FI101726B - Säätövirtausjärjestelmä (menetelmä ja -laite) paperikoneen perälaatiko ssa - Google Patents

Description

101726 SÄÄTÖVIRTAUSJÄRJESTELMA (MENETELMÄ JA -LAITE) PAPERIKONEEN PERÄLAATIKOSSA.

Keksinnön kohteena on säätövirtausjärjestelmä paperikoneen perälaatikossa siitä purkautuvan kuitususpensiovirtauksen hallitsemiseksi.

Jatkuvan kuiturainan muodostaminen paperikoneella tapahtuu seuraavina vaiheina: - selluloosatehtaan tai puuhiomon varastosäiliöstä tulevat kuidut johdetaan puuromaisena massana paperikoneelle, sen syöttöpumppuun.

- samassa yhteydessä massaan voidaan annostella paperissa tarvittavia lisä- tai täyteaineita, - syöttöpumpussa kuitumassa sekoitetaan paperikoneelta tulevaan prosessikiertoveteen niin, että syntyy kiinto-ainepitoisuudeltaan esim. 0,3 - 0,8 %:nen suspensio, - näin aikaansaatu kuitu-vesisuspensio syötetään tavallisimmin yhden suurihalkaisijäisen putken kautta perälaatik-koon ja sen huuliraon kautta paperikoneen viiralle.

Perälaatikon tehtävänä on levittää kuidut ja muut suspension komponentit paperikoneen viiralle tämän nopeutta jokseenkin vastaavalla nopeudella ja oikean paksuisena yli koko viiran leveyden ulottuvana tasaisena suihkuna niin, että muodostuvalle paperirainalle saadaan haluttu pintapai-no (g/m2) .

Tärkeimmät ominaisuudet, joiden perusteella varsinkin painettavaksi tarkoitetun valmiin paperin laatua arvostellaan, ovat sen pintapainon tasaisuus yli koko rainan leveyden ja myöskin pituussuunnassa sekä rainan ns. formaatio, jolla tarkoitetaan paperikuitujen jakautuman tasaisuutta. Huono formaatio ilmenee "pilvisyytenä" tarkasteltaessa paperiarkkia valoa vasten.

Valmistettavan paperin pintapainon ja sen paksuuden tasaisuuteen pyritään varsin yleisesti vaikuttamaan säätämällä perälaatikon huuliraon korkeutta paikallisesti erityisen 2 101726 huulipalkkiin kuuluvan säätölistan avulla. Kuitenkin, jos huuliaukolle tuleva suspensiovirta on epästabiili perälaa-tikossa ilmenevien hallitsemattomien poikittaisvirtausten johdosta, ei huuliraon säädöllä päästä tyydyttävään tulokseen. Lisäksi, jos säätölistaa taivutetaan liikaa esim. huuliraon madaltamiseksi tietyllä kohdalla, on tästä seurauksena haitallinen virtaushäiriö kyseisen asetuskohdan molemmin puolin. Vielä, jos huulilistaa säädetään usein ja liiaksi, voi siihen syntyä pysyviä muodonmuutoksia niin, että tasaisen huuliraon aikaansaaminen tulee mahdottomaksi.

Yhtenä tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada perä-laatikko, jossa huuliraon säätömekanismi voidaan välttää.

Toisena keksinnön tarkoituksena on aikaansaada perälaatik-ko, jossa viiralle virtaavassa suspensiossa kuidut ovat tasaisesti dispergotuneina eivätkä muodosta sellaisia kuitukeräytyrniä, jotka ovat syynä paperin huonoon formaati-oon.

Tämän keksinnön päätarkoituksena on aikaansaada perälaati-kossa sellainen kuitususpension virtausjärjestely, jonka avulla varmistetaan hallitusti suspension tasainen sakeus perälaatikon koko leveydeltä siinä vaiheessa, jolloin kuitususpensio purkautuu huuliraon kautta paperikoneen viiralle.

Esillä olevan keksinnön tavoitteiden saavuttamiseksi, ainakin osittain, on jo FI-hakemuksessa 156/65 esitetty menetelmä paperin tasaisuuden säätämiseksi siten, että perälaatikkoon johdetaan sen huuliaukon lähelle yli koko koneen leveyden useita erillisiä laimennusvesivirtauksia suspensiossa ilmenevien paikallisten sakeuserojen tasoittamiseksi. Tämä menetelmä ei kuitenkaan pysty eliminoimaan itse perälaatikossa esiintyviä vaihtelevia poikittaisvir-tauksia, jotka tekevät huulivirtauksen epästabiiliksi ja vaikeasti hallittavaksi.

