FI122799B - Perälaatikko ja menetelmä paperi- tai kartonkikonetta varten - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee perälaatikkoa paperi- tai kartonkikonetta varten. Perälaatikkoon (10) kuuluu perälaatikon (10) sisäseinämän (19) ja pyörimään sovitetun telan (11) rajoittama virtauskanava (13), joka kapenee virtaussuunnassa. Tela (11) on sovitettu syöttötelaksi (12) ja syöttötelan (12) pyörimisakseli on sovitettu liikutettavaksi säteensuuntaisesti virtauskanavan (13) koon ja muodon muuttamiseksi ja siten perälaatikon (10) säätämiseksi. Keksintö koskee myös menetelmää paperi- tai kartonkikonetta varten.

Description

PERÄLAATIKKO JA MENETELMÄ PAPERI- TAI KARTONKIKONETTA VARTEN

Keksinnön kohteena on perälaatikko paperi- tai kartonkikonetta varten, johon perälaatikkoon kuuluu perälaatikon sisäseinämän ja 5 pyörimään sovitetun telan rajoittama virtauskanava, joka kapenee virtaussuunnassa. Keksinnön kohteena on myös menetelmä paperi-tai kartonkikonetta varten.

Viime vuosina paperin ja kartongin valmistusprosesseissa tuotan- 10 tomäärät ja -nopeudet ovat nousseet voimakkaasti. Tämä on aiheuttanut varsinkin perälaatikkoon suuria teknisiä haasteita.

Tällöin paperin ja kartongin valmistusprosessista on tullut vaikeasti hallittava ja perälaatikosta kooltaan massiivinen ja myös hinnaltaan kallis. Suuret virtausmäärät sekä niiden hallin- 15 ta edellyttävät monenlaisia ajettavuuskomponentteja, mikä edelleen lisää kustannuksia. Myös perälaatikoiden yhteydessä olevat pumput ja sihdit ovat erikoisvalmisteisia perälaatikon asettamien vaatimusten mukaan. Lisäksi paperi- ja kartonkikonei- den perälaatikot joudutaan mitoittamaan suppealle virtaama-alu- 20 eelle, jota myös ajoikkunaksi kutsutaan. Tämä rajoittaa paperi- ja kartonkikoneiden toiminta-aluetta, jolloin koko tarvittavan neliöpainoalueen tuottaminen samalla koneella on mahdotonta.

Nämä seikat nostavat investointikustannuksia ja kaventavat prosessin toiminta-aluetta. Toiminta-alueen kapeus on ongelma 25 etenkin kartonkikoneilla, joilla haluttu neliöpainoalue on usein hyvinkin laaja. Eri kartongeilla neliöpainoalue voi vaihdella cm esimerkiksi 120 - 380 g/m2. Kustannusten säästämiseksi on pyrit es cm ty valmistamaan kartonki useasta kerroksesta siten, että ydin- 00 o kerroksen molemmin puolin valmistetaan pintakerrokset. Esimer- 2 30 kiksi paksussa kolmikerroskartongissa olisi periaatteessa ^ edullista valmistaa paksu ydinkerros ja ohuet pintakerrokset

CL

esimerkiksi koostumuksella 40 + 300 + 40 g/m2. Tämä on kuitenkin o oo osoittautunut käytännössä mahdottomaksi, jolloin pintakerrosten ^ paksuutta on jouduttu suurentamaan, mikä on nostanut tuotanto- ^ 35 kustannuksia merkittävästi, koska pintakerroksen raaka-aine on kalliimpaa kuin ydinkerroksen. Samalla on jouduttu perälaatikon 2 ajoikkunan ulkopuolelle, jolloin aiheutuu ongelmia itse prosessiin ja lopputuotteen laatuarvoihin.

Nykyisillä perälaatikoilla on lisäksi käytettävä alhaista 5 kuitususpension sakeutta, jotta saavutetaan riittävä virtaama ja sekoitus. Tavanomaisesti sakeus on 0,5 - 1,0%. Perälaatikon toiminta edellyttää tiettyä minimivirtaamaa tarvittavan leik-kausvoiman aikaansaamiseksi ja siten kuitususpension homo-genisoimiseksi. Koko märänpään mitoitus on osoittautunut vai-10 keaksi jopa normaalilla sakeusalueella. Nykyisten perälaatikoi-den toiminta perustuu paineeseen ja painehäviöön, mikä tekee perälaatikoista raskaita paineastioita. Toiminnallisesti perä-laatikko on turbulenssigeneraattori. Tämä puolestaan vaatii virtauskanavistolta korkeaa valmistustarkkuutta, mikä edelleen 15 lisää kustannuksia. Nykyinen tuotantoprosessi on herkkä pulsaa-tiolle ja kuitususpension ilmapitoisuudelle, mikä vaikuttaa haitallisesti ajettavuuteen ja lopputuotteen laatuun. Myös perälaatikoiden säädettävyys on rajoitettu lopputuotteen laatu-arvojen suhteen. Tällaisia arvoja ovat esimerkiksi formaatio, 20 erilaiset lujuusarvot, orientaatiosuhde sekä eri arvojen väliset suhteet.

