FI80090C - Foerfarande och anordning i inloppslaodan av en pappersmaskin foer stabilisering av dess laeppstraole. - Google Patents

Description

80090 1 Menetelmä ja laite paperikoneen perälaatikossa sen huulisuihkun stabiloimiseksi Förfarande och anordning i inloppsladan av en pappers-maskln för stabilisering av dess läppstrale 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen perälaatikossa sen huuli-kammiosta purkautuvan huulisuihkun stabiloimiseksi ja valmistettavan paperi- tai kartonkiralnan homogeenisuuden hallitsemiseksi myös sen 1Q reuna-alueilla, jota menetelmää sovelletaan sellaisessa perälaatikossa, jonka huulikammiota edeltää turbulenssigeneraattori tai vastaava ja jota huulikanavaa rajoittavat ylä- ja alapuolelta tasomaiset seinämät, jotka vlrtaussuunnassa lähenevät toisiaan, ja jossa menetelmässä käytetään massasuspension vlrtaussuunnassa muodostettavan rainan molemmilla (5 reuna-alueilla olennaisesti huullaukkoon saakka poikkisuunnassa kapenevaa ja suppenevaa huulikammiota.

Lisäksi keksinnön kohteena on keksinnön menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu paperikoneen perälaatikko, joka käsittää jakotukin ja siihen 20 liittyvän jakoputkiston sekä turbulenssigeneraattorln, kuten putki-patterin tai vastaavan relkätelan ja turbulenssigeneraattorln jälkeen sijaitsevan huulikammion, joka konesuuntaisessa pystypoikkllelkkauksessa suppenee massasuspension vlrtaussuunnassa ja jonka huulikammion molemmat vastakkaiset sivuseinämät poikkeavat sijainniltaan konesuuntaisesta 25 pystytasosta siten, että huulikammio molemmilta reuna-alueiltaan poikkisuunnassa kapenee olennaisesti huullaukkoon saakka massasuspension vlrtaussuunnassa.

Ennestään tunnetusti pyritään perälaatikon massasuspension huulivlr-30 tauksessa tasaiseen konesuuntalsen nopeuden poikklprofiililn. Samoin on ollut tunnettua, että mainitussa virtauksessa saattaa esiintyä haitallisen suurta poikittaista nopeutta. Etenkin radan reuna-alueilla tästä on ollut haittaa esimerkiksi reunalalneen vahvistumisena.

35 Huulivirtauksen tasaiseen nopeuteen pyritään, jotta voitaisiin toteuttaa neliömassaltaan, formaatioltaan ja lujuusominaisuuksiltaan koko rainan leveydeltä homogeenista paperia.

2 80090 1 Kaikilla nykyisin käytössä olevilla paperikoneen perälaatikoilla muodostettu raina on reuna-alueiltaan enemmän tai vähemmän epähomogeeninen. Rainan epähomogeenisuus voidaan todeta useilla eri menetelmillä, esim. mittaamalla paperi- tai kartonkirainan ominaisuuksia. Mitattavia oml-5 naisuuksia voivat olla neliömassa, vetolujuus (kone-poikkisuuntaan), venymä (kone-poikkisuuntaan), repäisylujuus ja muut vastaavat suureet. Edellä mainittuja suureita mitattaessa rainan leveyssuunnassa eri pisteissä havaitaan, että rainan keskustan ja reunojen ominaisuudet poikkeavat toisistaan. Ominaisuuksien erisuuruus aiheuttaa rainassa laatu-Ί0 virheitä ja pahimmassa tapauksessa voidaan osa rainan leveydestä joutua hylkäämään. Ominaisuuksien erisuuruuden kriittisyys on riippuvainen paperilaadusta ja sen käyttötarkoituksesta. Esimerkkinä voidaan mainita laserkopiointiin käytettävä paperi. Tällaisen paperin kuituorientaatio ja samalla homogeenisuuden tulee olla erittäin tasainen.

