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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Steuerung der
Funktion eines Stoffzufuhrsystems einer Papiermaschine oder einer ähnlichen
Blattbildungsvorrichtung. Besonders bevorzugt lässt sich das Verfahren zur
Steuerung der Funktion eines erfindungsgemäßen Stoffzufuhrsystems in Verbindung
mit Papier- und Kartonmaschinen sowie in Verbindung mit verschiedenen
Nonwoven-Formation durchführenden
Vorrichtungen anwenden.
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Nahezu
alle Papiermaschinen-Stoffzufuhrsysteme nach dem Stand der Technik,
die z. B. in der US-Patentveröffentlichung
4,219,340 gut beschrieben sind, umfassen folgende Bestandteile:
einen Mischbehälter,
eine Speise-/Mischpumpe, eine Fliehkraftreinigungsanlage, einen
Gasabscheidebehälter, eine
Stoffauflauf-Speisepumpe, ein Stoffauflaufsieb, einen Papiermaschinen-Stoffauflauf
und Siebwassertische. Besagte Bestandteile sind in Verbindung mit
der Papiermaschine angeordnet und für folgende Funktion vorgesehen:
Das für
die Papierherstellung verwendete Fasermaterial und Füllstoffe,
die mit so genanntem Siebwasser verdünnt werden, das man von der
Papiermaschine, meistens aus ihrer Siebpartie erhalten, werden in
den Mischbehälter
dosiert, der oft als Siebgrube bezeichnet wird und in der Bodenebene
der Fabrik angeordnet ist. Mittels der Speise-/Mischpumpe, die ebenfalls
in der Bodenebene der Fabrik angeordnet ist, wird die Fasersuspension aus
dem Mischbehälter
zur Fliehkraftreinigungsanlage gepumpt, die normalerweise in der
Maschinenebene der Fabrik, d. h. in der Anordnungsebene der Papiermaschine,
oder, wie im genannten Patent, darüber angeordnet ist. Durch den
von der Mischpumpe erzeugten Druck wird die von der Fliehkraftreinigungsanlage
akzeptierte Fasersuspension weiter zum Gasabscheidebehälter befördert, der
in einer Ebene oberhalb der Maschinenebene angeordnet ist. Vom Gasabscheidebehälter fließt die Fasersuspension,
aus dem Gas möglichst
restlos entfernt ist, zur Stoffauflauf-Speisepumpe, die in der Bodenebene der
Fabrik angeordnet ist, welche Pumpe die Fasersuspension zum (in
besagtem US-Patent nicht dargestellten) Stoffauflaufsieb pumpt,
das ebenfalls in der Bodenebene der Fabrik angeordnet ist, von wo die
Fasersuspension zur Maschinenebene in den Stoffauflauf der Papiermaschine
fließt.
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Um
zu funktionieren, erfordert der Gasabscheidebehälter, der sowohl in besagtem
US-Patent 4,219,340
und in Form einer etwas neueren Modifikation in der US-Patentveröffentlichung
5,308,384 beschrieben ist, ein Vakuumsystem, das meistens eine Vakuumpumpe,
am häufigsten
eine so genannte Flüssigkeitsringpumpe
umfasst, die in der gleichen Ebene wie der Gasabscheidebehälter angeordnet
ist, und einen Tropfenabscheider für das Entfernen von Flüssigkeitstropfen,
die möglicherweise
in dem von der Vakuumpumpe abgesaugten Gas vorhanden sind. Der Gasabscheidebehälter selbst
ist traditionell ein großer
im Wesentlichen horizontaler Behälter,
in den die von der Fliehkraftreinigungsanlage kommende Fasersuspension über getrennte
Einspritzrohre eingespritzt wird. Der Zweck der Einspritzung besteht darin,
dem Gas in Bläschenform
eine Möglichkeit
zu geben, die Fasersuspension bereits in dieser Phase zu verlassen.
In den meisten Fällen
ist der Gasabscheidebehälter
weiters mit einer Zwischenwand, einem so genannten Überlaufwehr
zur Stabilisierung des Füllstands
der Fasersuspension im Behälter
versehen, obwohl es Gasabscheidebehälter ohne Überlauf gibt. Durch das Konstanthalten
des Füllstands soll
ein konstanter Ansaugdruck für
die Stoffauflauf-Speisepumpe
sichergestellt und gleichzeitig eine konstante Papierstoffströmung zum
Stoffauflauf sichergestellt werden. Das heißt, die Menge der dem Gasabscheidebehälter über die
Fliehkraftreinigungsanlage zugeführten
Fasersuspension ist immer etwas größer als was der Stoffauflauf
erfordert. Die überschüssige Fasersuspension
wird normalerweise über
das Überlaufwehr
zum anderen Ende des Gasabscheidebehälters geleitet, von wo eine
Rücklaufrohr
zum Mischbehälter
führt.
Zum Stoffauflauf zu pumpende Fasersuspension wird über einen
im Boden des Stoffauflaufs angeordneten Ablauf entnommen und zur
Stoffauflauf-Speisepumpe geleitet. Verschiedene Gasabscheidebehälter-Lösungen sind
z. B. in den US-Patenten 5,236,475, 4,478,615, 4,455,224, 3,538,680,
2,717,536, 2,685,937 und 2,642,950 beschrieben, von denen die drei
letztgenannten von einem Gasabscheidebehälter ohne Überlauf handeln.
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Die
US-Patentveröffentlichung
2,717,536 führt
eine Gasabscheidevorrichtung an, wo die von die Fliehkraftreinigungsanlage
kommende Fasersuspensionsströmung
in einen Gasabscheidebehälter geleitet
wird, der kein Überlaufwehr
hat, wo aber der Füllstand
durch einen Füllstandsgeber
und ein von dem Geber angesteuerten Speisepumpen-Regelventil konstant gehalten wird.
Des Weiteren stellt besagte Veröffentlichung
die Anordnung des Gasabscheidebehälter in der Maschinenebene,
d. h. in der gleichen Ebene mit dem Papiermaschinenstoffauflauf
dar.
