NO162476B - Anordning for maskin for papirframstilling. - Google Patents

Abstract

En innløpskasse (10) som leverer masse (11) til en papirmaskin hvor innløpskassen (10) har et leppkammer og en utstrømsåpning som kalles leppen (16), og som har slepeelementer (18, 19) plassert i leppkammeret slik at de strekker seg tvers over innløpskassen med forankring bare i oppstrømsenden og med nedstrømsenden løs, og gjort selvinnstillende kun med påvirkning fra strømkreftene fra massen som flyter mot leppen. Elementene (18, 19) har større stivhet tvers på strømretningen slik at elementene (18, 19) øver motstand mot bøyning på tvers av strømretningen p.g.a. forbigående trykkvariasjoner og gir minimal motstand mot deformasjon p.g.a. balanserende strømkrefter på hver side av elementene (18,19). Elementene (18, 19) i en utførelse er laminater med et. flertall anisotrope lag.

Description

Oppfinnelsen angår forbedringer i innløpskassen til en papirmaskin, og spesielt forbedringer i leppekammeret til innløpskassen der slepeelementer ("trailing elements") henger fritt mot leppen for å sikre liten turbulens i massen ved leppen.

Ideen om å forsyne leppekammeret med et fritt bevegelig, selvinnstillende slepeelement, ble først vist i U.S. patentskrift 3 939 037, Hill. I U.S. patentskrift RE 28 269, Hill et al, utspenner slepe-elementene seg vegg til vegg i leppekammeret. Disse slepe-elementene er i stand til å skape og opprettholde en svak turbulens i papirmassen som flyter mot og gjennom leppen. Tankene i de disse patentskriftene kan også med fordel komme til anvendelse i en maskin som framstiller flerlagspapir, hvor masser med forskjellige egenskaper blir matet inn i kammere på hver side av slepeelementene og hvor slepeelementene spenner tvers over hele leppekammeret.

En grunnleggende begrensning ved utformingen av innløpskassene har har vært at kun forholdsvis store inn-retninger har vært brukt til å lage turbulens i fibersuspensjonen for å dispergere fibrene. Med en slik innretning er det mulig å oppnå svak turbulens ved å øke den framstilte turbulensens intensitet. Turbulensenergien blir således naturlig overført fra stor til liten målestokk, og jo høyere intensiteten er desto større er energioverføringen og derved desto svakere den opprettholdte turbulensen. En ødeleggende virkning som følger av den høyintense sterke turbulensen, er imidlertid at det utvikles store bølger og forstyrrelser på den frie overflaten til massen på formingsbordet. Derfor har grunnregelen ved drift av innløpskasser vært at dispergeringsgraden og nivået på turbulensen i den utstrømmende massen skulle koordineres nøye, jo sterkere turbulens desto bedre ble dispergeringen.

Ved å velge utførelsen av innløpskassen under slike begrensende omstendigheter, kan en som den ene ytterligheten velge enten en utførelse som lager en sterkt turbulent, godt dispergert utstrømsmasse, eller på den annen side velge en utførelse som lager: en lavtur bulent, svakt dispergert utstrømsmasse. Siden både et veldig høyt nivå på turbulensen og et lavt nivå (og dermed dårlig dispergering) er opphav til defekter i arket formet på Fourdriniermaskinen, har problemet med å utforme innløpskassene bestått i å lage hensiktsmessige kompromisser mellom disse to yttrerlighetene. D.v.s. et primært formål med utformingen av innløpskassene, inntil den tid, har vært å frambringe et nivå på turbulensen som var høyt nok til dispergering, men lavt nok til å unngå defekter på den frie overflaten til massen i formingsperioden. Det er videre klart at det beste kompromisset vil bli forskjellig for forskjellige papirmaterialer, konsistenser, utførelse av formingsbord, utforming av maskiner, maskinhastigheter o.s.v.. Da disse kompromissene dessuten alltid gir avkall på den best mulige dispergeringen og/eller det best mulige flytmønsteret på viren, er det klart at det er mye som kan forbedres i utformingen av eksisterende innløpskasse.

