EP4114572A1 - Faserbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Faserbehandlungsvorrichtung

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EP4114572A1
EP4114572A1 EP21701115.4A EP21701115A EP4114572A1 EP 4114572 A1 EP4114572 A1 EP 4114572A1 EP 21701115 A EP21701115 A EP 21701115A EP 4114572 A1 EP4114572 A1 EP 4114572A1
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EP
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treatment
housing
bearing housing
drive shaft
bearing
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EP21701115.4A
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Markus Nussbaumer
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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Publication date
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/004—Methods of beating or refining including disperging or deflaking
    • D21D1/006—Disc mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/02—Crushing or disintegrating by disc mills with coaxial discs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills

Definitions

  • the invention relates to a device for treating fibrous material in a working space of a treatment housing, in which at least one rotating treatment tool and one non-rotating treatment tool are arranged, the treatment tools having a rotationally symmetrical shape, being arranged coaxially to one another and delimiting a treatment gap through which the fibrous material flows, the rotating treatment tool is connected to a rotating drive shaft which is mounted in a bearing of a bearing housing arranged outside the work space and is sealed between the work space and the bearing housing via a seal to the treatment housing which comprises at least one sealing channel for a barrier fluid.
  • the treatment surfaces are formed by replaceable sets that are screwed to a corresponding base plate due to the relatively rapid wear and tear.
  • the barrier fluid has an overpressure compared to the maximum pressure that occurs in the working space. Because of the overpressure, part of the barrier fluid enters the working space and mixes there with the pulp.
  • the bearing housing has a relatively large oil reserve for oil sump lubrication of the bearing, which at the same time also ensures sufficient bearing cooling.
  • the object of the invention is to increase the compactness with sufficient cooling of the device.
  • the object was achieved in that the bearing housing has at least one cooling channel which is connected to a sealing channel and through which the barrier fluid flows.
  • this bearing unit can be made more compact without requiring a separate cooling circuit.
  • the barrier fluid is preferably guided to one or more sealing channels via at least one cooling channel of the bearing.
  • the sealing channel should run in a ring around the drive shaft.
  • water is particularly suitable as a barrier fluid, since leakage into the work space or the environment is not critical.
  • the implementation of the bearing cooling is structurally simple if the bearing housing has a plurality of cooling channels, preferably running parallel to the drive shaft. In order to create a cooling circuit, these cooling channels can preferably be connected to one another via lines running outside the bearing housing.
  • connection between the sealing channel and the cooling channel can also advantageously take place via lines running outside the treatment and bearing housing.
  • the seal between the drive shaft and the treatment housing can advantageously be formed by a stuffing box because of the harsh environment.
  • seals essentially consist of the stuffing box packing (the actual seal) and a stuffing box gland (a flange-like sleeve) with which the stuffing box packing is axially compressed by means of adjustment means, in particular screws and / or springs.
  • the axial pressure also creates a radial pressure of the stuffing box packing on the shaft.
  • the seal between the drive shaft and treatment housing can also be formed by a mechanical seal.
  • mechanical seals In contrast to the stuffing box packing, mechanical seals have a sealing gap that is perpendicular to the shaft axis.
  • the main components are two sliding rings, the inner one of which is fixed to the drive shaft and the outer one of which is stationary Housing is attached.
  • the drive shaft should be mounted in a roller bearing in the bearing housing.
  • Rolling bearings consist of an inner and an outer ring and the rolling elements (balls, rollers, etc.)
  • the bearing housing should be designed separately. In conjunction with the cooling via the barrier fluid, this allows this storage unit to be designed in a compact manner and facilitates assembly and replacement of the same.
  • the bearing housing should be attached to the treatment housing.
  • the device is designed as a refiner or disperger, in particular as a deflaker.
  • Deflakers are particularly suitable because their bearings are smaller.
  • FIG. 1 a cross section through a deflaker with a storage unit
  • FIG. 2 a cross section through the storage unit.
  • the figures show a treatment device in the form of a deflaking device for dissolving specks of a fiber suspension with a treatment housing 5.
  • This treatment housing 5 comprises a closed working space 4 in which a treatment tool 7 rotating via a drive shaft 1 and a stationary treatment tool 6 are arranged.
  • the disk-shaped treatment tools 6, 7 each have a rotationally symmetrical shape, are arranged coaxially to one another and each have a plurality of ring-shaped teeth 14 arranged concentric to their center.
  • the treatment gap 8 formed between the treatment tools 6, 7 is generally between 0.2 and 2 mm wide.
  • the fiber suspension has a consistency between 2 and 6% oven-dry.
  • the rotating treatment tool 7 is coupled via the drive shaft 1 to a drive (not shown here).
  • the drive shaft 1 itself is stored in a separate bearing unit, which is shown in detail in FIG.
