SE512011C3 - Foerfarande och apparat foer maetning av permeabiliteiten foer vatten hos genomtraenglia skikt - Google Patents

Description

512 011 2 Med hänsyn till detta har instrument för mätning av vattenpermeabiliteten ge- nom användning av ett flöde av vatten utvecklats. De första av denna typ av in- strument var av stationär typ och användes vid laboratoriemätningar, se t.ex.

US-patenten nr 3 577 767 och 4 385 517. För att kunna göra en mätning av permeabiliteten för vatten hos ett genomträngligt skikt, som användes i en pap- persmaskin, var man sålunda tvungen att skära ut ett provstycke och ta detta till laboratoriet. Detta omöjliggör uppenbarligen att förfarandet tillämpas on- line, såsom skulle vara önskvärt med hänsyn till produktionseffektiviteten.

Det finns sålunda fortfarande ett behov av ett förfarande och en anordning för mätning av penneabiliteten för vatten hos ett genomträngligt skikt i en pap- persmaskin under on-line-betingelser, för att man snabbt ska kunna bestämma användningsegenskaperna hos det genomträngliga skiktet utan att behöva för- störa detta exempelvis genom utskärning av ett stycke av detta. Detta var än- damålet med det kanadensiska patentet nummer 1 292 891, enligt vilket ett förfarande och en apparat för mätning av permeabiliteten för vatten hos ett ge- nomträngligt skiktformigt material anges. Det förfarande som anges i detta pa- tent kan användas pà ett dynamiskt sätt, dvs på ett genomträngligt skiktmate- rial, såsom pressñlt eller vira under hastig rörelse i pappersmaskinen och ut- görs av mätning av flödet av en ström av vatten, som injiceras vid konstant tryck genom materialet. Denna publikation beskriver sålunda att man anbring- ar ett munstycke mot en yta av materialet, bringar vatten att strömma genom munstycket vid ett tryck mellan 2 kPa och 1000 kPa och mäter vattnets flödes- hastighet. Ett kommersiellt tillgängligt instrument som arbetar enligt denna princip är SCANPRO FELTPERM®, som tillverkas och säljs av Lorentzen 8:.

Wettre, Sverige.

Det mätningsförfarande, som anges i denna kanadensiska patentskrift är vis- serligen optimerat för mätning av permeabiliteten för vatten hos ett genom- trängligt skiktmaterial, såsom pressfilt, men är mindre lärnpligt för mätning av permeabiliteten för vatten hos ett genomträngligt skiktmaterial av viratypen.

Egenskaperna hos en vira skiljer sig sålunda väsentligen från dessa hos en pressfilt. Den förstnämnda är ett lösvävt nät av förhållandevis grova plasttrådar _ 512 011 3 och mycket genomträngligt för vatten under det att den sistnämnda är en tät- vävd struktur med mycket lägre perrneabilitet för vatten. Man har sålunda fun- nit att dynamiken hos mätsignalen är otillräcklig vid användning av förfarandet som är baserat på mätning av flödet av vatten vid konstant tryck för bestämning av permeabiliteten hos en vira, dvs flödeshastigheten varierar endast försum- bart såsom gensvar på variationer ifråga om permeabilitet. Till följd av detta ger förfarandet icke en korrekt indikation på graden av förslitning och igensättning av viran.

Vidare har i instrumenteringen enligt den kanadensiska patentskriften mun- stycket en diameter som sträcker sig från 1 till 4 mm, och insprutningstrycket för vattnet sträcker sig från 2 till 1000 kPa. Även om det är lämpligt för mätning av permeabiliteten hos en pressfilt kommer vattenstrålen med högt tryck och liten diameter, som bildas, ifråga om en vira att leda till en lokal bortrensning av fibrer som uppfångats på ytan av viran, och detta kommer i sin tur att leda till en ojämn avvattning av massan på den på detta sätt lokalt rengjorda viran.

