FI127929B - Laite ja menetelmä kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten ja laitteen käyttö - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee laitetta kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, johon laitteeseen kuuluu - runko (12), - poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreä tukielin (20) sovitettuna akselin (22) avulla rungon (12) sisään, - kuulat (30) sanotun tukielimen (20) tukemiseksi runkoon (12) ja kuitujen käsittelemiseksi, - kehämäiset urat (32) kuulien (30) tukemiseksi, jotka kehämäiset urat (32) ovat leveydeltään (w) suuremmat kuin kuulien (30) halkaisija (d), ja - joustorakenne (34) mahdollistaen kuulien (24) kuituja väistävän liikkeen kuituihin kohdistuvan paineen tasaamiseksi, johon joustorakenteeseen (34) kuuluu ensimmäinen joustoelementti (34.1), johon kuuluu sanotut kehämäiset urat (32) ja sanotut kuulat (30), ja joustorakenteeseen (34) kuuluu lisäksi toinen joustoelementti (34.2), joka sanottu toinen joustoelementti (34.2) on toteutettu tukielimen (20) yhteyteen siten, että tukielin (20) on säteittäisien kaarevien boorien (76) avulla kiinnitettynä akselille (22). Keksinnön kohteena on myös vastaava menetelmä ja laitteen käyttö.

Description

LAITE JA MENETELMÄ

KUITUJEN KÄSITTELEMISEKSI KUITURAINAN

VALMISTUSTA VARTEN

JA

LAITTEEN KÄYTTÖ

Keksinnön kohteena on laite kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, johon laitteeseen kuuluu runko rajoittaen sisälleen tilan kuitujen virtausta varten, joka runko käsittää kaksi päätä ja sisäpinnan, poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreä tukielin sovitettuna akselin avulla rungon sisään, j oka tukielin on akselista radiaalisesti ulkoneva rakenne, kuulat tukielimen tukemiseksi runkoon ja kuitujen käsittelemiseksi, kehämäiset urat muodostettuina rungon päihin tai tukielimeen tai molempiin kuulien tukemiseksi akselin pituussuuntaisesti rungon ja tukielimen välille, ja joustorakenne mahdollistaen kuulien kuituja väistävän liikkeen kuituihin kohdistuvan paineen tasaamiseksi, jossa laitteessa runko ja tukielin ovat sovitettu toistensa suhteen pyöriviksi akselin suhteen koaksiaalisesti siten, että yksi rungosta ja tukielimestä pyörii toisen ollessa paikoillaan tai molemmat pyörivät, johon joustorakenteeseen kuuluu ensimmäinen joustoelementti, johon kuuluu kehämäiset urat ja kuulat, jossa ensimmäisessä joustoelementissä urat ja/tai kuulat on

20185279 prh 26 -03- 2018 sovitettu mahdollistamaan kuulien uran rajoitetun liikkeen.

Keksinnön kohteena on myös vastaava menetelmä poikkisuuntaisen ja laitteen käyttö

Kuiturainan valmistuksessa on yleistä tekniikkaa käsitellä kuiturainan valmistuksen raaka-aineena käytettävä kuidut niiden 30 ominaisuuksien parantamiseksi. Käsittely on yleisesti jauhatus, jossa kuidut ohjataan kuitususpensiossa jauhinterien välistä, jolloin kuitu joutuu puristavien ja leikkaavien terävoimien rasitukseen. Puristavat voimat palstaavat kuidun seinämää (S2-kerros) sisäisesti, irrottavat kuiduista (P ja Sl-kerros)

20185279 prh 26 -03- 2018 kuitulamelleja ja muodostavat huokosia. Leikkaavat voimat hiertävät kuidun pintaan kuorien niistä kuidun palasia ja fibrillejä eli sekundääristä hienoainesta. Leikkaavat voimat myös katkovat kuituja. Kuiturainan muodostuksessa hienoaines 5 toimii kuitujen välissä eräänlaisena liima-aineena, jolloin käsitellyistä kuiduista valmistetun kuiturainan pinta tiivistyy ja siitä saadaan sileämpi.

Jauhatuksella aikaansaadun hienoaineksen käytössä on kuitenkin 10 kaksi ongelmaa. Kuiturainaa valmistaessa kuiturainasta tulee poistaa runsas määrä vettä. Vedenpoistoa tapahtuu kuiturainakoneen viira-, puristin- ja kuivatusosilla. Viira- ja puristinosan vedenpoistossa joudutaan käyttämään erilaisia imuja puristusavusteisia vedenpoistoratkaisuja riittävän kui15 va-ainepitoisuuden saavuttamiseksi. Hienoainesta runsaasti sisältävä pintakerros on jo suhteellisen tiivis kuiturainan mennessä puristinosalle, mikä vaikeuttaa vedenpoistoa puristinosalla. Edelleen puristinosa puristaa pintakerroksesta entistä tiiviimmän. Kuiturainaa kuivatettaessa keskikerroksen 20 bulkkimateriaalissa oleva vesi höyrystyy kuiturainakoneen kuivatusosalla ja pyrkii pintakerroksen läpi ulos kuiturainasta.

Jauhatetun pintakerroksen kuitumateriaalin tiivistävä hienoaines kuitenkin lisää virtausvastusta ja näin vaikeuttaa höyryn poistumista keskikerroksesta. Tämä saa aikaan keskikerrokseen 25 höyrynpaineen, joka pyrkii halkaisemaan rainan eli kuituraina pyrkii palstautumaan paksuussuunnassa. Palstautumista voidaan vähentää suorittamalla kuiturainan kuivaus tarpeeksi hitaasti eli maltillisilla haihdutusnopeuksilla. Tämä kuitenkin kasvattaa kuivatusosan pituutta ja sen investointikustannuksia.

Toinen jauhatuksesta aiheutuva ongelma on jauhatuksen suuri energian tarve. Mitä enemmän hienoainesta halutaan aikaansaada, sitä suurempi on ominaisenergiankulutus jauhettua kuitutonnia kohden. Kasvava energian hinta tuo lisää painetta pienempiin energiankulutuksiin. Jauhatuksessa energiaa kuluu niin sanotun tyhjäkäynnin lisäksi kuitujen ja kuitukimppujen deformoimiseen ja pilkkomiseen. Jauhinterien leikkaavat voimat hiertävät kuidun pinnasta hienoainesta ja kuidun palasia, katkovat kuituja ja 5 aiheuttavat kuituihin kiharaisuutta. Puristavat voimat puolestaan palstaavat kuidun seinämää sisäisesti, mikä johtaa kuidun lommahtamisherkkyyteen sitä märkäpuristettaessa. Tällöin kuidusta tulee myös taipuisa.

Julkaisusta 'Effects of various refining on dry sheet properties of commercial never-dried and dried kraft softwood pulps, Wang et al, 2005 (Julkaisusta 91st Annual Meeting Preprints-Book B. Toim. Pulp and Paper Technical Association of Canada. Montreal, Que., Canada, 2005) tunnetaan erilaisia jauhimia, joiden ominaisenergiankulutus on huomattavasti perinteisiä jauhimia pienempi. Nämä jauhimet suorittavat kuidulle niin sanotun miedon käsittelyn, jolloin myös irtonaista hienoainesta syntyy vähemmän. Näissä jauhinratkaisuissa teräleveyttä on kavennettu ja ominaissärmäkuormat pyritään säätämään hyvin alhaiselle tasolle. Näin vähennetään leikkaavia voimia, jolloin puristavien voimien suhteellinen osuus kasvaa. Lisäksi uratilavuutta on

20185279 prh 26 -03- 2018 kasvatettu, jolloin annetulla läpivirtaamalla kuitujen viipymäaika jauhimessa kasvaa. Tämä lisää todennäköisyyttä kuitujen joutumista terille ja parantaa jauhatustuloksen homogeenisuutta.