Nykyisten perälaatikoiden valmistustarkkuusvaatimukset ovat kasvaneet virtausmäärien ja tuotantojen noustessa. Nykyisissä 25 perälaatikoissa energia on paineena ja näin perälaatikoista on tullut rakenteeltaan paineastioita. Virtaushäiriöiden väittämien ^ seksi ja leikkausvoimien aikaansaamiseksi perälaatikon vastapai- co ? ne on jouduttu nostamaan korkeaksi, mikä tekee toiminta-alueen O) kapeaksi. Käytännössä perälaatikolla on yksi optimivirtaama, £ 30 mikä rajoittaa paperi- ja kartonkikoneiden ajettavien laatujen g neliöpainoalueiden toteuttamista. Myös lopputuotteen laatuarvo- S jen säätäminen on nykyisillä perälaatikoilla rajallinen. Etenkin o kartonkikoneilla lujuusarvojen optimointi on vaikeaa ja toimivat

(M

säädöt puuttuvat. Kapeasta toiminta-alueesta poikkeaminen 35 heikentää heti lopputuotteen laatuarvoja. Myös perälaatikon sakeus on kapealla alueella ja kaiken lisäksi sakeus alhainen 3 ollen noin 0,5 %. Tämä nostaa virtausmäärät suurilla tuotantomäärillä korkeiksi ja niiden hallittavuus on vaikeaa. Suuret virtausmäärät määrittävät myös prosessin muiden laitteiden koot ja osa laitteista on oltava erikoisvalmisteisia. Myös prosessin 5 hallittu ajaminen vaatii ajettavuuskomponentteja. Näin investointi- ja käyttökustannukset nousevat korkeiksi.

On myös yritetty kehittää perälaatikko, jossa voitaisiin käyttää aikaisempaa sakeampaa kuitususpensiota. Tällainen perälaatikko 10 esitetään eurooppapatentissa numero 2215305. Perälaatikkoon kuuluu perälaatikon sisäseinämän ja pyörimään sovitetun telan rajoittama virtauskanava, joka kapenee virtaussuunnassa. Sakeaa kuitususpensiota syötetään perälaatikkoon sakeamassapumpulla. Kapenevassa virtauskanavassa pyörivällä telalla pyritään aikaan-15 saamaan kuitususpensioon sekoitus ja turbulenssi. Telasta huolimatta kyse on niin sanotusta paineperälaatikosta, joka saa voimansa ulkopuolisesta pumpusta. Tällöin kuitususpension ulosvirtausnopeus ja sen säätö perustuu mainittuun pumppuun. Toisin sanoen tällaisen hydraulisen perälaatikon toiminta 20 perustuu suureen painehäviöön.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada paperi- tai kartonki- konetta varten uudenlainen perälaatikko, joka toimii laajalla neliöpaino- ja sakeusalueella. Keksinnön tarkoituksena myös on 25 aikaansaada paperi- tai kartonkikonetta varten uudenlainen menetelmä, jolla prosessia ja siten lopputuotteen ominaisuuksia o ^ voidaan säätää entistä tarkemmin, mutta aikaisempaa helpommin, co ? Tämän keksinnön mukaisen perälaatikon tunnusomaiset piirteet 05 ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1. Vastaavasti keksin- £ 30 nön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet ilmenevät ohei- io sesta patenttivaatimuksesta 8. Uudenlainen perälaatikko toimii o S yllättävällä tavalla mahdollistaen tarkan säädettävyyden.

o Tällöin tuotantoprosessin ja virtausten hallinta on entistä

CM

parempaa, jolloin lopputuotteen laatuarvojen hallinta on aikai-35 sempaa parempaa. Uudenlainen toimintaperiaate ja rakenne mahdollistavat osan lyhytkierron ja muodostusosan toiminnoista sisäl- 4 lyttämisen perälaatikkoon. Menetelmän ansiosta märänpään prosessi on yksinkertainen ja tarvittaessa voidaan käyttää aikaisempaa sakeampaa kuitususpensiota. Samalla prosessia voidaan käyttää laajalla neliöpainoalueella.

5

Entistä laajempi toiminta-alue ja säädettävyys mahdollistavat usean tuotelajin tuottamisen samalla perälaatikolla, jolloin voidaan puhua monilajiperälaatikosta. Virtausperiaatteeseen perustuva perälaatikko toimii itse eräänlaisena jatkuvatoimise-10 na, juoksupyörättömänä ja kevytrakenteisena, syöttöpumppuna. Tällöin painetasot ovat entistä matalammat, jolloin voidaan käyttää kevyitä rakenteita. Lisäksi perälaatikon toiminta-alue on laaja niin virtaamien kuin sakeuksienkin suhteen. Keksinnön mukaisessa perälaatikossa kuitususpension lopullinen virtaama, 15 tarkemmin sanottuna ulosvirtausnopeus, säädetään syöttötelan pyörimisnopeudella. Lisäksi perälaatikko toimii sakeusalueella 0,5 - 5,0%.

