EP0766031B1 - Vorrichtung und Verfahren zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden Suspensionsströmung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden Suspensionsströmung Download PDF

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EP0766031B1
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valve
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liquid
restrictor
hollow body
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Ulrich Begemann
Helmut Heinzmann
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JM Voith GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • 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 reduction the tendency of a valve or throttle device to clog with a constriction provided in a line to Feeding one Stock suspension for the headbox of a paper machine according to the preamble of claim 5.
  • valves are available for throttling fluid flows of the technique.
  • Significant disadvantages of these valves e.g. Ball valves, Flap valves, needle valves and the like is that they are used to adjust a generate relatively narrow cross sections of the desired flow rate. It is known in such valves that cross-sections of this size when Flow through with material suspension in an undesirable way to clog tend and when operating in paper machines fiber wiping -local Create fiber clusters - and deposits. It either happens to blockages of the valve or there will be fiber wiping or Deposits due to the lack of influence of shear forces before the start the sheet formation process is not resolved, which is the cheapest Fall formation currents arise in the paper web.
  • the Experience shows that inhomogeneities of this type are common in the leaf Represent the starting point of tears of the entire paper web and thus lead to decisive malfunctions in a paper machine.
  • a valve with a rotating liquid supply is known from US-A-3 998 244, however in the field of irrigation systems.
  • the invention has for its object a valve or To describe throttle device, in which by suitable constructive Equipment to avoid fiber wiping or the risk of clogging becomes.
  • the inventors have recognized that the tendency for clogging occurs in a valve, especially with a valve type that corresponds to a needle valve, can be significantly reduced if the flow in the range of adds a rotational component to the narrowest part of the valve.
  • the Rotational component causes a resolution of any existing Turbulence, and the resulting fiber wiping or Fiber accumulations that can lead to constipation.
  • 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 a constriction 3.
  • the cavity is arranged via an eccentric radius-parallel feed 4 a fluid flow perpendicular to the axis of the cylindrical cavity supplied.
  • the fluid flow S thus occurs tangentially into the cavity and is thereby deflected towards Axis direction of the cavity. In this way the flow receives S a spiral course within the cylindrical cavity.
  • a plunger 2 is axially attached to this cavity, which in the present case on the lower side, i.e. the side facing the throttling with one Extension is provided.
  • the plunger 2 can be moved in the axial direction provided so that by axially moving this plunger Cross-sectional narrowing similar to a needle valve is effected. In contrast to a normal needle valve, however, causes the tangentially inserted Flow around the bottleneck sufficiently so that at this Avoid blockages from solids carried in the flow can arise. This is particularly advantageous for stock suspension flows in paper machines in which such blockages, ie Fiber wiping, very unfavorable effects on the quality of the produced paper.
  • FIG. 2 shows the section A-A through the throttle device of Figure 1.
  • the plan view shown is the tangential feed described above Flow S in the cylindrical interior of the throttle device clearly shown.
  • the invention is naturally not limited to a purely tangential one Feeding the flow into the throttle chamber of a throttle device. It there is also the possibility, e.g. through suitable spherical elements Change direction of the supplied flow in the entire solid angle, so that on the one hand an angle not equal to 90 ° to the main axis of the throttle device can be taken and at the same time the eccentricity of the Material flow in relation to the axis of the cylindrical throttle device can be influenced.
  • This is a simple way of influencing the Slope of the rotating flow spiral in the throttle device possible, whereby on the one hand the cleaning effect to the desired extent can be influenced and on the other hand an additional increase or reduction of the throttling is possible without the passage area F must be changed using the plunger 2.
  • FIG 3 shows the application of the valve shown in Figures 1 and 2 on Example of the regulated supply of dilution water in the Main flow of stock suspension into a headbox.
  • On the main line H is in one An angle other than 90 ° leads to a supply of dilution water in the Main stream H shown.
  • the feed consists essentially of the Throttle element 1 itself, the throttle element being of the same design has as the element shown in Figure 1 and with its feed line directly to the second cross distributor Q2, which contains the dilution water leads, is connected.
  • the Throttle device 1 By choosing the right angle between the Main flow H and that supplied by the throttle device Secondary flow N is achieved that regardless of the supplied Flow rate of the secondary flow N is the sum of the headbox guided suspension amount remains constant.
  • the Throttle device 1 is any fiber wiping in the Throttle device avoided, so that no loss of quality manufactured paper are to be feared.
  • the throttle device 1 is operated so that in the normal operating point a medium amount Stock suspension is guided through the throttle device 1, whereby none Sedimentation processes of solids in the throttle device are possible.
  • the Regulation of the consistency i.e. the concentration of the total suspension the currents N and H, then takes place around this middle operating point, where the sum of the total current remains constant and a very sensitive dosed control of the concentration through the design of the throttle device 1 is reached.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Ventil- oder Drosselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Reduktion der Verstopfungsneigung eines Ventils oder einer Drosselvorrichtung mit einer Engstelle vorgesehen in einer Leitung zum Zuführen einer Stoffsuspension zum Stoffauflauf einer Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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.
Bekannt ist ein Ventil mit einer Rotations-Flüssigkeitszuführung aus der US-A-3 998 244, jedoch auf dem Gebiet der Bewässerungsanlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Ventil bzw. ein Drosselorgan 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 den Verfahrensanspruch 5 gelöst.
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 (7)

