DE4416899A1

DE4416899A1 - Verfahren zur lokalen Zumischung von Fluid in einen Stoffauflauf sowie Vorrichtung zu seiner Ausführung

Info

Publication number: DE4416899A1
Application number: DE4416899A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Bubik; Michael Kochendoerfer; Klaus Lehleiter; Thomas Merath; Peter Mirsberger; Andreas Steidele; Martin Dr Tiet; Harald Hes
Original assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Current assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: DE4416899C2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 Bekanntlich führen neuere Entwicklungen am Stoffauflauf einiger Papiermaschinen dazu, daß neben der eigentlichen Stoffsuspensionsströmung, die zur Papiererzeugung benötigt wird, eine zusätzliche kontrollierte Zumischung von Fluid, z. B. Wasser oder Suspension mit geringer Stoffdichte, erfolgt. Diese Zumischung erfolgt an mehreren über die Breite des Stoffauflaufes verteilten Stellen. Dabei sind die Menge und/oder Eigenschaften des Fluids einstellbar. Durch diese Maßnahme kann z. B. das Flächengewichtquerprofil geregelt oder das Auftreten von Querströmungen im Stoffauflauf verhindert werden.

Die deutsche Patentschrift 40 19 593 C2 zeigt ein solches Verfahren sowie einen Stoffauflauf zu seiner Durchführung. Bei dem dort dargestellten Verfahren wird in einigen Fällen von einem Stoffauflauf mit zwei hintereinander geschalteten Turbulenzerzeugern und dazwischenliegender Mischkammer ausgegangen. Die Zumischung des Fluids erfolgt dabei durch Einlauföffnungen in der Wand der Mischkammer oder direkt in den Turbulenzerzeuger. Um die Wirkung des zugemischten Fluids lokal zu begrenzen, werden entweder Trennwände in der Mischkammer angebracht oder hydraulische, nicht näher bezeichnete Mittel zur Bildung von Sektionsströmungen vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art zu schaffen, mit dem sich die lokale Zumischung von einem Fluid zu der Hauptströmung der Stoffsuspension im Stoffauflauf so durchführen läßt, daß mit einfachen Mitteln die Vermischung in der gewünschten Weise lokal begrenzt wird, aber gleichzeitig effektiv ist.

Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst. Die sich anschließenden Unteransprüche 2 bis 10 zeigen vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und die Ansprüche 13 bis 20 Stoffaufläufe zur Durchführung des Verfahrens.

Die vorgeschlagene Lösung benutzt die im Stand der Technik an sich bekannte Zumischung eines Fluids, z. B. Wassers, um in besonderer Weise, nämlich hydraulisch und energetisch, eine optimale Vermischung bei gleichzeitig gewünschter lokaler Begrenzung der Zumischung zu gewährleisten. Durch die Aufteilung der anfänglichen Suspensionsteilstrahlen in neue, die sich wiederum aus Teilen der früheren Teilstrahlen zusammensetzen, wird eine kontrollierte, lokal begrenzte Verwirbelung erzeugt. In diese so entstandenen Wirbelzonen kann vorteilhaft das Fluid eingeführt werden. Bei mehrfacher Geschwindigkeit des Fluids im Vergleich zur fließenden Stoffsuspension können zusätzliche, lokal eng begrenzbare Mischeffekte erzeugt werden. Dabei können die Relativgeschwindigkeiten zwischen dem zugeführten Fluid und der sie umgebenden Suspension in weitem Maße eingestellt werden, was eine gute Beeinflußbarkeit der Turbulenz und der Mischwirkung ergibt. Die Notwendigkeit von Trennwänden kann damit entfallen.

Durch Verschieben der Zumischvorrichtungen in Richtung zu der Einmündung in den Turbulenzerzeuger können die Mischwirkung und Turbulenz zusätzlich gesteuert werden. Bei entsprechender Ausgestaltung mit mehreren übereinander liegenden Zumischöffnungen läßt sich auch über die Blattdicke eine recht gute Gleichmäßigkeit und Vermischung erzielen.

Die Erfindung wird dargestellt und erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Fluidzugabe, perspektivisch;

Fig. 3 und 4 schematisch in Draufsicht zwei unterschiedliche Ausführungsformen für einen Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 5 eine Detaildarstellung der Strömungsverhältnisse bei der Zumischung;

Fig. 6 und 7 spezielle Formen von Zuführleitungen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Mischvorgang in einem von oben betrachteten Stoffauflauf. Man erkennt, daß die Stoffsuspension anfangs in eine Anzahl von sich nicht berührenden Teilströmen 1′ aufgeteilt wird und in die Mischzone 4 einströmt, in der die Fluidteilströme 2′′ zugegeben werden. Am Ende der Mischzone wird die Strömung in neu gebildete Suspensionsteilströme 3 aufgeteilt, wobei eine Vermischung von Anteilen verschiedener Teilströme 1′ und Fluidteilströme 2′′ erfolgt.

