FI82085C

FI82085C - Turbulensgenerator i inloppslaodan av en pappersmaskin.

Info

Publication number: FI82085C
Application number: FI892709A
Authority: FI
Inventors: Ari Linsuri; Michael H Odell
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1991-01-10
Also published as: CA2018078C; FI892709A0; US5110416A; FI82085B; CA2018078A1

Description

5 82085

Paperikoneen perälaatikon turbulenssigeneraattori Turbulensgenerator i inloppslädan av en pappersmaskin

Keksinnön kohteena on paperikoneen perälaatikon turbulenssigeneraattori, jolla saadaan aikaan massasuspensiovirtaukseen sisäistä mikroturbu-lenssia, jolla parannetaan virtauksen homogeenisuutta, joka turbulens-10 sigeneraattori käsittää turbulenssiputkiston, jossa on useita päällekkäisiä ja rinnakkaisia turbulenssiputkia, jotka alkavat turbulenssi-generaattorin lähtöpuolella poikkileikkaukseltaan pääasiallisesti ympyränmuotoisina muuttuen vähitellen ja jouheasti virtaussuunnassa taso-sivuiseksi kennostorakenteeksi, jonka kunkin kennon - molempia mahdol-15 lisiä reunakanavia lukuunottamatta - virtauspoikkipinnat on keskenään olennaisesti yhtä suuria ja joka kennostorakenne on turbulenssigene-raattorin lähtöpuolella olennaisesti täyteläinen.

Ennestään tunnetusti käytetään erilaisissa paperikoneen perälaatikois-20 sa turbulenssigeneraattoreita, joissa massasuspensiovirtaus jaetaan turbulenssiputkiin osavirtauksiksi, jotka purkautuvat turbulenssi-generaattorin lähtöpuolella kiilamaisesti suppenevaan huulikanavaan. Huulikanavan huuliaukosta massasuspensiosuihku purkautuu muodostusvii-ralle tai kahden vastakkaisen viiran rajoittamaan muodostuskitaan.

25

Ennestään tunnetaan ja on yleisesti käytössä sellainen perälaatikko, jonka turbulenssigeneraattorissa on massasuspension virtaussuunnassa ensiksi reikälevy. Tässä reikälevyssä on suuri määrä useissa päällekkäisissä riveissä olevia virtausreikiä, jotka avautuvat reikien halkai-30 sijaa laajempiin turbulenssiputkiin. Nämä turbulenssiputket alkavat pyöreäpoikkipintaisina koaksiaalisesti mainittujen reikälevyjen vir-tausreikien kanssa ja kääntyvät hieman pystytasossa toisiaan kohti. Turbulenssigeneraattorin jättöpuolelle tultaessa turbulenssiputket ovat muuttuneen jouheasti neliöpoikkipintaisiksi niin, että niissä on pysty-35 suuntaiset ja vaakasuuntaiset seinämät. Pystysuunnassa päällekkäiset putket ovat porrastettu toisiinsa niin, että päällekkäisten putkien pystyseinämät ovat sivusuunnassa tietyllä vaihesiirrolla toisiinsa nähden.

2 82085

Keksintöön läheisimmin liittyvän tekniikan tason osalta viitataan esimerkkinä hakijan FI-patenttiin 67 106, jossa on esitetty turbulenssi-generaattorin turbulenssiputkien järjestely, jossa turbulenssiputket 5 muodostavat jättöpuolelleen pääasiallisesti kuusikulmioista koostuvan kennostorakenteen.

Esillä olevan keksinnön päätarkoituksena on kehittää edelleen edellä selostettua hakijan käyttämää turbulenssigeneraattoria ja sen turbu-10 lenssiputkistoa.

Ennestään tunnettuja turbulenssigeneraattoreita käytettäessä on esiintynyt ongelmia perälaatikon säädössä etenkin riittävän stabiilin perä-laatikon aikaansaamisessa. Ennestään tunnettuja virtausteknisiä ratkai-15 suja käytettäessä ovat perälaatikon toiminnan stabiilisuus ja virtauksen juovikkuuden välttäminen olleet toisilleen vastakkaisia tavoitteita .

