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Vorrichtung zum Beeinflussen der Druck- und Geschwindigkeitsverteilung
eines Flüssigkeitsstromes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beeinflussen
der Druck- und Geschwindigkeitsverteilung eines Flüssigkeitsstromes, insbesondere
Papierstoffstromes, über dessen Breite und betrifft eine derartige Vorrichtung,
bei der man den Strom im Zustand einer möglichst stetigen Strömung in einen Kanal
einführt, in diesem seitlich divergieren läßt, zwischen seinem Ein- und Auslauf
durch Stromregelglieder in Segmente unterteilt und diesen an den Teilungsstellen
Drehbewegungen aufprägt.
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Die Beeinflussung von Strömungen an Stellen, an denen deren Kontinuität
unterbrochen ist durch Leitbleche, ist in der Fachwelt allgemein bekannt. So ist
es zur Verteilung des aus einer Rohrleitung kommenden Stoffwassers über die ganze
Breite des Siebes einer Rundsiebpapiermaschine bekannt, das Rohr in einen auf die
Breite des Siebes divergierenden Leitungsabschnitt münden zu lassen und in diesem
Leitungsabschnitt fächerartig Leitbleche anzuordnen. Dabei müssen jedoch die Leitbleche
praktisch über die ganze Länge des divergierenden Teiles verlaufen, um eine gleichmäßige
Verteilung zu erreichen. Bei einer zu kurzen Ausbildung der Leitbleche erfolgt eine
ungleichförmige Verteilung des Stoffwassers durch die unterschiedliche Str5mungsgeschwindigkeit
in den einzelnen, durch die Leitbleche abgeteilten Abschnitten des Fächers.
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Dies soll bei einer anderen bekannten Einrichtung dadurch vermieden
werden, daß im divergierenden
Abschnitt der Leitung eine venturi-schlitzartige
Verengung angeordnet ist, in der eine entsprechende Beschleunigung der Strömung
und damit ein Ausgleich erfolgt. Diese bekannte Einrichtung wirkt jedoch nur bei
einem relativ geringen Divergenzwinkel, und es besteht außerdem, insbesondere bei
Papierpulpe od. dgl., die Gefahr, daß durch Ablagerungen am Venturischlitz eine
Änderung der Strömungsverhältnisse und in extremen Fällen eine Verstopfung eintritt.
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Bei einer weiteren bekannten, der gleichen Aufgabe dienenden Anordnung
ist am Ende des divergierenden Leitungsabschnittes eine Platte mit Drosselöffnungen
angeordnet, so daß im divergierenden Teil ein Stau und damit ein Ausgleich der Druckverhältnisse
über die ganze Breite eintritt. Diese bekannte Einrichtung führt ebenfalls durch
die Unterbrechung der Kontinuität der Strömung infolge des Rückstaues zu nachteiligen
Ablagerungen beim Fördern von Pulpe od. dgl. Ferner ist ein erheblich höherer Kraftaufwand
für die Förderung der Pulpe erforderlich, um die Drosselwirkung der Sperrplatte
zu überwinden.
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In Leitungen für gasförmige Medien, z. B. in Windkanälen, ist es bekannt,
ein Abreißen der laminaren Strömung von der Leitungswand bei Änderung der Kontinuität
der Strömung durch entsprechend gekrümmte Leitbleche zu verhindern, durch die den
einzelnen Teilströmen eine der Fortsetzung der Leitung entsprechende neue Strömungsrichtung
erteilt wird. Bei dieser Umlenkung erfolgt gleichzeitig eine Änderung des Druckverlaufes
über den Querschnitt jedes Teilstromes, der infolge der Kompressibilität des gasförmigen
Mediums im folgenden Teil der Leitung ausgeglichen wird. Bei der Anwendung von gekrümmten
Leitschaufeln, wie sie zur Umleitung von gasförmigen Medien bekannt sind, als Strömungsregel-Schaufeln
für Flüssigkeiten würde infolge der jedem Stromteil innewohnenden kinetischen Energie
und der den Strom durch die Leitbleche übertragenen seitlichen Bewegungskräfte eine
Durchwirbelung am Ende des gekrümmten Leitbleches erfolgen, die zu einer ungleichen
Verteilung der Strömungscharakteristika über den Querschnitt, zu erheblichen Strömungsverlusten
und zu einer starken Verminderung der Richtwirkung führen würde. Diese Erscheinungen
werden zwar mit zunehmender Anzahl der Leitbleche, d. h. mit einer zunehmenden Aufteilung
des Stromes in kleinere Teilströme, geringer, jedoch erfolgt durch eine entsprechende
Erhöhung der Anzahl der Leitbleche auf einem gegebenen Querschnitt ein entsprechend
höherer Widerstand und eine Erhöhung der Verstopfungsgefahr bei der Förderung von
Pulpe oder anderen, Feststoffteile enthaltenden Flüssigkeiten.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Beeinflussung
der Strömung, insbesondere im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung über einen divergierenden
Leitungsabschnitt bei einer Flüssigkeitsströmung, Stromregelglieder derart zu bewirken,
daß alle Strömungscharakteristika über die ganze Breite der Leitung im wesentlichen
gleichbleiben, ohne daß ein erhöhter Kraftbedarf oder eine erhöhte Verstopfungsgefahr
in Kauf genommen werden muß. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß
die Regelglieder zum Unterteilen des Stromes und Aufprägen der Drehbewegung aus
den ganzen Stromquerschnitt gleichförmig erfassenden Schaufeln bestehen, die an
ihren stromaufwärts liegenden Enden einen geradflächigen oder einen gegenüber dem
ersteren verwundenen Abschnitt enthalten, welcher allmählich in den gekrümmten Abschnitt
übergeht oder aus im Strom stehenden, mit regelbarer Geschwindigkeit angetriebenen
Wellen bestehen.
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Durch die von dem gekrümmten Teil der Regelschaufeln in Strömungsrichtung
stetig auslaufenden geradflächigen oder verwundenen Leitabschnitte der Schaufel
wird auch bei einer relativ geringen Anzahl von Schaufeln über einen vorbestimmten
Querschnitt eine gleichförmige Ablenkung eines relativ breiten Teilstromes derart
bewirkt, daß die Strömungsverhältnisse in allen Teilströmen über den ganzen Querschnitt
im wesentlichen gleich sind. Die gleiche Wirkung wie die Leitschaufeln wird durch
die rotierenden Wellen erreicht, die durch die Rotorwirkung den Strömungsabschnitten
eine der Querschnittsänderung des Leitungsabschnittes entsprechende Drehbewegung
übertragen.
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Im Bereich der Mittelachse des Stromes ist vorzugsweise ein zusätzliches,
senkrecht stehendes plattenförmiges Glied angeordnet. Der Krümmungsradius der Regelschaufeln
nimmt vorzugsweise von dem plattenförmigen Glied nach außen zu. Es kann ein Paar
Stromregelhilfsschaufeln angeordnet sein, von denen je eine in dem Segment zwischen
den Begrenzungswänden des Kanales bzw. dessen divergierendem Teil und der der Wand
gegenüberliegenden äußeren Stromregelschaufel angeordnet ist. Die stromaufwärts
liegenden Enden der Stromregelschaufeln können eine größere Krümmung haben als die
entsprechenden Abschnitte der benachbarten Schaufeln.
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Die Begrenzungswände des Leitungskanales sind vorzugsweise in der
Zone des Überganges in den divergierenden Teil stromlinienförmig gekrümmt. Die Träger
für die Stromregelschaufeln sind vorzugsweise mit Einrichtungen versehen, die eine
Einzeleinstellung jeder Schaufeln ermöglichen. Die Flächen des stromaufwärts liegenden
gekrümmten Abschnittes der Schaufeln können einen Flächenabschnitt eines geraden
Zylinders bilden, dessen Achse im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden des
Kanales bzw. dessen divergierendem Teil liegen. Dabei kann der geradflächige Abschnitt
der Schaufeln im Winkel zur Achse des flächenbestimmenden geraden Zylinders angeordnet
sein.
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Das Verhältnis des Abstandes zwischen den stromaufwärts liegenden
Kanten benachbarter Regelschaufeln zu der Sehne jeder Schaufel liegt vorzugsweise
innerhalb des Bereiches von i : z bis i : q..
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Die erfindungsgemäße Anordnung findet vorzugsweise im Stoffauflauf
einer Papiermaschine, dem eine Pumpe den Stoffstrom zuleitet, Anwendung.
Durch
die erfindungsgemäße Anordnung von Leitschaufeln bzw. Leitwellen ist eine Beeinflussung
eines Flüssigkeitsstromes derart möglich, daß am Ende eines divergierenden Teiles
eine gleichmäßige Verteilung der Strömungscharakteristika über den ganzen Querschnitt
besteht. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Leitelemente kann ohne Schwierigkeiten
so vorgenommen werden, daß diese Bedingung bei jeder beliebigen, in der Praxis vorkommenden
Ausbildung des entsprechenden Leitungsabschnittes mit Sicherheit erreicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Regelschaufeln liegt eine
Fläche des flachen Abschnittes jeder der Schaufeln in einer Ebene im Winkel zu einem
Abschnitt einer Umdrehungsfläche des gekrümmten Abschnittes, wodurch Reaktionskräfte
in mindestens zwei winklig zueinander liegenden Ebenen an jeder der Regelschaufeln
erzeugt werden.
