EP0209696A1 - Stoffauflauf-Vorrichtung fuer eine Papiermaschine - Google Patents

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EP0209696A1
EP0209696A1 EP86107783A EP86107783A EP0209696A1 EP 0209696 A1 EP0209696 A1 EP 0209696A1 EP 86107783 A EP86107783 A EP 86107783A EP 86107783 A EP86107783 A EP 86107783A EP 0209696 A1 EP0209696 A1 EP 0209696A1
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outlet gap
section
suspension
guide device
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Elmer Dr. Weisshuhn
Herbert Holik
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Sulzer Escher Wyss GmbH
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Sulzer Escher Wyss GmbH
Escher Wyss GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02—Head boxes of Fourdrinier machines
    • D21F1/028—Details of the nozzle section
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02—Head boxes of Fourdrinier machines

Definitions

  • the invention relates to a headbox device for a paper machine with a distribution box and a guide device connected thereto for deflecting and guiding a fiber suspension in the machine direction and for distributing the suspension over the width of the paper machine, the guide device leading into a nozzle space which has two delimiting lips and has an outlet gap leading to the paper machine, and wherein at least one delimitation lip of the nozzle space has at least two cuts with different inclinations against the direction of flow of the suspension in the nozzle space.
  • Such headbox devices are known for example from DE-A-3 321 406 or US-A-3 738 910.
  • the guide device is designed, for example, as a perforated plate or as a step diffuser, so that the suspension deflected from the distribution box in the machine direction into the nozzle space receives a certain turbulence.
  • the lips delimiting the nozzle area are in usually designed as flat or slightly curved walls.
  • An adjustable diaphragm is often provided at the exit gap at the end of the nozzle space, which is used for cross-profile correction and for increasing turbulence.
  • the orifice is usually inclined at an angle of less than 35 ° in the direction of flow and protrudes only a short distance into the nozzle space, for example less than 5 mm, so that the ratio of the aperture protrusion to the gap width is usually less than 0.5 is.
  • the invention has for its object to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art and to provide a headbox device with which a sufficient formation quality of the paper web, a reduced sensitivity of the sheet weight distribution in the transverse direction with dimensional deviations of the gap width, a reduced sensitivity to jet speed differences with cross profile corrections, as well as an increased longitudinal / transverse strength ratio can be achieved.
  • this object is achieved in that the angle of inclination of at least one wall of the section of the nozzle space directly adjoining the guide device is between 0 ° and 30 °, and the angle of inclination of the section directly in front of the outlet gap is between 60 ° and 90 °.
  • the length of the section following the guide device is substantially greater than the length of the section located in front of the outlet gap, and is e.g. at least four times the same.
  • the suspension is then accelerated very strongly due to the greater inclination of the wall of the nozzle space, and existing or newly formed flakes are distorted or torn open. This creates a "soft" formation.
  • the longitudinal / transverse ratio of the strengths is increased because the strong acceleration means that the fibers are already oriented in the longitudinal direction at the exit gap from the headbox. Due to the relatively long Beruh Dr - distance and the large residence time between turbulators and outlet gap will continue to interference of the system mitigated or eliminated. However, the acceleration is not so strong that flow eddies arise.
  • a fiber suspension is fed to a distribution box 1 under pressure.
  • a guide device 2 connected to the distribution box deflects the suspension in the machine direction M and distributes the suspension over the width of the headbox and the paper machine.
  • the guide device 2 can consist of one or more perforated plates or a step diffuser, as described for example in CH-A-518 406 or US-A-3 725 197, or another suitable guide device.
  • the suspension From the guide device 2, the suspension enters a nozzle space 3 which is delimited on both sides by lips 4 and 5 and at the end has an outlet gap 6 from which the fibrous suspension exits onto the wet end of a paper machine, not shown.
  • At least one boundary wall of the nozzle chamber 3, for example the upper lip 4, has two different zones 7 and 8, viewed in the machine direction M , with different inclinations towards the flow direction of the suspension.
  • the first zone 7 adjoining the guide device 2 has a lower inclination ⁇ , for example between 0 ° and 30 °.
  • the zone 8 connecting the flow direction in front of the outlet gap 6, on the other hand, has a significantly greater inclination ( ⁇ against the direction of flow, for example in the range between 60 ° and 90 °.
  • the length x of the first centre 7 is greater than the length y of the following zone, preferably by a multiple thereof, and is, for example, at least 4 times the length of the zone 8.
  • the length y of the zone 8 is expediently also chosen to be greater than the gap width s.
  • the lower lip 5 of the nozzle space can also be designed in the manner described, or else both lips 4 and 5. In any case, it must be ensured that the nozzle space 3 has a first zone 7 in which the Flow can calm after exiting the guide device 2, as well as a zone 8 immediately in front of the exit gap 6, in which the flow of the suspension is greatly accelerated.
  • An adjustable diaphragm 9 designed in a known manner can additionally be provided at the outlet gap. It is expedient to choose the aperture projection b so that it can be adjusted in a range between 0.05 and 0.5 times the gap width s.
  • Figure 2 shows a modified embodiment in which not only the upper lip 4 has two zones 7 and 8 with different, i.e. with increasing wall inclination in the direction of flow, but also the lower lip 15.
  • the walls do not have to be formed like in the described by Figures 1 and 2 embodiments, even and g with a sharp bend than provided elsewhere between the two zones, but, as shown in Figure 3, at least one wall 14 , for example the upper lip, can have a continuously increasing curvature, the acceleration constantly increasing.
  • the formation of the walls in the nozzle chamber 3 creates sections 17 and 18 with different wall inclinations, that is to say in the flow direction, by means of which a calming zone 17 and an acceleration zone 18 are formed in the nozzle chamber.
  • each subsequent zone having a greater inclination to the wall than the previous one.
  • At least one of the delimitation lips 4, 5, 14, 15 can be designed to be pivotable, so that the flow can thus be optimized and the width of the outlet gap 6 can be changed and adapted to the requirements.

