FI113884B - Suutin - Google Patents

Description

113884 SUUTIN Tekniikan ala

Keksintö liittyy liikkuvan rainamaisen materiaalin päällystykseen korkeapainesuih-5 kutekniikalla ja koskee tällaisessa päällystyksessä käytettävää suutinta. Keksintöä voidaan käyttää erityisesti paperin päällystyksessä.

Tekniikan tausta

Paperin päällystyksessä sen pinnalle levitetään päällystysseosta, jolla pyritään erityisesti parantamaan painatusominaisuuksia. Perinteisesti päällystykseen on käytetty 10 puristimia, teräsivelylaitteita ja filminsiirtolaitteita. Erityisesti kun on tarvetta kasvattaa ajonopeutta tai päällystää hyvin ohutta paperia, nämä tekniikat ovat käytännössä vaikeita luotettavasti toteuttaa.

Uusimpana päällystystekniikkana on tullut esille suihkupäällystys. Sen etuna on erityisesti se, ettei rainan kanssa tarvitse olla kosketuksessa mitään mekaanista päällys-15 tyselintä, kuten hankaavaa terää tai pyörivää sauvaa. Erityisen lupaavaksi on osoittautunut niin sanottu korkeapainesuihkutekniikka, jossa pelkkä päällystysseos ilman kaasumaista väliainetta ajetaan korkealla paineella pienireikäisen suuttimen läpi, jolloin seos hajoaa (atomisoituu) pieniksi pisaroiksi. Paine voi olla esimerkiksi 1.. .200 MPa ja suutinaukon pinta-ala esimerkiksi 0,02.. .0,5 mm . Tyypillinen pisa-20 roiden maksimikoko on noin 100 pm. Tällaisessa laitteistossa on suutinryhmä, jossa . on yksi tai useampia radan poikkisuuntaisia, useista suuttimista koostuvia suutinri- . vejä. Suuttimet sijoitetaan siten, että raina saadaan peitetyksi suihkuilla mahdolli- I · , ‘: simman tasaisesti. Tällöin suutinrivin vierekkäisten suuttimien muodostamat suihkut menevät reunoiltaan sopivasti päällekkäin. Suuttimen antama suihkun muoto riippuu 25 suutinaukon muodosta. Yleensä pyritään viuhkamaiseen suihkuun, joka on rainan poikkisuunnassa leveämpi kuin pituussuunnassa. Tällöin suutinaukko on vastaavasti ovaalin muotoinen. Tasaisen päällystyksen saavuttamiseksi viuhkat sijoitetaan edul- ,, ’,; lisesti rainan kulkusuuntaan nähden vinosti.

> · ’·"· Paperin päällystystä suihkuttamalla kuvataan esimerkiksi julkaisuissa FI-B-108061 .30 (vastaa WO-9717036) ja Nissinen V, OptiSpray, The New Low Impact Paper Coa-: ting Technology, OptiSpray Coating and Sizing Conference, Finland, 15 March ’’ 1 2001.

2 113884

Suuttimia voidaan valmistaa siten, että halutusta materiaalista, esimerkiksi sopivasta hyvin kulutusta kestävästä materiaalista, valmistetaan kappale, jossa on suppeneva kanava, joka päättyy suljettuun kärkeen, minkä jälkeen kärkeen työstetään halutunlainen suutinaukko. Ovaalin muotoinen aukko saadaan, kun kärkeen työstetään 5 poikkisuuntainen V:n muotoinen ura. Suuttimen materiaali voi olla esimerkiksi hyvin kulutusta kestävää volframikarbidiseosta (kuten WC+Co).

Keksinnön yleinen kuvaus

Nyt on keksitty vaatimuksen 1 mukainen suutin käytettäväksi rainamaisen materiaalin päällystyksessä. Muissa vaatimuksissa esitetään keksinnön eräitä edullisia suori-10 tusmuotoja.

Suutin on valmistettu siten, että suppenevan kanavan suljettuun kärkeen on työstetty poikittainen V:n muotoinen ura, jonka työstökulma on välillä 25 - 50°, kuten välillä 35 - 45°. Uran kulma vaikuttaa syntyvän ovaalin virtausaukon muotoon ja sitä kautta muodostuvan suihkun muotoon. Keksinnön mukaisella suuttimella saadaan peh-15 meäreunainen, pyöreähkö viuhkamainen suihku, mikä helpottaa vierekkäisten suihkujen limitystä siten, että saadaan mahdollisimman tasainen päällyste.

Parhaiten virtauskanava on poikkileikkaukseltaan ympyrän muotoinen ja suora. Kanavan pään muoto ennen työstämistä on parhaiten pallopinnan muotoinen.