Tekniikan tasosta tunnetaan myös julkaisu WO 2006/108555 AI, jossa esitetyssä jauhimessa on kaksi koaksiaalisesti sijoitettu sylinteriä, joista ainakin toinen on pyörivä ja joiden väliin jää tila kuituja varten. Tilaan on sijoitettu useita tankomaisia 30 jauhinkappaleita kuitujen jauhamiseksi. Sylinterin tai sylinterien pyöriessä jauhinkappaleet pyörivät ja kuidut joutuvat puristuksiin jauhinkappaleiden ja sylintereiden välille. Tällöin kuituihin kohdistuu puristava kontakti ilman suuria leikkaavia voimia, jolloin hienoainesta ei juurikaan synny ja vesifaasissa olevat puristusjauhetut kuidut turpoavat johtuen veden tunkeutumisesta kuituseinämän sisäisiin huokosiin ja halkeamiin. Tällöin kuidut myös jäykistyvät ja oikenevat ja siten muodostavat suorien kuitujen verkoston rainausvaiheessa. Tällä on myönteinen 5 vaikutus kuiturainan lujuuksiin, koska nyt rasitusvoimia kantavat kaikki kuidun pituussegmentit, eikä vain osa niistä.

Tällaista laitetta voidaan kutsua niin sanotuksi puristusjauhimeksi.

Tämän jauhimen ongelmana on kuitenkin se, että kuitususpensiossa kuidut muodostavat flokkej a ovat läpimitaltaan

Jauhinkappaleet on eli usean kuidun kuitukimppuja, jotka huomattavasti yksittäistä kuitua suurempia.

mitoitettu siten, että yksittäiseen kuituun kohdistuva puristava painevaikutus on juuri niin mieto , ettei kuituihin kohdistu juurikaan leikkaavia voimia, jotka aiheuttavat kuidun ulkoista fibrillaatiota eli kuitujen katkeamisen tai muuta vaurioitumista kuten käyryyttä aiheuttavia kinkkejä.

Kuituflokin tapauksessa yksittäistä kuitua varten mitoitettu väli on liian pieni, jolloin kuituflokkiin kohdistuu huomattavasti yksittäistä kuitua suurempi paine aiheuttaen leikkaavia voimia, jotka katkovat kuituja ja aiheuttavat edellä mainittua vaurioitumista kuituflokin kuituihin.

20185279 prh 26 -03- 2018

Tekniikan tasosta tunnetaan myös julkaisu DE 3733565 Ά1, jossa 25 on esitetty kuulia käyttävä jauhin. Tässä jauhettavat kuidut johdetaan kuitususpensiossa pyörivän tukielimen avulla jauhimen päätyihin tuettujen levyjen välille, jossa pyörät kuulat jauhavat kuituja. Tällaisen rakenteen ongelman on kuitenkin se, että kuulien sijainti jauhimessa on rajoitettu päätyjen avulla, 30 jolloin kuituflokkien edetessä jauhimessa kuulat eivät pääse väistämään kuituflokkeja ja kuituihin kohdistuu voimakas kuituja pilkkova vaikutus. Näin jauhatuksen vaikutus kuituihin poikkeaa puristusjauhatuksesta tai on ainakin huomattavan raju.

20185279 prh 26 -03- 2018

Julkaisusta GB 855044 A tunnetaan kuulalaakerijauhin, jossa jauhettava materiaali johdetaan useiden kuulalaakereiden lävitse. Kuituflokkien edetessä jauhimessa kuulat eivät pääse väistämään kuituflokkeja ja kuituihin kohdistuu voimakas kuituja 5 pilkkova vaikutus. Julkaisusta FR 2411634 AI tunnetaan kartiolaakerijauhin, jossa on vastaava ongelma kuitujen pilkkoutuessa jauhettaessa.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tekniikan tason puris10 tuslaitteita parempi laite kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, jolla vältetään kuituflokin kuituja katkova vaikutus samalla kuitenkin aiheuttaen kuituihin puristusjauhatuksen. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1 . Keksinnön tarkoituksena on 15 myös aikaansaada tekniikan tason menetelmiä parempi menetelmä kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, jossa menetelmässä vältetään kuituflokin kuitujen katkominen samalla kuitenkin aiheuttaen kuituihin puristusjauhatuksen. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patent20 tivaatimuksesta 12. Keksinnön mukaisen käytön tarkoituksena on myös saada aikaan tekniikan tason menetelmiä tehokkaampi kemikaalien käyttö selluloosan valmistuksessa. Tämän keksinnön mukaisen käytön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 14.

Keksinnön mukaisen laitteen tarkoitus voidaan saavuttaa laitteella kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, johon laitteeseen kuuluu runko rajoittaen sisälleen tilan kuitujen virtausta varten, joka runko käsittää kaksi päätä ja 30 sisäpinnan. Laitteeseen kuuluu lisäksi poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreä tukielin sovitettuna akselin avulla rungon sisään, joka tukielin on akselista radiaalisesti ulkoneva rakenne, kuulat tukielimen tukemiseksi runkoon ja kuitujen käsittelemiseksi sekä kehämäiset urat muodostettuina rungon

20185279 prh 26 -03- 2018 päihin tai tukielimeen kuulien tukemiseksi akselin pituussuuntaisesti rungon ja tukielimen välille, kehämäiset urat ovat leveydeltään suuremmat kuin kuulien halkaisija kuulien uran poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen mahdollistamiseksi.

Laitteessa runko ja tukielin ovat sovitettu toistensa suhteen pyöriviksi akselin suhteen koaksiaalisesti siten, että yksi rungosta ja tukielimestä pyörii toisen ollessa paikoillaan tai molemmat pyörivät. Edelleen laitteeseen kuuluu joustorakenne mahdollistaen kuulien kuituja väistävän liikkeen kuituihin 10 kohdistuvan paineen tasaamiseksi, johon joustorakenteeseen kuuluu ensimmäinen joustoelementti ja toinen joustoelementti . Ensimmäiseen joustoelementtiin kuuluu kehämäiset urat ja kuulat, jossa ensimmäisessä joustoelementissä urat ja/tai kuulat on sovitettu mahdollistamaan kuulien uran poikkisuuntaisen 15 rajoitetun liikkeen. Toinen joustoelementti on sovitettu tukielimen ja akselin välille mahdollistaen tukielimen ja akselin välisen kulman muutoksen kuituihin kohdistuva paineen tasaamiseksi ja toinen joustoelementti on toteutettu tukielimen yhteyteen siten, että tukielin on säteittäisien kaarevien boorien 20 avulla kiinnitettynä akselille mahdollistaen tukielimen rajoitetun jouston.

Pyöreät kuulat ja laitteen joustorakenne mahdollistavat kuulien väistää kuituflokkeja siten, että kuituflokkeihin kohdistuva 25 painevaikutus jää riittävän alhaiseksi, jotta kuituflokin kuidut eivät katkea tai vaurioidu toisin kuin tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa. Laitteella saadaan kuituihin mieto käsittely, joka aiheuttaa kuituihin sisäisen fibrillaation. Tässä yhteydessä sillä, että tukielin ja runko on sovitettu toistensa suhteen 30 pyöriviksi, tarkoitetaan sitä, että tukielin on kiinteä ja runko pyörivä, runko on kiinteä ja tukielin pyörivä tai molemmat sekä runko että tukielin ovat pyöriviä. Keksinnön mukaisessa laitteessa kuulat muodostavat urien kanssa painelaakerin tukielimen ja rungon välille. Keksinnön mukaisella laitteella

Pystytään nostamaan kuiduista muodostettavan kuiturainan lujuutta yleisesti kaikissa suunnissa ilman merkittävää hienoaineen lisäystä. Toteuttamalla urat kuulia kuulien halkaisijaa suurempana kuulat ja ura voivat olla kestävää 5 materiaalia, jolloin laitteen luotettavuus pysyy korkealla tasolla. Tukielimen joustolla tarkoitetaan sekä rajoitettua aksiaalissuuntaista liikettä että myös tukielimen rajoitettua kallistumista suhteessa akselin radiaalisuuntaan. Säteittäiset kaarevat boorit mahdollistavat tukielimen liikkeen akselin pituussuuntaisesti, jolloin kuulat pääsevät väistämään kuituflokkeja laitteen sisällä. Booriakseli siirtää momentin akselilta siten, että tukielin pääsee liikkumaan akselin aksiaalissuunnassa.

Lisäksi liitoksen tulee mahdollistaa tukielimen kallistuminen akselin suhteen, joten boorien tulee olla kaarevia.

