FI79363C - Foerfarande och anordning i inloppslaodan av en pappersmaskin foer att behaerska foerdelningen i pappersbanans fiberorientering. - Google Patents

Description

79363 1 Menetelmä ja laite paperikoneen perälaatikossa paperirainan kuituorlentaatlon jakautuman hallitsemiseksi Förfarande och anordnlng i inloppsladan av en pappersmaskin för att behärska fördelningen i pappersbanans fiberorientering 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen perälaatikossa paperirainan •jO kuituorlentaatlon jakautuman hallitsemiseksi koneen poikklsuunnassa, jossa menetelmässä säädetään huullsuihkun polkklsuuntaista nopeuskompo-nenttia.

Lisäksi keksinnön kohteena on keksinnön menetelmän toteuttamiseen tar-J5 koitettu laite perälaatlkkoon, joka käsittää turbulenssigeneraattorin, jossa on paperikoneen poikkisuuntainen reikälevy, johon on liitetty putkipatterin putkien tulopuolet ja jonka putklpatterin putkien lähtö-puolet on kiinnitetty kiinteästi toisiinsa avautumaan perälaatikon huulikanavaan.

: : : 20

Ennestään tunnetusti perälaatikon massasuspension huulivirtauksen on oltava paperikoneen poikittaissuunnassa nopeudeltaan tasainen. Samoin on ollut tunnettua, että mainitussa virtauksessa saattaa esiintyä haitallisen suurta poikittaista nopeutta. Etenkin radan reuna-alueilla tästä on 25 ollut haittaa esimerkiksi reunalalneen vahvistumisena. Edellä mainittujen nopeusjakautumien on oltava tietyissä rajoissa, jotta voitaisiin toteuttaa nellömassaltaan, formaatloltaan ja lujuusominaisuuksiltaan koko ralnan leveydeltä homogeenista paperia ja että mahdollisimman vähän radan reunoista jouduttaisiin leikkaamaan pois.

30

Eräät viime vuosina kehitetyt painatusmenetelmät kuten arkklkuumennus-kopiointi ja ketjulomakekuumennuskoplointi ovat asettaneet näillä menetelmillä painettavan hienopaperin rakenteen tasaisuudelle entistä suurempia ja osin uusiakin vaatimuksia. Tämä johtuu lähinnä palnatus-35 prosessin aikana tapahtuvasta arkin hyvin nopeasta ja kovasta kuumentamisesta. Erityisen huomattava vaatimus asetetaan sille, että paperin kuituverkoston suuntajakautuman (orientaation) pääakselit yhtyvät 2 79363 1 paperin pääakselin suuntiin ja että orientaatio on symmetrinen näiden akseleiden suhteen.

Hakijan toimesta on edellä esille tuotuja ongelmia perusteellisesti 5 tutkittu. Tällöin on voitu osoittaa, että kuituorientaatiolta vaadittava symmetrisyys edellyttää, ettei rainan polkkisuunnassa millään sen kohdalla ylitetä huulisuihkussa n. 2-3 cm/s suurempaa poikittalsnopeutta. Koska polkittaisnopeus syntyy jo huulikanavassa epätasaisen päävirtaus-profiilin vaimentumisen myötä, on päähuomio kiinnitettävä turbulenssi-10 generaattoriin jälkeiseen virtauksen suuntaisen nopeuden profiilin tasaisuuteen. Vaikka perälaatikon jakojärjestelmä osattaisiinkin mitoittaa täysin oikein ja vaikka se ja turbulenssigeneraattorit kyettäi-siinkin valmistamaan niin tarkasti, että asetettu vaatimus toteutuisi, näin valmistettu laite tulisi korkean hintansa takia kaupallisesti 15 kannattamattomaksi.

Hakijan FI-kuulutusjulkaisuissa n:ot 884382 ja 70 616 (vastaava US-patentti 4 687 548) on esitetty kuituorientaation vinoutuman hallintamenetelmä, jossa menetelmässä johdetaan perälaatikon virtauekanavan 20 molemmille vastakkaisille reunaosille välialnevirtaukset, joilla hallitaan kuituorientaation vinoutumaa, joina välialnevirtauksina käytetään massasuspensiovirtauksia, jotka johdetaan perälaatikon virtaussuunnassa sen huuliosaa edeltävän turbulenssigeneraattorin kohdalla oleviin reuna-soliin, ja joiden virtausten suuruutta ja/tal keskinäistä suhdetta 25 säädetään kuituorientaation vinoutuman hallitsemiseksi synnyttämällä mainittujen virtausten avulla perälaatikon huulivirtauksessa poikkisuun-talsta, kuituorientaation vinoutumaa kompensoivaa virtausnopeutta. Mainittuja massasuspension ohitusvirtauksla säädetään ohitusvirtaus-putkiin sovitetuilla säätöventtiileillä.