ALLMÄN BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en aspekt av denna uppfinning åstadkommes ett förfarande för att mäta permeabiliteten för vatten hos genomträngliga skiktmaterial, såsom anges i pa- tentkrav l.

En aspekt av denna uppfinning är sålunda att åstadkomma ett förfarande för mätning av permeabiliteten för vatten hos ett genomträngligt skiktmaterial in- nefattande såsom steg att man anbringar ett munstycke mot en yta av detta skiktmaterial och bringar vattnet att strömma genom munstycket, varvid ett konstant vattenflöde upprätthålls genom munstycket och trycket av vattenflödet i munstycket mäts. Detta leder till fördelen att ge en mätsignal med bättre dy- namik, dvs som är mer känslig för variationen av permeabiliteten hos materia- let, på vilket mätningen genomförs, på grund av det förhållandet, att trycket i vattenflödet varierar i högre grad än flödeshastigheten såsom en funktion av materialets permeabilitet. 512 011 Enligt en ytterligare aspekt av denna uppfinning är förfarandet genomförbart på ett genomträngligt skikt, såsom en pressñlt eller virai en pappersmaskín när maskinen arbetar, dvs med en on-line-mätning. Detta ger fördelen att man så ofta man vill kan kontrollera effektiviteten av det genomträngliga skiktet vid av- vattningsprocessen i pappersmaskinen utan att man behöver avbryta produk- tionen.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen införs en gas, såsom luft, i vatten- flödet. Införandet av luft i vattenflödet leder till en vattenstråle med reducerad densitet, och en fördelaktig effekt av detta är att tvättningseffekten av vattenflö- det pä det genomträngliga skiktmaterialet minskas. Såso_m anges ovan tenderar en lokal borttvättning av förorenande material, såsom fibrer, att leda till en ojämn rengöring av det genomträngliga skiktmaterialet, vilket icke är önskvärt för erhållande av ett likformigt beteende hos skiktmaterialet tvärs över dettas hela yta.

Man har funnit att vid lägre flödeshastighet hos vattnet har mätsignalen en oönskad benägenhet att bli beroende av hastigheten hos det genomträngliga skikt som arbetar i pappersmaskinen. En ökning av vattenflödeshastigheten medför emellertid en ökad förbrukning av vatten vilket kan vara oönskat exem- pelvis vid användning av en bärbar apparat innefattande en bärbar behållare för vattnet som används vid förfarandet. Genom införing av luft i vattenflödet er- hålles en minskning av det strömmande vattnets viskositet och en förbättrad flödeshastighet erhålles hos den stråle som bortgår från munstycket, vilket leder till den fördelaktiga effekten av en minskning av beroendet av hastigheten hos det genomträngliga skiktets rörelse.

Man har även funnit att genom införande av luft i vattenflödet kan en mätsignal med ytterligare förbättrad dynamik erhållas. 512 011 5 Enligt en annan aspekt av denna uppfinning åstadkommes en apparat för an- vändning vid ett förfarande enligt uppfinningen, såsom likaledes specificeras i patentkraven.

Enligt ytterligare en aspekt av denna uppfinning kan apparaten användas så- som en bärbar anordning eller såsom en fast installation exempelvis i ett pap- persbruk.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett antal utföringsformer av uppfinningen beskrivs utförligt i det följande med hänvisning till figurerna på ritningarna, vari: Figur 1 är ett schematiskt diagram som visar huvuddelarna av en apparat enligt uppfinningen; Figur 2 är ett schematiskt diagram som visar huvuddelarna av en annan appa- rat enligt uppfinningen; Figur 3 visar en sektion genom en anordning för införande av luft i vattenflödet, ansluten till ett munstycke hos en apparat enligt uppfinningen; Figur 4 visar en vy av en anordning för införande av luft i vattenflödet ansluten till ett munstycke för en apparat enligt uppfinningen, vid användning vid ett förfarande för mätning av permeabiliteten hos en löpande vira; Figur 5 visar flödet genom ett munstycke uppmätt vid konstant tryck i förhål- lande till trycket i munstycket uppmätt vid konstant flöde genom munstycket, genom mätningar genomförda på en ny och en begagnad vira respektive filt; och Figur 6 visar de uppmätta värdena för permeabilitetssignalen såsom en funktion av maskinhastigheten, vid ett förfarande med användning av ett flöde av vatten respektive med användning av ett flöde av vatten och luft. 512 011 Den apparat som visas på Figur 1 innefattar en anordning 1 för konstant flöde till vilken vatten tillförs genom en ledning 2.

