DE4320243C2 - Stoffauflauf für eine Papiermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.

Ein solcher Stoffauflauf ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 15 296 U1 bekannt. Er enthält zwei Turbulenzerzeuger, wobei der erste als Rohrverteilgitter ausgebildet ist. In den dazwischenliegenden maschinenbreiten Ausgleichskanal wird die Zusatzflüssigkeit durch Rohrleitungen eingegeben. Dabei befindet sich zwischen dem Auslauf der genannten Rohrleitung und dem Einlauf zum stromabwärtigen Turbulenzerzeuger ein definierter Abstand, der gewährleistet, daß die Zugabe in einen beruhigten Bereich, also vor dem Einflußbereich des Turbulenzerzeugers erfolgen kann.

Ein Stoffauflauf der o.g. Art ist auch in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 13 707 beschrieben. Diese besondere Ausgestaltung des vorangemeldeten Gegenstandes gestattet es, bereits durch Zugabe von Luft oder einem anderen Medium insbesondere Wasser bzw. deren Ableitung im Bereich zwischen zwei Turbulenzerzeugern eine gezielte Beeinflussung der Stoffdichte und des Strömungszustandes im hydraulischen Stoffauflauf vorzunehmen. Eines der Ziele dieser vorgeschlagenen Maßnahme liegt darin, zusätzlich zur Einstellung des Flächengewichtsquerprofils, die mit Hilfe geometrischer Spaltveränderungen vorgenommen wird, den Strömungszustand verändern zu können. Es ist nämlich bekannt, daß Querströmungen, wie sie insbesondere bei der Einstellung des Flächengewichtquerprofils entstehen können, einen unbefriedigenden Zustand der Faserorientierung auf der gebildeten Bahn bewirken können.

In der Schrift DE 40 05 281 A1 ist ein Stoffauflauf dargestellt, bei dem die Zusatzflüssigkeit in die an einen Zentralverteiler angeschlossenen Verbindungsrohre zum Stoffauflauf erfolgt. Die Verbindungsrohre münden dann in einen sektionierten Bereich des Stoffauflaufes.

In einem anderen Stoffauflauf, dargestellt in DE 42 34 940 A1, wird das physikalische Phänomen genutzt, daß in den Grenzschichten einer strömenden Faserstoffsuspension eine Faserstoffverarmung und damit geringere Stoffdichte auftritt. Die dort lokal abgezogene Flüssigkeit kann an anderer Stelle zur Verdünnung eingesetzt werden.

Es ist nun Aufgabe der vorgelegten Erfindung, die Möglichkeiten zur Beeinflussung des Strömungszustandes weiter zu verbessern und/oder auch partiell Einfluß auf die Stoffdichte im Stoffauflauf nehmen zu können, möglichst bei gleichzeitiger Beschränkung des dazu erforderlichen apparativen Aufwandes.

Diese Aufgabe wird je nach vorliegenden Bedingungen durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Die Unteransprüche geben eine Anzahl von besonders günstigen Ausführungsformen an.

Durch die Erfindung wird die Erkenntnis genutzt, daß ein vor der Zwischenkammer liegender intensiver Turbulenzerzeuger mit hohem Druckverlust die Vermischung begünstigt und diese gleichzeitig lokal so weit begrenzt wie zweckmäßig. Bekanntlich weist ein hydraulischer Turbulenzerzeuger mit höherer Wirkung vergleichsweise kleinere Strömungsquerschnitte auf. Er bietet also zwischen den die Flüssigkeit führenden Rohren oder Kanälen genügend Platz für die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten zusätzlichen Maßnahmen und ist zudem oft einfacher im Aufbau. In vielen Fällen kann der im ersten Turbulenzerzeuger vergleichsweise geringe Platzbedarf durch die einzelnen Kanäle dazu genutzt werden, die Leitungen entsprechend sinnvoll und platzsparend unterzubringen.

Im Allgemeinen wird man als das im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 genannte Fluid ein relativ klares Verdünnungswasser oder eine wäßrige Suspension verwenden und zugeben. Es kann aber auch die im Stoffauflauf fließende Faserstoffsuspension partiell und dosiert abgeleitet werden. Möglich ist sogar eine begrenzte Luftzufuhr, soweit es die gewünschte Papierqualität zuläßt.

