DE4323263A1 - Stoffauflauf einer Papiermaschine - Google Patents
Stoffauflauf einer PapiermaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer
Papiermaschine mit mindestens einem Verteiler zum Verteilen
der Stoffsuspension über die Maschinenbreite, einem
Turbulenzeinsatz zur Erzeugung von Mikroturbulenz und einer
Stoffauflaufdüse zum Erzeugen eines Stoffstrahles für das
Aufbringen der Stoffsuspension auf ein bzw. zwischen zwei
Siebe.
Stoffaufläufe dieser Art sind beispielsweise bekannt aus
den folgenden Schriften:
- 1. DE 35 14 554 A1
- 2. US 4,909,904
- 3. US 5,196,091
In der Schrift (1) ist ein Stoffauflauf dargestellt, bei
dem über die Maschinenbreite verteilt eine Vielzahl von Zu
bzw. Abfuhrleitungen angebracht sind, durch die
Stoffsuspension aus dem Stoffauflauf abgezogen werden kann
oder Siebwasser in den Stoffauflauf eingedüst werden kann.
Über die genaue Art und Weise der Anbringung der Leitungen,
insbesondere deren Winkel in Relation zur Strömungsrichtung
an der entsprechenden Stelle im Stoffauflauf ist in dieser
Schrift keine Aussage gemacht worden.
In der Schrift (2) ist ebenfalls ein Stoffauflauf
dargestellt, in den über die Maschinenbreite verteilt mit
Hilfe einer Vielzahl von Röhrchen Verdünnungswasser vor dem
Turbulenzeinsatz eingedüst werden kann, wobei in einer
detaillierten Beschreibung der Eindüsung darauf Wert gelegt
wird, daß die Eindüsung parallel zur Hauptströmrichtung an
der entsprechenden Stelle des Stoffauflaufes vorgenommen
wird.
In der Schrift (3) ist ebenfalls ein Stoffauflauf
dargestellt, in den über eine Vielzahl von Zuleitungen
Verdünnungswasser eingedüst wird, wobei bei dieser Schrift
darauf Wert gelegt wird, daß die Eindüsung des
Verdünnungswassers normal zur Strömungsrichtung der
Stoffsuspension an der entsprechenden Stelle vorgenommen
wird und weiterhin, daß der Ort der Einleitung des
Verdünnungswassers unmittelbar vor dem Turbulenzeinsatz
liegt.
Versuche haben gezeigt, daß bei derartigen Einleitungen von
Suspension bzw. Verdünnungswasser in den Stoffauflauf sehr
hohe Strömungswiderstände hinter der Einleitungsstelle
benötigt werden, um eine störende Beeinflussung des
Faserorientierungsquerprofils bei Korrekturmaßnahmen am
Flächengewichtsquerprofil zu vermeiden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf
darzustellen, der zum einen kostengünstig, d. h. ohne hohen
Druckverlust zu betreiben ist, und auf der anderen Seite
die Möglichkeit bietet, gezielt Einfluß auf das
Flächengewichts-Querprofil und Faserorientierungs-
Querprofil nehmen zu können, ohne den jeweils anderen
Parameter mit zu beeinflussen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche erfaßt.
Die Erfinder haben folgendes erkannt:
- 1. Soll mit Hilfe des Stoffauflaufes an einer bestimmten Stelle der Papierbahn eine Beeinflussung des Flächengewichts ohne eine gleichzeitige Störung des Faserorientierungs-Querprofiles durch eine Beeinflussung der Stoffkonzentration an der entsprechenden Stelle des Stoffauflaufes vorgenommen werden, so ist es notwendig, an der entsprechenden Stelle Stoffsuspension mit einer zur Hauptströmung unterschiedlichen Konzentration zuzuführen und gleichzeitig an der gleichen Stelle die gleiche Volumenmenge der Hauptströmung zu reduzieren. Dieses läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß der Winkel, unter dem der zugeführte Stoffstrahl in den Stoffauflauf eingedüst wird, so eingestellt wird, daß er einerseits den vorbeilaufenden Hauptstrom der Stoffsuspension nur um das Maß sperrt, mit welchem durch ihn neues Volumen in die Hauptströmung eingebracht wird und andererseits auch kein zusätzlicher Beschleunigungsimpuls an die Hauptströmung übertragen wird. Das heißt, ein Strahl, der senkrecht bzw. gegen die Hauptströmungsrichtung einschießt, bewirkt an dieser Stelle eine Reduktion der Strömung, wodurch im Stoffauflauf eine Senke entsteht, die zu einer Störung der Faserorientierung in diesem und den benachbarten Bereichen aufgrund der entstehenden Ausgleichsströmung führt. Den gegenteiligen Effekt erreicht man durch ein paralleles Hinzuführen von Stoffsuspension. Es wird dadurch der Hauptströmung ein zusätzlicher Impuls auferlegt, d. h., es erhöht sich die Geschwindigkeit der Strömung in diesem Bereich, was mit dem Entstehen einer Quelle gleichzusetzen ist und wodurch ebenfalls in diesem und in den benachbarten Bereichen eine Störung der Faserorientierung eintritt.
