Stoffauflauf für eine Papiermaschine

Abstract

 Der erfindungsgemäße Stoffauflauf enthält zwei hintereinander liegende Turbulenzerzeuger (2 und 3) mit einer dazwischen liegenden Zwischenkammer (4). Zur gewünschten Beeinflussung des Strömungszustandes kann ein Fluid, z.B. Verdünnungswasser, in den Bereich eines dieser Turbulenzerzeuger oder beider zugegeben weden. Durch die Kombination zweier hintereinander liegender Turbulenzerzeuger und einer Zwischenkammer werden lokale Mischungsbedingungen geschaffen, welche für den angestrebten Zweck besonders geeignet sind. In vorteilhaften Ausführungsformen ist der in Strömungsrichtung voran liegende Turbulenzerzeuger (2) wesentlich wirksamer als der hinter der Zwischenkammer (4) folgende.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.

[0002] Ein Stoffauflauf der o.g. Art ist z.B. 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.

[0003] 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.

[0004] Diese Aufgabe wird je nach vorliegenden Bedingungen durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

[0005] Die Unteransprüche geben eine Anzahl von besonders günstigen Ausführungsformen an.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Die im Anspruch 2 vorgeschlagene Lösung nutzt den im nach der Zwischenkammer liegenden Turbulenzerzeuger eingangs vorhandenen Patz zur Unterbringung der Leitungen, wobei die Richtungsumkehr einen Impuls zur bessereren Vermischung liefern kann. Auch wenn beabsichtigt wird, die Leitungen im in Strömungsrichtung hinter der Zwischenkammer gelegenen mehr Platz brauchenden Turbulenzerzeuger unterzubringen, kann die Tatsache ausgenutzt werden, daß an der der Zwischenkammer zugewandten Seite des Turbulenzerzeugers geringere Strömungsquerschnitte für die Suspension 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 Zuleitung in die Zwischenkammer eine sehr vorteilhafte Unterstützung der im Gleichrichter relativ schwachen Mischwirkung bietet.

[0010] Es wird fernerhin vorgeschlagen, den vor der Zwischenkammer liegenden Turbulenzerzeuger in Form von einzelnen turbulenzerhöhenden Rohren auszubilden und mit den entsprechenden Anschlüssen für Zu- oder Ableitungen zu versehen. Eine solche Maßnahme könnte den üblicherweise recht aufwendigen Querstromverteiler ersetzbar machen durch direkten Anschluß der zum Turbulenzerzeuger gehörenden Rohre, beispielsweise an einen hydraulischen Schwingungsdämpfungsbehälter.

[0011] Die Erfindung wird beschrieben und erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Figur 1

schematisch den Erfindungsgegenstand nach Anspruch 1 in Seitenansicht;

Figur 2

den Erfindungsgegenstand von Figur 1 in Ansicht von oben;

Figur 3+4

jeweils Varianten des Stoffauflaufs gemäß Anspruch 1 in Seitenansicht;

Figur 5

eine schematische Teilansicht des Stoffauflaufs von Figur 4;

Figur 6-8

weitere Varianten;

Figur 9

einen Stoffauflauf gemäß Anspruch 2 in Seitenansicht;

Figur 10

Variante des in Figur 9 gezeigten Stoffauflaufes in Ansicht von oben;

Fig 11+12

weitere Varianten;

Fig. 13

Detail des Anschlusses von Leitungen an den Turbulenzerzeuger;

Figur 14

schematisch den Erfindungsgegenstand als Zweischichtstoffauflauf.