Uudenlainen perälaatikon rakenne ja toiminta poistaa pienen 20 huuliraon ongelman sakeaa kuitususpensiota käytettäessä. Samalla vältetään rajakerrosturbulenssin syntyminen sekä huuligeometria häiriöt. Myös entistä sakeampaa kuitususpensiota voidaan käyttää aikaisempaa alhaisemmilla neliöpainoilla. Tunnetusti kuitususpension virtausominaisuudet muuttuvat merkittävästi sakeutta 25 kasvatettaessa. Tämä johtuu pääasiassa kuitususpension flokkaan-

CM

^ tumisajasta, joka pienenee nopeasti sakeuden funktiona. Pieni ^ flokkaantumisaika merkitsee samalla myös flokkaantumisherkkyyden oo ? kasvamista. Flokkautumisessa kuitususpensioon muodostuu paikal- 05 lisiä kuitusakeuden vaihteluja, kuten flokkeja ja voideja. x £ 30 Toisin sanoen kuitususpensio on rakenteeltaan epähomogeeninen, g mikä aiheuttaa ajettavuusongelmia ja laatupoikkeamia. Jotta S sakea kuitususpensio voidaan pitää homogeenisena, nestefaasiin o on aiheutettava myötärajan ylittäviä leikkausjännityksiä.

CM

Tarvittavat jännitykset kasvavat sakeuden kolmanteen potenssiin 35 ja riippuvat lisäksi kuitujen pituudesta ja pituusmassasta. Pitkät ja taipuisat kuidut vaativat samassa sakeudessa suuremman 5 leikkausjännityksen, kun taas lyhyistä ja jäykistä kuiduista muodostuvat kuitususpensio homogenisoituu pienemmällä leikkaus-j ännityksellä.

5 Keksinnön mukaisessa perälaatikossa kuitususpensio homogenisoidaan pyörivällä syöttötelalla, joka rajaa perälaatikon si-säseinämän kanssa kapenevan virtauskanavan. Lisäksi virtaus-kanavan suuruus on muutettavissa ja säädettävissä syöttötelaa liikuttamalla. Homogenisointi perustuu kahteen fysikaaliseen 10 ilmiöön, joita voidaan kuvata kahdella dimensiottomalla luvulla, niin sanotulla π-luvulla. Nämä luvut ovat Reynoldsin luku Re ja Taylorin luku Ta. Reynoldsin luku Re riippuu virtausraosta d, syöttötelan kulmanopeudesta Ω=2πΐ, jossa f on kierrosluku, ja syöttötelan säteestä R sekä massan kinemaattisesta viskositee-15 tista v. Viskositeetti voidaan määritellä venyttävälle virtaukselle ja leikkausvirtaukselle ja se kasvaa sekä kuitusakeuden että kuitupituus/leveys suhteen kasvaessa. Reynoldsin luku Re voidaan kirjoittaa muotoon Re=Q*R*d/v. Reynoldsin luvun Re kasvaessa, leikkausjännitykset kasvavat ja lopulta virtaus 20 muuttuu turbulenttiseksi. Taylorin luku Ta riippuu samoista tekijöistä ja voidaan kirjoittaa muotoon

Ta = OxR0^ d1’5 / v = Re > (d/R)a5

Taylorin luvun kasvaessa kuitususpensioon syntyy tietyssä 25 vaiheessa virtauksen kulkusuuntaisia vortekseja, joilla on o erinomainen kyky hajottaa flokkeja ja erotella kuitususpensiosta

(M

pj ilmapitoinen massakomponentti. Kun Taylorin lukua edelleen cp ^ kasvatetaan, virtaus muuttuu lopulta turbulenttiseksi ja stabii lit vorteksit häviävät.

X

cc 30 o Keksinnön mukaisessa perälaatikossa kuitususpensio ohjataan oo kapeaan virtauskanavaan, jossa pyörivä syöttötela aiheuttaa ^ kuitususpensioon voimakkaan leikkauksen. Aluksi leikkaus synnyt tää rajakerrosturbulenssin, joka aiheuttaa voimakkaita Reynold-35 sin jännityksiä kuitususpensioon. Kun kuitususpensio edelleen 6 kiihtyy virtauskanavassa, syntyy vortekseja ja lopulta koko virtauskanavan virtaus muuttuu turbulenttiseksi. Tämä virtausse-kvenssi takaa sen, että perälaatikosta ulostuleva suihku on homogeeninen. Kun syöttötelan säde ja kuitususpension vis-5 kositeetti oletetaan kiinnitetyiksi, vapaiksi parametreiksi jää virtausraon radiaalinen mitta sekä virtausraon leveys d että syöttötelan kietoma, jotka ovat tässä perälaatikossa säädettävissä. Lopullinen, huuliaukosta ulostuleva kerrospaksuus määräytyy ohikierto- tai ylijuoksusuhteen mukaisesti, mitä selitetään 10 tarkemmin myöhemmin. Ohikierto- tai ylijuoksusuhde on siten myös tärkeä säätöparametri. Rajakerrosturbulenssia voidaan vielä tehostaa perälaatikon sisäseinän rakenteella. Näin synnytetyt leikkausjännitykset ylittävät kuitususpension flokkien myötära-jan. Lisäksi seinärakenteella voidaan säätää paikkaa, jossa koko 15 virtauskanavan virtaus muuttuu turbulenttiseksi.