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Abstract

Der Dusenraum (3) einer Stoffauflauf-Vorrichtung, mit welchem eine Faserstoff-Suspension von einer Führungsvorrichtung (2) zum Austrittsspalt (6) auf eine Papiermaschine geleitet wird, besteht aus zumindest zwei Zonen (7, 8). Die auf die Führungsvorrichtung (2) folgende Zone (7) weist eine geringe Wandneigung (α) gegen die Strömungsrichtung (M) auf, während die vor dem Austrittsspalt liegende Zone (8) eine wesentlich grössere Wandneigung (ß) aufweist. In der ersten Zone (7) tritt eine verbesserte Beruhigung der Suspension nach der Umlenkung und Turbulenzerzeugung durch die Führungsvorrichtung (2) ein, und in der Endzone (8) wird die Suspension so stark beschleunigt, dass eine verbesserte Formationsqualität und Längs/Qüer-Festigkeit der gebildeten Papierbahn erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stoffauflauf-Vorrichtung für eine Papiermaschine mit einem Verteilkasten und einer daran angeschlossenen Führungsvorrichtung zur Umlenkung und Führung einer Faserstoff-Suspension in Maschinenrichtung und zur Verteilung der Suspension über die Breite der Papiermaschine, wobei die Führungsvorrichtung in einen Düsenraum führt, der zwei Begrenzungslippen und einen zur Papiermaschine führenden Austrittsspalt aufweist, und wobei wenigstens'eine Beqrenzungslippe des Düsenraumes mindestens zwei schnitte mit unterschiedlicher Neigung gegen die Strömungsrichtung der Suspension im Düsenraum aufweist.
  • Solche Stoffauflauf-Vorrichtungen sind beispielsweise aus DE-A-3 321 406 oder US-A-3 738 910 bekannt. Bei diesen ist die Führungsvorrichtung beispielsweise als Lochplatte oder als Stufendiffusor ausgebildet, so dass die aus dem Verteilkasten in Maschinenrichtung in den Düsenraum umgelenkte Suspension eine gewisse Turbulenz erhält. Die den Düsenraum begrenzenden Lippen sind in der Regel als ebene oder leicht gekrümmte Wände ausgebildet. Häufig ist dabei am Ende des Düsenraums am Austrittsspalt eine verstellbare Blende vorgesehen, die zur Querprofilkorrektur sowie zur Turbulenzerhöhung genützt wird. Dabei ist die Blende gegen die Vertikale meist unter einem Winkel von weniger als 35° in Strömungsrichtung geneigt und ragt nur eine geringe Strecke in den Düsenraum hinein, beispielsweise weniger als 5 mm, so dass das Verhältnis von Blendenvorsprung zur Spaltweite üblicherweise weniger als 0,5 beträgt.
  • Nachteilig ist bei bekannten Stoffaufläufen die häufig nicht ausreichende Formationsqualität der gebildeten Papierbahn, eine zu grosse Empfindlichkeit der Blattgewichtsverteilung in Querrichtung bei Massabweichungen bzw. lokalen Spaltweitenänderungen, eine zu grosse Empfindlichkeit hinsichtlich Strahlgeschwindigkeitsunterschieden bei Querprofilkorrekturen sowie das Nicht-Erreichen von in manchen Fällen gewünschten hohen Längs/Quer-Werten der Festigkeiten. †
  • Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Stoffauflauf-Vorrichtung zu schaffen, mit der eine ausreichende Formationsqualität der Papierbahn, eine verminderte Empfindlichkeit der Blattgewichtsverteilung in Querrichtung bei Massabweichungen der Spaltweite, eine verminderte Empfindlichkeit hinsichtlich Strahlgeschwindigkeitsunterschieden bei Querprofilkorrekturen, sowie ein erhöhtes Längs/Quer-Festigkeitsverhältnis erreichbar ist. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Neigungswinkel wenigstens einer Wand des direkt an die Führungsvorrichtung anschliessenden Abschnittes des Düsenraumes zwischen 0° und 30°, und der Neigungswinkel des direkt vor dem Austrittsspalt liegenden Abschnittes zwischen 60° und 90° liegt.
  • Mit besonderem Vorteil ist die Länge des auf die Führungsvorrichtung folgenden Abschnittes wesentlich grösser als die Länge des vor dem Austrittsspalt liegenden Abschnittes, und beträgt z.B. mindestens das Vierfache derselben.
  • Auf die genannte Weise wird erreicht, dass in der ersten Zone mit geringerer Wandneigung eine ausreichende Beruhigung der Suspension nach der Umlenkung und Turbulenzerzeugung zum Dispergieren der Faserflocken eintritt. In der folgenden Zone, kurz vor dem Austrittsspalt, wird dann die Suspension infolge der grösseren Neigung der Wand des Düsenraumes sehr'stark beschleunigt, und damit werden vorhandene bzw. neu gebildete Flocken verzerrt bzw. aufgerissen. Dadurch entsteht eine "weiche" Formation. Ausserdem wird das Längs/Quer-Verhältnis der Festigkeiten erhöht, da durch die starke Beschleunigung die Fasern bereits am Austrittsspalt aus dem Stoffauflauf in Längsrichtung vororientiert werden. Durch die relativ lange Beruhigungs- strecke und die vergrösserte Verweilzeit zwischen Turbulenzerzeuger und Auslaufspalt werden weiterhin Störeinflüsse des Systems gemildert bzw. eliminiert. Jedoch ist die Beschleunigung nicht so stark gewählt, dass Strömungswirbel entstehen.
