DE4310223A1 - Turbulenzerzeuger für einen Stoffauflauf einer Papiermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbulenzerzeuger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Turbulenzerzeuger dieser Art werden in sogenannten hydraulischen Stoffaufläufen eingesetzt und haben die Aufgabe, die unter Druck zugeführte Faserstoffsuspension in eine Vielzahl kleinerer Strömungen aufzuteilen und dabei in den Zustand von mikroturbulenten Strömungen zu versetzen. Es ist bekannt, daß dadurch eine homogene Verteilung und Orientierung der in der Suspension enthaltenen Stoffe möglich ist und außerdem eventuelle vorhandene Faserflocken durch hydraulische Scherkräfte aufgerissen werden. Diese Erscheinungen werden bereits mit Vorteil genutzt. Wenn sich der Turbulenzerzeuger direkt an den Querstromverteiler des Stoffauflaufes anschließt, hat er auch die Wirkung, die Strömung der zugeführten Fasersuspension in Richtung des Papiermaschinensiebes umzulenken. Überlicherweise werden die Kanäle eines solchen Turbulenzerzeugers in einem rechtwinkeligen Gitter angeordnet. Dadurch ergibt sich über die gesamte Breite und Höhe des Stoffauflaufs betrachtet eine relativ homogene Strömung nach Austritt der Suspension aus dem Turbulenzerzeuger. Außerdem ist natürlich die Herstellung eines mit vielen Kanälen versehenen Turbulenzerzeugerblockes als regelmäßige Einheit einfacher.

Man hat dabei bereits festgestellt, daß es sich unter Umständen empfiehlt, im Bereich der Ränder des Stoffauflaufes besondere Maßnahmen zur Eliminierung der Randeinflüsse zu treffen. Es kann nämlich durch Reibung der Suspension an den die Ränder bildenden Wänden eine unzulässige Strömung der Suspensionsströmung eintreten, die zu einer Qualitätseinbuße des später erzeugten Papieres führt. Dazu sind bereits im Randbereich veränderte Strömungsquerschnittsformen vorgeschlagen worden. Solche Variation des Turbulenzerzeugers zielte - wie bereits ausgeführt - auf die Verhinderung von störenden Wandeinflüssen ab.

Es hat sich aber gezeigt, daß in allen Bereichen, also auch denen, die nicht durch Wandeinflüsse gestört werden, unbefriedigende Strömungsverhältnisse herrschen können. Bei hochwertigen Papiersorten stellte sich nämlich eine störende Ungleichmäßigkeit, z. B. Streifigkeit des Papiers ein, die auch durch gut ausgebildete Turbulenzerzeuger nicht in gewünschter Weise zu beseitigen war.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbulenzerzeuger so zu gestalten, daß eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit des mit dem Stoffauflauf erzeugten Papieres möglich ist, insbesondere eine Verhinderung oder Verringerung der Streifigkeit. Die Maßnahmen sollen den Turbulenzerzeuger möglichst nicht oder höchstens geringfügig verteuern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen in vollem Umfang gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den nachfolgenden Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Maßnahmen treten an vielen Stellen, lokal eng begrenzt und in kontrollierter Weise unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten benachbarter sich berührender Volumenströme auf. Das ist konkret erreichbar durch unterschiedliche Druckverluste benachbarter Kanäle des Turbulenzerzeugers.

Ein beträchtlicher Vorteil ist der, daß die schädlichen Nachlaufströmungen stromab hinter dem Turbulenzerzeuger besser aufgelöst werden. Derartige Nachlaufströmungen rühren daher, daß an den Trennwänden der Kanäle der Stoffstrom unterbrochen ist, was z. B. zu Streifenbildung im fertigen Papier führen kann.

Störende Querströmungen mit einer Ausdehnung, welche sehr viel größer als die lichte Weite der einzelnen Ausströmöffnungen ist, können so abgebaut werden. Gleichzeitig werden Störungen, die aus dem Bereich des Eintritts der Strömung in den Turbulenzerzeuger stammen, durch die hydraulischen Mischungsverluste nach dem Austritt der Strömung aus dem Turbulenzerzeuger gedämpft.

Bekanntlich werden im Turbulenzerzeuger zur Ausbildung der Kanäle oftmals Stufendiffusoren verwendet, die sich sprunghaft erweitern. In solchen Fällen wird man zweckmäßigerweise die Änderung der Strömungsquerschnitte von Kanal zu Kanal durch Änderung der Eintrittsquerschnitte des Stufendiffusors vornehmen. Es sind aber auch andere Stellen der Kanäle für diese Maßnahme denkbar oder auch die Änderung vom Strömungsquerschnitt an mehreren Stellen innerhalb eines Kanals. Schließlich sind viele Möglichkeiten zur Veränderung der Austrittsgeschwindigkeit benachbarter Kanäle vorstellbar.