Anordningen 1 för konstant flöde innefattar en tryckregulator 3 och en flödesre- gulator 4, varvid den förstnämnda åstadkommer ett specificerat tryck hos det vatten som strömmar in i den sistnämnda, exempelvis från 50 kPa till 1000 kPa, mer föredraget från 100 kPa till 600 kPa. Med hjälp av flödesregulatorn 4 kan volymhastigheten av flödet av vatten regleras till ett önskat värde, exempelvis från 5 till 100 ml/sekund, företrädesvis frán 20 till 50 ml/sekund.

Anordningen 1 för konstant flöde är genom vattenflödesledningen 2 kopplad till ett munstycke 5, vilket sistnämnda dessutom är kopplat till en tryckmätare 6, som även benämns permeabilitetsmätare. Permeabilitetsmätaren 6 uppmäter trycket av vattneti munstycket 5, och de uppmätta värdena överförs eventuellt till en registreringsanordning 7. Tryckvärdena som uppmäts i munstycket 5 är vanligen från 0 till 100 kPa.

Munstycket 5 har en utloppsöppningsdiameter av 2-15 mm, företrädesvis 3-7 mm. Det har företrädesvis en form som är lämpad för att ge en tät förslutning mot skiktmaterialet när det hålls mot detta, utan att orsaka någon skada på skiktmaterialet. Såsom ett exempel kan utloppsöppningen hos munstycket 5 ha rundad ytterform med rundade, något utskjutande kanter.

Vid genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för mätning av permeabi- liteten hos ett genomträngligt skíktmaterial, såsom pressfilt eller Vira i exempel- vis en pappersmaskin, pressas munstycket 5 mot skiktmaterialet och vatten förs genom munstycket med en konstant flödeshastighet. Munstycket kan hål- las orörligt mot det genomträngliga skiktmaterialet eller kan föras över detta (tvärs över detta), under det att det genomträngliga skiktmaterialet i sin tur kan vara i vila eller frammatas i pappersmaskinen. 512 011 7 Volymhastigheten av flödet av vatten genom munstycket 5 är i allmänhet från 5 till 100 ml/ sekund, företrädesvis från 20 till 50 ml/ sekund.

Vatten kan tillföras till apparaten antingen från en vattentank, med användning av en pumpanordning, eller direkt från ett vattendistributionssystem, såsom det kommunala vattenledningssystemet.

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen, som särskilt föredrages när det ge- nomträngliga skiktmaterialet är en vira, används en apparat av det slag som visas på Figur 2. Denna apparat innefattar, förutom elementen hos den apparat som visas på Figur 1, organ 8 för införing av gas, såsom luft, i ett vätskeflöde, såsom flödet av vatten, som används vid förfarandet enligt uppfinningen. Orga- net 8 för införing av gas kommer i följ ande beskrivning att benämnas luftinjek- tor eftersom luft är en föredragen gas vid förfarandet enligt uppfinningen med hänsyn till kostnader och tillgänglighet. Luftinjektorn 8 kan vara anordnad på vattenflödesledningen 2 mellan konstantflödesanordningen 1 och munstycket 5, eller kan vara integrerat i flödesregulatorn 4 hos konstantflödesanordningen 1.

