-
Stoffauflaufvorrichtung für eine Papiermaschine
-
Die Erfindung betrifft eine Stoffauflaufvorrichtung für eine Papiermaschine
mit einem von einer Faserstoff-Suspension durchströmten Verteiler, dessen Querschnitt
sich in Strömungsrichtung der Faserstoff-Suspension verkleinert, und dessen Ende
mit dem grösseren Querschnitt an eine Faserstoff-Zuführleitung, dessen anderes Ende
mit dem kleineren Querschnitt an eine Rückführleitung, und dessen Längsseite an
eine Führungsvorrichtung zur gleichmässigen Verteilung der Faserstoff-Suspension
aus dem Verteiler auf die Siebpartie der Papiermaschine anschliessbar ist.
-
Solche Stoffauflaufvorrichtungen sind beispielsweise aus CH 608 049
(US 4 087 321) bekannt. Sie dienen dazu, eine vorbereitete Faserstoff-Suspension
einer Papiermaschine zuzuführen und über deren gesamte Breite gleichmässig zu verteilen.
-
Um eine Papierbahn mit gleichmässigem Flächengewicht und gleichmässiger
Dicke sowie mit gleichmässiger Faserorientierung über die gesamte Bahnbreite zu
erzeugen,
ist es notwendig, den hydrostatischen Druck der Suspension
entlang der Längsseite des Verteilers, d.h.
-
am Eingang der Führungsvorrichtung über deren gesamte Breite, möglichst
gleichmässig und konstant zu halten, so dass störende Querströmungen der Faserstoff-Suspension
am Auflauf auf die Siebpartie vermieden werden. Zu diesem Zweck müsste der Verteiler
eine bestimmte Form haben, d.h. der Querschnitt des Verteilers müsste sich in Strömungsrichtung
der Faserstoff-Suspension in bestimmter Weise verkleinern. Der notwendige Verlauf
dieses Querschnittes in Längsrichtung lässt sich zwar theoretisch berechnen oder
experimentell bestimmen. Es ergibt sich dabei jedoch für einen bestimmten Betriebszustand
jeweils eine bestimmte komplizierte Form des Verteilers, die sich in der Praxis
nur schwierig und sehr aufwendig herstellen lässt, abgesehen von den bei komplizierten
Formen auftretenden Stabilitäts- und Festigkeitsproblemen. Statt dessen ist man
in der Praxis bestrebt, einen solchen Verteiler aus ebenen Blechen als Ausgangsmaterial
herstellen zu können, was in der Regel nur bei einer Kegel- oder Pyramidenstumpf-Form
möglich ist.
-
Es ist bereits versucht worden, eine gewisse Verbesserung dadurch
zu erreichen, dass die Wand des Verteilers aus mehreren konischen oder pyramidenförmigen
Abschnitten mit unterschiedlichem Oeffnungswinkel zusammengesetzt wird. Die Herstellung
solcher Formen ist jedoch kompliziert und zeitaufwendig, und deren mechanische Stabilität
ist in der Regel unzureichend, so dass meist mechanische Versteifungen erforderlich
werden, die die Konstruktion komplizieren und verteuern. Ausserdem ist
die
damit erreichbare Gleichmässigkeit des hydrostatischen Druckes in Strömungsrichtung
für viele Fälle noch immer unzureichend.
-
Zudem ist eine bestimmte Form des Verteilers nur für einen bestimmten
Betriebszustand optimal. In der Praxis wird jedoch die Brauchbarkeit in einem breiten
Durchflussbereich bis zu einem Verhältnis von 1:4 gefordert.
-
Die Auslegung der Form auf einen einzigen Betriebszustand genügt hierfür
nicht. Bisher war eine Drucksteuerung nur über eine Steuerung des Rücklaufes möglich,
was jedoch nur das Erreichen einer Druckgleichheit an zwei Punkten erlaubt hat,
jedoch nicht über die ganze Länge des Verteilers, bzw. über die gesamte Breite der
Papierbahn.
-
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile
des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Stoffauflaufvorrichtung
für eine Papiermaschine zu schaffen, in deren Verteiler für die verschiedenen zu
erwartenden Betriebsbedingungen über die gesamte Breite des Führungsteiles und der
Papierbahn ein gleichmässiger Druck oder ein gewünschter Druckverlauf erreicht werden
kann, und zwar mit geringem konstruktivem und fabrikatorischem Aufwand und mit unveränderter
mechanischer Stabilität.
