NO772881L - System for stabilisering av massesuspensjonsstroemmen i en hydraulisk innloepskasse i en papirmaskin - Google Patents

Abstract

System for stabilisering av massesuspensjonsstrømmen i en hydraulisk innløpskasse i en papirmaskin.

Description

Oppfinnelsen vedrører et system for stabilisering av massesuspensjonsstrømmen i en hydraulisk innløpskasse i en papirmaskin, hvilken innløpskasse omfatter i strømningsretning etter hverandre, regnet fra et fordelingsrørsystem et utjevningskammer for strømmen, et turbulenskanalsystem og en leppekonus samt et strupested for strømmen, f. eks. en hullskive mellom utjevningskammeret og turbulenskanalsystemet.

Tidligere kjente moderne hydrauliske innløpskasser

i papirmaskiner omfatter generelt en fordelingsstøtte og et fordel ingsrør system, et utjevningskammer for strømmen, et turbu-lensrørsystem og en leppekonus som er forsynt med en styrbar leppespalt fra hvilken massesuspensjonsstrømmen sprøyter ut på formingsviren.

I innløpskassens utjevningskammer synes dog, særlig hvis den er tilstrekkelig lang, å fremkomme eh slik strømnings-tilstand hvor strømningsretningen periodisk og relativt langsomt varierer før innstrømmingen i turbulenskanalsystemet.

Disse retningsvariasjoner utgjør en relativt betydelig kilde

for forstyrrelser i leppestrømmens stabilitet. De fysikalske fenomen som gir opphav til disse strømmer forklares nærmere ne-denfor under henvisning til tegningene.

For å stabilisere strømmen i innløpskassen og redusere vekslingene i strømningsretningen er det tidligere kjent å lede inn massesuspensjonsstrømmen i utjevningskammeret gjennom et flerradet rørbatteri. En ulempe med denne løsning er dog at løsningens korrigerende virkning minsker i stadig større grad jo lengre utjevningskammeret er.

For det annet er det tidligere kjent å utstyre ut-jevning skammer et med et strupesystem av venturitypen eller med et skivesystem i maskinens retning, som gir en tverrettet strøm- ning mellom skivene. Dette system korrigerer i noen grad ret-ningsvariasjonene, men forhindrer ikke disse i tilstrekkelig grad.

For det tredje er det kjent å forbinde et mellomkam-mer med en luftputedemper. Ettersom forstyrrelsene bare i liten grad opptrer ioform av trykkforstyrrelser, påvirker luftpute-demperen ikke i det hele tatt strømningens retningsforstyrrelser, uavhengig av om turbulenskanalsystemet og utjevningskammeret inn-byrdes danner en bestemt vinkel eller ikke. Dessuten er det kon-statert at en luftputedemper i mellomkammeret innenfor visse strømningsområder til og med kan redusere leppestrømmens stabilitet .

Dessuten er det tidligere kjent å øke trykkfallet i turbulenskanalsystemet ved å redusere den åpne tverrsnittsflate og øke kanalsystemets friksjonsflate. En reduksjon av den åpne tverrsnittsflate ved turbulenskanalsystemets inngangsende betyr en reduksjon av det geometriske åpningsforhold og således en større følsomhet enn tidligere for varierende strupekoeffisient (se formel .(.I) i den etterfølgende beskrivelse) . Dette er på-vist empirisk. En betydelig økning av kanalsystemets friksjonsflate blir også uoverkommelig dyrt.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er altså å tilveiebringe et system for stabilisering av strømmen i inn-løpskassen ved hjelp av hvilket de ovennevnte forstyrrelseskilder kan elimineres på en effektiv måte. For å oppnå dette mål og mål som.fremgår i den senere beskrivelse, er oppfinnelsen i det vesentlige kjennetegnet ved at med strømmens hovedretning parallelle styrelister eller motsvarende styreorgan er anordnet til å utstrekke seg gjennom det nevnte strupested, f. eks. hullskien, for å forhindre de variasjoner i strømningsmengde som beror på retningsforandringer i strømmen fra utjevningskammeret inn i turbulenskanalsystemet.