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi turbulenssi-20 generaattori ja sen turbulenssiputkistorakenne, jolla voidaan eliminoida suurimmaksi osaksi edellä kosketellut ongelmat, joihin ennestään tunnetuilla menetelmillä ja virtausteknisillä ratkaisuilla ei ole voitu tehokkaasti vaikuttaa. Keksinnön tarkoituksena on parantaa myös virtauksen reuna-alueita lyhentämällä pystysuoria seinämiä ja parantamalla 25 kerrosten sekoittumista keskenään uudentyyppisellä putkikuviolla.

Esillä olevan keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen turbulenssigeneraattori, jossa vältetään turbulenssiputkiston terävät kulmat, jotka yleensä aiheuttavat perälaatikon likaantumista.

30

Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen paperikoneen perä-laatikon turbulenssigeneraattori, jonka lähtöpuolella turbulenssiput-kistoista huulikanavaan purkautuvat osavirtaukset saadaan jaetuksi toisiinsa nähden säännöllisesti mutta vaihtelevasuuntaisesti limitetyksi 35 niin, että mainittu juovikkuusongelma suurimmaksi osaksi vältetään.

Il 3 82085

Esillä olevan keksinnön lisätarkoituksena onkin saada aikaan uusi ratkaisu perälaatikkovirtauksen ja paperijuovikkuuden välttämisessä niin, että perälaatikon hyvä stabiilisuus saadaan samalla säilytetyksi.

5 Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että turbulenssigene-raattorin lähtöpuolen kennostorakenne muodostuu limitetystä kennostos-ta, jossa on ainakin kaksi tai useampia päällekkäisiä ja kallistettuja keskikennorivejä, joiden kennot ovat suorakaidepoikkipintaisia niin, 10 että niillä on lyhyempi tasosivu ja sitä olennaisesti pitempi tasosivu, jotka pitkät sivut keskenään ja lyhyet sivut keskenään ovat päällekkäisissä keskikennoriveissä kohtisuorassa toisiaan vasten ja n. 45°:n kulmassa vaaka- ja pystytasoon nähden ja että kennostorakenteeseen kuuluu mainittujen keskikennorivien ylä- ja alapuolella olevat reuna-15 kennorivit, joiden kennot rajoittuvat viereisten keskikennojen särmään päättyviin pystysivuihin, vierekkäisten keskikennojen lyhyempiin sivuihin ja kennoston ylä- ja alavaakaseinämiin.

Esillä olevassa keksinnössä turbulenssigeneraattorin suorakaidepoikki-20 pinnan omaavat putket on kallistettu päällekkäisissä putkiriveissä vastakkaisiin suuntiin niin, että putkien päällekkäisten nurkkien välissä on aina pystytasoon nähden viisto seinämä. Myöskin ylimmän ja alimman putkirivin pystysuorat seinämät saadaan eri kohdille. Pienin kennoston poikkileikkauksen kulma on suorakulma, minkä vuoksi likaan-25 tumista ei esiinny.

Keksinnön mukaisesti sijoitetuista turbulenssiputkista huulikanavaan purkautuvat virtaukset saadaan limittymään säännöllisesti mutta vaihte-levasuuntaisesti entistä paremmin keskenään niin, että perälaatikko-30 virtauksen juovikkuus sen eri kerroksissa ja perälaatikolla valmistetun paperin vastaava juovikkuus voidaan käytännöllisesti katsoen kokonaan välttää.