Leikkausvoimat vaikuttavat virtauskanavassa kuitususpensioon koko ajan aina rainausvyöhykkeelle asti. Tämä saadaan aikaan virtauksen jatkuvalla, mutta pienellä kiihdytyksellä, jolloin 20 muodostuu venyttävä virtaus. Kiihdytys pidetään kuitenkin niin pienenä, että estetään rajakerroksen laminarisoituminen. Rainan-muodostus tapahtuu lyhyellä matkalla ja venyttävässä virtauksessa, jolloin flokkien muodostuminen estyy. Perälaatikon jälkeisellä vedenpoistovyöhykkeellä ylläpidetään koko ajan tasaista ja 25 flokitonta kuitususpensiota, mikä tuottaa hyvän lopputuotteen ^ rakenteen, o

CM

CO

? Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla 05 oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, x £ 30 joissa

LO

O

LO Kuva la esittää keksinnön mukaisen perälaatikon poikkileikat- o tuna,

CM

Kuva Ib esittää periaatteellisesti perälaatikon säätöpiiriä, 35 Kuva 2 esittää keksinnön mukaisen perälaatikon toisen sovel luksen kuvan la tavoin, 7

Kuva 3 esittää keksinnön mukaisella perälaatikolla varustetun konseptin yhden sovelluksen,

Kuva 4 esittää keksinnön mukaiseen perälaatikkoon yhdistetyn lyhytkierron yhden sovelluksen.

5

Kuvassa la esitetään keksinnön mukainen perälaatikko 10, joka on rakenteeltaan kevyt ja siten investointikustannuksiltaan halvempi kuin tunnetut perälaatikot. Perälaatikkoa voidaan keventää, koska perälaatikosta ulostulevan kuitususpension virtausnopeus 10 ja tätä vastaava perälaatikon paine voidaan jopa puolittaa pyörivän syöttötelan kehänopeudella. Siten perälaatikon toiminta perustuu kineettisen energian hyväksikäyttöön, jossa tela on nimenomaan syöttötela. Keksinnön mukaan tela 11 on siis sovitettu syöttötelaksi 12. Lisäksi syöttötelan 12 pyörimisakseli on 15 sovitettu liikutettavaksi säteensuuntaisesti virtauskanavan 13 koon ja muodon muuttamiseksi ja siten perälaatikon 10 säätämiseksi. Perälaatikon säätämisestä tarkemmin myöhemmin.

Kuvassa la esitetään vain perälaatikko 10, joka on sovitettu 20 kahden telan 14 ja 15 muodostamaan kitaan. Telojen 14 ja 15 kautta kulkee muodostusviirat 16 ja 17, joiden väliin kuitusus-pensiota syötetään rainan muodostamiseksi. Lyhytkierrosta kuitususpensiota jaetaan perälaatikkoon 10 jakoputken 18 kautta. Jakoputkessa on kierrätys, jossa on säätö jakoputken etu- ja 25 takalaidan paineen säätämiseksi. Perälaatikon 10 sisäseinämä 19 C\l ^ ja pyörimään sovitettu syöttötela 12 rajoittavat virtauskanavan ^ 13, joka kapenee virtaussuunnassa. Jakoputkesta 18 kuitususpen- oo ? sio ohjataan virtauskanavaan 13, joka siis muodostuu syöttötelan σ> 12 pyörivästä pinnasta ja virtauskanavan 13 kaarevasta si-

X

£ 30 säseinämästä 19. Kaarevaan sisäseinämään 19 voidaan sovittaa g vaihdettava muotolevy 20, jolla lisätään leikkausjännityksiä ja S siten homogenisoidaan virtaus. Tämä on tärkeää etenkin silloin, o kun ajetaan korkeammissa sakeuksissa. Muotolevy on mahdollista

CM

vaihtaa ja näin voidaan hakea haluttu leikkausvoiman taso. 35 Muotolevyn asemaa ja asentoa voidaan säätää tuotannon aikana. Muotolevyllä vaikutetaan perälaatikon virtaukseen ja virtauksen 8 tarvitsemaan rajakerrosturbulenssiin. Turbulenssin voimakkuustaso ja tarve määräytyy lähinnä raaka-ainepohjan, perälaatikon sakeuden ja ajettavan laadun mukaan. Korkea neliöpaino ja perälaatikon ajosakeus lisäävät turbulenssin tarvetta homogeeni-5 sen rainan aikaansaamiseksi, jolloin muotolevy voi olla tarpeen. Muotolevy voi olla aktiiviselta osalta eripituinen ja aktiivisen osan kuvion voi myös muuttaa. Muotolevy on vaihdettavissa ja sen muoto sekä malli on vapaasti valittavissa. Muotolevy voidaan pinnoittaa esimerkiksi teflonilla sen puhtaana pitämiseksi. 10 Ennen jakoputkea voidaan käyttää purkauskammiota, joka perustuu pyörivään liikkeeseen (ei esitetty). Tässä tapauksessa pyörimisliike pitää olla samansuuntainen kuin syöttötela.

Pienissä sakeuksissa muotolevy voi olla sileä tai se jätetään 15 asentamatta perälaatikkoon. Muotolevystä tai sen puuttumisesta huolimatta virtauskanava kapenee hallitusti. Tällöin aikaansaadaan kuitususpension virtaukseen pieni kiihtyvyys ja leikkaus-voimien vaikutus saadaan pidettyä yllä. Näin varmistetaan kuitususpension säilyminen homogeenisena. Syöttötelan 12 ke-20 hänopeudella aikaansaadaan perälaatikkoon jopa puolet ulosvir-tausnopeudesta. Perälaatikkoon kuuluu myös ohivirtauskanava 21, joka on virtauskanavan 13 suhteen syöttötelan 12 vastakkaisella puolella ja jota yhdeltä puolelta syöttötela 12 rajoittaa. Ohivirtauksen kasvaessa syöttötelan vaikutus virtausnopeuteen 25 pienenee. Osa perälaatikkoon syötettävästä kuitususpensiosta CM , , ί- siis kierrätetään ohivirtauksen kautta takaisin. Ohivirtaus on o , säädettävissä ja ohivirtauksella varmistetaan, että syöttöpaine co ? jakoputken molemmilla laidoilla on sama. Ohivirtauksen mukana 05 poistetaan myös ilmapitoinen kuitususpensio. Nestefaasin keski-x £ 30 pakopaine syrjäyttää ilman virtauskanavan ulkokehältä ja ilma g kerääntyy syöttötelan pinnalle juuri pyörimisliikkeen johdosta.