30

Epäkohtana mainittujen venttiilien käytössä on kuitenkin se, että ne ovat alttiita tukkeutumisille ja niihin saattaa kerääntyä massapaakkuja, jotka liikkeelle lähtiessään pilaavat rainan tai saattavat aiheuttaa vlrtauskanavatukoksia tai multa toimintahäiriöitä.

35 3 79363 1 Mainittujen säätöventtiilien käytössä on myös se epäkohta, että tuottaa hankaluuksia toteuttaa niillä tarvittavan laaja säätöalue. Säätövent-tiilien käytön epäkohtana on myös se, että perälaatlkon jakotukin ja huulikartion välinen paine-ero on riittävän varman säädön kannalta usein 5 liian pieni. Epäkohtana säätöventtiilien käyttöön perustuvassa säätömenetelmässä on myös hankaluudet menetelmän yhteensovittamisessa kauko-säätö- tai tietokoneohjaukseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä ilmenneiden epäkohtien j 0 eliminoiminen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan toiminnaltaan ja rakenteeltaan yksinkertainen menetelmä ja laite, jonka käyttö ei häiritse perälaatlkon normaaleja toimintoja ja jota menetelmää ja laitetta 15 soveltaen voidaan kultuorientaatlota riittävän tarkasti hallita.

Keksinnön ei-välttämättömänä llsätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä ja laite, joka on helposti yhdistettävissä paperikoneen kaukosäätöön ja tietokoneohjaukseen.

20

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että huuli-suihkun poikkisuuntaista nopeuskomponenttia hallitaan perälaatlkon turbulenssigeneraattorin putkipatterin turbulensslputkien suuntausta 25 säätämällä.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että turbulenssigeneraattorin pitkänomaiseen reikälevyyn on sovitettu lämmitysjärjestely, jolla reikälevyn lämpötilataso ja sitä 30 kautta sen pituus- ja reikälevyyn kiinnitettyjen turbulensslputkien suuntauskulma konesuuntaan nähden on säädettävissä ja että relkälevy on molemmista vastakkaisista päistään tuettu perälaatlkon pystyslvuseiniin tai vastaaviin sellaisilla sovituksilla, jotka sallivat reikälevyn lämpölaajentumisen ja -supistumisen.

Keksinnöllä saavutetaan huullvirtauksen nopeusprofiilin poikittais- 35 4 79363 1 komponentin erittäin tarkka säätö ja sitä kautta kuituorlentaation polkklsuuntaisen jakautuman hyvä hallinta.

Eräs edullinen keksinnön säätötapa on varustaa turbulenssigeneraattorin 5 takaosan reikälevy porauksilla, joiden läpi johdetun väliaineen esim. veden lämpötilaa ja/tai määrää säätämällä voidaan tarkasti hallita reikälevyn pituuden muutoksia paperikoneen poikkisuunnassa ja sitä kautta turbulenssigeneraattorin putklpatterin putkien suuntausta. Funktiona on se, että reikälevyä lämmitettäessä se pitenee, jolloin 10 reikälevyyn tulopuolen päästään kiinnitettyjen turbulenssiputkien suuntaus muuttuu. Suuntauksen muutos on suurimmillaan rainan molempien reunojen läheisyydessä olevilla putkilla keskimmäisten putkien suunnan jäädessä olennaisesti muuttumatta.

15 Reikälevyn läpi syötettävän lämmitysnesteen asemasta keksinnössä voidaan käyttää myös muita lämmitystapoja, kuten sähkövastuksia. Sähkövastukset voidaan sovittaa poikkisuunnassa lohkoittaisesti, jolloin voidaan käyttää myös ns. vyöhykesäätöä eli turbulenssiputkien suuntausta voidaan muuttaa paikallisestikin kuituorientaation jakautumaprofiilin tarkkaa 20 hallintaa varten.

Keksinnön mukainen säätömenetelmä on helppo sovittaa kaukosäädön yhteyteen tai paperikoneen tietokoneohjaukseen.

25 Seuraavassa esitetään oheisen piirustuksen kuviohin viitaten eräs keksinnön toteutusesimerkki, johon keksintöä ei kuitenkaan ole ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta perälaatikosta, johon on lisätty kek-30 sinnön menetelmän osuus kaaviollisesti ja osin lohkokaaviona.