15

Perälaatikon huuliosan vaikutusta em. suureisiin on kuvattu esim. seu-raavissa lähteissä: 20 (1) E. Weisshuhn und H. Dahl

Einfluss des Stoffauflaufs auf Blatteigenschaften und deren Konstanz. Das Papier 10A. 1986 s. 151-164.

(2) D. Efelhof 25 Der Einfluss des Stoffauflaufes auf Asymmetriefehler im Papir.

Das Papier 7. 1986 s. 313-318.

(3) P. Soikkanen

Sym-flow, the versatile headbox.

30 Fifth Valmet Paper Machine days 1986.

Näissä lähteissä on myös esitetty erilaisia vaihtoehtoja epäsymmetrian korjaamiseksi.

35 Lisäksi viitteessä (4) E, Weisshuhn et. ai.

DE-patenttihakemus 3 514 554

II

1 on esitetty erilaisia syitä ja ratkaisumalleja perälaatlkon huulisuih- kun stabiloimiseksi koko ralnan leveydellä.

3 80090

Viitteessä (4) esitetyt ratkaisut vaativat erilaisia säätötoimenpitei-5 tä virtaus- ja tuotantotllanteen muuttuessa ja osa esitetyistä ratkaisuista on kalliita ja niiden toimintavarmuus on kyseenalainen. Viitteessä (3) esitetty ratkaisu vaatii erittäin monimutkaiset säätötoimenpiteet jokaisessa tuotantotilanteessa. Kyseinen useita näytteitä ja pitkiä mittauksia vaativa toimenpide ei ole suositeltava prosessissa, 10 joka on hyvin nopea ja jonka käyttökustannukset ovat suuret.

Lisäksi on ennestään tunnettua käyttää mm. sellaista ratkaisua, jossa perälaatlkon huulikanavan kummankin sivuseinän läpi poistetaan pieni osa massavirtausta ennen sen purkautumista viiralle (esim. FI-patenttl n:o 15 43812, Beloit Corporation). Päinvastainen ratkaisu, jossa sivuseinän kautta johdetaan lisävlrtaus vettä, on myös tunnettu (FI-patentti n:o 30095, Valmet Oy), mutta viimemainittua ratkaisua ei liene käytännössä toteutettu.

20 Esillä oleva keksintö liittyy osittain Valmet Oy:n FI-patenttihakemuk-sissa 844276 ja 850638 esitettyihin menetelmiin ja laitteisiin paperikoneen perälaatikossa paperirainan kuituorlentaatlon vinoutuman hallitsemiseksi. FI-hakemuksen 844276 menetelmässä johdetaan perälaatlkon vlrtauskanavan molemmille vastakkaisille reunaosille vällainevlrtaukset, 25 joilla hallitaan kuituorlentaatlon vinoutumaa.

Em. FI-hakemuksen 850638 menetelmässä mainitut reunavirtaukset johdetaan perälaatlkon turbulensslgeneraattorin tai vastaavan molemmin puolin sovitettujen reunasolien kautta ja kuituorlentaatlon vinoutuman hallitse-30 miseksi mainittujen reunavlrtausten suuruutta säädetään mainittujen reunasolien virtauspoikklpintaa erityisillä laitteilla säätämällä.

Massasuihkun nopeusprofUlin säätämisen tarve tulee korostuneesti esille nopeilla paperikoneilla, joilla pyritään vaikuttamaan kuituorientaa-35 tioon. Paperiradalla tulisi olla tasainen kuituorientaatio myös sen vuoksi, että kuivatusosalla paperin kutistuessa on kutistuma suurinta kuitujen pituussuunnassa. Tasaisella kutistumalla saadaan tasakireä * 80090 1 paperirata koko radan leveydellä. Myös lomakepaperipinon kallistumis-taipumus on todettu johtuvan epätasaisesti jakautuneesta kuituorientaa-tiosta.

5 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä ja laite paperikoneen perälaatikossa sen huulisuihkun stabiloimi-seksi niin, että edellä kosketeltuja epäkohtia voidaan välttää.

