SE436620B - Flodesfordelare for en vetskefilmavgivande anordning - Google Patents

Description

7910358~6 sin längd, och i bottnen av spalten mynnar en rad av hål. Applikatorlisten .ii är mötande fastsatt på ett med en motsvarande hålrad försett inloppsrör. Mel- lan applikatorlisten och ínloppsröret kan en doseríngslist med en motsvaran- de rnd av doseringshål i linje med de enskilda hålen i applikatorlistens hål- rad och inloppsrörets hålrad vara anordnad. Doseringshålen visas ha en dia- meter som är flera gånger större än hålens axiella längd, varvid den resulteran- de strypningen av varje hål är av samma slag som den som erhålles med en tunn strypfläns. För att uppnå att flödet ut ur utloppsspalten blir jamnt utmed spal- tens längd är det i teorin möjligt att låta inloppsröret ha konstant tvärsnitts- area och att så ändra doseringshålens diameter hål för hål, att delflödena genom hålen blir inbördes lika stora. I praktlken visar det sig emellertid att hål- diametern är så kritisk att ett utmed spaltens längd jämnt Flöde svårligen kan uppnås på detta sätt.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att så utforma den inloppskanalen och urloppsspalten förbindande flödesfördelaren att de höga kraven på precision vid tillverkningen av densamma kan sänkas avsevärt utan att man därför behöver ge avkall på kraven på flödets likformíghet utmed längden av spalten.

Enligt uppfinningen uppnås detta ändamål genom att i en anordning av det inled- ningsvis nämnda slaget stsypningarna är långsträckta och har en konstant hål- diameter utmed en längd som är flera gånger större än håldiametern och varierar utmed utloppsspaltens längd på sådant sätt att strypningarna vid ett mittre parti av utloppsspalten har mindre längd än de vid utloppsspaltens ändar.

Lämpligtvis är den kortaste strypningens längd åtminstone lika stor som inlopps- kanalens halva dimension i strypningens längdriktning, varigenom en jämn flödes- fördelníng lättare uppnås.

När vätskan utgöres av en suspension och alltså innehåller suspenderade partiklar, vätskan kan t.ex. utgöras av en bestrykningssmet, är det lämpligt att stryp- ningarnas håldiameter är minst ca 6 mm, företrädesvis minst ca 8 mm, för und- vikande av igensättning och liknande driftstörningar orsakade av aggregering av partiklarna.

Lämpligen har inloppskanalen en diameter av minst ca 0,1 m, företrädesvis minst ta U,l5 m. Genom utnyttjandet av en så stor diameter ökar förutsättningarna för laminäi strömning och därmed en jämnare fördelnlngav flödena genom strypningarna. l vissa fall är det lämpligt att inloppskanalen vid sin i flödesriktningen bortre ände innefattar ett utlopp för recirkulation av en del av vätskan för att därigenom underlätta uppnåendet av ett jämnt Flöde utmed utloppsspaltens längd. 7910358-'6 I en föredragen utföringsform av uppfinningen är strypningarna rörformiga och sträcker sig in i inloppskanalen, företrädesvis in till centrum av inlopps- kanalen. Därigenom blir inloppen till strypningarna belägna där hastighets- profilen för flödet genom inloppsröret är som trubbigast, och där är också strömningen som lugnast och mest gynnsam för erhållande av en jämn flödesför- delning utmed utloppsspaltens längd.

