DE4025675A1

DE4025675A1 - FABRIC DRAIN

Info

Publication number: DE4025675A1
Application number: DE4025675A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Bubik; Matthias Reich; Elmer Dr Weisshuhn
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2010-08-15
Also published as: ATE116393T1; FI913855A; FI913855A0; DE4025675C2; EP0471194B1; DE59104034D1; EP0471194A1

Abstract

The proposed headbox is such that, during operation, the substance suspension, when it enters the nozzle space (3), has a speed profile (7) which assumes higher values towards the lateral edges (12) of the nozzle space than in the remaining region. By guiding part of the substance suspension away from the edge regions of the nozzle space, the speed profile at the outlet gap of the nozzle space, where a suspension jet is formed, is controlled in the desired way, in particular made uniform. The essential advantages are a favourable control behaviour and the provision of a desired fibre orientation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a headbox for a paper machine according to the Preamble of claim 1.

Derartige Stoffaufläufe werden verwendet, um bei einer Papiermaschine einen breiten dünnen Suspensionsstrahl zu erzeugen, der auf mindestens ein in Strahlflußrichtung bewegtes Sieb auftrifft, dort eine im wesentlichen gleichmäßige Suspensionsschicht erzeugt, die im folgenden sehr stark entwässert wird. Bei modernen Papiermaschinen wird normalerweise ein beträchtlicher Aufwand getrieben, um eine gleichmäßige Verteilung der Faserschicht auf dem Sieb zu erzielen. Die physikalischen Größen, deren Konstanthaltung angestrebt wird, sind z. B. das Flächengewicht der sich bildenden Papier- oder Kartonbahn, die Faserzusammensetzung, der Anteil an Nicht-Faserstoff, um nur diese zu nennen. In vielen Fällen muß aber zusätzlich darauf geachtet werden, daß die Orientierung der Fasern, d. h. ihre Lage im sich bildenden Faservlies bestimmte Anforderungen erfüllt, insbesondere stochastische Gleichmäßigkeit über die gesamte Breite der Bahn.Such headboxes are used to make a wide in a paper machine to produce a thin suspension jet which is directed to at least one in the jet flow direction moving sieve strikes, there an essentially uniform suspension layer generated, which is drained very heavily in the following. In modern paper machines a considerable effort is usually made to maintain an even To achieve distribution of the fiber layer on the sieve. The physical quantities whose Constant maintenance is sought, z. B. the basis weight of the formed Paper or cardboard web, the fiber composition, the proportion of non-fibrous material, to name just this. In many cases, however, additional care must be taken that the orientation of the fibers, d. H. their position in the forming nonwoven determined Requirements met, especially stochastic uniformity across the whole Width of the web.

Gerade was die Gleichmäßigkeit der Faserorientierung anbetrifft, gibt es nach dem Stand der Technik nicht immer befriedigende und oft auch sehr aufwendige Lösungen. Zu Problemen führt insbesondere die Tatsache, daß im Bereich der Wandungen des Düsenraumes unvermeidlicherweise Reibeinflüsse das Strömungsprofil der Stoffsuspension verändern können, während sich in genügender Entfernung von den Wandungen im Düsenraum diese Reibeinflüsse nicht mehr auswirken. Selbst wenn es nun gelingt, durch entsprechende Maßnahmen beispielsweise an der Düsenblende ein über die Breite gleichmäßiges Flächengewicht des später gebildeten Papiers zu erzielen, so kann dennoch infolge einer ungünstigen Faserorientierung im Randbereich ein Qualitätsverlust eintreten. As far as the uniformity of the fiber orientation is concerned, there are currently technology is not always satisfactory and often also very complex solutions. To Problems arise in particular from the fact that in the area of the walls of the Nozzle space inevitably affects the flow profile of the friction Stock suspension can change while moving away from the Walls in the nozzle area no longer affect these friction influences. Even if it was now succeeds in taking appropriate measures, for example on the nozzle orifice to achieve a uniform basis weight over the width of the paper subsequently formed, it can nevertheless result from an unfavorable fiber orientation in the edge area Loss of quality.

