EP0633416B1 - Vorrichtung und Verfahren zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden Suspensionsströmung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden Suspensionsströmung Download PDFInfo
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- EP0633416B1 EP0633416B1 EP94109147A EP94109147A EP0633416B1 EP 0633416 B1 EP0633416 B1 EP 0633416B1 EP 94109147 A EP94109147 A EP 94109147A EP 94109147 A EP94109147 A EP 94109147A EP 0633416 B1 EP0633416 B1 EP 0633416B1
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- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/02—Influencing flow of fluids in pipes or conduits
Definitions
- the invention relates to a valve or throttle device according to the preamble of claim 1 and a method for reducing the tendency to blockage of a valve or a throttle device according to the preamble of claim 4.
- Valves in a wide variety of designs are state of the art for throttling fluid flows.
- Significant disadvantages of these valves, e.g. Ball valves, flap valves, needle valves and the like is that they produce relatively narrow cross sections to set a desired flow rate. It is known with such valves that cross-sections of this size tend to clog undesirably when flowing through stock suspension and produce fiber wipes - local fiber accumulations - and deposits when operated in paper machines.
- the invention is based on the object of describing a valve or at least one throttle device in which the formation of fibers or the risk of clogging is avoided by suitable design.
- the inventors have recognized that the tendency for clogging in a valve, in particular in the case of a valve type which corresponds to a needle valve, can be decisively reduced if a rotation component is added to the flow in the region of the narrowest point of the valve.
- the rotation component dissolves any turbulence that may be present, and the resulting fiber wiping or fiber accumulation, which can then lead to blockages.
- FIG. 1 shows a throttle device 1 according to the invention in cross section.
- the throttle device consists of an essentially rotationally symmetrical cylindrical cavity with a constriction 3.
- a fluid flow perpendicular to the axis of the cylindrical cavity is fed to the cavity via an eccentrically arranged radius-parallel feed 4.
- the fluid flow S thus enters the cavity tangentially and is thereby deflected to the axial direction of the cavity. In this way, the flow S receives a spiral course within the cylindrical cavity.
- a plunger 2 is axially mounted in this cavity, which in the present case is provided with an extension on the lower side, that is to say the side facing the throttling.
- the plunger 2 is slidably provided in the axial direction, so that by axially moving this plunger a cross-sectional constriction similar to one Needle valve is effected.
- the tangentially introduced flow causes sufficient flushing around the constriction, so that at this point no blockages can occur due to solids carried in the flow. This is particularly advantageous in the case of stock suspension flows in paper machines, in which such blockages, that is to say fiber wiping, can have very unfavorable effects on the quality of the paper produced.
- FIG. 2 shows the section A-A through the throttle device from FIG. 1.
- the above-described tangential feed of the flow S into the cylindrical interior of the throttle device is clearly shown.
- the invention is of course not limited to a purely tangential supply of the flow into the throttling space of a throttling device.
- FIG. 3 shows the application of the valve shown in FIGS. 1 and 2 using the example of the regulated supply of dilution water into the main flow of the stock suspension in a headbox.
- Two cross distributors Q1 and Q2 are shown, the stock suspension being fed from the cross distributor Q1 in a slightly increased concentration via a main line H to the headbox STA.
- a supply of dilution water into the main stream H is shown on the main line H at an angle unequal to 90 °.
- the feed consists essentially of the throttle element 1 itself, the throttle element having the same design as the element shown in FIG. 1 and with its feed line being connected directly to the second cross distributor Q2, which carries the dilution water.
- the correct choice of the angle between the main flow H and the secondary flow N supplied by the throttle device ensures that the sum of the suspension quantity led to the headbox remains constant irrespective of the flow quantity of the secondary flow N supplied.
- the design of the throttling device 1 avoids any fiber wiping in the throttling device, so that there is no fear of quality losses in the paper produced.
- the throttle device 1 is operated in such a way that an average amount of stock suspension is passed through the throttle device 1 at the normal operating point, as a result of which no settling processes of solids in the throttle device are possible.
