TWI481766B - 排液裝置以及用以維持和調和形成纖維層之設備中於造紙過程中所涉及之流體動力過程之方法 - Google Patents

Description

排液裝置以及用以維持和調和形成纖維層之設備中於造紙過程中所涉及之流體動 力過程之方法 發明領域

本發明係針對形成紙張所用的一裝置。更特定言之，本發明係針對包含於纖維層之形成中用於維持流體動力過程的一裝置。此裝置之性能並不受造紙機之速度、紙張之基重及/或所形成之纖維層的厚度影響。

發明背景

一般而言，於造紙工業方面所廣為熟知的是對於一形成織物自紙漿正確地排放液體係為一重要步驟，用以確保獲得一優質產品。此係經由使用通常位在造紙機，例如一福得林造紙機(Fourdrinier paper machine)，之濕部(wet end)的排液刮刀或箔而達成。(應注意的是排液刮刀一詞，如於此所使用，係意指包括造成排液或原料活性或為該二者的刮刀或箔。)現今針對該等刮刀的廣泛不同的設計係為可利用的。典型地，該等刮刀係配置作為供網或形成織物所用的一支承表面，具有一供脫水所用的一拖曳部分(trailing portion)，其係以角度地遠離網。如此將於刮刀表面與織物之間產生一間隙，導致刮刀與織物之間產生真空。如此不僅將水自織物排放，而且亦導致將織物拉下。當真空消失時，織物回復其之位置，能夠造成涵蓋原料的一脈衝，對於原料分佈係為所需的。活性(由網偏斜所造成)及自紙張排放的水量係直接地與由刮刀產生的真空有關，並因而彼此相關。由該等刮刀所導致的排液及活性能夠藉由將(該等)刮刀配置位在一真空室上而增強。排液與活性之間的直接關係非令人滿意的，因為儘管活性總是為令人滿意的，但於紙張形成過程中提早過度排液會對纖維及填料之保留有不利的影響。快速排液亦會造成紙張封合，導致接續的水分去除作業更為困難。現存的技術迫使造紙商為了放緩提早排液而需對所需的活性作出讓步。

藉由液體對液體輸送而完成排液作業，諸如於頒與Ward之美國專利第3,823,062號中所講授，其於此併入本案以為參考資料。此參考資料教導經由突然的壓力衝擊原料而去除液體。參考資料說明將水自懸浮體之液體對液體排液作業與傳統式排液作業相較不激烈。

於頒與Corbellini的美國專利第5,242,547號中有教導一相似類型的排液作業。此專利教導防止在與紙張待排液之相對的形成織物之表面上形成一彎液面(meniscus)(空氣/水界面)。此參考資料係藉由將包含刮刀的真空盒結構泛水並藉由一控制機構調整液體之抽取而完成該目的。此係視為”潛式排液作業(Submerged Drainage)”。其能經由使用抽吸盒中的次大氣壓力而達到改良排水作業。

除了排液作業外，該等刮刀係經建構用以蓄意地於懸浮體中產生活性，為了提供纖維束之令人滿意的分佈。例如，於頒與Fuchs的美國專利第4,789,433號中教導該一刮刀。此參考資料指導使用波浪狀刮刀(較佳地具有一粗糙的排水表面)用以於纖維懸浮體中產生微亂流(microturbulence)。

其他類型的刮刀期望能夠避免發生亂流，但依然會導致排液，例如，諸如於頒與Kallmes的美國專利第4,687,549號中所說明者。此參考資料指導填注刮刀與捲包之間的間隙，並說明缺少空氣防止間隙中水之膨脹及孔蝕現象(cavitation)且大體上消除任何壓力脈波(pressure pulse)。複數之該等刮刀及其他配置係見於以下的先前技術中：美國專利第5,951,823號；5,393,382號；5,089,090號；4,838,996號；5,011,577號；4,123,322號；3,874,998號；4,909,906號；3,598,694號；4,459,176號；4,544,449號；4,425,189號；5,437,769號；3,922,190號；5,389,207號；3,870,597號；5,387,320號；3,738,911號；5,169,500號及5,830,322號，該等文件於此併入本案以為參考資料。

傳統地，高速及低速造紙機生產具有寬廣範圍之基重的不同等級紙張。形成紙張係為一流體力學的過程，以及纖維之運動接著流體之運動，因為與液體中的黏性阻力相較，一個別纖維之慣性力係為小的。形成及排液元件影響三主要流體動力過程，其係為排液、原料活性及導向剪切。液體係為一物質其根據作用於其中或是其上的剪力而反應。排液係為經由網或纖維的流動，並且其之特徵在於流體速度通常為時間相關。

原料活性，於一理想化狀況下，係為未排液纖維懸浮體之流動速度中的隨機波動，並且一般而言係由於在感應排液力後或因刮刀構形造成形成織物之偏斜而於流動中產生動量上變化而顯現。原料活性之主要效果在於斷裂網眼織物並使懸浮體中纖維流動。導向剪切及原料活性係為二產生剪切過程，不同之處係僅在於在一相當大尺度上其之定向程度，亦即，與個別纖維之尺寸相較的一大尺度。