Esillä olevan keksinnön yhteydessä voidaan edullisesti käyttää turbu-35 lenssigeneraattorin lähtöpuolen ja huulikanavan tulopuolen välillä poikkisuuntaista porrasta tai portaita, joiden kohdalla virtauspoikki- 4 82085 pinta virtaussuunnassa äkkinäisesti laajenee, millä edullisesti saadaan aikaan lisäturbulenssia huulikanavan ylä- ja/tai alaseinämän yhteyteen.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla 5 oheisen piirtuksen kuvioissa esitettyihin eräisiin keksinnön edullisiin sovellusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää konesuuntaisena pystyleikkauksena erästä perälaatikko-10 rakennetta, jonka yhteydessä on edullista soveltaa keksinnön mukaista turbulenssigeneraattoria.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen perälaatikon turbulenssigeneraattoria kuvioon 1 merkitystä suunnasta Sx nähtynä.

15

Kuvio 3 esittää konesuuntaisena pystypoikkileikkauksena turbulenssi-generaaattorin turbulenssiputkiston ja huulikanavan välistä turbulens-siporrasrakennetta, joka on edullinen keksinnön mukaisen turbulenssiputkiston yhteydessä.

20

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen turbulenssigeneraattorin erään erityisen edullisen sovellusmuodon mukaista kennojärjestelyä kuvioon 1 merkitystä suunnasta Sx nähtynä.

25 Kuvio 5 esittää kuviota 4 vastaavalla tavalla erästä toista keksinnön mukaista turbulenssiputkiston kennojärjestelyä.

Kuvio 6 esittää kuvioita 4 ja 5 vastaavalla tavalla erästä kolmatta keksinnön mukaista kennojärjestelyä.

30

Kuviossa 1 esitetty perälaatikkorakenne on pääasiallisesti ennestään tunnettu ja se selosteteaan näin keksinnön taustaksi. Perälaatikon massasuspensiosuihku J syötetään rintatelan 10 yli kulkevalle muodos-tusviiralle 11. Perälaatikko käsittää jalustarakenteen 12, jonka päällä 35 on alarunkopalkki 13. Palkin 13 etuseinämään on kiinnitetty alahuuli-palkki 14, jonka yläseinämä 14a rajoittaa yläpuolelleen huulikanavan 5 82085 24, joka päättyy huuliaukokon 25. Ylähäältäpäin huulikanavaa 24 rajoittaa ylähuuliseinämä 14b, johon liittyvät suojarakenteet 28. Huuliaukon 25 kautta massasuspensiosuihku J syötetään viiralle 11 tai viirojen väliseen kitaan. Huuliaukkoa 25 rajoittaa ja säätää ylähuulilevy 26.

5

Massasuspensio tuodaan perälaatikkoon poikkisuuntaisen jakotukin 15 avulla, josta virtaukset jaetaan useisiin konesuuntaisiin jakoputkiin 16. Jakoputkista 16 massasuspensiovirtaus tulee tasauskanunioon 17, jonka lähtöpuolen päällä on kanava 18, joka avautuu yläpuolella olevaan 10 tasauskanunioon. Tasauskammiossa on ilmatila V, joka toimii painevaihte-lujen vaimentimena. Kanavan 18 yhteydessä on pato 18a, jonka jälkeen seuraa ylijuoksu 19a. Pato 18a asettaa massasuspension pinnan C korkeuden.

15 Tasauskammion 17 jälkeen seuraa keksinnön mukainen turbulenssi- generaattori 20, jossa on virtaussuunnassa ensiksi reikälevy 21, jossa on neljä päällekkäistä riviä virtausreikiä 21a. Reikien 21a sijoitus ja jako selviää kuviosta 2. Kukin reikä 21a avautuu turbulenssigeneraatto-rin 20 turbulenssiputkeen 22, jotka alkavat reikänsä 21a kanssa koaksi-20 aalisesti. Putkien 22 halkaisija D2 on suurempi kuin reikien 21a halkaisija Dj^ Halkaisijoiden D2 ja Dx suhde Dz/D1 on sopivimmin alueella Vz/Di - 1...2. Täten reikien 21a ja putkien 22 välillä on 90°:n porras 22a.