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In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen ist
Fig. i eine Aufsicht und teilweise im Schnitt durch einen Stromkanal; Fig.2 und
3 sind ein Schnitt bzw. eine Endansicht der in Fig. i dargestellten Anordnung; Fig.
¢ ist in größerem Maßstabe eine Teilaufsicht auf zwei der in Fig. i bis 3 vorgesehenen
Leitschaufeln-; Fig.S veranschaulicht in graphischer Darstellung die Querschnittsänderung
axial längs des in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Stromkanals; Fig.6 ist eine
Aufsicht, teilweise ein Schnitt durch einen zweiten Stromkanal, der gewisse Merkmale
der Erfindung aufweist; Fig. 7 ist in größerem Maßstabe eine Teilansicht, die die
Anordnung von gewissen Leitschaufeln der Fig. 6 veranschaulicht; Fig. 8 und 9 veranschaulichen
in graphischen Darstellungen gewisse hydraulische Eigenschaften der in den vorangehenden
Figuren dargestellten Stromkanäle; Fig. fo veranschaulicht in einer Aufsicht, teilweise
in einem Schnitt, gewisse, den Fig. i und 6 ähnliche andere Merkmale der Erfindung;
Fig. ii und 12 veranschaulichen in den Fig.8 und 9 ähnliche Darstellungen gewisse
hydraulische Eigenschaften des in Fig. fo dargestellten Stromkanals; Fig. 13 ist
eine der Fig. i ähnliche Ansicht, teilweise im Schnitt durch einen Stromkanal, der
Merkmale der Erfindung aufweist; Fig. f¢ ist in größerem Maßstabe ein Teilschnitt
nach der Linie 14-1q. der Fig. 13;
Fig. 15 veranschaulicht in einer der Fig.
i und 6 ähnlichen Ansicht einen anderen Stromkanal mit einer Stromüberwachungseinrichtung
gemäß der Erfindung; Fig. 16 ist ein Schnitt nach der Linie 16-16 der Fig. 15; Fig.
17 ist eine schematische Höhenansicht, teilweise im Schnitt, des bahnbildenden und
Einlaßendes einer mit hoher Geschwindigkeit und hohem Einlaßdruck arbeitenden Langsieb-Papiermaschine,
die mit einer Stromausbreitungsvorrichtung in der Stoffleitungsanlage gemäß der
Erfindung ausgerüstet ist; Fig. 18 ist in größerem Maßstabe eine Aufsicht auf die
in Fig. 17 dargestellte Stromausbreitungsv orrichtung; Fig. i9 ist ein Schnitt nach
der Linie z9-29 der Fig. 18; Fig.2o veranschaulicht in größerem Maßstabe eine Teilansicht
gewisser Merkmale der Leitschaufelregelvorrichtung, die in den Apparaten nach Fig.
18 und 19 im besonderen verwendet wird; Fig. 21 ist eine Schnittansicht
des bahnbildenden Endes einer mit Stoffauflaufkasten ausgerüsteten Papiermaschine
mit einer Stromausbreitungs- und Stromüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 22 ist ein Schnitt nach der Linie 22-22 der Fig. 21; Fig. 23 ist eine Aufsicht
auf die in. Fig. 22 dargestellte Anordnung; Fig. 2¢ und 25 sind in größerem Maßstabe
eine Vorder- und Seitenansicht der Stromüberwachungsvorrichtung in dem in Fig. 21
und 22 dargestellten Stoffauflaufkasten ; Fig.26 ist ein der Fig.2i ähnlicher Schnitt
durch einen Stoffauflaufkasten einer anderen Maschinentype, die einen verzweigten
Einlaßkanal für den Papierstoff benutzt, wobei Stromregelvorrichtungen gemäß der
Erfindung in jedem der Zweigeinlaßkanäle dieser Maschine verwendet werden, und Fig.
27 ist ein Teilschnitt nach der Linie 27-27 der Fig. 26.
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Wie bereits erwähnt, hat die Stromregelungsvorrichtung der Erfindung
eine besondere Beziehung zu der Regelung von fließenden Strömen von Flüssigkeiten,
die Dispersionen oder Suspensionen von Fasern und anderen Stoffen enthalten, die
in geschlossenen Kanälen aufgenommen werden können. Die Erfindung ist besonders
wertvoll und besonders verwendbar an Stromausbreitern, wie solche dazu benutzt werden,
den aus einer Stoffpumpe abgegebenen fließenden Stoffstrom in die flache langgestreckte
rechteckige, in der bahnbildenden Zone der Papiermaschine erforderliche Form zu
überführen. Demgemäß wird die Erfindung in ihrer Verwendung an Stromausbreitern
beschrieben werden, die sich zur Verwendung an Papiermaschinen verschiedener Art
eignen. Es ist aber zu bemerken, daß die Erfindung an Stromausbreitungsvorrichtungen
anderer Typen verwendet werden kann und daß die in den Zeichnungen dargestellten
Anordnungen nur Ausführungsbeispiele betreffen, in denen die allgemeinen damit verbundenen
Grundgedanken der Erfindung erläutert werden.
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Stromausbreiter, wie sie in den Stoffleitungsanlagen von Papiermaschinen
benutzt werden, bestehen im wesentlichen aus starrwandigen Kanälen, die an die Stoffleitungsanlage
zwischen der Stoffpumpe und der bahnbildenden Zone der Maschine angeschlossen sind
und dazu dienen, die erforderliche Ausbreitung und flache Tiefe des fließenden Stromes
zu bewirken, der in die bahnbildende Zone
der Maschine eintritt.
Stromausbreiter gemäß der Erfindung sind mit einer Anzahl von Leitschaufeln ausgerüstet,
die an seinem Zuflußende und möglicherweise an anderer Stelle längs des Stromweges
angeordnet sind. Diese Schaufeln haben eine solche Form und Lage, mit Rücksicht
auf die Abmessungen der nachfolgenden Abschnitte der Stoffleitungsanlage, daß der
Stoff an die bahnbildende Zone der Maschine unter einem wesentlich gleichmäßigen
Druck über die Breite der Maschine und mit einer wesentlich gleichförmigen Geschwindigkeit
über die ganze Querschnittsfläche in dieser Zone geliefert wird.
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Ein Stromausbreiter, der eine vereinfachte Anordnung von Leitschaufeln
gemäß der Erfindung aufweist, ist in Fig. i dargestellt, in der ein Zuflußkanal
3 i mit einem starrwandigen, in seitlicher Richtung sich erweiternden Kanalabschnitt
oder Stromausbreiter 33 verbunden ist. Der Stromausbreiter 33 ist mit einem mit
geraden Seitenwänden versehenen Ausflußabschnitt 35 verbunden, der beispielsweise
zu der bahnbildenden Zone einer Papiermaschine führen kann. In der Regel ist die
Öffnung der Zuflußseite des Stromausbreiters von rechteckigem Umriß, gegebenenfalls
quadratisch. Die Öffnung an dem Abflußende des Stromausbreiters hat gleichfalls
rechteckigen Umriß, sie ist aber breiter und kann eine geringere oder größere Tiefe
als die Einlauföffnung haben. Der Zuflußkanal sollte so bemessen sein, daß ein Stromzustand,
der sich wenigstens dem stetigen Zustand des Stromes nähert, an dem Einflußende
(Zuflußende) des Stromausbreiters erreicht wird.
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Eine Anzahl Schaufeleinheiten 37 sind an dem Maul oder Zuflußende
des Stromausbreiters angeordnet, und jede der Schaufeln 37 enthält (Fig. 4) abgesehen
von der mittleren oder Grundschaufel 37 a einen gekrümmten oder bogenförmigen
Abschnitt 39 an dem stromaufwärts liegenden Ende, der tangential in einen flachen
Abschnitt 41 (Fig. i) an dem stromabwärts liegenden Ende übergeht. Jede der Schaufeln
ist aus rechteckigem plattenförmigem Metall von gleichförmiger Dicke hergestellt.
Die gebogenen Abschnitte 39 sind Abschnitte von senkrechten geraden Zylindern von
kreisförmigem Querschnitt, und die Flächen der flachen Abschnitte 41 sind mit den
senkrechten Ebenen zusammenlaufend.
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Es können, wie man später ersieht, andere gekrümmte Flächen in den
gekrümmten Abschnitten der Leitschaufeln erfindungsgemäß verwendet werden, beispielsweise
gerade Abschnitte von Zylinderflächen, die längs anderer Kurven als eines Kreises
erzeugt werden, beispielsweise Kegelkurven wie Parabeln oder Hyperbeln, wie Spiralfunktions-und
andere Kurven. Im allgemeinen wird die Form des gekrümmten Abschnitts in zunehmendem
Maße kritisch mit der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit.