Ein bekannter Vorschlag, um derartige Abweichungen zu verhindern, ist z. B. aus der deutschen Patentschrift DE-PS 35 14 554 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, mit Hilfe einer zwar wirksamen, aber aufwendigen Kombination verschiedener Maßnahmen die Strömungsrichtung an den verschiedenen Stellen des Düsenraumes in der gewünschten Weise einzustellen.A known proposal to prevent such deviations is e.g. B. from the German patent DE-PS 35 14 554 known. It is suggested there with help an effective but complex combination of different measures Direction of flow at the various points of the nozzle space in the desired Way to set.

Ein anderer Vorschlag geht dahin, durch seitlich an den Düsenraumbegrenzungen vorhandenen Öffnungen Faserstoffsuspension zuzuführen. Solche Faserstoffsuspension ließe sich beispielsweise aus dem Verteiler, welcher in Strömungsrichtung vor dem Turbulenzerzeuger sitzt, abziehen, wobei normalerweise ein Überdruck des aus dem Verteiler stammenden Stoffstromes gegenüber dem im Düsenraum vorhandenen gegeben ist. Jedoch ist auch dieses Verfahren sehr schwer handhabbar, da bei einem derartigen Vorgehen nur geringe Druckdifferenz und nur geringe Stoffströme vorhanden sind, was zu Verstopfungen dieser Leitungen und zu einem schwer zu lösenden Regelungsproblem führen kann.Another suggestion goes through the side of the nozzle space limits Feed existing openings in fiber suspension. Such fiber suspension could, for example, from the distributor, which is in the flow direction before the Turbulence generator sits, pull off, normally an overpressure from the Distributor originating material flow compared to the existing in the nozzle room is. However, this method is also very difficult to handle because of such Procedure only small pressure difference and only small material flows are what to blockages in these lines and to a control problem that is difficult to solve can lead.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik dadurch zu verbessern, daß durch eine einfache Maßnahme eine gut handhabbare Regelmöglichkeit gegeben ist, um trotz an sich schädlicher Einflüsse der Grenzschichten an den Seitenwänden des Düsenraumes das Strömungsprofil am Austritt aus dem Düsenraum, also im Bereich des Düsenspaltes in der gewünschten Weise einzustellen.It is an object of the invention to improve the prior art in that a simple measure provides a manageable control option in order to despite inherently harmful influences of the boundary layers on the side walls of the The flow profile at the outlet from the nozzle space, that is in the area of the nozzle space Adjust the nozzle gap in the desired way.

Dieses Ziel wird durch die Maßnahmen im Kennzeichen des Anspruchs 1 in voller Weise erfüllt.This goal is achieved in full by the measures in the characterizing part of claim 1 Fulfills.

Die Maßnahmen gestatten insbesondere, im Randbereich mit Strömungsüberschuß zu fahren, also an den Öffnungen für den Abzug der Stoffsuspension aus dem Randbereich des Düsenraumes genügend Stoff und genügend Druckdifferenz zur Verfügung zu haben, um auf diese Weise ein gutes Regelverhalten erzielen zu können. Besondere Beachtung muß dabei auf den Umstand gelegt werden, daß eine zuverlässige Mengenregelung von faserstoffhaltiger Flüssigkeit gewährleistet ist. Gerade diesem Ziel kommt ein genügend großer Mengenstrom, der zu regeln ist, sehr entgegen.The measures in particular allow excess flow in the edge area drive, i.e. at the openings for the withdrawal of the stock suspension from the edge area to have enough material and enough pressure difference available in the nozzle area, in order to achieve good control behavior in this way. Special attention must be placed on the fact that a reliable quantity control of fibrous liquid is guaranteed. This goal is enough large volume flow that is to be regulated, very contrary.

Dem Hauptanspruch folgende Unteransprüche zeigen insbesondere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.Sub-claims following the main claim show particularly advantageous Embodiments of the invention.