- the regulation of the consistency that is to say the concentration of the total suspension from the streams N and H, then takes place around this middle operating point, the sum of the total stream remaining constant and a very carefully metered control of the concentration being achieved by the design of the throttle device 1.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Ventil- bzw. Drosselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Reduktion der Verstopfungsneigung eines Ventils bzw. einer Drosselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Zur Drosselung von fluiden Strömen sind Ventile in vielfältigster Bauart Stand der Technik. Wesentliche Nachteile dieser Ventile wie z.B. Kugelventile, Klappenventile, Nadelventile und ähnlichen ist, daß sie zur Einstellung eines gewünschten Strömungsdurchsatzes relativ enge Querschnitte erzeugen. Es ist bei solchen Ventilen bekannt, daß Querschnitte dieser Größe beim Durchströmen mit Stoffsuspension in ungewünschter Weise zum Verstopfen neigen und beim Betrieb in Papiermaschinen Faserwische - lokale Faseranhäufungen - und Ablagerungen erzeugen. Entweder kommt es dabei zu Verstopfungen des Ventils oder es werden Faserwische oder Ablagerungen durch das Fehlen des Einflusses von Scherkräften vor Beginn des Blattbildungsprozesses nicht wieder aufgelöst, wodurch im günstigsten Fall Formationsströmungen in der Papierbahn entstehen. Jedoch die Erfahrung zeigt, daß Inhomogenitäten dieser Art im Blatt häufig Ausgangspunkt von Abrissen der gesamten Papierbahn darstellen und damit zu entscheidenden Betriebsstörungen einer Papiermaschine führen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Ventil bzw. zumindest ein Drosselvorrichtung zu beschreiben, bei dem durch geeignete konstruktive Ausstattung die Faserwischbildung bzw. die Verstopfungsgefahr vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, bzw. durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 4 gelöst.
- Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfinder haben erkannt, daß sich die Verstopfungsneigung in einem Ventil, insbesondere bei einer Ventilbauart, die einem Nadelventil entspricht, entscheidend reduzieren läßt, wenn man der Strömung im Bereich der engsten Stelle des Ventiles eine Rotationskomponente zufügt. Die Rotationskomponente bewirkt eine Auflösung von eventuell vorhandenen Turbulenzen, und den dabei entstehenden Faserwischen bzw. Faseranhäufungen die dann zu Verstopfungen führen können.
- Die Erfindung ist anhand der Figuren näher beschrieben. Darin ist im übrigen folgendes gezeigt:
- Figur 1:
- Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil.
- Figur 2:
- Schnitt A-A des erfindungsgemäßen Ventils aus Figur 1.
- Figur 3:
- Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils in der Stoffsuspensionszuführung eines Stoffauflaufes.
- Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Drosselvorrichtung 1 im Querschnitt. In der gezeigten schematischen Darstellung besteht die Drosselvorrichtung aus einem im wesentlichen rotationssymmetrischen zylinderförmigen Hohlraum mit einer Einschnürung 3. Dem Hohlraum wird über eine exzentrisch angeordnete radiusparallele Zuführung 4 eine fluide Strömung senkrecht zur Achse des zylinderförmigen Hohlraumes zugeführt. Die fluide Strömung S tritt somit tangential in den Hohlraum ein und erfährt dabei eine Ablenkung zur Achsenrichtung des Hohlraumes. Auf diese Weise erhält die Strömung S einen spiralförmigen Verlauf innerhalb des zylinderförmigen Hohlraums. In diesem Hohlraum ist axial ein Stößel 2 angebracht, der im vorliegenden Fall an der unteren Seite, also der der Drosselung zugewandten Seite mit einer Erweiterung versehen ist. Der Stößel 2 ist in Achsrichtung verschiebbar vorgesehen, so daß durch ein axiales Verschieben dieses Stößels eine Querschnittsverengung ähnlich eines Nadelventils bewirkt wird. Im Gegensatz zu einem normalen Nadelventil bewirkt jedoch die tangential eingeführte Strömung eine ausreichende Umspülung der Engstelle, so daß an dieser Stelle keine Verstopfungen durch in der Strömung mitgeführte Feststoffe entstehen können. Dies ist besonders vorteilhaft bei Stoffsuspensionsströmen in Papiermaschinen, bei der derartige Verstopfungen, also Faserwischbildungen, sehr ungünstige Auswirkungen auf die Qualität des produzierten Papiers haben können.
- Figur 2 zeigt den Schnitt A-A durch die Drosselvorrichtung aus Figur 1. In der gezeigten Draufsicht ist die oben beschriebene tangentiale Zuführung der Strömung S in den zylinderförmigen Innenraum der Drosselvorrichtung deutlich dargestellt.
