.

Der bekannte Schwingungsdämpfer aus der DE-OS 26 49 458 ist zwar ebenfalls zum Einbau in eine

t'· Rohrleitung geeignet, jedoch ist die Druckkammer seitlich an ein Rohrleitungsteil angeflanscht, so daß die biegsame Membran die Druckkammer nur einseitig begrenzt und der Querschnitt der Durchflußkammer gegenüber dem kreisförmigen Querschnitt der übrigen

■'" Rohrleitung in einen Rechteckquerschnitt übergeht. Abgesehen von den hierdurch verursachten Turbulenzen in der Strömung benötigt der vorbekannte Schwingungsdämpfer wegen des seitlichen Ansatzes einer Druckkammer viel Platz. Einen ähnlichen

■li Schwingungsdämpfer zeigt die US-PS 31 30 751. Ferner lehrt die US-PS 5 96 062, daß ein Zerreißen von einfrierenden Rohren vermieden werden kann, wenn in der Rohrachse eir. durch Druck zusammendrückbares Element angebracht wird.

>o Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schwingungsdämpfer kleiner und gleichzeitig so zu gestalten, daß in einem breiten Frequenzbereich Druckschwankungen wirksam gedämpft und Turbulenzen in der Flüssigkeit vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I enthaltenen Merkmale gelöst.

Indem die Erfindung als Durchflußkammer ein Rohrleitungsteil innerhalb eines Gehäuses vorsieht, die

ofi von zwei gegenüberliegenden Trums bzw. Bahnen der biegsamen Membran begrenzt ist und das Rohrleitungsteil durchsetzt, so daß beide Trums von der strömenden Flüssigkeit beaufschlagt sind, ist es möglich, dem in die Rohrleitung einzusetzenden Rohrleitungsteil und dem

^6:> das Rohrleimngsteil umgebenden Gehäuse als Lufiauf· nahmekammer einen im wesentlichen kreisförmigen und platzsparenden Querschnitt zu geben. Indem lic Druckkammer einerseits von den beiden Trums ler

Membran und andererseits von luftdurchlässigen Begrenzungsflächen umgrenzt ist, die nicht nur der Aufrechterhaltung des Innendruckes innerhalb der Druckkammer dienen, sondern durch eine schalldämpfend wirkende Ausbildung zugleich der Entstehung von Resonanzen entgegenwirken, wird die an sich bekannte Schwingungsdämpfung über das Ablassen von Druckgas innerhalb der Druckkammer bei Druckminderung in der Flüssigkeit verbessert.

Der Dämpfungseffekt wird dadurch gesteigert, wenn m jedem Trum der Membran ein Ablaßventil zugeordnet ist und die Ablaßventile aus einseitig geschlossenen Rohren mit jedem Trum der Membran dicht gegenüberliegenden Luftablasschlitzen bestehen. Gegenüber der bisher punktförmigen Abtastung der Bewegungen der Membran nach der DE-OS 26 49 458 erhält man hierdurch eine linienförmige Abtastung und somit eine schnellere und wirksamere Gegensteuerung des Innendruckes innerhalb der Druckkammer.

Weitere Erfindungsmerkmale sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeisptel eines Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 eine Gesamtdarstellung in Ansicht mit einem Längsschnitt durch ein Gehäuse,

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 1 zur besseren Verdeutlichung der Druckkammer,

Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, jo

Fig.4 eine Teildarstellung des Querschnittes nach der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig.5 eine vergrößerte Teildarstellung des Querschnittes nach der Linie V-V in F i g. 3 bei geschiossenen Ablaßventilen,

Fig.6 einen Querschnitt entsprechend Fig.5 mit geöffneten Ablaßventilen,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Amplitude von Druckschwankungen im Papierstoff über die Frequenz, ohne Anwendung eines Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung,

F i g. 8 eine graphische Darstellung ähnlich F i g. 7 bei eingeschaltetem Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung,

F i g. 9 die Amplitude von Änderungen des Grundgewichtes des fertigen Papiers in Bahnrichtung, bei ausgeschaltetem Schwingungsdämpfer, und

Fig. 10 eine graphische Darstellung ähnlich Fig.9 mit eingeschaltetem Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung.