Företrädesvis följer strypningarnas längd i huvudsak formeln _ 3b +.h l + b ' ¿=Ä_L_N (å) _[M(l+R/1uo)-Nl _k_N ii' I - R7wo där Å är vald maximal längd för strypningarna, ' utloppsspaltens längd, ordningstalet för den strypning vars längd skall beräknas, Z _; M är totala antalet strypningar i den nämnda raden, d är håldiametern för den strypning vars längd skall beräknas, D är diametern för in'oppskanalen, b är lutningskoefficienten för vätskans viskositetskurva, approximierad till en rät linje, i ett log-log-diagram med vätskans dynamiska viskositet som ordinata och vätskans skjuvhastighetsgradient som abskissa, R är recirkulationsflödet i procent av totalflödet in i inloppskanalen, k är en empiriskt bestämd konstant, vars värde är mellan 0 och l och går mot O när läget för strypningarnas inlopp går från inloppskanalsväggen i riktning mot inloppskanalens centrum, och ß är den ideala längden av strypningen med ordningstalet N, varvid ett flertal av i följd inom raden liggande strypníngar med i huvudsak samma ideala längd kan-vara utförda med inbördes lika längd. En avpassning av stryp- ningarnas längd i enlighet med denna formel underlättar avsevärt uppnåendet av ett likformigt flöde utmed utloppsspaltens längd, i synnerhet om vätskan är en icke-Newtonsk vätska.

Beträffande klassificering av icke-Newtonska vätskor och beträffande flöde av sådana vätskor i rör och kanaler hänvisas till Wilkinson, W L, Non-Newtonian Fluíds, London (Oxford, New York, Paris) l960, p l-l9 resp. 50-92. 7910358-6 Uppfinningen kan tillämpas inom ett flertal skilda områden, t.ex. extrudering av en bana av polymermaterial från en spalt (jfr. t.ex. p 86-92 i nämnda publika~ tion av Wilkinson), eller beskiktning eller ytlimning av en pappersbana. De största fördelarna torde den dock uppvisa vid bestrykning av pappersbanor med en bestrykningssmet. En sådan smet är ur reologisk synpunkt en icke-Newtonsk vätska, i regel med övervägande pseudoplastiska egenskaper, varvid - åtminstone inom det laminära omrâdet - vätskans viskositet minskar med ökad skjuvhastighets- gradient i vätskan. Detta fenomen har tidigare gjort det mycket svårt att uppnå en acceptabelt jämn utströmning ur utloppsspalten i en.fontänapplikator för bestryk- ning av banformigt material.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar.

Figur i är en schematisk sidovy av en bestrykningsstation innefattande en fontän- applikator, i vilken en föredragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen användes.

Figur 2 är en tvärsnittsvy av fontänapplikatorn.

Figur 3 är en längdsnittsvy av fontänapplikatorn, tagen längs linjen III - 1Ä_[ i figur Z.

Figur U är ett viskositetsdiagram för en icke-Newtonsk vätska, nämligen en bestryk- ningssmet, och visar hur den dynamiska viskositeten u ändras med skjuvhastig~ hetsgradienten y. i den i figur l visade bestrykningsstationen bestrykes en av en motvals l uppburen, löpande pappersbana 3 med bestrykníngssmet 5, som påföfcs på banan medelst en fon- tänapplikator 7.-Bestrykningssmet är en slamma för bestrykning av papper eller papp och innefattar pigment i en bindemedelslösning samt eventuellt färgämnen, dispergeringsmedel, viskositetsreglerande medel e.d, och åtminstone vid måttliga pigmenthalter kan den klassificeras som en icke-Newtonsk vätska av pseudoplastisk typ, där den dynamiska viskositeten u avtar med ökande skjuvhastighetsgradient Y.

Smeten 5 matas från en tank 9 till fontänapplikatorn 7 via en tillförseliedning ll med en pump l3, lämpligen av den typ som förmår avge ett voiymmässlgt konstant men reglerbart flöde, t.ex. en skruvpump. Från fontänapplikatorn 7 leder en re- cirkulationsledning lä för smet tillbaka till tanken 9. Fontänapplikatorn 7 är inbyggd i en undertryckslâda l7, som är öppen mot en del av det av motvalsen l ggn. ny: -«“.¿ .-~1wx-.»i>»s,,~~,r..«~ »art-aut »_ _ 7910358-6 uppburna partiet av banan 3. En vakuumfläkt l9 eller liknande don med förmåga att åstadkomma undertryck av önskad måttlig nivå är via en ledning 2l ansluten Lill lådans 17 inre. Ett övre parti av den i banans 3 löpriktning bakre väggen av lådan 17 är utformat som ett ledbart blad 23 för utjämning av det av fon- tänapplikatorn 7 pâlagda smetskiktet och avskrapning av eventuellt smetöver- skott, Ett sådant smetöverskott får rinna ned till botten av lådan l7, varifrån det återförcs till tanken 9 via en ledning 25.