- Die Erfindung beschränkt sich naturgemäß nicht auf eine rein tangentiale Zuführung der Strömung in den Drosselraum einer Drosselvorrichtung. Es besteht auch die Möglichkeit, z.B. durch geeignete Kugelelemente die Richtung der zugeführten Strömung im gesamten Raumwinkel zu ändern, so daß einerseits ein Winkel ungleich 90° zur Hauptachse der Drosselvorrichtung eingenommen werden kann und gleichzeitig auch die Exzentrizität der Stoffströmung in Relation zur Achse der zylinderförmigen Drosselvorrichtung beeinflußt werden kann. Auf diese Weise ist eine einfache Beeinflussung des Steigungswinkels der rotierenden Strömungsspirale in der Drosselvorrichtung möglich, wodurch einerseits der Reinigungseffekt in gewünschtem Maße beeinflußt werden kann und andererseits auch eine zusätzliche Erhöhung oder Reduktion der Drosselung möglich ist, ohne daß die Durchtrittsfläche F mit Hilfe des Stößels 2 verändert werden muß.
- Figur 3 zeigt die Anwendung des in Figur 1 und 2 gezeigten Ventiles am Beispiel der geregelten Zuführung von Verdünnungswasser in die Hauptströmung der Stoffsuspension in einen Stoffauflauf. Es sind zwei Querverteiler Q1 und Q2 dargestellt, wobei vom Querverteiler Q1 die Stoffsuspension in leicht erhöhter Konzentration über eine Hauptleitung H dem Stoffauflauf STA zugeführt wird. An der Hauptleitung H ist in einem Winkel ungleich 90° eine Zuführung von Verdünnungswasser in den Hauptstrom H gezeigt. Die Zuführung besteht im wesentlichen aus dem Drosselelement 1 selbst, wobei das Drosselelement die gleiche Ausführung wie das in der Figur 1 dargestellte Element besitzt und mit seiner Zuleitung direkt an den zweiten Querverteiler Q2, welcher das Verdünnungswasser führt, angeschlossen ist. Durch die richtige Wahl des Winkels zwischen der Hauptströmung H und der durch die Drosselvorrichtung zugeführten Nebenströmung N wird erreicht, daß unabhängig von der zugeführten Strömungsmenge des Nebenstromes N die Summe der zum Stoffauflauf geführten Suspensionsmenge konstant bleibt. Durch die Ausgestaltung der Drosselvorrichtung 1 wird jegliche Faserwischbildung in der Drosselvorrichtung vermieden, so daß keine Qualitätseinbußen beim hergestellten Papier zu befürchten sind. Die Drosselvorrichtung 1 wird dabei so betrieben, daß im normalen Betriebspunkt eine mittlere Menge Stoffsuspension durch die Drosselvorrichtung 1 geführt wird, wodurch keine Absetzvorgänge von Feststoffen in der Drosselvorrichtung möglich sind. Die Regelung der Stoffdichte, also der Konzentration der Gesamtsuspension aus den Strömen N und H, erfolgt dann um diesen mittleren Betriebspunkt, wobei die Summe des Gesamtstromes konstant bleibt und eine sehr feinfühlig dosierte Regelung der Konzentration durch die Bauart der Drosselvorrichtung 1 erreicht ist.
Claims (4)
- Ventil- bzw. Drosselvorrichtung (1) in einer Leitung zum Zuführen einer Stoffsuspension zum Stoffauflauf einer Papiermaschine mit folgenden Merkmalen:1.1 es ist ein im wesentlichen rotationssymmetrischer, flüssigkeitsdurchströmter Hohlkörper vorgesehen;1.2 der Hohlkörper weist eine veränderbare, im wesentlichen rotationssymmetrische Durchtrittsfläche auf;1.3 es ist eine Hauptströmungsrichtung im Hohlkörper vorgesehen, die im wesentlichen axial mit der Längsachse des Hohlkörpers verläuft;gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:1.4 es ist eine Flüssigkeitszuführung zur Durchtrittsfläche derart vorgesehen, daß der Flüssigkeit bezogen auf die Hauptströmrichtung eine Rotationskomponente um die Hauptströmrichtung zugefügt ist.
- Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung zur Ventilvorrichtung tangential in einen zylindrisch ausgebildeten Raum vorgesehen ist.
- Vorrichtung gemäß einem der Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fluidbenetzten Oberflächen des Ventils zumindest teilweise mit einer Struktur versehen sind, die eine Rotation der Flüssigkeit hervorruft.
- Verfahren zur Reduktion der Verstopfungsneigung eines Ventils bzw. einer Drosselvorrichtung mit rotationssymmetrisch ausgebildetem Drosselquerschnitt, in einer Leitung zum Zuführen einer Stoffsuspension zum Stoffauflauf einer Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit im Bereich des Drosselquerschnittes eine Rotationskomponente bezüglich der Hauptströmrichtung zugefügt wird.
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