Der Einbau-Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung zeichne· sich durch eine flache, horizontale Membran-Bauweise mit kurzer Einbaulänge aus. Der Aufbau ist relativ einfach, da der Übergang von einem kreisrunden Querschnitt der Rohrleitung zum anderen ohne kantige Übergänge mit breiten horizontalen Abschnitten erfolgt, die graduelle Ablenkungen mit sich bringen und langgezogene Übergänge erfordern.

Der Schwingungsdämpfer kann in vorhandene Rohrleitungen für Papierstoff eingebaut werden, die üblicherweise unter einem Winkel von etwa 7° geneigt sind, ohne daß konstruktive Änderungen erforderlich sind.

Was die Schalldämpfung angeht, ist der Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung weniger ein »Energieschiucker«, sondern mehr ein Energie-Reflektor oder eine Einrichtung, die Energie im Nebenschluß aufnimmt. Als Reflektor ist die Einrichtung nicht auf ein bestimmtes Frequenzband der Schwingungen abgestimmt, sondern arbeitet über ein breites Frequenzband. Der Schwingungsdämpfer hat eine niedrige Quer-lmpedanz verglichen mit der Impedanz der Rohrleitung, die sich über einen Frequenzbereich von 1 bis 30 Hz erstreckt, so daß eine Schwingungsdämpfung über diesen wichtigen Bereich sichergestellt ist

Nach F i g. 1 umfaßt der Schwingungsdämpfer ein äußeres Gehäuse 10 kreisförmigen Querschnitts als Luftaufnahxnekammer, das an beiden Enden durch Flansche 11 und 12 gegenüber der Rohrleitung abgedichtet ist Der Schwingungsdämpfer kann in eine bestehende Einlaß- oder Rückleitungs-Rohrleitung für einen Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine eingesetzt werden. Da seine äußeren Teile unter einem Winkel von über 6°, aber nicht mehr als 7 bis 10° gegenüber der Horizontalen verlaufen, kann der Schwingungsdämpfer in eine konventioneil geneigte Rohrleitung eingebaut werden dergestalt, daß das innere Rohrleitungsteil noch unter einem Winkei von mehr als 0° geneigt ist um die erforderfehe Entleerung der Rohrleitung sicherzustellen. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich ein Rohrleitungsteil 13 mit einem fast horizontalen Mittelstück 13a zwischen einem Paar von exzentrischen Reduktionsstücken 136 und 13c, die das Mittelstücic 13a mit der ausgangsseitigen Rohrleitung 14 und der damit koaxialen eingangsseitigeri Rohrleitung 15 verbinden.

Die Abschnitte 13a, 136 und 13c sind derart gestaltet, daß der vom Einlaß zum Auslaß fließende Papierstoff einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt vorfindet wodurch Beschleunigungen oder Verzögerungen des Stoffes und damit Druckänderungen nach Bernoulli vermieden werden.

Das Innere des Schwingungsdämpfers ist am besten aus Fig.2 bis 4 ersichtlich. Nach Fig.3 ist das Rohrleitungsteil 13 mehrteilig. Es besteht aus zwei gebogenen Halbschalen 16 und 19, die an den gegenüberliegenden Kanten an Paaren von geschützen Klötzen 17, 18 bzw. 20, 21 angeschweißt sind. Die einander gegenüberliegenden Blöcke 17 und 20 einer Seite sind im Abstand voneinander angeordnet und über Schrauben 22 miteinander verbunden. Zum Block 17 gehört eine Klemmplatte 24 zum Einspannen eines Randes einer biegsamen Membran 25 in Form eines endlosen Bandes, die aus einem bewehrten gummiähnlichen Material besteht. Zum Klemmen der Klemmplatte