. : V-uran suurentamisen on havaittu lisäävän suuttimen kulutuskestävyyttä. Korkea- * • '· 20 painesuihkutuksessa virtausnopeudet ovat suuria (esim. luokkaa noin 100 m/s) ja li- ; säksi päällystysseoksissa on yleensä kiinteitä aineita (esim. kalsiumkarbonaattia), •: : jotka lisäävät olennaisesti suuttimien kulutusta.

/ Suuttimessa voi olla esisuutin. Se toimii suihkun esihajottajana. Esisuuttimessa voi olla erityisesti laajeneva virtauskanava. esisuuttimella voidaan erityisesti lisätä suut- 25 timen kulumiskestävyyttä. Eräiden suoritusmuotojen mukaisesti esisuuttimen virtauskanava voi olla virtaussuunnassa laajeneva tai suppeneva.

*’t Esisuuttimen aukon koko voi olla esimerkiksi vähintään 0,1 mm, tyypillisesti välillä s ' » > · ’ ' 0,25 - 0,55 mm. Esisuuttimen aukon pinta-ala voi olla esimerkiksi enintään 50 %, ’* tyypillisesti enintään 20 %, varsinaisen suuttimen (jälkisuuttimen) aukon pinta-alas- 30 ta.

• a • * » ’· “· Nyt on keksitty myös suutin, jonka ovaalin muotoisen aukon suurimman halkaisijan suhde pienimpään halkaisijaan on selvästi suurempi kuin 1, kuten välillä 1,2-3, eri- 3 113884 tyisesti välillä 1,5 - 2,5. Suuttimen aukon dimensiot voivat olla esimerkiksi 1 -0,3 mm x 0,5 - 0,1 mm, tyypillisesti 0,75 - 0,4 mm x 0,35 - 0,15 mm.

Nyt on keksitty myös suutin, jossa on jälkisuutin, suppeneva virtauskanava, ja sen eteen liitetty esisuutin ja jossa esisuuttimen virtausaukon pinta-ala on enintään 1,1 5 kertaa varsinaisen suuttimen virtausaukon poikkipinta-ala. Parhaiten esisuuttimen virtausaukon pinta-ala on enintään jälkisuuttimen virtausaukon poikkipinta-alan suuruinen. Tällaisen esisuuttimen avulla voidaan kulumiskestävyyttä lisätä.

Keksinnön mukaisia suuttimia voidaan käyttää esimerkiksi paperien, kuten painopaperien ja kartonkien, päällystyksessä.

10 Piirustusten kuvaus

Keksinnön eräitä suoritusmuotoja selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti. Oheiset piirustukset kuuluvat osana kirjoitettuun selostukseen.

Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista suutinta ja siihen liitettävää esisuutinta.

15 Kuvio 2 esittää erään kuvion 1 mukaisen suutinyhdistelmän tilavuusvirtaa ajan funktiona.

Keksinnön eräiden suoritusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus : Kuvion 1 mukaisessa suuttimessa on jälkisuutin 1 ja esisuutin 2.

» * Jälkisuutin 1 on valmistettu siten, että ensin on tehty kappale, jossa on suppeneva, ’ 20 poikkileikkaukseltaan ympyrän muotoinen suora virtauskanava, jossa on suljettu pallopinnan muotoinen kärki. Kärkeen on hiomalla työstetty keskelle poikittainen : V:n muotoinen ura siten, että saadaan poikkipinta-alaltaan halutun kokoinen suutin- aukko 3. Suutinaukko on ellipsin muotoinen, ja sillä muodostuva suihku on viuhkamainen.

» » 25 Esisuuttimessa 2 on laajeneva virtauskanava, jonka syöttöaukko 4 on ympyrän muotoinen.

I . * ,, ; Suutinaukon 3 hiontakulma vaikuttaa suutinaukon ja sillä saatavan suihkun muo toon. Mitä pienempi hiontakulma on, sitä litteämpi ja teräväreunaisempi viuhkasta ..!:" tulee. Viuhkan reunoissa voi olla vielä eteenpäin osoittavat profiilipiikit. Hiontakul- 30 man suurentaminen pullistaa virtauspoikkipintaellipsiä, jolloin viuhkan profiilista tulee pyöreämpi ja paremmin segmenttimäinen.

4 113884

Keksinnön mukaisesti hiontakulma on välillä 25 - 50°, kuten välillä 35 - 45°. Vastaavasti ellipsin muotoisen aukon isoakselin suhde pikkuakseliin on välillä 1,2-3, kuten välillä 1,5 - 2,5. Muodostuvan suihkun viuhkakulma on noin 90°.