Keksinnön erityistarkoituksena on saada aikaan sellainen kyseinen mene-10 telmä ja laite, joka on laitetoteutukseltaan edullinen, toiminnaltaan varma ja siten itsesäätyvä, ettei monimutkaisia säätötoimenpiteitä ja -järjestelmiä tarvita.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi kek-15 sinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että huulikam-miota sen alaseinämän yhteydessä poikkisuunnassa kavennetaan olennaisesti tasaisesti ja jatkuvasti huuliaukkoon päin ja saakka ja että huulikammion yläseinämän yhteydessä huulikanavan leveys säilyy olennaisesti vakiollisena ja huuliaukon leveyden suuruisena huulikanavan 20 koko pituudella.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaa pääasiallisesti tunnusomaista se, että huulikammion sivuseinämät ovat pystytasoon nähden viistot ja pääasiallisesti tasomaiset ja siten järjestetyt, että 25 huulikammion toisella seinämällä huulikammion poikittainen leveys pysyy vakiollisena ja huuliaukon leveyden suuruisena ja että huulikammion vastakkaisen toisen seinämän kohdalla huulikammio kapenee ja suppenee olennaisesti lineaarisesti turbulenssigeneraattorin lähtötasosta tai vastaavasta alkaen mainittuun huuliaukkoleveyteen.

30

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen toteu-tusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintö ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää konesuuntalsta pystypoikkileikkausta sellaisesta perälaa-tIkosta, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa.

35 li 5 80090 1 Kuvio 2 esittää aksonometrisenä kuvantona keksinnön mukaista perälaatik-koa.

Kuvio 3 esittää vaakatasoisena leikkauksena massasuspenslon nopeusvekto-5 reita ennestään tunnetun perälaatikon huuliaukon alueella.

Kuvio 4 esittää massasuspenslon nopeusvektoreita keksinnön mukaisen perä-laatikon huuliaukon ja siitä purkautuvan huulisuihkun alueella ja läheisyydessä.

10

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty ns. hydraulinen perälaatikko, mutta jo heti korostettakoon, että keksinnön mukainen menetelmä ja laite soveltuu käytettäväksi myös avoimien ja/tal ns. reikätelaperälaatikoiden yhteydessä.

15 Kuvion 1 mukaisesti hydraulinen perälaatikko käsittää poikittaisen jako-tukin 10. Jakotukin 10 etuseinään avautuu joukko jakoputkia 11, jotka johtavat massasuspensiovlrtaukset F tasauskammioon 12. Tasauskammio 12 avautuu yläpuoleltaan ilmasälliöön 17, jossa massasuspenslolla on vapaa pinta S. Massasuspenslon virtaustiellä tasauskammion 12 jälkeen seuraa 20 turbulenssigeneraattori 13, jossa on joukko rinnakkaisia turbulenssi- putkia 13b. Turbulenssigeneraattorln 13 lähtöpuoll avautuu huulikammloon 16. Kuviossa 2 näkyy turbulenssigeneraattorln 13 lähtöpuolen 13a putkien 13b neliönmuotoisten lähtöosien sijoittelu.

25 Huulikammiota 15 rajoittavat alapuolelta alahuulipalkin 24 tasomainen seinämä 25 ja yläpuolelta ylähuulipalkin 23 tasomainen seinämä 14, joka on vaakanlvelellä 14a nivelöity ylähuullpalkkiin 23 voimalaitteilla 26 käännettäväksi huuliaukon 15 säätöä varten. Huuliaukosta 15 purkautuu massasuspenslosuihku J rlntatelan 22 yli kulkevalle viiralle 21 tai 30 kaksiviiraformereis8a mahdolliseen viirojen rajoittamaan muodostus-kitaan.