  1. Ventil- oder Drosselvorrichtung in einer Leitung zum Zuführen einer Stoffsuspension zum Stoffauflauf einer Papiermaschine mit folgendem Merkmal:
    1.1 es ist ein im wesentlichen rotationssymmetrischer, flüssigkeitsdurchströmter Hohlkörper vorgesehen;
    1.2 die Ventil- oder Drosselvorrichtung (1) umfaßt eine Engstelle (3);
    1.3 es ist eine Hauptströmungsrichtung im Hohlkörper vorgesehen, die im wesentlichen axial mit der Längsachse des Hohlkörpers verläuft; die Vorrichtung (1) ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1.4 es ist eine Flüssigkeitszuführung (4) vorgesehen, derart, daß der Flüssigkeit durch bezogen auf die Hauptströmungsrichtung seitliches Einführen eine Rotationskomponente im Bereich der engsten Stelle (3) um die Hauptströmrichtung zugefügt wird, so daß Verstopfungen vermieden werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Hohlkörper eine veränderbare, im wesentlichen rotationssymmetrische Durchtrittsfläche aufweist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Flüssigkeitszuführung (4) zur Ventil- bzw. Drosselvorrichtung (1) tangential in einen zylindrisch ausgebildeten Raum vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
    die fluidbenetzten Oberflächen der Ventil- bzw. Drosselvorrichtung (1) zumindest teilweise mit einer Struktur versehen sind, die eine Rotation der Flüssigkeit hervorruft, insbesondere geeignete Kugelelemente, die die Richtung der zugeführten Strömung im gesamten Raumwinkel ändern.
  5. Verfahren zur Reduktion der Verstopfungsneigung einer Ventil- oder Drosselvorrichtung (1) mit einer Engstelle (3) vorgesehen in einer Leitung (4) zum Zuführen einer Stoffsuspension zum Stoffauflauf einer Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Flüssigkeit im Bereich der Engstelle (3) eine Rotationskomponente durch bezüglich der Hauptströmrichtung seitliches Einführen zugefügt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Suspensionsströmung tangential zur Hohlraumachse des Hohlraums der Ventil- oder Drosselvorrichtung (1) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    durch die zugeführte Rotationskomponente jegliche Faserwischbildung vermieden wird.
EP96118580A 1993-07-05 1994-06-15 Vorrichtung und Verfahren zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden Suspensionsströmung Expired - Lifetime EP0766031B1 (de)

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EP0766031A2 EP0766031A2 (de) 1997-04-02
EP0766031A3 EP0766031A3 (de) 1997-04-16
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