Fontänapplikatorn 7 visas närmare i figurerna 2 och 3. Den innefattar i den visade utföringsformen två förhållandevis grova rör, ett undre 27 och ett övre 29, vilka har inbördes lika diameter och sträcker sig något åtskilt från varandra tvärs banans 3 bredd och inbördes parallellt med varandra och med motvalseh I.

Det undre röret 27 är vid sin ena ände anslutet till eller utgör en integrerad dvl av smeltillförselledningen ll. Den andra änden av röret 27 är via ett tvärgående schakt 3l förbunden med den närliggande änden av det övre röret 29, till vars motsatta ände recirkulationsledningen l5 med en strypventil 33 för inställning av ett valt recirkulationsflöde är ansluten.

Fontänapplikatorn 7 innefattar vidare ett långsträckt, på det övre rörets 29 ovansida monterat fontänhuvud med en basplatta 35, en vid basplattan fäst, i förhållande till banans 3 löpriktning bakâtlutande framkantslist 37 avsedd att sluta på kort avstånd från motvalsens l yta, ett ännu mer bakåtlutande blad 39 8VSGfiC att sluta mindre än l mm från motvalsen, en på basplattan fastsatt baslist HI, en främre klämlist ÄB och en bakre klämlist H5 fastsatta på baslisten Ål för Fastklämning av bladet 39 mellan sig, samt två ändgavlar #6, varav den ena visas, och en bladanpressningslist #7. Denna list H7 är med sin ena smalsida fastsatt mot baslistens hl ovansida, och dess andra smalsida är avfasad och anligger mot undersidan av bladet 39 nära dess fria lângsidokant. På något avstånd från den undre smalsidan sträcker sig ett i en av lístens #7 bredsïdor anordnat för- hållandevis djupt spår utmed lístens längd. Vidare sträcker sig ett flertal verti- kala slitsar från den avfasade smalsidan ned till spårets undre kant, så att bladanpressningslisten H7 uppdelas i ett flertal tungor, som var och en oberoende av varandra kan böjas något i omrâdet för spåret medelst icke-visade, in i den bakie klämlísten H5 sig sträckande justerskruvar i och för lokal finjustering av bladets 39 spalt mot den av motvalsen l uppburna banan 3.

Basplattan 35, baslisten hl och undersidan av den främre klämlisten ü3 innesluter mellan sig en omlänkningskammare #9, som via en mellan basplattan 35 och den främre klämlisten Å3 bildad'omlänkningsspalt Si står i förbindelse med fontänapplikatorns utlnppsspalt 53, vilken bildas mellan framkantlistens 37 baksida och ovansidan av 7910358+6 den främre klämlisten #3 och bladet 39 och divergerar I flödesriktningen, men har konstant vidd utmed sin längd tvärs banans 3 rörelseriktning.

Det övre rörets 29 inre utgör en inloppskanal för vätskan eller smeten 5, och denna inloppskanal 29 sträcker sig huvudsakligen parallellt med utloppsspalten 53. Inloppskanalen 29 förbindes med utloppsspalten 53 medelst ett flertal i rad anordnade, inbördes parallellkopplade och utmed inloppskanalens 29 längd jämnt fördelade strypningar 55. Dessa, som visas mynna i omlänkningskammaren Ä9, är belägna tillräckligt tätt för att undvika att lokala hastighetsgradien- ter, som härrör från strypningarna och som kan kvarstå efter en omlänkning av flödets riktning i omlänkningskammaren #9 och vid omlänkningsspalten Sl, ger ett oacceptabelt utslag i flödet ut från utloppsspalten 53. Vidare är stryp~ ningarna 55 så dimensionerade att tryckfallet över raden av strypningar är större än tryckfallet över inloppskanalen 29 och större än tryckfallet över flödesvägen nedströms om strypningarna 55.