Ved i samsvar med oppfinnelsen å utstyre strupestedet mellom utjevningskammeret og turbulenskanalsystemet med styrelister kan de hvirvler som er større enn listdelingen dempes før de når strupestedet. De periodiske variasjoner i det strupte strøm-ningstverrsnitt elimineres, og strømmen ved nevnte strupested og i det etterfølgende turbulenskanalsystem blir^i ..tidsmessig, hen-seende jevn. Systemet ifølge oppfinnelsen kan også anvendes i slike innløpskasser hvor massesuspensjonsstrømmen ledes fra et i tverrsnitt rektangulært utjevningskammer inn i et av en rørgrup-pe dannet turbulenskanalsystem. I dette tilfelle må naturligvis styreskivene eller -listene formes på for denne anveldelse egnet måte.

Den viktigste fordel med løsningen ifølge oppfinnel-r-sen er den ovenfor nevnte stabilisering av strømmen i lamellka-nalene eller de motsvarende rør og den derav avhengige jevne kvadratmassefordeling i det fremstilte papir. En annen fordel som kan nevnes er at den åpne flate på strupeskiven eller en motsvarende gitterskive, mellom utjevningskammeret og turbulenskanalsystemet kan gjøres maksimalt stor med maksimalt små turbulens-kanaler. Strupeskivens store åpne flate stabiliserer på sin side strømmen og den tette lamelldeling effektiviserer oppspaltingen av fiberknipper i massestrømmen og forbedrer turbulenskanalenes renhold ved å øke skyvespenningen ved kanalenes flate. Dette fører for sin del til at det ferdige papir får en god bunn. Som en tredje fordel kan nevnes bedre styrbarhet av strømmen i leppekonusen uten fare for forstyrrelser fra utgangshvirvlene ved turbulenskanalsystemets lameller eller motsvarende, da i samsvar med en fordelaktig utførelsesform for oppfinnelsen styrelistene kan anordnes til å utstrekke seg bare inn i leppekonusen på en slik måte at de løper frie fra kanalens vegger, langs hvilke nevnte utgangshvirvler lett kunne nå frem til leppestrålen, da den turbulens som splitter disse hvirvler opphører i umiddelbar nærhet av veggene. Den sistnevnte fordel gir et papir uten renner. Som en fordel som skriver seg fra innløpskassens konstruksjon kan nevnes at ved anvendelsen av systemet ifølge oppfinnelsen kan det benyttes en fast, sveiset grunnlamellkonstruksjon, som er billi-gere enn de tidligere nevnte konstruksjoner.

Oppfinnelsen og de fordeler som oppnås med denne beskrives i det følgende i detalj under henvisning til utførelses-former for oppfinnslen som er fremstilt på tegningene. Oppfinnelsen er dog ikke på noen måte begrenset til disse utførelsesfor-mer . Fig. 1 og 2 viser hvordan forandringer i strømningsret-ningen i utjevningskammeret påvirker strupingen av strømmen ved strupestedet mellom utjevningskammeret og turbulenskanalsystemet. Fig. 3 viser et vannrett snitt ved forbindelsesstedet mellom utjevningskammeret og turbulenskanalsystemet, ved hvilket det anvendes et stabiliseringssystem i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 4 viser snittet A - A på fig. 3.

Fig. 5 viser et loddrett snitt av en innløpskasse,

1 hvilken det benyttes systemet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6 viser snittet A - A på fig. 5.

Fig. 7 viser snittet B - B på fig. 5.