-
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Längsseite
des Verteilers zusätzliche Abzweigungen, deren Durchfluss steuerbar ist, angeordnet
sind.
-
Dabei ist es vorteilhaft, wenn mehrere Messvorrichtungen zur Messung
des hydrostatischen Druckes der Faserstoff-Suspension im Verteiler vorgesehen sind.
-
Die Steuerung des Durchflusses kann in vorteilhafter Weise durch steuerbare
Ventile erfolgen, wobei es günstig ist, die Rückführleitungen an eine gemeinsame
Sammelleitung anzuschliessen. Statt auf diese Weise von den einzelnen Anschlusspunkten
der Abzweigungen einen gewissen Teil der Suspension abzuführen, kann über die Abzweigungen
auch zusätzlich Suspension zugeführt werden, so dass die Druckverteilung dadurch
geändert wird.
-
Dazu sind die steuerbaren Ventile, z.B. durch steuerbare Pumpen oder
andere geeignete Zuführeinrichtungen mit steuerbarem Mengenstrom zu ersetzen.
-
Die Steuerung der Ventile oder Pumpen kann automatisch mittels einer
von den Messvorrichtungen angesteuerten Regelvorrichtung erfolgen oder aber auch
manuell oder halbautomatisch, wofür einfache visuelle Druckmessvorrichtungen ausreichend
sind. Um Messfehler auszuschalten, ist es günstig, die Messvorrichtungen als Differenz-Messgeräte
auszubilden, welche den Unterschied des hydrostatischen Druckes an jeweils zwei
verschiedenen Messpunkten anzeigen, so dass statt der Einhaltung vorgeschriebener
Druckmesswerte eine Steuerung oder Regelung der Druckdifferenzen auf Null vorgenommen
werden kann.
-
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
-
Figur 1 zeigt einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine in der Ansicht.
-
Figur 2 zeigt einen Verteiler mit visuellen Druckdifferenz-Messvorrichtungen.
-
Figur 3 zeigt einen Verteiler mit Druckmessvorrichtungen.
-
Figur 4 zeigt eine Anordnung mit Druckdifferenzmessgerät.
-
Figuren 5 - 7 zeigen verschiedene Anordnungen von Abzweigungen.
-
Die in Figur 1 dargestellte Stoffauflaufvorrichtung weist einen Verteiler
1 auf, dessen Querschnitt sich in Flussrichtung F der Faserstoff-Suspension verkleinert.
-
Als Faserstoff ist dabei z.B. eine Mischung von Fasern mit Zusatzstoffen
zur Papier- oder Kartonherstellung zu verstehen, jedoch auch Füllstoff zur Papierbeschichtung.
An dessen Ende mit dem grösseren Querschnitt ist ein Anschlussrohr 2 zur Zuführung
der Faserstoff-Suspension angeschlossen, und an dessen anderes, entgegengesetztes
Ende mit dem kleineren Querschnitt eine Rückführleitung 3. Der Verteiler 1 besitzt
eine konische Form oder kann als Pyramidenstumpf ausgebildet sein, so dass er leicht
aus ebenen Blechteilen hergestellt werden kann und eine genügende mechanische Festigkeit
besitzt, um die bei Hochleistungs-Papiermaschinen auftretenden Drücke der Faserstoff-Suspension
in der Grössenordnung bis etwa 5 bar ohne Deformation zuzulassen.
-
An eine Längsseite 4 des Verteilers 1 ist eine Führungsvorrichtung
5 für die Faserstoff-Suspension angeschlossen. Diese kann im Prinzip beliebig, wie
in der Papiermaschinentechnik üblich, ausgebildet sein, beispielsweise wie in der
Figur ausschnittsweise dargestellt, als Stufendiffusor. An dem Block dieser Führungsvorrichtung
5 sind beispielsweise zwei Lippen 7 befestigt, welche miteinander einen Austrittsspalt
8 für die Faserstoff-Suspension bilden, durch den die Suspension der Siebpartie
einer Papiermaschine zugeführt wird An den Seiten wird die Führungsvorrichtung 5
durch Begrenzungsplatten 9, 10 abgeschlossen.