20185279 prh 26 -03- 2018

Keksinnön mukaisella laitteella on kolme sovellusaluetta, joissa laitetta voidaan käyttää eri käyttötarkoituksiin. Ensimmäinen sovellusalue on vähäisellä käsittelyllä (pieni käytetty kWh 20 määrä) aikaansaatava käsittely, jossa kuitususpension lujuus nousee muodostamatta merkittävästä hienoainesta. Tällä sovellusalueella puristusjauhatus on dominoivaa. Lisättäessä kuitususpension käsittelyn määrää kuidut alkavat fibrilloitua ulkoisesti ja muodostuu hienoainesta, kuitenkin vähemmän kuin 25 konventionaalisessa käsittelyssä suhteessa lujuuden nousuun.

Tämä on laitteen toinen sovellusalue. Edelleen lisättäessä käsittelyn määrää siirrytään laitteen kolmannelle sovellusalueelle, jolloin kuituja fibrilloiva vaikutus alkaa dominoimaan. Tällöin laitetta voidaan käyttää mikro- ja nanosellun 30 valmistukseen.

Edullisesti kehämäiset urat ovat muodostettuina sekä tukielimeen että rungon päihin. Tämä mahdollistaa kuulien suuremman jouston.

Erään sovellusmuodon mukaan kehämäiset urat ja/tai kuulat ovat ainakin osittain valmistettu joustavasta materiaalista. Materiaalin jouston avulla voidaan vähentää kuituja katkovaa vaikutusta.

Edullisesti laitteeseen kuuluu toinen joustorakenne rungon ja tukielimen välisen, akselin suuntaisen jouston sallimiseksi. Näin myös joustorakenteen toisen joustoelementin salliman pienen akselin suuntaisen liikkeen lisäksi toinen joustorakenne tarjoaa

suuremman joustovaran	akselin	suunnassa.
Erään sovellusmuodon	mukaan	tukiel	imeen voi kuulua	kaksi
vastakkain asetettua	laippalevyä,	joiden välille	toinen

20185279 prh 26 -03- 2018 joustorakenne on muodostettu. Tällöin rungon rakenne voi olla kiinteä ja tukielimeen voidaan muodosta symmetrisesti kaksi painelaakeria kuulien avulla.

Ensimmäisen sovellusmuodon mukaan toiseen joustorakenteeseen kuuluu tukielin, johon kuuluu kaksi vastakkain asetettua laippalevyä sovitettuina akselille akselin pituussuunnan suhteen kelluvasti, tiivistysvälineet sovitettuina laippalevyjen välille rajoittaen laippalevyjen välille tiivistetyn tilavuuden, paineväliaineyhde sovittuna kulkemaan askelin kautta tiivistettyyn tilavuuteen ja paineväliainelähde paineellisen väliaineen syöttämiseksi tilavuuteen mahdollistaen laippalevyjen rajoitetun liikkeen (jouston) akselin pituussuunnassa. Paineväliaineen avulla toteutettu toinen joustorakenne mahdollistaa kuituihin kohdistuvan voiman vakioimisen, sillä paineväliainetta käytettäessä toisessa joustorakenteessa kuitumassasuspension sakeuden muutos ei vaikuta kuituihin kohdistuviin voimiin toisin kuin jousikuormitteisissa ratkaisuissa.

Laippalevyjen väliin muodostettu toinen joustorakenne voi olla laippalevyjen välille sovitettu pneumaattinen toimielin. Tällöin

20185279 prh 26 -03- 2018 toinen joustorakenne voi olla helposti säädettävissä toimielimeen johdettavan väliaineen painetta muuttamalla.

Edullisesti toinen joustorakenne on sovitettu aiheuttamaan 5 tukielimeen tai runkoon voiman, joka puristaa tukielintä ja runkoa toisiaan vasten. Tämä voima on edullisesti säädetty sellaiseksi, että kuulat pysyvät pyörivässä liikkeessä kaikissa tilanteissa, jopa silloin, kun toinen joustorakenne mahdollistaa jouston kuituflokkien kohdalla.

Edullisesti laitteeseen kuuluu säätövälineet ja venttiiliyksikkö paineväliainelähteeltä tilavuuteen johdettavan paineväliainevirtauksen rajoittamiseksi toisen joustorakenteen jouston säätämiseksi. Säätövälineiden avulla puristusjauhatuksen 15 intensiteettiä voidaan säätää luotettavasti ja reaaliaikaisesti, mikä on ollut tekniikan tason mukaisille rakenteille mahdotonta.

Toisen sovellusmuodon mukaan runkoon kuuluu päätylaipat, näiden välille sovitettu sylinterimäinen vaippa, kiinnitystangot 20 päätylaippojen kiinnittämiseksi toisiinsa joustavasti ja kolmas joustoelimen päätylaippojen painamiseksi toisiaan vasten rungon muodostaessa toisen joustorakenteen. Tällaisessa sovellusmuodossa toisen joustorakenteen jousto tapahtuu laitteen päätylaippojen avulla eikä tukielimen jouston avulla kuten ensim25 mäisessä sovellusmuodossa.

Edullisesti kolmas joustoelin on paineväliainetta käyttävä palje. Näin myös päätylaippojen avulla toteutettu toinen joustorakenne voi olla kuituihin kohdistuvan voiman suhteen 30 vakioitavissa ja helposti säädettävissä.

Erään sovellusmuodon mukaan kolmas joustoelin voi olla jousi.

Jousen avulla toinen joustorakenne on edullista toteuttaa.

Toiseen joustorakenteeseen kuuluu edullisesti mekaaninen joustonrajoitin, jonka avulla toisen joustorakenteen jousto rajataan siten, että jousto on pienempi kuin kuulan halkaisija. Näin estetään kuulien karkaaminen uristaan. Joustonrajoitin voi 5 olla esimerkiksi mekaaninen pysäytin, joka estää laippalevyjen tai päätylaippojen liian suuren jouston toimien fyysisenä esteenä.

Edullisesti laitteeseen kuuluu lisäksi syöttöyhde sovitettuna 10 rungon yhteen päähän kuitujen syöttämiseksi tilaan ja poistoyhde sovitettuna rungon toiseen päähän kuitujen poistamiseksi tilasta.

Edullisesti urat on muodostettu tukielimeen molemmin puolin 15 tukielintä ja runkoon molempiin päihin. Tällöin laitteeseen muodostuu kaksi painelaakeria, jotka tukevat tukielintä kahdesta kohdasta runkoon ja samalla lisäävät laitteen läpi kulkeviin kuituihin kohdistuvaa käsittelyvaikutusta. Tällöin tukielimen tuenta runkoon on myös symmetrinen, mikä vähentää tukielimeen ja 20 sen akselikiinnitykseen kohdistuvia rasituksia.

Laitteeseen kuuluu edullisesti moottori akselin pyörittämiseksi rungon ollessa laitteen staattori ja tukielimen ollessa akselin

20185279 prh 26 -03- 2018 ympäri pyörivä roottori. Akselin huomattavasti helpompi toteuttaa kanssa pyörivä tukielin on kuin akselin ja tukielimen ympärillä pyörivä runkorakenne. Lisäksi rungon ollessa staattori runko voi olla tukeva rakenne, joka on valmistuskustannuksiltaan edullinen.

Edullisesti kuulat muodostavat urien kanssa laitteeseen painelaakerin tukielimen laakeroimiseksi rungon sisään. Tässä tapauksessa painelaakerit suorittavat laitteessa kahta tehtävää toimien sekä laitteen kuulina että tukielintä runkoon tukevina kuulalaakereina.

20185279 prh 26 -03- 2018

Uran leveys voi olla 0,1 - 0,2 mm, edullisesti 0,1 - 0,15 mm suurempi kuin kuulan halkaisija. Tällöin kuula pääsee väistämään kuituflokkia urassa myös akselin radiaalisuunnassa, jolloin 5 kuituflokkiin ei pääse kohdistumaan liian suuria leikkaavia voimia. Toisin sanottuna ura on rakenteeltaan sellainen, että se mahdollistaa kuulan uran poikittaissuuntaisen liikkeen pituudella, joka on 0,1 - 0,2 mm, edullisesti 0,1 - 0,15 mm kuulan halkaisijasta. Edelleen toisin sanottuna uran leveyden tulee olla 10 sellainen, että se mahdollistaa kuituflokkien väistön.