En föredragen utföringsform av luftinjektorn 8 åskådliggörs på Figur 3. Luftin- jektorn 8, som visas på Figur 3, innefattar en inloppskanal 9 för luft omgiven av en företrädesvis ringformig öppning 10 för flödet av vatten i ledningen 2, som båda mynnar i en blandningszon 1 1 för luften och vattenflödet.

I det i större skala visade området på Figur 3 visas en föredragen utföringsform av luftinjektorn 8 innefattande en radiell begränsning i blandningszonen 1 1.

Profilen hos innerväggen 12 hos luftinjektorn 8 innefattar en ringformig kant 13 som motsvarar begränsningen.

Vattenflödet som tillförs från ledningen 2 genom den ringformiga öppningen 10 med hög flödeshastighet träffar den ringformiga kanten 13. Såsom en följd av detta erhålles en luft~venturieffekt, varigenom luft indrages genom inloppska- nalen 9 in i vattenflödet. Blandningszonen ll följs av en kanal 14, genom vilken flödet av vatten och luft når munstycket 5. _ 512 011 På Figur 4 anges luftinjektom 8 kopplad till munstycket 5 såsom använt vid ett förfarande för mätning av permeabiliteten hos ett genomträngligt skiktmaterial 16, här en under rörelse varande vira. Genom kanalen 15 är det inre av mun- stycket 5 anslutet till tryckmâtaren 6. Trycket av flödet av vatten och luft i munstycket 5 kan sålunda kontinuerligt uppmätas, och trycket varierar såsom en funktion av virans 16 permeabilitet för vatten. Såsom framgår av Figur 4 hålls vid genomförande av mätningen munstycket 5 tätt mot viran 16, och en blandning av vatten och luft bringas att strömma genom munstyckets 5 myn- ning. Munstycket 5 kan förflyttas över den under rörelse varande viran 16, ex- empelvis i en riktning, som är väsentligen tvärriktad mot virans 16 rörelserikt- ning.

Figur 5 åskådliggör användningen av tryckmätning vid konstant flöde jäinfört med användning av flödesmätning vid konstant tryck såsom ett sätt att mäta permeabiliteten hos ett genomträngligt skiktrnaterial. De två övre kurvorna på Figur 5 visar flödet i förhållande till trycksignalen för en ny vira respektive en begagnad vira, under det att de två nedre kurvorna visar flödet i förhållande till trycksignalen för en ny pressfilt respektive en begagnad pressfilt. Av Figur 5 framgår att över större delen av tryck- och flödesområdet, med undantag av om- rådet för mycket låga värden av tryck och flöde, är tryckvariationen större än en motsvarande flödesvariation, vilket gäller för både pressfilten och virarnaterialet.

Figur 5 visar således att mätningen av tryck vid ett konstant flöde är överlägset såsom en indikation på permeabiliteten hos ett genomträngligt skiktmaterial.

Figur 6 visar den uppmätta permeabilitetssignalen såsom en funktion av ma- skinhastigheten. Såsom anges i det föregående har, vid en lägre flödeshastighet hos vattnet, mätsignalen en benägenhet att bli beroende av hastigheten hos det genomträngliga skikt, som rör sig i pappersmaskinen. Vid ökande maskinhas- tighet är sålunda den uppmätta permeabilitetssignalen väsentligt högre än den som uppmäts vid lägre maskinhastighet. Ett sätt att undvika denna felkällever- kan skulle vara att använda en högre volymhastighet hos vattenflödet. Detta kommer emellertid även att leda till en högre Vattenförbrukning, vilket är en 512 011 9 särskilt besvärlig olägenhet i fråga om en portabel anordning innefattande en portabel vattenbehållare. Genom att införa luft i vattenflödet för erhållande av ett blandat flöde av vatten och luft kan förbrukningen av vatten minskas med så mycket som exempelvis 15%.

Genom användning av förfarandet och anordningen enligt uppfinningen kan graden av förslitning och igensättning av ett genomträngligt skiktmaterial, så- som pressfilt eller vira i en pappersmaskin, övervakas på ett bekvämt sätt med en ökad grad av känslighet.