-
Ebenfalls an einer Längs seite des Verteilers 1 sind über dessen Länge
verteilt mehrere als Abzweigleitungen 11, 12, 13 und 14 ausgebildete Abzweigungen
angeschlossen, so dass sie mit dem Inneren des Verteilers in Verbindung stehen.
In diesen Abzweigleitungen sind steuerbare Ventile 15, 16, 17, 18, 19 vorgesehen,
mittels derer der Durchflussquerschnitt der Abzweigleitungen und der Rückführleitung
verändert werden kann.
-
Die Abzweigleitungen 11, 12, 13 und 14 sowie die Rückführleitung 3
sind z.B. an eine gemeinsame Sammelleitung 20 angeschlossen, über die die an den
einzelnen Anschlusspunkten der Abzweigleitungen und über die Rückführleitung abgezweigte
Suspension abgeführt werden kann. Je nach abgeführter Menge der Suspension in den
einzelnen Abzweigleitungen ändert sich der hydrostatische Druckverlauf im Verteiler
1 nach dem Ort des Anschlusses der betreffenden Abzweigleitungen. Durch die Ventile
15, 16, 17, 18, 19 ist das Mass der Druckveränderung einstellbar, so dass es durch
Betätigung dieser
Ventile möglich ist, den gewünschten Druckverlauf
über die Länge des Verteilers einzustellen.
-
Durch die konische Ausbildung des Verteilers 1 wird zunächst ein Druckverlauf
im Verteiler grob vorgegeben.
-
Die noch verbleibenden Abweichungen von einem gewünschten, z.B. konstanten
Wert entlang des Verteilers werden nun durch entsprechende Betätigung der Ventile
15, 16, 17, 18 und 19 korrigiert. Dazu sind entlang der Flussrichtung F am Verteiler
1 Druckmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24 und 25 vorgesehen, mit welchen der hydrostatische
Druck der Suspension im Verteiler 1 bzw. dessen Verlauf in Längsrichtung bestimmt
oder beobachtet werden kann. Zweckmässig kann es sein, jeweils einer Abzweigleitung
11, 12, 13, 14 sowie der Rückführleitung 3 je eine Messvorrichtung 21, 22, 23, 24,
25 zuzuordnen, so dass die einzelnen Ventile 15, 16, 17, 18, 19 jeweils in Abhängigkeit
von den zugeordneten Druckmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24, 25 gesteuert oder nachgeregelt
werden können, so lange, bis an allen Messpunkten der gleiche Druck herrscht. Eine
solche Steuerung kann beispielsweise automatisch mittels einer Regeleinrichtung
26 erfolgen, welche von den Druckmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24, 25 angesteuert
wird und welche entsprechende Steuersignale an die Ventile 15, 16, 17, 18, 19 abgibt.
Falls geeignetes Bedienungspersonal vorhanden ist, kann eine derartige Steuerung
jedoch auch auf einfachere Weise manuell oder halbautomatisch durch Beobachtung
der Messwerte der einzelnen Druckmessvorrichtungen und entsprechende Nachregelung
der Ventile erfolgen. Häufig ist eine solche einfachere Steuerung ausreichend, da
in der Regel eine einmalige Anpassung
nach dem Anlaufen einer Papiermaschine
genügt und eine Nachregelung lediglich erforderlich wird, wenn sich ein Betriebsparameter,
beispielsweise der Druck oder die Zusammensetzung der zugeführten Faserstoff-Suspension
ändert, bzw. wenn die Maschine auf eine andere Art von Faserstoff-Suspension umgestellt
wird. Es sei bemerkt, dass eine Umstellung auf eine andere Faserstoff-Suspension,
die eine Aenderung der Druckverteilung zur Folge hat, mit dem erfindungsgemässen
Verteiler auf einfache Weise durchführbar ist, was bei vorbekannten Verteilern nicht
möglich war.
-
Zusätzlich kann die Regeleinrichtung 26 noch durch weitere, nicht
dargestellte Sensoren angesteuert werden, die die Dicke, das Flächengewicht, den
Curl oder die Faserorientierung des erzeugten Papieres entlang der Breite der Papierbahn
feststellen und entsprechende zusätzliche Steuersignale liefern, mittels derer eine
zusätzliche Korrektur durchgeführt werden kann. Eine Grobeinstellung kann dabei
durch Wahl eines Führungsteils 5 mit unterschiedlichen Durchmessern der Kanäle 6
entlang der Breite der Papierbahn vorgenommen werden.