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisella säätömenetelmällä varustetun perälaatlkon turbulensslgeneraattoria päältäpäin nähtynä.

35 Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista turbulensslgeneraattoria konesuun-taisena pystypoikkileikkauksena ja kuvio 3 on leikkaus kuvioon 2 merkittyä viivaa 1II-III pitkin.

5 79363 1 Kuvio 4 esittää turbulenssigeneraattorin putkisto-osaa kuvioon 3 merkitystä suunnasta nähtynä.

Kuvio 5 esittää turbulenssigeneraattorin reikälevyä kuvioon 3 merki-5 tystä suunnasta nähtynä.

Aluksi selostetaan lyhyesti kuviossa 1 esitetyn perälaatikon sinänsä tunnettua rakennetta siinä määrin kun on tarpeen esillä olevan keksinnön taustan ymmärtämiseksi.

10

Kuviossa 1 esitetty perälaatikko syöttää massasuihkun J rintatelan 10 yli kulkevalle muodostusviiralle 11. Perälaatikon huulikanavaa 15 rajoittavat alahuulipalkin 12 yläseinämä sekä ylähuulipalkin 13 alasei-nämä. Ylähuulipalkkia säätävät sinänsä tunnetut asennonsäätölaltteet 14. 15 Huulikanavaa 15 massasuspension syöttösuunnassa edeltää turbulenssi-generaattori, joka muodostuu putkipatterlstosta 16, jonka jättöpuolella 27 on suorakulmaisen poikkileikkauksen omaavat, keskenään pystysuunnassa porrastetut virtausputket (kuvio 4). Mainitut virtausputket alkavat turbulenssigeneraattorin reikälevyn 17 rei'ista 25 pyöreäpoikkipintai-20 sena ja muuttuvat juoheasti suorakaidepoikkipintaiseksl turbulenssigeneraattorin jättöpuolella 27. Turbulenssigeneraattoriin kuuluu massasuspension syöttösuunnassa ensimmäisenä reikälevy 17, jota edeltää tasauskammio 18, jonka yläpuolella on massavirtauksen painepulsaatiota tasaava ilmasäiliö 18a. Massasuspenslovirtaus syötetään jakotukista 20 25 jakoputklston 19 kautta mainittuun tasauskammioon 18.

Reikälevy 17 ja putkipatteristo 16 liittyvät ylä- ja alahuulipalkklin poikkipalkkien 28a,28b ja 28c välityksellä sinänsä tunnetulla tavalla. Kuviossa 2 näkyvät perälaatikon pystysuuntaiset sivuseinämät 21a ja 30 21b, joiden väliin turbulenssigeneraattori ja sen virtauskanavat rajoittuvat.

Kuvioiden 2 ja 3 mukaisesti on turbulenssigeneraattorin reikälevyyn 17 virtausreikien 25 sekä ylä- että alapuolelle tehty kaksi rinnakkaista 35 porausta 30 ja 31. Ensimmäiset poraukset 30 on yhdistetty kuvion 1 mukaisesti lämpötilaltaan säädetyn väliaineen virtauksen Fin tuloputkeen 6 79363 1 32 ja toiset poraukset 31 väliaineen paluuvirtauksen Fout putkeen 32.

Kuvion 2 mukaisesti rinnakkaisten porausten 30 ja 31 päät on yhdistetty putkiosalla 38. Ensimmäinen ja toinen poraus 30 ja 31 voivat toimia myös rinnakkain, jolloin paluuvirtaukset otetaan porausten 30 ja 31 toisesta 5 päästä.

Kuviossa 1 lohko 34 kuvaa yksikköä, jolla väliainevirtausta Fin-Fout sekä lämmitetään että kierrätetään. Yksikköön 34 liittyy väliaineen lämmitysyksikkö 36 esim. sähkölämmitysjärjestely. Yksikköä 34 ja putken 10 32 säätöventtiiliä 35 säätää säätöyksikkö 37 säätösignaalien ja r2 avulla. Säätöjärjestelmä 37 voi toimia käsisäätöisesti tai se voi olla yhdistetty mittausjärjestelyyn, joka mittaa rainan kuituorientaation poikittaisprofiilia. Viimemainittua järjestelyä esittää kuvioon 1 piirretty lohko 40.