Die Fig. 2 zeigt die Aufteilung des Fluids 2 in mehrere, über die Breite des Stoffauflaufes verteilte Teilströme 2′, die sich wiederum über die Höhe in eine Anzahl von Fluidteilströmen 2′′ verteilen. Die Fluidteilströme 2′′ sind in dieser Darstellung zwar gleich groß eingezeichnet, werden aber in der Praxis - je nach Anforderung - unterschiedlich groß sein.

Fig. 3 zeigt einen Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens, geschnitten, Ansicht von oben. Diese schematische Darstellung läßt die Zuführungseinrichtung 5 für die Stoffsuspension erkennen, hier am Beispiel eines Querstromverteilers, der sich eine Führungseinrichtung 6, dann einen Mischkanal 8 und eine Führungseinrichtung 7 anschließen. Aus der Führungseinrichtung 7 fließt die Suspension in den Düsenraum 9, von wo aus sie als Breitstrahl auf die Papiermaschine austritt. Die Zuführungsleitungen 10 sind in diesem Fall in der ersten Führungseinrichtung 6 untergebracht, weisen Zumischöffnungen 13 auf, die mit den Einmündungen 12 in die zweite Führungseinrichtung 7 fluchten. Die Austrittsöffnungen 11 aus der Führungseinrichtung 6 fluchten nicht mit den Einmündungen 12.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die Zuführungsleitungen als Rohrleitungen 10′ in der Mischkammer 8 ausgeführt sind. Ferner ist eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes erkennbar, nämlich die Möglichkeit, die Rohrleitungen 10′ in Richtung zur stromabwärts liegenden Führungseinrichtung 7 zu verschieben. Dadurch ergibt sich eine weitere Einflußmöglichkeit auf die beim Einmischen erzeugte Turbulenz, insbesondere im Bereich der Einmündungen 12.

Die Möglichkeiten der Aufteilung der Suspension in Teilströme sind vielfältig; Fig. 3 und Fig. 4 zeigen nur zwei Beispiele. Oft wird zusammen mit der Aufteilung die Erzeugung von Turbulenzen sowie bei Verwendung eines Querstromverteilers die optimale Querverteilung und Ausrichtung der Strömung in Maschinenlaufrichtung angestrebt. Besonders günstig sind Kanäle mit stufenförmig sich erweiternden Querschnitten, also Stufendiffusoren.

Fig. 5 deutet in etwas vergrößerter Ansicht die Mischvorgänge in der Mischkammer 8 an; auch hier sind die Rohrleitungen 10′ in Strömungsrichtung versetzbar, was aber zur Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist.

In Fig. 6 ist dargestellt, daß die Rohrleitung 10′ verdreht werden kann, wobei bereits geringe Verdrehwinkel einen beträchtlichen Einfluß auf die Zumischwirkung haben. Die Zumischeinrichtung gemäß Fig. 7 besteht im wesentlichen aus zwei koaxial ineinander geführten Rohrleitungen 10′, 10′′, die Öffnungen aufweisen und relativ zueinander bewegbar sind, so daß sich dadurch die Überdeckung der Öffnungen in der Rohrleitung 10′ und der der Rohrleitung 10′′ so verändern lassen, daß unterschiedliche Strömungsquerschnitte erzeugbar sind. Die Relativbewegung kann ein axiales Verschieben, wie gezeigt, oder ein Verdrehen sein.

Claims

1. Verfahren zur lokalen Zumischung von einem Fluid (2) in die in einem Stoffauflauf einer Papiermaschine strömende Stoffsuspension (1), wobei sich das Fluid in seinen Eigenschaften von der Stoffsuspension unterscheidet, wobei