Esillä olevassa keksinnössä on huulisuihkun J stabiloiminen ratkaistu huulikammlon 16 uudella muotoilulla. Huulikammlon 16 huuliaukon 15 35 leveys (kuvio 2) on kapeampi kuin huulikammlon 16 tulopuolen, siis turbulenssigeneraattorln 13 lähtöpuolen 13a keskimääräinen leveys ja huulikartion suurin leveys L . Huulikammlon 16 sivuseinät 18 eivät ole max _______ - u_ 6 80090 1 tässä keksinnössä pystysuoria, vaan viistoja, kuten kuviosta 2 näkyy siten, että huulikammio 16 suppenee alaseinämän 25 kohdalla viivaa 19 pitkin turbulenssigeneraattorin 13 lähtöpuolen 13a tasosta alkaen viivaa 19 pitkin leveydestä Lmax huuliaukkoleveyteen Lq. Ennestään tunnetuissa pe-5 rälaatikoissa huulikammion pystysivuseinämät ovat seuranneet kuvioon 2 merkittyä katkoviivaa 20. Huulikammion 16 yläseinämän 14 kohdalla huuli-kammion 16 leveys on vakiollinen ja huuliaukkomitan Lq levyinen.

Kuviossa 2 on esitetty huulikammion 16 sivuseinämät 18 muodostetuiksi 1Q viistoista kolmiomaisista tasokappaleista. Keksinnön puitteissa voivat seinämät 18 olla myös pystysuoria ja ne voidaan tarvittaessa koota useista taso-osista tai taso-osien lisäksi tai asemesta yhdestä tai useammasta kaarevasta osasta.

15 Huulikammion 16 keksinnön mukainen suppeneminen K virtaussuunnassa L - L max o K * - 2 riippuu koneen leveydestä. Yleensä suppenema K = k x L^, missä k * 0,5...5 %, sopivimmin k = 1,0...2,0 %.

Keksinnön mukaisesti saadaan turbulenssigeneraattorin 13 lähtöpuolen 13a tasossa kolmiomaisilta alueilta a,b,c tulevat reunavirtaukset suunna- tuksi rainan reuna-alueille ja täten voidaan rainan W reuna-alueiden 25 luontaista ohenemista ja leviämistä ehkäistä. Samalla saadaan syntymään huulivirtaukseen poikkisuuntaista, sisäänpäin suunnattua nopeuskompo-nenttia, jolla voidaan osaltaan vähentää kuituorientaation epätasaista jakautumaa ja vinoutumaa.

30

Suppenema K voidaan ilmaista myös suppenemakulmana oC siten, että tan ot= K/M, missä M on huulikanavan 16 pituus alaseinämän 25 kohdalla. Suppenemakulma oC on yleensä alueella Oi m 2,0°...7,5°, sopivimmin alueella oi = 4,5°...6,0°.

35

Kuvioissa 3 ja 4 on esitetty massasulpun nopeusvektori kuvaajat perä-laatikon huulikartlossa ja suotautumlsyksikön eli viiran päällä.

7 80090 1 Kuviossa 3 on esitetty tavanomaisen ennestään tunnetun perälaatikon huulikartion 16 halklleikkaus vaakatasossa. Huulikartiolle 16 on ominaista se, että sen leveys on vakio koko huulikartion alueella (leveys Hj). Tälle tunnetulle perälaatlkolle on ominaista, että massasul-5 pun nopeusvektorit huulikartiossa koostuvat ainoastaan Y-suunnan komponentista. Tämä koskee huulikartion 16 koko leveyttä Hj. Massasul-pun purkautuessa huuliaukosta 15 massasuihkun leveys on yhtä suuri kuin huuliaukon 16 leveys Hj. Mutta on yleisesti tunnettua, että rainan W viiralle 21 (leveys V^) purkautuessaan pyrkii levittäytymään kohti vii-10 ran 21 reunoja. Tästä on poikkeuksetta seurauksena ilmiö, jossa rainan W reuna-alueiden nopeusvektorit kääntyvät rainan W reunoja kohden. Tämä johtaa tilanteeseen, jossa osa nopeusvektorelsta koostuvat sekä X- että Y-suunnan komponenteista. Kyseisten vektoreiden X komponenttien suuruudet eivät absoluuttiarvoiltaan ole kovin suuria 15 (< 0*5 m/s), mutta otettaessa huomioon vallitseva pieni nopeusero huulisuihkun ja viiran 21 välillä, havaitaan että massasulpun polkki-suuntainen nopeuskomponentti X on suhteellisesti mitattuna merkittävä, kuten seuraavasta esimerkistä käy ilmi.

