FI61222B - Anordning foer transformering av en luft-fiberdispersionsstroem vid tillverkning av homogent fibermaterial - Google Patents

Description

RS^l ΓβΊ mvKUULUTUSJULKAISU ^-ΙΟΟΟ

JHlJ W <11)UTLÄOCNINO$SKIUPT O * Z Z Z

C Patentti myönnetty 10 06 1932 *j&v3 'Tm tent meddelat (51) Ky.ik.Va.3 D 21 H 5/26 //DWH 1/00 SUOMI —FINLAND (21) P««nttlh.k«n*J._PKantaMMutlng 752693 (22) Hakamliptwt — An*6knlnf*dag 26.09.75 (23) Alkuptlvt —Glltlgh*tsd«g 26.09-75 (41) Tullut lulklMlul — Bllvlt offwttllg 27.03.77

Patentti· ja rekisterihallitus .... .. , . .

_ ' (44) Nlhtävlk»!panen Ja kuuL|ulkalsun pvm. — .

Patent- och regiaterstyrelaen ' Aniökan utlagd och utUkrlftan puMIcmd 26.02.82 (32)(33)(31) Pyykätty etuoikeus— Begird prior It et (71) Vsesojuznoe Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie Tselljulozno-Bumazhnoi Promyshlennosti, prospekt Shvemika k9, Leningrad, USSR(SU) (72) Alexandr Evgenievich Guschin, Leningrad, Alexandr Andreevich Khokhryakov, Leningrad, Evgeny Yakovlevich Pechko, Leningrad, Konstantin Ivanovich Obraztsov, Leningrad, Anatoly Vasilievich Konstantinov, Leningrad, Vyacheslav Sergeevich Alexandrov, Leningrad, USSR(SU) (7*0 Oy Kolster Ab (5b) Laite ilma-kuituseosvirran muuntamiseksi rakenteeltaan homogeenista kuitumateriaalia valmistettaessa - Anordning för t reins formering av en luft-fiberdispersionsström vid tillverkning av homogent fiber-mat eri ai

Esillä oleva keksintö koskee laitetta ilma-kuituseosvirran muuntamiseksi ja se on sovellettavissa massa- ja paperi-, tekstiili- sekä rakennusteollisuudessa erilaatuisten paperien, kuitukankaiden eli hnovikkelden, huopien ja muiden rakenteeltaan homogeenisten kuitumateriaalien valmistamiseen.

Ilma-kuituseosvirran muuntamisella tarkoitetaan tapahtumaa,josta seuraa virran poikkipinta-alan kasvu ja siten sen keskinopeuden väheneminen, virran nopeuskentän tasainen jakautuminen sen poikkipinnalle, h enoas-teisen turbulenssin syntyminen ilma-kuituseokseen, kuitujen tasainen jakautuminen koko virtaan sekä ilma-kuituseoksen hajaantumisarvon suureneminen muuntamisen aikana.

Ilma-kuituseosvirran nopeuskentän jakautuman katsotaan keksinnön mukaisessa laitteessa olevan tasainen virran poikkileikkauksessa, jos umpimähkäisten paikallisten nopeuksien vaihtelukerroln ei ylitä 17 Ί>-

Ilma-kuituseosvirran hajaantumisarvon katsotaan olevan erillisten kuitujen tai pienten kuitukasaumien tilavuuden suhde moodipituisen, so* kuitu-pituus jakautumassa hallitsevan yksittäiskuidun tilavuuteen.

Ilma-kuituseoksen hajaantumisarvo el saa olla 6,0 suurempi. Tleis- eli 2 61222 moodipltuieen yksittäiskuldun tilavuus yoIdaan saada selville suoraan mittaamalla kddun mitat* Kuitusauman tilavuus voidaan arvioida suurinopeukfilmausta käytt&en.

Kuitujen homogeenisella jakautumisella ilmavirtaan tarkoitetaan, että kuitupitoisuus kussakin yksittäisessä virran tilavuudessa ei vaihtele ollenkaan tai vaihtelee vain hyvin vähän.

Kuitupitoisuusjakautuman tasaisuusilmavirrmesa voidaan epäsuorasti määritellä optisella menetelmällä käyttäen poikkipinnaltaan 0,5 z 0,5 mm valons ädemi t taus ta.