導向剪切係為於未排液纖維懸浮體中具有一明顯且可識別的圖案的剪切流。橫向(”CD”)導向剪切改良了紙張形成及測試。對於CD剪切的主要歷程(位於造紙機上未震動)係為於織物之原料中產生、塌陷及接續創新定義明確的縱向(”MD”)脊狀部分。該等脊狀部分之來源可為流漿箱勻漿輥(headbox rectifier roll)、流漿箱唇板(headbox slice lip)(例如，見於1995年11月9日公開的國際申請案PCT WO95/30048號)或是一成型噴水(formation shower)。脊狀部分於固定間隔下塌陷及重新形成，視機器速度及形成織物上方質量而定。如此係視為CD剪切轉化。假若纖維/水漿液保持其之最大的原始動能並係承受直接位在(於縱向上)低於自然轉化點的排液脈衝，則轉化之數目以及因此CD剪切的作用係最大化。

於任一形成系統中，可同時地進行所有該等流體動力過程。一般而言其於時間或空間並非均勻地分配，並且其非完全地相互獨立，其係相互影響。事實上，該等每一過程對整體系統有多於一方式的貢獻。因此，儘管上述先前技術可提供前述流體動力過程之一些觀點，但未以一相對簡單且有效的方式調和所有過程。

位於長網網案(Fourdrinier table)之在前部分中的原料活性對於生產優良紙張而言係為關鍵性的。一般地，原料活性能夠定義為在形成織物上之纖維－水漿液中的亂流。此亂流係於所有三維方向上發生。藉由在形成紙張時阻止紙張成層，將纖維束分離以及使纖維隨機定向，使原料活性在形成良好成型作業中扮演一重要的地位。

典型地，原料活性品質係與自紙張所去除水成反比；亦即，假若脫水率係減慢或受控制，則典型地增強活性。當去除水分時，由於紙張變得定型，缺乏水，其係為發生活性的主要介質所以活性變得更為困難，變得較為不足。因此，良好的造紙機作業係為於活性、排液與剪切作用之間的一平衡。

每一成型機器之容量係由構成網案(table)的成型元件而決定。在一形成板後，接續的元件必需將剩餘的水分排放而未破壞已形成之層。該等元件之目的係用以強化藉由先前成型元件所完成的作業。

當基重增加時，層之厚度隨之增加。就實際成形/排液元件而言，其無法維持足夠強勁用以產生完成一完全形成紙張所需之流體動力過程的一經控制之液壓脈衝。

為了促進活性及排液，用以將排放水再引入纖維原料中的傳統式裝置的一實例係於第1－7圖中顯示。

第1圖中之一網案輥100造成施加至紙張96的一大的正壓脈衝，其係由形成織物98經強制進入導入輥92與形成織物98構成的進來軋縫的狀況下由水94所造成。再引入水量係限制在黏附至輥92之表面的水。正脈衝對原料活性具有良好的效果；其導致與紙張表面垂直的流動。同樣地，在輥90之退出側上，產生大的負壓，其大大地激發排液及去除細料(fine)。但降低層中稠度並不顯著，因此經由增加活性僅得極小的改良。網案輥一般係限定在相對較慢的機器，因為在特定速度下傳送至重基重紙張的所需正脈衝變得一非令人滿意的正脈衝，其在較快速度下分裂較輕的基重。

第2圖中顯示一重力箔88。藉由一箔刮刀86產生的真空係隨著箔角度及/或刮刀長度增加而增加。於此例中，真空係與機器速度的平方成正比。由箔刮刀所產生的真空力係隨著纖維層96排液阻力增加而增加。通常位在約0.5至1度角度範圍中的低箔刮刀角度，係於形成網案之在前部分中使用。對於網案之乾燥端該角度會增加上至3到4度。當於縱向上可用的水少時，所選定角度應容許分叉間隙以水填注。

第3至7圖顯示具有不同刮刀配置的低真空箱84。亦於低真空箱中使用一重力箔。該等低真空加強單元84提供造紙者一工具，藉由控制施加的真空及脈衝特性顯著地影響過程。刮刀箱構形之實例包括：如第2圖中所示之重力箔或箔刮刀箱88；平刮刀或濕箱(未顯示)；如第3－5及7圖中顯示的階梯刮刀82；如第6圖中顯示的偏移平面刮刀80；以及如於第7圖中顯示的正脈衝階梯刮刀78。

傳統地，箔刮刀箱、偏移平面刮刀箱及階梯刮刀箱主要地係於形成過程中使用。

於使用中，一真空加強箔刮刀箱如同重力箔產生真空，未經控制連續地去除水分，以及主要的排液過程係為過濾。典型地，對於已形成的層並無重新流體化。

於一真空加強平刮刀箱中，產生一輕微正脈衝涵蓋刮刀/網接觸表面，以及施加在纖維層上的壓力係僅達箱中維持的真空程度。

於一真空加強階梯刮刀箱中，如第3圖中所示，視諸如階梯長度、刮刀間跨距、機器速度、階梯深度以及施加的真空而定產生複數之壓力量變曲線。階梯刮刀於刮刀之在前部分產生一相對於機器速度之平方的尖峰真空，此尖峰負壓導致水分排放並且同時網係朝向階梯方向偏斜，部分之已排放水分係經強制往回移動進入層中使纖維重新液體化並因合成剪力使纖維束分離。假若所施加的真空高於所需，則強制網與刮刀之階梯接觸，如第4圖中所示。在該一狀況下一些作業時間後，於階梯中箔積聚污物，喪失降至最低的液壓脈衝，如第5圖中所示，並防止將水再引入纖維層中。