Fig. 8 viser systemet ifølge oppfinnelsen sett oven-fra, anvendt på en innløpskasse, hvor turbulenskanalsystemet består av en rørgruppe. Fig. 9 viser det samme som fig. 8, sett i turbulens-rørenes lengderetning. Fig. 10 og 11 viser samme konstruksjoner som fig. 8 og 9, men styrelistene er av en annen konstruksjon. De på figurene viste innløpskassekonstruksjoners ho-veddeler beskrives heretter i korthet før de fysikalske faktorer som stabiliseringssystemet ifølge oppfinnelsen er basert på, og oppfinnelsens hovedprinsipper blir behandlet mer inngående. Som det best fremgår av fig. 5 omfatter innløpskassen et utjevningskammer 11 med i det vesentlige rektangulært tverrsnitt vinkelrett mot massesuspensjonsstrømmen F. Inn i dette utjevningskammer 11 kommer massesuspensjonsstrømmen fra et i og for seg kjent fordel-ingsrørsystem. Etter utjevningskammeret 11 følger et turbulenskanalsystem 12, som i konstruksjon kan utgjøres av et i finsk patent nr. 50260 beskrevet lamellparti. Etter innløpskassens 10 turbulenskanalsystem 12 følger en leppekonus 13 som går over i en leppespalt 14, fra hvilken massesuspensjonen sprøytes ut på papirmaskinens vire. Utjevningskammeret 11, turbulenskanalsystemet 12 og leppekonusen 13 har alle et i det vesentlige plant lokk 15 og likeledes en plan bunn 16. Mellom utjevningskammeret 11 og turbulenskanalsystemet 12 er det anordnet en gitterskive 2 0 som struper strømmen F og som har åpninger 19 foran hver kanal 18 i turbulenskanalsystemet 12. Turbulenskanalene begrenses av veggplater 17 som inntar en skrå stilling i forhold til vertikalplanet, slik det fremgår av det ovennevnte finske patent. Lokkveggen 15, bunnveggen 16 og kanalenes 18 mellomvegger 17 ut-gjøres hensiktsmessig av med hverandre sammensveisede plater. Ved utjevningskammerets 11 inngangsende er det festet et antall styrelister 21 som i strømningesretningen F utstrekker seg først over utjevningskammerets hele lengde og deretter videre gjennom hver åpning 19 og hver kanal -18 i turbulensdelen 12 og til slutt over en betydelig del av leppekonusens 13 lengde. I leppekonusen avsmalner styrelistenes 21^ender i strømningsretnin-gen F. Styrelistene 21 er hensiktsmessig festet bare i den fremre ende og de er dimensjonert slik at det mellom takplaten 15 og gulvplaten 16 og styrelistenes 21 kanter fremkommer en tydelig spalt, som på fig. 5 er betegnet med A.

Under henvisning til fig. 1 og 2 samt 5 beskrives heretter innløpskassens generelle funksjon og de fysikalske fenomen som funksjonen begrunnes med.

Den oppgave som utjevningskammeret 11, som er vist på fig. 5, har er å lede den fra fordelingsrørsystemet (ikke vist) kommende massestrøm inn i turbulenskanalsystemet 12 på en slik måte at hastighetsprofilen over papirmaskinens bredde er så

jevn som mulig. De skyve- eller friksjonskrefter som påvirker strømmen F i utjevningskammeret 11 utjevner hastighetsprofilen effektivt hvis utjevningskammeret 11 er tilstrekkelig langt. I et tilstrekkelig langt utjevningskammer 11 fremkommer dog en strømningstilstand hvor strømningsretningen periodisk, sammen med en fordelaktig turbulens i liten skala, relativt langsomt varierer foran turbulenskanalsystemet 12. Disse variasjoner i strømningsretningen har vist seg å være ufordelaktige for stabi-liteten for strømmen ved innløpskassens lepper. Variasjonene i den ankommende strøms.retning bevirker at strømmen på forskjellig måte slipper ved åpningenes 19 kanter både når turbulenskanalsystemets inngangsende (planet A - A på fig. 5) utgjøres av en plate 20 med runde eller rektangulære åpninger eller noen annen motsvarende form, dvs. åpningens strupekoeffisient, som define-res som et forhold mellom den effektive strømningsåpning og åpningens tverrsnittsflate, varierer i tidshenseende som en funksjon av strømningsretningen. Med hensyn til disse faktorer vi-ses til fig. 1 og 2. Ettersom strømmens F effektive hastighet i åpningene 19 alltid øker mindre enn åpningen i proporsjon minsker, fremkommer uunngålig strømningsvariasjoner i turbulenskanalsystemets 12 kanaler 18. Strømmens F hastighetsøkning kom-penserer med andre ord ikke strupingen av strømningstverrsnittet. Saken kan belyses med en energiformel:

vL= strømningshastigheten i turbulenskanalen 18

Ap = trykkforskjellen i turbulenskanalen 18 = konstant

p = væskens tetthet

p = det geometriske åpningsforhold mellom kanalens 18 inngangsende og kanalen 18

(for et rundt kanalsystem)

Dq = åpningens diameter ved kanalens 18 inngangsende

D = kanalens 18 diameter

n

sr

x = strupekoef f isient

a = strømmens strupte diameter K, =-en dimensjonsløs friksjonsmotstandskoeffisient for

kanalen = £ . L/De

£ = friksjonskoeffisienten

L = kanalens 18 lengde

D = kanalens. 18 " f riks jonsdiameter "

K ? = utstrømningstapskoef f isienten >

Vp = hastigheten etter utstrømningen

Ovennevnte formel angir nøyaktig strupekoeffisienten x<->'s innvirkning på strømmens F hastighet i kanalen 18 når strupekoef f isienten varierer meget langsomt, men formelen definerer også den dynamiske prosess desto nøyaktigere jo langsommere va-riasjonens frekvens er og desto mindre de to siste termer for bølgesperrene er i sammenligning med den første. I formelen er det for enkelthets skyld ikke tatt hensyn til treghetskreftenes innvirkning. Deres innvirkning er dog liten innenfor det fre-kvensområde f 1 sek. som i praksis har vist seg å være vik-tig .