  • the bearing unit consists essentially of the bearing 2 of the drive shaft 1 in the form of a roller bearing and the bearing housing 3 enclosing it.
  • the bearing housing 3 is formed separately from the treatment housing 5 and has an oil reserve inside for the lubrication of the roller bearing.
  • the separate design of the bearing housing 5 simplifies the construction and assembly or replacement of the same.
  • a fastening of the bearing housing 3 on the treatment housing 5 here by means of screws ensures the necessary stability, whereby the drive shaft 1 can have an unsupported free section between the treatment housing 5 and the bearing housing 2.
  • the drive shaft 1 is sealed between the working space 4 and the bearing housing 3 via a seal 10 to the treatment housing 5.
  • This seal 10 between drive shaft 1 and treatment housing 5 can be designed as a mechanical seal or as a stuffing box.
  • the seal 10 also comprises a sealing channel 9 for a barrier fluid.
  • the sealing channel 9 runs annularly around the drive shaft 1, the barrier fluid being formed by water.
  • the bearing housing 3 In order to be able to make the bearing housing 3 as compact as possible, it has, as can be seen in FIG. 2, several cooling channels 11 running parallel to the drive shaft 1.
  • the barrier fluid of the sealing channel 9 functions at the same time as Cooling fluid. Accordingly, as indicated in FIG. 1, the barrier fluid first flows through the cooling channels 11 and the lines 12 running between them, before the barrier fluid then reaches the sealing channel 9 via a further line 13 running outside the treatment 5 and bearing housing 3. The barrier fluid can then be discharged from the sealing channel 9 and, after cooling, returned to the bearing housing 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum (4) eines Behandlungsgehäuses (5), in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug (7) und ein nicht¬ rotierendes Behandlungswerkzeug (6) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (6,7) eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt (8) begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug (7) mit einer rotierenden Antriebswelle (1) verbunden ist, welche in einem Lager (2) eines außerhalb des Arbeitsraumes (4) angeordneten Lagergehäuses gelagert ist und zwischen dem Arbeitsraum (4) und dem Lagergehäuse über eine Dichtung (10) zum Behandlungsgehäuse (5) hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal (9) für ein Sperrfluid umfasst. Dabei soll die Kompaktheit bei ausreichender Kühlung dadurch gesteigert werden, dass das Lagergehäuse wenigstens einen Kühlkanal besitzt, der mit einem Abdichtkanal (9) in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird.

Description

Faserbehandlunqsvorrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum eines Behandlungsgehäuses, in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug und ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug mit einer rotierenden Antriebswelle verbunden ist, welche in einem Lager eines außerhalb des Arbeitsraumes angeordneten Lagergehäuses gelagert und zwischen dem Arbeitsraum und dem Lagergehäuse über eine Dichtung zum Behandlungsgehäuse hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal für ein Sperrfluid umfasst.
Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf. Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt.
Bei den, bei der Faserstoffaufbereitung zum Einsatz kommenden Refinern, Dispergern und Entstippern werden die Behandlungsflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit einer entsprechenden Grundplatte verschraubten Garnituren gebildet.
Um zu verhindern, dass Faserstoff in den Bereich der Dichtung gelangt und diese zerstört, ist es üblich, dort zumindest einen Abdichtkanal für ein Sperrfluid vorzusehen. Das Sperrfluid weist gegenüber dem höchstens auftretenden Druck im Arbeitsraum einen Überdruck auf. Wegen des Überdrucks gelangt ein Teil des Sperrfluids in den Arbeitsraum und vermischt sich dort mit dem Faserstoff.
Das Lagergehäuse weist ein relativ großes Öl-Reservat für eine Ölsumpfschmierung des Lagers auf, was gleichzeitig aber auch eine ausreichende Lagerkühlung gewährleistet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Kompaktheit bei ausreichender Kühlung der Vorrichtung zu steigern. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Lagergehäuse wenigstens einen Kühlkanal besitzt, der mit einem Abdichtkanal in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird.
Durch die gleichzeitige Nutzung des Sperrfluids als Kühlmittel für das Lager der Antriebswelle kann diese Lagereinheit kompakter gestaltet werden, ohne dass dies einen separaten Kühlkreislauf erforderlich macht.
Bevorzugt wird das Sperrfluid hierzu über wenigstens einen Kühlkanal des Lagers zu einem oder mehreren Abdichtkanälen geführt. Dabei sollte über die Ausgangstemperatur und/oder die gesamte Zufuhrmenge an kühlendem Sperrfluid sichergestellt werden, dass die Temperatur des nach der Kühlung des Lagers erwärmten Sperrfluids auch noch eine Kühlung der Dichtung erlaubt.
Für eine möglichst umfassende Abdichtung des Arbeitsraumes sollte der Abdichtkanal ringförmig um die Antriebswelle verlaufen.