如第6圖中所示，真空加強偏移平面刮刀箱在網線下方的二不同高度處具有前/後及中間平刮刀80。中間刮刀80係經設定低於網線用以限制在真空狀況下網之偏斜，並在形成網下產生一具有水分的流體動力軋縫。

真空加強正脈衝階梯刮刀低真空箱，如第7圖中所示，藉由使每一刮刀將由在前的刮刀所去除的部分水分再引入往回進入纖維層中而使紙張重新流體化。然而，並無控制再引入紙張的水量。

儘管一些前述之參考資料具有特定伴隨的優點，但總是需要進一步的改良及/或可任擇的形式。

發明概要

本發明之一目的係提供一機器用以維持構成於其上的紙張之流體動力過程。

本發明之一進一步目的係提供一可與一形成紙板使用的機器及/或一速度誘導排液機器。

本發明之一進一步目的在於機器之效率不受機器速度、紙張之基重及/或纖維層之厚度的影響。

本發明複數之新穎特性係特別地於附加的申請專利範圍中提及並構成揭示內容的一部分。為對本發明有較佳的瞭解，藉由說明本發明之較佳具體實施例之用途、參考伴隨的圖式及說明內容能夠獲得其之操作優點及具體目的。

圖式簡單說明

藉由實例作以上詳細的說明並且不意欲將本發明完全地限定於此，結合伴隨的圖式將充分地察知，其中相同的代表符號係標示相同的元件及配件，其中：第1圖係為一熟知的網案輥；第2圖係為一熟知的重力箔刮刀；第3圖係為一熟知的具有階梯刮刀之低真空箱；第4圖係為一熟知的具有階梯刮刀之低真空箱，網碰觸階梯；第5圖係為一熟知的低真空箱，階梯刮刀具有污物積聚；第6圖係為一熟知的偏移平面刮刀低真空箱；第7圖係為一熟知的正脈衝刮刀低真空箱；第8圖係為本發明之一觀點的一刮刀；第9圖係為第8圖之一刮刀，其中為了清楚起見將刮刀之支撐件4去除；第9a圖係為第9圖之一刮刀，根據本發明之另一觀點具有一偏移部分用以控制排液；第10圖係圖示本發明之另一觀點的一刮刀；第10a圖係為第10圖之一刮刀，其具有一多角度微活性區域；第10b圖係為第10圖之一刮刀，其具有樞轉點；第10c圖係為第10圖中所示的一刮刀及支撐件的一剖面圖；第10d圖係為第10圖中所示的一刮刀的一剖面圖，其具有一可任擇的支撐件；第10e圖係為可與第10圖中所示之刮刀一同使用的一支撐刮刀的一俯視圖；第10f圖係為第10e圖之支撐刮刀其處於支撐件係開啟容許水分流經支撐件的一點處的一橫截面視圖；第10g圖係為第10e圖之支撐刮刀其處於支撐葉片係由支撐件4d加以閉合的一點處的一橫截面視圖；第10h圖係為第10e圖之支撐刮刀的一側視圖；第11圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第12圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第13圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第14圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第15圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第15a圖係為第14圖中所示之刮刀，其於箔之間具有複數之主體部分；第15b圖係為第15a圖中所示之刮刀，其於主體上具有樞轉點；第15c圖係為第14圖中所示之刮刀，其具有伸長的及複數的活性區域；第15d圖係為第15c圖中所示的刮刀，其具有樞轉點；第16圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第17圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第18圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第19圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第20圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第20a圖係為本發明之另一觀點的一刮刀之流體性能；第21圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第22圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第23圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第24圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第25圖係為本發明之至少一觀點的刮刀幾何形狀的一詳細圖；第26圖係為根據本發明之一觀點用以計算壓力的刮刀幾何基礎；第27圖係為根據本發明之另一觀點用以計算壓力的刮刀幾何基礎；以及第28圖係為本發明之一觀點的一刮刀中之水流。

較佳實施例之詳細說明

相關於第8、9、9a、10、10a及10b圖能夠理解本發明之一觀點。於第8圖中，主體3包括一與形成織物2接觸的前緣3a。如第8圖中所示，與形成織物接觸的前緣3a係為平坦的且與形成織物2平行。於此實例中，前緣3a與形成織物完全地接觸係為所需的。前緣3a之後係為一分叉表面3b，其與前緣3具有坡度。分叉表面相關於前緣的角度較佳地係位在約0.1至10度的範圍內。然而，較佳地角度小於10度。