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Um die Erfüllung der Aufgaben der Erfindung zu erleichtern, ist jede
der Schaufeln 37 und 37a auf geeigneten Zapfen 43 (Fig. 2) gehalten, so daß sie
in einem begrenzten Grade um eine vertikale Achse drehbar sind, die in der dargestellten
Anordnung mit der Mittellinie der Schaufel an dem Schnittpunkt des kurvenförmigen
und flachen Abschnittes jeder Schaufel zusammenfällt.
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Die bevorzugte Lage der Schaufelzapfen ist an den hinteren Kanten
der Stromregelschaufeln, es ist jedoch aus mechanischen Gründen zweckmäßiger, die
Zapfen in der Mitte der Schaufeln in der Nähe der Zone größten Druckes anzuordnen,
und diese Anordnung ist in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, wie dargestellt,
benutzt.
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Das obere Ende jedes der oberen Zapfen 43 trägt Gewinde und greift
in eine geeignete Befestigungsmutter 45 ein, damit die Schaufeln nach ihrer Einstellung
in ihrer Lage verriegelt werden können. Der Krümmungsradius der gekrümmten Abschnitte
der Schaufeln ist, wie dargestellt, an den äußeren Kanten des Stromausbreiters kleiner
als der Krümmungsradius der bogenförmigen Abschnitte der inneren Schaufeln.
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Die Schaufeln 37 sind mit ihren Drehachsen in parallelen Abständen
voneinander angeordnet, und sie haben solche Abmessungen, daß die oberen und unteren
Kantenflächen derselben sich frei an den oberen und unteren Begrenzungswänden des
Stromausbreiters 33 bewegen können. Im Bedarfsfalle kann für die Regelung bzw. Überwachung
von fließenden Strömungen von Flüssigkeiten, die Suspensionen oder Dispersionen
von Fasern enthalten, wie sie in dem flüssigen Papierstoff bei der Herstellung von
Papier normal benutzt werden, der Spielraum zwischen den Schaufelkanten und den
benachbarten Wänden des Stromausbreiters innerhalb des Bereiches von etwa 6 mm liegen.
Die Schaufeln sollten indessen eine solche Breite haben, daß mindestens 80% der
Tiefe des fließenden Stromes der Stromregelung durch die Wirkung der Schaufel unterworfen
wird. In mit Luft betriebenen Anlagen kann ein geringerer Spielraum benutzt werden.
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Die Schaufeln 37 teilen das Maul oder Zuflußende des Stromausbreiters
in eine Anzahl segmentförmiger Abschnitte (Fig. i und 4). In der, wie bereits erwähnt,
vereinfachten Form des Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Schaufeln symmetrisch
angeordnet und teilen das Maul des Stromausbreiters in wesentlich gleiche Winkelsegmente,
von denen jedes einen Ausschlagswinkel a umschließt. Bei Benutzung dieser Schaufelanordnung
sollte der zwischen jedem der Schaufelabschnitte 37 eingeschlossene Winkel
a 15' nicht überschreiten, und zur Erzielung der besten Erfolge sollte dieser Winkel
innerhalb eines Bereiches von ungefähr 3 bis 6° liegen. Der flache, hintere Abschnitt
4i jeder Schaufel ist normal in einer Ebene angeordnet, die die Drehachse der Schaufeln
enthält und mit den Teillinien der Segmente in einem Schnittpunkt zusammenfällt,
wie sich aus der Zeichnung ergibt.
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Hieraus folgt, daß zur Bestimmung der Anzahl von Schaufeln, die in
dem in Fig. i, 2 und 3 dargestellten Stromausbreiter erforderlich sind, der
totale
wirksame Ausschlagwinkel des Stromausbreiters in Graden ausgedrückt und durch
15 geteilt die kleinste mögliche Anzahl von segmentförmigen Teilungen des
fließenden Stromes ergeben wird. Der totale Ausschlagswinkel des Stromausbreiters
wird durch den von geraden Linien eingeschlossenen Winkel gebildet, die die äußeren
Seitenflächen der Zufluß- und Abflußöffnungen des Stromausbreiters bilden, der in
Fig. i mit x bezeichnet ist. In diesem Zusammenhange ist zu beachten, daß die Anzahl
der Segmentflächen größer als die Zahl der Schaufeln ist. Daher ist die kleinste
Anzahl der Schaufeln
Der totale Ausschlagswinkel in einem Stromausbreiter, unter Verwendung von Stromregelungsschaufeln
gemäß der Erfindung, kann einen Höchstwert von 18o° haben, es hat sich jedoch allgemein
als wünschenswert erwiesen, den größten totalen Ausschlagswinkel auf etwa
30 bis i2o° zu beschränken.
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Die Wirksamkeit der Schaufeln in der Regelung des Papierstromes ist
notwendigerweise abhängig von der Geschwindigkeit des fließenden Stromes an der
Stelle, an der die Schaufeln angeordnet sind. Im allgemeinen ist es zweckmäßig,
die Schaufeln an Stellen anzuordnen, an denen die Stromgeschwindigkeit mindestens
nahezu 0,15 m je Sekunde für flüssige Suspensionen wie Papierstoff und mindestens
nahezu 0,075 m je Sekunde für faserige Suspensionen in Luft ist. Als vorteilhaftester
Arbeitsbereich ist jedoch sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase ein solcher
zwischen etwa 1,5
bis 3 m je Sekunde an der Stelle der Schaufeln vorgesehen.
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Die hebende Kraft an den Leitschaufeln rührt daher, daß die Leitschaufeln
gekrümmt sind und infolgedessen eine gleichmäßig zunehmende Winkelneigung zu der
relativ normalen Bewegung der Flüssigkeit erzeugen. Die Größe der Kraft hängt von
dem 'Neigungswinkel der Schaufeln zu der normalen Fließrichtung ab. Hierdurch ist
wiederum eine Winkelkomponente des Moments von der gleichen Größenordnung gegeben,
wie sie dem Winkelverhältnis der Schaufeln zu dem normalen Stromfluß entspricht.
Wenn keine Hubkraft an der Schaufel entwickelt wird, kann der Flüssigkeit kein genügendes
Drehmoment erteilt werden, um sie von ihrem normalen Wege abzulenken. Infolgedessen
kann keine Druck- und Geschwindigkeitsregelung über den Stromausbreiter an seinem
Auslaß bestehen. Ferner wird eine Wirbelung und Trennung des Stromes in dem Stromausbreiter
unter Nichtvorhandensein der Hubbedingungen an den Leitschaufeln eintreten, weil
sie den Stromfluß bei Nichtvorhandensein der Hubbedingungen nicht in geeigneter
Weise abzulenken vermögen.
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Da die größten Stromgeschwindigkeiten in der Regel an dem Zuflußende
oder dem Maul des Stromausbreiters vorhanden sind, so hat es sich in der Regel vorteilhaft
erwiesen, die Schaufeln an dieser Stelle anzuordnen, die Schaufeln können aber auch
stromabwärts von dem Zuflußende des Stromkanals angeordnet werden, vorausgesetzt,
daß die Stromgeschwindigkeit an der ausgewählten Stelle eine entsprechend angemessene
ist. Die Anordnung der Stromregelschaufeln in dem Maul des Stromausbreiters hat
jedoch gewisse andere Vorteile. Im besonderen sichert die an dieser Stelle vorhandene
erhöhte Geschwindigkeit ein schnelles Passieren der Schaufeln während des Betriebes
des Stromausbreiters, und dies ist von besonderer Bedeutung in der Stoffzuführung
und anderen Leitungen, die faserige Dispersionen enthalten. Es ist ferner von Vorteil,
die gewünschte Berichtigung des Druckes und der Geschwindigkeitsbedingungen innerhalb
des fließenden Stromes sobald wie möglich längs des Stromkanals durchzuführen, da
eine Stromregelung dieser Art die Erzielung eines stetigen Zustandes des Stromes
innerhalb des Kanals begünstigt.
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Die Wahl der Abmessungen für die einzelnen in dem Maul des Stromausbreiters
angeordneten Leitschaufeln ist ein weiteres wichtiges Merkmal, um eine angemessene
Wirkung an den Schaufelflächen zu sichern. Die Schaufeln sollten allgemein solche
Abmessungen haben, daß das Verhältnis des Spaltes zur Sehne, d. h. das Verhältnis
des Segmentabstandes zwischen den parallelen leitenden Kanten benachbarter Schaufeln
(die Abmessung g der Fig. q.) und der Sehne jeder Schaufel (die Abmessung c der
Fig. d.), innerhalb des Bereiches von I : 2 bis I :,4 liegt.