3 101726

Uusimmassa tekniikassa onkin kehitetty ratkaisuja, joissa perälaatikkoon tuleva kuitususpensiovirta jaetaan väliseinin tai vastaavalla tavalla yli koko perälaatikon leveyden pitkittäissuuntaisiin vyöhykkeisiin. Jokaisessa näistä sovelletaan viitekeksinnön periaatetta, kuitenkin niin, että säätövirtaus sekoitetaan varsinaiseen, valmistettavaa kuiturainaa vastaavaan perussuspensioon jo paljonkin ennen huuliaukon aluetta.

Nämä uudet ratkaisut perälaatikoiden kautta tapahtuvan suspensiovirtauksen säädössä ja hallinnassa ovat käyttökelpoisia lähinnä ns. hydraulisissa perälaatikoissa, joiden kehitystyö alkoi 1970-luvun alussa. Niille on ominaista hyvin kompakti, matala ja pienivolyyminen rakenne. Niissä on yleisimmin neljä pääosaa: jakoputkisto, tasauskammio, pyörrekehitin ja huulikammio. Jakoputkisto on osa ns. manifold-järjestelmää, joka on tunnettu esim. US-julkaisusta 5,196,091 (Fig. 2) ja jonka jakoputkiston tarkoituksena on varmistaa syöttöpumpusta tulevan kuitususpension mahdollisimman tasainen jakautuma koko perälaatikon leveydelle. Tasauskammio, joka viitepatentista tosin puuttuu, tehtävänä on yhtenäistää ja rauhoittaa yksittäisistä jakoputkista tuleva virtaus ennen pyörrekehitintä eli turbulenssiosaa. Pyörrekehitin koostuu virtaussuuntaan nähden alkupäästään , lähes samanlaisista putkista kuin jakoputkistokin, mutta jotka laajenevat loppupäästään esim. nelikulmaisiksi niin, että ne täyttävät koko huulikammiota vastaavan virtausti-lan. Pyörrekehittimen tarkoituksena on dispergoida kui-tususpensio mahdollisimman tehokkaasti niin, että valmistettavalle paperille saadaan hyvä formaatio.

Keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan seuraaviin julkaisuihin.

Patentissa FI-90260 esitetyn järjestelyn mukaisesti kierto-vettä johdetaan usean, tiiviisti vierekkäin sovitetun syöttöputken kautta tasauskammioon aivan turbulenssiputkis-ton tuntumaan. Sovitelman edellyttämän kiertoveden eli 4 101726 "ohennusnesteen" määrää voidaan säätää halutulla tavalla yli koko koneen leveyden. Vaikkakin on edullista, että säätövirtaukset tuodaan mahdollisimman lähelle perälaatikon huulikammiota, on pelättävissä, että tasoituskammiosta pyörrekehittimeen tuleva varsinainen kuitususpensiovirtaus häiriintyy siinä määrin, että tavoiteltua efektiä ei saada aikaan enempää sakeuden kuin virtauksen määrällisen säädön osalta. Kuitususpension virtaus tasauskammiossa voi olla osittain hallitsematon, jolloin siihen on lisävirtausput-kienkin avulla vaikea vaikuttaa.

US-patentin 5,549,792 mukainen rakenne vastaa julkaisun FI-90260 mukaista ratkaisua siltä osin, että säätövirtaukset johdetaan perälaatikon tasauskammioon, kuitenkin niin,,että tämä on jaettu leveyssuunnassa useisiin osastoihin. Tämä merkitsee FI-julkaisuun verrattuna huomattavasti suurempia mahdollisuuksia pääsuspensiovirtauksen määrän ja sakeuden säätöön poikkisuunnassa. Vaikka rinnakkaisia osastoja on useita, voi tavoitteena olevan poikkivirtausprofiilin säädön onnistuminen olla vaikeaa sen vuoksi, että säätöpä-rametrit ts. virtaukset Cx ja C2 sekä niiden tulokulmat tasauskammioon tarjoavat epälukuisen määrän vaihtoehtoja, joita ei ole helppo hallita.

Hakemuksen FI-94 6181 mukainen menetelmä edellyttää, että "lisänestevirtaus" jolla tarkoitetaan päämassavirtausta laimentavaa, paperikoneelta tulevaa kiertovettä, tuodaan perälaatikkoon johdettavaksi jo ennen manifold-järjestelmän jakoputkistoa. Vaikkakin laimennusvesivirtaus siinä vaiheessa kohdennetaan tiettyyn kohtaan perälaatikon leveyttä, ei mikään takaa, että näin saatu muutos suspension sa-keudessa olisi vaikuttamassa perälaatikosta purkautuvan suspensiosuihkun kuitujakautumaan. Jakoputkistoa seuraa-vassa ei ole mitään mahdollisia poikittaisvirtauksia estäviä väliseiniä tai vastaavia.