Es ist auch denkbar, die Stoffstromführung im Stoffauflauf so zu gestalten, daß über den Flüssigkeitszuführungsvorrichtung 1 eine dünnere Suspension und über die Zuleitungen 6 eine dickere Suspension zugeführt wird. Dadurch ließen sich die bekanntlich an der konventionellen Mischpumpe bestehenden Probleme einer unzureichenden Vermischung lösen: Da im Stoffauflauf ohnehin eine Verteilung des Gesamtstromes in viele Teilströme erfolgt, kann dort auch die Vermischung zwischen Dickstoff und Verdünnungswasser besonders gut durchgeführt werden.

Die im Anspruch 2 vorgeschlagene Lösung nutzt den im nach der Zwischenkammer liegenden Turbulenzer­ zeuger eingangs vorhandenen Platz zur Unterbringung der Leitungen, wobei die Richtungsumkehr einen Im­ puls zur besseren Vermischung liefern kann. Auch wenn beabsichtigt wird, die Leitungen im in Strömungsrich­ tung hinter der Zwischenkammer gelegenen mehr Platz brauchenden Turbulenzerzeuger unterzubringen, kann die Tatsache ausgenutzt werden, daß an der der Zwi­ schenkammer zugewandten Seite des Turbulenzerzeu­ gers geringere Strömungsquerschnitte für die Suspen­ sion führenden Kanäle erforderlich sind, wodurch sich wieder eine günstige Einbausituation für die Zu- bzw. Ableitungen ergibt. Der Turbulenzerzeuger kann auch als Gleichrichter mit geringem Druckverlust genutzt werden, so daß dann die Richtungsumkehr bei der Zulei­ tung in die Zwischenkammer eine sehr vorteilhafte Un­ terstützung der im Gleichrichter relativ schwachen Mischwirkung bietet.

Es wird fernerhin vorgeschlagen, den vor der Zwi­ schenkammer liegenden Turbulenzerzeuger in Form von einzelnen turbulenzerhöhenden Rohren auszubil­ den und mit den entsprechenden Anschlüssen für Zu- oder Ableitungen zu versehen. Eine solche Maßnahme könnte den üblicherweise recht aufwendigen Quer­ stromverteiler ersetzbar machen durch direkten An­ schluß der zum Turbulenzerzeuger gehörenden Rohre, beispielsweise an einen hydraulischen Schwingungs­ dämpfungsbehälter.

Die Erfindung wird beschrieben und erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch den Erfindungsgegenstand nach Anspruch 1 in Seitenansicht;

Fig. 2 den Erfindungsgegenstand von Fig. 1 in An­ sicht von oben;

Fig. 3+4 jeweils Varianten des Stoffauflaufs gemäß Anspruch 1 in Seitenansicht;

Fig. 5 eine schematische Teilansicht des Stoffauflaufs von Fig. 4;

Fig. 6-8 weitere Varianten;

Fig. 9 einen Stoffauflauf gemäß Anspruch 2 in Seiten­ ansicht;

Fig. 10 Variante des in Fig. 9 gezeigten Stoffauflaufes in Ansicht von oben;

Fig. 11 + 12 weitere Varianten;

Fig. 13 Detail des Anschlusses von Leitungen an den Turbulenzerzeuger.

Fig. 14 schematisch den Erfindungsgegenstand als Zweischichtstoffauflauf;

Fig. 1 stellt schematisch in Seitenansicht, teils ge­ schnitten, eine Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Stoffauflaufes dar. Man erkennt eine Flüssigkeitszu­ führungsvorrichtung 1, die in einen aus mehreren Rohr­ leitungen 7 bestehenden Turbulenzerzeuger 2 mündet. Es schließt sich eine Zwischenkammer 4 an, welcher stromab ein weiterer Turbulenzerzeuger 3 folgt. Die aus diesem zweiten Turbulenzerzeuger 3 im Betrieb des Stoffauflaufs austretende Stoffsuspension wird in einem Düsenraum gesammelt und einem Austrittsspalt 5 zuge­ führt, aus der sie in Form eines Breitspaltes auf minde­ stens ein Papiermaschinensieb trifft. Die Leitungen 6 und 6′ sind in dem hier dargestellten Fall mit den als Stufendiffusoren ausgebildeten Rohrleitungen 7 ver­ bunden. Es ist nun eine Frage des Aufwandes, wieviele der Rohrleitungen 7 Anschlüsse an die Leitungen 6 bzw. 6′ haben, wie viel davon über eine gemeinsame Zulei­ tung verbunden sind oder ob ein Teil der Rohrleitungen 7 ohne derartige Anschlüsse bleibt. Je feiner die Unter­ teilung von Leitungen und individuellen Regelkreisen ist, umso feiner kann die Beeinflussung des Querprofils erfolgen. Hier muß der zweifellos große Aufwand einer feinstrukturierten Verstellbarkeit gegen die Forderung nach wirtschaftlicher Papiererzeugung abgewogen wer­ den.