Um durch die genannten Maßnahmen keine ungewollten Störungen des Flächengewichtsquerprofils zu verursachen, wird man in der Regel darauf achten, daß die in der senkrecht zur Strahlebene liegenden Richtung angeordneten Kanäle in ihrer Summe die gleichen Strömungsquerschnitte haben. Daraus folgt, daß die Anzahl der Kanal-Reihen (parallel zur Strahlebene) auf die Anzahl der unterschiedlichen Strömungsquerschnitte abzustimmen ist.

Zusätzlich zu den in den Ansprüchen genannten Maßnahmen kann - wie auch an sich bekannt - in den Randzonen eine Kompensation von Randstörungen vorgenommen werden, indem die Kanäle des Turbulenzerzeugers, die in Randnähe des Stoffauflaufs liegen, z. B. einen geringeren Druckverlust aufweisen als die weiter innen liegenden.

Die Erfindung wird beschrieben und erläutert anhand der Fig. 1 bis 5.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger, geschnitten in Bahnebene,

Fig. 2 schematisch einen erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger, geschnitten senkrecht zur Bahnebene,

Fig. 3-5 schematisch: Verschiedene Muster der Strömungskanäle des erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugers.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger 1. Dieser Schnitt ist parallel zu der durch den Stoffauflauf erzeugten Bahn, z. B. Papierbahn auf der Papiermaschine, gelegt. Man erkennt die zugeführte Suspension S, die durch eine Anzahl von Strömungskanälen 2 in verschiedene Suspensionsstrahlen S′ aufgeteilt wird. Die Strömungskanäle 2 werden hier durch Stufendiffusoren gebildet, in denen sich zwei sprunghafte Erweiterungen 5 und 5′ befinden, was - wie an sich bekannt - zu Mikroturbulenzen führt, welche sich auf die Qualität der später erzeugten Papierbahn positiv auswirken. Die einzelnen Strahlen der Suspension S′ vereinigen sich wieder im Düsenraum 7, wobei - wie hier grob schematisch angedeutet - eine Vermischungszone 6 zwischen benachbarten Strahlen entsteht. In der Regel ist der Düsenraum 7 vollständig mit Suspension gefüllt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Turbulenzerzeugers treten benachbarte Teilstrahlen S′ mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus. Das ist in dieser Figur durch Pfeile angedeutet, wobei sie nicht als maßstäbliche Geschwindigkeitsvektoren zu verstehen sind. Vielmehr sind sie zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten benachbarter Strahlen können - wie hier gezeigt - durch unterschiedliche Eintrittsquerschnitte 3 beim Einlauf der Suspension S in die Strömungskanäle 2 erzeugt werden. Es entsteht, wie am linken Rand in Fig. 1 dargestellt, ein Muster, in dem sich die Formen A1 und A2 alternierend abwechseln.

Die Fig. 2, welche einen Schnitt senkrecht zur Bahnebene zeigt, verdeutlicht, daß auch in dieser Richtung unterschiedliche Muster angeordnet sind; in dem Falle sind nicht nur der Einheitsquerschnitt sondern auch der mittlere Teil des Strömungskanals 2 mit einem kleineren Querschnitt versehen als der obere und der untere.

Bekanntlich ist die Ausgestaltung derartiger Turbulenzerzeuger sehr stark von dem Anwendungsfall abhängig, für den der Stoffauflauf überwiegend gedacht ist. Derartige Stoffaufläufe können in der Praxis beträchtliche Breiten haben, z. B. 8 m, was dann bis zu über 1000 solcher Strömungskanäle führt.

Fig. 3 zeigt einen Blick auf die Austrittsöffnungen der Strömungskanäle eines Turbulenzerzeugers, wobei die Strömungskanäle als Stufendiffusoren ausgebildet sind. Man erkennt, daß die Austrittsquerschnitte quadratisch und die anderen Strömungsquerschnitte rund sind. Diese Figur zeigt allerdings nur einen sehr kleinen Teil der Gesamtheit der Strömungskanäle. In dem hier gezeigten Falle wechseln sich zwei verschiedene Muster A1 und A2 alternierend ab.

Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung eines Turbulenzerzeugers mit 3 verschiedenen Mustern, A1, A2, A3, dreireihig angeordnet, die sich ebenfalls alternierend abwechseln.