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Die Verwendung einer Anzahl symmetrisch und gleichmäßig in Abständen
voneinander angeordneter Regelschaufeln wird bei der beschriebenen Anordnung eine
ganz. erhebliche Verbesserung der Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse an dem
Ausflußende des Stromausbreiters herbeiführen im Vergleich zu den älteren Anordnungen,
bei denen Schaufeln nicht benutzt werden. Die Kurve I der Fig.8 veranschaulicht
beispielsweise die Veränderung der Geschwindigkeit des fließenden Stromes, die normal
längs eines Querabschnitts oder quer zur Maschine eines Stromausbreiters vorkommt,
der in 33 dargestellt ist, wenn die beschriebenen Regelschaufeln fehlen. Die Änderung
in der Geschwindigkeit in der Querrichtung ist in dieser Darstellung als Prozent
der Geschwindigkeit h ausgedrückt, die in einem gegebenen Punkt quer zu dem Ausflußende
des Stromausbreiters vorhanden ist, geteilt durch die mittlere Geschwindigkeit V""
über die ganze Ausflußfläche des Stromausbreiters. Es ist zu beachten, daß die Geschwindigkeitsänderung
2o% gegenüber der mittleren Geschwindigkeit überschreiten kann und daß die totale
Geschwindigkeitsänderung in dem Strome über 40% der mittleren Geschwindigkeit betragen
kann. Veränderungen von dieser Größe, die gewöhnlich in Papiermaschinen vorkommen,
werden als weitgehend verantwortlich für die Schwierigkeiten angesehen, die in der
bahnbildenden Zone dieser Maschinen sich zeigen.
Eine ähnliche Kurve
I der Fig. 9 stellt die Änderung des Druckes quer über die Ausflußöffnung dar. Die
Änderung zeigt hier das erwartete Verhältnis zu der Geschwindigkeitsänderung, obwohl
die wirkliche Größe der in Prozenten ausgedrückten Änderung etwas kleiner ist. Die
mit II bezeichneten Kurven in Fig. 8 und 9 zeigen die Wirkung der Leitschaufeln,
und es ist augenscheinlich, daß eine merkliche Verbesserung in der Stromcharakteristik
an dem Ausflußende des Stromausbreiters durch die Zugabe der Schaufeln erreicht
worden ist.
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In gewissen Fällen reicht die Verbesserung der Stromverhältnisse bei
dem Durchlauf durch den Stromausbreiter bis zu dem durch die Schaufelanordnung der
Fig. i erzielten Grade nicht aus, und es besteht die Möglichkeit, die Wirksamkeit
der Regelung wesentlich zu verbessern, indem man zu der Anordnung der Grundregelschaufeln
des Ausführungsbeispiels der Fig. i Hilfsschaufeln hinzufügt, die in den äußeren
segmentförmigen Stromabschnitten angeordnet werden. Ein Stromausbreiter unter Verwendung
derartiger Hilfsschaufeln ist in Fig. 6 dargestellt. Der in dieser Figur dargestellte
Stromausbreiter ist im wesentlichen der in den Fig. i bis 3 dargestellten Anordnung
ähnlich. Der Zuflußkanal 47 desselben hat quadratischen oder rechteckigen Querschnitt
und ist mit einem starrwandigen, in seitlicher Richtung sich erweiternden Kanalabschnitt
oder Stromausbreiter 49 verbunden und letzterer wiederum mit einem mit geraden Seitenwänden
versehenen Ausflußabschnitt 51. Wie in der vorbeschriebenen Anordnung ist das Maul
des Stromausbreiters mit einer Anzahl gleichmäßig in Abständen und symmetrisch angeordneten
Schaufeln 53 ausgerüstet, die aus rechteckigen Metallplatten hergestellt sind und
den Zufluß oder das Maul des Stromausbreiters in eine Anzahl segmentförmiger Abschnitte
unterteilen. Die segmentförmigen Abschnitte umschließen Ausschlagswinkel a, die
15' nicht überschreiten sollten und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches
von 3 bis 6° liegen. Jede der Schaufeln 53 eines Segmentes enthält (abgesehen von
der mittleren oder Grundschaufel 53a, die ebene Flächen hat) einen zylindrisch gekrümmten
Abschnitt 54 an dem stromauf liegenden Ende, der tangential in einen Abschnitt 57
übergeht, der mindestens eine geringere Krümmung als der Abschnitt 54 hat und vorzugsweise
flach ist und am stromabwärts liegenden Ende sich befindet. Bis zu diesem Ende ist
die Anordnung des Stromausbreiters der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich.
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In jeder der äußeren Segmentflächen ist indessen eine Hilfsschaufel
55 angeordnet, die in ihrer einfachsten Form der allgemeinen Form der anderen Schaufeln
53 folgt, d. h. einen zylindrisch gekrümmten stromaufwärts liegenden Abschnitt 59
und einen planflächigen, in senkrechter Richtung angeordneten stromab liegenden
Abschnitt 61 aufweist (Fig.7). Die in den äußeren Segmentabschnitten des Stromausbreiters
angeordneten Hilfsschaufeln 55 ermöglichen eine größere örtliche Regelung des durch
den Stromaushreiter hindurchgehenden Flüssigkeitsstromes, besonders in den äußeren
Randzonen, wo die Reibungsverluste am größten sind und wo eine Regelung in erhöhtem
Maße sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Jede der. Hilfsschaufeln 55 wird
wie jede der Hauptreglschaufeln 53 durch einen senkrechten Zapfen 63 gehalten, der
mit der Mittellinie der Schaufel an dem Schnittpunkt der gekrümmten und flachen
Schaufelabschnitte zusammenfällt, damit die Schaufeln zwischen vorbestimmten Grenzen
eingestellt werden können. Die Zapfen 63 sind mit Befestigungsmitteln, wie in der
oben beschriebenen Anordnung, versehen, damit die Schaufeln 55 nach der Einstellung
in dieser verriegelt werden können.
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In der dargestellten Anordnung sind die bogenförmigen Abschnitte 54
der Hauptregelschaufeln 53, ähnlich wie die entsprechenden Abschnitte 39 der Schaufeln
37, Abschnitte von geraden senkrechten Zylindern, und der Krümmungsradius der äußeren
Schaufelabschnitte ist kleiner als der der inneren Schaufelabschnitte. Die Achse
der senkrechten Tragzapfen 63 fällt für jede der Hauptschaufeln 53 mit den Umgrenzungslinien
der Segmentabteilungen a, wie dargestellt, zusammen. Die Hilfsschaufeln 55 entsprechen
der gleichen allgemeinen Anordnung, und der kurvenförmige Abschnitt 59 jeder der
Hilfsschaufeln bildet, wie erwünscht, einen Abschnitt eines geraden senkrechten
Zylinders von kleinerem Durchmesser als der gekrümmte Abschnitt 54 der nächstliegenden
Segment- oder Hauptschaufel 53, d. h., der Radius r2 in Fig. 7 ist kleiner als der
Radius ri. Die Achsen der senkrechten Tragzapfen 63 für die Hilfsschaufel 55 sind,
wie dargestellt, ungefähr in der Mitte der äußeren Segmentabschnitte angeordnet.
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Die Winkelanordnung der Hilfsschaufeln 55 um die senkrechten Zapfen
63 wird am besten auf Grund der tatsächlichen Arbeitsweise des Stromausbreiters
bestimmt. Versuche zeigen indessen an, daß die beste Arbeitsstellung für jede der
Hilfsschaufeln 55 zwischen Stellungen liegt, in der die Seitenflächen des flachen
Abschnittes 61 der Schaufel parallel zu der benachbarten Seitenfläche des Stromausbreiters
und einer Stellung, in der die Seitenflächen des flachen Abschnittes 61 parallel
zu der Mittelachse des Stromausbreiters liegen. Die Hilfsschaufel 55 in Fig. 7 ist
mit dem flachen Abschnitt 61 fast parallel zu der benachbarten Seitenfläche des
Stromausbreiters angeordnet.
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Die wichtige Verbesserung, die durch die Verwendung der Hilfsschaufeln
in den äußeren Segmentabschnitten der dargestellten Vorrichtung herbeigeführt wird,
ist in den Kurven III in Fig. 8 und 9 veranschaulicht, und man erkennt, daß die
äußerste Änderung der Stromgeschwindigkeit über die ganze Breite der Ausflußseite
des Stromausbreiters im Vergleich zu der mittleren Geschwindigkeit nicht höher liegt
als etwa 3'/o und die Druckänderung auf nicht mehr als etwa 1/2% verringert worden
ist. Eine Stromregelung bis zu diesem Grade ist bisher niemals in einem Stromausbreiter
der allgemein üblichen Art erreicht worden, und die tatsächliche Arbeitsweise einer
Ausrüstung
unter Verwendung von Stromausbreitern mit Schaufelregelungen
der erwähnten Art hat überzeugend die deutliche Wirksamkeit und Brauchbarkeit der
Erfindung bewiesen.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
sind die Hauptregelschaufeln des Stromes symmetrisch mit Bezug auf die mittlere
Achse des Stromausbreiters angeordnet, d. h., die Segmentabschnitte schließen im
wesentlichen gleiche Ausschlagswinkel an der Stelle der Schaufelzapfen ein. Diese
Anordnung hat sich in ihren Ergebnissen als zufriedenstellend zur Erfüllung der
Aufgaben der Erfindung gezeigt, vorausgesetzt, daß die Geschwindigkeitsverteilung
in dem fließenden Strom des Stoffes in den beiden Hälften des Stromausbreiters in
vernünftigen Grenzen symmetrisch ist, da es durch eine verhältnismäßig geringere
Regelung der Schaufeln möglich wird, im wesentlichen einen rauminhaltlich gleichen
Abfluß der Flüssigkeit in jedem Segmentabschnitt zu erreichen. In manchen Stromleitungsanlagen
indessen kann der an das Zuflußende des Stromausbreiters gelieferte fließende Strom
aus dem einen oder anderen Grunde eine ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung
aufweisen. In manchen Papiermaschinen und Stoffleitungsanlagen, insbesondere, falls
die Stoffpumpe in sehr naher Nachbarschaft des Zuflußendes des Stromausbreiters
angeordnet ist, kann ein einseitiges oder unsymmetrisches Geschwindigkeits- und
Druckverhältnis sich in dem in dem Stoffkanal gehaltenen fließenden Strom finden.
