DE102009010037A1

DE102009010037A1 - Anordnung zur Druckreduzierung

Info

Publication number: DE102009010037A1
Application number: DE200910010037
Authority: DE
Inventors: Erwin Binder; Christian Bangert
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-02-21
Filing date: 2009-02-21
Publication date: 2010-08-26
Also published as: WO2010094358A2; WO2010094358A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung des Drucks bei der Förderung einer Faserstoffsuspension (S) mit Hilfe einer Turbine (5, 6), welche zumindest ein von der Faserstoffsuspension (S) durchströmtes und auf einer rotierbaren Welle (21) gelagertes Laufrad (22) besitzt. Dabei sollen Druckpulsationen in der Faserstoffsuspension (S) dadurch verringert werden, dass die Turbine (5, 6) als Axialturbine ausgeführt ist, wobei das Laufrad (22) parallel zur Welle (21) durchströmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung des Drucks bei der Förderung einer Faserstoffsuspension mit Hilfe einer Turbine, welche zumindest ein von der Faserstoffsuspension durchströmtes und auf einer rotierbaren Welle gelagertes Laufrad besitzt.
Die Faserstoffsuspension wird meist durch ein geschlossenes System, insbesondere durch Rohrleitungen und Apparate geführt. Dabei kann es erforderlich sein, an bestimmten Stellen den Druck zu reduzieren.
Üblicherweise erfolgt dies über drosselnd wirkende Regelorgane, insbesondere Ventile oder Schieber.
Dabei wird die Druckenergie an der Drosselstelle in nutzlose Wärme umgesetzt. Des Weiteren kann es dabei zu Druckpulsationen im Strom der Faserstoffsuspension kommen, was sich negativ auf den weiteren Prozess, insbesondere die Herstellung einer Faserstoffbahn auswirkt.
In der DE 10 2007 001 848 wird daher eine Turbine zur Energiegewinnung vorgeschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Druckpulsationen in der Faserstoffsuspension beim Einsatz einer Turbine zu minimieren.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Turbine als Axialturbine ausgeführt ist, wobei das Laufrad parallel zur Welle durchströmt wird. Axialturbinen dämpfen Druckschwankungen in erheblichen Umfang und vermindern den Druck in einem relativ engen Toleranzbereich unabhängig davon, ob das Laufrad läuft oder blockiert ist.
Um die Fortpflanzung von Druckschwankungen durch die Turbine zu behindern und das Entstehen neuer Druckschwankungen durch die Axialturbine insbesondere hinsichtlich ihrer Stärke zu minimieren, sollte das Laufrad mindestens acht, vorzugsweise wenigstens zehn Rotorflügel besitzen.
Dies kann noch dadurch verbessert werden, dass das Laufrad mindestens 12, vorzugsweise wenigstens 14 Rotorflügel besitzt.
Zur Nutzung der Druckenergie der Faserstoffsuspension sollte die Welle mit einem Generator, vorzugsweise einem Asynchrongenerator gekoppelt sein.
Der üblicherweise in ein Stromnetz einspeisende Generator dient nicht nur zur Energiegewinnung sondern auch zum Ausgleich hydraulischer Instabilitäten.
Über die Netzfrequenz des Stromnetzes wird bei Asynchrongeneratoren die Drehzahl des Laufrades im Wesentlichen konstant gehalten.
Bei höherem Druck der Faserstoffsuspension wird so mehr Energie erzeugt und in das Stromnetz gespeist. Fällt der Druck ab, so vermindert sich die eingespeiste Energie entsprechend.
Im Ergebnis kommt es zur einer verbesserten Dämpfung von Druckpulsationen im Faserstoffsuspensionsstrom.
Wegen der Empfindlichkeit des Systems ist es von Vorteil, wenn die Turbine vorzugsweise im Bereich der Aufbereitung der Faserstoffsuspension oder im Konstantteil einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn angeordnet ist.
Besondere Vorteile ergeben sich dabei, wenn die Faserstoffsuspension aus einem Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder wenn die Faserstoffsuspension in Form des Rejekts eines Drucksortierers zur Turbine geleitet wird.
Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: ein Anlagenschema;
2: einen schematischen Querschnitt durch eine Axialturbine und