S Ilma on nestefaasia kevyempi ja erottuu syöttötelan pinnalle, o josta voidaan poistaa pienellä ohivirtauksella ohivirtaus-

CM

kanavaan. Syöttötelan halkaisijalla ja pyörimisnopeudella 35 voidaan siis myös vaikuttaa ilmanpoistoon. Tällä on suuri merkitys prosessin yksinkertaistamisessa, sillä ilmanpoistolait- 9 teistosta tulee tarpeeton. Ilmanpoistoon voidaan vaikuttaa myös syöttötelan rakenteella. Jos syöttötela tehdään mikrolamelleis-ta, voidaan ilmanpoistoa edelleen tehostaa. Lamellien ansiosta syöttötelan pintaan muodostuu mikrokokoinen ajosuuntainen 5 uritus, joka tehostaa ilmanpoistoa vaikuttamatta formaatioon.

Syöttötelaa pyörittävä moottori 22 on varustettu taajuusmuunta-jalla 50, jolloin syöttötelan pyörimisnopeutta ja siten ke-hänopeutta voidaan säätää portaattomasti nollasta haluttuun 10 (kuva Ib) . Tällöin syöttötelalla voidaan säätää perälaatikon kuitususpension ulosvirtausnopeutta portaattomasti ja siten hallita suihkusuhdetta ja ajosuunnan/poikkisuunnan orientaa-tiosuhdetta. Syöttötelan kehänopeudella voidaan myös muuttaa ja säätää muodostuvan rainan z-suuntaista jakaumaa ja mahdollistaa 15 siten esimerkiksi lopputuotteen laatu- ja lujuusarvojen, formaation ja käyristymisen säädön. Edellä mainittuihin arvoihin vaikuttaa myös muotolevyn aiheuttama leikkausvoima. Lyhytkier-rosta, lähinnä pumppujen ja sihtien aiheuttamat vaihtelut ja pulsaatiot ovat vähäisiä ja ne vaimentuvat, koska vain osa 20 perälaatikon ulosvirtausnopeudesta ja perälaatikkoon kohdistuvasta paineesta tulee kuitususpensiota syöttävästä pumpusta. Painetaso on joka tapauksessa pieni, vain pieni osa nykyisten perälaatikoiden painetasosta.

25 Syöttötelan pyöriminen aikaansaa kuitususpensiossa pienen keskipakovoiman, joka erottaa kuitususpensiossa olevan vapaan o ilman. Tämä ilma kerääntyy syöttötelan 12 pinnalle, joka kierrä-oo ? tetään syöttötelan 12 pintaa pitkin ohivirtauskanavan 21 kautta

CD

pois. Näin saadaan haitallinen ilma pois hetkeä ennen rainan x £ 30 muodostamista. Samalla lyhytkierrosta voidaan jättää pois lo aiemmin välttämätön massiivisen ilmanpoistolaitteistoa. Ilman- o S poistoa voidaan tehostaa tekemällä syöttötelan pinta lamellira- o kenteella, jossa on mikrourat (ei esitetty). Rainan poikkipro-

c\J

fiilin säätöä varten perälaatikossa on laimennussäätö 23, jolla 35 laimennusvesi syötetään virtauskanavaan 13 ennen muotolevyä 20. Lisäsäätönä virtausprofiilin korjaamiseen on mahdollista tehdä 10 syöttötelan halkaisijaan pieniä muutoksia, joilla vaikutetaan syöttötelan kehänopeuteen poikkisuunnassa kohdistetusti. Virtausnopeuden säätöön on useasti tarve molemmissa rainan reunoissa, koska reunat esimerkiksi kuivuvat ja kutistuvat eri tavalla 5 kuin rainan keskialueet. Syöttötelan sijaintia voidaan muuttaa esimerkiksi epäkeskolaakeroinnin avulla. Muutos vaikuttaa virtauskanavan kokoon ja muotoon ja siten kuitususpension virtaukseen.

10 Virtauskanava 13 ja edellä mainittu ohivirtauskanava 21 erotettu liikutettavasti sovitetulla jakopöydällä 24. Jakopöytää voidaan liikuttaa niin pysty- että vaakasuunnassa. Lisäksi virtaus-kanavan 13 jatkeena on huulikanava 25, jonka alkuosan jakopöytä 24 määrittää. Tällöin huulikanavan suppenemiskulmaa ja huuliauk-15 koa voidaan muuttaa halutessa säätämällä jakopöytää. Jakopöydän asennolla määritetään myös ohivirtauskanavan koko. Syöttötela 12 on lisäksi varustettu korkeapainesuihkulla 26, jossa vesimäärä on pieni ja suihku terävä. Suihkulla syöttötela pidetään puhtaana ja ilmapitoinen massa ohjataan pois. Perälaatikko on varus-20 tettu aukaistavalla kannella 27, jonka kautta perälaatikko voidaan huoltaa ja tarvittaessa vaihtaa syöttötela ja muotolevy.