Dabei eignet sich insbesondere Wasser als Sperrfluid, da eine Leckage in den Arbeitsraum oder die Umgebung unkritisch ist.
Konstruktiv einfach gestaltet sich die Realisierung der Lagerkühlung, wenn das Lagergehäuse mehrere, vorzugsweise parallel zur Antriebswelle verlaufende Kühlkanäle aufweist. Mit Vorzug können diese Kühlkanäle zur Schaffung eines Kühlkreislaufs über außerhalb des Lagergehäuses verlaufende Leitungen miteinander verbunden werden.
Auch die Verbindung zwischen Abdichtkanal und Kühlkanal kann mit Vorteil über außerhalb des Behandlungs- und Lagergehäuses verlaufende Leitungen erfolgen.
Die Dichtung zwischen Antriebswelle und Behandlungsgehäuse kann wegen der rauen Umgebung mit Vorteil von einer Stopfbuchse gebildet werden.
Diese Dichtungen bestehen im Wesentlichen aus der Stopfbuchspackung (der eigentlichen Dichtung) und einer Stopfbuchsbrille (einer flanschähnlichen Hülse), mit der die Stopfbuchspackung mittels Verstellmitteln, insbesondere Schrauben und/oder Federn axial verpresst wird. Durch die axiale Pressung entsteht auch eine radiale Pressung der Stopfbuchspackung auf der Welle. Dadurch wird der Dichtspalt auf ein den Betriebsbedingungen angepasstes Minimum eingestellt. Eine geringe Leckage ist nicht gänzlich auszuschließen.
Alternativ kann die Dichtung zwischen Antriebswelle und Behandlungsgehäuse auch von einer Gleitringdichtung gebildet werden.
Im Gegensatz zur Stopfbuchspackung weisen Gleitringdichtungen einen Dichtspalt auf, der rechtwinklig zur Wellenachse steht. Hauptbestandteile sind zwei aufeinander gleitende Gleitringe, von denen der innere fest mit der Antriebswelle verbunden und der äußere im stationären Gehäuse befestigt ist.
Sie benötigt gegenüber der Stopfbuchspackung einen kleineren Raum.
Im Interesse einer möglichst geringen Rollreibung verbunden mit möglichst wenig Reibungswärme sollte die Antriebswelle im Lagergehäuse in einem Wälzlager gelagert sein. Wälzlager bestehen aus einem Innen- und einem Außenring und den dazwischen geführten Rollkörpern (Kugeln, Rollen usw.)
Zur Vereinfachung der Konstruktion sollte das Lagergehäuse separat ausgebildet sein. Dies erlaubt in Verbindung mit der Kühlung über das Sperrfluid eine kompakte Gestaltung dieser Lagereinheit und erleichtert die Montage und den Ersatz derselben.
Für eine hohe Lagestabilität sollte dabei das Lagergehäuse am Behandlungsgehäuse befestigt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Vorrichtung als Refiner oder Disperger, insbesondere als Entstipper ausgebildet ist.
Entstipper eignen sich besonders, da deren Lager kleiner ausfallen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Figur 1: einen Querschnitt durch einen Entstipper mit einer Lagereinheit und Figur 2: einen Querschnitt durch die Lagereinheit.
Die Figuren zeigen eine Behandlungsvorrichtung in Form einer Entstippungsvorrichtung zum Auflösen von Stippen einer Faserstoffsuspension mit einem Behandlungsgehäuse 5.
Dieses Behandlungsgehäuse 5 umfasst einen geschlossenen Arbeitsraum 4, in welchem ein, über eine Antriebswelle 1 rotierendes Behandlungswerkzeug 7 und ein feststehendes Behandlungswerkzeug 6 angeordnet ist. Die scheibenförmigen Behandlungswerkzeuge 6,7 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form, sind koaxial zueinander angeordnet und weisen jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne 14 auf.
Zwischen diesen Zähnen 14 befinden sich Zahnlücken, die von der Faserstoffsuspension radial nach außen durchströmt werden. Darüber hinaus sind zwischen den Zahnreihen ringförmige Zwischenräume vorhanden, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges 6,7 in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges 7,6 hineinreicht. Dabei wird die Faserstoffsuspension über einen Einlauf 15 in den Arbeitsraum 4 eingepumpt, radial zwischen den Behandlungswerkzeugen 6,7 hindurchgeführt und am Gehäuseumfang über einen Ablauf 16 abgeleitet.
Der zwischen den Behandlungswerkzeugen 6,7 gebildete Behandlungsspalt 8 ist in der Regel zwischen 0,2 und 2 mm breit.
Durch die Relativbewegung zwischen dem rotierenden 7 und dem feststehenden 6 Behandlungswerkzeug bilden sich beim Übergang zwischen einer rotierenden und einer feststehenden Zahnreihe erhebliche Turbulenzen, die zu einer Entstippung führen. Dabei hat die Faserstoffsuspension eine Stoffdichte zwischen 2 und 6% otro.