Keksinnöllä pyritään aikaansaamaan paperikoneen perälaati-kossa sellainen laitteisto ja menetelmä kuitususpension s 101726 sakeuden paikalliseksi poikittaissuunnassa säätämiseksi, jonka avulla voidaan välttää viitejulkaisujen kaltaisten perälaati-koiden toiminnassa havaitut epäkohdat. Keksinnön kohteena on laitteisto paperikoneen perälaatikossa, jonka laitteiston avulla kuitususpensiosta muodostettavan rainan pintapainon poikittais-profiili tasoitetaan siten, että perälaatikon välikammioon johdetaan säätölaimennusvettä sekoitettavaksi kuitususpensioon ja jaettavaksi sekoitetussa muodossa manifold-järjestelmän avulla huulikammiossa sellaisiin kohtiin, joita vastaavilla alueilla esiintyy valmiin rainan pintapainon profiiliin vaikuttavia häiriötekijöitä, jolloin kaikki perälaatikon manifold-järjestelmään kuuluvat kuitususpension jakoputket ulottuvat sellaisinaan, ilman niihin liittyviä vesiyhteitä suorina perälaatikon välikammi-on läpi pyörrekehittimen tuntumaan asti, jolloin jakoputkissa virtaavan kuitususpension sakeus on se, mikä määräytyy paperikoneen perälaatikon syöttöpumppujärjestelmässä.

Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneessa kuitususpensiosta muodostettavan rainan pintapainoprofiilin tasoittamiseksi, tunnettu siitä, että perälaatikon kautta virtaavaan kuitususpensioon sekoitetaan säätölaimennusvettä perälaatikon sisällä ennen sen huulikammiota, että kaikki perälaatikon manifold- järjestelmään kuuluvat kuitususpension jakoputket ulottuvat sellaisinaan, ilman niihin liittyviä vesiyhteitä suorina perä-laatikon välikammion läpi pyörrekehittimen tuntumaan asti, ja että ainakin osa jakoputkista on kaksoisvaippaisia siten, että ulkovaippa voi liukuen siirtyä sisävaipan suhteen jakoputkien « * pituuden säätämiseksi suhteessa turbulenssiputkeen.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiassa tunnusomaista, että turbulenssiputkia läpimitaltaan pienemmät jakoputket on sovitettu välin etäisyydelle turbulenssiputkien suuaukosta, jot- « 101726 ta laimennukseen tarvittava, välikammiossa jakoputkia ympäröivä vesi pääsee sekoittumaan jakoputkista tulevaan kuitususpensioon.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, että muodostettavan rainan tavoitettu pintapainoprofiili aikaansaadaan säätämällä jakoputkien päiden asema turbulenssi-putkien päiden suhteen ja pitämällä kuitususpension ja säätölai-mennusveden paine-ero siinä kohdassa, jossa jakoputkien ja tur-bulenssiputkien päät ovat lähinnä toisiaan, olennaisen pienenä.

Keksinnön mukaista laitteistoa ja suspensiovirtauksen säätömenetelmää selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti paperikoneen viiraosan alkupäätä perälaatikkoineen ja siihen liittyviä kuitususpension ja prosessivesien virtausjärjestelyjä,

Kuvio 2 esittää kaaviollisena pitkittäisleikkauksena keksinnön mukaista kuitususpension jakoputkistoa ja pyörrekehitintä tur-bulenssiputkineen,

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista perälaatikon jakoputkistoa ja pyörrekehitintä päältä nähtynä,

Kuviot 4a, 4b ja 4c esittävät eri vaihtoehtoja kuitususpension jakoputkien sijainnille välin etäisyydelle niitä aksiaalisesti vastaavien turbulenssiputkien suhteen,

Kuvio 5 esittää keksinnön eräässä sovelluksessa käytettävän kaksoisvaippaisen jakoputken pään yhtä rakennetta suhteessa sitä vastaavaan pyörrevirtauskehittimen turbulenssiputkeen.