再者，具有一通道5其通至一經控制的亂流區域8並接著通至一微活性區域12。微活性區域12可如第8及9圖中所示般平坦，或可如第10圖中所示般包括一階梯15用以產生經控制的亂流。可任擇地，微活性區域12具有一分叉部分12c以及一會聚部分12d，如第10a及10b圖中所示。分叉部分12c與水平具有一角度α，以及會聚部分12d與水平具有一角度β。角度α及β可為相同或較佳地為不同用以使微活性區域中的活性最佳化。如第9a圖中所示，微活性區域12亦可包括一偏移平面12a，為了保持水分用以改良活性及控制。實務上，視機器速度、纖維層之稠度及其之基重而定，使用一平坦、有角度或是階梯狀的微活性區域。

於通道5與微活性區域12之間，具有一支撐刮刀4。支撐刮刀4有助於保持形成織物2與主體3(或如第15圖中所示3及16，以下將加以說明)分離。支撐刮刀4亦構成通道5。通道5容許水7自纖維漿液1排放，通過織物2並朝向微活性區域12之後的經控制亂流區域8移動。支撐刮刀4係藉由間隔件14設定在適當位置並藉由螺栓6及間隔件14加以固定。在支撐刮刀未偏斜且無產生擾流的該一形式下，螺栓6係均勻地分佈涵蓋機器寬度。在微活性區域12之後，於該處形成織物2最接近地接觸刮刀，水分排放至排水設備10。

於第10c及10d圖中所示係為本發明之另一觀點，其中詳加顯示一支撐刮刀4a。第10c及10d圖係為在與刮刀之橫向相交的不同位置處所取的一刮刀之橫截面視圖。於第10c圖中，沿著間隔件4b所配置處的支撐刮刀4a之一部分所取的橫截面。此第10c圖之橫截面顯示一大體上實體支撐刮刀4a。對比地，第10d圖顯示沿著在無間隔件4b處的支撐刮刀4a之一不同部分所取的橫截面，但更確切地說穿過支撐刮刀4a的一通道5容許水在支撐刮刀4a下方流動。相關於第10e-h圖能夠理解本發明之此觀點的進一步細節，其中係分別地顯示俯視、橫截面及前視圖。間隔件4b較佳地具有一大體上圓滑的形狀，如第10e圖中所示，用以促進通過通道5之水流穩定。間隔件4b較佳地均勻分配涵蓋整個寬度4e。該一構形易於安裝或更換支撐刮刀4a，其較佳地如第10a－h圖中所示構成為整件式。

實務上，另一刮刀11可緊接著排水設備10安裝。於第8圖中可見第二刮刀11之一前緣。在形成網案上所必需之刮刀數目係視纖維漿液1之厚度T、原料之稠度、基重、保持性及機器速度而定。

使用本發明之不同觀點能夠具有複數之構形，包括：1.如第11圖中所示，具有一平坦表面12的刮刀；2.如第12圖中所示，具有一階梯15的刮刀；3.如第13圖中所示，具有階梯15及平坦表面12交替的刮刀；4.如第14圖中所示，刮刀具有邊緣16中的引導部分，其實際上係自刮刀之其餘部分去除，並具有一前緣其係與一平坦表面12結合與形成織物成角度地傾斜；5.如第15圖中所示，刮刀具有邊緣16中的引導部分，其實際上係自刮刀之其餘部分去除，並具有一前緣其係與一階梯15結合與形成織物成角度地傾斜；6.如第15a及15b圖中所示，刮刀具有自刮刀之其餘部分去除的邊緣16中的引導部分，並具有一前緣其係與具有由有或無樞轉點22的一會聚及一分叉部分12d及12c構成的活性區域之形成織物成角度地傾斜；或7.如第15c及15d圖中所示，刮刀24、25具有一伸長微活性區域其具多重分叉及會聚部分12c、12d，有或無樞轉點22。

根據本發明之特定觀點的其他刮刀之配置亦能夠涵蓋於本發明之範疇內。

第8、9、9a、10、10a及10b圖中所示之刮刀，執行一形成循環其中進行構成紙張所必需的流體動力過程。於前緣3a處，產生一正脈衝P1其造成剪切作用。於分叉表面3b處，由於增加動能並降低位能，所以水7自紙張或纖維漿液1排放。此係為刮刀上的第二流體動力過程。再者，支撐刮刀4產生一第二正脈衝P2，其係與P1相似。經排放的水7係繼續不斷地通過通道5。部分之經排放的水接著再引入位在微活性區域12及經控制的亂流區域8中的紙張2中。排液作業係隨著水經由排水設備10退出而持續進行。因此，於刮刀之該等部分中在一形成循環內進行三流體動力過程。

第10b圖顯示一樞轉點22其容許刮刀23之尾部分根據裝置之操作參數按需要加以調整。第15c圖圖示本發明之一進一步觀點在一單一長刮刀25具有多重的分叉及會聚的傾斜部分之循環。該等多重循環有助於在形成網案的在前部分中保存活性。第15d圖係圖示構成具有一樞轉點22的相同多重循環刮刀24。