Die Entstippung erfolgt im Allgemeinen durch sehr intensive Stoffturbulenzen ohne Faserbeschädigung.
Das rotierende Behandlungswerkzeug 7 ist über die Antriebswelle 1 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekoppelt. Die Antriebswelle 1 selbst wird in einer separaten Lagereinheit gelagert, welche in Figur 2 detailliert dargestellt ist.
Die Lagereinheit besteht im Wesentlichen aus dem Lager 2 der Antriebswelle 1 in Form eines Wälzlagers und dem dieses einschließenden Lagergehäuse 3. Das Lagergehäuse 3 ist separat vom Behandlungsgehäuse 5 ausgebildet und weist im Inneren ein Ölreservat für die Schmierung des Wälzlagers auf. Durch die separate Gestaltung des Lagergehäuses 5 vereinfachen sich Aufbau und Montage bzw. Austausch desselben.
Für die nötige Stabilität sorgt eine Befestigung des Lagergehäuses 3 am Behandlungsgehäuse 5 hier mittels Schrauben, wobei die Antriebswelle 1 zwischen dem Behandlungsgehäuse 5 und dem Lagergehäuse 2 eine ungestützte Frei-Strecke aufweisen kann.
Die Antriebswelle 1 ist zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Lagergehäuse 3 über eine Dichtung 10 zum Behandlungsgehäuse 5 hin abgedichtet. Diese Dichtung 10 zwischen Antriebswelle 1 und Behandlungsgehäuse 5 kann als Gleitringdichtung oder als Stopfbuchse ausgeführt sein.
Da bei dieser Dichtung 10 bereits eine geringe Leckage von Faserstoffsuspension aus dem Arbeitsraum 4 zu einer Zerstörung derselben führen kann, umfasst die Dichtung 10 auch einen Abdichtkanal 9 für ein Sperrfluid.
Der Abdichtkanal 9 verläuft ringförmig um die Antriebswelle 1 , wobei das Sperrfluid von Wasser gebildet wird.
Um das Lagergehäuse 3 möglichst kompakt ausführen zu können, besitzt dieses, wie in Figur 2 zu erkennen, mehrere, parallel zur Antriebswelle 1 verlaufende Kühlkanäle 11. Die Verbindung dieser Kühlkanäle 11 erfolgt über außerhalb des Lagergehäuses verlaufende Leitungen 12.
Zur Begrenzung des Aufwandes fungiert das Sperrfluid des Abdichtkanals 9 gleichzeitig als Kühlfluid. Dementsprechend durchströmt das Sperrfluid, wie in Figur 1 angedeutet, zuerst die Kühlkanäle 11 sowie die zwischen diesen verlaufenden Leitungen 12, bevor das Sperrfluid dann über eine weitere außerhalb des Behandlungs- 5 und Lagergehäuses 3 verlaufende Leitung 13 zum Abdichtkanal 9 gelangt. Anschließend kann das Sperrfluid aus dem Abdichtkanal 9 abgeführt und nach einer Abkühlung wieder zum Lagergehäuse 3 zurückgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum (4) eines Behandlungsgehäuses (5), in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug (7) und ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug (6) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (6,7) eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt (8) begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug (7) mit einer rotierenden Antriebswelle (1) verbunden ist, welche in einem Lager (2) eines außerhalb des Arbeitsraumes (4) angeordneten Lagergehäuses (3) gelagert ist und zwischen dem Arbeitsraum (4) und dem Lagergehäuse (3) über eine Dichtung (10) zum Behandlungsgehäuse (5) hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal (9) für ein Sperrfluid umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) wenigstens einen Kühlkanal (11) besitzt, der mit einem Abdichtkanal (9) in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtkanal (9) ringförmig um die Antriebswelle (1) verläuft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) mehrere, vorzugsweise parallel zur Antriebswelle (1) verlaufende Kühlkanäle (11) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) über außerhalb des Lagergehäuses (3) verlaufende Leitungen (12) miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Abdichtkanal (9) und Kühlkanal (11) über außerhalb des Behandlungs- (5) und Lagergehäuses (3) verlaufende Leitungen (13) erfolgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrfluid über wenigstens einen Kühlkanal (11) zu einem oder mehreren Abdichtkanälen (9) gelangt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrfluid von Wasser gebildet wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) zwischen Antriebswelle (1) und Behandlungsgehäuse (5) von einer Stopfbuchse gebildet wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) zwischen Antriebswelle (1) und Behandlungsgehäuse (5) von einer Gleitringdichtung gebildet wird.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) im Lagergehäuse (3) in einem Wälzlager gelagert ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) separat ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) am Behandlungsgehäuse (5) befestigt ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Refiner oder Disperger, insbesondere als Entstipper ausgebildet ist.
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