Wenn ein Strom von dieser Beschaffenheit durch einen Stromausbreiter fließt, wird
die ungleichmäßige Druck- und Geschwindigkeitsverteilung an dem Zuflußende das Bestreben
haben, bis zu dem Ausflußende durchzugehen unter einem rauminhaltlich ungleichmäßigen
Abfluß aus den Segmentabschnitten, und es können weiterhin vorübergehende oder anhaltende
Schwingungen in dem aus dem Stromausbreiter abfließenden Strom hervorgerufen werden.
Die Geschwindigkeits- und Druckverhältnisse in einem Strom von dieser Beschaffenheit
sind in den Darstellungen der Fig. i i bis i2, die den Fig.8 und 9 ähnlich sind,
veranschaulicht. Darin stellt die Kurve I in jeder der Fig. 8 und 9 die Geschwindigkeit
und Druckverteilung über die Breite der Abflußseite des Stromausbreiters unter den
oben beschriebenen Bedingungen dar.
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In so gelegenen Fällen ist es, wie sich gezeigt hat, erwünscht, Schaufelregelanordnungen
der stromteilenden Grundtype nach Fig. i oder der kombinierten Type nach Fig. z
zu verwenden, die asymmetrisch mit Bezug auf die Mittelachse des Stromausbreiters
angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist in Fig. io dargestellt. In dieser
Ausführungsform ist der durch den Stromausbreiter 65 hindurchgehende fließende Strom
durch eine Anzahl den Schaufeln 37 und 53 ähnlicher Regelschaufeln 67 in Segmentabschnitte
geteilt, von denen jeder einen Ausschlagswinkel a von nicht mehr als i5° (und vorzugsweise
innerhalb des Bereiches von 3 bis 6°), wie oben erwähnt, enthält. Bei dieser Anordnung
ist jedoch die flache oder Grundregelschaufel 67a so nahe wie möglich gegen die
Mitte einer größten Geschwindigkeitszone des an dem Maul des Stromausbreiters eingelassenen
fließenden Stromes angeordnet, und die äußeren Schaufeln 67 (die die gekrümmten
stromauf liegenden Abschnitte 69 enthalten) sind zu beiden Seiten der Grundschaufel
67a angeordnet. Wie in den vorbeschriebenen Ausführungsformen bilden die gekrümmten
Abschnitte 69 der Schaufeln 67 Abschnitte von geraden Zylindern, und der Grad der
Krümmung wächst in den einzelnen Schaufeln von der Grundschaufel 67 a ab
nach außen an.
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Die Kurven II in Fig. i i und 12 veranschaulichen die gleichförmigen
Geschwindigkeits- und Druckverhältnisse quer über die Breite des Stromausbreiters
65, die durch die Verwendung von unsymmetrisch angeordneten Regelschaufeln 67, wie
beschrieben, erzielt werden. Man erkennt, daß die Anordnung in sehr wirksamer Weise
es ermöglicht, den Strom gleichförmig zu machen, verbunden mit dem weiteren Vorteil,
die Möglichkeit von Pulsationen oder anderen unerwünschten vorübergehenden Zuständen
zu verringern. Es leuchtet ein, daß unsymmetrische Schaufelanordnungen Hilfsschaufeln
der Anordnung nach Fig. 6 enthalten können, und zwar in den äußeren Segmentabschnitten,
womit weitere Verbesserungen in den Stromverhältnissen erzielt werden. Es ist zu
beachten, daß die Innenflächen der Seitenwände der verschiedenen Stromausbreitereinheiten
an der Verbindungs- bzw. Übergangsstelle des Zufluß- und Stromausbreitungsabschnittes
in 70 (Fig. 7) gekrümmt sind. Diese Krümmungsfläche der Seitenwände folgt, wie erwünscht,
den Stromlinien des Stromes an dieser Stelle, und ist besonders wertvoll, um einen
gleichförmigen, stetigen Zustand des Stromes an dem Auslaß des Stromausbreiters
zu erreichen. Es ist ferner in den dargestellten Anordnungen zu beachten, daß die
Teile der Begrenzungsflächen der Seitenwände sich im allgemeinen parallel zu den
Begrenzungsflächen der Schaufeln ausdehnen. Hierdurch wird die Leistungsfähigkeit
und Wirksamkeit der Schaufeln wirksam unterstützt, den fließenden Strom in gleichförmige
Segmentabschnitte des Stromes zu teilen.
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In den vorbeschriebenen Anordnungen beruht die Schaufelanordnung auf
einer geometrischen Grundlage, d. h., der Stromweg ist in eine Anzahl von Stromsegmenten
geteilt, die gleiche Ausschlagwinkel haben. Um die besten Erfolge zu erzielen, sollte
der rauminhaltliche Abfluß aus den verschiedenen Segmenten im Gefolge der Schaufelregelung
wesentlich gleich sein, und diese Bedingung wird allgemein durch die beschriebene
Anordnung der Schaufeln in geometrischen Abständen erfüllt unter der Voraussetzung,
daß das Geschwindigkeitsverhältnis in den zufließenden Strom nicht zu unregelmäßig
oder zu einseitig ist.
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Die Schaufelanordnung kann indessen auf Grund einer tatsächlichen,
durch Messung gefundenen Teilung des Stromweges in Segmente eines gleichen Stromes
vorgenommen werden, und falls
im besonderen eine genaue Regelung
gewünscht wird, kann diese Teilung vorgezogen werden. Die Bestimmung der Grenzflächen
der gleichen Stromsegmente kann zweckmäßig durch eine Geschwindigkeit in der Ouerrichtung
der Fläche des Stromweges bestimmt werden. Die Anzahl von Segmenten N bleibt die
gleiche, ohne Rücksicht darauf, ob Segmente von gleichem Winkel oder gleichem Stromrauminhalt
verwendet werden, d. h., die kleinste Anzahl von Segmenten ist
worin A nicht größer als 15 ist und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 3 bis
6 liegt.
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Die in den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendeten
Regelschaufeln sind, abgesehen von der vorzugsweise flachen Grundschaufel, nur in
einer Richtung gekrümmt, d. h., alle diese Schaufeln haben einen gekrümmten vorderen
Abschnitt, dessen Flächen tangential in die Flächen des flachen hinteren Abschnittes
übergehen. Ferner stimmen die Flächen der gekrümmten Abschnitte der beschriebenen
Anordnungen mit den Flächen von senkrecht angeordneten geraden Zylindern von kreisförmigem
Querschnitt überein. Alle Schaufeln werden aus Platten hergestellt und haben daher
eine gleichförmige Dicke, mit Ausnahme einer geringen Abrundung an den vorderen
und hinteren Kanten. Durch Verwendung derartiger Schaufeln kann man eine sehr hochwertige
Regelung der fließenden Ströme von Flüssigkeiten oder Gasen erreichen, und besonders
solcher Ströme von Flüssigkeiten oder Gasen, die Suspensionen oder Dispersionen
von Fasern enthalten und sich in geschlossenen Leitungen oder Kanälen befinden,
wie beispielsweise der Stoffstrom, der durch den Stromausbreiter einer Papiermaschine
hindurchgeht.
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Die Grundsätze der hier beschriebenen Stromregelung sind indessen
nicht auf die Verwendung von Schaufeln beschränkt, die in einer Richtung gekrümmt
sind oder eine gleichförmige Dicke haben, und falls eine weitere Verfeinerung der
Regelung gewünscht wird, können vielfach gekrümmte Schaufeln und Schaufeln von besonderem
Querschnittsumriß verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel eines Stromausbreiters,
dessen Schaufeln in zwei Richtungen gekrümmt sind und kein gleichmäßiges Gitter
darstellen, ist in Fig. 13
gezeigt.
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Diese Anordnung ist im allgemeinen den oben beschriebenen Anordnungen
ähnlich und enthält einen Zuflußabschnitt 71 von rechteckigem Querschnitt (der gegebenenfalls
quadratisch ist), einen seitlich sich erweiternden Stromausbreiter 73 mit einem
gesamten Ausschlagwinkel a und einen Ausflußabschnitt 75 mit geraden Seitenwänden.
Der Stromweg, der durch den Stromausbreiter 73 hindurchgeht, ist in eine Anzahl
gleichwinkliger Segmente unterteilt, von denen jedes einen Ausschlagwinkel a von
ungefähr 6° einschließt, mittels einer Anzahl von Hauptstromregelschaufeln 77 (Fig.
i3). Die Anordnung enthält die übliche, mit geraden Seitenwänden versehene Grundschaufel
77a, die in der Mitte des Stromausbreiters angeordnet ist (oder mit der Achse des
durch den Stromausbreiter fließenden Stromes übereinstimmt), und ferner enthält
die Anordnung zweckmäßig Hilfsschaufeln ; 9 an den Stellen der äußeren Segmente.