[0012] Figur 1 stellt schematisch in Seitenansicht, teils geschnitten, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes dar. Man erkennt eine Flüssigkeitszuführungsvorrichtung 1, der in einen aus mehreren Rohrleitungen 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 zugeführt, aus der sie in Form eines Breitspaltes auf mindestens ein Papiermaschinensieb trifft. Die Leitungen 6 und 6' sind in dem hier dargestellten Fall mit den als Stufendiffusoren ausgebildeten Rohrleitungen 7 verbunden. Es ist nun eine Frage des Aufwandes, wieviele der Rohrleitungen 7 Anschlüsse an die Leitungen 6 bzw. 6' haben, wieviel davon über eine gemeinsame Zuleitung verbunden sind oder ob ein Teil der Rohrleitungen 7 ohne derartige Anschlüsse bleibt. Je feiner die Unterteilung 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 werden.

[0013] Mit Vorteil kann die Zwischenkammer 4 eine Länge haben, die 10 bis 20 mal so groß ist wie ein Stufensprung eines als Stufendiffusor ausgebildeten Turbulenzerzeugers, um eine optimale Vermischung zu erzielen.

[0014] Die Figur 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie die Figur 1, wobei die Leitung 6 jeweils für alle übereinanderliegenden Rohrleitungen 7 die gleiche ist.

[0015] Der in Figur 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 Leitung 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 Turbulenzerzeuger 2 wunschgemäß zu beeinflussen, ist in Fig. 3 die Veränderung des Winkels angedeutet, mit dem die Leitung 6 in den Turbulenzerzeuger 2 einmündet. Hierdurch können ganz gezielte Impulse zur besseren Vermischung erzeugt werden. In den Figuren 4 und 5 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der sich die Leitungen 6 zwar räumlich im Bereich des ersten Turbulenzerzeugers 2 befinden, aber in die Zwischenkammer 4 einmünden. Eine solche Ausführung ist im Bauaufwand einfacher und kompakter, nutzt aber dennoch die Turbulenzen aus, mit denen die Suspension aus den Strömungskanälen 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 Stufendiffusoren ausgebildet. Wie Fig.6 zeigt, können die Leitungen 6 auch von der Seite her in den Stoffauflauf eingesetzt sein.

[0016] Nach Figur7 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 unerwünschte 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.

[0017] In Figur 8 wird, wenn auch schematisch, der technische Aufbau eines mit stufendiffusorartigen Strömungskanälen 8 versehenen Turbulenzerzeugers 2 gezeigt. Eine Möglichkeit, die Leitungen 6 besonders einfach, also mit geringem Bauaufwand herzustellen, ist dort dargestellt: Innerhalb des Turbulenzerzeugerblockes werden Bohrungen mit einem solchen Durchmesser quer zu den Strömungskanälen 8 eingebracht, daß sie die Strömungskanäle anschneiden, wodurch eine Verbindung zwischen Strömungskanälen und Leitungen hergestellt wird. Zweckmäßigerweise werden zwei benachbarte Reihen von übereinanderliegenden Strömungskanälen so mit derselben Zuleitung verbunden. Diese Ausführung ist in Fig. 13 noch etwas detaillierter gezeigt.

[0018] Wie im Anspruch 2 beschrieben, können die Leitungen 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 Vermischung des zugeführten Wassers mit der Suspension führt (Fig. 9 und 10).

[0019] Figur 11 zeigt eine etwas einfachere Ausführungsform, bei der im Turbulenzerzeuger 2 jeweils zwei Kanäle übereinanderliegen und die Leitung 6 nur in den einen von den übereinanderliegenden Kanälen, in diesem Falle in den oberen, erfolgt.

[0020] Figur 12 zeigt die Kombination aus Zufuhr von Verdünnungswasser (Pfeil 12) im Turbulenzerzeuger 2 und Abzug von Suspension (Pfeil 13) im Turbulenzerzeuger 3. Auf diese Weise ist es mit Vorteil möglich, einen Einfluß 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 gedachten zusammenhängenden Bereich in gewünschter Weise eingestellt, z.B. gleichgehalten werden, wobei zusätzlich eine Möglichkeit geschaffen wurde, die Faserstoffmenge über die Stoffauflaufbreite durch Veränderung der in dieser Stromlinie vorhandenen Faserstoffdichte einzustellen.