Den unike og nye kombinasjonen i patentskriftene nevnt ovenfor sørger for: at papirmassen forsynes til papirmaskinens formingsflate, har en høy dispergeringsgrad og et lavt nivå på turbulensen i utløpsstrømmen. Under disse betingelsene dannes det en svak dispergering som ikke nedbrytes i samme grad som den turbulente dispergeringen i de vanlige innløpskasseutformingene. Det er funnet at det er fraværet av sterk turbulens som forebygger grov reflokkulering av fibrene, siden flokkuleringen hovedsakelig er en konsekvens av at svak turbulens utebber og av motstand mot sterk turbulens. Den opprettholdte dispergeringen i strømmen på viren leder derved direkte til forbedret forming.

Framgangsmåten for å oppnå det som er nevnt oven- for, d.v.s. å frambringe svak turbulens uten store strøm-virvler, er å sende fibersuspensjonen gjennom et system, tvers over maskinen, av parallelle kanaler som har små ensartede dimensjoner men relativt stort åpent areal. Begge disse betingelsene, liten ensartet kanalstørreise og relativt stort åpent utløpsareal, er nødvendig. De sterkeste turbulensene er av samme størrelsesorden som den enkelte kanals dybde. Ved å ha gjennomgående liten dybde på

den enkelte kanalen vil den resulterende styrken på turbulensen bli liten. Det er nødvendig å ha en stor utløpsåpning for å unngå utvikling av sterk turbulens ved utstrømssonen. D.v.s. store arealer mellom utløpene på kanalene vil resultere i sterk turbulens i kjølvannet bak disse arealene.

I korte trekk må kanalene ha en form som endrer seg fra et stort innløp til en liten utløpsstørrelse. Denne forandringen bør skje over en tilstrekkelig distanse til å gi tid til at de sterke og grove strømforstyrreisene, utviklet i kjølvannet bak innløpsstrukturen, kan dempes til den ønskede svake turbulensen. Området mellom kanalene trekker seg sammen mot en liten dimensjon ved utløpet. Tanken med samtidig konvergering er en viktig side ved utformingen av denne oppfinnelsen. Slepeelementene som benyttes til å oppnå svak turbulens, behøver ved spesielle arbeidsbetingelser ikke nødvendigvis være stabile. Flyktige trykkvariasjoner, tvers over maskinen, gir elementene en tendens til å bøye seg i retningen på tvers av maskinen, og derved forårsake variasjoner i papirets ensartethet i maskinbredden. Dersom slepeelementene har motstand mot deformasjon i strømretningen kan dette føre til uregelmessigheter i den uniforme hastigeheten til massen idet den flyter av overflaten på slepekanten til slepeelementet. Statisk eller dynamisk instabilitet kan oppptre ved spesielle arbeidsbetingelser og resonansfrekvenser kan nås avhengig av de hydrodynamiske " kreftene. Det er kjent at koblingen mellom treghet og hydrodynamiske krefter kan brytes ved passende fordeling av slepeelementets masse og elastisitet. Det er på samme måte et formål, med oppfinnelsen å framskaffe en forbedret slepeelementutforming som unngår ulemper som opptrer med elementer tilgjengelig hittil, ved spesielle arbeidsbetingelser, og spesielt et slepeelement som gir minimal motstand mot deformasjon i den fluide strømmen slik at trykket blir balansert på hver side av slepekanten til slepeelementene.

Definisjon av uttrykk:

Maskinretning : Strømretning.

Isotropisk : Som har samme egenskaper i alle

retninger.

Anisotropisk : Ikke isotropisk, d.v.s. utviser forskjellige egenskaper når testet

langs akser i forskjellige retninger.

Formålene er oppnådd i samsvar med oppfinnelsens prinsipper ved å framskaffe et slepeelement som har en

større stivhet (fortrinnsvis ved nedstrømsenden) på tvers av maskinretningen enn i maskinretningen, og fortrinnsvis laget av et anisotropisk materiale, fortrinnsvis et som er formet av laminater med separate lag av laminatet som sørger for egenskapen med stivhet på tvers av maskinretningen og samtidig styrke og fleksibilitet i maskinretningen ved enten materialegenskaper, retning, størrelse eller antall. Alternative vevde eller sydde materialer hvor materialenes vevretninger, antallet eller størrelsen på filamentene kontrollerer den retningsbestemte stivheten.