Kussakin urassa voi olla kuulia niin monta, että uraan jää maksimissaan yhden kuulan halkaisijan verran vapaata tilaa uran pituussuunnassa. Riittävän monen kuulan käyttö takaa sen, että 15 kunkin kuidun todennäköisyys joutua käsittelyn kohteeksi puristuen kuulan ja rungon tai tukielimen väliin on erittäin suuri, mikä vähentää kierrätyksen tarvetta. Kuulia voi olla jopa niinkin vähän kuin kolme kappaletta, mutta tällöin kuulat tulee pitää etäisyyden päässä toisistaan esimerkiksi erillisen 20 ohjainkehikon avulla. Kuulat voivat olla myös täysin vapaasti uraan sijoitettuja.

Edullisesti akseliin kuuluu akselin pituussuuntaiset urat tukielimien kiinnittämiseksi akselille säteittäisien kaarevien 25 boorien avulla. Urien avulla momenttia saadaan välitettyä tukielimen ja akselin välillä.

Akselin pituussuuntaisien urien päätyihin voi kuulua tiivisteet tukielimien lukitsemiseksi akselin pituussuunnassa. Näin urien 30 päädyissä olevat tiivisteet voivat toimia tukielimen välillä olevien tiivisteiden kanssa yhteistyössä.

Laitteessa käytettävät kuulat ovat massaltaan riittävän kevyitä, jotta kuulat eivät staattisesti massallaan purista kuituja, vaan puristava vaikutus saadaan aikaan pyörittämällä laitetta sopivalla kierrosluvulla ja käyttämällä edullisesti toisessa joustorakenteessa sopivaa kuormitusta.

Laitteeseen voi kuulua erillinen kuulat on sijoitettu. Ohjainkehikon halutulla etäisyydellä toisistaan.

ohjainkehikko, jonka sisään tarkoituksena on pitää kuulat

Edullisesti ohjainkehikossa on kuulia varten välys, joka mahdollistaa kuulien joustamisen kuituflokkien tieltä.

Keksinnön mukaisen menetelmä tarkoitus voidaan saavuttaa menetelmällä kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, jossa menetelmässä johdetaan käsiteltävät kuidut rungon sisään tilaan, käsitellään tilassa olevat kuidut syöttämällä ne tukielimen ja rungon välissä olevien pyörivien kuulien välistä tukielimen ja rungon pyöriessä toistensa suhteen ja poistetaan käsitellyt kuidut rungon sisältä tilasta. Menetelmässä käytetään käsittelyssä kuulia. Menetelmässä tuetaan kuulat akselin pituussuuntaisesti rungon päätyihin ja tukielimeen muodostet20 tujen, kuulien halkaisijaa leveydeltään suurempien kehämäisien urien välille kuulien uran poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen mahdollistamiseksi, johdetaan paineväliainetta toisen joustorakenteen sisään tukielimen akselin pituussuuntaisen jouston

20185279 prh 26 -03- 2018 mahdollistamiseksi ja rajoitetaan paineväliaineen virtausta toiseen joustorakenteeseen kuulien kuituflokkeihin kohdistavan voiman säätämiseksi.

Säätämällä paineväliaineen virtausta toisen joustorakenteen sisään, voidaan vaikuttaa rungon päätyjen ja tukielimen kuuliin 30 kohdistamaan tukivoimaan. Tämä mahdollistaa kuituihin kohdistuva voiman vakioimisen kaikilla tukielimen ja päätyjen välisillä teräväleillä. Näin ollen kuitujen katkeaminen estetään myös kuituflokkien yhteydessä ja myös hienoaineksen muodostuminen säilyy erittäin vähäisenä. Keksinnön mukaisella käsittelyllä on

20185279 prh 26 -03- 2018 mahdollisuus saada kuidun lujuuspotentiaali paremmin hyödynnettyä ilman merkittävää hienoaineksen ja tiiveyden tuottoa. Käytännössä käsittely aiheuttaa kuituun taipumuksen lommahtaa helposti puristuksessa ja kuivatuksessa, jolloin siitä tulee myös 5 taipuisa.

Toisin sanottuna keksinnön mukaisessa menetelmässä muodostetaan kuituflokkien avulla kuuliin paine, joka työntää kuulat kuituflokkien tieltä mahdollistaen kuituflokkien kulun laitteen 10 lävitse ilman kuituflokissa olevien kuitujen leikkautumista.

Edelleen menetelmässä laitteen pyörimisnopeutta ja/tai toisen joustorakenteen kuormitusta säätämällä aikaansaadaan paine, joka työntää kuulat tukielintä ja/tai runkoa vasten sellaisella voimalla, että kuituflokit voivat syrjäyttää tämän paineen 15 kuituflokin yksittäisien kuitujen rikkoutumatta.

Kuitujen suoristumisella on myös myönteinen vaikutus kuiturainan huikkiin, sillä suorista tikuista kasattu kuiturakennelma on vähemmän tiheä. Tämä korostuu erityisesti, kun kuiturainaa 20 venytetään valmistuksen aikana ajosuunnassa.

Keksinnön mukaisen menetelmä märkäpuristuksessa sisäisesti fibrilloituneet kuidut lommahtavat, mikä tekee kuiduista taipuisia. Samalla kuitu-kuitu sidosten sidospinta-ala kasvaa ja 25 taipuisuutensa ansiosta myös kuitujen sidosmäärä kasvaa.

Molemmilla on suora yhteys lujuuksien kasvuun. Lommahdus aiheuttaa kuitenkin huikin laskua eli rakenteen tiheyden kasvua. Täten lommahduksista aiheutuva lopullinen bulkkiero on normaalija puristusjauhatuksen välillä vähäinen. Niinpä sisäisen 30 fibrilloinnin jauhatuksessa kuitujen suoristuminen johtaa nettovaikutuksena kuiturainan huikin paranemiseen.

Keksinnön mukaisella laitteella käsiteltäessä kuitumateriaaliin ei synny merkittävästi hienoainetta. Keksinnön mukaisella

20185279 prh 26 -03- 2018 puristusjauhatuksessa kuitumateriaaliin voi muodostua hienoainesta määrä, joka on alle 70 %, edullisesti alle 60 % tekniikan tason jauhatuksella muodostuneesta hienoainesmäärästä, kun massa on jauhettu FSP-arvoon 1,5 ml/g. Vähän hienoainesta sisältävä 5 kuituraina on pinnaltaan makrosileä, mikä mahdollistaa tehokkaan kontaktilämmönsiirron ja haihdutuksen. Tulee kuitenkin ymmärtää, että keksinnön mukaista laitetta on mahdollista käyttää myös siten, että sillä muodostetaan hienoainesta tavanomaisen jauhimen tavoin.

Edullisesti laitteen käytössä kuituihin kohdistuva kuormitus aikaansaadaan ainakin toisen joustorakenteen kuormitusta ja/tai laitteen kierrosnopeutta säätämällä. Kuormituksen säädön avulla kuulien painetta tukielintä ja runkoa vasten voidaan optimoida 15 siten, että käsittelyssä syntyy mahdollisimman vähän hienoainesta kuidun sisäisen fibrillaation kuitenkin lisääntyessä.

Laitteen kuituihin kohdistava kuormitus voi pysyä vakiona sakeuden muuttuessa, sillä joustorakenne mahdollistaa kuulien 20 välistää kuituja sakeuden muutoksista huolimatta samalla tavalla. Sakeammassa kuitususpensiossa useampia kuituja on yhtä aikaa puristuksissa kuulien ja rungon ja tukielimen välissä, jolloin paine kasvaa ellei kuormitusta kevennetä.

Keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää yksinään, sarjaan kytkettynä tai rinnan kytkettynä. Näin voidaan saavuttaa riittävä kapasiteetti ja läpäisyarvo käyttötarkoituksen mukaan. Edelleen keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää myös tavanomaisen jauhimen kanssa yhdessä esimerkiksi sarjassa. Keksinnön 30 mukaisella laitteella voidaan myös käsitellä ainoastaan osa kuiturainan muodostukseen käytettävästä kuitususpensiosta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuitujen käsittelyyn käytettävä ominaisenergiankulutus voi olla jopa 50 - 65 % perinteisen

20185279 prh 26 -03- 2018 jauhatuksen ominaisenergiankulutuksesta jauhettaessa kuidut samaan rainan lujuustasoon. Jos koivusulfaatin normaalijauhatuksessa ominaisenergiankulutus olisi esimerkiksi 80 kWh/t ja mäntysulfaatin 160 kWh/t, samaan lujuustasoon johtavassa 5 puristusjauhatuksessa vastaavat ominaisenergiankulutuksen olisivat noin 40 kWh/t ja 80 kWh/t, jos kuitususpension käyttökohteena on paperin ja kartongin valmistus. Selluloosaa käsiteltäessä ennen kuivatusta ominaisenergian kulutus voi olla 5-50 kWh/t, edullisesti 10 - 20 kWh/t, jolloin sellun lujuus 10 nousee ilman kuivatuksen vaikeutumista merkittävästi. Tämä tarkoittaa sitä, että normaalijauhatuksessa karkeasti puolet jauhatusenergiasta kuluu ulkoiseen fibrillaatioon ja toinen puoli sisäiseen fibrillaatioon.