15

Reikälevy 17 on molemmista päistään tuettu perälaatikon sivuseinämien 21a ja 21b aukkoihin 22a,22b liukusovituksllla, jotka on varustettu tiivisteillä 23a,23b niin, että reikälevyn 17 päät pääsevät lämpö-• laajenemisen/supistumisen johdosta siirtymään nuolten A suunnassa 20 mainituissa liukusovituksissa. Putkipatterin 16 molemmin puolin on sivuseinämien 21a ja 21b sisäseinämiä vastassa joustavat tiivistys-levyt 24a ja 24b, joihin reunimmaiset putket 26 voivat suuntauskul-masta a riippuen joko osalta tai koko pituudeltaan tukeutua. Putki-patterin 16 reunimmaisten putkien 26' suuntaus valitaan normaalissa 25 käyttölämpötilassa esim. siten, että reunaputkien 26' suunta muodostaa tietyn pienen kulman a konesuuntaan nähden ja että suuntauskulma lineaarisesti pienentyy siirryttäessä poikklsuunnassa molemmilta reuna-alueilta keskialueelle päin suuntauskulman ollessa a = 0 keskialueella.

30

Kun porausten 30 ja 31 kautta syötetään väliainevirtaus Fin-Fout, jonka lämpötila on suurempi kuin turbulensslgeneraattorln ja massasuspension lämpötila, pitenee reikälevy 17 sen päiden llukuessa liukusovituksissa 22a,23a ja 22b,23b nuolten A suunnassa ulospäin. Tällöin putkien 26 35 suuntauskulma a pienenee ja tämän johdosta pienenee myös rainan keskialueelta ulospäin suuntautuva huulisuihkun poikittainen nopeuskompo-nentti, millä hallitaan tunnetulla tavalla kuituorlentaatiota.

7 79363 1 Patteriston 16 putkien 26 suuntauksen (kulma a) säätöä voidaan havainnollistaa toteamalla, että putkien jättöpäät 27 pysyvät toisiinsa sidottuina paikallaan, kun taas reikälevyyn 17 kiinnitetyt päät muuttavat poikkisuunnassa asemaansa relkälevyn 17 lämpöliikkeiden vuoksi. Väli- 5 ainevirtauksen Fin-Fout lämpötilaa yksiköllä 34 ja mahdollisesti myös välialnevirtauksen virtausnopeutta säätöventtiilillä 35 hallitsemalla voidaan suuntauskulman a suuruutta ja sitä kautta kuituorientaatlon jakautumaa poikkisuunnassa hallita.

10 Väliainevirtausten Fin-Fout asemesta voidaan käyttää myös muita sinänsä tunnettuja relkälevyn 17 lämmitystapoja, kuten sähkövastuksia, jotka voidaan järjestää reikälevyyn 17 koneen poikkisuunnassa lohkoittaisesti niin, että putkien 26 suuntauskulmaa a ja sen jakautumaa poikkisuunnassa voidaan hyvin tarkasti hallita.

15

Keksintö voidaan toteuttaa myös niin, että putkipatterin 16 sekä tulo-että jättöpuoli varustetaan reikälevyllä tai vastaavalla ja että nämä molemmat reikälevyt tai vastaavat varustetaan lämpötilan säätölaitteilla, joilloin suuntauskulman a säätöaluetta voidaan tarvittaessa 20 laajentaa. Myös relkälevyn 17 materiaalin sopivalla valinnalla voidaan suuntauskulman a säätöalue valita riittävän suureksi. Reikälevy tehdään esim. hapon kestävästä teräksestä, koska sen lämpölaajenemis-kerroin on noin 50 % suurempi kuin tavallisen teräksen.

25 Seuraavassa esitetään eräs ei-rajolttava keksinnön mitoitusesimerkki.

Lämpölaajenemiskerroin 0,000017 V°C Huuliaukko 9000 mm Lämpötilaero 50°C

30 Lämmitettävän palkin piteneminen A 1 Δ 1 - 0,000017 1/°C · 9000 mm · 50°C = 7,65 mm

Suuntakulman a muutos = arc tan f 7,65 mm / crir. ^ = 0,44 ^

^ —--j 500 mmJ

35 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä esimerkinomaisesti esitetystä.