20 Esimerkki

Huulisuihkun nopeus 20,00 m/s

Viiran nopeus 19,84 m/s

Nopeusero +0,16 m/s 25 Reuna-alueen nopeus- vektorin X komponentti 0,1 m/s X komponenttl/nopeusero 62,5 %

Koska massasulpussa virtaavat kuidut seuraavat helposti nopeusvekto-30 reiden suunnan muutoksia, edellä kuvatusta ilmiöstä aiheutuu rainan W reuna-alueille kuituorientaatiopolkkeamia, jotka aiheuttavat edellä mainittuja haittoja lopputuotteessa.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön mukainen perälaatikon huulikartion 16 35 halklleikkaus vaakatasossa sekä osa suotautumisyksikköäeli viiraa.

Huulikartion 16 leveys kartion alussa on L la huuliaukon 15 kohdal-

max J

la L . Kuten aikaisemmin on todettu, on L suurempi kuin L . Keksln-o max r o 8 80090 1 non mukaiselle perälaatikolle on olennaista, että ainakin osa massa-sulpun nopeusvektoreista huuliaukon 15 leveydellä Lq koostuu sekä X- että Y-suunnan komponenteista. Keksinnön mukaisella perälaatikolla ainakin huulisuihkun J reuna-alueen nopeusvektorit sisältävät myös 5 X-suunnan komponentin, joka on suuntautunut kohti rainan keskustaa. Edellä esitetyn huulisuihkun J purkautuessa viiralle 21 tapahtuu, kuten edellä on todettu, rainan W reunoilla viiran kulkusuuntaan nähden poikittaista liikettä. Tämän seurauksena syntyy massasulpun no-peusvektoreihin rainan W reuna-alueille X komponentin suuntainen no-10 peus, joka on vastakkainen huulikartion suppenemisesta aiheutuvan X komponentin kanssa. Näiden kahden vastakkaisen komponentin kumotessa toisensa jää optimaalisessa tapauksessa jäljelle ainoastaan nopeusvek-torin Y-suunnan komponentti, jolloin myös massasulpun sisältämät kuidut ovat suuntautuneet tasaisesti koko rainan W leveydellä R^. Täten 15 keksinnön kaltaisella perälaatikolla voidaan minimoida yleisesti tunnettu ilmiö, joka aiheuttaa rainan W reuna-alueiden paperiteknisten ominaisuuksien epähomogenisuutta.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksin-20 nöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

25 30 35 li

Claims (8)

9 80090

1. Menetelmä paperikoneen perälaatikossa sen huulikammlosta (16) purkautuvan huulisuihkun (J) etabiloimiseksi ja valmistettavan paperi- tai kar- 5 tonkirainan homogeenisuuden hallitsemiseksi myös sen reuna-alueilla, jota menetelmää sovelletaan sellaisessa perälaatikossa, jonka huuli-kammiota edeltää turbulenssigeneraattori (13) tai vastaava ja jota huulikanavaa (16) rajoittavat ylä- ja alapuolelta tasomaiset seinämät (14,25), jotka virtaussuunnassa (F) lähenevät toisiaan, ja jossa mene-10 telmässä käytetään massasuspension virtaussuunnassa (F) muodostettavan rainan molemmilla reuna-alueilla olennaisesti huuliaukkoon (15) saakka poikkisuunnassa kapenevaa ja suppenevaa huulikammiota (16), tunnet-t u siitä, että huulikammiota (16) sen alaseinämän (25) yhteydessä poik-kisuunnassa kavennetaan olennaisesti tasaisesti ja jatkuvasti huuliauk-15 koon (15) päin ja saakka ja että huulikammlon (16) yläseinämän (14) yhteydessä huulikanavan leveys säilyy olennaisesti vakiolllsena ja huuliaukon leveyden (L^) suuruisena huulikanavan koko pituudella (M).