Keksinnön mukaisen menetelmä jauhatusta voidaan kuvata tunnusluvulla, jossa ^vetolujuus 2q

ASR eli vetolujuuden muutoksen suhde Schopper-Riegler-luvun muutokseen on edullisesti yli 20 alueella, jossa vetolujuus nostetaan noin kaksinkertaiseksi suhteessa lähtölujuuteen. Tekniikan tason mukaisissa jauhatusprosesseissa tämä tunnusluku on harvoin yli 10. Tunnusluku pysyy koko ajan tavanomaisen 25 jauhatusprosessin tunnuslukua korkeampana, myös silloin, kun vetolujuutta nostetaan moninkertaiseksi suhteessa lähtötilanteeseen. Tämä kuvaa sitä, että keksinnön mukaisella menetelmällä jauhettaessa kuitususpension lujuus kasvaa rajusti Schopper-Riegler-luvun muutoksen ollessa pieni vähäisen hienoaineksen 30 muodostuksen vuoksi ainakin alkuvaiheessa lujuuden nostoa.

Keksinnön mukaisessa käytössä keksinnön mukaista laitetta käytetään ainakin yhdessä kohdassa selluloosan valmistusta ennen valkaisua, jossa kohdassa massan sakeus on 0,2 - 8,0 %, edullisesti 1,0 - 5,0 %. Kuidun P ja SI kerroksien irtoaminen ja sisäisen fibrillaation lisääntyminen parantavat kemikaalien imeytymistä kuituihin. Samalla kuidun ominaispinta-ala pystyy 5 rajallisena, kun kuitua ei pilkota.

Selluloosaa käsiteltäessä ennen kuivatusta ominaisenergian kulutus voi olla 5-50 kWh/t, edullisesti 10 - 20 kWh/t, jolloin sellun lujuus nousee ilman kuivatuksen vaikeutumista merkit10 tävästi .

Lisäksi laitetta voidaan käyttää ennen sellun kuivatusta lujuuden nostamiseen ilman, että vedenpoisto oleellisesti vaikeutuu.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa

Kuva 1

Kuva 2a

20185279 prh 26 -03- 2018

Kuva 2b

Kuva 3

Kuva 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen erään sovellusmuodon periaatekuvana sivusta päin leikattuna, esittää kuvan 1 detaljin A suurennoksen kuulia varten tarkoitetun uran profiilin periaatekuvana uran pituussuuntaisesti esitettynä, esittää kuvan 1 detaljin B periaatteellisen kuvannon kuulia varten tarkoitetun uran profiilin periaatekuvana uran pituussuuntaisesti esitettynä, esittää tukielintä ja siinä urassa olevia kuulia akselin suuntaisesti kuvattuna leikkauskuvana, esittää keksinnön mukaisen laitteen erään sovellusmuodon aksonometrisesti kuvattuna

Kuva	5	esittää keksinnön	mukaisen	laitteen erään
		toisen sovellusmuodon periaatekuvana sivusta
		päin leikattuna,
Kuva	6	esittää keksinnön	mukaisen	laitteen säädön
5		erään sovellusmuodon,
Kuva	7	esittää keksinnön	mukaisen	laitteen mahdol-

lisiä sijoituskohteita sellunvalmistuksen linjalla,

Kuvat 8a - 8c esittävät lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen mahdollisia sijoituskohteita sellunvalmistuksen linjalla, kun kyseessä on jatkuva keitto,

Kuva 8d - 8k esittävät lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen mahdollisia sijoituskohteen sel15 lunvalmistuksen linjalla, kun kyseessä on eräkeitto.

20185279 prh 26 -03- 2018

Kuvan 1 mukaisesti keksinnön mukaiseen laitteeseen 10 kuuluu 20 runko 12, jonka sisään on sovitettu akselin 22 avulla tuettu tukielin 20 ja tukielimen 20 ja rungon 12 välille sovitetut kuulat 24. Keksinnön mukaisesti kuulat 24 ovat kuulia 30, jotka on sovitettu sekä rungossa 12 että tukielimessä 20 oleviin uriin 32. Lisäksi laitteeseen 10 kuuluu edullisesti syöttöyhde 26 ja 25 poistoyhde 28, joiden avulla kuidut johdetaan kuitususpensiona rungon 12, tukielimen 20 ja akselin 22 rajaamaan tilaan 14.

Keksinnön mukaisesti laitteeseen 10 kuuluu myös joustorakenne 34, joka mahdollistaa kuulien 24 väistää kuitususpensiossa olevia kuituflokkeja käsittelyssä kuituihin kohdistuvan paineen 30 tasaamiseksi.

Kuvan 1 sovellusmuodossa joustorakenne 34 on muodostettu ensimmäisestä joustorakenteesta 34.1 ja toisesta joustorakenteesta 34.2. Ensimmäiseen joustoelementtiin kuuluu kehämäiset urat ja kuulat, jotka urat ja/tai sanotut kuulat on sovitettu mahdollistamaan kuulien uran poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen. Ensimmäinen joustorakenne 34.1 on järjestetty urien 32 avulla siten, että urat 32 ovat leveydeltään w leveämpiä kuin 5 kuulan 30 halkaisija d. Erään sovellusmuodon mukaan urat ja/tai kuulat voivat olla valmistettu joustavasta materiaalista. Kuvien 2a ja 3 mukaisesti tukielimessä 20 oleva ura 32 on pyöreän tukielimen 20 akselin 22 suhteen radiaalisuuntaiseen pintaan muodostettu kehämäinen syventymä, joka on kiekkomaisen tukie10 limen 20 ulkolaidalla katsottuna tukielintä 20 akselin 22 suuntaisesti. Runkoon 12, tarkemmin sanottuna päihin 16, on muodostettu vastaavanlainen ura 32. Kukin ura 32 on akselin 22 suuntaiselta syvyydeltään noin 25 - 40 % kuulan 30 halkaisijasta.

Kuvan 2a mukaisesti kuhunkin uraan 32 kuuluu kaarevat reunaosa

56, jotka vastaavat kaarevuudeltaan oleellisesti kuulan 30 pinnan kaarevuutta. Urassa voi olla myös tasainen pohjaosa. Tasaisen kohdan leveys voi olla 0,1 - 0,2 mm, edullisesti 0,1 - 0,15 mm suurempi kuin kuulan halkaisija. Tämä mahdollistaa kuulan liikkumisen uran poikkisuunnassa kuulan törmätessä kuituflok20 kiin. Ajotilanteessa kuula on yleisesti aina painautuneena uran

20185279 prh 26 -03- 2018 ulompaa reunaosaa 56 vasten tukielimen tai rungon pyörimisestä johtuen. Keksinnön mukaisessa laitteessa käytettävän kuulan halkaisijan ollessa 12 mm, uran leveys voi olla esimerkiksi 12,5 mm tai kuulan halkaisijan ollessa 15 mm, uran leveys voi olla 15, 75 25 mm. Kuulan ja uran halkaisija voi vaihdella huomattavasti eri kokoluokan laitteissa.

Vaihtoehtoisesti sen lisäksi, että ura on kuulan halkaisijaa leveämpi, ura voi olla muodostettu joustavaan materiaaliin eli 30 rungon pään pinta ja tukielimen pinta voivat olla muodostettu elastisesta materiaalista. Tällöin kuituflokkiin törmätessään kuula pääsee väistämään kuituflokkia uran reunaosan joustaessa. Käytettävä elastinen materiaali voi olla esimerkiksi kumia tai muuta vastaavaa käyttötarkoitukseen soveltuvaa materiaalia.