-
Es wird noch darauf hingewiesen, dass der Querschnitt der Abzweigleitungen
11, 12, 13, 14 unterschiedlich sein kann, entsprechend der notwendigen Korrektur.
-
Ebenso kann der gegenseitige Abstand dieser Abzweigleitungen voneinander
unterschiedlich gewählt sein. Jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, Leitungen
gleichen Durchmessers im gleichen Abstand voneinander vorzusehen, solange die notwendige
Steuerbarkeit des Durchflusses gewährleistet ist.
-
Statt über die Abzweigleitungen einen Teil der Faserstoff-Suspension
zum Zwecke der Druck-Korrektur abzuführen, können die Abzweigleitungen auch zur
Zuführung von zusätzlicher Suspension dienen. In diesem Falle entfällt die Rückführleitung
20 und es ist statt dessen eine Suspensions-Zuführleitung vorzusehen. Diese kann
an die ohnehin vorhandene Zuführleitung 2 angeschlossen sein, oder auch an eine
davon getrennte Zufuhr, wobei die sJorrichtungen zur Durchfluss-Steuerung 15, 16,
17, 18, 19 als geeignete steuerbare Pumpen ausgebildet sind. Nötigenfalls kann aber
auch nur ein Teil der Abzweigungen der Abführung von Suspension dienen, während
die anderen Abzweigungen Suspension zuführen können.
-
Die Steuerorgane können dabei so ausgebildet sein, dass die Durchflussrichtung
und die Durchflussmenge steuerbar sind.
-
Figur 2 zeigt einen analogen Verteiler 1 mit Zuführleitung 2, Rückführleitung
3, Führungsvorrichtung 5 und zusätzlichen Abzweigleitungen 11, 12, 13, 14, 141.
Die Druckmessvorrichtungen sind hierbei als Differenzdruckmessvorrichtungen 27,
28, 29, 30 ausgebildet. Diese bestehen im dargestellten Beispiel aus einfachen,
visuellen Schauvorrichtungen 32, die an je zwei in Längsrichtung des Verteilers
1 angeordnete Abzweigpunkte 31, 33 angeschlossen sind. Falls an diesen beiden Anschlusspunkten
31, 33 ein unterschiedlicher hydrostatischer Druck der Faserstoff-Suspension herrscht,
so entsteht zufolge des Druckunterschiedes eine Strömung der Suspension durch die
Zweigleitung und das Schauglas 32, die visuell beobachtet werden kann. Die den Abzweigleitungen
11, 12, 13, 14 zugeordneten Ventile werden nun
so betätigt, dass
in sämtlichen Messvorrichtungen 27, 28, 29, 30 keine Strömung feststellbar ist,
d.h. bis der hydrostatische Druck an allen Messpunkten gleich ist. Die Anzahl der
Messvorrichtungen kann hierbei der Anzahl der Abzweigleitungen entsprechen, kann
jedoch, wie in dargestelltem Beispiel, davon verschieden sein.
-
Figur 3 zeigt einen Verteiler in Seitenansicht. Dabei sind an den
einzelnen Messpunkten hydrostatische Druckmessvorrichtungen 34, 35, 36, 37, 38 in
der Form von Flüssigkeitsmanometern vorgesehen, die aus vertikalen Röhrchen bestehen,
in denen der Stand der Flüssigkeitssäule visuell beobachtet werden kann. Die Höhe
der Flüssigkeitssäule stellt sich hierbei entsprechend dem hydrostatischen Druck
an den einzelnen Anschlusspunkten entlang dem Verteilkasten 1 ein. Durch Betätigung
der einzelnen Ventile wird der Flüssigkeitsstand in den Röhrchen mit Hilfe entsprechender
Skalen auf den vorgeschriebenen Wert eingestellt, was bedeutet, dass der hydrostatische
Druck an allen Anschlusspunkten gleich dem gewünschten Wert ist.
-
Es wird bemerkt, dass im Prinzip beliebige geeignete Messvorrichtungen
verwendet werden können, die die Messung des hydrostatischen Druckes entlang der
Strömung im Verteilkasten zu messen gestatten.
