EP0471194B1 - Verfahren zur Regelung der Strömung in einem Stoffauflauf - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Strömung in einem Stoffauflauf Download PDFInfo
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- EP0471194B1 EP0471194B1 EP91111826A EP91111826A EP0471194B1 EP 0471194 B1 EP0471194 B1 EP 0471194B1 EP 91111826 A EP91111826 A EP 91111826A EP 91111826 A EP91111826 A EP 91111826A EP 0471194 B1 EP0471194 B1 EP 0471194B1
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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
- D21F1/026—Details of the turbulence section
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- D21F1/06—Regulating pulp flow
Definitions
- the invention relates to a headbox for a paper machine according to the preamble of claim 1.
- Headboxes of this type are used to produce a wide, thin suspension jet in a paper machine, which strikes at least one sieve moving in the direction of the jet flow, where it produces an essentially uniform suspension layer, which is subsequently drained very strongly.
- the physical quantities that are to be kept constant are e.g. the basis weight of the paper or cardboard web being formed, the fiber composition, the proportion of non-fibrous material, to name only these.
- care must also be taken to ensure that the orientation of the fibers, i.e. their position in the forming nonwoven meets certain requirements, in particular stochastic uniformity across the entire width of the web.
- German patent DE-PS 35 14 554 known It is proposed there to set the flow direction at the various points in the nozzle space in the desired manner with the aid of an effective but complex combination of different measures.
- Another proposal is to supply fiber suspension through openings on the side of the nozzle space limits.
- Such fiber suspension could be drawn off, for example, from the distributor, which is located in the flow direction in front of the turbulence generator, wherein there is normally an overpressure of the stream of material coming from the distributor compared to that present in the nozzle space.
- this method is also very difficult to handle, since with such a procedure there is only a small pressure difference and only small material flows, which can lead to blockages in these lines and to a control problem which is difficult to solve.
- the measures allow, in particular, to operate with excess flow in the edge region, that is to say that at the openings for the removal of the substance suspension from the edge region of the nozzle space, sufficient substance and sufficient pressure difference are available in order to be able to achieve good control behavior in this way. Particular attention must be paid to the fact that a reliable quantity control of liquid containing fiber is guaranteed. A sufficiently large volume flow that needs to be regulated comes very well against this goal.
- FIG. 1 shows a headbox according to the invention with a feed line 1 for the stock suspension, a distribution device 2 for distributing the suspension over the entire width; it is followed by a turbulence generator 8, here with step diffusers 11, 11 ', from which the suspension can enter the nozzle chamber 3. Since the quantity of substance introduced into the distribution device 2 is often chosen to be larger than required, an overflow line 9 is provided which allows a quantity of substance to flow off.
- the amount of material that can be used for sheet formation emerges from the nozzle space 3 through the outlet gap 4 as a wide jet and strikes at least one paper machine screen 10 which moves approximately parallel to the jet (arrows in FIG. 1).
- the nozzle chamber 3 On the two side walls 12 of the nozzle chamber 3 there are extraction openings 6, from which a precisely determined amount of substance is removed and e.g. is guided to the white water vessel so that it cannot get into the wide jet or onto the paper machine screen 10.
- a plurality of discharge openings on the sides is also conceivable.
- the step diffusers 11 'at the edge of the turbulence generator at least partially have a larger flow cross section in the individual chambers than in each case further inside 11.
- Fig. 2 shows, also schematically, the speed ratios across the width seen.
- the speed profile 5 has a straight course in the central area, and the speeds increase towards the edges. This increase is chosen so that it not only compensates for the losses due to wall friction which cause a drop in speed, but that the speed is nevertheless higher than in the middle range.
- the speed profile 7 shows directly behind (seen in the direction of flow) the outlet gap 4. This measure enables the speed profile to be regulated very effectively and a sheet with the ideal, desired fiber orientation can be formed.
- Fig. 3 the subject of the invention is shown from the side, two possible designs of the discharge openings 6 can be seen, namely with a round or gap-shaped cross section. The associated lines are not shown.