Kuvan 1 mukaisesti runko 12 käsittää kaksi päätä 16 ja sisäpinnan

18, joiden välille poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreä tukielin 20 sovitettuna akselin 22 avulla. Tukielin 20 on akselista 22 radiaalisesti ulkoneva rakenne eli laippamainen rakenne. Tukielin 20 on kiinnitetty akselille 22 kuvassa 2b esitettyjen säteittäisien kaarevien boorien/kiilojen 76 avulla akselin 22 laajennokseen 75 tai hoikkiin, jolloin tukielimen 20 ja akselin 22 välille muodostuu nivelen, joka mahdollistaa 10 tukielimen akselin 22 pituussuuntaisen liikkeen, mutta myös tukielimen kallistumisen suhteessa akselin radiaalisuuntaan.

Edullisesti tukielin kiinnitetään erillisen hoikin päälle.

Säteittäisiä kaarevia booreja 76 varten hoikkiin tai laajen15 nokseen 75 on muodostettu ura 85, joka mahdollistaa tukielimen asennuksen akselin 22 suuntaisesti. Uran 85 päihin kuuluu edullisesti tiivisteet 79, jotka lukitsevat tukielimen 20 uraan.

Kuva 2b on täysin periaatteellinen ja tulee ymmärtää , että tukielimen kiinnitys akseliin 22 ja sitä kautta toinen joustoelementti 34.2 voidaan toteuttaa tällaista periaatetta

20185279 prh 26 -03- 2018 käyttäen. Kuidut syötetään tilaan 14 rungon 12 yhteen päähän 16 sovitetun syöttöyhteen 26 kautta ja poistetaan tilasta 14 rungon 12 toiseen päähän 16 sovitetun poistoyhteen 28 kautta. Edullisesti sekä syöttöyhde 26 että poistoyhde 28 ovat sovitettu akselin 22 ympärille kuten kuvassa 1.

Keksinnön mukaisessa laitteessa 10 runko 12 ja tukielin 20 on sovitettu toistensa suhteen pyöriviksi. Edullisimmin tukielin 20 on akselin 22 avulla pyörivä kiinteän rungon 12 suhteen, jolloin tukielin 20 on laitteen 10 roottori 50 ja runko 12 puolestaan 30 staattori 52. Vaihtoehtoisesti myös tukielin voi olla staattori ja runko roottori, mutta tällaisen laitteen toteutus on huomattavasti vaikeampi kuin kuvassa 1 esitetyn sovellusmuodon.

Joka tapauksessa tukielimen 20 ja rungon 12 välille uriin 32 asennetut kuulat 30 toimivat painelaakerina tukielimen 20 ja rungon 12 välillä. Kuvan 1 mukaisesti on edullista käyttää kuulia molemmin puolin tukielintä, jolloin laitteen läpi kulkeva kuitu voi joutua kaksi kertaa käsiteltäväksi. Samalla tukielin saadaan tuettu symmetrisesti. Erään sovellusmuodon mukaan tukielin voi 5 olla myös kuvissa esitetystä laippamaisesta rakenteesta poikkeavasti esimerkiksi kartiomainen. Tällöin tulee huomioida, että kartiossa ulompana oleville kuulille kohdistuu pyörimisen johdosta erilainen paine, minkä vuoksi ulommissa painelaakereissä tulee käyttää pienempiä kuulia kuituihin kohdistuvan paineen pitämiseksi haluttuna.

20185279 prh 26 -03- 2018

Tässä yhteydessä tulee ymmärtää, että kullakin uralla on aina niin monta kuulaa, että kuulat ovat pääasiassa jatkuvasti vastaavanlaisessa kosketuksessa toisiaan kuin mitä ne ovat runkoon ja 15 tukielimeen, jolloin kuulat ovat aina pyörivässä liikkeessä laitteen ollessa käynnissä. Uralla voi olla sen pituussuunnassa vapaata tilaa pituudella, joka vastaa enintään yhden kuulan halkaisijaa. Toisaalta ura voi olla myös täynnä kuulia ja laite voidaan toteuttaa myös jopa vain kolmen kuulan avulla. Jos 20 laitteessa käytetään useampia painelaakereita peräkkäin, voi kuulien määrä vaihdella painelaakereiden kesken yleisesti siten, että jälkimmäisessä painelaakerissa on vähemmän kuulia.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen 10 kuuluu myös toinen jousto25 rakenne 36, josta eräs sovellusmuoto on esitetty kuvassa 1. Toinen joustorakenne 36 mahdollistaa tukielimen 20 ja rungon 12 jouston toistensa suhteen. Kuvan 1 sovellusmuodossa toinen joustorakenne 36 on toteutettu käyttäen tukielintä 20, joka koostuu kahdesta laippalevystä 38. Laippalevyjen 38 välillä on tiivistysväli30 neiden 78 avulla tiivistett7y tilavuus 80, johon on yhdistetty paineväliaineyhde 82. Paineväliaineyhteen 82 kautta tiivistettyyn tilavuuteen 80 voidaan tuoda paineväliainetta paineväliainelähteeltä 84, jolloin tukielimen 22 laippalevyt 38 pääsevät liikkumaan joustorakenteen 34 toisen joustoelementin

34.2 ansiosta etäämmälle toisistaan samalla lisäten kuuliin 30 vaikuttavaa kuormaa. Toisin sanottuna laippalevyjen 38 välille muodostettu paine työntää akselille 22 ainakin osittain akselin pituussuunnassa kelluvia laippalevyjä 38 kauemmaksi toi5 sistaan, kun taas laitteeseen 10 syöttöyhteen 26 kautta syötettävä kuitususpensio työntää laippalevyjä 38 toisiaan kohden. Kuitususpension kuituflokkien joutuessa kuulien ja tukielimen tai kuulien ja rungon väliin tukielimen laippalevyt pääsevät joustamaan sisäänpäin estäen liian suurien leikkaavien 10 voimien kohdistumisen kuituflokin kuituihin. Edullisesti käytettävä painevälinainelähde 84 voi olla pneumaattinen pumppu, jonka avulla paineilmaa pumpataan tiivistysvälineiden 78 ja tiivistetyn tilavuuden 80 muodostamiin palkeisiin. Paineväliaineen virtausta voidaan säätää säätövälineiden 86 ja vent15 tiiliyksikön 88 avulla.

Vaihtoehtoisesti toinen joustorakenne voidaan muodostaa rungon päätyjen välille kuvan 5 mukaisesti. Kuvan 4 mukaisesti laitteen 10 runkoon 12 kuuluu edullisesti päätylaipat 40, näiden välille sovitettu sylinterimäinen vaippa 42 (esitetty ja kiinnitystangot päätylaippojen 40 kiinnittämiseksi toisiinsa. Kuvassa laite 10 on esitetty ilman vaippaa.

Kiinnitystangot 44 on edullisesti korvakkeiden 66 avulla

20185279 prh 26 -03- 2018 kiinnitetty päätylaippoihin pituussuuntainen kuormitus kiinnitystankoihin 44. Näin ja laitteen 10 sisäinen, kohdistuu päätylaippojen 40 akselin kautta laitteen 10 vaippa 42 voi olla varsin kevytrakenteinen, sillä sen ei tarvitse vastaanottaa akselinsuuntaista kuormitusta. Toisen joustorakenteen vaihtoehtoinen toteutus voidaan aikaansaada kuvan 5 mukaisesti kolmannen joustoelimen 68 avulla, joka työntää päätylaippoja 40 toisiaan kohti päätylaippojen 40 ollessa kiinnitettynä liukuvasti kiinnitystankoihin 44. Edullisesti myös kolmas joustoelin 68 on palje, joka on sovitettu päätylaipan 40 ja jonkin kiinteän laitteen osan 69 välille. Vaikka kuvassa 5 vai kahdelle palkeelle on tuotu paineväliainekanava 83, tulee ymmärtää, että kaikille palkeille ohjataan paineväliainetta paineväliainekanavan avulla. Kolmas joustoelin 68 voi olla esimerkiksi pneumaattinen toimielin. Tällöin tukielin voi olla toteutettu ilman toista 5 joustorakennetta.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen 10 voi kuulua lisäksi myös kuvan mukaisesti moottori 48 ja vaihde 46, joiden avulla tukielintä tai runkoa pyöritetään painelaakerin pyörittämiseksi. Edelleen laitteeseen voi kuulua syöttöpumppu 74 (kuvassa 6) kuitususpension syöttämiseksi syöttöyhteestä 26 rungon sisään ja ohjausyksikkö sähkömoottorin sekä joustorakenteen ja mahdollisesti myös toisen joustorakenteen kuormituksien ohjaamiseksi. Syöttöpumppua käytetään painehäviöiden voittamiseksi. Lisäksi käsittelyn säätämistä varten laitteeseen kuuluu edullisesti paine- ja virtaussäädöt. Painesäätö voidaan toteuttaa ohivirtausventtiilillä ja virtaussäätö puolestaan käsittely jälkeisellä kuristusventtiilillä. Edullisesti säätö voidaan suorittaa

20185279 prh 26 -03- 2018 kuvan 6 mukaisella järjestelyllä, jossa jauhatuksen kuituteho 20 säädetään laitteen 10 pyörimisnopeuden ja toisen joustorakenteen kuormituspaineen avulla. Virtaus säädetään paineen ja virtauksen yhdistelmällä, jossa virtaus säädetään kuristamalla ja painepumppua 74 säätämällä. Toisin sanottuna virtaus/paine säädetään huomioiden laitteen aiheuttama painehäviö. Toisaalta kuormi25 tuksessa huomioidaan laitteen rungon sisällä tilassa vaikuttavan paineen aiheuttama puristus, joka vähentää kuulapainetta.