[0021] Die Erfindung kann ohne weiteres auch bei Mehrschichtstoffaufläufen realisiert werden, wie Fig. 14 exemplarisch zeigt. Der dort schematisch dargestellte Zweischicht-Stoffauflauf weist zwei unabhängig beschickbare Flüssigkeitszuführungsvorrichtungen 1 auf, denen sich stromabwärts je zwei Turbulenzerzeuger 2 und 3 anschließen, wobei dazwischen je eine Zwischenkammer 4 liegt und dem in Stromrichtung letzten Turbulenzerzeuger 3 ein Düsenraum mit einer Trennwand 14 folgt, an dessen Ende sich der Austrittsspalt 5 befindet.

Ansprüche

1. Stoffauflauf für eine Papiermaschine mit mindestens einer Flüssigkeitsszuführungsvorrichtung (1), der sich stromabwärts mindestens je zwei durch je eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen gebildete Turbulenzerzeuger anschließen, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbulenzerzeugern (2 und 3) eine Zwischenkammer (4) liegt und wobei dem in Stromrichtung letzten Turbulenzerzeuger ein Düsenraum folgt, an dessen Ende sich ein im wesentlichen über die gesamte Papiermaschinenbreite erstreckender Austrittsspalt (5) befindet, aus dem im Betrieb des Stoffauflaufes ein Suspensionsstrahl austreten kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Bereich des in Strömungsrichtung vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeugers (2) Leitungen (6) befinden, welche so gestaltet und angeschlossen sind, daß sich durch sie Fluid entweder zu- oder aus ihr abführen läßt.

2. Stoffauflauf für eine Papiermaschine mit mindestens einer Flüssigkeitszuführungsvorrichtung (1), der sich stromabwärts mindestens je zwei durch je eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen gebildete Turbulenzerzeuger anschließen, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbulenzerzeugern (2 und 3) eine Zwischenkammer (4) liegt und wobei dem in Stromrichtung letzten Turbulenzerzeuger ein Düsenraum folgt, an dessen Ende sich ein im wesentlichen über die gesamte Papiermaschinenbreite erstreckender Austrittsspalt (5) befindet, aus dem im Betrieb des Stoffauflaufes ein Suspensionsstrahl austreten kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Bereich des in Strömungsrichtung hinter der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeugers (2) Leitungen (6') befinden, 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 Mehrzahl von Rohrleitungen (7) besteht, deren Strömungsquerschnitt turbulenzerzeugend ausgestaltet ist.

4. Stoffauflauf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel zwischen der Leitung (6) und der Rohrleitung (7) während des Betriebes einstellbar 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 erweiternden Strömungskanälen (8), sogenannten Stufendiffusoren, 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 einmünden.

8. Stoffauflauf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
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 Zwischenkammer (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 Druckverlust mindestens 1,5 mal so hoch ist wie der am hinter der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeuger (3) .

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

12. Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungsquerschnitt am Einlauf zum vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeuger (2) verstellbar ist.

13. Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch ein Stellventil (9) oder dergleichen die Menge durch die Leitungen (6) einstellbar ist.

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

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

16. Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der Zwischenkammer (4) in Strömungsrichtung 10 bis 20 Mal so groß ist wie das Maß des Stufensprungs zwischen dem vorletzten Element des vor der Zwischenkammer (4) liegenden Turbulenzerzeugers (2) und dem letzten Element.

17. Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
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 gekennzeichnet,
daß die Wände (11) offene Flächenanteile aufweisen, so daß sie eine begrenzte Querströmung in der Zwischenkammer (4) zulassen.

19. Stoffauflauf nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als Mehrschichstoffauflauf mit zwei oder mehr Flüssigkeitszuführungsvorrichtungen (1), der sich stromabwärts mindestens je zwei Turbulenzerzeuger pro Flüssigkeitszuführungsvorrichtung anschließen, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Turbulenzerzeugern (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 derAustrittsspalt (5) befindet.

Zeichnung