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Die
US-Patentveröffentlichung
2,685,937 stellt auch einen Gasabscheidebehälter ohne Überlauf dar. Bei der Lösung dieses
Patents ist ein Schwimmer im Gasabscheidebehälter angeordnet, welcher Schwimmer
den Füllstandsänderungen
der Fasersuspension nachfährt.
Die Bewegungen des Schwimmers haben eine direkte Wirkung auf die
dem Behälter
zugeführten
Fasersuspensionsströmung, indem
sie die Menge von Fasersuspension regulieren, die in den Einspritzrohren
dem Behälter
zugeführt
wird.
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Besagte
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik haben einige Nachteile,
von denen z. B. folgende Probleme erwähnenswert sind.
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Erstens,
der Füllstand
im Gasabscheidebehälter,
der entweder mittels eines Überlaufs
oder verschiedener Schwimmerlösungen
oder anderer Vorrichtungen geregelt wird, die dem Füllstand
direkt folgen, bleibt natürlich
konstant, dadurch aber wird nicht das erreicht, was der eigentliche
Zweck der Füllstandsregelung
ist, d. h. ein konstanter Ansaugdruck der Stoffauflauf-Speisepumpe.
Ein Grund hierfür
ist, dass die Dichte der zu pumpenden Fasersuspension zusammen mit
dem Füllstand
den Ansaugdruck bestimmt. Die Dichte wiederum wird z. B. durch den Füllstoffgehalt
und Gasgehalt der Fasersuspension beeinflusst. Trotz der Tatsache,
dass der Füllstoffgehalt
der Fasersuspension möglichst
konstant sein sollte, kommen daran etwas Schwankungen vor. Die Schwankungen
der Dichte werden hauptsächlich durch
den Gasgehalt der Fasersuspension verursacht, welcher Gasgehalt
schlimmstenfalls mehrere Prozent variieren kann. Solche großen Änderungen der
Dichte der Fasersuspension führen
zu Schwankungen der von der Stoffauflauf-Speisepumpe gepumpten Faserstoffmenge,
was sich wiederum in Schwankungen der Dicke des Endprodukts widergespiegelt.
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Darüber hinaus
sind Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht im Stande, schnell
auf Probleme zu reagieren, die z. B. durch eine Änderung der Maschinengeschwindigkeit
verursacht werden. Nach dem Stand der Technik wurde versucht, diese
Probleme auf eine im Blockdiagramm von 2 dargestellte
Weise zu lösen,
das eine Situation darstellt, wo die Geschwindigkeit der Papiermaschine
entweder erhöht
(die rechte Seite der Figur) oder gesenkt wird (die linke Seite
der Figur), d. h. die Produktion der Blattbildungsvorrichtung geändert wird. In
einem System nach dem Stand der Technik wird natürlich als erstes die Strömung durch
den Auslaufspalt geändert,
weil dadurch die Produktion der Maschine kontrolliert wird, egal
ob sie als Flächengewicht
des Produkts oder in von der Maschine produzierten Tonnen berechnet
wird. Der Ausgangspunkt liegt darin, sowohl den Stoffauflaufdruck
als auch das Flächengewicht
trotz Änderungen
der Maschinengeschwindigkeit konstant zu halten. Mit einem Regelungssystem
nach dem Stand der Technik wird dies dadurch bewerkstelligt, dass
bei steigender Geschwindigkeit der Papiermaschine der Auslaufspalt auf
solche Weise erweitert wird, dass eine konstante Faserstoffmenge
in Proportion zur Geschwindigkeit des Siebs kontinuierlich aus dem
Auslaufspalt fließt (angenommen,
der Stoffauflaufdruck ist konstant). Wenn das Regelungssystem die
Erweiterung der Stoffauslaufspaltöffnung als Druckabnahme im
Stoffauflauf erkennt, wird der Druck gesteigert, indem die Fördermenge
der Stoffauflauf-Speisepumpe
vergrößert wird.
Dies wiederum hat ein Sinken des Füllstands im Gasabscheidebehälter zur
Folge, wobei das Regelungssystem die Mischpumpe veranlasst, mehr
Faserstoff dem Gasabscheidebehälter
zuzuführen,
und der Füllstand
im Behälter
wieder normalisiert wird. Eine Regelungsanordnung dieses Typs ruft
verschiedene Druckschwankungen im Stoffzufuhrsystem hervor. Erstens,
um den Stoffauflaufdruck konstant zu halten, weil der Füllstand
im Gasabscheidebehälter
sowie der Ansaugdruck der Stoffauflauf-Speisepumpe zurückgehen,
wird die Kapazität der
Mischpumpe erhöht.
Wenn die Regelung die Mischpumpe erreicht hat, erhöht die Mischpumpe
die Zufuhr zum Gasabscheidebehälter,
wobei sein Füllstand
zu steigen beginnt. Dies hat eine Erhöhung des Stoffauflaufdrucks
zur Folge, was wiederum zur Senkung der Kapazität der Stoffauflauf-Speisepumpe führt, um
den Druck zu stabilisieren. Wenn der Füllstand im Gasabscheidebehälter seinen
Sollwert erreicht hat, steuert das Regelungssystem die Mischpumpe
an, um den Durchsatz zu verringern, was eine neue Druckwirkung im
Stoffauflauf ergibt Diesmal macht der Stoffauflaufdruck einen Sprung
nach unten, weil die Stoffauflauf-Speisepumpe ihre Kapazität reduziert
hat, um der ansteigenden Oberfläche
des Gasabscheidebehälter
zu entsprechen. Wenn der Füllstand
nicht mehr ansteigt, steigt auch nicht der Ansaugdruck der Stoffauflauf-Speisepumpe.
Das Regelungssystem wird mit dieser Situation fertig, indem es die
Kapazität
der Stoffauflauf-Speisepumpe erhöht, um den
Stoffauflaufdruck auf seinen Sollwert zu steigern. In der Praxis
bringt besagte Entwicklung die Gefahr hervor, dass aus der gesamten
Produktion während
der Regelung Ausschuss wird, weil sich Schwankungen beim Stoffauflaufdruck
direkt in Flächengewichtsschwankungen
der Produktion widerspiegeln. Auf entsprechende Weise sind die daraus folgenden
Wirkungen einer Senkung der Papiermaschinengeschwindigkeit im linken
Teil von 2 ersichtlich.