Kuvassa 2 esitetään keksinnön mukaisen perälaatikon 10 muunnos. Tässä huulikanavan 25 yläpuolinen huuli poistettu ja tilalle on 25 laitettu imukenkä 28, jonka kautta muodostusosan yläpuolinen

CM

I- muodostusvnra 17 kulkee. Toisin sanoen imukenkä 28 raioittaa o , huulikanavaa 25 yläpuolelta. Tällöin rainanmuodostus alkaa jo co ? perälaatikon huulikanavassa. Tämä yksinkertaistaa muodostus- 05 prosessia, tehostaa vedenpoistoa ja parantaa prosessin hallin-x £ 30 taa. Myös perälaatikon ja muodostusosan rakenteet yksinkertais- g tuvat, mikä pienentää hankinta- ja käyttökustannuksia. Samalla S mahdolli stuu prosessin toiminta korkeassa sakeudessa ja perälaa- o tikolla saavutetaan tasainen rainanmuodostus. Yläpuolisen huulen

CM

korvaaminen imukengällä estää rajakerrosturbulenssin synnyn. 35 Samalla poistuvat aiemmat huulisuihkuongelmat ja mahdollisten vorteksien vahvistuminen estyy. Imukenkä myös mahdollistaa 11 tavallista korkeamman sakeuden käyttämisen, sillä perälaatikosta puuttuu perinteistä huuliaukkoa, jolloin pienestä huuliaukosta ja kärkilistasta aiheutuvat ongelmat vältetään. Suuri osa vedestä poistuu noin kahdenkymmenen senttimetrin matkalla 5 imukengän alueella. Imukengän yhteydessä voi olla myös ohjausle-vy, jonka pituudella voidaan määritellä imukengän toiminta-alue. Myös ylähuulen paikalla voidaan käyttää ohjausevää, joka on mahdollista vaihtaa. Tällöin perälaatikko voidaan koota moduuleista, jolloin perälaatikon ominaisuudet saadaan halutuksi ja 10 samalla huoltotoimenpiteet helpottuvat.

Kuvassa 3 esitetään keksinnön mukaisella perälaatikolla varustettu konsepti, joka soveltuu niin paperi- kuin kartonkikoneil-le. Tässä sovelletaan kuvan 2 mukaista perälaatikkoa 10, joka on 15 imukengällä 28 integroitu muodostusosaan 29. Esitetyssä muodos-tusosassa 29 on kaksipuolinen vedenpoisto, joka on imukengän 28 lisäksi toteutettu kolmella vedenpoistoelementillä 30, 30' ja 30''. Muodostusosa on lyhyt ja kallis imutela on tarpeeton. Tällöin muodostusosa on imuton, jolloin muodostetun rainan 20 lämpötila pysyy korkeana aina puristinosalle asti. Esimerkiksi ohutta laatua korkeassa, esimerkiksi 3%, sakeudessa tuotettaessa, on muodostusosan jälkeinen kuiva-aine on jo niin korkea, että voidaan käyttää esipuristinta. Esipuristin antaa tasosuun-taista lujuutta eli niin sanottua jousivoimaa, joka kartongilla 25 on erittäin tärkeä, mutta jonka säätämiseen ei aiemmin ole ollut cm ·>- keinoja. Tässä muodostusviira 16 ja puristinkudos 32 on sovitet-

Ovl ^ tu kulkemaan saman esipuristinnipin 31 kautta. Tämän jälkeen ? korkeasta kuiva-aineesta johtuen jo yksikin kenkäpuristin 33 σ> riittää puristinosalla. Tämä lyhentää puristinosaa ja yksinker-x £ 30 taistaa sen rakennetta. Pick-uptelalla 34 varustettu puristinosa g yhdessä korkean kuiva-aineen kanssa takaavat hyvän ajettavuuden oo LO ja mahdollistaa heikompien raaka-aineiden käytön. Esipuristin o tehostaa rainan tiivistystä ja lisää lujuuksia.

c\j 1

Kuvassa 4 esitetään 0,2 - 5,0%, edullisemmin 1,0 - 3,5% perälaa-tikkosakeudessa, toimiva lyhytkierto. Lyhytkierrosta puuttuu 12 ilmanpoistolaitteisto kokonaan. Massiivinen ja paljon energiaa kuluttava ilmanpoistolaitteisto on poistettu tarpeettomana, koska ilmapitoinen kuitususpensio poistetaan ohivirtauskanaval-la. Lyhytkierrosta on jätetty pois myös niin sanottu viirakaivo 5 ja perinteinen peränsyöttöpumppu, joka on etenkin suurilla virtauksilla erikoisvalmisteinen ja kallis. Sinällään perälaa-tikko voidaan yhdistää tunnettuihinkin muodostusosiin.