25 Keskenään yhdensuuntaisten alkuosuuksien jälkeen turbulenssiputket 22 kääntyvät pystytasossa vähän toisiaan kohti ja niiden virtauspoikkipin-ta muuttuu jouhevasti ja vähitellen pyöreästä poikkipinnasta suora-kaidepoikkipinnaksi niin, että muodostuu turbulenssigeneraattorin 20 jättöreunalla 23 kuvioissa 4,5 ja 6 esitetty täyteläinen kennostoraken-30 ne. Turbulenssigeneraattorin 20 lähtöpuolella 23 koko virtauspoikkipin-ta on kennostona vain turbulenssiputkien 22 seinämävahvuudet poislukien. Turbulenssigeneraattorin 20 lähtöpuolen 23 kennostorakenteesta putkien osavirtaukset purkautuvat keksinnön mukaisesti sopivan hajautetusti ja limitetysti huulikanavaan 25, josta virtaus jatkaa nuolen F 35 suunnassa huuliaukkoon 25.

6 82085

Kuvion 4 mukaisesti turbulenssigeneraattorin 20 lähtöpuolen 23 kennos-torakenne 30 käsittää kolme päällekkäistä riviä 31,32 45°:n kulmassa kallistettuja ja toisiinsa nähden mosaiikkimaisesti limitettyjä suora-kaideputkia. Turbulenssigeneraattorin 20 ja huulikanavan ylä- ja ala-5 seinämien 23a ja 23b rajoittamat kennorivit 33a ja 33b käsittävät pys-tyseinämät 35a, 35b, jotka päällekkäisissä reunakennoissa eivät ole samassa pystytasossa vaan sopivalla vaihesiirrolla. Keskirivien 31,32 putkien pitkän sivun Y suhde lyhyempään sivuun X on Y/X - 1...3. Edullinen toteutustapa on, että Y/X —3/2. Kuviossa 4 turbulenssigeneraatto-10 rin ja huulikanavan 24 pystysivuseiniin 29 rajoittuvat reunakanavat 22R ovat monikulmion muotoiset. Mainittuihin reunakanaviin 22R voidaan johtaa erikseen virtaukset niiden periaatteiden ja rakenteiden avulla, jotka on esitetty hakijan FI-patenttihakemuksissa nrot 844276 ja 850638. Täten voidaan hallita kuituorientaatiota ja sen vinoutumaa.

15

Kuviossa 5 on esitetty eräs toinen kennostorakenne 30, jossa on kaksi päällekkäistä vaaka- ja pystytasoon nähden 45° kallistettua kennoriviä 31a,31b ja 32a,32b ja niiden ylä- ja alapuolella kiilanmuotoiset edellä selostetun kaltaiset reunakennorivit 33a,33b. Myös kuviossa 5 eri ken-20 nojen pitemmän sivun Y suhde lyhyempään sivuun X on Y/X - 1,5.

Kuviossa 5 on esitetty kennoston 30 ja huulikanavan 24 tulopuolen välille virtauspoikkipintaa laajentavat portaat 27a, joiden korkeutta on merkitty h:11a. Mainittu porrasrakenne näkyy myös kuviossa 3, joissa 25 ylä- ja alapuolista porrasta on merkitty viitteellä 24p. Portaan 24p yhteyteen syntyy alueelle T turbulenssia, joka parantaa huulikanavan 24 ala- ja yläseinämien 14a,14b yhteydessä virtauksen mikroturbulenssi-tasoa. Kuviossa 3 on lisäksi katkoviivalla esitetty mahdollinen jatko-levy 27c, jonka pituutta on merkitty L:llä. Tätä jatkolevyä 27c voidaan 30 tarvittaessa käyttää ja sen yhteyteen muodostuu porras 24p'. Portaan 24p* korkeus h on yleensä välillä h - 0-6 mm ja jatko-osan 27c pituus L - 0-200 mm. Optimaalinen turbulenssitaso on saavutettu kun h - 4 mm ja L - 0-100 mm.

35 Kuviossa 6 on esitetty kolmas keksinnön sovellusmuoto, jossa on kuviota 4 vastaavalla tavalla kolme päällekkäistä 45°:n kulmassa viistoa 7 82085 riviä 31,32 kennoja. Ylä- ja alapuoliset reunakennorivit 33a,33b ovat kuviosta 4 poiketen kaksiharjäiset rajoittuen kolmeen vierekkäiseen kennoon 31.