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Der
hauptsächlich
Grund für
die Probleme ist, dass verschiedene Regelfunktionen verzögert durchgeführt werden,
was bedeutet, dass deutliche Änderungen
bereits stattgefunden haben entweder beim Stoffauflaufdruck, dem
Füllstand
im Gasabscheidebehälter
oder beiden. In solch einem Fall erfordert das Ausregeln derselben Änderungen
in der entgegengesetzten Richtung, wobei das Ausregeln derselben
beim Stand der Technik nach wie vor verzögert durchgeführt wird,
was natürlich
zu einer Situation führt,
wo das Erreichen eines Beharrungszustands einer unzumutbar lange
Zeit in Anspruch nimmt.
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Charakterisierende
Merkmale des Verfahrens zur Regelung des Stoffzufuhrsystems von
einer Papiermaschine oder ähnlichem
gemäß der Erfindung,
wodurch u.a. besagte Probleme gelöst werden, sind in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Regelung der Funktion des Stoffzufuhrsystems
von einer Papiermaschine oder ähnlichem
gemäß der Erfindung
detaillierter mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es
zeigt
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1 hauptsächlich eine
Lösung
nach dem Stand der Technik, die im US-Patent 4,219,340 beschrieben
ist,
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2 ein
Blockdiagramm eines Systems nach dem Stand der Technik zur Regelung
des Stoffauflaufdrucks,
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3 in
Form eines Blockdiagramms ein Regelungssystem für ein Papiermaschine-Stoffzufuhrsystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und
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4 eine
Vorrichtungsanordnung, die bei der Ausführungsform von 3 eingesetzt
wird.
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Das
in 1 dargestellte Papiermaschinen-Stoffzufuhrsystem
nach dem Stand der Technik umfasst einen Mischbehälter/eine
Siebgrube 10, eine Speise-/Mischpumpe 12, eine
Fliehkraftreinigungsanlage 14, einen Gasabscheidebehälter 16,
eine Stoffauflauf-Speisepumpe 18,
ein Stoffauflaufsieb 20, einen Papiermaschinen-Stoffauflauf
und Siebwassertische (nicht dargestellt). Besagte Komponenten sind
in Verbindung mit der Papiermaschine 24 angeordnet und
für folgende
Funktion vorgesehen. Das bei der Papierherstellung verwendete Fasermaterial, das
frischen Faserstoff, Sekundärfaserstoff
oder Ausschuss und so genannte Füllstoffe
umfassen kann, die mit aus der Papiermaschine, meistens aus ihrer
Siebpartie erhaltenem so genanntem Siebwasser verdünnt werden,
werden in den Mischbehälter 10 dosiert,
welcher Behälter
auch eine Siebwassergrube sein kann, worin die Siebwässer gesammelt werden,
und welcher in der Bodenebene der Fabrik angeordnet ist, um Papierfaserstoff
herzustellen. Mittels einer Mischpumpe 12, die ebenfalls
in der Bodenebene der Fabrik angeordnet ist, wird der Papierfaserstoff
normalerweise vom Mischbehälter 10 zu
einer Fliehkraftreinigungsanlage 14 gepumpt, die in der
Regel in der Maschinenebene K der Fabrik, d. h. in der Anordnungsebene
der Papiermaschine 24 angeordnet ist. Der von der Fliehkraftreinigungsanlage akzeptierte
Papierfaserstoff wird weiter durch einen mittels Mischpumpe 12 erzeugten
Druck in den Gasabscheidebehälter 16 befördert, der
in einer Ebene T oberhalb der Maschinenebene angeordnet ist. Vom Gasabscheidebehälter 16 fließt der im
Wesentlichen gasfreie Papierstoff, aus dem Gas möglichst gründlich entfernt worden ist,
zu der in der Bodenebene der Fabrik angeordneten Stoffauflauf-Speisepumpe 18, welche
Stoffauflauf-Speisepumpe den Papierfaserstoff zum Stoffauflaufsieb 20 pumpt,
das ebenfalls in der Bodenebene anordnet ist, von wo der akzeptierte Papierfaserstoff
zur Maschinenebene K in den Stoffauflauf 22 der Papiermaschine 24 fließt.
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Die
Funktion des Gasabscheidebehälters 16 erfordert
ein Vakuumsystem 17, das meistens aus einer Vakuumpumpe,
meistens einer so genannten Flüssigkeitsringpumpe
besteht, die in der gleichen Ebene wie der Gasabscheidebehälter 16 angeordnet ist,
und einem Tropfenabscheider, mit dem möglicherweise in dem von der
Vakuumpumpe angesaugten und zur Vakuumpumpe hinfließen Gas
vorhandene Flüssigkeitstropfen
aus dem Gas entfernt werden. Der eigentliche Gasabscheidebehälter 16 ist
traditionell im Wesentlichen ein groß bemessener wesentlich horizontaler
Behälter,
in den der von der Fliehkraftreinigungsanlage 14 kommende
Papierfaserstoff über
getrennte Einspritzrohre hineingespritzt wird. Durch die Einspritzung
soll dem Gas in Bläschenform eine
Möglichkeit
gegeben werden, den Papierfaserstoff bereits in dieser Phase zu
verlassen. Der Gasabscheidebehälter 16 ist
des Weiteren mit einer Trennwand, einem so genannten Überlaufwehr
versehen, dessen Aufgabe es ist, den Pegel P des Papierstoffs in
Behälter 16 konstant
zu halten. Dies wird bewerkstelligt, um einen konstanten Ansaugdruck
für die
Stoffauflauf-Speisepumpe 18 sicherzustellen. Das heißt, die
Menge von Faserstoff, der aus dem Mischbehälter 10 über die
Fliehkraftreinigungsanlage 14 dem Gasabscheidebehälter 16 zugeführt wird,
ist immer etwas größer als
die vom Stoffauflauf 22 erforderte. Der überschüssige Paperstoff
wird normalerweise über
das Überlaufwehr
zum anderen Ende des Gasabscheidebehälters 16 geleitet,
von wo ein Rücklaufrohr 34 zum
Mischbehälter 10 führt. Der
zum Stoffauflauf 22 zu pumpende Papierfaserstoff wird über einen
im Boden des Gasabscheidebehälters 16 vorgesehenen
Ablauf und ein damit verbundenes Ablaufrohr 36 entnommen,
das zur Stoffauflauf-Speisepumpe 18 führt.