Lyhytkiertoon kuuluu konesäiliö 35 kuitususpensiota varten sekä 10 sekoituspumppu 36 ja painesihti 37. Tässä sekoituspumppu 36 on järjestetty suoraan konesäiliön 35 ja painesihdin 37 väliin ja se on sovitettu syöttämään kuitususpensiota suoraan perälaatik- koon 10. Tarkemmin sanottuna kuitususpensio johdetaan sekoitus- säiliöön 38, jossa on sakeudensäätö. Sekoitussäiliöstä 38 15 kuitususpensio pumpataan konesäiliöön 35. Konesäiliössä 35 on sakeudenmittaus ja -säätö. Konesäiliöstä 35 kuitususpensio pumpataan painesihdin 37 kautta perälaatikkoon 10 sekoituspum- pulla 36, joka tässä tapauksessa on samalla toiminnallinen peränsyöttöpumppu. Konesäiliöstä tulevan kuitususpension sakeus 20 ja virtausmäärä mitataan ja näitä tietoja käytetään hyväksi prosessia säädettäessä. Perälaatikon 10 jakoputkesta on säädetty kierrätyslinja 39 takaisin sekoituspumpun 36 imupuolelle.

Painesihdin 37 rejekti 42' ohjataan rejektisäiliöön 40, josta on pumppaus rejektisihdille 41. Rejektisihdin 41 hyväksytty jae 25 palautetaan sekoituspumpun 36 imupuolelle ja rejekti johdetaan ^ laimennettuna pyörrepuhdistuslaitokseen 42. Rejekti laimennetaan o alle 1% sakeuteen, jotta pyörrepuhdistuslaitos toimisi. Muodos-eo *-? tusosalta 29 nollavesi menee vedenpoistolaatikoston säädettävien

CD

imujalkojen 43 kautta lukkovesikaivoon 44. Lukkovesikaivosta 44 ^ 30 on ylijuoksu kiertovesisäiliöön 45, josta on yhteys 46 sakeuden- lo säätövettä varten sekoituspumpun 36 imupuolelle. Kiertovesisäi- o S liöstä ylimääräinen nollavesi pumpataan nollavesitorniin (ei o esitetty). Pyörrepuhdistuslaitoksen hyväksytty jae ohjataan

CM

sekoitussäiliön tulomassaan, jolioin pyörrepuhdistuslaitoksesta 1 tuleva laimeamassa ei haittaa prosessia.

13

Perälaatikkoon voidaan sisällyttää myös lisäsäätöjä. Keksinnön mukainen syöttötela on kevytrakenteinen tela, joka voidaan pinnoittaa halutuilla materiaalilla. Tela voidaan valmistaa esimerkiksi kuitulujitteisesta muovikomposiitista. Tällöin 5 vältytään raskailta ja vaativilta rakenteilta. Syöttötela mitoitetaan siten, että vältytään taivutus- tai vääntövärähtelyiltä korkeista kierrosluvuista huolimatta. Pinnoituksen materiaalilla ja muodolla voidaan vaikuttaa virtauksen käyttäytymiseen ja säätöihin. Syöttötelan pinta voidaan tehdä myös 10 lamelleista, mikä parantaa ilmanpoistoa kuitususpensiosta. Syöttötela voidaan muotoilla halutuksi, jolloin virtausprofiilia poikkisuunnassa voidaan säätää syöttötelan halkaisijaa paikallisesti muuttamalla. Esimerkiksi rainan reuna-alueilla virtauksen muuntaminen on usein tarpeen, koska reunat käyttäytyvät eri 15 tavalla kuin keskiosa rainasta. Halkaisijaa voidaan muuttaa esimerkiksi hiomalla.

Uudenlaisessa toimintaperiaatteessa kuitususpension kokonaisvir-tauksesta toteutetaan tietty osa pumpulla ja loput syöttötelan 20 kierrosluvulla. Näiden suhdetta voidaan portaattomasti muuttaa. Lopullinen tarkka ulosvirtausnopeus säädetään syöttötelan kierrosluvulla. Säätöä varten ulosvirtausnopeutta huulikanavasta mitataan ultraäänimittauksella. Yksi ultraäänianturi 47 esitetään kuvassa la. Kuvassa Ib esitetään periaatteellisesti perä-25 laatikon säätöpiiriä. Koneenohjausjärjestelmä 48 ohjaa ultraää- cvj ^ nianturm 47 perusteella syöttötelan moottoria 22 ja sekoitus- pumpun 36 moottoria 49 taajuusmuuttajien 50 ja 51 avulla, co ? Mittauksesta saadun signaalin perusteella siis ohjataan sekä

CD

sekoituspumpun että syöttötelan kierroslukua. Perälaatikossa voi x £ 30 olla myös muita säätö- ja/tai ohjausvälineillä tarkan hallitta- g vuuden saavuttamiseksi. Ulosvirtausnopeuden lisäksi syöttötelan S pyörimisnopeus vaikuttaa rainan laatuarvoihin, kuten formaati- o oon, lujuuksiin ja niiden suhteisiin sekä orientaatiosuhteeseen.

CVJ

Syöttötelan halkaisija määräytyy kietomatarpeesta, joka on noin 35 1500 mm. Perälaatikon ulosvirtausnopeus määräytyy koneen nopeudesta ja nopeudet ovat suurin piirtein samat. Syöttötelan 14 nopeus valitaan lopputuotteen haluttujen laatuarvojen perusteella .