Kuitupitoisuuden vaihtelut ilmavirrassa muuttavat virran läpi menevän ja valokennoon osuvan valon intensiteettiä, so. valovoimaa. Valovoiman vaihteluista seuraa kennossa kehittyneen valosähköisen virran muuttuminen. Bekis-teröintilaitteen avulla kuka tahansa voi laskea valovoiman vaihteluiden vaih-telukertoimen ja siten virran kuitupitoisuuden vaihtelut, joita se edustaa.

Kuitupitoisuusjakautuman ollessa tasainen on valhtelukerroin edellä mainitun menetelmän mukaan 18-25 #·

Ilma-kultuseoksen muuntaminen on varsin tärkeätä, koska se mahdollistaa rakenteeltaan homogeenisen kuitumateriaalin, so. fysikaaliskemiallieilta ominaisuuksiltaan tasalaatuisen materiaalin, ensi sijassa paperin, vatoistamisen aerodynaamisessa muodostusyksikössä.

Esim. suodatinpaperia valmistettaessa saadaan ilma-kuituvirtaa muuntamalla tasaisiksi sellaiset ominaisuudet kuin huokoisuus, vetolujuus, leikkauslujuus, venymä jne. ts. virran muuntaminen vaikuttaa valmiiden materiaalien laatuun.

Keksinnön mukaista laitetta voidaan yhdessä tunnetun aerodynaamisen muodostusyksikön kanssa käyttää eri koneissa ja laitteissa, joilla valmistetaan rakenteeltaan homogeenista kuitumateriaalia.

Homogeenisen kuituainerainan valmistamiseen käytetään erilaisia luonnonkuituja mukaan lukien selluloosakuidut, synteettisiä kultuja, epäorgaanisia kuituja, etupäässä 0,5 - 15 am pitkiä kuituja. Esim. erilaatuisten paperien tai kuitukankaiden valmistamiseen käytetään mekaanisesti kuidutettua puuta, sulfaatti- ja sulfiittisellua, puuvlllajätettä, pellavaa, asbestia ja muita kuitutyyppejä.

Käytettävä kuitulaji riippuu siitä valmistettavan materiaalin ominaisuuksista. Hiinpä asbestikuitu antaa materiaalille hyvät lämmön- ja sähkön-eristysominaisuudet, polypropeenikuidusta voidaan valmistaa alkaleja kestävää materiaalia, puuvilla ja daoron antavat valmiille tuotteelle biologisen turval1isuuden.

Kuitumateriaaleja, joilla on erilaisia, esim. yllä mainittuja ominaisuuksia ja jolta voidaan käyttää lentokoneenrakennuksessa, sähkötekniikassa, 5 612 2 2 metallurgiassa ja muissa teollisuuksissa, ovat hyvin merkityksellisiä mah-dollistaessaan monien teknisten probleemien ratkaisemisen.

Ilma-kuituseosvirran muuntamisen, mikä lisää rakenteeltaan homogeenisen kuitumateriaalin tuotantoa, on tunnetusti täytettävä seuraavat vaatimukset: - On saavutettava nopeuskentän tasainen jakautuminen llma-kultuseos-virran poikkileikkauksessa, tämä on tarpeellista rakenteeltaan homogeenisen kuitumateriaalin valmistamiseksi aerodynaamisella muodoetusyksiköllä. Nopeus-kentän pidentymisestä eeim. pan pituusakselin suunnassa seuraa poikklsuunnassa kukkulamainen kuitujakautuma materiaalissa selvän huippukohdan sijaitessa keskellä materiaalia. Poikki suuntaisen kuitujakautuman tulisi olla yllä mainittu.

- IJma-kuituseoksen nopeus on vähennettävä kuitumateriaalin valmistuksen mahdollistamiseksi syöttämällä muunnettua ilma-kuituseosta muodostus-yksikön viiran suuntaisesti. Virran nopeus^ joka vastaa viiran liikenopeutta, estää viiran häiriövaikutuksen muunnettuun virtaan ja niinmuodoin materiaalin rakenteen epähomogeenisuuden.