漿液1之厚度T並未影響支撐刮刀4的性能或是機器的速度。實務上，第一階段之階梯A及B之尺寸係根據漿液之厚度及機器之速度按適當尺寸製作。就其本身而論，由於能夠藉由調整支撐刮刀4而調整階梯A，所以裝置之特性能夠針對一特定原料厚度及機器速度而最佳化。

由於流體動力過程係藉由刮刀執行，以及在刮刀之在前部分中再引入水，藉由本發明能夠達到以下的改良：I.於刮刀之在前部分中無過濾過程；Ⅱ.由於並無藉由作用在刮刀上的網所產生的曳力，如同刮刀係藉由水沿著其之長度而受支撐，能夠降低驅動網所需的動力；Ⅲ.由於並無連續的水流，所以在刮刀上並無污物積聚；Ⅳ.網上纖維係以相同水再分佈並活化；V.增加細料留著(fines retention)並均勻地分佈涵蓋紙張之厚度；Ⅵ.改良形成作業；Ⅶ.如所需地控制紙張的方正度；Ⅷ.排液係經控制，並可排除過濾過程；以及Ⅸ.紙張的物理性質係如所需地經改良或控制。

第14及15圖顯示本發明之一進一步觀點，其中前緣3係與刮刀之主體16分離。當於未除水分的先前元件中已完成排液或是在形成網案上具有限制空間時，於機器中此構形係為有用的，容許較大、經控制自纖維漿液1去除的水量。

第16、17、18、19、20及20a圖顯示本發明之特定觀點的刮刀之液壓性能。於第16圖，部分3a中產生一正脈衝P1造成剪切作用。分叉部分3b由於動能增加及降低位能而排放水7。此係為刮刀上的第二流體動力過程。支撐刮刀4產生與P1相似的一第二正脈衝P2。經排放水7連續地接著通過通道5。

於第17圖中，水7係藉由一箔17排放，其具有前緣3a及分叉部分3b，位在刮刀之一分開部分。再者，箔17之前緣3a產生一正脈衝P1並造成一剪切作用。分叉部分3b將水7自纖維漿液中排放用以提昇活性，其連續地流經通道5。再者，支撐刮刀4產生一與P1相似的脈衝P2(交替的正脈衝在橫向上產生剪切作用)。

第18、19、20及20a圖顯示以下的流體動力作用：第18圖中一平坦的微活性區域；第19圖中具有一偏移平面的一微活性區域；以及第20圖中的一階梯微活性區域。於該等每一圖式中，部分之經排放水7係再引入位在微活性區域12及/或經控制亂流區域8中的紙張1中。亦進行連續排液作業。如以上論及，於前緣3a處產生剪切以及支撐刮刀4造成脈衝P1及P2。當將水7再引入部分8中時，纖維係重新分佈，從而於部分8中產生活性。如第20圖中所示，於需要處，使用一階梯15產生細料剪切。為增加微活性區域12中的微活性，一偏移平面12a可如所需地用以保留附加的水。微活性區域12係由偏移部分12a及12b所組成。該等偏移部分可為平坦的或是具有角度。偏移部分12a及12b之最終設計係視漿液之厚度及機器速度而定。典型地，排液作業係於部分12、12a及12b之在後部分中受到控制。

第20a圖顯示一配置能夠在無附加真空下作業。如上所述，此能夠藉由使用分叉部分12c及會聚部分12d而達成。於使用中，會聚部分12d藉由導致位能損失的分叉角度而產生真空。如此產生真空接著將水自原料中取出。接著藉由會聚部分12d將一部分之水再引入並於原料中產生活性。然而，一大部分的水係藉由排水設備10排放。

於第21圖中，圖示本發明之一進一步觀點。流經通道5的水7於部分21中構成流線19。只要水7之流徑的液壓橫截面係連續地減小，將水7強制進入並再引入通過形成網13並進入纖維漿液1中。再引入水7之力量可將形成織物13偏斜。然而，至少若干程度上，此係能夠藉由因動能增加所產生的真空而抵銷。於部分18中，產生纖維活性及剪切作用，因而改良了纖維層形成。與一些上述所熟知的紙張製造方法不同，由於水連續地流經通道5，所以形成織物12並未接觸微活性區域12之表面。因此，紙張1中的剪切及纖維活性並未受阻。

於第22圖中，試圖針對微活性區域12保留一特定部分的水7，具有一包括部分12a及12b的偏移平面。為了控制排液作業，部分12b經設計具有一介於0.1與10度之間的角度。部分12b之角度的較佳範圍係介於1與3度之間。

第23圖係圖示一刮刀其使用一階梯15產生高程度的亂流。階梯15之實際尺寸係視漿液之厚度、漿液之稠度及機器速度而定。

第24圖係圖示水流之流線19其係在形成織物通過階梯15時出現。如所見，於縱向形成渦流並沿著整個機器寬度產生。當觀察具有一如第24圖中所示之縱向的一裝置時，渦流一般地係順時針地轉動。於再連接點處，水7之流動係變為穩定的。抵銷流動區域之尺寸將視機器速度、階梯尺 寸及階梯上的水量而定。渦流產生高程度之亂流以及纖維漿液與渦流之間的差速。此動作中斷纖維束，從而將纖維再分配並改良紙張形成。