Enligt uppfinningen är strypningarna 55 långsträckta och har en konstant hål- diameter d utmed en längd 2 som är flera gånger större än håldiametern. Vid den i figurerna 2 och 3 visade föredragna utföringsformen består strypningar- na av rör 55, som sträcker sig från basplattan 35 in till närheten av in- loppskanalens 29 centrum. För att uppnå ett lugnt och stabilt flöde är det lämpligt att turbulenta betingelser i inloppskanalen 29 undvikes. Inlopps- ' kanalen 29 har därför lämpligtvis en diameter D av minst ca 0,! m, företrädes- vis minst ca 0,l5 m. Detta medför att strypningarna 55 utan nackdel kan ges en avsevärd längd i förhållande till sin håldiameter. Under det att den kortaste strypningens 55 längd ß lämpligtvis är åtminstone lika stor som inloppskanalens 29 halva dimension (D/2) i strypningens 55 längdriktning bör strypningarnas 55 hâldiameter d åtminstone när vätskan 5 är en suspension, t.ex. en bestryknings- smet, vara minst ca 6 mm, företrädesvis minst ca ö mm, för att undvika ej blott igensättning utan även de olägenheter som är förbundna med förstadiet tili full- ständig igensättníng.

Särskilt fördelaktigt har det visat sig vara att låta strypningarnas 55 längd i huvudsak följa formeln ß=7*"L'""(ø -aioo m gfblbwílmlwz/ioo)-N]"'b_k_N iuuhflIlaülna~w~w>H :maa där Ä ß Sömmü ~ v-:øtuwv vas-w ~ -« v.- 7910358-6 är vald maximal längd för strypningarna 55, är utloppsspaltens 53 längd, är ordningstalet (i flödesriktningen genom inloppskanalen) för den strypning 55 vars längd skall beräknas, är totala antalet strypningar 55 i den nämnda raden, är håldiametern för den strypning 55 vars längd skall beräknas, är diametern för inloppskanalen 29, är lutningskoefficienten För vätskans 5 viskositetskurva, approximerad _ till en rät linje, i ett log-log-diagram (se Fig. Å) med vätskans 5 dynamiska viskositet u som ordinata och vätskans skjuvhastighetsgradient y som abskíssa, är recirkulationsfiöde genom ledningen IS i procent av totalflödet in i inloppskanalen 29, är en empiriskt bestämd konstant, vars värde är mellan 0 och l och går mot 0 när läget för strypningarnas 55 inlopp går från inloppskanalsväg~ gen i riktning mot inloppskanalens 29 centrum och är den ideala längden av strypningen 55 med ordningstalet N, K varvid ett flertal av i följd inom raden liggande strypningar med i huvudsak ideala längd kan vara utförda med inbördes lika längd.

Viskosítetskurvor av den typ som visas i figur Ä måste uppgöras för varje vätska för vilken man vill bestämma lutningskoefficienten b. Den i figur Ä visade viskositetskurvan hänför sig till en bestrykningssmet med en dynamisk viskositet av l,2l6 Ns/m2 vid en skjuvhastighetsgradient av l s-3 och med en lutnings~ koelficient av - 0,5. Om vidare Å är 90 mm, L är 2 m, M är 66 st (varvid delnings- avståndet mellan strypningarna är 30,3 mm), d är-8 mm, D är 0,1 m, R är 0 Z, och k är O erhålles följande samband mellan N och 2: 1910353-6 ß.