- On synnytettävä hienoturbulenssinen virtaus, joka - kuten dlsper-gointisysteemin mekaaniikkaan perehtyneet hyvin tietävät - el aiheuta paikallista kuitukasautumista, millä on negatiivinen vaikutus kuitumateriaalin homogeenisuuteen sitä valmistettaessa.

- Kuitukiintoaineksen hajaantumisarvoa ilma-kultuseoksessa on lisättävä jakamalla kuidut tasaisesti virran koko tilavuuteen. Tämä on tärkeä edellytys tasarakenteisen ktitumateriaalin tuottamiseksi.

Nykyisin tunnetaan ilma-kuituseoksen jakolaitteita, jotka käsittävät elimiä virran laajentamiseksi ennen kuin se syötetään muodostusyksikön viiralle. Hajotuskammiosta llma-kuituvirta menee poistoputken läpi tavallisesti diffusööriin, jossa on toisistaan etääntyvät sivuseinämät ja toisiaan lähenevät etuseinämät. Diffusöörissä virtaa paisutetaan poikittaisesti sen nopeutta vähentämättä, joten siitä ei db seurauksena virran nopeuskentän pidentyminen, mikä on tavallisesti ominaista diffUsööreille. Tällaisen muodon ansiosta saavutetaan muunnetun ilma-kuituseosvirran nopeuksien tasainen jakautuma.

Kuvattu laite ei kuitenkaan anna homogeenista kuituJakautumaa suuressa hajaantumisarvossa eikä sitä siksi voida käyttää homogeenisen materiaalin valmistamiseen, kun kuitujen hajaantumisarvo on suuri.

Toista tyyppiä olevassa virranmuuntolaltteessa on diffusööri, jossa on laajenevat sivu- ja etuseinämät ja johon on järjestetty pyöriviä hammastettuja teloja.

Diffusööriin syötetty ilma-kuituseosvirta Joutuu telojen käsittelyyn, mistä on seurauksena virtauksen nopeuskentän tasainen jakautuma. Nopeuden tasoittumista autetaan sekoittamalla mekaanisesti ilmamassaa ja jakamalla suuret kuitukasaumat erillisiin kuituihin.

4 6^222 Tämä laitetyyppi ei myöskään huolehdi kaikista parametreista homogeenisen kuitumateriaalin valmistuksessa välttämättömien ehtojen täyttämiseksi, koska sillä ei saavuteta virran hienoa turbulenssia, eikä kuitujen tasaista jakautumista ilmaan.

Vielä yhtä tunnettua virranmuuntolaitetta edustaa diffusööri, jonka sisään on asetettu virtavilvakappale.

Laitteeseen tuloputken läpi syötetty ilma-kuituvirta toimii yhdessä mainitun kappaleen kanssa ja jakautuu tasaisesti diffusöörin koko poikkipinnalle tasoittaen siten virran nopeuskentän. Virta laajenee pystysuunnassa ja poikittaiseetl vaakasuunnassa, minkä johdosta virtausnopeus vähenee.

Tässä laltetyypissäkään ei tapahtu haluttua ilma-kuituseosvirran muuntamista.

Vielä yksi ilma-kuituvlrran muuntolaite on tunnettu. Se käsittää diffusöörin, jossa on laajenevat, so. toisistaan etääntyvät sivuseinät ja tuloaukko, joka onjhteydessä ilma-kuituvirtaa syöttävään putkijohtoon. Diffusöörin poistoaukko on liitetty pystyasentoiseen suorakulmaiseen kammioon. Useita virtaviivaisia kantotasokappalelta on sijoitettu kammioon niiden tasojen ollessa kammion slvuaeinämien suuntaiset ja kunkin kappaleen yläosan ollessa asetettu diffusöörin sisäpuolelle. Diffusöörlin syötetty ilma-kuitueeos törmää vlrtavilvamaisiin kappaleisiin ja jakautuu poikittaisesti suorakulmaiseen kammioon. Virtausnopeus pienenee ja samalla saavutetaan nopeus-kentän tasainen jakautuma.

Tämä laite ei voi saada aikaan virran hienoastelsta turbulenssia yhteistoimintansa takia virtaviivamaisten kappaleitten kanssa. Tämä yhteistoiminta synnyttää suurimittaista turbulenssia estäen siten tasaisen kuitu-jakautuman saavuttamisen.