本發明之另一觀點係針對刮刀幾何形狀。於第25圖中，介於支撐刮刀4之退出側與接續刮刀11之邊緣中的導引部分之間的區域係為出現剪切、活性及排液處(構成紙張所需的三流體動力過程)。刮刀之A側係為形成流體動力剪切及活性處，以及於刮刀之B側發生排液。第一階段係自支撐刮刀4之退出側至階梯15之邊緣。階梯A係根據自先前元件進入的水量以及於此階段排放的水量按尺寸製作。於第一階段，將水再引入纖維漿液1中並形成高剪切作用。由第二階段之開始處上至網偏斜之最大點，由於在階梯處的渦流以及於水7與形成織物13之間的瞬時差速而形成高活性。A側係為刮刀之較高壓力側，因而水總是於朝向刮刀之B側流動，最後產生排液。

第26圖提供一模型用以確定在形成織物上所形成的動壓力，其能夠由以下的方程式加以計算：

其中’m’係為網之偏斜，以吋為單位，’c’係為網之跨距，以吋為單位，’Vm’係為機器速度，單位為吸/分以及’K’係為一常數，其值為0.82864451984491991898e-3。

在形成織物上所形成的動壓力係與形成織物承受的重力與離心力成比例，一般係視為’g力(g-force)’，通常位在1至10的範圍內，然而，該數值介於3與5之間係為較佳的。

熟知此技藝之人士應確認的是能夠使用其他的’K’值進行此計算不致背離本發明之範疇，然而，以上提供的數值已確定為較佳的數值。

第27圖顯示分別地具有會聚及分叉部分12c及12d的一刮刀的一近視圖。儘管於此所示具有相同長度C1及C2，但該等長度可按製程的需要加以最適化。再者，角度α及β能夠分別針對真空的產生及將水再引入原料中而作最適化決定。

最後，第28圖一般地顯示當網通過支撐刮刀4並穿過分叉及會聚部分12c及12d時，在原料中產生的水之流型。如所見，於沿著刮刀的複數位置處將水去除並再引入原料中。

儘管本發明已相關於視為最實用且為較佳的具體實施例加以說明，但應瞭解的是本發明並不限定在所揭示的具體實施例，相反地，意欲涵蓋包括於附加的申請專利範圍之精神與範疇內的不同的修改及等效配置。

P1．．．正脈衝

P2．．．第二正脈衝

T．．．纖維漿液厚度

1．．．纖維漿液

2．．．形成織物

3．．．主體/前緣

3a．．．前緣

3b．．．分叉表面

4．．．支撐件/支撐刮刀

4a．．．支撐刮刀

4b．．．支撐件

4d．．．支撐件

4e．．．寬度

5．．．通道

6．．．螺栓

7．．．水

8．．．亂流區域

10．．．排水設備

11．．．第二刮刀

12．．．微活性區域/平坦表面

12a．．．偏移平面

12b．．．偏移部分

12c．．．分叉部分

12d．．．會聚部分

13．．．形成網

14．．．間隔件

15．．．階梯

16．．．主體/邊緣

17．．．箔

18．．．部分

19．．．流線

21．．．部分

22．．．樞轉點

23,24,25．．．刮刀

78．．．正脈衝階梯刮刀

80．．．偏移平面刮刀

82．．．階梯刮刀

84．．．低真空箱/低真空加強單元

86．．．箔刮刀

88．．．重力箔

90．．．輥

92．．．導入輥

94．．．水

96．．．紙張/纖維層

98．．．形成織物

100．．．網案輥

第1圖係為一熟知的網案輥；第2圖係為一熟知的重力箔刮刀；第3圖係為一熟知的具有階梯刮刀之低真空箱；第4圖係為一熟知的具有階梯刮刀之低真空箱，網碰觸階梯；第5圖係為一熟知的低真空箱，階梯刮刀具有污物積聚；第6圖係為一熟知的偏移平面刮刀低真空箱；第7圖係為一熟知的正脈衝刮刀低真空箱；第8圖係為本發明之一觀點的一刮刀；第9圖係為第8圖之一刮刀，其中為了清楚起見將刮刀之支撐件4去除；第9a圖係為第9圖之一刮刀，根據本發明之另一觀點具有一偏移部分用以控制排液；第10圖係圖示本發明之另一觀點的一刮刀；第10a圖係為第10圖之一刮刀，其具有一多角度微活性區域；第10b圖係為第10圖之一刮刀，其具有樞轉點；第10c圖係為第10圖中所示的一刮刀及支撐件的一剖面圖；第10d圖係為第10圖中所示的一刮刀的一剖面圖，其具有一可任擇的支撐件；第10e圖係為可與第10圖中所示之刮刀一同使用的一支撐刮刀的一俯視圖；第10f圖係為第10e圖之支撐刮刀其處於支撐件係開啟容許水分流經支撐件的一點處的一橫截面視圖；第10g圖係為第10e圖之支撐刮刀其處於支撐葉片係由支撐件4d加以閉合的一點處的一橫截面視圖；第10h圖係為第10e圖之支撐刮刀的一側視圖；第11圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第12圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第13圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第14圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第15圖係為本發明之另一觀點的一刮刀；第15a圖係為第14圖中所示之刮刀，其於箔之間具有複數之主體部分；第15b圖係為第15a圖中所示之刮刀，其於主體上具有樞轉點；第15c圖係為第14圖中所示之刮刀，其具有伸長的及複數的活性區域；第15d圖係為第15c圖中所示的刮刀，其具有樞轉點；第16圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第17圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第18圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第19圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第20圖係為本發明之一觀點的一刮刀之流體性能；第20a圖係為本發明之另一觀點的一刮刀之流體性能；第21圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第22圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第23圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第24圖係為本發明之一觀點的一刮刀中的水流動；第25圖係為本發明之至少一觀點的刮刀幾何形狀的一詳細圖；第26圖係為根據本發明之一觀點用以計算壓力的刮刀幾何基礎；第27圖係為根據本發明之另一觀點用以計算壓力的刮刀幾何基礎；以及第28圖係為本發明之一觀點的一刮刀中之水流。