N :i (wifi) 1 89,6 88,3 _ 87,1 1o ' 85.9 13 811,8 16 83,8 19 82,9 ' 22 82,0 ._ 25 81,2 28 80,5 31 79,9 3H 79,5 37 79,1 ho 78,8 113 78,7 #6 78,7 49 78,9 S° 79,3 55 80,0 58 81,0 61 82,5 64 85,0 Som synes sjunker strypningslängden 2 gradvis från ett initialvärde till ett minimivärde, som uppnås när ungefär 2/3 av antalet strypningar passerats, för att därefter gradvis öka till ettslutvärde på lägre nivå än initíalvärdet. Om lutningskoefficienten b ökar från sitt ovannämnda negativa värde mot noll minskar skillnaden i längd mellan den längsta och den kortaste strypningen. Ju mer nega- tivt b är, desto mer förskjuts läget för den kortaste strypningen mot den i flödesriktninged sista strypningen i raden. En ökning av recirkulationsflödet ger en motsvarande förskjutning av läget för den kortaste strypningen. Ett stort recirkulationsflöde tillsammans med ett starkt negativt värde på lutnings~ koefficíenten b kan resultera i att den sista strypningen i raden också blir den kortaste.

Lutningskoefficienten b är negativ för pseudoplastíska vätskor, noll för Newtonska vätskor ~ dvs viskositeten är oberoende av skjuvhastighetsgradienten Y - och positiv för dílatanta vätskor.

WW” .......~~.......-___... . '7910358-6 Viskosltetskurvans i figur Å avvikelse från en rät linje vid högre skjuv- hastighetsgradienter torde bero på en övergång från laminärt till begynnande turbulent flöde som en orientering av vätskans kedjemolekyler i strömningsrikt~ ningen.

Uppfinningen är icke begränsad till den ovan beskrivna och pâ rïtningarna vi- sade, föredragna utföringsformen utan kan varieras inom ramen för de efter- följande patentkraven. Exempelvis kan det l vissa fall - t.ex. när vätskan är Nowtonsk i stället för pseudoplastisk och därför har en mindre trubbig hastig- hetsprofil ~ vara lämpligt att alla strypningarna 55 sträcker sig exakt in till centrum av inloppskanalen 29 och att de i stället skjuter in olika långt i om- länkningskammaren Å9.

Vidare är det möjligt att, i stället för att använda strypningar i form av de visade rören 55, utforma strypningarna som en rad lämpligen brotschade hål av konstant diameter i en list av varierande tjocklek utmed sin längd. Alternativt kan listen ha konstant tjocklek och hålen i stället vara avsatshâl, i vilka hål- diametern ökas från ett värde till ett annat när den avsedda hållängden uppnåtts.

Om bästa möjliga strömnitgsbetingelser i inloppskanalen 29 eftersträvas bör man i stället för det undre röret 27 och det tvärgående schaktet 31 använda en omedel- bart före den i flödesriktningen första strypningen i raden belägen, rak och med inloppskanalen 29 koaxiell inloppssträcka med en konstant diameter lika stor som 'inloppskanalens diameter och med en längd som är tillräcklig för att medge att en för vätskan normal hastighetsprofil utbildas före den första strypningen.

Självfallet kan undertryckslådan l7 med vakuumfläkten l9, ledningen Zl och bladet 23, om så önskas, ersättas av ett konventionellt, separat blad med konventionell anpressningsanordning samt ett trâg för uppsamling av avskrapat smetöverskott. Det är även möjligt att på känt sätt byta bladet mot en rullrakel.

Det inses lätt att uppfinningen, sådanden beskrivits ovan, kan tillämpas icke endast vid Fontänapplikatorer för bestrykning eller annan ytpåläggning, utan även vid exempel- vis ytlimning, av pappersbanor och liknande banformigt material, andra anordningar för att från en utloppsspalt med konstant spaltvidd utmed sin längd åstadkomma ett utströmmande vätskeskikt, vars strömningshastighet är huvud- sakligen konstant utmed spaltlängden, exempelvis anordningar för framställning av en banformig folie av polymert material genom extrudering av en polymersmälta.