3: einen schematischen Querschnitt durch eine andere Axialturbine.
Gemäss dem in 1 gezeigten Konstantteil einer Maschine zur Herstellung einer Papier- Karton- Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn wird eine Faserstoffsuspension S in der üblichen Weise durch Vermischung einer Dickstoffsuspension 4 mit einer Verdünnungsflüssigkeit erzeugt und hat danach im Wesentlichen die für den Betrieb des Stoffauflaufes 1 der Papier- oder Kartonmaschine 2 an dieser Stelle gewünschte Konsistenz.
Bekanntlich liegen Stoffauflauf-Konsistenzen im Bereich zwischen 0,5 und 2%, in der Regel um 1%. Die Verdünnungsflüssigkeit, die an einer Mischstelle 3 zugeführt wird, stammt bei dem hier gezeigten Beispiel überwiegend aus dem ersten Siebwasser 15, also dem im Formierbereich der Papier- oder Kartonmaschine 2 angefallenen Wasser. Es wird oft als Siebwasser I (SWI) bezeichnet im Unterschied zum später auf der Papiermaschine anfallenden Siebwasser, das sehr viel weniger Feinstoffe enthält.
Es ist bekannt, dass solches Siebwasser 15 u. a. mit einem beträchtlichen Anteil an Luft und eventuell sonstigen Gasen vermischt ist. Das Siebwasser 15 wird unterhalb des Papiermaschinen-Siebes aufgefangen und seitlich abgeleitet. In den dazu benutzten offenen Rinnen kann bereits ein großer Teil der enthaltenen Luft austreten. Dennoch ist es oft sinnvoll, weitere an sich bekannte und hier nicht gezeigte Maßnahmen zur Entlüftung zu treffen.
Nach dem Vermischen von Dickstoffsuspension 4 und Verdünnungsflüssigkeit wird die Faserstoffsuspension S über eine Stoffpumpe 9 hier in einem geschlossenen System (also ohne offene Behälter oder Bütten) bis zum Stoffauflauf 1 geführt. Dabei wird in der üblichen Weise der Rest an noch vorhandenen Störstoffen durch eine Cleaneranlage 13 und eine Sortiereinheit 11 ausgeschieden.
Um den Druck in der Cleaneranlage 13 nicht zu hoch werden zu lassen, kann zwischen der Akzeptleitung 18 der Cleaneranlage 13 und dem Zulauf zur Sortiereinheit 11 zur Druckerhöhung eine weitere Stoffpumpe 10 installiert sein. Selbstverständlich wird der Aufwand, der für diese Hydrozyklone und Sortierer betrieben werden muss, von den Rohstoffen sowie den Anforderungen an die Qualität des erzeugten Papiers abhängen.
Wenn z. B. die Dickstoffsuspension 4 aus Altpapier gebildet wurde, können noch Sand und kleine Plastikteile vorhanden sein. Die Stoffpumpe 10 kann so ausgeführt sein, dass in ihrem zentralen Einlaufbereich Gas abgesaugt wird.
Besonders bei modernen Stoffaufläufen 1 wird zu deren Betrieb ein starker Überdruck benötigt, der durchaus bis 10 bar oder auch darüber liegen kann. Diese Anforderung ergibt sich daraus, dass die Faserstoffsuspension S beim Austritt aus dem Stoffauflauf 1 durch die Düse 17 auf eine relativ hohe Geschwindigkeit gebracht werden soll und daraus, dass Turbulenz erhöhende Einbauten im und am Stoffauflauf 1 einen signifikanten Druckverlust erzeugen können.
Aus verschiedenen Gründen hat es sich herausgestellt, dass der Betrieb eines Stoffauflaufes 1 und der damit zusammenhängenden Papier- oder Kartonmaschine den Abzug einer Teilmenge 19 aus dem Stoffauflauf 1 erforderlich macht.
Im Betriebszustand kann diese Teilmenge 19 durchaus etwa 10% der dem Stoffauflauf 1 zugeführten Suspensionsmenge entsprechen. Diese Teilmenge 19 steht praktisch unter demselben Druck wie in der Zuführleitung 16 zum Stoffauflauf 1. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Teilmenge 19 in eine Turbine 5 geleitet, in der der Druck abgebaut wird.
Dabei fällt mechanische Leistung an, die wie bei dem hier gezeigten Beispiel über eine Kupplung oder ein Getriebe 8 an die Stoffpumpe 10 weitergegeben oder aber über einen Generator 7 zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Um das Zusammenwirken von Pumpe 10 und Turbine 5 aufeinander abzustimmen, etwa bei unterschiedlichen Teilmengen 19, kann die Turbine 5 mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sein.
Die Sortiereinheit 11 umfasst hier einen Drucksortierer 12 bei dem ein Teilstrom 20 als Rejekt herausgeleitet wird.