Die Seitenwände des Stromausbreiters 73 sind so gekrümmt, daß sie im allgemeinen
mit den Stromlinien des durch den Stromausbreiter hindurchgehenden Stromes übereinstimmen
(8o in Fig. i3).
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Die Regelschaufeln 77 und 79 dieser Ausführungsform der Erfindung
bestehen je aus einem vorderen Abschnitt 81, der gekrümmt ist und im allgemeinen
zylindrische Flächen der beiden Seitenwände der Schaufel bildet, die mit den Flächen
von konzentrischen, gegen die Senkrechte geneigten kreisförmigen Zylindern übereinstimmen.
Jeder der vorderen zylindrischen Abschnitte geht in einen wesentlich flachflächigen
hinteren Abschnitt 83 über, der gegen die Teile des vorderen Abschnittes verdreht
ist. Wie in den oben beschriebenen Anordnungen sind die vorderen Flächen der Schaufeln
im allgemeinen parallel und in senkrechter Lage angeordnet, und beide Schaufelabschnitte
gehen sanft ineinander über. Die so gebildeten Schaufeln haben wegen ihres gewundenen
hinteren Abschnitts sowohl in der horizontalen als auch in der senkrechten Richtung
wirkende Stromregelflächen, d. h., die Schaufeln sind vielfach gekrümmte Schaufeln.
Da ferner die Krümmung der vorderen Abschnitte 81 und der Verdrehungswinkel der
hinteren Abschnitte 83 in den Schaufeln von der mittleren oder Grundschaufel 77
aus nach außen in den Schaufeln anwächst, nimmt die Verstellung der Schaufelflächen
in beiden Ebenen ebenso zu, wie der Abstand jeder Schaufel von der mittleren Schaufel
größer wird. Um eine verbesserte Strombeschaffenheit zu erzielen, sind die vorderen
Kanten der Fläche wie in den oben beschriebenen Anordnungen abgerundet, und ferner
haben die vorderen Kanten mindestens eine angenäherte Stromlinienform, wie Fig.
14 zeigt. Die vorderen Abschnitte 81 der Schaufeln sind auf gegenüberliegenden Seiten
der Mittellinie des Stromausbreiters in entgegengesetzter Richtung gekrümmt, wie
es ähnlich an den mit einer einzigen Krümmung versehenen Schaufeln beschrieben wurde,
und die verdrehten hinteren Abschnitte 83 sind gleichfalls auf gegenüberliegenden
Seiten der Mittellinie in entgegengesetzter Richtung verdreht (Fig. r3).
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Wie die einfach gekrümmten Schaufeln sind die mehrfach gekrümmten
Schaufeln in begrenztem Sinne drehbar und einstellbar um senkrechte Achsen angeordnet
(Fig. 13 und i4). Jede der Schaufeln 77 und 79 ist auf einer Spindel 85 befestigt,
die in einem Lager 87 (Fig. 14) in der oberen Verschlußwand des Stromausbreiters
73 gelagert ist. Ein einstellbarer Arm 89 steht mit dem vorstehenden oberen Ende
jeder Spindel 85 im Eingriff und kann durch eine geeignete Klemmvorrichtung in seiner
Lage gehalten werden, die aus einer mit Gewinde versehenen Stange 93 besteht, auf
der oberen
Wand des Stromausbreiters befestigt ist. Das äußere
Ende jedes Schaufelregelarmes 89 hat eine erweiterte Öffnung 95 zur Aufnahme der
Gewindestange, und zwei Klemmuttern 97 ermöglichen eine bequeme und genaue Regeleinstellung
der Leitschaufeln während des Betriebes. Um die Schaufeln zum Zwecke der Reinigung
od. dgl. entfernen und um die Schaufeln, ohne daß sie die Lage ihrer Einstellung
verlieren, in diese zurückbringen zu können, können die Spindeln 85 in einer Seitenfläche
angeflächt sein, beispielsweise in 96, wobei diese Flächen mit ähnlich geformten
Abschnitten der Arme 89 übereinstimmen.
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Die doppelt gekrümmten Schaufeln ermöglichen eine erhebliche verfeinerte,
durch die Schaufeln bewirkte Regelung bzw. Überwachung. Da die doppelt gekrümmte
Anordnung der Schaufelflächen dem Strom, auf den jede Schaufel einwirkt, eine geringe
verdrehende Wirkung erteilt, erfolgt eine wesentliche Beseitigung des Kielwassers,
das stromabwärts von dieser Schaufel in sehr kurzem Abstande in dem Strom erzeugt
wird. Hieraus ergibt sich eine wichtige Verbesserung in der Stabilität und Stetigkeit
des Stromes.
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Eine weitere Stromregelvorrichtung gemäß den der Erfindung zugrunde
liegenden Gedanken ist in den Fig. 15 und 16 dargestellt. Diese Anordnung
besteht aus einem Zuflußkanal 99 von rechteckigem oder quadratischem Durchschnitt,
einem Stromausbreiter ioi und einem Abflußabschnitt 103, der zweckmäßig in ähnlicher
Weise wie die oben beschriebenen Anordnungen aus Platten hergestellt wird. Die Stromregelvorrichtung
besteht aus einer Anzahl von unabhängig angetriebenen, im allgemeinen symmetrisch
angeordneten drehbaren Stangen oder Wellen io5 von kreisförmigem Querschnitt. Diese
Wellen sind so angeordnet, daß sie segmentförmige Stromabschnitte in dem durch den
Stromausbreiter hindurchführenden Wege ähnlich wie die oben beschriebenen Regelschaufeln
begrenzen, außer daß hier in der Mittellinie des Stromausbreiters keine Regelvorrichtung
sich befindet. In diesem Zusammenhange leuchtet es ein, daß die flache Regelschaufel
unter sehr günstigen Strömungsbedingungen weggelassen werden kann und daß die Schaufeln
und die sich drehenden Wellen miteinander vergleichbare Stromregelvorrichtungen
darstellen.
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Jeder der segmentförmigen Abschnitte, in die der Stromausbreiter zwecks
Anordnung der Stromregelvorrichtungen geteilt ist, sollte einen Ausschlagwinkel
von nicht mehr als i5° enthalten und vorzugsweise einen Ausschlagswinkel innerhalb
des Bereiches von 3 bis 6°. Eine solche Teilung ist in Fig. 15 dargestellt, in der
der totale Ausschlagwinkel des Stromausbreiters mit a und die Winkel der Segmente
mit a bezeichnet sind. Die Wellen 105
haben polierte Flächen, und ihr Durchmesser
liegt in einem Bereiche von etwa einem Zehntel bis einem Viertel der Breite der
segmentförmigen Abschnitte in der Zone, in der sie angeordnet sind. Die Wellen können
in der Mitte von Segmentabschnitten von gleichem Stromfluß je Zeiteinheit wie in
den oben beschriebenen Anordnungen angeordnet werden.
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Jede der Stromregelwellen 105 kann unabhängig mit einer ausgewählten
Geschwindigkeit durch einen unabhängigen, in seiner Geschwindigkeit regelbaren Motor
107 angetrieben werden. Die Wellen 105 in den einander gegenüberliegenden
Hälften des Stromausbreiters ioi werden, wie die Pfeile in Fig. 15 zeigen, in entgegengesetzter
Richtung angetrieben, wenn nicht die Geschwindigkeit und Druckverhältnisse in dem
Zuflußstrom unsymmetrisch sind. In solchen Fällen kann die Drehung der Stangen sich
auf beiden Seiten der Mitte des Strombildes umkehren. Die Wellen 105 sollten mit
einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit angetrieben werden, um die Möglichkeit
einer Kielwasserbildung zu verringern. Im allgemeinen sollte die Drehgeschwindigkeit
der Wellen io5 ausreichen, um an der Oberfläche derselben Umfangsgeschwindigkeiten
zu erzeugen, die mindestens das Vierfache der Stromgeschwindigkeit an der Stelle
dieser Wellen ist.
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Um besonders zufriedenstellende Erfolge zu erzielen, sollte gemäß
der Erfindung die Querschnittsfläche des Stromausbreiters in der Richtung des Stromflusses
durch den Stromausbreiter, wie in Fig. 5 dargestellt, zunehmen. Wenn die Querschnittsfläche
des den Leitschaufeln unmittelbar vorangehenden Abschnitts des Zuführungskanals
(oder des den Wellen vorangehenden Abschnitts) größer als die Querschnittsfläche
der benachbarten stromauf liegenden Abschnitte des Zuführungskanals ist, wird man
Schwierigkeiten beobachten, um das Strombild aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch zulässig,
die Ouerschnittsfläche des Zuführungskanals an der dem Stromausbreiter und den Leitschaufeln
vorangehenden Stelle zu verkleinern, und in manchen Fällen zeigt sich, daß dies
erwünscht sein kann. Ferner kann in manchen Fällen eine gelochte Ablenkplatte oder
eine gleichwertige Vorrichtung, um den Strom gleichförmig zu machen, an dem Zufluß-
oder Abflußende des Stromausbreiters oder in der Nähe beider Enden mit Vorteil angeordnet
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Stoffzuführungskanalanordnung einer
Papiermaschine unter Verwendung eines Stromausbreiterabschnitts gemäß der Erfindung
ist schematisch in Fig. 17 dargestellt. Durch die Stoff- oder Gebläsepumpe iog wird
der Stoff in die bahnbildende Zone der Maschine geliefert. Die Pumpe iog hat einen
kreisförmigen Auslaß, und ein Übergangsabschnitt i i i ändert die Form des durch
die Pumpe abgelieferten Stromflusses aus einer kreisförmigen in eine quadratische
Form. Der Übergangsabschnitt i i i verbindet die Abflußseite der Pumpe iog mit dem
Zuflußende eines Stromausbreiters 113, der Regelschaufeln gemäß der Erfindung aufweist.