-
Figur 4 zeigt einen Verteiler 1 mit einer zugehorigen Druckmessvorrichtung,
welche nur einen einzigen Differenzdruckgeber 39 aufweist, welcher die Druckdifferenz
in zwei Messleitungen 40 und 41 bestimmt. Von den Druckmessgebern 42, 43, 44, 45,
46, 47 führen Leitungen
zu diesen Messleitungen 40 und 41 über
steuerbare Ventile 49, 50 51, 52 mit denen die einzelnen Druckmessleitungen wahlweise
sukzessive nacheinander an die beiden Messleitungen 39 angeschlossen werden können.
Vorteilhaft ist hierbei, dass systematische Messfehler weitgehend vermieden werden,
indem für die Druckmessung an sämtlichen Messpunkten dieselbe Messvorrichtung verwendet
wird. Ausserdem ist auch hier von Vorteil, dass keine Absolutmessung erforderlich
ist oder der Vergleich zweier relativ grosser Messwerte, sondern statt dessen eine
Differenzdruckmessung, unter wesentlicher Verringerung von Messfehlern. Eine derartige
Messung erlaubt daher eine sicherere und genauere Einstellung eines gleichmässigen
Druckes entlang der Flussrichtung bzw. über die Breite der entstehenden Papierbahn,
und zwar mit einem besonders niedrigen Aufwand.
-
Es wird bemerkt, dass die Abzweigungen oder Abzweigleitungen nicht
nur, wie in den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen, direkt an einer Längsseite
des Verteilers, z.B. an der dem Ausgangsspalt gegenüberliegenden Wand des Verteilers
angeschlossen sein können, sondern im Prinzip entlang einer beliebigen geeigneten,
in Längsrichtung des Verteilers verlaufenden Linie vorgesehen sein können. Das gleiche
gilt im übrigen auch für den Ort der Druckmesspunkte. Diese können z.B. auch unmittelbar
an der Führungsvorrichtung 5, beispielsweise zwischen deren Block und und dem Austrittsspalt
8 vorgesehen sein. Dadurch werden insbesondere auch Aenderungen, die sich durch
Aenderung des Druckverlaufes infolge von Spaltweitenänderungen ergeben, am genauesten
erfasst und bestimmt.
-
Wie Figur 5 zeigt, können die mit der Sammelleitung 20 verbundenen
Abzweigleitungen 11 mit Vorteil auch am höchsten Punkt des Verteilers 1 angeschlossen
sein, um Luftausscheidungen sicher abzuführen. Unmittelbar daneben kann der Anschlussschlitz
4 für die Führungsvorrichtung 5 vorgesehen sein, so dass die Druckregelung in unmittelbarer
Nachbarschaft der Führungsvorrichtung erfolgt.
-
Die Sammelleitung kann auch direkt am Verteiler entlang geführt sein,
so dass die Abzweigungen durch den Verteiler und die Sammelleitung verbindende Oeffnungen
gebildet werden. Statt am eigentlichen Verteilerkasten 1 können jedoch die Abzweigungen
auch an geeigneten Stellen der Führungsvorrichtung 5 vorgesehen sein, und zwar so
nahe oder so weit entfernt vom durch die Lippen 7 gebildeten Austrittsspalt 8 für
die Faserstoff-Suspension, dass an diesem Ort noch eine Druck-Korrektur möglich
ist.
-
Figur 6 zeigt ein Beispiel mit einer an sich bekannten, einen Verteiler
1 mit den Lippen 7 des Ausgangs spalts 8 verbindenden Führungsvorrichtung mit zwei
hintereinander geschalteten Rohrsystemen 53 und 54, die durch einen die Suspension
umleitenden Zwischenraum 55 getrennt sind. Dieser Zwischenraum ist durch Abzweigsöffnungen
56 mit unabhängig steuerbarem oder regelbarem Querschnitt an eine Ueberlaufleitung
57 angeschlossen, die gleichzeitig eine Dämpfungswirkung zeigt.
-
Figur 7 zeigt ein analoges Beispiel, bei dem die Steuerbarkeit durch
den Querschnitt der Abzweigungsöffnungen
verändernder Schieber
58 erreicht wird. Wahlweise können dabei die Oeffnungen 59 auch bis zum Anfang des
Ausflussraumes 61 zwischen den Lippen 7 vorverlegt sein, jedoch nur so weit, dass
bis zum Austrittsspalt 60 noch ein Druckausgleich möglich ist.