Kuvassa 6 lyhenteellä SRE tarkoitetaan ominaisnettoenergiaa (specific net energy) ja lyhenteellä SEL ominaissärmäkuormaa (specific edge load).

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käsiteltävät kuidut johdetaan kuvassa 1 näkyvän rungon 12 sisään tilaan 14, jossa ne käsitellään syöttämällä ne tukielimen 20 ja rungon 12 välissä olevien pyörivien kuulien 24 välistä tukielimen 20 ja rungon 12 pyöriessä toistensa suhteen.

ja tuetaan sanotut urien 32 välille.

Menetelmässä käytetään käsittelyssä kuulia 30 kuulat 24 akselin 22 pituussuuntaisesti rungon ja tukielimeen 20 muodostettujen kehämäisien

Urat 32 ovat leveydeltään w suurempia kuin kuulien 30 halkaisija d. Kuulat 24 sovitetaan kuituflokkeja joustorakenteen 34 avulla kuituihin paineen tasaamiseksi, jolloin kuituflokeissa kuidut eivät pääse katkeilemaan. Lopuksi poistetaan rungon 12 sisältä tilasta 14.

nuolilla kuvataan kuitujen kulkua laitteen olevat väistämään kohdistuvan yksittäiset käsitellyt kuidut

Kuvissa paksuilla lävitse.

Keksinnön mukaisen laitteen käytössä kuituihin kohdistuva kuormitus aikaansaadaan joustorakenteen ja mahdollisesti myös toisen joustorakenteen kuormitusta sekä laitteen kierrosnopeutta 15 säätämällä. Laitteen käyntinopeutta kasvattamalla kuuliin kohdistuva tangentiaalinen voimakomponentti kasvaa aiheuttaen kuulan suuremman paineen sekä rungon että tukielimen uria vasten.

Pyörimisnopeus voi olla vähintään 100 rpm. Pyörimisnopeuden ja toisen joustorakenteen kuormituksen avulla ei haluta kuitenkaan 20 tuhota laitteen ominaisuutta väistää kuituflokkeja, vaan tämä ominaisuus säilyy. Joustorakenteen kuormitusta säädetään sakeuden funktiona siten, että sakeuden kasvaessa kuormitusta pienennetään ja päinvastoin.

20185279 prh 26 -03- 2018

Syötettävän kuitususpension sakeus voi olla esimerkiksi koivulla %, kun taas esimerkiksi akasialla 1 %. Laitteessa käytettävä kuitususpension sakeus on välillä 0,5 - 8 %. Minimisakeuden on oltava riittävä, jotta kuidut eivät pääse väistämään kuulia. Syöttöpumpulla pyritään aikaansaamaan laitteen sisälle tulp30 pavirtaus, jolloin kuidut saavat tasaisesti saman käsittelyn.

Edullisesti keksinnön mukaisella laitteella jauhettavien kuitujen läpimitta on 5-30 pm, kun taas kuituflokkien koko luokka on kymmeniä mikrometrejä.

Keksinnön mukaisella laitteella jauhettaessa kuitususpension Schopper-Riegler-luku ei juurikaan muutu, sillä jauhatuksessa ei synny merkittävästi hienoainesta. Päästäkseen riittävän jauhatustulokseen kuitujen sisäisen fibrillaation osalta sama 5 massa on ajettava niin monesti, jotta kuitu jää vähintään kerran litistyksiin kuulien ja tukielimen tai rungon väliin. Kierrätyskerroista voidaan käyttää myös nimitystä läpäisyarvo. Sakeudesta ja pyörimisnopeudesta riippuen riittävä läpäisyarvo vaihtelee yleisesti eri kuitulajien kuitususpensioiden välillä 10 ja esimerkiksi koivukuiduilla läpäisyarvo voi olla 70, kun taas havupuilla 40.

Erään sovellusmuodon mukaan tukielimen akselin radiaalisuuntaisella pinnalla voi olla virtauksen ohjauslevyjä, jotka 15 ohjaavat kuitususpension virtausta tukielimen ohitse samalla pumpaten kuitususpensiota eteenpäin. Vaihtoehtoisesti ohjauslevyt voivat olla myös tukielimen ulkokehällä tukielimen ja rungon vaipan välillä. Edullisesti ohjauslevyillä voidaan aikaansaada paineennosto, jolla voidaan esimerkiksi korvata 20 ensimmäisen painelaakerin aikaansaama painehäviö tai toisen painelaakerin kohdalla oleva keskipakovoiman aiheuttama vastavoima.

20185279 prh 26 -03- 2018

Keksinnön mukaista laitetta ja menetelmää käytetään edullisesti paperitehtaalla esimerkiksi pyörrepuhdistuksen yhteydessä, pulpperi ja laimennuksen välissä tai lyhyessä kierrossa. Yllättäen laitetta voidaan käyttää myös selluloosan valmistuksessa pesujen laimennuksen, lajittelun laimennuksen sekä kuivatuskoneen lyhyen kierron yhteydessä, jossa on sopiva sakeus 30 jauhatusta varten. Kuvissa 7 - 8k on esitetty esimerkkeinä keksinnön mukaisen laitteen mahdollisia sijoituskohteita prosessilinjalla. Myös muita sijoituskohteita voi olla laitteistosta riippuen. Kuvissa 8a - 8j on prosessivaiheet on esitettyinä laatikoina, joissa 90 on selluloosan keitto, 92 pesu, valkaisu, 96 lajittelu, 96.1 karkealajittelu, 96.2 hienolajittelu, 98 happi-delignifikaatio, 100 keksinnön mukainen käsittely ja 104 sellun kuivauskoneen lyhyt kierto. Selluloosan valmistuksessa käsittely parantaa kemikaalien vaikutusta 5 esimerkiksi valkaisussa pienentäen kemikaalikulutusta. Tämä johtuu kuidun P ja SI kerroksien irtoamisesta, joka mahdollistaa kemikaalien helpomman pääsyn kuitujen sisälle. Samalla kuitenkin käsittelyssä ei synny merkittävästi hienoainesta, joka lisäisi kemikaalien kulutusta. Keksinnön mukaisen laitteen käytön 10 edellytys selluloosan valmistuksen yhteydessä on alle 5 kuiva-aineprosentin sakeus. Sellun pesun ja lajittelun yhteydessä massa laimennetaan tällaiseen sakeuteen, jolloin keksinnön mukaista menetelmää on edullista käyttää näissä kohdissa prosessia. Myös valkaistun massan pesun yhteydessä laimennetaan 15 massa pesuvaiheiden välissä riittävän alhaiseen sakeuteen menetelmän hyödyntämiseen.

Keksintöön kuulumattomana osana voidaan ajatella, että keksinnön mukaisen laitteen idea voidaan toteuttaa myös siten, että toinen 20 joustoelin on toteutettu myös siten, että tukielin kiinnittyy akseliin akselin radiaalisuunnan suhteen kallistuksen sallivan

20185279 prh 26 -03- 2018 nivelen avulla, joka nivel on puolestaan yhdistetty akseliin akselin aksiaalissuuntaisen liikkeen mahdollistavien kiilojen avulla. Tällöin saadaan aikaan sama joustoliike kuin säteit25 täisien kaarevien boorien avulla.