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Das
Blockdiagramm von 2 stellt ein System nach dem
Stand der Technik zur Konstanthaltung des Stoffauflaufdrucks dar.
Das Blockdiagramm von 2 zeigt eine Situation, wo die
Geschwindigkeit der Papiermaschine herabgesetzt (linke Seite der
Figur) oder erhöht
(rechte Seite der Figur) wird. Das Prozedur ist genau dasselbe auch
bei jedem anderen Sortenwechsel. Erstens, wenn die Geschwindigkeit
der Papiermaschine erhöht
wird, die Produktion also gesteigert wird, kann die Spaltströmung des Stoffauflaufs 22 entweder
durch Öffnen
des Spalts des Stoffauflaufs 22 oder durch Erhöhung des
Stoffauflaufdrucks geändert
werden, um der Geschwindigkeitszunahme der Papiermaschine zu entsprechen.
In den meisten Fällen
gleicht eine Erhöhung des
Stoffauflaufdrucks die Geschwindigkeitszunahme in der Maschine aus.
Ein Regelungssystem nach dem Stand der Technik erfordert somit,
dass die Geschwindigkeit der Maschine einem bestimmten Stoffauflauf-Druckwert
entspricht, wobei die erhöhte
Geschwindigkeit der Maschine einen höheren Druck im Stoffauflauf
im Vergleich zum früheren
Wert erfordern würde.
Tatsächlich
wäre die
Situation genau die gleiche, wenn der Stoffauflaufdruck in einer
konstanten Betriebssituation zu sinken beginnen würde. In
diesem Fall steuert das Regelungssystem natürlich die Speisepumpe 18 des
Stoffauflaufs 22 an, die Zufuhr zum Stoffauflauf 22 zu
vergrößern. Dieses
wiederum resultiert in einer Senkung des Füllstands im Gasabscheidebehälter 16,
wobei das Regelungssystem die Faserstoff dem Gasabscheidebehälter 16 zuführende Mischpumpe 12 veranlasst,
dem Gasabscheidebehälter 16 mehr
Papierfaserstoff 16 zuzuführen, und der Füllstand
des Behälters 16 kehrt
zu seiner bisherigen Höhe
zurück.
Diese Art Regelungsanordnung erzeugt im Stoffzufuhrsystem vielerlei
Druckschwankungen. Erstens, um den Druck im Stoffauflauf 22 konstant
zu halten, wenn der Füllstand
im Gasabscheidebehälter 16 zurückgeht und
der Ansaugdruck der Speisepumpe 18 des Stoffauflaufs 22 gleichzeitig abnimmt,
wird die Kapazität
des Speisepumpe 18 vergrößert. Wenn die Steuerungsfunktion
des Regelungssystems die Mischpumpe 12 erreicht hat, erhöht die Mischpumpe 12 die
Speisung zum Gasabscheidebehälter 16,
wobei der Füllstand
im Behälter 16 anzusteigen
beginnt. Als Ergebnis steigt der Druck im Stoffauflauf 22 an,
was wiederum zur Verringerung der Leistung der Speisepumpe 18 des Stoffauflaufs 22 führt, um
den Druck zu stabilisieren. Und wenn der Füllstand im Gasabscheidebehälter 16 seinen
Sollwert erreicht hat, steuert das Regelungssystem die Mischpumpe 12 an,
um die Strömung
zu verringern, was den folgenden Druckeffekt auf den Stoffauflauf 22 erzeugt.
Diesmal springt der Druck im Stoffauflauf 22 nach unten,
wenn die Speisepumpe 18 des Stoffauflaufs 22 ihre
Kapazität
reduziert hat, um der ansteigenden Oberfläche des Gasabscheidebehälters 16 zu
entsprechen. Das Regelungssystem wird mit der Situation fertig,
indem es die Kapazität der
Speisepumpe 18 des Stoffauflaufs 22 vergrößert, um
den Druck des Stoffauflaufs 22 auf seinen Sollwert zu erhöhen. In
der Praxis hat besagte Entwicklung zur Folge, dass die gesamte Produktion
während
der Regelung zum Ausschuss gefahren wird, weil sich Druckschwankungen
des Stoffauflaufs direkt in Schwankungen beim Flächengewicht der Produktion
widerspiegeln.
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Das
Blockdiagramm von 3 stellt eine Möglichkeit
dar, die Regelung des Stoffauflaufdrucks und die Regelung des Gasabscheidebehälter-Füllstands
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung auf solche Weise vorzunehmen, dass nachteilige Druckschwankungen
vermieden werden. Der Ausgangspunkt im Beispiel von 3,
dem Beispiel von 2 gleich, ist eine Situation,
wo sich der Druck im Stoffauflauf ändert (in diesem Beispiel gehrt der
Druck zurück),
oder es wird angenommen, dass er sich ändert entweder wegen Sortenwechsels,
einer Änderung
der Geschwindigkeit der Papiermaschine oder aus irgendeinem anderen
Grund. Das erfindungsgemäße Regelungssystem
kann ein Signal über
Druckreduzierung aus mehreren verschiedenen Quellen erhalten. Eine
Möglichkeit
besteht darin, Informationen vom Druckwandler des Stoffauflaufs
zu benutzen. Eine andere Möglichkeit
ist es, den Arbeitspunkt der Stoffauflauf-Speisepumpe zu beobachten.