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Im besonderen bildet der Stromausbreiter 113
tatsächlich den
Anfangsabschnitt eines viel größeren Stromausbreiters 115, der aus einem anfänglichen
horizontalen Abschnitt 117, einem Ellbogenabschnitt iig und einem senkrechten Abschnitt
121
besteht. Das Stromdurchgangskabel 123 des Stromausbreiters
115 hat rechteckigen Querschnitt und nimmt gleichmäßig an Breite zu, bis
es die volle Breite der Maschine an der Zuflußseite des Maschineneinlasses 12,5
erreicht. Die Querschnittsfläche des Stromdurchgangskanals 113 nimmt allmählich
in Richtung des Stromflusses zu. Die Ouerschnittsfläche der Ausflußöffnung an der
Stelle, an der der Kanal 123 mit dem Stromkanal r27 in dem Einlaß I25 verbunden
ist, ist in der dargestellten Anordnung etwa 300% der Fläche der Zuflußöffnung der
Einheit 113. Der Zuflußkanal 127
hat einen gleichmäßigen Querschnitt 125,
und dieser Kanal führt den Stoffstrom zu der bahnbildenden Zone der Maschine, in
der der Stoff durch das Langsieb 129 ausgetragen wird. Das Sieb i2g wird durch die
übliche Brustwalze 131 getragen, so daß es sich quer über das Ausflußende des Einlasses
erstreckt, und die Anlage enthält ein Schütz oder eine Staulatte 133 bekannter Art,
um den Stromfluß der durch den Einlaß 125 der bahnbildenden Zone gelieferten Flüssigkeit
einzuschränken. Die Brustwalze 131 kann wie üblich ausgeführt sein, und es werden
die übrigen Saugkästen 135 oder sonstige Vorrichtungen vorgesehen, um die Abführung
des Wassers durch das Sieb während der Bildung der Papierbahn zu unterstützen.
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Wie oben erwähnt, nimmt die Querschnittsfläche der Stoffleitungsanlage,
in der der Stromausbreiter und die Stromregelvorrichtung der Erfindung verwendet
wird, vorteilhaft in axialer Richtung längs des Weges des Stoffstromes zu. Es ist
indessen möglich, eine Stoffzuführungsanlage, wie beispielsweise die in Fig.17 dargestellte,
mit einem Stromkanal von wesentlich gleichmäßiger Querschnittsfläche oder sogar
einer solchen Fläche zu betreiben, deren Querschnitt über die Länge desselben abnimmt.
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Die Anordnung von Stromregelvorrichtungen gemäß der Erfindung unmittelbar
hinter der Stoffpumpe, wie in Fig. 17 dargestellt, hat mancherlei Vorteile in der
Beziehung, daß der Stromfluß in einen wesentlich gleichförmigen, stetigen Zustand
an einem möglichst am Anfang gelegenen Punkt des Stoffkanals gebracht wird. In diesem
Zusammenhang ist zu beachten, daß der in den Stromausbreiter eintretende Strom zwar
einen stetigen Zustand haben sollte, aber keine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung
quer zu der Breite des Stromausbreiters haben kann. Die Anordnung hat den Vorteil,
daß die Regelschaufeln in erheblichem Abstande von der bahnbildenden Zone angeordnet
sind und daß die Größe der in der kritischen Zone durchgeführten Regelung verkleinert
wird. In einer anderen Ausführungsform können die Regelschaufeln an irgendeinem
anderen Punkt in dem Stromausbreitungsabschnitt der Anlage in größerer Nähe der
bahnbildenden Zone angeordnet werden, und es kann ein Satz oder eine Anzahl von
Sätzen von Regelschaufeln in Abständen längs des Stoffkanals verwendet werden. Die
Anordnung nach Fig. 17 eignet sich indessen insbesondere -für den Einbau in eine
vorhandene Maschinenkonstruktion, ohne eine wesentliche Änderung der übrigen Abschnitte
des Stoffkanals und der Stromausbreiteranlage.
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Der Stromausbreiter und Stromregler 113 besteht aus Regelschaufeln
137 mit einer einzigen Krümmung, wie sie in Fig. 18 dargestellt sind. Diese
Schaufeln können den Stromausbreiter in Seagrnente teilen, die Ausschlagwinkel von
ungefähr 3° einschließen. Hilfsschaufeln in den äußeren Segmenten sind in der dargestellten
Anordnung nicht vorgesehen. Ähnlich wie die in Fig. i und 6 dargestellten Schaufeln
sind die mit nur einer Krümmung versehernen Schaufeln 137 aus plattenförmigem Werkstoff
hergestellt, und jede der Schaufeln 137 besteht außerhalb der flachflächigen mittleren
oder Grundschaufel 137 a aus einem zylindrischen gekrümmten Abschnitt 139
an der Zuflußseite des Stoffes, der in einen flachen Abschnitt 141 an dem Ausflußende
übergeht.
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Die Flächen der gekrümmten Abschnitte 139 sind Flächen von geraden,
senkrechten, kreisförmigen Zylindern, und die Krümmung dieser Flächen nimmt von
der Grundschaufel 137a nach außen zu. Eine Zuflußöffnung 142 (Fig. ig) hat beispielsweise
45 cm im Quadrat, der zylindrische Abschnitt 139 der äußersten Schaufel bildet den
Abschnitt eines Zylinders von 28 cm Durchmesser, und der zylindrische Durchmesser
der am meisten innenliegenden Schaufel 139 bildet einen Abschnitt einer Zylinderfläche
von 122 cm Durchmesser. Die zwischenliegenden gekrümmten Abschnitte 139 haben Zylinderflächen,
deren Durchmesser zwischen diesen Grenzen liegt. Die vorderen und hinteren Kanten
der Schaufeln 137 sind, wie in den oben beschriebenen Anordnungen, abgerundet.
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Jede der Schaufeln 137 ist für eine begrenzte Einstellung drehbar
um eine senkrechte Achse befestigt, die in die Mittellinie der Schaufel, in die
Schnittlinie des gekrümmten und flachen Abschnittes fällt, und durch Zapfen oder
Spindeln 143 gehalten. Jede der Spindeln 143 steht mit einem vorragenden Abschnitt
mit einstellbaren Armen 145 im Eingriff, und die äußeren Enden dieser Arme werden
zwischen einstellbaren Muttern 147 gehalten, die auf einer querliegenden, mit Gewinde
versehenen Stange 149 (Fig. 2o) angeordnet sind. Die Anordnung zur regelbaren Einstellung
der Schaufeln ist der in Fig. 13 und 14 dargestellten ähnlich.
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Stromregelmittel gemäß der Erfindung können in Verbindung mit den
üblichen Papiermaschinen mit Stoffauflauf sowie auch mit Maschinen mit Hochdruckstoffauflauf
benutzt werden. In den Fig. 21, 22 und 23 ist beispielsweise ein Stoffauflauf dargestellt,
der mit einer Stromausbreitungs-und Stromregelungseinrichtung gemäß der Erfindung
ausgerüstet ist. In dieser Maschine wird der Papierstoff dem Stoffauflauf mittels
eines geeigneten Stoffzuflußkanals oder Troges 151 zugeführt, der die Stofflieferung
aus den Sichtern oder anderen Stoffsieben aufnimmt.
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Der Stoff tritt in den eigentlichen Stoffauflauf durch einen senkrechten
Kanal 153 ein, der an
seinem unteren Ende mit dem Innenraum des
Auflaufkastens durch eine rechteckige Einlaßöffnung 154 (Fig. 21) verbunden ist.
Die Einlaßöffnung 154 mündet in das Maul eines senkrecht angeordneten Stromausbreitungsabschnittes
155, der die Aufgabe erfüllt, den zufließenden Stoffstrom auf die volle Breite der
Maschine auszubreiten; eine Schaufelvorrichtung 156 zur Regelung des Stromes gemäß
der Erfindung ist an dem Zuflußende des Stromausbreiters 155 angeordnet.