24 dienen Muttern 26 und 27. In ähnlicher Weise arbeitet der Block 20 mit einer Klemmplatte 28 zusammen, um den einen Rand des unteren Trums der Membran 25 über Muttern 29 und 30 einzuspannen. Auf der anderen Seite sind die Ränder der beiden Trume der Membran

25 in ähnlicher Weise eingespannt, wobei dem Block 18 die Klemmplatte 31 mit Muttern 32 und 33 sowie dem unteren Block 21 die Klemmplatte 34 mit Muttern 35 und 36 zugeordnet sind An den Enden der Trume der biegsamen Membran 25 ist ein Paar von Querbolzen 41 und 42 vorgesehen, um die die Membran 25 herumgezogen ist, wie es am bes'en aus F i g. 2 und 4 zu erkennen ist. Die Umlenkbolzen 41 und 42 sind über Schrauben 40 (Fig.4) unter Abdichtung gegen Teile des Rohrleitungsteils 13 gezogen.

Zwischen den die Druckkammer oben und unten begrenzenden Trums der biegsamen Membran 25 befindet sich ein Git'srwerk, bestehend aus einer Mehrzahl von zueinander parallelen starren Leisten 43, die im Abstand voneinander auf Stangen 44 festgelegt sind. Zwischen benachbarten Leisten 43 sind asymmetri-

sehe Federelemente 45 aus weichem Schaumstoff wie beispielsweise Polyurethan oder dergleichen vorgesehen, die mit den Leisten 43 verleimt sind. Diese Schaumstoffblöcke 45 bilden relativ weiche zusammendrückbare Federelemente, die Energie vernichten und nachhaltige Abstützungen für die Trums der Membran 25 bilden, wobei sie zu den gewünschten »C«- und w/?fc-Werten der akustischen Eigenschaften des Schwingungsdämpfers beitragen, wie es in den vorerwähnten Beiträgen in der Zeitschrift »Tappi« ausgeführt ist. Bei bestimmten Gelegenheiten, beispielsweise unter Startbedingungen, kann der innere Gasdruck den auf der Membran lastenden Druck des Papierstoffes möglicherweise nicht erreichen. Das Netzwerk mit den starren Verbindungen 43, 44 im mittleren Bereich der r> Schaumstoffblöcke 45 verhindert ein Zusammenquetschen des Schaumstoffes auf nahezu Null-Dicke. Diese Sicherung gegen Zi'sammenquetsclien verhindert es, daß der Schaumstoff im Laufe der Zeit seine Federkraft verliert. :o

Innerhalb des Gehäuses 10 im Umgebungsraum des Rohrleitungsteils 13 sowie innerhalb des von den Trumen der Membran 25 begrenzten Raumes wird ein im wesentlichen gleichmäßiger Luftdruck aufrechterhalten, indem Druckluft über eine oder mehrere -'> Lufteintrittsöffnungen 47 in das Gehäuse 10 eingeleitet wird. Zum Übertritt der Druckluft aus dem Gehäuse 10 in die von der Membran begrenzte Druckkammer sind die bis in die Luftkammer des Gehäuses 10 reichenden Blöcke 17, 18 und 20, 21 außen mit luftdurchlässigen w Begrenzungsflächen versehen. Jede Begrenzungsfläche besteht aus einem porösen Filz oder Gewebe 51 (F i g. 2 und 3) und umgebenden Siebbändern 52 und 53, die aus gelochtem Blech bestehen können. Die zusammengesetzten Begrenzungsflächen sind mit Schrauben 54 J> gegen die Blöcke 17,18 bzw. 20,21 verspannt.