Claims (11)

1. Menetelmä paperikoneen perälaatikossa paperirainan kuituorlentaatlon jakautuman hallitsemiseksi koneen poikkisuunnassa, jossa menetelmässä 5 säädetään huulisuihkun poikklsuuntaista nopeuskomponenttia, tunnettu siitä, että huulisuihkun poikklsuuntaista nopeuskomponenttia hallitaan perälaatlkon turbulensslgeneraattorin putklpatterln (16) turbulenssiputkien suuntausta säätämällä.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulensslgeneraattorin putklpatterln (16) putkien (26) jättö-puolen (27) päät pidetään kiinteästi paikallaan, kun taas putklpatterln (16) putkien (26) tulopuolen päiden asemaa poikkisuunnassa säädetään ja täten hallitaan putkien (16) suuntauskulmaa (a) konesuuntaan nähden. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä turbulenssigenerattorin tulopuolella olevan, perälaatlkon koko leveydelle poikkisuunnassa ulottuvan reikälevyn, (17) johon putkipatterin (16) putket (26) on tulopuoleltaan kiinnitetty, 20 yhteyteen sovitetulla lämraitysjärjestelyllä lämmitetään/jäähdytetään mainittua reikälevyä (17), millä aikaansaadun lämpölaajenemisen/supistu-misen avulla säädetään putkipatterin (16) putkien (26) suuntauskulmia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että reikälevyyn (17) tehtyjen porausten (30,31) tai muiden vastaavien kanavien kautta johdetaan väliainevirtaus (Fin-Fout) tai -virtaukset, jonka/joiden lämpötilan ja mahdollisesti virtausnopeuden säädön avulla hallitaan putkipatterin (16) putkien (26) suuntauskulmaa (a).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulensslgeneraattorin reikälevyyn (17) sovitetaan sähkö-lämmitysvastukset, sopivimmin lohkoittain, joihin vastuksiin tai vastus-lohkoihin syötettävän sähkötehon säädön avulla hallitaan reikälevyn (17) poikklsuuntaista lämpölaajentumista.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että turbulensslgeneraattorin reikälevy (17) tuetaan molemmista 35 9 79363 1 päistään perälaatikon slvuselnämien (21a,21b) tiivistetyillä liukusovi-tuksilla (22a,23a ja 22b,23b).

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että turbulenssigeneraattorin reikälevyn (17) tai muun vastaavan osan, johon turbulenssigeneraattorin putkipatterin (16) putket (26) on kiinnitetty yhteyteen järjestetään magnetostriktlivistä materiaalia olevat osat, joiden yhteyteen sovitetaan sähkömagneettiset kelat, joihin syötetyn sähkötehon säädön avulla hallitaan JO putkipatterin (16) putkien (26) suuntausta (a) konesuuntaan nähden.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite perälaatikkoon, joka käsittää turbulenssigeneraattorin, jossa on paperikoneen poikkisuuntainen reikälevy (17), johon on 15 liitetty putkipatterin (16) putkien (26) tulopuolet ja jonka putki-patterin (16) putkien (26) lähtöpuolet on kiinnitetty kiinteästi toisiinsa avautumaan perälaatikon huulikanavaan (15), tunnettu siitä, että turbulenssigeneraattorin reikälevyyn (17) on sovitettu lämmitysjärjestely, jolla reikälevyn (17) lämpötilataso ja sitä kautta 20 sen pituus ja reikälevyyn (17) kiinnitettyjen turbulenssiputkien (16) suuntauskulma (a) konesuuntaan nähden on hallittavissa ja että reikälevy (17) on molemmista vastakkaisista päistään tuettu perälaatikon pysty-sivuseiniin (21a,21b) tai vastaaviin sellaisilla sovituksilla (22a,23a ja 22b,23b), jotka sallivat reikälevyn (17) lämpölaajentumisen ja 25 -supistumisen.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että reikälevyyn (17) on tehty yksi tai useampia sen pituuden suuntaisia porauksia (30,31), joihin on liitetty lämmitysväliaineen virtausputket 30 (32,33), jotka on yhdistetty laitteisiin (34,35,36,37,40), joilla lämmi- tysväliainetta voidaan kierrättää ja sen lämpötilaa säätää.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu säätöjärjestelmä (37,40), jonka avulla lämmitysväli- 35 aineen lämpötilatasoa ja mahdollisesti myös virtausnopeutta voidaan säätää. 10 79363

^ 11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen laite, tunnettu siltä, että reikälevyyn (17) on liitetty sähkölämmitysvastukset, sopi-vimmin lohkoittaln, ja että laitteeseen kuuluu sähköjohdot, jollia sähkövastukseen tai vastuslohkoihin on syötettävissä säädettävissä oleva 5 lämmitysteho. 10 15 20 25 30 35 Π 79363 ^ Patentkrav