Mit Vorteil kann die Zwischenkammer 4 eine Länge haben, die 10 bis 20 mal so groß ist wie ein Stufensprung eines als Stufendiffusor ausgebildeten Turbulenzerzeu­ gers, um eine optimale Vermischung zu erzielen.

Die Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie die Fig. 1, wobei die Leitung 6 jeweils für alle übereinander­ liegenden Rohrleitungen 7 die gleiche ist.

Der in Fig. 3 gezeigte Stoffauflauf enthält als ersten Turbulenzerzeuger 2 lediglich eine Rohrleitung 7, in der Vertikalen betrachtet, die ebenfalls ein Stufendiffusor ist. Es sind mehrere Stellen angedeutet, an denen eine Leitung 6 vorhanden sein kann. In den meisten Fällen wird die nicht gestrichelt gezeichnete Leitung, welche in den ersten Teil des Turbulenzerzeugers mündet, die vorteilhafteste Möglichkeit sein. Sowohl in dieser Lei­ tung 6 als auch in der Zuleitung zum Turbulenzerzeuger 2 sind jeweils Regelventile vorgesehen, die über einen Regelkreis gemeinsam angesteuert werden können. Als weitere Möglichkeit, die Strömung im Turbulenzerzeu­ ger 2 wunschgemäß zu beeinflussen, ist in Fig. 3 die Veränderung des Winkels angedeutet, mit dem die Lei­ tung 6 in den Turbulenzerzeuger 2 einmündet. Hier­ durch können ganz gezielte Impulse zur besseren Ver­ mischung erzeugt werden. In den Fig. 4 und 5 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der sich die Leitungen 6 zwar räumlich im Bereich des ersten Turbulenzerzeu­ gers 2 befinden, aber in die Zwischenkammer 4 einmün­ den. Eine solche Ausführung ist im Bauaufwand einfa­ cher und kompakter, nutzt aber dennoch die Turbulen­ zen aus, mit denen die Suspension aus den Strömungs­ kanälen 8 aus- und in die Zwischenkammer 4 eintritt. Wie hier gezeigt, kann der Turbulenzerzeuger 2 statt durch freistehende Rohrleitungen auch durch einen mit Strömungskanälen 8 versehenen Block gebildet sein. Die Strömungskanäle 8 erweitern sich stufenweise in Strömungsrichtung betrachtet, sind also als Stufendiffu­ soren ausgebildet. Wie Fig. 6 zeigt, können die Leitun­ gen 6 auch von der Seite her in den Stoffauflauf einge­ setzt sein.

Nach Fig. 7 ist die Zwischenkammer 4 durch eine Anzahl von sich in Strömungsrichtung und senkrecht zur Siebebene erstreckende Wände 11 in Teilkammern unterteilt. In speziellen Fällen kann dadurch eine uner­ wünschte Quervermischung in der Zwischenkammer 4 verhindert werden. Als weitere Variante ist in dieser Figur zu sehen, daß die Leitungen 6 in den ersten Teil der sich stufenweise erweiternden Strömungskanäle 8 münden.

In Fig. 8 wird, wenn auch schematisch, der technische Aufbau eines mit stufendiffusorartigen Strömungskanä­ len 8 versehenen Turbulenzerzeugers 2 gezeigt. Eine Möglichkeit, die Leitungen 6 besonders einfach, also mit geringem Bauaufwand herzustellen, ist dort dargestellt: Innerhalb des Turbulenzerzeugerblockes werden Boh­ rungen mit einem solchen Durchmesser quer zu den Strömungskanälen 8 eingebracht, daß sie die Strö­ mungskanäle anschneiden, wodurch eine Verbindung zwischen Strömungskanälen und Leitungen hergestellt wird. Zweckmäßigerweise werden zwei benachbarte Reihen von übereinanderliegenden Strömungskanälen so mit derselben Zuleitung verbunden. Diese Ausfüh­ rung ist in Fig. 13 noch etwas detaillierter gezeigt.