Die Erfindung wird dargestellt in Zeichnungen, wobei zeigtThe invention is illustrated in drawings, wherein:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the subject invention,

Fig. 2 schematische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeiten, Fig. 2 shows a schematic representation of the flow velocities,

Fig. 3 Seitenansicht des schematisch dargestellten Erfindungsgegenstandes, Fig. 3 side view of the subject invention shown schematically,

Fig. 4 und 4a einen erfindungsgemäß ausgeführten Stufendiffusor-Turbulenzerzeuger in zwei Teilansichten, FIGS. 4 and 4a a embodying the present invention step diffusor turbulence generator in two partial views,

Fig. 5, 6, 7 je einen anderen erfindungsgemäß ausgeführten Stufendiffusor-Turbulenzerzeuger. Fig. 5, 6, 7 according to another embodying the present invention step diffusor turbulence generator.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Stoffauflauf dargestellt mit einer Zuführleitung 1 für die Stoffsuspension, einer Verteileinrichtung 2 zur Verteilung der Suspension über die ganze Breite; ihr folgt ein Turbulenzerzeuger 8, hier mit Stufendiffusoren 11, 11′, aus denen die Suspension in den Düsenraum 3 eintreten kann. Da die in die Verteileinrichtung 2 eingeführte Stoffmenge oft größer als benötigt gewählt wird, ist eine Überlaufleitung 9 vorgesehen, die eine Stoffmenge abfließen läßt. Die zur Blattbildung verwendbare Stoffmenge tritt aus dem Düsenraum 3 durch den Austrittsspalt 4 als Breitstrahl aus und trifft auf mindestens 1 Papiermaschinen-Sieb 10, das sich etwa parallel zum Strahl bewegt (Pfeile in Fig. 1). An den beiden Seitenwänden 12 des Düsenraumes 3 sind jeweils Abzugsöffnungen 6 vorhanden, aus denen eine genau bestimmte Stoffmenge entnommen und z. B. zum Siebwasserschiff geführt wird, so daß sie nicht in den Breitstrahl bzw. auf das Papiermaschinen-Sieb 10 gelangen kann. Wie am rechten Rand der Fig. 1 angedeutet, ist auch eine Mehrzahl von Abzugsöffnungen an den Seiten denkbar. Ferner ist erkennbar, daß in diesem Beispiel die Stufendiffusoren 11′ am Rand des Turbulenzerzeugers zumindest teilweise in den enzelnen Kammern einen größeren Strömungsquerschnitt haben als jeweils weiter innenliegende 11.In Fig. 1, an inventive headbox is shown with a supply line 1 for the stock suspension, a distributing device 2 to the distribution of the suspension over the entire width; it is followed by a turbulence generator 8 , here with step diffusers 11, 11 ' , from which the suspension can enter the nozzle chamber 3 . Since the quantity of substance introduced into the distribution device 2 is often chosen to be larger than required, an overflow line 9 is provided which allows a quantity of substance to flow off. The amount of material that can be used for sheet formation emerges from the nozzle space 3 through the outlet gap 4 as a wide jet and strikes at least one paper machine screen 10 which moves approximately parallel to the jet (arrows in FIG. 1). On the two side walls 12 of the nozzle chamber 3 there are extraction openings 6 , from which a precisely determined amount of material is removed and z. B. is guided to the white water vessel so that it cannot get into the wide jet or onto the paper machine screen 10 . As indicated on the right edge of FIG. 1, a plurality of discharge openings on the sides is also conceivable. It can also be seen that, in this example, the step diffusers 11 ' at the edge of the turbulence generator have at least partially a larger flow cross section in the individual chambers than in each case more internal 11th

Fig. 2 zeigt, ebenfalls schematisch, die Geschwindigkeitsverhältnisse, über die Breite gesehen. So hat das Geschwindigkeitsprofil 5 im mittleren Bereich einen gerade Verlauf, und zu den Rändern hin steigen die Geschwindigkeiten jedoch an. Dieser Anstieg ist so gewählt, daß er nicht nur die Verluste durch Wandreibung, die einen Geschwindigkeitsabfall verursachen, kompensiert, sondern, daß die Geschwindigkeit dennoch höher als in dem mittleren Bereich ist. Infolge des zusätzlich abgeführten Stoffstromes durch die seitlichen Abzugsöffnungen 6 wird die Geschwindigkeit über die ganze Breite des Stoffauflaufes vergleichmäßigt, wie das Geschwindigkeitsprofil 7 unmittelbar hinter (in Strömungsrichtung gesehen) dem Austrittsspalt 4 zeigt. Durch diese Maßnahme ist das Geschwindigkeitsprofil sehr wirksam auszuregeln, und es kann ein Blatt mit idealer, gewünschter Faserorientierung gebildet werden. Fig. 2 shows, also schematically, the speed ratios, seen across the width. Thus, the speed profile 5 has a straight course in the central area, and the speeds increase towards the edges. This increase is chosen so that it not only compensates for the losses due to wall friction which cause a drop in speed, but that the speed is nevertheless higher than in the middle range. As a result of the additionally discharged material flow through the lateral discharge openings 6 , the speed is made uniform over the entire width of the headbox, as the speed profile 7 shows directly behind (seen in the direction of flow) the outlet gap 4 . This measure enables the speed profile to be regulated very effectively, and a sheet with the ideal, desired fiber orientation can be formed.