5 Keksinnön mukaiselle turbulenssiputkistolle ja sen lähtöpuolen erityiselle kennostorakenteille on lisäksi ominaista, että kunkin kennon virtauspoikkipinta-alat A - X x Y ovat keskenään yhtä suuret. Lisäksi kennostorakenteelle on ominaista se, että ylä- ja alapuolisten reuna-kennojen 33a,33b virtauspoikkipinnat B ovat yhtä suuret kuin em. keski-10 kennojen poikkipinnat A (A = B). Kun kuviossa 4 edellä mainittu yhtäsuuruus A - B otetaan huomioon on reunakennojen pystyseinämien 35a,35b korkeus H - (0,5...1,0) x X. Vastaavasti kuviossa 6 pystyseinien 35a,35b korkeus Ht - (0,2...0,5) x X. Mainittujen kennojen pinta-alat A ja B ei aina tarvitse välttämättä olla täsmälleen yhtäsuuria, vaan 15 niiden keskinäinen ero voi suurimmillaan olla n. 5 %. Edellä mainittu n. 5 %:n maksimaalinen ero sopivimmin pätee eri putkien 22 ja kennojen välillä myös niiden virtausvastusten osalta.

Se keksinnön toteutusmuoto, jonka hakija katsoo tällä kertaa parhaak-20 si, on esitetty kuviossa 4. Kuviossa 4 molempien reunakanavien 22R

virtauspoikkipinta on useita kertoja suurempi kuin virtauspoikkipinnat A ja B. Kumpaankin reunakanavaan 22R avautuu esim. kolme reikälevyn 21 virtausreikää 21a.

25 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat huomattavastikin poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.