- FIG. 4 shows a part of a stage diffuser turbulence generator in the direction of view against the flow, which has different flow cross-sections (hole diameters) in some areas, which leads to locally different pressure loss in the liquid flowing through. If - as shown - the inlet diameter is larger, in addition to the low pressure loss due to the larger flow cross section, there is also a smaller loss because of the smaller step change at the transition between the inlet duct and the following duct. 4a shows the view from above.
- the fiber orientation can be measured at several points across the web and the control signal for the quantities flowing through the exhaust lines (6) at the edge of the nozzle space (FIG. 1) can be formed therefrom.
- the fiber orientation can be measured, for example, using optical methods, since the quality of the fiber orientation can be seen very well in the view. The evaluation of such an optical signal in comparison to the measurements at other points on the web or to the target values can then trigger a control process.
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- Dental Preparations (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Derartige Stoffaufläufe werden verwendet, um bei einer Papiermaschine einen breiten dünnen Suspensionsstrahl zu erzeugen, der auf mindestens ein in Strahlflußrichtung bewegtes Sieb auftrifft, dort eine im wesentlichen gleichmäßige Suspensionsschicht erzeugt, die im folgenden sehr stark entwässert wird. Bei modernen Papiermaschinen wird normalerweise ein beträchtlicher Aufwand getrieben, um eine gleichmäßige Verteilung der Faserschicht auf dem Sieb zu erzielen. Die physikalischen Größen, deren Konstanthaltung angestrebt wird, sind z.B. das Flächengewicht der sich bildenden Papier- oder Kartonbahn, die Faserzusammensetzung, der Anteil an Nicht-Faserstoff, um nur diese zu nennen. In vielen Fällen muß aber zusätzlich darauf geachtet werden, daß die Orientierung der Fasern, d.h. ihre Lage im sich bildenden Faservlies bestimmte Anforderungen erfüllt, insbesondere stochastische Gleichmäßigkeit über die gesamte Breite der Bahn.
- Gerade was die Gleichmäßigkeit der Faserorientierung anbetrifft, gibt es nach dem Stand der Technik nicht immer befriedigende und oft auch sehr aufwendige Lösungen (siehe WO-A-8601844). Zu Problemen führt insbesondere die Tatsache, daß im Bereich der Wandungen des Düsenraumes unvermeidlicherweise Reibeinflüsse das Strömungsprofil der Stoffsuspension verändern können, während sich in genügender Entfernung von den Wandungen im Düsenraum diese Reibeinflüsse nicht mehr auswirken. Selbst wenn es nun gelingt, durch entsprechende Maßnahmen beispielsweise an der Düsenblende ein über die Breite gleichmäßiges Flächengewicht des später gebildeten Papiers zu erzielen, so kann dennoch infolge einer ungünstigen Faserorientierung im Randbereich ein Oualitätsverlust eintreten.
- Ein bekannter Vorschlag, um derartige Abweichungen zu verhindern, ist z.B. aus der deutschen Patentschrift DE-PS 35 14 554 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, mit Hilfe einer zwar wirksamen, aber aufwendigen Kombination verschiedener Maßnahmen die Strömungsrichtung an den verschiedenen Stellen des Düsenraumes in der gewünschten Weise einzustellen.
- Ein anderer Vorschlag geht dahin, durch seitlich an den Düsenraumbegrenzungen vorhandenen Öffnungen Faserstoffsuspension zuzuführen. Solche Faserstoffsuspension ließe sich beispielsweise aus dem Verteiler, welcher in Strömungsrichtung vor dem Turbulenzerzeuger sitzt, abziehen, wobei normalerweise ein Überdruck des aus dem Verteiler stammenden Stoffstromes gegenüber dem im Düsenraum vorhandenen gegeben ist. Jedoch ist auch dieses Verfahren sehr schwer handhabbar, da bei einem derartigen Vorgehen nur geringe Druckdifferenz und nur geringe Stoffströme vorhanden sind, was zu Verstopfungen dieser Leitungen und zu einem schwer zu lösenden Regelungsproblem führen kann.