Yksikään tunnetuista virranmuuntolaittelsta ei kykene saamaan aikaan suurikultupitoisen virran haluttua muuntoastetta varsinkaan silloin, kun ilma-kuituvlrran oletetaan olevan hyvin vlrtauskykylstä, so. kun kuitujen ti-lavuuspitoisuus on 0,3.

Keksinnön tavoitteena on poistaa nämä haitat.

Keksinnön päätavoitteena on llma-kultuvirran muuntaminen ja saada aikaan laite, joka täyttää kaikki edellä mainitut vaatimukset rakenteeltaan homogeenisen materiaalin, etupäässä paperin valmistamiseksi.

Tähän tavoitteeseen päästään saamalla aikaan homogeenisen kuitumateriaalin valmistamista varten laite, joka käsittää kammion, joka on liitetty muodostusykelkköön ja jonka sisään on asetettu käyräpintalnen kappale, joka hajottaa ilma-kuituvlrran kammion koko tilavuuteen ja sijaitsee putkea vastapäätä, josta ilma-kuituseos syötetään kammioon, jolloin laite on tunnettu siitä, että se käsittää rakosuuttimen, joka on asetettu kammioon syöttöput- 5 61222 ken poietoaukon yhteyteen raon olleeea kohtisuorassa kammion sivuseinämiä vastaan, ilaa-kuitnvirran hajotuskappaleen, joka on lieriö, jonka generaattori-suora ei ole raon pituutta lyhyeapi ja jonka halkaisija on vähintään 1,2 x suutinraonÄveys ja joka on asetettu suuttimesta etäisyydelle, joka on 0,3 - 1,0 lieriön halkaisija, avaruusristikon, joka hajottaa ja tasoittaa ilma-kultuvirran ja on asetettu lieriön alapuolelle siltä etäisyydelle, joka on 2-6 kertaa lieriön halkaisija ja kattaa kansion koko poikkipinnan.

Keksinnön päätunnusmerkki on seuraava.

Vlrranmuuntolaitteen suuttimen johdosta seoksen nopeutta voidaan lisätä ja virta voi jakautua litteänä suihkuna hajotuslieriön koko pituudelle. Suutin on pääasiassa kokonaan laskettu muuntolaitteen kammioon.

Sen johdosta että lieriö on sijoitettu suuttimen alapuolella, törmää ulospäin levittyvä ilma-kuituvirta lieriön pintaan. Suuttimen raon ja lieriön välinen etäisyys pidetään arvossa 0,3 - 1,0 kertaa lieriön halkaisija, jolloin lieriön pinnan synnyttämä vastapaino tasoittaa vielä enemmän nopeusken-tän profiilia. Litteän virran ja lieriön keskinälsvaikutus saa aikaan moninkertaisen kultuhajaantuman, joka johtuu kuituisten kiintoaineiden osittamiseen johtavasta kimmoisasta takaisinponnahduksesta, toisin sanoen tapahtuu hajaan-tumisarvon kasvua.

Moninkertainem hajaantumisvaikutus saa aikaan kuituosasten tasaisen jakautumisen, kun käytetään virtaa, jolla on suuri kuitupitoisuus, tilavuus-pitoisuus esim. 0,3. Tämänprosessin aiheuttamat voimat ovat riittävät sekoittamaan ilma-kultuseosta, jossa on suuri kuituainepitoisuus/virran tilavuus-yksikkö.

Lieriön halkaisija on vähintään 1,2 x suutinraon leveys, jolloin käytetään niin suurta lieriötä, että sen plntakaarevuus saa kuidut jakautumaan kammioon lieriön molemmille puolille. Lieriön kaarevuus mahdollistaa pintaan osuvien kiintoaineiden virtaamisen tasaisesti lieriön yli eivätkä ne keräydy lieriön pinnalle*

Laitteeseen sijoitettu lieriö saa aikaan poikittaisia sykkeitä sen ohi virtaavaan llma-kuituaeokseen. Nämä sykkeet saavat virran jakautumaan kammion koko tilavuuteen ja vähentävät virran nopeutta. Avaruusristlkko, joka on asetettu lieriön alapuolelle siitä etäisyydelle, joka on 2-6 x lieriön halkaisija, kattaa kammion koko poikkileikkauksen, tasoittaa virran nopeusken-tän profiilia kammion koko poikkileikkauksessa ja estää isokokoisen turbulenssin syntymisen. Niinpä päästäänkin hlenoturbulenssieeen virtaan.