In Fig. 3 wird der Erfindungsgegenstand von der Seite gezeigt, wobei zwei mögliche Ausführungen der Abzugsöffnungen 6 erkennbar sind, und zwar mit rundem oder spaltförmigem Querschnitt. Die zugehörigen Leitungen sind nicht dargestellt.In Fig. 3, the subject of the invention is shown from the side, two possible designs of the discharge openings 6 can be seen, namely with a round or gap-shaped cross section. The associated lines are not shown.

In Fig. 4 ist ein Teil eines Stufendiffusor-Turbulenzerzeugers in Blickrichtung gegen die Strömung gezeigt, der beiderseits unterschiedliche Strömungsquerschnitte (Lochdurchmesser) aufweist, was zu örtlich unterschiedlichem Druckverlust bei der durchfließenden Flüssigkeit führt. Wenn - wie dargestellt - der Eintrittsdurchmesser größer ist, ergibt sich neben dem geringen Druckverlust durch größeren Strömungsquerschnitt auch ein geringerer Verlust wegen des kleineren Stufensprungs am Übergang zwischen Eintrittskanal und dem folgenden Kanal. Fig. 4a zeigt die Ansicht von oben.In FIG. 4, a part is a stepped-diffusor turbulence generator in the direction against the flow shown, the mutually different flow cross sections (hole diameter) having, leading to locally varying pressure loss results in the liquid flowing through. If - as shown - the inlet diameter is larger, in addition to the low pressure loss due to the larger flow cross section, there is also a smaller loss because of the smaller step change at the transition between the inlet duct and the following duct. FIG. 4a shows the top view.

Fig. 5 zeigt den Wegfall eines Stufensprungs im äußersten Bereich bei gleichzeitig kleinerem Stufendiffusorelement. Fig. 5 shows the elimination of a step jump in the outermost region with a smaller step diffuser element.

Es ist ohne weiteres vorstellbar, die Merkmale der Erfindung auch bei einem Mehrschicht- bzw. Mehrlagenstoffauflauf mit mehreren voneinander abgeteilten Düsenräumen zu verwenden, um dort die gestellten Aufgaben zu lösen. Dabei kann es sinnvoll sein, die Maßnahmen der Erfindung an allen Düsenräumen zu realisieren oder bei entsprechend anderen Qualitätsanforderungen nur bei einem Teil der Düsenräume.It is easily conceivable to include the features of the invention in one Multi-layer or multi-layer headbox with several separated from each other To use nozzle rooms to solve the tasks there. It can be useful to implement the measures of the invention on all nozzle areas or with correspondingly different quality requirements only for a part of the nozzle rooms.

Es ist vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Stoffauflauf in einem Regelkreis zu verwenden, der geeignet ist, neben den an sich bekannten Stelleingriffen an den Stellgrößen des Stoffauflaufes auch die Möglichkeiten, die sich aus der Erfindung ergeben, in das Regelkonzept einzubinden. Dazu kann - wie im Anspruch 10 beschrieben - eine Messung der Faserorientierung an mehreren Stellen quer zur Bahn erfolgen und daraus das Stellsignal für die durch die Abzugsleitungen (6) fließenden Mengen am Rande des Düsenraumes (Fig. 1) gebildet werden. Die Messung der Faserorientierung kann beispielsweise mit optischen Methoden erfolgen, da sich die Qualität der Faserorientierung in der Durchsicht sehr gut erkennen läßt. Die Auswertung eines solchen optischen Signals im Vergleich zu den Messungen an anderen Stellen der Bahn bzw. zu den Sollwerten kann dann einen Regelvorgang auslösen.It is advantageous to use the headbox according to the invention in a control loop which is suitable for integrating the possibilities that result from the invention into the control concept in addition to the known manipulations on the manipulated variables of the headbox. For this purpose - as described in claim 10 - the fiber orientation can be measured at several points across the web and from this the control signal for the quantities flowing through the exhaust lines ( 6 ) can be formed at the edge of the nozzle area ( Fig. 1). The fiber orientation can be measured, for example, using optical methods, since the quality of the fiber orientation can be seen very well in the view. The evaluation of such an optical signal in comparison to the measurements at other points on the web or to the target values can then trigger a control process.