Ved å benytte et anisotropisk materiale, kan konstruksjonsfaktorer som ikke alltid er tilgjengelige inkludere slike som styrke, stivhet, korrosjonsmotstand, slitemotstand, vekt, utmatningslevetid, termisk ekspansjon eller kontraksjon, termisk isolasjon, termisk konduktivitet, akustisk isolasjon, dempning av vibrasjoner, utbuling, lav friksjon og optimal utførelse ved framstilling.

Andre formål, fordeler og særegenheter vil bli mer iøynefallende ved gjennomgang av prinsippene til oppfinnelsen i forbindelse med klarlegging av den foretrukne utførelsen i spesifikasjonen, patentkravene og tegningene, hvor: Figurene la, lb og lc viser, fra siden og i skjematisk utførelse, tverrsnitt av innløpskassene som er utført i.h.h. til prinsippene til den foreliggende oppfinnelsen, og fig 2 er en perspektivtegning, delvis i snitt, av et slepeelement fra innløpskassen i fig. 1.

Som vist i fig. l.har innløpskassen 10 en avgivelse av papirmasse 11 som flyter gjennom innløpskassen mot leppekammeret. I innløpskassen er det plassert forskjellige arrangementer oppstrøms for leppekammeret for å styre flyten og turbulensen i massen. Massen flyter forover gjennom åpninger i en vegg 14 ved innløpet til leppekammeret.' Slepeelementene 18 og 19, fig. la, strekker seg medstrøms i leppekammeret, hengslet langs sin øvre kant og fri langs sin lengde og ved sin nedre kant slik at de kan posisjoneres alene på basis av kreftene fra massen som flyter mot leppen 16. I det massen strømmer ut av leppen 16 blir den lagt ned på en formende flate. Slepelementene er henslet på oppstrømssiden, og hengslingen er straks ettar fulgt av en bøyning eller et vinklet parti som gjør at en kort del av elementene kan strekke seg rettvinklet fra veggen 14 for deretter på grunn av bøyningen straks å strekke seg i retning av leppekammeret.

I fig. lb strekker to elementer 18' seg i det meste av leppekammerets lengde, og et mellomliggende slepeelement 19' er konstruert med større lengde slik at det strekker seg gjennom og et lite stykke forbi leppen.

I arrangementet i fig. lc, er nedstrømsenden til slepeelementene 18'' og 19'' bøyet for stort sett å følge bøyningen av leppekammeret som vist i fig. lc. Det øvre slepeelementet 18''ender like før leppen 16, mens det nederste slepeelementet 19''strekker seg en kort distanse utenfor leppen.

I fig. 2, er en utførelse av slepeelementet 18'''vist i detalj. Slepeelementet har en laminatkonstruksjon med ytre lag 18a og 18b, og et innstøpt mellomliggende lag 18c som kjerne. Den øvre enden til slepeelementet er hengslet til veggen 14' på den måten at kanten har en utbuling 24 som er montert på en hengslende måte i en utsparing 25 i veggen 14'. Retningslinjer er vist med maskinretningen langs 90° aksen, tvers av maskinretningen med 0° aksen og den mellomliggende retningen med dobbelpilen som har vinkelen Q£ med maskinretningen.

Forskjellige innløpskasser kan benyttes, noe fagfolk vil være klar over, inklusive slike som i de ovenfor nevnte US patentskrift RE 28 269 og 3 939 037.

I konstruksjoner tilgjengelig hittil er slepe-elementene laget av metall, plast eller vevet materiale og hadde isotrop natur ved at stivheten (Young's modul), til slepeelementet, var den samme i maskinretningen og tvers på maskinretningen. I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelsen kan slepeelementene som strekker seg flatt tvers på maskinretningen være i form av separate staver eller være kontinuerlige fra vegg til vegg, og de kan være enkeltlags eller flerlags, flate eller krumme, (i strøm-retningen) ha uniform tykkelse eller være avsmalnende, og de kan være tynne eller tykke. Materialet er anisotropisk slik at det har forskjellig styrke og/eller stivhets egenskaper i forskjellige retninger. De anisotrope slepeelementene har fortrinnsvis større stivhet tvers på maskinretningen enn i maskinretningen. Dette er viktigst ved nedstrømsenden til slepelementet.