Bekanntlich wird der Rejektstrom eines Drucksortierers 12 durch einen Teilstrom gebildet, der das Sieb nicht passiert hat. An der Stelle, an der der Drucksortierer 12 in dieser Anlage eingebaut ist, führt dies dazu, dass der Druck dieses Teilstroms 20 ebenfalls sehr hoch, gegebenenfalls sogar höher als im Stoffauflauf 1 sein kann. Soll dieser Teilstrom 20 (Rejekt) in eine Sekundärstufe, d. h. in einen weiteren Drucksortierer 14 geführt werden, so kann auch hier wiederum eine Turbine 6 die bei der Druckreduzierung anfallende mechanische Leistung zurückgewinnen.
Die in 2 dargestellte Turbine 6 wird von einer Kanalwand 24 gebildet, durch die die Faserstoffsuspension S strömt.
In dem Kanal der Turbine 6 ist ein Generator 7 untergebracht, dessen rotierbare Welle 21 sich parallel zur und entgegen der Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension S erstreckt.
Auf der Welle 21 können mehrere oder aber wie hier nur ein Laufrad 22 mit daran befestigten Rotorflügeln 23 gelagert sein. Die Rotorflügel 23 sind zur Strömungsrichtung geneigt und bewirken so eine Rotation der Welle 21. Je nach Bedarf können die Rotorflügel 23 gerade oder gekrümmt, steif oder verstellbar realisiert werden.
Da das im Wesentlichen von den Rotorflügeln 23 gebildete Laufrad 22 parallel zur Welle 21 von der Faserstoffsuspension S durchströmt wird, bezeichnet man diese Turbine 6 als Axialturbine.
Zur Vereinfachung sind hier nur wenige Rotorflügel 23 dargestellt. Um jedoch keine zusätzliche Druckimpulse in der durchströmenden Faserstoffsuspension S zu erzeugen, sollte das Laufrad 22 möglichst viel, zumindest mehr als 8 Rotorflügel 23 besitzen.
Des Weiteren ist der Generator 7 als Asynchrongenerator ausgebildet. Dieser trägt wegen der relativ konstanten Drehzahl, wie bereits beschrieben, seinerseits zur Verbesserung der hydraulischen Stabilität bei.
Selbst bei einem Blockieren des Laufrades 22 nimmt die Turbine 5, 6 noch mechanische Leistung auf und vermindert so den Druck. Die mechanische Leistung wird in diesem Fall in Wärme und Schall umgewandelt.
Im Gegensatz hierzu befindet sich der Generator 7 bei der Ausführung gemäß 3 außerhalb des von der Faserstoffsuspension S durchströmten Kanals. Hierzu wird die rotierende Welle 21 vom Laufrad 22 durch die Kanalwand 24 zum Generator 7 geführt. Um dies zu ermöglichen, verläuft der Kanal im Bereich der Durchführung der Welle 21 gekrümmt.
Beispielhaft liegt der Generator 7 in Strömungsrichtung hinter dem Laufrad 22. Des Weiteren ist in 3 angedeutet, dass sich der Kanalquerschnitt in Richtung des Laufrades 22 vermindert und anschließend wieder vergrößert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007001848 [0005]

Claims

Anordnung zur Reduzierung des Drucks bei der Förderung einer Faserstoffsuspension (S) mit Hilfe einer Turbine (5, 6), welche zumindest ein von der Faserstoffsuspension (S) durchströmtes und auf einer rotierbaren Welle (21) gelagertes Laufrad (22) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5, 6) als Axialturbine ausgeführt ist, wobei das Laufrad (22) parallel zur Welle (21) durchströmt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (22) mindestens acht, vorzugsweise wenigstens zehn Rotorflügel (23) besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (22) mindestens 12, vorzugsweise wenigstens 14 Rotorflügel (23) besitzt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (21) mit einem Generator (7), vorzugsweise einem Asynchrongenerator gekoppelt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (S) aus einem Stoffauflauf (1) einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn zur Turbine (5) abgeleitet wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (S) in Form des Rejekts eines Drucksortierers (12) zur Turbine (6) geleitet wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5, 6) im Bereich der Aufbereitung der Faserstoffsuspension (S) oder im Konstantteil einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn angeordnet ist.