Keksinnön mukaisella perälaatikolla on laaja toiminta-alue. 5 Tuotanto sakeuksilla 0,5 - 5,0% on mahdollista, koska perälaati-kon rajakerrosturbulenssia voidaan säädellä syöttötelan kierros-luvulla, virtauskanavan koolla ja muodolla sekä virtauskanavan sisäseinän rakenteella. Kuitususpension ulosvirtaus saadaan tällöin pidettyä varmasti homogeenisena ja tasaisena. Keksinnön 10 mukainen perälaatikko myös mahdollistaa uudenlaisen integroidun prosessin toteuttamisen paperin ja kartongin valmistamiseksi. Kokonaisprosessi voidaan rakentaa perälaatikon ympärille hyödyntäen sen laajaa toiminta-aluetta sakeuden ja virtausten suhteen. Tällöin yhdellä ja samalla perälaatikolla voidaan joustavasti 15 valmistaa eri laatuisia ja lajisia papereita ja kartonkeja. Perälaatikkoon sisältyy osa lyhytkierron toiminnoista, kuten pumppauksista ja ilmanpoistosta sekä muodostusosan toiminnoista, kuten vedenpoistosta ja rainauksesta. Keksinnön mukainen perä-laatikko mahdollistaa ajamisen samalla prosessilla laajan laatu-20 ja neliöpainoalueen. Keksinnön ansiosta voidaan pienentää merkittävästi investointi-, energia- ja käyttökustannuksia paperi- ja kartonginvalmistuksessa. Keksinnön mukainen perälaatikko on selvästi yksinkertaisempi rakenteeltaan tunnettuun verrattuna. Lisäksi prosessi on varma ja luotettava. Laitemäärän 25 pieneneminen ja sakeustason nostaminen vähentävät pumppausta, cvj ^ mikä puolestaan säästää energiaa. Samalla tuorevesien käyttömää- rä pienenee. Energiankulutus on suoraan verrannollinen käytettä-oo ? viin vesimääriin ja vaikuttaa aina vesien puhdistukseen saakka.

CT)

Keksinnön mukainen perälaatikko soveltuu hyvin myös paperi- tai x £ 30 kartonkikoneuusintoihin, sillä tuotannon nosto onnistuu ilman g sähköntarpeen, vesimäärien ja rakennuksen tilantarpeen kasvua.

S Rainanmuodostus on hallittua ja lopputuotteet laatuarvot voidaan o optimoida. Lisäksi samalla perälaatikolla voidaan valmistaa eri

(M

laatuja. Esimerkiksi samalla perälaatikolla voidaan valmistaa 35 kolmikerroskartonkiin keskikerros alhaisimmillaan neliöpaino 40 g/m2 ja korkeimmillaan 320 g/m2.

Claims (11)

1. Perälaatikko paperi- tai kartonkikonetta varten, johon perälaatikkoon (10) kuuluu perälaatikon (10) sisäseinämän (19) 5 ja pyörimään sovitetun telan (11) rajoittama virtauskanava (13), joka kapenee virtaussuunnassa, tunnettu siitä, että tela (11) on sovitettu syöttötelaksi (12) ja syöttötelan (12) pyörimisakseli on sovitettu liikutettavaksi säteensuuntaisesti virtauskanavan (13) koon ja muodon muuttamiseksi ja siten perälaatikon (10) 10 säätämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että virtauskanavan (13) suhteen syöttötelan (12) vastakkaisella puolella on ohivirtauskanava (21), jota yhdeltä puolel- 15 ta syöttötela (12) rajoittaa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että virtauskanava (13) ja ohivirtauskanava (21) on erotettu toisistaan jakopöydällä (24), joka on sovitettu liiku- 20 tettavasti perälaatikkoon (10).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että virtauskanavan (13) jatkeena on huulikanava (25), jonka alkuosan jakopöytä (24) määrittää. 25 OJ

^ 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen perälaatikko, tunnettu ^ siitä, että perälaatikkoon (10) kuuluu imukenkä (28), joka on co ° sovitettu rajoittamaan huulikanavan (25) yläpuolelta. sj- o X £ 30

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen perälaatikko, tunnet- g tu siitä, että huulikanavan (25) ulostuloon on yhdistetty S ultraäänimittaus, joka on sovitettu säätösuureeksi paperi- tai o kartonkikoneeseen kuuluvalle sekoituspumpulle (36) ja syöttöte- C\] laa (12) pyörittämään sovitetulle moottorille (22). 35

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että huulikanavaa (25) rajoittaa paperi- tai kartonkikoneeseen kuuluvaan muodostusosaan (29) kuuluva muodos-tusviira (17) . 5

8. Menetelmä paperi- tai kartonkikonetta varten, jossa menetelmässä käytetään perälaatikkoa (10), johon kuuluu perälaatikon (10) sisäseinämän (19) ja telan (11) rajoittama virtauskanava (13), joka kapenee virtaussuunnassa, ja jota telaa pyöritetään, 10 tunnettu siitä, että tela (11) sovitetaan syöttötelaksi (12) ja syöttötelan (12) pyörimisakselia liikutetaan säteensuuntaisesti, jolloin muutetaan virtauskanavan (13) kokoa ja muotoa ja siten säädetään perälaatikkoa (10).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perälaatikon (10) virtaamaa säädetään syöttötelan (12) pyörimisnopeutta muuttamalla.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että syöttötelan (12) pinnalta poistetaan ilmapitoista kuitususpensiota.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perälaatikkoon (10) syötetään kuitususpen- 25 siota, jonka sakeus on 0,2 - 5,0%, edullisemmin 1,0 - 3,5%. OJ δ (M 00 cp O) X en CL m o oo m δ (M