Claims (8)

7910358-6 lb PATENTKRAV

1. Anordning för att från en utloppsspalt (53) med konstant spaitvidd utmed sin längd (L) åstadkomma ett utströmmande vätskeskikt, vars strömningshastig- het är huvudsakligen konstant utmed spaltlängden, varvid en inioppskanal (29) för vätskan (5) sträcker_síg huvudsakligen parallellt med spalten (53) och för- bindes med denna medelst ett flertal i rad anordnade, inbördes parallellkoppla- de och utmed inloppskanalens (29) längd jämnt fördelade strypningar (55), vilka dels är belägna tillräckligt tätt för att undvika att lokala hastighetsgradien- ter, som härrör från strypningarna (55) och som kan kvarstå efter eventuell omlänkning (vid H9, 51) mellan strypningarna (55) och utloppsspalten (53) av Flödets riktning, ger ett oacceptabelt utslag i flödet ut från utloppsspalten (S3), och dels är så dimensionerade att tryckfallet över raden av strypningar (55) är större än tryckfallet över inloppskanalen (29) och större än tryckfal- let över spalten (S3), och varvid organ (13) är anordnade att mata ett volym- mässigt konstant men inställbart flöde av vätskan (5) till inloppskanalen (29), k ä n n e t e c k n a d av att strypningarna (55) är långsträckta och har en konstant håldiameter (d) utmed en längd (2), som är flera gånger större än hâldiametern (d) och varierar utmed utloppsspaltens (53) längd (L) på sådant sätt att strypningarna (SS) vid ett mittre parti av utloppsspalten (53) har mindre längd (2) än de vid utloppsspaltens (53) ändar.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d 'av att den kortaste strypningens (SS) längd (ß) är åtminstone lika stor som inloppskanalens (29) halva dimension (D) i strypningens (55) längdriktning.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att stryp- ningarnas (55) hâldiameter (d) är minst ca 6 mm, företrädesvis minst ca 8 mm.

4. H. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att in- loppskanalen (29) har en diameter (D) av minst ca 0,1 m, företrädesvis minst ca 0,15 m.

5. Anordning enligt något av kraven 1-Å, k ä n n e t e c k n a d av att in- loppskanalen (29) vid sin i flödesriktningen bortre ände innefattar ett utlopp (15) för recirkuiation av en del av vätskan (S).

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att strypningarna (55 är rörformiga och sträcker sig in i inloppskanalen (29), företrädesvis in till centrum av inloppskanalen (29). n 7910358-6

7. Anordning enligt något av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a d av att strypningarnas (55) längd i huvudsak följer formeln ,¿___)__L_ i3b+"_[r4(|+R/ioo)-NTNHk-N d (Ü) - R lU0 212 där Å är vald maximal längd för strypningarna (55), L är utloppsspaltens(53) längd, N är ordningstalet för den strypning (55) vars längd skall beräknas, M är totala antalet strypnïngar (55) i den nämnda raden, d är håldiametern För den strypnlng (55) vars längd skall beräknas, D är diametern för inloppskanalen (29), b är lutningskoefflcienten för vätskans (5) viskositetskurva, approximerad till en rät linje, l ett log~log-diagram (Fíg. H) med vätskans (5) dy- namiska viskositet (p) som ordlnata och vätskans (5) skjuvhastighets- gradient (Y) som abskissa, R är recirkulationsflöde i procent av totalflödet in i inloppskanalen (29), k är en empiriskt Lcstämd konstant, vars värde är mellan 0 och l och går mot 0 när läget för strypningarnas (55) inlopp går från inloppskanalsväg- gen i riktning mot inloppskanalens (29) centrum, och ß är den ideala längden av strypnlngen (55) med ordningstalet N, varvid ett flertal av i följd inom raden liggande strypningar (55) med i huvud- sak samma ideala längd (ßl kan vara utförda med inbördes lika längd.

8. Användning av en anordning enligt något av kraven l-7 i en fontänappli- kator (7) för bestrykning av banformigt material (3). . W.. .._...............__.-~.__.....-.__.._....._...,. ,