Avaruusrlstikon elementit voivat olla lieriömäisiä tai elliptisiä tankoja, reunoiltaan pyöristettyjä levyjä jne.

Lieriön ja avaruusrlstikon välinen etäisyys (2-6 x lieriön halkaisija) valitaan sellaiseksi, että ilma-kuituseos saadaan jakautumaan kammion koko poikkileikkaukselle ennen kuin syntyy keskinäinen vaikutus virran ja avaruus-ristikon välille.

6 61222

Keksinnön laite kykenee siis muuntamaan virtaa kaikkien vaatimusten mukaisesti ja mahdollistaa rakenteeltaan homogeenisen kuitumateriaalin, etupäässä paperin valmistamisen. Laitteessa yhdessä lieriön kanssa käytettävä rako-suutln saa aikaan kettujen tehokkaan hajaantumisen ilmavirtaan kuitupitoisuuden ollessa varsin suuri (tilavuuspitoisuus esim. 0,3).

Keksinnön laitemuodon johdosta lisääntyy homogeenisen kuitumateriaalin tuotantokapasiteetti ja sähkövirran kulutus vähenee, koska vähemmän ilmaa/ aikayksikkö on poistettava riittävällä vastuskertoimella viiran muodostuspln-nan läpi kuin pienessä kuitupitoisuudessa. Tämän johdosta voidaan pienentää sitä tehollista viirapintaa, jonka läpi ilmaa poistetaan, mikä vuorostaan pienentää laitekokoa ja muodostusykslkön valmistamiseen tarvittavan metallin määrää.

Esillä olevan keksinnön multa ominaisuuksia ja etuja kuvataan lähemmin seuraavaesa oheisenpiirustukeen avulla, joka esittää yleiskuvan etupäässä paperin valmistukseen käytettävästä ilma-kuituvirran muuntolaitteesta, joka on sijoitettu aerodynaamiseen tasoviiramuodostueyksikköön.

Kuviossa esitetty laite käsittää kammion 1 kaltevina etuseininäen 8, rakosuuttimen 2, joka on kiinnitetty ilma-kuituseoksen syöttöputkeen 3 jm laskettu kammioon 1. Suuttimen 2 rako 4 (raon suutaso) on asetettu kohtisuoraan kammion 1 sivuseiniä 3 vastaan.

Suuttimen 2 alle on asetettu ilma-kuituvirtaa hajottava kappale, joka on lieriö 6. Lieriön emäviivan pituus 1 on 1,3 x suutinraon 4 pituus.

Lieriön halkaisija d on 1,3 x suutinraon 4 leveys b.

Lieriö 6, joka on päistään 7 kiinnitetty kammion 1 sivuseiniin 3* on asetettu tasaetälsyydelle kummastakin etuseinästä 8. Avaruusristikko 9» joka on kiinnitetty kammion 1 seiniin 3 ja 8 kattamaan sen koko poikkileikkauksen, on asetettu lieriön alapuolelle siitä etäisyydelle h2» joka vastaa lieriön kolmea halkaisijaa. Ristikko 9 koostuu pyörötangoista 10.

Kammio 1 on väliyksikön 11 kautta yhteydessä aerodynaamisen muodos-tusyksikön 13 muodostuskammioon 12, jonka alle on asetettu päätön tasovilra 14 kulkemaan telan 13 ympäri. Tiiran 14 alle on sijoitettu imulaatikko 16, joka on haaraputkella 17 yhdistetty lmuriin(ei-esitetty kuviossa ).

Ilma-kuituseosvirran muuntolaite toimii seuraavasti paperia valmistettaessa.

Kemiallisesti kuidutettu puukuituaines, joka on sekoitettu ilmavirtaan kuitujen tilavuuspitoisuuden ollessa 0,3, tulee putken 3 läpi suuttimeen 4» jossa virta laajenee poikittaisesti ja virtausnopeus kasvaa niinkin paljon kuin l,3-kertaisek8i putken 3 virtausnopeuteen nähden.