Wenn sich der Druck im Stoffauflauf ändert, ändert sich auch der Arbeitspunkt
der Stoffauflauf-Speisepumpe. Das heißt, obwohl die Eingangsleistung
der Pumpe oder das Drehmoment konstant bleiben, ändert sich die Pumpenleistung
bei Änderung
der Drehzahl. Oder wenn die Drehzahl konstant gehalten wird, ändert die Änderung
des Stoffauflaufdrucks den Leistungsbedarf der Pumpe.
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Eine
Reduzierung des Stoffauflaufsdrucks etwa resultiert direkt in eine
Rückgang
des Gegendrucks der Pumpe, was entweder zu einer Erhöhung der
Pumpenleistung bei konstanter Kapazität oder zu einem Rückgang der
Eingangsleistung der Pumpe bei konstanter Drehzahl führt. Somit
spiegelt sich eine Druckänderung
im Stoffauflauf in einer Änderung
des Durchsatzes der Stoffauflauf-Speisepumpe wider. Das heißt, bei
einer bestimmten Kapazität
der Pumpe entspricht jeder Leistungswert der Pumpe einer bestimmten
Auslaufspaltöffnung
am Stoffauflauf und einem bestimmten Stoffauflaufdruck. Wenn sich die
Pumpenleistung bei besagter Kapazität ändert, deutet es darauf hin,
dass eine Änderung
bei Stoffauflaufdruck und/oder Auslaufspaltöffnung stattgefunden hat. In
diesem Fall, wenn der Druck im Stoffauflauf zurückgeht, erhöht das Regelungssystem die Kapazität der Mischpumpe.
Das heißt,
die Mischpumpe versucht, den Gasabscheidebehälter-Füllstand konstant zu halten,
und die Stoffauflauf-Speisepumpe versucht, den Stoffauflaufdruck
konstant zu halten. Wenn sich die Wirkung der Mischpumpe auf den
Füllstand
des Gasabscheidebehälters
relativ langsam widerspiegelt, und weil sich der Füllstand des
Gasabscheidebehälters
wiederum relativ langsam auf den Einlassdruck der Stoffauflauf-Speisepumpe
auswirkt, sind Verzögerungen
zwischen verschiedenen Regelvorgängen
notwendig. Diese Verzögerungen
und die Sollwerte verschiedener Regelvorgänge werden in der Steuerungs-
und Regelungssystem auf solche Weise eingestellt, dass der Füllstand
des Gasabscheidebehälters
und der Druck im Stoffauflauf stabil bleiben.
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In
der Praxis werden folgende Anfangsdaten zur Durchführung des
Verfahrens zur Regelung des Stoffauflaufdrucks und Kontrolle des
Füllstands
des Gasabscheidebehälters
gemäß dem Regelungssystem
der vorliegenden Erfindung benötigt.
- – Der
Füllstand
des Gasabscheidebehälters,
seine Grenzwerte und die Änderungsrichtung
des Füllstands.
- – Die
Förderleistung,
d. h. Kapazität
der Stoffauflauf-Speisepumpe
– Ein neuronales Netzwerk oder
ein anderes indirektes, auf programmierter Kalkulation beruhendes
Messverfahren, d. h. ein im Regelungssystem enthaltener Soft-Sensor,
bestimmt die Pumpenleistung z. B. von der Leistungstabelle der Pumpe anhand
der Pumpendrehzahl und Druckdifferenz
- – Die
Förderleistung,
d. h. Kapazität
der Mischpumpe
– Ein
neuronales Netzwerk oder ein anderer im Regelungssystem enthaltener „Soft-Sensor" bestimmt die Kapazität anhand
der besagten Anfangsdaten,
- – Der
Stoffauflaufdruck.
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Das
Regelungssystem behandelt oder verwendet die vorherbestimmten Daten
wie folgt. Wenn das Regelungssystem merkt, dass sich der Füllstand des
Gasabscheidebehälters,
d. h. die Produktion der Blattbildungsvorrichtung langsam ändert, prüft es nach,
ob es notwendig ist, die Betriebsart der Mischpumpe zu ändern, und
steuert im Bedarfsfall die Stoffauflauf-Speisepumpe an, die Änderung
des Ansaugdrucks, d. h. die Produktion der Blattbildungsvorrichtung
auszugleichen, so dass der Speisedruck des Stoffauflaufs konstant
bleibt. Wenn der Füllstand z.
B. sinkt, steigert das Regelungssystem sanft und langsam die Drehzahl
der Stoffauflauf-Speisepumpe, wobei der durch den sinkenden Füllstand
verursachte zurückgehende
Ansaugdruck durch die langsame Erhöhung der Förderleistung der Stoffauflauf-Speisepumpe
kompensiert wird, welche Förderleistung
den Stoffauflauf-Druck im gleichen Verhältnis steigert. Wenn die Geschwindigkeitsänderung
beim Füllstands
des Gasabscheidebehälters
langsam genug ist, hält
es das Regelungssystem nicht für
notwendig, die Betriebsart der Mischpumpe zu ändern und steuert somit die
Mischpumpe nicht an, die Speisung des Gasabscheidebehälters zu
vergrößern, weil
es möglich
ist, dass der Füllstand
von selbst zum Normalen zurückkehrt.
Nur wenn sich der Füllstand
dem Grenzwert nähert,
steuert das Regelungssystem die Mischpumpe an, auf besagte Änderung
anzusprechen. Das heißt,
das erfindungsgemäße Regelungssystem lässt es zu,
dass sich der Füllstand
des Gasabscheidebehälters
innerhalb bestimmten Höchst-
und Mindestgrenzen frei einstellt.
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In
einigen Fällen
kann es auch für
notwendig gehalten werden, dass das Regelungssystem die Mischpumpe
präventiv
ansteuert, so dass die Leistung der Mischpumpe proaktiv im Verhältnis zur Änderung
der Förderleistung
der Speisepumpe geändert
wird. Dies erfolgt zur Berücksichtigung
der Verzögerung,
die durch die Rohrleitung zwischen Mischpumpe und Gasabscheidebehälter und
der eventuellen Fliehkraftreinigungsanlage verursacht wird. In diesem
Fall, in einer optimalen Situation, ist das Ergebnis, dass sich
die Oberfläche
des Stoffauflaufs überhaupt
nicht ändert,
wenn sich die Strömung durch
den Auslaufspalt, d. h. der Output der Blattbildungsvorrichtung ändert.