- Es ist nun Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik dadurch zu verbessern, daß durch eine einfache Maßnahme eine gut handhabbare Regelmöglichkeit gegeben ist, um trotz an sich schädlicher Einflüsse der Grenzschichten an den Seitenwänden des Düsenraumes das Strömungsprofil am Austritt aus dem Düsenraum, also im Bereich des Düsenspaltes in der gewünschten Weise einzustellen.
- Dieses Ziel wird durch die Maßnahmen im Kennzeichen des Anspruchs 1 in voller Weise erfüllt.
- Die Maßnahmen gestatten insbesondere, im Randbereich mit Strömungsüberschuß zu fahren, also an den Öffnungen für den Abzug der Stoffsuspension aus dem Randbereich des Düsenraumes genügend Stoff und genügend Druckdifferenz zur Verfügung zu haben, um auf diese Weise ein gutes Regelverhalten erzielen zu können. Besondere Beachtung muß dabei auf den Umstand gelegt werden, daß eine zuverlässige Mengenregelung von faserstoffhaltiger Flüssigkeit gewährleistet ist. Gerade diesem Ziel kommt ein genügend großer Mengenstrom, der zu regeln ist, sehr entgegen.
- Dem Hauptanspruch folgende Unteransprüche zeigen insbesondere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
- Die Erfindung wird dargestellt in Zeichnungen, wobei zeigen
- Fig. 1
- schematische Darstellung einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
- Fig. 2
- schematische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeiten
- Fig. 3
- Seitenansicht des schematisch dargestellten Erfindungsgegenstandes
- Fig. 4 und 4a
- einen erfindungsgemäß ausgeführten Stufendiffusor-Turbulenzerzeuger in zwei Teilansichten
- Fig. 5 , 6, 7
- je einen anderen erfindungsgemäß ausgeführten Stufendiffusor-Turbulenzerzeuger.
- In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Stoffauflauf dargestellt mit einer Zuführleitung 1 für die Stoffsuspension, einer Verteileinrichtung 2 zur Verteilung der Suspension über die ganze Breite; ihr folgt ein Turbulenzerzeuger 8, hier mit Stufendiffusoren 11, 11', aus denen die Suspension in den Düsenraum 3 eintreten kann. Da die in die Verteileinrichtung 2 eingeführte Stoffmenge oft großer als benötigt gewählt wird, ist eine Überlaufleitung 9 vorgesehen, die eine Stoffmenge abfließen läßt. Die zur Blattbildung verwendbare Stoffmenge tritt aus dem Düsenraum 3 durch den Austrittsspalt 4 als Breitstrahl aus und trifft auf mindestens 1 Papiermaschinen-Sieb 10, das sich etwa parallel zum Strahl bewegt (Pfeile in Fig. 1). An den beiden Seitenwänden 12 des Düsenraumes 3 sind jeweils Abzugsöffnungen 6 vorhanden, aus denen eine genau bestimmte Stoffmenge entnommen und z.B. zum Siebwasserschiff geführt wird, so daß sie nicht in den Breitstrahl bzw. auf das Papiermaschinen-Sieb 10 gelangen kann. Wie am rechten Rand der Fig. 1 angedeutet, ist auch eine Mehrzahl von Abzugsöffnungen an den Seiten denkbar.Ferner ist erkennbar, daß in diesem Beispiel die Stufendiffusoren 11' am Rand des Turbulenzerzeugers zumindest teilweise in den einzelnen Kammern einen größeren Strömungsquerschnitt haben als jeweils weiter innen liegende 11.