a) die Stoffsuspension über die Breite in eine Vielzahl von sich nicht berührenden Teilströmen (1′) aufgeteilt wird,
b) stromabwärts nach dieser Aufteilung benachbarte Teilströme (1′) sich in einer Mischzone (4) teilweise vermischen,
c) stromabwärts der Mischzone (4) eine erneute Aufteilung in sich nicht berührende Teilströme (3) erfolgt,
d) das Fluid, in Fluidteilströme (2′′) aufgeteilt, der Mischzone (4) zugeführt wird,
e) die erstgenannten Teilströme (1′) nach der Mischzone (4) in der Weise in neue Teilströme (3) einmünden, daß die neuen Teilströme (3) sich aus den Anteilen benachbarter erstgenannter Teilströme (1′) zusammensetzen,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fluidteilströme (2′′) jeweils so gerichtet sind, daß sie zum überwiegenden Teil in einen stromabwärts der Mischzone neu gebildeten Suspensionsteilstrom (3) einmünden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fluidteilströme (2′′) jeweils so gerichtet sind, daß zu mindestens 80% ihrer Menge in den stromabwärts der Mischzone neu gebildeten Suspensionsteilstrom (3) einmünden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fluidteilströme (2′′) jeweils so gerichtet sind, daß sie ohne wesentliche Umlenkung zum überwiegenden Teil in den stromabwärts der Mischzone neu gebildeten Suspensionsteilstrom (3) einmünden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der stromaufwärts der Mischzone (4) gebildeten Teilströme (1′) auf einen Ort zwischen benachbarten, unterhalb der Mischzone (4) neu gebildeten Teilströmen (3) gerichtet ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, über die Breite betrachtet, an verschiedenen Orten der zugemischte Fluidstrom (2′) eine unterschiedliche zeitbezogene Menge hat.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, über die Breite betrachtet, an verschiedenen Orten das zugemischte Fluid eine unterschiedliche Stoffdichte hat.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Stoffsuspension (1) in eine Vielzahl von Teilströmen (1′, 3) nicht nur über die Breite des Stoffauflaufes, sondern auch über die Höhe erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur in der Breite des Stoffauflaufes, sondern auch in der Höhe mehrere Fluidteilströme (2′′) vorhanden sind.

9. Verfahren nach nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedenen Orten, über die Höhe des Stoffauflaufes betrachtet, die Fluidteilströme (2′′) eine unterschiedliche zeitbezogene Menge haben.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidteilströme (2′′) höher ist als die der sie umgebenden Stoffsuspension.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidteilströme (2′′) 10- bis 20mal so groß wie die der sie umgebenden Stoffsuspension ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stoffauflauf strömende Stoffsuspension bei der Aufteilung in Teilströme (1 und/oder 3) in einen turbulenten Zustand versetzt wird.

13. Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Zuführungseinrichtung (5) für die Stoffsuspension, einer ersten eine Vielzahl von Kanälen aufweisenden Führungseinrichtung (6), einer zweiten eine Vielzahl von Kanälen aufweisenden Führungseinrichtung (7), einer dazwischenliegenden Mischkammer (8), einer sich anschließenden, einen Austrittsspalt für die Stoffsuspension bildenden Düsenraum und mehreren quer über den Stoffauflauf verteilten Zuführungsleitungen (10) für das zuzumischende Fluid, wobei die überwiegende Anzahl der Kanäle der Führungseinrichtungen (6 und 7) so positioniert und dimensioniert sind, daß die Austrittsöffnung (11) aus der stromaufwärtigen Führungseinrichtung (6) nicht mit einer Einmündung (12) in die stromabwärts liegende Führungseinrichtung (7) fluchtet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen (10) für das zuzumischende Fluid Zumischöffnungen (13) aufweisen, die zum überwiegenden Teil jeweils mit einer Einmündung (12) in die stromabwärts liegende Führungseinrichtung (7) fluchten.

14. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Teil der Austrittsöffnungen (11) der stromaufwärts liegenden Führungseinrichtung (6) mit einem Ort der stromabwärts liegenden Führungseinrichtung (7) fluchtet, der zwischen benachbarten Einflußöffnungen (12) liegt.

15. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischöffnungen (13) für das Fluid in der stromaufwärtigen Führungseinrichtung (6) liegen.

16. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischöffnungen (13) für das Fluid sich in Rohrleitungen (10′) befinden, die in die Mischkammer (8) eingesetzt sind.

17. Stoffauflauf nach Anspruch 13,14,15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen (10, 10′) mehrere übereinanderliegende Zumischöffnungen (13) aufweisen.

18. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die Lage der Zumischöffnungen (13) in Richtung der mit ihr fluchtenden Einmündung (12) in der stromabwärts liegenden Führungseinrichtung (7) zu ändern.

19. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (10′) um ihre Achse drehbar ist.

20. Stoffauflauf nach Anspruch 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (10′) in Richtung zur stromabwärts liegenden Führungseinrichtung (7) verschiebbar ist.

21. Stoffauflauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die Größe der Zumischöffnungen (13) für das Fluid zu verändern.

22. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle der Führungseinrichtung Stufendiffusoren mit sich sprunghaft in der vorgesehenen Strömungsrichtung erweiternden, freien Querschnitten sind.