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Wenn
Bedarf besteht, die Speisung der Mischpumpe zu ändern, um den Füllstand
des Gasabscheidebehälters
auf seinen Sollwert, d. h. ungefähr
in die Mitte zwischen den Grenzwerten zurückzuführen, steuert das Regelungssystem
in Abhängigkeit
von der Änderungsrichtung
der Mischpumpenspeisung die Speisepumpe an, die Speisung zum Stoffauflauf
entweder zu reduzieren oder zu vergrößern. Wenn der Füllstand
im Gasabscheidebehälter z.
B. unter seine Mindestgrenze absinken will, steuert das Regelungssystem
die Mischpumpe an, die Zufuhr zum Gasabscheidebehälter zu
erhöhen.
Gleichzeitig bereitet sich das Regelungssystem vor, nach einer bestimmten
Verzögerung
die Förderleistung der
Stoffauflauf-Speisepumpe, d. h. in der Praxis den Druckeffekt der
Speisepumpe auf den Stoffauflauf zu reduzieren. Der Grund hierfür ist, dass
der ansteigende Füllstand
des Gasabscheidebehälters
den Ansaugdruck der Speisepumpe erhöht, was als solches bereits
den Stoffauflaufdruck erhöht.
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Durch
die auf die Füllstandsregelung
des Gasabscheidebehälters
angewandte Fuzzy-Logik kann auf den Überlauf aus dem Behälter verzichtet werden. 3 zufolge
kann die Füllstandsregelung eigentlich
auf drei Weisen durchgeführt
werden. Das erste Verfahren besteht darin, die Betriebsart der Mischpumpe,
d. h. die Kapazitätsänderung
durch Fuzzy-Logik
und Änderung
des Füllstands
im Gasabscheidebehälter
zu steuern. Eine zweite Möglichkeit ist
es, die Füllstandsregelung
durch Vorwärtsführung weiter
zu verbessern, wobei es möglich
ist, die Durchsatzänderung
aus der Leistungskennlinie der Pumpe durch ein neuronales Netz auf
Basis der geänderten
Drehzahl und der Druckdifferenz der Stoffauflauf-Speisepumpe zu
bestimmen. Diese Daten über
die Änderung
der Strömung
aus dem Gasabscheidebehälter
werden über
eine Durchsatz-Regelschleife oder eine Fuzzy-Logik direkt zur Mischpumpe übertragen,
deren Drehzahl durch Neuronal-Netz-Berechnung (hierbei werden die Kennlinie und
die Druckdifferenzdaten benötigt)
oder einen anderen „Soft-Sensor" geändert wird.
Natürlich
hat man andere, im Gasabscheidebehälter eintretende Strömungen berücksichtigt.
In der Praxis versteht man unter Vorwärtsführung, dass die Kapazität der Stoffauflauf-Speisepumpe
durch ein neuronales Netz bestimmt wird, und besagte Kapazität wird von
der Mischpumpe angefordert, erweitert durch die möglichen
Rejektströme,
die im Prozess vor der Speisepumpe abgezweigt werden. Natürlich geht
man davon aus, dass der Anteil oder die Menge der Rejektströme bekannt
sind. Wenn verschiedene Verzögerungen
in verschiedenen Teilen des Prozesses bei dieser Vorwärtsführung berücksichtigt
werden, können
die Pumpenspeisungen und deren Änderungen so
getimt werden, dass sie derart einsetzen, dass weder die Oberfläche im Gasabscheidebehälter, noch
der Stoffauflaufdruck sich praktisch von ihren Sollwerten ändern (der
Sollwert kann sich natürlich
z. B. in einer Situation ändern,
die im obigen Beispiel beschrieben wurde).
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Somit
wird Fuzzy-Logik eigentlich nicht zur Minimierung der Druckschwankungen
am Stoffauflauf, sondern meistens zu Regelung des Füllstands im
Gasabscheidebehälter
benötigt.
Ein neuronales Netz oder ein anderer „Soft-Sensor" steht der Fuzzy-Logik
bei der Vorwärtsführung besagter
Regelung bei.
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In
einer Situation mit Sortenwechsel, wo die Produktion der Maschine
geändert
wird und sich auch der Stoffauflaufdruck erheblich ändern kann, ändert das
Regelungssystem den Stoffauflaufdruck bevorzugt schrittweise. In
diesem Fall beginnt das Regelungssystem, die Förderleistung sowohl der Mischpumpe
als auch der Stoffauflauf-Speisepumpe im Wesentlichen gleichzeitig
zu ändern,
wobei natürlich
besagte Verzögerungen
berücksichtigt
werden.
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Man
kann sich sogar vorstellen, dass der Bediener der Produktionsmaschine
das Regelungssystem über
das Flächengewicht
des gewünschten
Endprodukts informiert, wonach das Regelungssystem den Rest des
Sortenwechsels kontrolliert und die in diesem Prozedur benötigten Schritte
optimiert. In der Praxis sind die erforderliche Auslaufspaltöffnung und der
Stoffauflaufdruck für
jedes mögliche
Flächengewicht
vorab in das Regelungssystem eingegeben worden. Wenn das Regelungssystem
sieht, wie viel die Auslaufspaltöffnung
und/oder der Stoffauflaufdruck geändert werden müssen, arbeitet
es nach einer Vorprogrammierung und führt entweder in einem einzigen
Schritt sowohl die Änderung
der Auslaufspaltöffnung
als auch die Änderung
des Stoffauflaufdrucks durch, oder ändert wahlweise eines oder
beides hiervon in zwei oder mehr Schritten. Das Regelungssystem
selbst funktioniert wie oben bereits dargestellt wurde.