  • Die Erfindung wird anhand des in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiels von Stoffauflauf-Vorrichtungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine erste Stoffauflauf-Vorrichtung im Schnitt,
    • Figur 2 eine zweite Stoffauflauf-Vorrichtung im Schnitt, und
    • Figur 3 eine dritte Stoffauflauf-Vorrichtung im Schnitt.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Stoffauflauf-Vorrichtung wird eine Faserstoff-Suspension einem Verteilkasten 1 unter Druck zugeführt. Eine an den Verteilkasten angeschlossene Führungsvorrichtung 2 lenkt die Suspension in Maschinenrichtung M um und verteilt die Suspension über die Breite des Stoffauflaufes und der Papiermaschine. Die Führungsvorrichtung'2 kann dabei aus einer oder mehreren Lochplatten bestehen oder aus einem Stufendiffusor, wie er beispielsweise in CH-A-518 406 oder US-A-3 725 197 beschrieben ist, oder aus einer anderen geeigneten Führungsvorrichtung.
  • Aus der Führungsvorrichtung 2 tritt die Suspension in einen Düsenraum 3 ein, welcher an beiden Seiten durch Lippen 4 und 5 begrenzt ist und am Ende einen Austrittsspalt 6 aufweist, aus dem die Faserstoffsuspension auf die Nasspartie einer nicht dargestellten Papiermaschine austritt.
  • Wenigstens eine Begrenzungswand des Düsenraumes 3, beispielsweise die Oberlippe 4, weist in Maschinenrichtung M gesehen zwei verschiedene Zonen 7 und 8 mit unterschiedlicher Neigung gegen die Strömungsrichtung der Suspension auf. Die erste an die Führungsvorrichtung 2 anschliessende Zone 7 besitzt eine geringere Neigung α, beispielsweise zwischen 0° und 30°. Die ir. Strömungsrichturg anschliessende Zone 8 vor demAustrittsspalt 6 besitzt dagegen eine wesentlich grössere Neigung (β gegen die Strömungsrichtung, beispielsweise ir Bereich zwischen 60° und 90°. Die Länge x der ersten Zent 7 ist dabei grösser als die Länge y der folgenden Zone, vorzugsweise um ein Vielfaches derselben, und beträgt z.B. mindestens das 4-fache derselben. Zweckmässigerweise ist die Länge y der Zone 8 auch grösser gewählt als die Spaltweite s.
  • Statt der Oberlippe 4 des Düsenraumes kann auch die Unterlippe 5 des Düsenraumes in der beschriebenen Weise ausgebildet sein, oder aber auch beide Lippen 4 und 5. In jeden Fall muss gewährleistet sein, dass der Düsenraum 3 eine erste Zone 7 aufweist, in der sich die Strömung nach dem Austritt aus der Führungsvorrichtung 2 beruhigen kann, sowie eine Zone 8 unmittelbar vor dem Austrittsspalt 6, in welcher die Strömung der Suspension stark beschleunigt wird.
  • Am Austrittsspalt kann zusätzlich eine in bekannter Weise ausgebildete, verstellbare Blende 9 vorgesehen sein. Zweckmässig ist es dabei, den Blendenvorsprung b so zu wählen, dass er in einem Bereich zwischen dem 0,05- und 0,5-fachen der Spaltweite s verstellt werden kann.
  • Figur 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem nicht nur die Oberlippe 4 zwei Zonen 7 und 8 mit verschiedener, d.h. mit in Strömungsrichtung zunehmender Wandneigung aufweist, sondern ebenfalls die Unterlippe 15.
  • Es sei bemerkt, dass die Wände nicht wie in den durch die Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen eben ausgebildet und mit einem scharfen Knick als Uebergang zwischen den beiden Zonen versehen sein müssen, sondern, wie in Figur 3 gezeigt, wenigstens eine Wand 14, z.B. die Oberlippe, eine stetig zunehmende Krümmung aufweisen kann, wobei die Beschleunigung ständig zunimmt. Auch hier werden durch die Ausbildung der Wände im Düsenraum 3 Abschnitte 17 und 18 mit unterschiedlicher, d.h. in Strömungsrichtung zunehmender Wandneigung geschaffen, durch welche im Düsenraum eine Beruhigungszone 17 und eine Beschleunigungszone 18 gebildet werden.
  • Im übrigen können auch mehr als zwei Zonen.vorgesehen sein, wobei jede folgende Zone eine grössere Wandneigung aufweist als die vorhergehende.
  • Wenigstens eine der Begrenzungslippen 4, 5, 14, 15 kann schwenkbar ausgebildet sein, so dass damit die Strömung optimiert und die Weite des Austrittsspaltes 6 geändert und an die gestellten Anforderungen angepasst werden kann. Es ist aber auch möglich, nur den letzten Abschnitt 8 einer Begrenzungslippe schwenkbar oder verschiebbar auszubilden, oder eine lokale Verstellbarkeit des Austrittsspaltes 6 über die Arbeitsbreite der Stoffauflaufvorrichtung vorzusehen.