Päällystysasemassa suuttimia voi olla yhdessä rivissä esimerkiksi noin 60 mm:n ja-5 olla noin 100 mm:n etäisyydellä rainasta. Parhaiten suuttimet sijoitetaan limittäen sopivaan kulmaan siten, että saadaan mahdollisimman tasainen ja kaksinkertainen peitto.

On myös havaittu, että kulumisen kannalta kriittisin on hiontasivun alareunan 5 nurkka. Suuttimen kuluessa tämä nurkka pyöristyy, mikä sekä suurentaa aukon pin-10 ta-alaa että muuttaa aukon geometriaa ja siten suihkun muotoa. Alun perin ellipsin muotoinen aukko lähestyy suorakaidetta. Mitä suurempi on hiontakulma, sitä vähäisempää on kuluminen.

Kulumisen vaikutusta tutkittiin eräällä kuvion 1 mukaisella suuttimella suihkuttamalla kalsiumkarbonaattipastaa (kuiva-ainepitoisuus 50 %) 10 MPa:n paineella. Ti-15 lavuusvirta (ml/s) ajan (h) funktiona esitetään kuviossa 2. Tilavuusvirta kasvaa aluksi varsin voimakkaasti. Noin 95 tunnin on kasvunopeudessa kuitenkin selvä taitos. 336 tunnin kohdalla vaihdettiin uusi esisuutin, jolloin tilavuusvirta putosi 32 %, mutta oli vielä 34 % lähtötasoa korkeammalla. Tämän jälkeen kulumiskäyrä on hieman loivempi kuin silloin kun molemmat suuttimet ovat uusia. Oletettavasti tämä 20 johtuu siitä, että uuden esisuuttimen aukko on pienempi kuin kuluneen jälkisuutti-men. Kun esisuuttimessa on kulumispinta-alaa enemmän, on jälkisuuttimen kuluminen hitaampaa. Kulumiskäyrän tasaantumisvaiheessa ovat suuttimien aukkojen pinta-alat lähellä toisiaan. Kun 670 tunnin kohdalla vaihdettiin uusi jälkisuutin, kasvoi , . tilavuusvirta jälleen jyrkemmin, mikä tukee edellä esitettyä oletusta.

25 Kun suuttimeen laitettiin yhtä kokoluokkaa pienempi esisuutin, kuluminen hidastui huomattavasti. Kahdessa viikossa (336 h) tilavuusvirta kasvoi ainoastaan 25 %, mi-; kä on jo helposti pumppauspaineella kompensoitavissa.

Esisuuttimen virtausaukon pinta-ala saisi olla enintään 1,1 kertaa jälkisuuttimen vir-: tausaukon poikkipinta-ala. Parhaiten esisuuttimen virtausaukon pinta-ala on enin- • 30 tään jälkisuuttimen virtausaukon poikkipinta-alan suuruinen.

Claims (10)

113884

1. Suutin käytettäväksi rainamaisen materiaalin päällystyksessä korkeapainesuih-kutekniikalla, joka suutin (1) on valmistettu muodostamalla kappale, jossa on suppeneva kanava, joka päättyy suljettuun kärkeen, minkä jälkeen kärkeen on työstetty 5 poikkisuuntainen V:n muotoinen ura (3), tunnettu siitä, että V:n muotoisen uran (3) kulma on välillä 25 - 50°, kuten välillä 35 - 45°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, jossa suutinaukon poikkipinta on ovaalin muotoinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suutin, jossa suutinaukon suurimman 10 halkaisijan suhde pienimpään halkaisijaan on selvästi suurempi kuin 1, kuten välillä 1,2-3, erityisesti välillä 1,5 - 2,5.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suutin, jossa suuttimen aukon dimensiot ovat 1 - 0,3 mm x 0,5 - 0,1 mm, kuten 0,75 - 0,4 mm x 0,35 - 0,15 mm.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen suutin, joka on jälkisuutin (1), 15 johon liittyy esisuutin (2).

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen suutin, jossa esisuuttimessa (2) on laajeneva tai suppeneva virtauskanava.

’ 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen suutin, jossa esisuuttimen (2) vir- tausaukon pinta-ala on enintään 1,1 kertaa jälkisuuttimen (1) virtausaukon poikki-: ’· 20 pinta-ala, parhaiten enintään varsinaisen suuttimen virtausaukon poikkipinta-alan ’ · · suuruinen.

. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen suutin, jossa esisuuttimen (2) au kon halkaisija on vähintään 0,1 mm, kuten välillä 0,25 - 0,55 mm.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen suutin, jossa esisuuttimen (2) au-: 25 kon pinta-ala on enintään 50 %, kuten enintään 20 %, jälkisuuttimen (1) aukon pin- : ta-alasta.

; : 10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukaisen suuttimen käyttö paperin pääl lystykseen. » * ( > » 113884