- Fig. 2 zeigt, ebenfalls schematisch, die Geschwindigkeitsverhältnisse, über die Breite gesehen. So hat das Geschwindigkeitsprofil 5 im mittleren Bereich einen geraden Verlauf, und zu den Rändern hin steigen die Geschwindigkeiten jedoch an. Dieser Anstieg ist so gewählt, daß er nicht nur die Verluste durch Wandreibung, die einen Geschwindigkeitsabfall verursachen, kompensiert, sondern, daß die Geschwindigkeit dennoch höher als in dem mittleren Bereich ist. Infolge des zusätzlich abgeführten Stoffstromes durch die seitlichen Abzugsöffnungen 6 wird die Geschwindigkeit über die ganze Breite des Stoffauflaufes vergleichmäßigt, wie das Geschwindigkeitsprofil 7 unmittelbar hinter (in Strömungsrichtung gesehen) dem Austrittsspalt 4 zeigt. Durch diese Maßnahme ist das Geschwindigkeitsprofil sehr wirksam auszuregeln, und es kann ein Blatt mit idealer, gewünschter Faserorientierung gebildet werden.
- In Fig. 3 wird der Erfindungsgegenstand von der Seite gezeigt, wobei zwei mögliche Ausführungen der Abzugsöffnungen 6 erkennbar sind, und zwar mit rundem oder spaltförmigem Querschnitt. Die zugehörigen Leitungen sind nicht dargestellt.
- In Fig. 4 ist ein Teil eines Stufendiffusor-Turbulenzerzeugers in Blickrichtung gegen die Strömung gezeigt, der bereichsweise unterschiedliche Strömungsquerschnitte (Lochdurchmesser) aufweist, was zu örtlich unterschiedlichem Druckverlust bei der durchfließenden Flüssigkeit führt. Wenn - wie dargestellt - der Eintrittsdurchmesser größer ist, ergibt sich neben dem geringen Druckverlust durch größeren Strömungsquerschnitt auch ein geringerer Verlust wegen des kleineren Stufensprungs am Übergang zwischen Eintrittskanal und dem folgenden Kanal. Fig. 4a zeigt die Ansicht von oben.
- Fig. 5 zeigt den Wegfall eines Stufensprungs im äußersten Bereich bei gleichzeitig kleinerem Stufendiffusorelement.
- Es ist ohne weiteres vorstellbar, die Merkmale der Erfindung auch bei einem Mehrschicht- bzw. Mehrlagenstoffauflauf mit mehreren voneinander abgeteilten Düsenräumen zu verwenden, um dort die gestellten Aufgaben zu lösen. Dabei kann es sinnvoll sein, die Maßnahmen der Erfindung an allen Düsenräumen zu realisieren oder bei entsprechend anderen Oualitätsanforderungen nur bei einem Teil der Düsenräume.
- Es ist vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Stoffauflauf in einem Regelkreis zu verwenden, der geeignet ist, neben den an sich bekannten Stelleingriffen an den Stellgrössen des Stoffauflaufes auch die Möglichkeiten, die sich aus der Erfindung ergeben, in das Regelkonzept einzubinden. Dazu kann - wie im Anspruch 10 beschrieben - eine Messung der Faserorientierung an mehreren Stellen quer zur Bahn erfolgen und daraus das Stellsignal für die durch die Abzugsleitungen (6) fließenden Mengen am Rande des Düsenraumes (Fig. 1) gebildet werden. Die Messung der Faserorientierung kann beispielsweise mit optischen Methoden erfolgen, da sich die Qualität der Faserorientierung in der Durchsicht sehr gut erkennen läßt. Die Auswertung eines solchen optischen Signals im Vergleich zu den Messungen an anderen Stellen der Bahn bzw. zu den Sollwerten kann dann einen Regelvorgang auslösen.
- Selbstverständlich sind auch andere Meßverfahren denkbar, etwa auf Ultraschallbasis oder die Messung der Strahlgeschwindigkeit selbst an verschiedenen Stellen, welche zu einem Istgeschwindigkeitsprofil kombinierbar und mit einem Sollgeschwindigkeitsprofil vergleichbar ist. Derartige Überlegungen sind den Experten für Regeltechnik so geläufig, daß hier auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet werden kann.