Der Aufbau der seitlichen Begrenzungsflächen 51 bzw. 53 hat aufgrund des Strömungswiderstandes eine schalldämpfende Wirkung, wenn das Druckgas unter den Schwingungsbewegungen der Membran 25 durch -to die öffnungen der luftdurchlässigen seitlichen Begrenzungsflächen hin- und herbewegt wird. Wie in den genannten Veröffentlichungen in »Tappi« ausgeführt ist, dient dieser Widerstand weniger der Schwingungsdämpfung als mehr dem Zweck, stark erhöhte Spitzenwerte von Schwingungen aufgrund von Resonanzerscheinungen zu vermindern.

Während normalerweise der Innendruck zwischen den beiden Trums der Membran 25 und der Außendruck innerhalb der strömenden Flüssigkeit im Gleichgewicht sind, soll der Raum zwischen den Trumen der Membran entlüftet werden, wenn eine Auswärtsbewegung des oberen oder unteren Trums oder beider Trums aufgrund von langwelligen Druckabsenkungen im Papierstoff oder einem Anstieg des Gasinnendruckes erfolgt. Hierzu dienen Ablaßventile, bestehend aus einseitig geschlossenen Rohren 56 und 57 (F i g. 3), die sich quer zu den Trums der Membran 25 erstrecken und Luftablaßschlitze 565 bzw. 57a aufweisen, die dicht gegenüber der Membran 25 verlaufen (F i g. 5 und 6). Wenn der Druck innerhalb des Papierstoffes und die Summe des auf die gegenüberliegenden Flächen der Trume der Membran 25 wirkenden Luftdruckes plus die Vorspannkraft aus den Schaumstoffblöcken 45 im wesentlichen gleich sind, verschließt die Membran 25 die Lufiabiaßschlitze 56a und 57a, wie Fig.5 zeigt Wenn aufgrund eines kontinuierlichen Eintrittes von Druckluft und/oder eines langwelligen Druckverlustes im Druck des gefördenen Papierstoffes die Summe von Schaumstoff-Druck plus innerer Luftdruck den Außendruck im Papierstoff um einen kleinen Betrag übersteigt, tritt eine Entlüftung der Druckluft über eine oder beide Luftablaßschlitze 56 bzw. 57 ein, die dann nicht mehr von den Trums der Membran 25 verschlossen sind (F i g. 6). Die in die Ventilrohre 56 bzw. 57 übertretende Abluft wird über Leitungen 58 und 59 aus der Druckkammer zur Außenluft hin abgeleitet (Fig. I₁ 2 und 3).

Im Gegensatz zu anderen Bauarten von Schwingungsdämpfern mit großen flachen Querschnitten benutzt der Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung ein Netzwerk mit vorgespannten Federelementen, die weniger den Quetschkräften Widerstand leisten sollen als den Kräften, die als große Uberschußkräfte auftreten, wenn während der Anlauf-Intervalle der innere Luftdruck noch nicht so weit gestiegen ist. daß er den äußeren Flüssigkeitsdruck auffangen kann.

Die in F i g. 7 bis i 0 dargesteiiten Versuchsergebnisse wurden wie folgt erhalten:

Die Druckverläufe nach F i g. 7 und 8 erhielt man über eine lichtstarke Fourier-Übertragungs-Spectralanalyse der frequenz-modulierten magnetischen Aufschreibungen von elektrischen Signalen eines Druckgebers, der zwischen dem Schwingungsdämpfer und dem Sloffauflaufkajten einer Papiermaschine in der Rohrleitung angeordnet war.

In ähnncher Weise erhielt man die Druckwerte nach Fig.9 und 10 von Aufschreibungen des Grundgewichtes durch ein außerhalb der Maschine angeordnetes Beta-Meßgerät. Das Papier wurde zur gleichen Zeit wie die Druckaufschreibungen hergestellt. Jedes Diagramm gibt den Durchschnitt von 16 aufeinanderfolgenden Spectren an.