Claims

8 82085 j Patenttivaatimukset
1. Paperikoneen perälaatikon turbulenssigeneraattori (20), jolla saadaan aikaan massasuspensiovirtaukseen (F) sisäistä mikroturbulenssia, jolla g parannetaan virtauksen homogeenisuutta, joka turbulenssigeneraattori (20) käsittää turbulenssiputkiston, jossa on useita päällekkäisiä ja rinnakkaisia turbulenssiputkia (22), jotka alkavat turbulenssigeneraat-torin (20) lähtöpuolella poikkileikkaukseltaan pääasiallisesti ympyränmuotoisina muuttuen vähitellen ja jouheasti virtaussuunnassa taso-.|q sivuiseksi kennostorakenteeksi, jonka kunkin kennon - molempia mahdollisia reunakanavia (22R) lukuunottamatta - virtauspoikkipinnat on keskenään olennaisesti yhtä suuria ja joka kennostorakenne on turbu-lenssigeneraattorin lähtöpuolella (32) olennaisesti täyteläinen, tunnettu siltä, että turbulenssigeneraattorin (20) lähtöpuolen .jg (23) kennostorakenne (30) muodostuu limitetystä kennostosta, jossa on kaksi tai useampia päällekkäisiä ja kallistettuja keskikennorivejä (31,32;31a,31b,32a,32b), joiden kennot ovat suorakaidepoikkipintaisia niin, että niillä on lyhyempi tasosivu (X) ja sitä olennaisesti pitempi tasosivu (Y), jotka pitkät sivut (Y) keskenään ja lyhyet sivut (X) keske-2q nään ovat päällekkäisissä keskikennoriveissä (31,32;31a,31b,32a,32b) kohtisuorassa toisiaan vasten ja n. 45°:n kulmassa vaaka- ja pystytasoon nähden ja että kennostorakenteeseen kuuluu mainittujen keskikennorivien (31,32;31a,31b,32a,32b) ylä- ja alapuolella olevat reunakennorivit (33a,33b), joiden kennot rajoittuvat viereisten keskikennojen särmään 25 päättyviin pystysivuihin (35a,35b), vierekkäisten keskikennojen lyhyem-piin sivuihin (X) ja kennoston ylä- ja alavaakaseinämlin (23a,23b).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että mainitussa kennostorakenteessa (30) on päällek- 2Q käisiä keskikennorivejä (31,32), jotka rajoittavat ylä- ja alapuolelleen reunakennorivit (33a,33b), joiden kennojen pystysivujen (35a,35b) korkeus H = (0,5...1,0) x X, ja että rakenteeseen kuuluu turbulenssigeneraattorin ulkopuolelta pystyseinämiin (29) ja sisäpuolelta päällekkäisten kennojen seinämiin rajoittuvat reunakanavat (22R), joiden poikkipinta on olennai-25 sesti suurempi kuin muiden limitettyjen ja kallistettujen kennojen (kuvio 4) poikkipinta. II 9 82085
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen turbulenssigeneraattori, tun nettu siitä, että kennostorakenteessa (30) on päällekkäisiä keski-kennorivejä ja niiden ylä- ja alapuolella reunakennorivit (33a,33b), joiden kennot rajoittuvat pystysivuihin (35a,35b) ja kolmen vierekkäisen g keskikennon lyhyempiin sivuihin (X) niin, että reunakennot ovat kaksi-harjaiset ja niiden pystysivujen korkeus = (0,2...0,5) x X (kuvio 6).
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että keskikennorivit muodostuvat kahdesta Ί0 päällekkäisestä kennosta (31a,31b;32a,32b), joiden lyhyet sivut (X) ovat koko pituudeltaan vastakkain (kuvio 5).
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että mainittujen keskikennojen ja reuna- j5 kennojen virtauspoikkipinnat (A,B) sekä sopivimmin myös virtausvastukset ovat n. 5 Z:n tarkkuudella keskenään yhtäsuuret (A ~B).
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että turbulenssigeneraattorin (20) kennoston 20 kohdalla tai sen jälkeen on huulikanavan (24) ylä- ja/tai ala-seinämän (14a,14b) kohdalla porrasosa (24p;24p*), jonka kohdalla virtauspoikkipinta virtaussuunnassa (F) äkkinäisesti laajenee (kuviot 3 ja 5). 25 7· Patenttivaatimuksen 6 mukainen turbulenssigeneraattori, tun nettu siitä, että mainittu porrasosa (24pr) rajoittuu turbulenssi-generaattorin (20) lähtöpuolen (23) kohdalta virtaussuunnassa (F) huulikanavan (24) puolelle ulottuvan jatkolevyn (27c) lähtöpuolen reunaan, joka ulottuu tietylle etäisyydelle (L) mainitusta lähtö-30 puolen (23) tasosta.
8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että mainitun portaan (24p;24p') korkeus h = 0-6 mm, sopivimmin h * 4 mm ja mainitun portaan etäisyys (L) turubulenssigene-35 raattorin (20) lähtöpuolen (23) tasosta on L * 0-200 mm, sopivimmin L = 0-100 mm. 10 82085
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen turbulenssigeneraattori, tunnettu siitä, että mainitut turubulenssiputket (22) liittyvät tulopuoleltaan reikälevyyn (21), jossa on sarja päällekkäisiä ja rinnakkaisia ympyränmuotoisia virtausreikiä (21a), jotka ovat koakslaalisia g turbulenssiputkien (22) tulopuolen kanssa ja että mainittujen turbu-lenssiputkien (22) halkaisijan suhde virtausreikien (22a) halkaisijaan Dj on alueella = 1···2·
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen turbulenssigeneraattori, jq tunnettu siitä, että turbulensslgeneraattoria (20) edeltää tasauskammio (17), joka on yhteydessä, sopivimmin tasauskammion (17) lähtöpuolelta, yläpuoliseen vaimennussäiliöän (19), jossa oleva pato (18a) määrää massasuspension pinnankorkeuden (C) ja että mainitun tasauskammion (17) edellä on jakoputkisto (16), jota edeltää jakotukki 15 <15>· 20 25 30 35 il 82085