Wie im Anspruch 2 beschrieben, können die Leitun­ gen 6 auch innerhalb des zweiten Turbulenzerzeugers 3 liegen und mit der Zwischenkammer 4 verbunden sein. Auf diese Weise wird ein Impuls gegen die eigentliche Strömungsrichtung erzeugt, welche zu einer Vermi­ schung des zugeführten Wassers mit der Suspension führt (Fig. 9 und Fig. 10).

Fig. 11 zeigt eine etwas einfachere Ausführungsform, bei der im Turbulenzerzeuger 2 jeweils zwei Kanälen übereinanderliegen und die Leitung 6 nur in den einen von übereinanderliegenden Kanälen, in diesem Falle in den oberen, erfolgt.

Fig. 12 zeigt die Kombination aus Zufuhr von Ver­ dünnungswasser (Pfeil 12) im Turbulenzerzeuger 2 und Abzug von Suspension (Pfeil 13) im Turbulenzerzeuger 3. Auf diese Weise ist es mit Vorteil möglich, einen Ein­ fluß auf das Flächengewichtsquerprofil vorzunehmen und gleichzeitig die Strömung in gewünschter Form zu erhalten. Dadurch daß in einer Stromlinie Flüssigkeit zugeführt und abgeführt wird, kann die Gesamtmenge der Flüssigkeit in einem in Strömungsrichtung gedach­ ten zusammenhängenden Bereich in gewünschter Wei­ se eingestellt, z. B. gleich gehalten werden, wobei zu­ sätzlich eine Möglichkeit geschaffen wurde, die Faser­ stoffmenge über die Stoffauflaufbreite durch Verände­ rung der in dieser Stromlinie vorhandenen Faserstoff­ dichte einzustellen.

Die Erfindung kann ohne weiteres auch bei Mehr­ schichtstoffaufläufen realisiert werden, wie Fig. 14 exemplarisch zeigt. Der dort schematisch dargestellte Zweischicht-Stoffauflauf weist zwei unabhängig be­ schickbare Flüssigkeitszuführungsvorrichtungen 1 auf, denen sich stromabwärts je zwei Turbulenzerzeuger 2 und 3 anschließen, wobei dazwischen je eine Zwischen­ kammer 4 liegt und dem in Stromrichtung letzten Tur­ bulenzerzeuger 3 ein Düsenraum mit einer Trennwand 14 folgt, an dessen Ende sich der Austrittsspalt 5 befin­ det.

Claims (19)

1. Stoffauflauf für eine Papiermaschine mit mindestens einer Flüssigkeitszuführungsvorrichtung (1), der sich stromabwärts mindestens je zwei durch je eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen gebildete Turbulenzerzeuger anschließen, wo­ bei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbu­ lenzerzeugern (2 und 3) eine Zwischenkammer (4) liegt und wobei dem in Stromrichtung letzten Tur­ bulenzerzeuger ein Düsenraum folgt, an dessen En­ de sich ein im wesentlichen über die gesamte Pa­ piermaschinenbreite erstreckender Austrittsspalt (5) befindet, aus dem im Betrieb des Stoffauflaufes ein Suspensionsstrahl austreten kann, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich im Bereich das in Strö­ mungsrichtung vor der Zwischenkammer (4) lie­ genden Turbulenzerzeugers (2) Leitungen (6) befin­ den, welche so gestaltet und angeschlossen sind, daß sich durch sie Fluid entweder zu- oder aus ihr abführen läßt.