Under henvisning til fig. 1 og 2 kan det konstateres at den effektive strømningsflate alltid minsker når strømmen F strupes med ukontinuerlig tverrsnittsforandring (skiven 20) om strupekantens avrundingsdiameter _er meget mindre enn kanalens diameter etter strupingen. Strømmens virkelige tverrsnittsforandring beror som sagt dessuten på den retning i hvilken strømmen kommer til strupestedet. På fig. 1 og 2 er denne situasjon illustrert med to, i forskjellige retninger (aA og aB) til ka-nalene 18 ankommende strømmer F_ og FD. Jo skråere strømmen F møter skiven 20 desto mer strupes den (aA < afiog aA < aB|. Når en turbulent strøm møter strupeorganet, slipper dette altså gjennom en periodisk varierende væskemengde. Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å eliminere denne ulempe.

Ifølge oppfinnelsen (fig. 3 - 11) løper gjennom hele utjevningskammeret 11 og turbulenskanalsystemet 12 styrelister 21, som hensiktsmessig er fastgjort bare ved utjevningskammerets 11 inngangsende (ikke vist). En styrelist er anordnet i hver fast turbulenskanal 18. Styrelistene 21 er i utjevningskammeret 11 anordnet på tilstrekkelig avstand (målet A på fig. 5) fra lokk- eller takplatene og bunnplatene for å tillate den nødven-dige tverrstrømning. I turbulenskanalsystemet 12 og særlig ved dets inngangsende (skiven 20) utstrekker styrelistene 21 seg over åpningene 19 nesten over hele høyden og styrer strømmen på en ideal måte inn i kanalen (fig. 6). Styrelistene 21 kan til og med strekke seg relativt langt inn i leppekonusen 13 for å styre strømmen F og danne fordelaktig turbulens for oppspalting av fiberbunter. Ettersom styrelistene 21 også i leppekonusen 13 ligger på tilstrekkelig avstand fra veggenes 15 og 16 faste grenseflater, kan ikke utgangshvirvlene ved styrelistene 21 for-årsake en slipevirkning ved leppen 14 langs disse grenseflater. En annen fordel med styrelistene 21 ifølge oppfinnelsen er at det faste turbulenskanalsystem 12 kan gjøres romsligere enn tidligere, og herved blir konstruksjonens pris ikke høyere, men kan eventuelt til,-.og med senkes. En betydelig fordel er også at stabili-teten forbedres uten i vesentlig grad å øke trykktapene i inn-løpskassen og således driftskostnadene. Styrelistene 21 kan fremstilles av lett, men sterkt og tilstrekkelig stivt materiale. Herved får de god styring i strømmen F og de flokes ikke sammen når maskinen står, da de får støtte fra de faste kanaler. Fra et rengjøringssynspunkt bør styrelistenes 21 flater være glatte og jevne.

Ifølge en annen utførelsesform for oppfinnelsen gjø-res det med styrelister 21 utstyrte turbulenskanalsystems 12 inngangsende (skiven 20) så åpen som det er mulig ut fra en ren-gjøringssynsvinkel, men i en avstand på ca. 7-10 kanaldiametre 0^ fra inngangsenden gjøres en betydelig struping, f. eks. ved en ukontinuerlig forandring av rørtverrsnittet. Herved kan det tilføyes en koeffisient av J^-typen i foran nevnte formel, mens strupekoeffisienten ved nevnte strupested holder seg meget konstant i den av kanalen 18 styrte strøm. Etter strupingen kreves igjen en rett kanalstrekning på minst 7 - 10 D for å berolige strømmen. Denne løsning leder dog til- høyere driftskostnader enn den foran beskrevne løsning.