Claims (15)

1. PATENTTIVAATIMUKSET

   1. Laite kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmis- tusta varten, johon laitteeseen (10) kuuluu

   5 - runko (12) rajoittaen sisälleen tilan (14) kuitujen virtausta varten, joka runko (12) käsittää kaksi päätä (16) ja sisäpinnan (18),

   - poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreä tukielin (20) sovitettuna akselin (22) avulla rungon (12) sisään, joka 10 tukielin (20) on akselista (22) radiaalisesti ulkoneva rakenne,

   - kuulat (30) sanotun tukielimen (20) tukemiseksi runkoon (12) ja kuitujen käsittelemiseksi,

   - kehämäiset urat (32) muodostettuina sanotun rungon (12) päihin (16) tai tukielimeen (20) tai molempiin sanottuja kuulien

   15 (30) tukemiseksi akselin (22) pituussuuntaisesti rungon (12) ja tukielimen (20) välille, ja

   - joustorakenne (34) mahdollistaen kuulien (24) kuituja väistävän liikkeen kuituihin kohdistuvan paineen tasaamiseksi, jossa laitteessa (10) sanotut runko (12) ja tukielin (20) ovat

   20 sovitettu toistensa suhteen pyöriviksi sanotun akselin (22) suhteen koaksiaalisesti siten, että yksi rungosta (12) ja tukielimestä (20) pyörii toisen ollessa paikoillaan tai molemmat pyörivät, johon joustorakenteeseen (34) kuuluu ensimmäinen joustoelementti (34.1), johon kuuluu sanotut kehämäiset urat (32) 25 ja sanotut kuulat (30), jossa ensimmäisessä joustoelementissä (34.1) sanotut urat (32) ja/tai sanotut kuulat (30) on sovitettu mahdollistamaan kuulien (30) uran (32) poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen, tunnettu siitä, että sanotut kehämäiset urat (32) ovat leveydeltään (w) suuremmat kuin kuulien (30) halkaisija 30 (d) kuulien (30) uran (32) poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen mahdollistamiseksi, ja joustorakenteeseen (34) kuuluu lisäksi toinen joustoelementti (34.2), joka on sovitettu sanotun tukielimen (20) ja akselin (22) välille mahdollistaen tukielimen (20) ja akselin (22) välisen kulman muutoksen kuituihin

   20185279 prh 21 -02- 2019 kohdistuva paineen tasaamiseksi, joka sanottu toinen joustoelementti (34.2) on toteutettu tukielimen (20) yhteyteen siten, että tukielin (20) on säteittäisien kaarevien boorien (76) avulla kiinnitettynä akselille (22) mahdollistaen tukielimen (20) 5 liikkeen ja kallistuksen aksiaalissuunnassa sekä momentin siirtymisen pyörivän akselin (22) ja tukielimen (20) välillä.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanotut kehämäiset urat (32) ja/tai kuulat (30) ovat ainakin

   10 osittain valmistettu joustavasta materiaalista.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottuun laitteeseen (10) kuuluu toinen joustorakenne (36) rungon (12) ja tukielimen (20) välisen, akselin (22)

   15 suuntaisen jouston sallimiseksi.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottuun toiseen joustorakenteeseen (36) kuuluu

   - sanottu tukielin (20), johon kuuluu kaksi vastakkain 20 asetettua laippalevyä (38) sovitettuina akselille (22) akselin (22) pituussuunnan suhteen kelluvasti,

   - tiivistysvälineet (78) sovitettuina laippalevyjen (38) välille rajoittaen laippalevyjen (38) välille tiivistetyn tilavuuden (80),

   25 - paineväliaineyhde (82) sovittuna kulkemaan sanotun askelin (22) kautta sanottuun tiivistettyyn tilavuuteen (80), ja

   - paineväliainelähde (84) paineellisen väliaineen syöttämiseksi tilavuuteen (80) mahdollistaen laippalevyjen (38) rajoitetun joustamisen akselin (22) pituussuunnassa.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että laippalevyjen (38) väliin muodostettu toinen joustorakenne (34.2) voi olla laippalevyjen (38) välille sovitettu pneumaattinen toimielin.
6. 6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen (10) kuuluu säätövälineet (86) ja venttiiliyksikkö (88) paineväliainelähteeltä (84) tilavuuteen

   5 (80) johdettavan paineväliainevirtauksen rajoittamiseksi toisen joustorakenteen (36) jouston säätämiseksi.
7. 7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottuun runkoon (12) kuuluu päätylaipat (40), näiden

   10 välille sovitettu sylinterimäinen vaippa (42), kiinnitystangot (44) päätylaippojen (40) kiinnittämiseksi toisiinsa joustavasti ja kolmas joustoelimen (68) päätylaippojen (40) painamiseksi toisiaan vasten rungon (12) muodostaessa toisen joustorakenteen (36) .
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että toiseen joustorakenteeseen (34.2) kuuluu mekaaninen joustonrajoitin, jonka avulla toisen joustorakenteen (34.2) jousto rajataan siten, että jousto on pienempi kuin kuulien

   20 (30) halkaisija.

   20185279 prh 21 -02- 2019
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että urat (32) on muodostettu tukielimeen (20) molemmin puolin tukielintä (20) ja runkoon (12) molempiin päihin

   25 (16).
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että uran (32) leveys (w) on 0,1 - 0,2 mm, edullisesti 0,1 - 0,15 mm suurempi kuin kuulan (30) halkaisija.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että kussakin urassa (32) on kuulia (30) niin monta, että uraan (32) jää maksimissaan yhden kuulan (30) halkaisijan (d) verran vapaata tilaa uran (32) pituussuunnassa.

    20185279 prh 21 -02- 2019
12. 12. Menetelmä kuitujen käsittelemiseksi kuiturainan valmistusta varten, jossa menetelmässä

    - johdetaan käsiteltävät kuidut rungon (12) sisään tilaan

    5 (14),

    - käsitellään tilassa (14) olevat kuidut syöttämällä ne tukielimen (20) ja rungon (12) välissä olevien pyörivien kuulien (30) välistä tukielimen (20) ja rungon (12) pyöriessä toistensa suhteen siten, että yksi rungosta (12) jatukielimestä (20) pyörii

    10 toisen ollessa paikoillaan tai molemmat pyörivät,

    - poistetaan käsitellyt kuidut rungon (12) sisältä tilasta (14), tunnettu siitä, että

    - tuetaan sanotut kuulat (30) akselin (22) pituussuun-

    15 taisesti rungon (12) päätyihin (16) ja tukielimeen (20) muodostettujen, sanottujen kuulien (30) halkaisijaa (d) leveydeltään (w) suurempien kehämäisien urien (32) välille kuulien (30) uran (32) poikkisuuntaisen rajoitetun liikkeen mahdollistamiseksi,

    20 - johdetaan paineväliainetta toisen joustorakenteen sisään (36) tukielimen (20) akselin pituussuuntaisen jouston mahdollistamiseksi, ja

    - rajoitetaan paineväliaineen virtausta toiseen joustorakenteeseen (36) kuulien (30) kuituflokkeihin kohdistavan

    25 voiman säätämiseksi.
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuetaan sanottu tukielin (20) akseliin (22) joustorakenteeseen (34) kuuluvan ja sanotun tukielimen (20) ja

    30 akselin (22) välille sovitetun toisen joustoelementin (34.2) tukielimen (20) ja akselin mahdollistamiseksi kuituihin kiinnittämällä tukielin (20) (22) välisen kulman muutoksen kohdistuva paineen tasaamiseksi säteittäisien kaarevien boorien (76) avulla akselille (22) mahdollistaen tukielimen (20) liikkeen ja kallistuksen aksiaalissuunnassa sekä momentin siirtymisen pyörivän akselin (22) ja tukielimen (20) välillä.
14. 14. Laitteen käyttö selluloosan valmistuksessa kemikaalien

    5 käytön vähentämiseksi, tunnettu siitä, että käsittelyssä käytetään jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukaista laitetta ainakin yhdessä kohdassa selluloosan valmistusta ennen kemikaalien annostelua, jossa sanotussa kohdassa massan sakeus on 0,2 - 8,0 %, edullisesti 1,0 - 5,0 %.
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että selluloosaa käsiteltäessä ennen kuivatusta ominaisenergian kulutus on 5 - 50 kWh/t, edullisesti 10 - 20 kWh/t.