Ved å øke stivheten i tverretningen vil deformasjoner p.g.a. trykkvariasjoner reduseres eller elimineres. Ved å ha slepeelementer som er fleksible i maskinretningen kan effekter eller trykkvariasjoner oppstrøms på slepeelementet ha en minimal virkning på ned strømssiden til slepeelementet, derved opprettholdes lik hastighet i lagene som flyter av kanten til elementet og det minimaliserer skjær mellom lagene.

I et foretrukket arrangement er forskjellen mellom stivheten i tverretningen og maskinretningen minimum 5% og fortrinnsvis 500% eller mer. Stivheten, angitt ved Young's modul, i tverretningen er nå maksimum 680x10 3Mpa, og i maskinretningen minimum 340 Mpa, p.g.a. egenskaper til eksisterende materialer.

Det anisotrope slepeelementet kan utformes som et komposittmateriale, d.v.s. et laminat hvor en fordelaktig utnytter de forskjellige fysikalske egenskaper til de forskjellige lagene. F. eks. hvis et trelags slepeelement er framskaffet, kan de ytre lagene lages av fibermaterialer, slik som grafitt, hvor fibrene ligger tvers på maskinretningen og med et indre lag av et materiale med mindre stivhet i maskinretningen, f. eks. fiberglass. Dette vil gi større stivhet i tverretningen enn i maskinretningen, som følge av materialenes egenskaper og plassering i matriksen. De anisotrope slepelementene kan lages av kompositt-materialer som grafitt, "Kevlar", boron, glass, karbon, polyester, fenol, silikon, alkyd, melamin, fluorkarbon, polykarbonat, akryl, acetal, polypropylen, ABS kopolymer, polysulfid, polyetylen, PEEK, polystyren, PPS, nylon, herdeplast, plast, termoplast, glass, metall eller andre matrikser. Forskjellige materialer kan kombineres, men ikke slik som i legeringer hvor resultatet er homogent og isotropisk. Fordelen med komposittlaminater er at en kan oppnå de beste kvalitetene til hvert av delmaterialene, og ofte også kvaliteter som ingen av delmaterialene har hver for seg. Utformingen av et anisotropisk materiale omfatter ikke bare stivheten, styrken, termisk ekspansjon, termisk konduktivitet, akustisk isolering, utmatning og levetid krevd i en bestemt retning, men forbedret funksjonsmåte for innløpskassen under drift. De søkte relative faktorene er: Styrke, stivhet, termisk ekspansjon, termisk konduktivitet o.s.v.. Dersom et isotropt materiale blir brukt må det lages et kompromiss i forhold til hvilket materiale som velges. Dette kompromisset er ikke nødvendigvis en anisotrop konstruksjon hvor de etterstrebte egenskaper i forskjellige retninger er utnyttet. Fremragende mekaniske egenskaper kan kombineres med unik fleksibilitet. Egenskaper som kan forbedres ved å bruke en anisotropisk utførelse er styrke, stivhet, korrosjonsmotstand, slitemotstand, vekt, utmatning, levetid, termisk ekspansjon eller kontraksjon, termisk isolering, termisk konduktivitet, akustisk isolering, demping av vibrasjoner, utbuling, lav friksjon og optimal formgiving og framstilling.

Ved formgivingen kan koblingen mellom treghet og hydrodynamiske krefter brytes ved hensiktsmessig fordeling av massen og elastisiteten i konstruksjonen. Slepeelementene kan med en anisotropisk utforming oppnå stabilitet og forbedret funksjonsmåte.

Når konstruksjonen er vist med slepeelementene montert hengslet i oppstrømsenden er dette et foretrukket arrangement, andre oppheng som ikke behøver å være hengslet, kan også anvendes. Det er imidlertid viktig at slepeelementet er selvposisjonerende slik at posisjonen styres av massen som strømmer forbi på hver side av slepeelementet. Fortrinnsvis er elementet ikke festet langs med sidene til kammerveggene, men kan festets til kammerveggene i noen konstruksjoner, der bevegelser p.g.a. hydro- dynamiske krefter er små. Selv om et slepeelement laget av et enkelt materiale kan brukes, kan laminatet vist i fig. 2 brukes isteden, der det kan dras fordel av de forskjellige fysikalske egenskapene i de forskjellige lagene. Det kan nyttes forskjellige tykkelser på slepeenden til elementene, men 0,25 - 3 mm er en tykkelse som har vist seg til-fredstillende.