- 2. Verwendet man die unter 1. dargestellten Erkenntnisse, so läßt sich durch bewußtes Anwenden dieser Strömungsmechanik in beliebiger Weise und an beliebigen Stellen im Stoffauflauf eine Quelle bzw. eine Senke erzeugen. Setzt man nun zum Erzeugen dieser Quelle bzw. Senke eine Stoffsuspension mit einer Konzentration ein, die der Konzentration des Hauptstromes entspricht, so läßt sich damit die Faserorientierung gezielt beeinflussen, ohne gleichzeitig eine Flächengewichts- Querprofilbeeinflussung zu erhalten, bzw. wenn dies nicht ganz möglich ist, kann durch Einstellung der Konzentration der zudosierten Suspensionsströmung ein unerwünschter Einfluß wieder normalisiert werden.
Durch entsprechende sinnvolle Kombinationen der oben
genannten Mechanismen läßt sich damit ein Stoffauflauf
konstruieren, der bezüglich seiner
Einstellungsmöglichkeiten für das Flächengewichts-
Querprofil und Faserorientierungs-Querprofil optimal
ausgestattet ist.
Es muß weiterhin angemerkt werden, daß eine allgemein
gültige Winkelangabe für die Zuführung eines
Nebensuspensionsstroms in den Hauptsuspensionsstrom
innerhalb des Stoffauflaufes nicht allgemein gültig möglich
ist, da der entsprechend optimale Winkel, bei dem eine
Eindüsung eines Nebenstroms keine Veränderungen im
nachfolgenden Hauptstrom ergibt, abhängig von den jeweils
geometrischen Eigenheiten in der unmittelbaren Umgebung der
Einschußstelle ist. Jedoch ist dieser Winkel mit Sicherheit
nicht 90° und auch nicht 0° zum Hauptstrom. Abhängig von
den jeweils individuellen Strömungsbedingungen liegt der
Winkel zwischen 5 und 85° zur Hauptströmrichtung.
Die Erfindung ist anhand der Figuren näher beschrieben.
Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt einen stilisierten Stoffauflauf mit einem
Vorraum 1, in dem durch einen Pfeil die Hauptströmrichtung
der Stoffsuspension dargestellt ist, einen daran
anschließenden Turbulenzeinsatz 2 mit einer darauf
folgenden Auslaufdüse 3. Erfindungsgemäß sind in diesem
Stoffauflauf im Bereich des Vorraumes 1 eine Vielzahl von
Zuleitungen Z unter einem Winkel von α0 zugeführt werden,
wobei α0 dem Winkel entspricht, bei dem keine Änderung des
Volumenstroms in Hauptströmrichtung stattfindet, auch wenn
eine zusätzliche Eindüsung vorgenommen wird. Auf diese
Weise kann durch Zuführen von Siebwasser mit der
Stoffkonzentration C1 bei gleichzeitiger Regelung des
Zuge führten Volumenstromes über das Ventil V1 das
Flächengewichts-Querprofil eingestellt werden, ohne die
Faserorientierung zu beeinflussen.
Fig. 2 zeigt einen Stoffauflauf, der der Fig. 1
entspricht, jedoch besteht der Unterschied darin, daß die
Zufuhrleitungen vor dem Ventil V1 durch wiederum zwei
Zufuhrleitungen mit unterschiedlichen Konzentration C1 und
C2 gespeist werden, wobei der Zusammenführungswinkel α′0
der einzelnen Zufuhrleitungen mit den Konzentrationen C1
und C2 so gewählt ist, daß der Gesamtvolumenstrom der
Zufuhrleitung über das Ventil V1 einstellbar ist und die
Stoffdichte über das Ventil V2. Eine Verstellung des
Ventils VT2T beeinflußt hierbei nicht den
Gesamtzufuhrstrom. Das heißt, es werden hierbei die in dem
Gebrauchsmuster G 92 05 111.1 dargestellten Eigenheiten
eines Mischventils ausgenutzt.