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Weiterhin
stellt das Vorhandensein oder Fehlen der Fliehkraftreinigungsanlage
im Stoffzufuhrsystem eine zusätzliche
Nuance für
die Funktion des Regelungssystems dar. Wenn das Stoffzufuhrsystem keine
Fliehkraftreinigungsanlage hat, funktioniert das Regelungssystem
auf oben beschriebene Weise. Wenn das Stoffzufuhrsystem mit einer
Fliehkraftreinigungsanlage versehen ist, muss das Regelungssystem
im Stande sein, es auf irgendeine Weise zu berücksichtigen. Tatsächlich ist
das Einzige, was an einer bestehenden Fliehkraftreinigungsanlage
der Berücksichtigung
wert ist, ihr Rejektstrom. Das heißt, die Fliehkraftreinigungsanlage
lässt nicht
das gesamte eintreffende Material in den Gasabscheidebehälter fließen, sondern
ein Teil des Materials wird aus dem Kurzen Kreislauf weggeleitet.
Es gibt mehrere Möglichkeiten
zur Berücksichtigung
der Fliehkraftreinigungsanlage. Eine Möglichkeit besteht darin, der Fliehkraftreinigungsanlage
stets einen konstanten Rejektstrom zu entnehmen, ungeachtet der
Strömung,
die die Anlage betritt. In solch einem Fall ist es für das Regelungssystem
leicht, denjenigen Teil von der Mischpumpenspeisung abzuziehen,
der von der Fliehkraftreinigungsanlage zum Rejekt geleitet worden
ist, und die Differenz als Anfangswert für nachfolgende Maßnahmen
zu benutzen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, stets einen proportional gleich großen Teil
der Strömung
zum Rejektstrom zu leiten. In diesem Fall ist das Prozedur eigentlich
das gleiche wie bereits festgestellt wurde abgesehen davon, dass
man den zum Gasabscheidebehälter
fließenden
wirklichen Durchsatz erhält,
wenn man die Mischpumpenspeisung mit dem Akzept-Strömungsverhältnis der
Fliehkraftreinigungsanlage multipliziert, (z. B. 0,97). Ein drittes
Verfahren besteht darin, den Rejektdurchsatz getrennt zu bestimmen,
wobei die Materialmenge zum Gasabscheidebehälter durch Abziehen des Rejektdurchsatzes
von der Mischpumpenspeisung ermittelt wird.
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4 stellt
eine Lösung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar, wobei Siebwässer
von der Papiermaschine 124 in den Siebwasserbehälter 110 geleitet
werden, in dessen unterem Teil Fasersuspension und verschiedene Füllstoffe
zum Papierfaserstoff vereinigt werden. Aus dem Siebwasserbehälter 110 wird
der Papierfaserstoff durch Mischpumpe 112 in die Fliehkraftreinigungsanlage 114 und
von dort weiter zum Gasabscheidebehälter 116 und weiter
durch die Stoffauflauf-Speisepumpe 118 zum Papiermaschine-Stoffauflauf 122 geleitet,
wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Neu bei der Ausführungsform
der Figur ist die Füllstandsregelung
im Gasabscheidebehälter 116,
die weder durch Überlauf
nach dem Stand der Technik, noch durch ein System realisiert ist,
das einen Schwimmer benutzt. Weil durch die Füllstandsregelung in Gasabscheidebehälter 116 sichergestellt werden
soll, dass der Druck des Papierfaserstoffs im Papiermaschinen-Stoffauflauf
möglichst
genau konstant bleibt, geht die erfindungsgemäße Füllstandsregelung davon aus,
dass man den Füllstand
des Papierfaserstoffs im Gasabscheidebehälter 116 innerhalb
bestimmter Grenzen variieren lässt,
und die Regelung des Drucks im Stoffauflauf 122 durch Steuerung
der Funktion der Pumpen 112 und 118 bewerkstelligt
wird. Ein zweites neues Verfahren besteht in einer neuen Art, einen
konstanten Druck im Stoffauflauf sicherzustellen. Der Druck im Stoffauflauf 122 wird
durch einen Druckwandler 148 überwacht, dessen Druckimpuls
aufgezeichnet und zur Steuereinheit 150 des Regelungssystems
geleitet wird, welche Steuereinheit versucht, ihn konstant zu halten.
Einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zufolge erfolgt es hauptsächlich dadurch, dass die Speisepumpe 118 des
Stoffauflaufs 122 auf Basis des Impulses von besagtem Druckwandler 148 durch
die Steuereinheit 150 des Regelungssystems angesteuert
wird. Wenn der Druckimpuls eine Tendenz zur Druckreduzierung anzeigt,
veranlasst das Regelungssystem die Stoffauflauf-Speisepumpe 118,
ihre Speisung zu erhöhen,
wobei sich der Druck im Stoffauflauf 122 normalisiert und
der Flüssigkeitsstand
im Gasabscheidebehälter 116 sinkt.
Entsprechend veranlasst die Steuereinheit bei steigendem Druck die Stoffauflauf-Speisepumpe 118,
ihre Speisung zurückzunehmen,
wobei der Druck im Stoffauflauf 122 abnehmen kann und der
Füllstand
im Behälter 116 ansteigt.
Das heißt,
man lässt
den Füllstand
im Gasabscheidebehälter 116 in
gewissem Maße
variieren. In Abhängigkeit
von der Änderungsgeschwindigkeit des
Füllstands
im Gasabscheidebehälter 116 ist
es auch möglich,
die Speisung, d. h. in der Praxis die Drehzahl der den Gasabscheidebehälter 116 mit
Papierfaserstoff versorgenden Mischpumpe 112 zu erhöhen oder
zu senken. Das heißt,
wenn sich der Füllstand
im Behälter 116 sehr
langsam ändert,
wird es von der Zentraleinheit lediglich überwacht. Natürlich bis
zu einer bestimmten Grenze. Und wenn der Füllstand schnell sinkt, veranlasst
die Zentraleinheit die Mischpumpe 112, die Speisung zu
erhöhen,
d. h. ihre Betriebsart zu ändern,
um den Rückgang
des Füllstands
im Gasabscheidebehälter 116 auszugleichen. Eine
entsprechende Regelungsmaßnahme,
d. h. eine Änderung
der Betriebsart der Mischpumpe, doch in entgegengesetzter Richtung,
wird natürlicher auch
dann durchgeführt,
wenn der Füllstand
im Behälter 116 ansteigt.