Kuvio 1 havainnollistaa, miten keksinnön selityksen alussa esitetty paperikoneen perälaatikon ja viiraosan toimintaperiaate toteutetaan. Paperikuidut tulevat esim. massatehtaan varasto-säiliöstä (ei esitetty) puuromaisena massana M putken 12 kautta paperikoneen perälaatikon syöttöpumppuun 13, joka on putkella ’ 101726 14 yhdistetty paperikoneen viiraosan kiertovesialtaaseen 15. Syöttöpumppu 13 imee altaasta 15 kiertovettä W ja samalla myös putken 12 kautta tulevaa massaa M venttiilien 16 avulla säädettävässä suhteessa niin, että saadaan syntymään esim. 0,3 -0,5%men suspensio F, ja syöttää sen perälaatikkoon 1 ja sen kautta edelleen paperikoneen viiralle sinänsä tunnetulla tavalla. Kiertovesialtaaseen 15 on yhdistetty toinenkin pumppu 17, joka syöttää laimennusvettä W perälaatikossa 1 tapahtuvan kui-tususpension sakeussäädön edellyttämään järjestelmään 18. Perä-laatikko voi olla joko täysin hydraulinen tai ilmatyynyllä varustettu .

Kuviossa 2 on esitettynä osittaisena pitkittäisleikkauksena se osa perälaatikosta, johon kuitususpensio aluksi johdetaan manifold- järjestelmän pääputken 5 kautta. Viitenumero 6 tarkoittaa pääputkesta haarautuvia jakoputkia, joita on useita rinnakkain ja päällekkäin tasavälein yli koko perälaatikon leveyden. Suspensio virtaa suorien jakoputkien 6 kautta perälaatikon pyörre-kammion tuntumaan ja edelleen turbulenssi putkiin 8, jotka ovat koaksiaalisia jakoputkien kanssa ja joita on yhtä monta kuin jakoputkiakin. Laitteistoon kuuluu olennaisena osana välikam-mio 4, johon kuviossa 1 esitetty pumppu 17 jatkuvasti syöttää kuitususpension laimennukseen tarvittavaa kiertovettä putken 18 kautta, joka ulottuu poikittain yli perälaatikon leveyden ja jossa on useita, venttiilein 19 varustettuja haaroja. Haaraput-kien luku riippuu perälaatikon leveydestä.

* Kuvion 3 mukaisesti, josta nähdään päältä päin katsottuna samat jakoputket 6 ja turbulenssiputket 8 kuin kuviossa 2, välikammio 4 on varustettu väliseinämin 10. Nämä väliseinät jakavat väli-kammion osastoihin, joita on yhtä monta kuin laimennusvesiput-kesta 18 erkanevia haarojakin. Kuviossa 2 esitettyjen venttii- e 101726 lien 19 avulla laimennusveden määrää ja painetta kussakin väli-kammion osastossa on mahdollista säätää.

Kuvioista 4a, 4b ja 4c nähdään periaatteellisena esityksenä eri mahdollisuudet jakoputkien 6 ja turbulenssiputkien 8 keskinäiselle asennukselle. Olennaista keksinnön mukaiselle järjestelylle on, että jakoputkien 6 läpimitta on pienempi kuin vastaavissa turbulenssiputkissa 8. Tämä merkitsee sitä, että jakoputkia ympäröivä laimennusvesi on mahdollista saada halutulla tavalla sekoittumaan jakoputkista 6 tulevaan kuitususpensioon F, joka tämän jälkeen etenee sakeudeltaan säädettynä vastaavissa turbulenssiputkissa perälaatikon huulikammioon ja edelleen viiralle. Tekijöitä, jotka vaikuttavat tällä tavoin toteutettavaan suspension sakeuden säätöön, ovat mm. turbulenssiputkien ja jakoputkien halkaisijasuhde sekä hyvinkin olennaisesti jakoputken pään etäisyys vastaavan turbulenssiputken aukosta. Tämä etäisyys voi olla "negatiivinenkin" eli jakoputken pää voidaan työntää jonkin verran turbulenssiputken sisään, kuten on esitetty kuviossa 4a.

Kuviossa 5 on esitetty eräs mahdollisuus keksinnön soveltamiseen käyttäen erikoisrakenteista jakoputkea, jossa on kaksois-vaippa 11a, 11b. Ulkovaippa 11a on liukusovitteinen sisävaip-paan 11b nähden, jolloin ulkovaippaan voidaan yhdistää sopiva mekanismi, joka tekee jakoputken pituuden säätämisen tällä tavoin mahdolliseksi. Tämä järjestely ei edellytä, että jakoputki olisi koko pituudeltaan kaksoisvaippainen.

Selityksessä on esitetty keksinnön toteutusmuotoja. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu koskemaan vain näitä erikoistapauksia, vaan keksinnön eri piirteitä voidaan muokata poistumatta keksinnön piiristä.