P1．．．正脈衝

P2．．．第二正脈衝

T．．．纖維漿液厚度

1．．．纖維漿液

2．．．形成織物

3．．．主體/前緣

3a．．．前緣

3b．．．分叉表面

4．．．支撐件/支撐刮刀

5．．．通道

6．．．螺栓

7．．．水

8．．．亂流區域

10．．．排水設備

11．．．第二刮刀

12．．．微活性區域/平坦表面

13．．．形成網

14．．．間隔件

Claims (51)

1. 一種排液裝置，不論一形成纖維層之設備之機器速度、所形成紙張之重量基礎、或將要形成的纖維層之厚度為何，該排液裝置係用以維持和調和對於在通過該設備中之裝置的一織物上運送的紙漿或纖維漿液中恰當地將液體或水排放的複數之流體動力過程，並用以降低紙張或纖維層品質方面的橫向變化，該裝置包含：一主要刮刀，其具有一與織物相鄰的前緣支撐表面作為其之支撐件以及一向下地自前緣支撐表面分叉的後緣表面，在織物與後緣表面之間構成一通道；其中排放的水係部分或完全地再導入該纖維漿液，特徵在於該前緣支撐表面和該後緣支撐表面在該織物與該後緣表面之間形成一通道；以及其中通道將自紙漿排放的水引導進入主要刮刀與織物之間所構成的一控制亂流或是一微活性區域中，其中該排液裝置進一步包含一位設在該織物與該微活性區域之間的支撐刮刀，其中該支撐刮刀將織物與主要刮刀分離並構成通道。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀係為平坦的。
3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀包含一或更多階梯。
4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀包含一或更多分叉及會聚部分。
5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀包含階梯、分叉及會聚部分的一結合。
6. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該階梯係構成位在主要刮刀之後緣上。
7. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該分叉及會聚部分係構成位在主要刮刀之後緣上。
8. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該分叉部分與水平成一角度α以及該會聚部分與水平成一角度β。
9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其進一步包含位設在微活性區域之後的一排水設備。
10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀係環繞一樞轉點而配置。
11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀係包含可交替的階梯及平坦表面。
12. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該等階梯係根據紙漿之厚度及裝置的速度而按尺寸製作。
13. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該角度α及角度β係介於0.1度與10度之間。
14. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀進一步包含用以控制排液之一偏移部分。
15. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中在織物上所形成的一流體動壓力係使用以下的方程式加以確定： 其中m=織物之偏斜，以公釐為單位，c=織物之跨距，以公釐為單位，Vm=裝置速度，單位為公尺/分，K=0.2265541662426725694。
16. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主要刮刀係為伸長的並且包含複數之微活性區域。
17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該主要刮刀係環繞一樞轉點配置。
18. 如申請專利範圍第1項之裝置，其與一形成板或一排液系統一同使用，其中：該織物係一形成織物，其具有一外表面及一內表面；以及該主要刮刀具有一係為平坦且與形成織物之內表面平行並滑動地接觸之前緣支撐表面，以及一接著前緣並與前緣成一角度地傾斜的後緣表面，藉此將自纖維漿液排放的水輸送進入在該形成織物下方構成的一控制亂流或是一微活性區域中；其中該後緣的角度相對於前緣而言係在0.1至10度的範圍中。
19. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀包括一偏移平面，以保持水分用於改良活性及控制。
20. 如申請專利範圍第18項之裝置，其進一步包含一配置位在該織物與微活性區域之間的支撐刮刀，其中該支撐刮刀將該織物與主要刮刀分離並構成一通道，該通道將自 紙漿排放的水引導進入控制亂流或是微活性區域中。
21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該支撐刮刀容許水自由地流經通道。
22. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀包含一或更多階梯，以產生一控制亂流。
23. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀之前緣係和一平坦表面結合與形成織物成角度。
24. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀之該前緣係以由一會聚及分叉部分構成的微活性區域，以具有或不具一樞轉點之狀態，與形成織物成角度。
25. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀係為伸長的並且包含複數之微活性區域。
26. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀包含一或更多分叉及會聚部分。
27. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該支撐刮刀係藉由間隔件及螺栓安置在適當位置，間隔件及螺栓均勻地分配涵蓋該形成板或排液系統，致使該支撐刮刀不致自其之原始位置偏斜。
28. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該支撐刮刀係可以單件式地插置於該裝置之主體中，從而有助於容易安裝。
29. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該支撐刮刀之支撐件具有一大體上圓滑形狀，以促進穩定的水流通過通道，該支撐刮刀係均勻地分配涵蓋該形成板或排液系統 之整個寬度。
30. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀包含階梯、分叉及會聚部分的一結合。
31. 如申請專利範圍第26項之裝置，其中該分叉部分與水平成一角度α以及該會聚部分與水平成一角度β。
32. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀係環繞一樞轉點而配置。
33. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該前緣係與該形成織物成角度並包含一階梯。
34. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該排放水係於至少一部分的形成過程中再次使用，以產生一所需的流體動力效果。
35. 如申請專利範圍第18項之裝置，其進一步包含產生使纖維漿液排水的一流體動壓力之箔片，該流體動壓力係藉由一真空產生。
36. 如申請專利範圍第26項之裝置，其中該等分叉及會聚部分係環繞一樞轉點配置。
37. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該主要刮刀包含交替的階梯及平坦表面。
38. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該等階梯係根據該纖維漿液之一厚度及形成板或排液系統的一速度按尺寸製作。
39. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中在形成織物上所形成的一流體動壓力係使用以下的方程式加以確定： 其中m=形成織物之偏斜，以公釐為單位，c=形成織物之跨距，以公釐為單位，Vm=機器速度，單位為公尺/分，K=0.2265541662426725694。
40. 一種用以維持和調和一形成纖維層之設備中於造紙過程中所涉及之流體動力過程之方法，且該方法無需論該設備之機器速度、所形成紙張之重量基礎、或將要形成的纖維層之厚度為何，該方法包含以下步驟：提供一裝置，其包含一主要刮刀，該主要刮刀具有一與形成的織物相鄰的前緣支撐表面作為其之支撐件以及一向下地自前緣支撐表面分叉的後緣表面，在織物與後緣表面之間構成一通道；以及將自紙漿排放的水引導進入於該主要刮刀與該織物之間所構成的一控制亂流或是一微活性區域中，俾便容許至少一部分的排放液體經強制往回通過織物進入紙漿中；其中該方法進一步包含在該織物與該微活性區域之間提供一支撐刮刀，其中該支撐刮刀將織物與主要刮刀分離並構成通道。
41. 如申請專利範圍第40項之方法，其中該支撐刮刀係使用間隔件及螺栓固定。
42. 如申請專利範圍第40項之方法，其中為了容許液體流動 通過通道，未使用間隔件或螺栓固定支撐刮刀。
43. 如申請專利範圍第40項之方法，其進一步包含在織物上形成使用以下的方程式所確定的一流體動壓力的步驟： 其中m=織物之偏斜，以公釐為單位，c=織物之跨距，以公釐為單位，Vm=裝置速度，單位為公尺/分，K=0.2265541662426725694。
44. 如申請專利範圍第40項之方法，其用以在一造紙機中自一形成織物所含之紙漿排放液體，其中：該主要刮刀之一前緣支撐表面係為平坦且與形成織物之內表面平行並滑動地接觸，以及該後緣表面接著前緣並與前緣成一角度地傾斜，藉此將自纖維漿液排放的水引導進入在形成織物下方構成的一控制亂流或是一微活性區域中；該支持刀片形成一通道，該通道將自紙漿排放的水引導進入一控制亂流或是微活性區域中；以及該後緣的角度相對於前緣而言係在0.1至10度的範圍中。
45. 如申請專利範圍第44項之方法，其進一步包含提供一位在該織物與該微活性區域之間的支撐刮刀的步驟，其中該支撐刮刀將織物與主要刮刀分離並構成一通道，該通道將自紙漿排放的水引導進入一控制亂流或是微活性 區域中。
46. 如申請專利範圍第44項之方法，其中該主要刮刀之前緣係和一平坦表面結合與形成織物成角度。
47. 如申請專利範圍第44項之方法，其中該主要刮刀之該前緣係以由一會聚及分叉部分構成的一微活性區域，以具有或不具一樞轉點之狀態，與形成織物成角度。
48. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該支撐刮刀係使用間隔件及螺栓固定，該等間隔件及螺栓均勻地分配涵蓋該刮刀，致使該支撐刮刀不致自其之原始位置偏斜。
49. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該支撐刮刀係可以單件式地插置於該織物和該微活性區域之間，從而有助於容易安裝。
50. 如申請專利範圍第44項之方法，其進一步包含提供箔片之步驟，該等箔片產生一將纖維漿液排水的流體動壓力，該流體動壓力係藉由一真空產生。
51. 如申請專利範圍第50項之方法，其中在形成織物上所形成的一流體動壓力係使用以下的方程式加以確定： 其中m=形成織物之偏斜，以公釐為單位，c=形成織物之跨距，以公釐為單位，Vm=機器速度，單位為公尺/分，K=0.2265541662426725694。