Som det fremgår av fig. 3 er det på begge sider av styrelistene 21 festet strupeorgan 22, og kanalenes 18 mellomvegger 17 kan eventuelt også utstyres med strupeorgan 23 på det samme sted som eller på annet sted enn strupeorganene 22 på styrelistene 21.

Ifølge fig. 8-11 kan stabiliseringssystemet ifølge oppfinnelsen også anvendes i slike innløpskassekonstruksjoner hvor turbulenskanalsystemet 13a, 13b består av rørgrupper. Også i dette tilfelle kan styrelistene 21a, 21b for strømmen anordnes i rørkanalene 18a, 18b i samsvar med oppfinnelsen. Ifølge fig. 8 og 9 er styrelisten 21a plan og loddrett stilt og har en høyde som i det vesentlige motsvarer rørkanalens 18a diameter, dog slik at det mellom styrelistens 21a øvre og nedre kant og rørets 17a indre vegg fremkommer en tydelig spalt. Ifølge fig. 10 og 11 har styrelisten 21b korsformet tverrsnitt med i midten sammen-bundne vannrette, og-.loddrette flenser. Styrelisten 21 kan dog plaseres i en annen stilling enn kanalen 18b enn den som er vist på fig. 11.

Oppfinnelsen er ikke på noen måte begrenset til de ovenfor som eksempel beskrevne detaljer, men disse kan varieres innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (10)

1. System for stabilisering av massesuspensjonsstrømmen

(F) i en hydraulisk inngangskasse (10) i en papirmaskin, hvilken innløpskasse (10) omfatter i strømningsretningen etter hverandre, regnet fra et fordelingsrørsystem, et utjevningskammer (11) for strømmen, et turbulenskanalsystem (12) og en leppekonus (13), samt et strupested for strømmen, -f. eks. en hullskive (20) mellom utjevningskammeret (11) og turbulenskanalsystemet (12), karakterisert ved at med strømmens (F) hovedretning parallelle styrelister (21) eller motsvarende styreorgan er anordnet slik at dec utstrekker seg gjennom det nevnte strupested, f. eks. hullskiven (20), for å forhindre de variasjoner i strømmengden som beror på retningsforandringer i strøm-men (F ) fra utjevningskammeret (11) inn i turbulenskanalsystemet.

2. Stabiliseringssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at styrelistene (21) eller .lignende er ad-skilt fra utjevningskammerets (11) bunn- og takplater for å mu-liggjøre nødvendige tverrstrømninger.

3. Stabiliseringssystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at styrelistenes (21) fremre ende er festet ved utjevningskammerets (11) inngangsende.

4. Stabiliseringssystem ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at styrelistene (21) strekker seg, hensiktsmessig med avsmalnende bakre ende, over en betydelig del av innlø pskassens leppekonus (13).

5. Stabiliseringssystem ifølge krav 1, 2, 3^eller 4, karakterisert ved at en styrelist (21) er anordnet i hver kanal (18) i turbulenskanalsystemet (12).

6. Stabiliseringssystem ifølge krav 5, ved hvilket turbulenskanalsystemet (12) består av lamelldeler, hvis vegger (17) inntar en skråstilt stilling i forhold til vertikalplanet, karakterisert ved at styrelistenes (21) hovedplan er i det vesentlige parallelt med lamelldelenes vegger (17).

7. Stabiliseringssystem ifølge krav 1-6, ved hvilket turbulenskanalsystemet (12) består av et rø rbatteri (17a), karakterisert ved at det i rørene (17a, 17b) er anordnet styrelister (21a, 21b) som utstrekker seg i det vesentlige over rørets (17a, 17b) hele diameter.

8. Stabiliseringssystem ifølge krav 1- 7, karakterisert ved at styrelistene (21b) har korsformet tverrsnitt (fig. 10 og 11).

9. Stabiliseringssystem ifølge krav 1-8, karakterisert ved at turbulenskanalsystemet (12) er utstyrt med på styrelistene (21) og/eller kanalenes (18) vegger anordnede, massesuspensjonsstrømmen (F) strupende organ (22, 23) for å gjøre kanalenes (18) utstrømningstapskoeffisient (K2 ) større.

10. Stabiliseringssystem ifølge krav 9, karakterisert ,v.„eud at organene (22, 23) som..struper strømmen (F) er plasert i en avstand på ca. 7-10 ganger kanalgjennomskjær-ingen (D P) fra såvel inngangsenden som utgangsenden av turbulenskanalsystemet.