Claims (9)

9 101726

1. Laitteisto paperikoneen perälaatikossa (1), jonka laitteiston avulla kuitususpensiosta (F) muodostettavan rainan pintapainon poikittaisprofiili tasoitetaan siten, että perälaatikon (1) välikammioon (4) johdetaan säätölaimennusvettä (W) sekoitettavaksi kuitususpensioon (F) ja jaettavaksi sekoitetussa muodossa mani-fold-järjestelmän avulla huulikammiossa (3) sellaisiin kohtiin, joita vastaavilla alueilla esiintyy valmiin rainan pintapainon profiiliin vaikuttavia häiriötekijöitä, jolloin kaikki perälaatikon manifold-järjestelmään (5) kuuluvat kuitususpension jakoputket (6) ulottuvat sellaisinaan, ilman niihin liittyviä vesiyhteitä suorina perälaatikon välikammion (4) läpi pyörrekehittimen (7) tuntumaan asti, jolloin jakoputkissa (6) virtaavan kuitususpension (F) sakeus on se, mikä määräytyy paperikoneen perälaatikon (9) syöttöpumppujärjestelmässä, tunnettu siitä, että turbulenssiputkia (8) läpimitaltaan pienemmät jakoputket (6) on sovitettu välin etäisyydelle turbu-lenssiputkien (8) suuaukosta, jotta laimennukseen tarvittava, välikammiossa (4) jakoputkia ympäröivä vesi (W) pääsee sekoittumaan jakoputkista (6) tulevaan kuitususpensioon (F).

2. Vaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuitususpensiota (F) pyörrekehittimeen (7) syöttävien jako-putkien (6) päät ovat kaikki olennaisesti samassa tasossa (x-x), joka on kohtisuorassa kuitususpension (F) virtaussuuntaan nähden.

3. Vaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välikammion (4) alavirran puoleinen seinä (y-y), joka on olennaisesti kohtisuorassa kuitususpension (F) virtaussuuntaan nähden, on tasopinta, jossa on suuaukkoja pyörrekehittimen (7) turbulenssiputkia (8) varten. •

4. Vaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuitususpension jakoputkien (6) ulkohalkaisija pyörrekehittimen (7) tasopinnan tuntumassa on pienempi kuin turbulenssiputkien suuaukko (8) tai turbulenssiputkien (8) sisähalkaisija.

5. Vaatimuksen 1 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuitususpension jakoputkista (6) ainakin osa on 10 101726 sovitettu ulottumaan osittain pyörrekehittimen turbulenssiputkien (8) sisään.

6. Vaatimuksen 1 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuitususpension jakoputkista (6) ainakin osa on sovitettu ulottumaan osittain tasan pyörrekehittimen turbulenssiputkien (8) päiden kanssa.

7. Vaatimuksen 1 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuitususpension jakoputkista (6) ainakin osa on sovitettu ulottumaan osittain pyörrekehittimen turbulenssiputkien (8) ulkopuolelle.

8. Vaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin osa jakoputkista (6) on kaksoisvaippaisia (11a, 11b) siten, että ulkovaippa (11a) voi liukuen siirtyä sisävaipan (11b) suhteen jakoputkien pituuden säätämiseksi suhteessa turbulenssi-putkeen .

9. Menetelmä paperikoneessa kuitususpensiosta (F) muodostettavan rainan pintapainoprofiilin tasoittamiseksi, tunnettu siitä, että perälaatikon (1) kautta virtaavaan kuitususpensioon (F) sekoitetaan säätölaimennusvettä (W) perälaatikon sisällä ennen sen huulikammiota (3), että kaikki perälaatikon manifold-järjestelmään (5) kuuluvat kuitususpension jakoputket (6) ulottuvat sellaisinaan, ilman niihin liittyviä vesiyhteitä suorina perälaatikon välikammion (4) läpi pyörrekehittimen (7) tuntumaan asti, ja että ainakin osa jakoputkista (6) on kaksoisvaippaisia (11a, 11b) siten, että ulkovaippa (11a) voi liukuen siirtyä sisävaipan (11b) suhteen jakoputkien pituuden säätämiseksi suhteessa turbulenssi-putkeen, tunnettu siitä, : että muodostettavan rainan tavoitettu pintapainoprofiili aikaan saadaan säätämällä jakoputkien päiden asema turbulenssiputkien päiden suhteen ja pitämällä kuitususpension (F) ja säätölaimennus-veden (W) paine-ero siinä kohdassa, jossa jakoputkien ja turbulenssiputkien päät ovat lähinnä toisiaan, olennaisen pienenä. 11 101726