Vidare kan apparaten användas på ett genomträngligt skiktmaterial, såsom en pressñlt eller vira i en pappersmaskin för att specifikt bestämma vilka områden som behöver rengöring.

Efter rengöring av det genomträngliga skiktrnaterialet kan man kontrollera ett tillfredsställande resultat av rengöringsbehandlingen genom att på nytt mäta perrneabiliteten hos det sålunda rengjorda materialet.

Vidare kan vid utveckling och tillverkning av nya genomträngliga skiktmaterial förfarandet och anordningen användas för undersökning av avvattningsförmå- gan hos materialet.

Apparaten kan vara en bärbar såväl som en fast anordnad installation i exem- pelvis en pappersmaskin, t ex monterad på en däröver rörlig kran, eller på en arm eller stång som sträcker sig in i pappersmaskinen.

Claims (12)

512 011 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för mätning av permeabiliteten för vatten hos ett genom- trängligt sldktmaterial (16) innefattande såsom steg anbringande av mun- stycksorgan (5) mot en yta av skiktmaterialet ( 16) och ástadkommande av ett vattenflöde genom munstycksorganet (5), k ä n n e t e c k n a t av att man upp- rätthåller ett konstant vattenflöde genom munstycksorganet (5), och mäter trycket av det konstanta vattenflödet i munstycksorganet (5).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det kon- stanta vattenflödet har en flödesvolymhastighet av från 5 till 100 ml / sekund, företrädesvis från 20 till 50 ml/ sekund.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att för- farandet är utformat genomförbart på ett genomtrângligt skiktmaterial ( 16), så- som en tryckfilt eller vira i en pappersmaskin under drift av maskinen.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att man inför en gas, exempelvis luft, i vattenflödet.

5. Apparat för genomförande av förfarandet enligt något av patentkraven 1-3 innefattande organ ( 1) för tillföring av ett konstant vattenflöde, munstycks- organ (5) för det konstanta vattenflödet och organ (6) för mätning av trycket av det konstanta vattenflödet i munstycksorganet (5).

6. Apparat enligt patentkrav 5 vari organen (1) för tillföring av konstant vattenflöde innefattar organ (3) för reglering av trycket av ett vattenflöde och or- gan (4) för reglering av volymhastigheten av vattenflödet.

7. Apparat enligt patentkrav 5 eller 6 vari munstycksorganen (5) inne- fattar en utloppsöppning med en diameter av 2-15 mm, företrädesvis 3-7 mm. 512 011 11

8. Apparat enligt något av patentkraven 5-7 för genomförande av förfa- randet enligt patentkrav 4, k å n n e t e c k n a t av att dessutom innefatta organ (8) för införande av en gas, såsom luft, ivattenflödet.

9. Apparat enligt patentkrav 8 vari organen (8) för införande av en gas i vattenflödet innefattar en inloppskanal (9) för gasen omgiven av en företrädesvis ringformig öppning (10) för vattenflödet, som mynnar i en blandningszon (1 1) för gasen och vattenflödet.

10. Apparat enligt patentkrav 9 vari blandningszonen (11) har en geomet- risk utformning, som ger en venturieffekt i närheten av utloppsöppningen hos inloppskanalen (9) för gasen så att gas från inloppskanalen (9) medförs in i vat- tenflödet.

11. Apparat enligt patentkrav 9 eller 10 vari blandningszonen (1 1) är an- sluten till munstycksorganens (5) utloppsöppning genom en kanal (14).

12. Anordning (8) för införande av gas till ett vätskeflöde i en ledning (2), innefattande en inloppskanal (9) för gasen omgiven av en företrädesvis ringfor- mig öppning (10) för våtskeflödesledningen (2), som mynnar i en blandningszon (11), varvid en ringformig kant (13) år anordnad i blandningszonen (1 1), varige- nom gas medförs från inloppskanalen (9) in i vätskeflödet i ledningen (2).