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Natürlich ist
es auch möglich,
dem Regelungssystem, hauptsächlich
der Steuereinheit, eine vielseitigere Funktion „beizubringen", d. h. die Änderungsgeschwindigkeit
des Druckimpulses vom Druckwandler 148 kann auch zur Steuerung
der Speisung der Mischpumpe 112 und bevorzugt auch der Änderungsgeschwindigkeit
der Speisegeschwindigkeit vorgesehen werden. Selbstverständlich, wenn
die Mischpumpe 112 nicht direkt angesteuert werden soll,
ist es möglich,
ein Ventil 154 in Rohrleitung 152 zwischen Mischpumpe 112 und
Gasabscheidebehälter 116 anzuordnen,
wobei die Funktion des Ventils (gestrichelt eingezeichnet) auch
durch die Steuereinheit auf Basis von Impulsen vom Druckgeber 148 gesteuert
wird.
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Weiterhin
ist es möglich
und in einer bestimmten Situation auch notwendig, an das Regelungssystem,
genauer genommen an die Steuereinheit, ein Vakuumsystem 126 des
Gasabscheidebehälters 116 anzuschließen. Dies
kann genutzt werden z. B. wenn das Faserstoffniveau im Gasabscheidebehälter geneigt
ist, entweder zu weit nach unten zu sinken oder zu hoch anzusteigen.
Wenn das Niveau zu weit sinkt, was z. B. durch eine Schwimmervorrichtung
oder eine andere entsprechende Anordnung gemessen wird, gibt die
Steuereinheit einen Befehl, das Vakuumniveau im Behälter 116 zu
erhöhen und
gleichzeitig die Speisung der Pumpe 112 oder wahlweise
die Öffnung
von Ventil 154 zu vergrößern, wobei
der Druckwandler 148 kontrolliert, dass der Ansaugdruck
der Speisepumpe 118 des Stoffauflaufs 122 konstant
bleibt. Wenn sich der Füllstand
im Gasabscheidebehälter
dem optimalen Wert nähert,
werden das Vakuumniveau und die Speisung der Mischpumpe 112,
wahlweise die Öffnung
von Ventil 154, allmählich
unter Kontrolle des Druckwandlers 148 verringert, bis der
normale Zustand erreicht worden ist. Des Weiteren, in einer Situation,
wo ein Impuls von einem auf dem Stoffauflauf 122 oder der
Siebpartie der Produktionsmaschine angeordneten Geber einen Bedarf
zur Änderung
der Speisung des Stoffauflaufs 122 anzeigt, kann es solcherart
durchgeführt
werden, dass die Steuereinheit 150 den ankommenden Regelimpuls
so deutet, dass sie einen Befehl zuerst zur Änderung der Speisung des Gasabscheidebehälters 116 (durch
Mischpumpe 112 und/oder Ventil 154) aussendet,
wonach sie mit einer bestimmten Verzögerung weiter einen Befehl
aussendet, die Speisung der Speisepumpe 118 des Stoffauflaufs 122 zu ändern. Der
Impuls, der in dieser Änderung
der Speisung der Stoffauflauf-Speisepumpe resultiert, kann z. B.
vom Druckwandler 148 empfangen werden.
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Die
Pumpe 112 ist bevorzugt eine Propellerpumpe, weil der von
besagter Pumpe erforderte Förderdruck
bei dieser Anwendung nicht sehr hoch ist. Entsprechend ist die Vakuumpumpe
des Gasabscheidebehälters 116 bevorzugt
eine der von Ahlstrom Pumps Corporation hergestellten High-Speed-Vakuumpumpen,
deren Vakuumniveau sich durch Änderung
der Pumpendrehzahl regeln lässt.
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
die älteren
Wasserringpumpen einzusetzen, deren Vakuumniveau durch ein Ventil
geregelt werden kann.
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Egal
ob das betreffende Stoffzufuhrsystem eines ist, das mit einer Fliehkraftreinigungsanlage versehen
ist, oder eines, wo die Fliehkraftreinigung in einer früheren Phase
für jede
Faserstofffraktion getrennt angeordnet ist, oder eines ohne jede Fliehkraftreinigung,
es ist dadurch charakterisiert, dass man die Vorrichtungen möglichst
(soweit es die Prinzipien der Physik zulassen) in einer und derselben Ebene,
d. h. in der Maschinenebene anordnen will. Es sei jedoch bemerkt,
dass die Stoffauflauf-Speisepumpe
normalerweise nicht in der gleichen Ebene mit dem Gasabscheidebehälter angeordnet
werden kann, weil der Unterdruck im Gasabscheidebehälter so
hoch ist, dass schon ein kleiner Sog aus Richtung der Stoffauflauf-Speisepumpe
Kavitation erzeugen würde,
was das Sieden von Wasser im Behälter
zur Folge hätte.
Aus besagtem Grund muss die Stoffauflauf-Speisepumpe etwas tiefer
als der Gasabscheidebehälter
angebracht werden, wobei Kavitation und das resultierende Sieden
vermieden werden können.
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Wie
oben zu ersehen ist, hat man ein neuartiges Papiermaschinen-Stoffzufuhrsystem
entwickelt, das viele dem Stand der Technik anhaftende Schwächen und
Nachteile eliminiert und Probleme löst, die die Verwendung von
Stoffzufuhrsystemen nach dem Stand der Technik behindert haben.
Zum Obigen sei jedoch zu bemerken, dass sich die oben dargelegten einzelnen
Neuheiten getrennt und nicht unbedingt im gleichen Zusammenhang
anwenden lassen, wie sie oben dargestellt wurden. So ist es zum
Beispiel möglich
und völlig
im Einklang mit der Erfindung, die Fliehkraftreinigungsanlage aus
der Ausführungsform von 4 vollständig wegzulassen.