Selbstverständlich sind auch andere Meßverfahren denkbar, etwa auf Ultraschallbasis oder die Messung der Strahlgeschwindigkeit selbst an verschiedenen Stellen, welche zu einem Istgeschwindigkeitsprofil kombinierbar und mit einem Sollgeschwindigkeitsprofil vergleichbar ist. Derartige Überlegungen sind den Experten für Regeltechnik so geläufig, daß hier auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet werden kann.Of course, other measurement methods are also conceivable, for example based on ultrasound or the measurement of the jet velocity itself at different points, which too can be combined with an actual speed profile and with one Target speed profile is comparable. Such considerations are the experts so common for control technology that there is no graphic representation can be.

Claims

1. Headbox for a paper machine with a distribution device ( 2 ) connected to a feed line ( 1 ) for a stock suspension, a turbulence generator ( 8 ) and a nozzle space ( 3 ) which extends to a paper machine screen (extending over a predetermined working width) ( 10 ) pointing exit gap ( 4 ), from which a wide material suspension jet can emerge as a result of the pressure prevailing during operation in the nozzle space, characterized in that means are present which contain the speed profile ( 5 ) of the material suspension in the nozzle space at the entry into the nozzle space Affect in such a way that the flow in the lateral edge areas of the nozzle space ( 3 ) is faster than in the areas in between and that on the lateral edges of the nozzle space there are discharge openings ( 6 ), from which a part of those present in the nozzle space - in particular near the edges Liquid can be drained.

2. Headbox according to claim 1, characterized in that between the Distribution device and a hydraulic in front of the nozzle area Turbulence generator provided flow openings, and that as a means to generate the faster flow in the lateral nozzle edge area Flow cross sections of the hydraulic turbulence generator in the edge area cause less pressure loss.

3. Headbox according to claim 2, characterized in that as a means for Generation of the faster flow in the lateral nozzle edge area area-related number of the individual flow openings of the Turbulence generator is chosen larger in the edge area than in the middle area of the turbulence generator.

4. Headbox according to claim 2 or 3, characterized in that the hydraulic turbulence generator is a step diffuser turbulence generator.

5. Headbox according to claim 4, characterized in that the step diffuser elements lying in the edge region of the turbulence generator have a larger inlet cross-section than those located further inside ( Fig. 4, 4a).

6. Headbox according to claim 4, characterized in that the step diffuser elements lying in the edge region of the turbulence generator have a larger inlet cross-section than those lying further inside ( Fig. 6, or 7).

7. Headbox according to claim 4, characterized in that the step diffuser elements lying in the edge region of the turbulence generator have a shorter flow path than the ones lying further inside ( FIG. 5).

8. Headbox according to claim 4, characterized in that the step diffuser elements lying in the edge region of the turbulence generator each have a smaller number of steps than the ones lying further inside ( FIG. 5).

9. Headbox according to claim 4, characterized in that the Edge area of the turbulence generator lying step diffuser elements each at least a smaller increment than the ones further inside appropriate place.

10. Use of the headbox according to one of the preceding claims in a control device with at least one controller for determining the manipulated variables to be set on the headbox, characterized in that on the web ( 10 ) formed on the web, a measurement of the fiber orientation at several across the width of the web distributed places and that the suspension amount to be discharged via the discharge openings ( 6 ) is determined, at which the fiber orientation is set in the desired shape.

11. Use of the headbox according to claims 10, characterized in that the measurement of the fiber orientation takes place optically.

12. Use of the headbox according to one of claims 1 to 8 in a control device with at least one controller for determining the manipulated variables to be set on the headbox, characterized in that a non-contact measurement of the jet speed takes place at several locations distributed over the width of the web and that from this the The amount of suspension to be discharged is determined via the discharge openings ( 6 ), at which the fiber orientation is established in the desired shape.