Die Fig. 3-4 zeigen weitere Kombinationsmöglichkeiten
von Zuführungen von Nebenströmen in den Hauptstrom des
Stoffauflaufes, wobei hier erfindungsgemäß eine Reihe von
hintereinander geschalteten Zufuhrleitungen ausgeführt
werden, die mit Winkeln ausgestattet sind, die entweder
(bei α+) eine Verstärkung des Gesamtvolumenstromes des
jeweiligen Abschnittes oder ein Gleichbleiben des
Gesamtvolumenstromes (α0) oder auch eine Reduktion des
Gesamtvolumenstroms (bei α-) bewirken, wodurch entsprechend
der oben geschilderten Technik sowohl das Flächengewichts-
Querprofil als auch das Faserorientierungs-Querprofil
eingestellt werden kann, ohne jeweils den anderen Parameter
zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß ist es natürlich möglich, die
Zufuhrleitungen nicht nur in den Ober- oder Unterseiten
eines Stoffauflaufes durchzuführen, sondern auch eine
Zuführung von Suspension in den Seitenwänden bzw. direkt in
den Turbulenzrohren des Turbulenzeinsatzes zu
verwirklichen. Im Sinne der Erfindung ist auch ein Einsatz
von Zuführungen mit unterschiedlichen Durchmessern, um
damit die Eintrittsgeschwindigkeit bei einem gegebenen
Durchsatz zu beeinflussen.
Weiterhin ist es im Sinne der Erfindung auch möglich die
beschriebenen Merkmale auch auf bei einem Mehrschichten-
Stoffauflauf gezielt auf eine Einzige Schicht oder
gleichzeitig mehrere Schichten anzuwenden.
Claims (21)
1. Stoffauflauf einer Papiermaschine mit folgenden
Merkmalen:
- 1.1 es ist in Strömungsrichtung mindestens ein maschinenbreiter Kanalbereich mit einer Hauptströmrichtung vorgesehen;
- 1.2 es ist ein Bereich zur Erzeugung von Turbulenz vorgesehen;
- 1.3 es sind im Stoffauflauf einmündend, über die Maschinenbreite verteilt eine Vielzahl von Zufuhrleitungen vorgesehen;
- 1.4 es ist in jeder Zufuhrleitung ein Stellglied zur Beeinflussung der Durchflußmenge vorgesehen;
- 1.5 es gibt einen Einschußwinkel α zwischen der Hauptströmrichtung und der Zufuhrleitung;
- 1.6 der Einschußwinkel α ist derart gewählt, daß unabhängig von der, durch die Zufuhrleitung zugeführten Menge, der Gesamtvolumenstrom in unmittelbarer Umgebung stromabwärts der Zuführung konstant bleibt.
2. Stoffauflauf gemäß Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, daß ein erster maschinenbreiter
Kanal durch mindestens eine strömungsmäßig
wesentliche Trennwand in Strömungsrichtung
unterteilt ist.
3. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, daß der Einschußwinkel α
zwischen 5° und 85° von der Normalen zur
Hauptströmungsrichtung abweicht.
4. Stoffauflauf einer Papiermaschine mit folgenden
Merkmalen:
- 4.1 es ist in Strömungsrichtung mindestens ein maschinenbreiter Kanalbereich mit einer Hauptströmrichtung vorgesehen;
- 4.2 es ist ein Bereich zur Erzeugung von Turbulenz vorgesehen;
- 4.3 es ist ein düsenartig ausgebildeter Bereich vorgesehen;
- 4.4 es sind im Stoffauflauf einmündend, über die Maschinenbreite verteilt eine Vielzahl von Zufuhrleitungen vorgesehen;
- 4.5 es ist in jeder Zufuhrleitung ein Stellglied zur Beeinflussung der Durchflußmenge vorgesehen;
- 4.6 es gibt einen Einschußwinkel α zwischen der Hauptströmrichtung und der Zufuhrleitung;
- 4.7 in Hauptströmrichtung sind mindestens zwei Reihen
von Zufuhrleitungen hintereinander angeordnet
vorgesehen, wobei
- 4.7.1 der Einschußwinkel αi einer Reihe i sich vom Einschußwinkel αj einer anderen Reihe j strömungsmäßig wesentlich unterscheidet.