Die Anzahl der Reihen muß nicht unbedingt durch die Anzahl der gewählten verschiedenen Mustern ganzzahlig teilbar sein (s. Fig. 5). Bei der hier gewählten Anordnung liegen gleiche Muster auf abfallenden 45°-Linien. Auf diese Weise läßt sich auch ein fünfreihiger Turbulenzerzeuger mit 3 Mustern A1, A2, A3 herstellen. Man erkennt an diesem Beispiel, daß es gelingt, in jeder senkrechten Reihe die Summe aller Strömungsquerschnitte konstant zu halten und dadurch das Flächengewichtsquerprofil durch die unterschiedlichen Strömungskanäle nicht zu verschlechtern. Hier enthält nämlich jede senkrechte Reihe: 2×A1, 2×A2 und 1×A3.

Die Betrachtung, welche Muster für die Anordnung der Formen gewählt werden sollen, hängt zum einen von der benötigten Gesamtanzahl der Strömungskanäle ab und zum andern von Gesichtspunkten der wirtschaftlichen Herstellung. Die Forderung nach günstiger Herstellung läßt sich sehr einfach mit den Maßnahmen zur Lösung der gestellten Aufgabe verbinden. Dadurch wird sich die Herstellung des Turbulenzerzeugers kaum verteuern im Vergleich zu einem Turbulenzerzeuger mit durchweg gleichen Mustern der Strömungskanäle.

Claims (11)

1. Turbulenzerzeuger (1) für den Stoffauflauf einer Papiermaschine, in dem beim Betrieb des Stoffauflaufes (1) die Faserstoffsuspension (S) durch eine Vielzahl von Strömungskanälen (2) fließt, dadurch in turbulente Einzelströmungen (S) aufgeteilt und nach dem Austritt aus dem Turbulenzerzeuger (1) wieder zusammengeführt wird, um die Bildung einer breiten Bahn zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gesamtheit die Strömungskanäle (2) aus mindestens 2 unterschiedlichen Formen (A1, A2, . . . ) bestehen, die bei Betrieb des Stoffauflaufes mindestens 2 unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten erzeugen, und daß die überwiegende Anzahl der Kanäle der einen Form (A1, A2, . . . ) mit mindestens je einem Kanal einer anderen Form (A2, . . . , A1) benachbart ist.

2. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei unterschiedlichen Formen (A1, A2, . . . ) durch voneinander differierende Strömungsquerschnitten gebildet werden.

3. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle mit mindestens zwei unterschiedlichen Formen (A1, A2, . . . ) in einem im wesentlichen regelmäßigen Muster zueinander angeordnet sind.

4. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in senkrecht zur Bahn stehenden Ebenen die Anzahl der einzelnen Strömungskanäle mit jeweils verschiedenen Formen (A1, A2, . . . ) im wesentlichen gleich wie die in der Nachbarebene sind, so daß die Menge der in einer solchen Ebene abgegebenen Suspension im wesentlichen gleich wie die der benachbarten senkrecht zur Bahn ist.

5. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) zueinander in einer rechtwinkeligen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei im wesentlichen der Kanal der einen Form (A1 oder A2) im 45-Grad-Abstand alternierend von vier Kanälen der gleichen Form und von vier Kanälen der anderen Form (A2 bzw. A1) umgeben ist.

6. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschiedene Formen (A1, A2) der Kanäle gewählt werden, die in einer regelmäßigen, rechtwinkeligen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei in rechtwinkelig zueinander stehenden Koordinaten die verschiedenen Formen (A1, A2) regelmäßig und in gleicher Reihenfolge alternieren.

7. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei verschiedene Formen (A1, A2, A3) der Kanäle gewählt werden, die in einer regelmäßigen, rechtwinkeligen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei in rechtwinkelig zueinander stehenden Koordinaten die verschiedenen Formen (A1, A2, A3) regelmäßig und in gleicher Reihenfolge alternieren.

8. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) als sich sprunghaft erweiternde Stufendiffusoren ausgebildet sind, wobei verschiedene Formen (A1, A2, . . . ) differierende Entrittsquerschnitte (3) aufweisen.

9. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) als sich sprunghaft erweiternde Stufendiffusoren ausgebildet sind, wobei verschiedene Formen (A1, A2, . . . ) differierende Querschnitte nach einem Stufensprung (5) aufweisen.

10. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Strömungskanäle (2) pro Reihe in Bahnebene und pro Meter Bahnbreite mindestens 25 beträgt.

11. Turbulenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Strömungskanälen der gleichen Form (A1, A2, . . . ) höchstens 60% der Gesamtheit der Strömungskanäle (2) beträgt.