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että menetelmässä käytetään pääasiallisesti lineaarisesti supistuvaa huulikammiota (16), jonka suppenemiskulma oC huulikanavan alaseinämän (25) kohdalta mitattuna, on alueella « 2,0°...7,5°, sopivimmin alueella ©C 4,5°...6,0°.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitulla huulikammlon (16) virtaussuuntaisella supistamisella saadaan aikaan huuliaukosta (15) purkautuvaan massasuihkuun, etenkin sen reuna-alueille, poikklsuuntaista nopeuskomponenttia, jolla osaltaan vaikutetaan massasuihkun (J) ja siitä muodostettavan rainan (W) 30 kuituorientaatioon.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu paperikoneen perälaatikko, joka käsittää jakotukin (10) ja siihen liittyvän jakoputkiston (11) sekä turbulenssigeneraattorin (13), 35 kuten putkipatterln tai vastaavan reikätelan ja turbulenssigeneraattorin (13) jälkeen sijaitsevan huulikammlon (16), joka konesuuntaisessa pysty-poikkileikkauksessa suppenee massasuspension virtaussuunnassa, ja jonka 10 80090 1 huulikammion (16) molemmat vastakkaiset slvuseinämät (18) poikkeavat sijainniltaan konesuuntaisesta pystytasosta siten, että huulikammio (16) molemmilta reuna-alueiltaan poikkisuunnassa kapenee olennaisesti huuli-aukkoon (15) saakka massasuspenslon virtaussuunnassa (F), tunnet-5 t u siitä, että huulikammion (16) slvuseinämät (18) ovat pystytasoon nähden viistot ja pääasiallisesti tasomaiset ja siten järjestetyt, että huulikammion (16) toisella seinämällä (14) huulikammion poikittainen leveys pysyy vakiollisena ja huuliaukon leveyden (L^) suuruisena ja että huulikammion (16) vastakkaisen toisen seinämän (25) kohdalla huulikammio 1Q kapenee ja suppenee olennaisesti lineaarisesti turbulensslgeneraattorin lähtötasosta (13a) tai vastaavasta alkaen mainittuun huuliaukkoleveyteen <v·

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen perälaatikko, joka käsittää alahuuli-15 palkin (24), jonka yläseinämä (25) muodostaa osaltaan huulikammion (16) alaseinämän ja jota huulikammiota (16) rajoittaa ylhäältäpäin tasomainen ylähuuliseinämä (14), joka on toisesta reunastaan kiinnitetty kääntyväksi huuliaukon (15) säätöä varten, tunnettu siitä, että huuli-kammion (16) mainitun tasomaisen alaseinämän (25) tasossa huulikammio 20 (16) lineaarisesti kapenee ja supistuu turbulensslgeneraattorin (13) täydestä leveysmitasta (Lmax) huuliaukon leveysmittaan (Lq) ja että huulikammion (16) yläseinämän (14) tasossa huulikammion leveys pysyy olennaisesti vakiollisena ja huuliaukon leveysmitan (L^) suuruisena.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 4-5 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että huulikammion (16) sivuseinämät (18) ovat kolmiomaisia taso-kappaleita tai vastaavia kahdesta tai useammasta taso-osasta ja/tai kaarevasta osasta koostuvia seinämäosia. 30

7· Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen perälaatikko, tunnettu siitä, että perälaatikon poikittainen suppenemiskulma OC * 2,0°...7,5°, sopivimmin cf- 4,5°...6,0°.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 4-7 mukainen perälaatikko, tunnet-35 t u siitä, että huulikammion (16) molempien sivuseinämlen (18) määräämä poikittainen suppenema K = k x L , missä Lq on huuliaukon (15) leveys ja k * 0,5...5 %, sopivimmin k = 1,0...2,0 2. il 80090