Claims (10)

1. Innløpskasse (10) som avgir masse (11) til en formende flate, hvor innløpskassa har et leppekammer og en utstrømsåpning (16) ("leppa"), og plassert i leppekamret et slepeelement (18, 19), som blir beveget av massestrømmen (11), og har plane flater i kontakt med massestrømmen (11) og strekker seg sammenhengende tvers over, fra side til side, og fra en oppstrømsende til en nedstrømsende av elementet, idet slepeelementet har utstrekning tvers over innløpskassa i hele dens bredde, og det videre er anbragt midler (24,25) som forankrer slepeelementet (18,19) i leppekamret ved oppstrømsenden mens nedstrømsenden er fri og montert for å være selvposisjonerende som reaksjon på krefter som utøves på denne av massen (11), som strømmer over flatene på slepeelementet, karakterisert ved at slepeelementet (18,19) består av et materiale som gir slepeelementet større konstruksjons-stivhet på tvers av maskinretningen enn i maskinretningen, slik at elementet gjør motstand mot bøyning på tvers av maskinretningen ved transiente trykkvariasjoner, men gjør liten motstand mot deformasjon i maskinretningen for utbalansering av trykk-krefter på motsatte sider av elementet.

2. Innløpskasse i samsvar med krav 1, karakterisert ved at slepeelementet (18,19) er dannet av flere lag sammenføyd til hverandre langs tilstøtende flater, for å danne et laminat, hvor ett av lagene (18a,18b,18c) har større konstruksjons-stivhet på tvers av maskinretningen enn i maskinretningen, slik at slepeelementet (18,19) har en konstruksjons-stivhet som er større på tvers av maskinretningen enn i maskinretningen.

3. Innløpskasse i samsvar med krav 2, karakterisert ved at slepeelementet (18,19) har ytre lag (18a,18b) og et mellomliggende lag (18c), hvor det mellomliggende laget (18c) har en konstruksjons-stivhet som er større på tvers av maskinretningen enn i maskinretningen,og ved at de ytre lagene (18a,18b) har en glatt ytre overflate som vender mot massestrømmen (11).

4. Innløpskasse i samsvar med hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at slepekanten nedstrøms på slepeelementet (18,19) har en tykkelse i området 0.25 til 3.0 mm.

5. Innløpskasse i samsvar med krav 2-4, karakterisert ved at det ene laget er av et anisotroyt materiale valgt fra gruppen av grafitt, kevlar, bor, glass, karbon, beryllium, stål, titan, eller aluminiumfibre i grunnmasser valgt fra gruppen av epoksy, polyamid, karbon, polyester, fenol, silikon, alkyd, melamin, fluorkarbon, polykarbonat, akryl, acetal, polypropylen, ABS kopolymer, polyetylen, polysulfon, polystyren, nylon, glass eller metall.

6. Innløpskasse i samsvar med krav 2-4, karakterisert ved at det ene laget består av ett anisotropt materiale av fibre med høy styrke innstøpt i en grunnmasse av syntetisk harpiks.

7. Innløpskasse i samsvar med krav 6, karakterisert ved at grunnmassen av syntetisk harpiks er en termoplast eller en herdeplast.

8. Innløpskasse i samsvar med hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at elementet på tvers av maskinretningen har en maksimal stivhet etter Youngs modul på ca. 380x10 3 MPa, og i maskinretningen en Young-modul-stivhet på minimum 340 MPa.

9. Innløpskasse i samsvar med krav 1, karakterisert ved at slepeelementet (18,19) er konstruert av lag av et graf itt-epoksy-materiale med ensretting av fibrene, (extending unidirectionally).

10. Innløpskasse i samsvar med hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at flere slepeelementet (18,19) av liknenede konstruksjon er montert i leppekamret.