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Diese Stromregelungschaufelvorrichtung 156 besteht, wie es
insbesondere in den Fig. 24 und 25 dargestellt ist, aus einer Anzahl von symmetrisch
angeordneten Stromregelschaufeln 157 von der in den Fig. i und 6 dargestellten
Art, die auf einer Schiene oder Tragplatte 158 in ihrer Stellung befestigt
sind. Jede der Schaufeln 157 erstreckt sich im wesentlichen vollständig über
die Breite des Stromausbreiterabschnittes 155. Die Stromregelschaufel 157a ist flach,
und jede der übrigen Schaufeln besteht aus einem bogenförmigen vorderen Abschnitt
159 und einem flachen hinteren Abschnitt 16o. Die bogenförmigen Abschnitte 157 sind
von zylindrischer Form und bilden Abschnitte von geraden Zylindern, deren Achsen
senkrecht zu den Begrenzungswänden des Stromausbreiters stehen. Jede der Schaufeln
i57 ist aus, dünnem Blechmaterial angefertigt, und die Krümmung nimmt in den vorderen
Abschnitten i58 von der mittleren oder Grundschaufel 157a ab nach außen wie in den
oben beschriebenen Anordnungen zu. Die Seitenwände 161 des Maules des Stromausbreiters
sind in Annäherung an den Weg des Stromes an dieser Stelle gekrümmt; um die Bildung
von stagnierenden Flächen an dem Ausflußende des Stromausbreiters zu verhindern,
sind geeignete gekrümmte Ablenkflächen 163 an den äußeren Flächenabschnitten vorgesehen.
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Die Anordnung der Schaufelvorrichtung 156 zur Regelung des Stromes
ist so getroffen, daß sie als Ganzes aus dem Auflaufkasten zum Zweck der Reinigung
od. dgl. herausgenommen und hierauf ohne Störung oder Veränderung der Schaufeleinstellung
ausgetauscht werden kann. Dies wird durch die feste Montage jeder Schaufelvorrichtung
auf der Grundplatte 158 und durch die Verwendung von geeigneten, nicht dargestellten
Schraubmitteln ermöglicht, so daß die ganze Einheit lösbar mit dem Auflaufkasten
verbunden ist. Dies ist ein sehr wesentliches Merkmal der Erfindung, ebenso wie
die Anordnung gleichwertiger Mittel (wie beispielsweise der eingespannten Spindel
85), die die Herausnahme der einzelnen vorstehend beschriebenen Schaufeleinheiten
zum Zweck der Reinigung u. dgl. und die Zurückführung dieser Einheiten ohne Änderung
der Einstellung gestatten.
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Die vordere Begrenzungswand 165 des senkrecht angeordneten Stromausbreiters
dient ferner als Rückwand der Stoffauflaufkammer 166 (Fig. 21), und der Stoff fließt
über die obere Kante dieser Wand hinweg in und durch den Auflaufkasten. Um den üblichen
kreisförmigen Weg des Stromes durch die Kammer 166 herzustellen, sind zwei regelbare
Ablenkplatten 167 und 169 in dem Wege des Stromes hinter dem Auslaß des Stromausbreiters
155 vorgesehen, und eine Verteiler- oder Berichtigungswalze 171 kann an dem Kastenauslaß
angebracht werden. Der Stoff wird aus dem Auflaufkasten auf das Sieb 173 durch ein
geeignetes Drosselschütz 175 ausgetragen.
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Die Verwendung eines Stromausbreiters, der mit Stromregelschaufeln
ausgerüstet ist, in Verbindung mit dem Stoffauflauf von Papiermaschinen, wie es
vorstehend beschrieben ist, ergibt, wie sich gezeigt hat, eine sehr wesentliche
Verbesserung hinsichtlich der Gleichförmigkeit des an die bahnbildende Zone der
Maschine gelieferten Papierstoffs, womit eine verbesserte Bildung der Papierbahn
bei erhöhten Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt wird.
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Ein weiterer Papiermaschinenstoffauflauf unter Verwendung einer Stromregelung
gemäß der Erfindung ist in den Fig. 26 und 27 dargestellt. Diese Maschine unterscheidet
sich von der vorstehend beschriebenen Anordnung grundsätzlich dadurch, daß der Papierstoff
in den Auflaufkasten 181 durch eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten
Zuflußöffnungen 183 zugeführt wird, die quadratischen Querschnitt haben und mit
einem geeigneten Stoffzuführungsverteiler 185 durch einzelne Kanäle 186 verbunden
sind. Jeder der Kanäle 186 besteht aus einem Übergangsabschnitt 189, in dein der
Querschnitt des darin befindlichen fließenden Stoffstroms aus dem kreisförmigen
Querschnitt in den quadratischen Querschnitt der Stoffzuflußöffnung 183 geändert
wird, mit dem er verbunden ist.
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Regelschaufeln 187 gemäß den in den Fig. i und 6 in ihren Grundzügen
beschriebenen Anordnungen sind an dem Ausflußende jedes Übergangsabschnittes 189
angeordnet und geeignete Ablenkungs- und Endleistenabschnitte i99 sind vorgesehen
zur Begrenzung der Seitenwände der in Wirklichkeit aus einer Anzahl von durch divergierende
Wände gebildeten Stromausbreitern, die an dem Zufluß des Auflaufkastens vorgesehen
sind. DieRegelschaufeln 187 entsprechen in ihren Grundzügen den vorgeschriebenen
Schaufeln, und jede Schaufel besteht aus einem bogenförmigen vorderen Abschnitt
igi und einem flachen hinteren Abschnitt 193, ähnlich den Schaufeln 157 (Fig. 21
und 22). Die Kanten der Schaufeln 187 sind an dem Tragglied 195 befestigt, in einer
ähnlichen Stellung wie die Schaufeln 157. Der Stoff geht durch den Auflaufkasten
auf dem durch Pfeile angedeuteten kreisförmigen Wege hindurch, der durch Stromregelablenkplatten
197 und i99 begrenzt ist, und die an diesen Platten liegenden Kopfabschnitte sind
mit gekrümmten Einsätzen toi ausgerüstet, um die Bildung von toten Räumen zu verhindern.
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In der vorstehenden Beschreibung sind verschiedene Mittel offenbart
worden, um die Regelung oder Überwachung von fließenden Strömen von Flüssigkeiten
oder Gasen durchzuführen. Grundsätzlich verwenden diese Mittel Stromregelschaufeln
verschiedener
Art oder Wellen, die in besonderer Anordnung und an besonderen Stellen angeordnet
sind. Die Erfindung ist, wie bereits hervorgehoben wurde, in besonderem und bedeutungsvollem
Maße verwendbar zur Regelung von fließenden Strömen von Flüssigkeiten, die eine
Suspension von Fasern oder anderen Stoffen enthalten, beispielsweise bei Stromausbreitern,
wie sie in Papiermaschinen benutzt werden, und eine Anzahl von Ausführungsformen
der Erfindung, die sich besonders für diese Zwecke eignen., sind veranschaulicht
worden. Der Umfang des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens geht aber weiter
und ermöglicht die Überwachung von fließenden Strömen von verschiedener Art und
insbesondere von solchen, die in geschlossenen Leitungen fließen. In diesem Zusammenhang
ist es wichtig, zu bemerken, daß die Stromregelmittel der Erfindung eine hinreichend
wirksame Regelung des fließenden Stromes derart bewirken, daß ein gleichmäßiger
und stetiger Stromfluß über den gesamten Strom sichergestellt wird. In konstruktiver
Hinsicht ist die Erfindung von verhältnismäßig großer Einfachheit, und die erfindungsgemäß
hergestellten Vorrichtungen können mit verhältnismäßig geringen Kosten in :Maschinen
eingebaut werden, in denen sie benutzt werden sollen.
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Durch die Stromregelmittel gemäß der Erfindung wird die gewünschte
Stromregelung durchgeführt, ohne daß ein wesentlicher Druckabfall oder Niveauverlust
in der damit ausgerüsteten Anlage eintritt. Die Stromregelvorrichtung gemäß der
Erfindung arbeitet auf diese Weise mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Außerdem ist
bei den erfindungsgemäß ausgerüsteten Maschinen die Neigung für den Eintritt einer
Verschlammung oder Verstopfung während des Betriebes gering, sogar wenn faserige
Suspensionen von verhältnismäßig hoher Konzentration in dem zu regelnden Stromfluß
eingeschlossen sind. Ferner ist es mit Rücksicht auf einen störungsfreien Betrieb
von großer Bedeutung, daß die Stromregelungsvorrichtung gemäß der Erfindung leicht
und bequem aus dem damit verbundenen Apparat zum Zweck der Reinigung oder Bedienung
herausgenommen werden kann.
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Andere wichtige Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Stromregelschaufeln
gemäß der Erfindung ohne weiteres einstellbar sind, wodurch sich jeder Regelsatz
oder jede Regeleinheit zur Verbindung mit irgendeiner von mehreren damit verbundenen
Ausrüstungen oder für den Betrieb unter wechselnden Arbeitsbedingungen eignet. Die
Fähigkeit der Stromregelvorrichtung der Erfindung, fließende Ströme mit sehr weiten
Ausschlagswinkeln zu regeln, stellt gleichfalls ein wichtiges Merkmal der Erfindung
dar, weil damit durch die Verkleinerung der Größe der Ausrüstung Gebäude usw. wirtschaftliche
Vorteile verbunden sind.