2. Stoffauflauf für eine Papiermaschine mit minde­ stens einer Flüssigkeitszuführungsvorrichtung (1), der sich stromabwärts mindestens je zwei durch je eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen gebildete Turbulenzerzeuger anschließen, wo­ bei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbu­ lenzerzeugern (2 und 3) eine Zwischenkammer (4) liegt und wobei dem in Stromrichtung letzten Tur­ bulenzerzeuger ein Düsenraum folgt, an dessen En­ de sich ein im wesentlichen über die gesamte Pa­ piermaschinenbreite erstreckender Austrittsspalt (5) befindet, aus dem im Betrieb des Stoffauflaufes ein Suspensionsstrahl austreten kann, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich im Bereich des in Strö­ mungsrichtung hinter der Zwischenkammer (4) lie­ genden Turbulenzerzeugers (2) Leitungen (6′) be­ finden, welche so gestaltet und angeschlossen sind, daß sich durch sie Fluid in die Zwischenkammer entweder zu- oder aus ihr abführen läßt.

3. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Zwischenkammer (4) liegende Turbulenzerzeuger (2) aus einer Mehr­ zahl von Rohrleitungen (7) besteht, deren Strö­ mungsquerschnitt turbulenzerzeugend ausgestaltet ist.

4. Stoffauflauf nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel zwischen der Leitung (6) und der Rohrleitung (7) während des Betriebes ein­ stellbar ist.

5. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Zwischenkammer (4) liegende Turbulenzerzeuger (2) als Baueinheit mit einer Vielzahl von sich stufenweise erweitern­ den Strömungskanälen (8), sogenannten Stufendif­ fusoren, ausgebildet ist.

6. Stoffauflauf nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (6, 6′) in die Strömungskanäle bzw. Rohrleitungen einmünden.

7. Stoffauflauf nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (6, 6′) in die Zwischenkammer (4) von der dem davorliegenden Turbulenzerzeuger (2) zugewandten Seite her ein­ münden.

8. Stoffauflauf nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Baueinheit zusätzlich zu den Stufendiffusoren weitere Kanäle für die durch die Leitungen (6, 6′) zu- oder abgeführte Flüssigkeit vorhanden sind, welche in die Zwischenkammer (4) von der dem davorliegenden Turbulenzerzeuger (2) zugewandten Seite her münden.

9. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlauf zum vor der Zwi­ schenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeuger (2) die Strömungsquerschnitte derart gewählt sind, daß an dieser Stelle bei Betrieb des Stoffauflaufes eine Beschleunigung auf das mindestens Dreifache der vorherigen Strömungsgeschwindigkeit erfolgt.

10. Stoffauflauf nach Anspruch 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß am vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeuger (2) der Druckver­ lust mindestens 1,5 mal so hoch ist wie der am hin­ ter der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenz­ erzeuger (3).

11. Stoffauflauf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (6) mit einer Flüssigkeitszuführung verbunden sind und die Lei­ tungen (6′) mit einer Flüssigkeitsabführung.

12. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungsquerschnitt am Einlauf zum vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbu­ lenzerzeuger (2) verstellbar ist.

13. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch ein Stellventil (9) oder derglei­ chen die Menge durch die Leitungen (6) einstellbar ist.

14. Stoffauflauf nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Ventils (9) an der Leitung abgestimmt wird auf die Einstellung eines Ventils (10) am Einlauf in den vor der Zwi­ schenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeuger.

15. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitungen (6) im ersten Abschnitt des vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbu­ lenzerzeugers (2) münden.

16. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Zwischenkammer (4) in Strömungsrichtung 10 bis 20mal so groß ist wie das Maß des Stufensprungs zwischen dem vorletzten Element des vor der Zwischenkammer (4) liegen­ den Turbulenzerzeugers (2) und dem letzten Ele­ ment.

17. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenkammer (4) durch sich im wesentlichen senkrecht zur Siebebene und in Strömungsrichtung erstreckende Wände (11) in Teilkammern unterteilt ist.

18. Stoffauflauf nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wände (11) offene Flächenanteile aufweisen, so daß sie eine begrenzte Querströmung in der Zwischenkammer (4) zulassen.

19. Stoffauflauf nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Mehr­ schichtstoffauflauf mit zwei oder mehr Flüssigkeits­ zuführungsvorrichtungen (1), denen sich stromab­ wärts mindestens je zwei Turbulenzerzeuger pro Flüssigkeitszuführungsvorrichtung anschließen, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbu­ lenzerzeugern (2 und 3) je eine Zwischenkammer (4) liegt und wobei dem in Stromrichtung letzten Turbulenzerzeuger ein Düsenraum mit mindestens einer Trennwand (14) folgt, an dessen Ende sich der Austrittsspalt (5) befindet.