5. Stoffauflauf gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- 5.1 es sind genau zwei Reihen von Zuströmkanälen
vorgesehen, wobei:
- 5.1.1 der Einschußwinkel α1 der stromaufwärts liegenden Reihe größer ist als der Einschußwinkel α2 der in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Reihe.
6. Stoffauflauf gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- 6.1 es sind genau zwei Reihen von Zuströmkanälen
vorgesehen, wobei:
- 6.1.1 der Einschußwinkel α1 der stromaufwärts liegenden Reihe kleiner ist als der Einschußwinkel α2 der in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Reihe.
7. Stoffauflauf gemäß Anspruch 4 gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- 7.1 es sind genau drei Reihen von Zuströmkanälen
vorgesehen, wobei:
- 7.1.1 ein Einschußwinkel αi größer ist als der Einschußwinkel α0, bei dem keine Änderung des Gesamtvolumenstromes im Wirkungsbereich des jeweiligen Zufuhrkanals entsteht;
- 7.1.2 ein Einschußwinkel αj kleiner ist als der Einschußwinkel α0;
- 7.1.3 ein Einschußwinkel αk gleich dem Einschußwinkel α0 ist.
8. Stoffauflauf gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
jeweiligen Einschußwinkel α variabel einstellbar
vorgesehen sind.
9. Stoffauflauf gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuströmkanäle im Bereich des maschinenbreiten
Kanals einmünden.
10. Stoffauflauf gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuströmkanäle im Bereich der Auslaufdüse
einmünden.
11. Stoffauflauf gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuströmkanäle im Bereich Stirnseite des
maschinenbreiten Kanals einmünden.
12. Stoffauflauf gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
turbulenzerzeugende Bereich eine Vielzahl von
Kanälen oder Röhren aufweist, in die zumindest
teilweise die Zuströmkanäle einmünden.
13. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der
Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes,
wobei
- 13.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
- 13.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes
so gewählt wird, daß
- 13.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
- 13.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstrom-änderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
- 13.2.1.2 die Konzentration der eingeschossenen Suspensionsflüssigkeit und die Einschußmenge in Verbindung mit der Hauptströmung die gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung ergibt.
- 13.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
14. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der
Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes,
wobei
- 14.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
- 14.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes
so gewählt wird, daß
- 14.2.1 für eine gewünschte sektionale Volumenstromerhöhung der Einschußwinkel α = α+ < α0 gewählt wird;
- 14.2.2 für eine gewünschte sektionale Volumenstromreduktion der Einschußwinkel α = α < α0 gewählt wird.
15. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der
Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes,
wobei
- 15.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
- 15.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes
so gewählt wird, daß
- 15.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
- 15.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstrom-änderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
- 15.2.1.2 die Konzentration der eingeschossenen Suspensionsflüssigkeit und die Einschußmenge in Verbindung mit der Hauptströmung die gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung ergibt.
- 15.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
- 15.3 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes
so gewählt wird, daß
- 15.3.1 für eine gewünschte sektionale Volumenstromerhöhung der Einschußwinkel α = α+ < α0 gewählt wird;
- 15.3.2 für eine gewünschte sektionale Volumenstromreduktion der Einschußwinkel α = α < α0 gewählt wird.
- 15.4 Einschußstellen unterschiedlicher Winkel α in Hauptströmrichtung bezogen auf die Strömung hintereinander angeordnet sind.
16. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der
Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes,
wobei
- 16.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
- 16.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes
so gewählt wird, daß
- 16.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
- 16.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstrom-änderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
- 16.2.1.2 Einschußstellen unterschiedlicher Winkel in Hauptströmrichtung bezüglich der Strömung versetzt zueinander angeordnet sind.
- 16.2.1 für eine gewünschte sektionale
Flächengewichtsänderung
17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer der zudosierten
Suspensionsströme in seiner Konzentration
eingestellt wird.
18. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit
zumindest teilweise direkt in die Kanäle oder
Röhrchen des Turbulenzeinsatzes stattfindet.
19. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit
zumindest teilweise in den maschinenbreiten Kanal
stattfindet.
20. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit sowohl
in den maschinenbreiten Kanal - zur
Faserorientierungsbeeinflussung - als auch direkt
in die Kanäle oder Röhrchen des
Turbulenzeinsatzes - zur
Flächengewichtsquerprofilbeeinflussung - stattfindet.
21. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Zufuhrleitung durch mindestens
zwei Zuleitungen mit Stoffsuspension
unterschiedlicher Dichte und Menge gespeist
werden.
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