Claims (12)
- Verfahren zur Regelung der Strömung in einem Stoffauflauf für eine Papiermaschine, wobei der Stoffauflauf mit einer an eine Zuführleitung (1) für eine Stoffsuspension angeschlossenen Verteileinrichtung (2), einem Turbulenzerzeuger (8) und einem Düsenraum (3) versehen ist, welcher zu einem über eine vorbestimmte Arbeitsbreite sich erstreckenden, zum Papiermaschinen-Sieb (10) weisenden Austrittsspalt (4) führt, aus dem infolge des während des Betriebes im Düsenraum herrschenden Druckes ein breiter Stoffsuspensionsstrahl austritt,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Eintritt in den Düsenraum (3) die Geschwindigkeit der Stoffsuspension in den Randbereichen höher ist als in den dazwischenliegenden Bereichen (Geschwindigkeitsprofil 5) und daß an den seitlichen Rändern des Düsenraumes (3) ein Teil der im Düsenraum - insbesondere in Randnähe - vorhandenen Suspension abgeführt wird, und zwar in der Weise, daß sich am Austritt aus dem Düsenraum, also im Randbereich des Austrittspaltes (4) ein gleichmäßiges Strömungsprofil (7) ausbildet. - Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Verteileinrichtung (2) und vor dem Düsenraum (3) ein hydraulischer mit Strömungsöffnungen versehener Turbulenzerzeuger (8) befindet, und daß zur Erzeugung der im seitlichen Düsenrandbereich schnelleren Strömung die Strömungsquerschnitte des hydraulischen Turbulenzerzeugers im Randbereich einen geringeren Druckverlust bewirken.
- Stoffauflauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der im seitlichen Düsenrandbereich schnelleren Strömung die flächenbezogene Anzahl der einzelnen Strömungsöffnungen des Turbulenzerzeugers (8) im Randbereich größer gewählt ist als im mittleren Bereich des Turbulenzerzeugers.
- Stoffauflauf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Turbulenzerzeuger (8) ein Stufendiffusor-Turbulenzerzeuger ist.
- Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Randbereich des Turbulenzerzeugers (8) liegenden Stufendiffusor-Elemente(11') einen größeren Eintrittsquerschnitt als die weiter innenliegenden (11) haben. (Fig. 4, 4a).
- Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Randbereich des Turbulenzerzeugers liegenden Stufendiffusor-Elemente (11') einen größeren Austrittsquerschnitt als die weiter innenliegenden (11) haben. (Fig. 6 oder 7).
- Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Randbereich des Turbulenzerzeugers liegenden Stufendiffusor-Elemente (11') einen kürzeren Strömungsweg als die weiter innenliegenden (11) haben. (Fig. 5).
- Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Randbereich des Turbulenzerzeugers liegenden Stufendiffusor-Elemente (11') jeweils eine geringere Stufenanzahl als die weiter innenliegenden (11) haben. (Fig. 5).
- Stoffauflauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Randbereich des Turbulenzerzeugers liegenden Stufendiffusor-Elemente (11') jeweils mindestens einen kleineren Stufensprung als die weiter innenliegenden (11) an entsprechender Stelle haben.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung mit mindestens einem Regler zur Ermittlung der am Stoffauflauf einzustellenden Stellgrößen vorhanden ist, daß an der auf dem Sieb (10) gebildeten Bahn eine Messung der Faserorientierung an mehreren über die Breite der Bahn verteilten Stellen erfolgt und daß daraus die über die Abzugsöffnungen (6) abzuführende Suspensionsmenge bestimmt wird, bei der sich die Faserorientierung in der gewünschten Form einstellt.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Messung der Faserorientierung lichtoptisch erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1 zur Strömungsführung in einem Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Regelvorrichtung mit mindestens einem Regler zur Ermittlung der am Stoffauflauf einzustellenden Stellgrößen vorhanden ist, daß eine berührungslose Messung der Strahlgeschwindigkeit an mehreren über die Breite der Bahn verteilten Stellen erfolgt und daß daraus die über die Abzugsöffnungen (6) abzuführende Suspensionsmenge bestimmt wird, bei der sich die Faserorientierung in der gewünschten Form einstellt.
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