Lieriö 7 lisää suuttimen 2 raosta purkautuvan litteän virran paine-vastusk, te. synnyttää vastapainotta, aiheuttaen siten virran mopeuskentän uudelleenjakautumisen suuttimen sisäpuolella, mikä johtaa nopeuekentän tasoittumiseen.

7 Λ -1 2 2 2

Suuttimen 2 raosta 4 purkautuva litteä virta joutuu lieriön 6 vaikutuksen alaiseksi. Kiinteän kuituaineksen monikertainen törmääminen lieriön pintaan lisää kuituhajaantumaa. Töraättyään lieriön pintaan kuituaineksen koko pieneneef so* kuitubajaantuma lisääntyy* Samalla kiinteät kultuainekset jakaantuvat tasaisesti ilmavirran koko tilavuuteen*

Lieriön 7 ohi kulkeva litteä virta jakaantuu kahteen vähitellen laajenevaan erilliseen virtaan, jotka sujahtavat lieriön pinnan yli*

Kumpaankin yksittäiseen virtaan syntyy amplitudiltaan suurenevia poikittaisia sykkeitä, jotka aiheuttavat virtojen paisumisen vähentäen siten niiden nopeuksia ja jakaen seoksen kammion poikkipinnalle.

Erottuaan lieriön päällä virrat yhtyvät jälleen pisteessä, joka sijaitsee lieriöstä lyhyemmällä etäisyydellä kuin 6 x lieriön halkaisija. Erillisten virtojen yhtyminen tapahtuu niiden laajennettua kammion koko poikkipinnan alueelle.

Yhtymisen jälkeen virta meiee avaruusristikon 9 läpi, joka eliminoi suuren turbulenssin ilma-kultuvirrasta ja tasoittaa vielä kerran nopeuskent-tää virran poikkileikkauksessa.

Muunnettu llma-kuituseos, joka kulki avaruusristikon 9 läpi, menee asetettujen vaatimusten mukaiaesti homogeenisen materiaalin, esim. rakenteeltaan homogeenisen paperin valmistamisen mahddUistamlsekel vällyksikön 11 kautta aerodynaamiseen muodostusykiikköön 13.

Muodostusyksikössä 13 ohjataan ilma-kuituseos liikkuvalle viiralle 14* Syötetty virta on liikkuvan viiran 14 suuntainen ja sen nopeus on suunnilleen yhtä suuri kuin viiran nopeus.

Ilma-kuituseoksen tultua viiran 14 kosketukseen ilma poistetaan imu-laatikolla, joka on liitetty imupuhaltimeen eli imuriin, ei-esitetty kuviossa, ja kuidut saostuvat viiralle 14 tasapaksuksi kuitukerrokseksi, joka sidos-aineella käsiteltynä muuttuu rakenteeltaan homogeeniseksi paperiralnaksi.

Claims (1)

1. *1222 β Patenttivaatimus: Lait· ilma-kuitue·οβvirran muuntamiaekai rakenteeltaan homogeenista kuitumateriaalia valmistettaessa, joka laite käsittää kammion, joka on liitetty muodostusyksikköön, ja johon on asetettu käyräpintainen kappale, joka hajottaa ilmakuituseoksen kammion koko tilavuuteen ja sijaitsee putkea vastapäätä, joka syöttää ilma-kuituseoksen kammioon, t u n n e t tu siitä, että putken ¢5) polstopäähän on asennettu suutin (2), joka syöttää ilma-kuituseoksen kammioon (l) ja on asetettu kammioon sillä tavalla, että suuttimen rako (4) on kohtisuorassa kammion (l) sivuseiniä (5) vastaan, että käyräpintainen kappale on lieriö (6), Jonka emäviiva (l) on vähintään raon (4) pituuden mittainen ja jonka halkaisija (d) on vähintään 1,2 x raon (4) leveys (h), jolloin lieriö (6) on sietettu suuttimen (2) alapuolelle ja siitä etäisyydelle (h^), joka on 0,5 - 1,0 x lieriön halkaisija (d), ja että lieriön (6) alapuolelle on asetettu avaruusristikko (9)* joka kattaa kammion (l) koko poikkileikkauksen ja tasoittaa ilma-kuituvirran ja on lieriöstä (6) etäisyydellä (hg) joka on 2-6 x lieriön halkaisija.