Claims (8)

1. Stoffauflaufvorrichtung für eine Papiermaschine mit einem Verteilkasten (1) und einer daran angeschlossenen Führungsvorrichtung (2) zur Führung einer Faserstoff-Suspension in Maschinenrichtung (M) und zur Verteilung der Suspension über die Breite der Papiermaschine, wobei die Führungsvorrichtung (2) in einen Düsenraum (3) mündet, der zwei Begrenzungslippen (4, 5, 14, 15) und einen zur Papiermaschine führenden Austrittsspalt (6) aufweist, und wobei wenigstens eine Begrenzungslippe (4, 5, 14, 15) des Düsenraumes (3) mindestens zwei Absohnitke (7, 8, 17, 18) mit unterschiedlicher Neigung (α.β) gegen die Strömungsrichtung (M) der Suspension im Düsenraum aufweist, daaurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel ( α) wenigstens einer Wand (4) des direkt an die Führungsvorrichtung (2) anschliessenden Abschnittes (7) des Düsenraumes zwischen 0° und 30° und der Neigungswinkel ( (β) wenigstens einer Wand (4) des direkt vor dem Austrittsspalt (6) liegenden Abschnittes (8) des Düsenraumes (3) zwischen 60° und 90° liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (x) des auf die fubrungsvorrichtung (2) folgenden Abschnittes (7) grösser ist als die Länge (y) des vor dem Austrittsspalt (6) liegenden Abschnittes (8) des büsenraumes (3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (x) ein Vielfaches der Iange (y) beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (x) mindestens das Vierfache der Länge (y) beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (y) des vor dem Austrittsspalt (6) liegenden Abschnittes (8) des Düsenraumes (3) grösser ist als die Weite (s) des Austrittsspaltes (6).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch aekennzeichnet, dass am Austrittsspalt (6) eine Blende (9) vorgesehen ist, welche so beweglich ist, dass der Blendenvorsprung in einem Bereich zwischen dem 0,05- und 0,5-fachen der Spaltweite (s) verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung wenigstens einer Wand (14) gegen die Strömungsrichtung (M) im Düsenraum (3) stetig zunimmt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt (7, 8) wenigstens einer Negrenzungslippe (4) schwenkbar oder verschiebbar ausgebildet ist.
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