F i g. 7 zeigt ein Diagramm des Druckverlaufes über die Frequenz an einer Stelle außerhalb des Schwingungsdärnpfers bei abgeschaltetem Luftzustrom. d. h. bei nicht eingeschaltetem Schwingungsdämpfer. Man erkennt aus dem Diagramm, daß die dominierende Komponente der Druckschwankungen eine Frequenz von ungefähr 12 Hz hat. die mit der Eigenfrequenz des Siebes in der Rohrleitung übereinstimmt. Als die Luftzufuhr eingeschaltet wurde und das System in Gleichgewicht gekommen war, wurden diese Spitzenausschläge mit 12 Hz wesentlich ausgeschaltet, wie Fig.8 zeigt. Die Schwingungsdämpfung war etwa 13:l.oder22db.

Die graphischen Darstellungen nach Fig.9 und 10 zeigen Messungen, die am Papier selbst vorgenommen wurden. Das zur Zeit der Druck-Aufzeichnungen nach Fig.7 und 8 aus dem Stoffauflaufkasten hergestellte Papier wurde durch ein Beta-Meßgerät vermessen, das auf die Abgabe von elektrischen Signalen einjustiert war, die auf das Grundgewicht des Papiers bezogen waren; in Pfund pro 3000 Quadrat-Fuß. Wie Fig.9 zeigt, gibt es eine dominierende Veränderung des Grundgewichtes in Maschinenrichtung, deren Wellenlänge einer Frequenz von 12 Hz entspricht. Wie F i g. 10 zeigt wurde dieser Ausschlag tatsächlich beseitigt, wenn der Schwingungsdämpfer eingeschaltet war.

Diese und andere Versuche zeigen klar, daß der Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung zu einer bedeutenden Verminderung der Ungleichmäßigkeiten des Papier-Grundgewichtes in Maschinenrichtung bei Frequenzen führt, die üblicherweise bei Dmckschwankungen in Rohrzuleitungen für Papierstoff eines Stoffäuflaufkastens beobachtet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfer gegen Flüssigkeitsdruckschwankungen in Rohrleitungen, insbesondere für Fasersuspensionen zur Papierherstellung, mit einer biegsamen Membran, die eine Flüssigkeitsdurchflußkammer von einer Druckgaskammer trennt, mit einem Druckgaseinlaß, der über eine Druckschwankungen dämpfende poröse Trennwand mit der Druckgaskammer verbunden ist, mit einem von der Membran gesteuerten Abblasventil zum Ablassen von Gas aus der Druckgaskammer beim Auslenken der Membran durch bestimmte Verhältnisse zwischen den Drücken des Druckgases und der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (25) zwei mit Abstand einander gegenüberliegenden Membrantrums aufweist, die zwei Seiten der sich zwischen ihnen befindenden Druckgaskammer bilden und sich durch ein Rohrleitungsteil 413) in zu ihm im wesentlichen längs verlaufenden, vorzugsweise horizontalen Ebenen erstrecken und diesen Rohrleitungsteil in zwei Teile (16, 19) unterteilen, die zusammen die Flüssigkeitsdurchflußkammer bilden, deren Flüssigkeit von außen auf beide Membrantrums wirkt, und daß der Druckgaseinlaß durch ein ckn Rohrleitungsteil (13) mindestens im Bereich der porösen Trennwand (51, 52, 53) mit Abstand umgebendes Gehäuse (10) gebildet wird.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Trum der Membran (25) mindestens ein Abblasvenr^:.I (56, 56a; 57, 57a) zugeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nar"- Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Trums der Membran (25) leicht zusammendrückbar Federelemente (45) mit schalldämpfender Wirkung angeordnet sind.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (45) aus Schaumstoff bestehen.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (43, 44) zur Sicherung der Federelemente (45) gegen zu weitgehendes Zusammenquetschen vorgesehen ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trums der Membran (25) durch die einander gegenüberliegenden Seiten eines endlosen Membranbandes gebildet sind.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasventil aus einseitig geschlossenen Rohren (56, 57) mit jedem Trum der Membran (25) dicht gegenüberliegenden Gasablaßöffnungen (56a, 57a) besteht.