DE3144066A1

DE3144066A1 - "stoffauflauf fuer eine papiermaschine"

Info

Publication number: DE3144066A1
Application number: DE19813144066
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7920 Heidenheim Egelhof; Karl Wolf
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1983-05-19
Also published as: FI823728L; US4897160A; FI79153C; ATA339282A; BR6201535U; DE3144066C2; JPS6029799B2; FI79153B; JPS58126392A; SE8205900L; SE454001B; AT383628B; FI823728A0; SE8205900D0

Description

Kennwort: "Toruswirbel"

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J.M. Voith GmbH Heidenheim

Stoffauflauf für eine Papiermaschine

Die 3rfindung betrifft einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine, Kartonmaschine od.dgl», mit einem Bündel von Kanälen, im einzelnen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1»

Seit Jahrzehnten ist man darum bemüht, die Stoffauflaufe von Papiermaschinen dahingehend zu verbessern, daß der aus dem Stoffauflauf austretende Stoffstrahl nicht nur eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung aufweist, sondern daß auch eine möglichst feine, gleichmäßige "Verteilung der Pasern in dem Stoffstrahl gewährleistet ist.

Dieses Ziel ist bis jetzt dank verschiedener Maßnahmen schon weitgehend erreicht worden. Bewährt haben sich insbesondere die in den folgenden Druckschriften beschriebenen Konstruktionen; DE-AS 2 007 308, 2 039 293 und 2 307 849. Danach führt man die Fasersuspension im Stoffauflauf durch ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von Kanälen. Diese haben verhältnismäßig große Länge und kleine lichte Durchmesser. Hierdurch wird in jedem der Kanäle durch Wandreibung eine sogenannte Mikroturbulenz erzeugt. Deren Intensität ist im allgemeinen

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so groß, daß etwa sich bildende Faserflocken wieder zerteilt oder jedenfalls so klein gehalten werden, daß sie im fertigen Papier in der Regel nicht stören. Zugleich ist vorgesehen, daß sich die Kanäle vor der Einmündung in die Auslaufdüse allmählich stetig erweitern. Dadurch wird erreicht, daß der gesamte zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt sich an der Sinmündungsstelle in die Auslaufdüse nur wenig oder gar nicht vergrößert, was zur Folge hat, daß der sogenannte Eintrittsstoß klein gehalten und das Entstehen von Wirbeln in der Auslaufdüse vermieden wird. (Wenn die Kanäle in einer Seitenansicht in Strömungsrichtung zueinander konvergieren, dann kann es sein, daß die Kanäle in dieser Seitenansicht gesehen sich nicht stetig erweitern. In jedem Falle ist aber eine stetige Erweiterung der Kanäle vorhanden, gesehen in einer Draufsicht auf das Kanal-Bündel.)

Eine Voraussetzung für die beschriebene gute Wirkungsweise der bekannten Konstruktionen ist, daß in den Kanälen und in der Auslaufdüse eine verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen wird. Diese bekannten Stoffauflaufe eignen sich deshalb insbesondere für hohe Papiermaschinen-Geschwindigkeiten. Schwierigkeiten treten aber auf, wenn ein solcher Stoffauflauf an einer Maschine mit verhältnismäßig geringer Arbeitsgeschwindigkeit eingesetzt werden soll. Denn man kann die Anzahl der Kanäle (gesehen in einer Seitenansicht) und die lichte Weite jedes dieser Kanäle nur innerhalb enger Grenzen verringern. Es besteht dann zwar noch die Möglichkeit, die

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Fasersuspension dem Stoffauflauf mit höherer Verdünnung zuzuführen. Dies erfordert jedoch höheren Energieaufwand für das Umwälzen des Stoffwassers und unangemessen große Pumpen und Rohrleitungen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Stoffauflauf der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, der mit möglichst geringem Aufwand auch für verhältnismäßig niedrige Arbeitsgeschwindigkeiten einsetzbar ist, ohne daß eine höhere Verdünnung des Stoffes erforderlich wird« Dabei soll die Faserverteilung im austretenden Stoffstrahl mindestens so gut wie bisher sein oder eher noch verbessert werden«

Diese Aufgabe wird durch einen Stoffauflauf mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Danach wird in jedem der Kanäle des Kanal-Bündels (das eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung gewährleistet und das Entstehen von Mikroturbulenz begünstigt), kurz vor der Einmündung in die Auslaufdüse eine stufenartige Verengung vorgesehen, wobei ein wesentliches Merkmal darin besteht, daß jede s.tufenartige Verengung Teil eines Kanalstückes mit verringerter lichter Weite ist» D.h. zumindest über eine gewisse Länge bleibt die verringerte lichte Weite nach der Stufe im wesentlichen erhalten, allenfalls abgesehen von einer eventuell erwünschten schwachen stetigen diffusorartigen Erweiterung innerhalb des genannten Kanalstückes. Mit anderen Worten; Auf die stufenartige Verengung darf keinesfalls unmittelbar eine stufenartige Erweiterung folgen» Höchstens am Ende des die verringerte lichte Weite aufweisenden Kanalstücks kann bei Bedarf

eine solche stufenartige Erweiterung angeordnet werden. - Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß sich in jedem der Kanäle bei verhältnismäßig geringer Strömungsgeschwindigkeit und bei stabiler gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung eine an langen Pasern arme Randschicht bildet und daß sich durch die plötzliche Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit an der stufenartigen Eintrittsstelle in das verengte Kanalstück die zuvor entstandene langfaserarme Randschicht wieder aufgelöst und unmittelbar hinter der stufenartigen Verengung die gewünschte stabile gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung wiederhergestellt wird. Bei Anordnung einer stufenartigen Erweiterung unmittelbar hinter der Verengung, wie dies z.B. bei Verwendung einer Blende der Fall wäre, kann die beschriebene Wirkung nicht erzielt werden, weil hierbei eine instabile Strömung entsteht, vermutlich durch Ablösung von Wirbeln. 3ei Vermeidung einer plötzlichen Erweiterung unmittelbar hinter der Verengung entsteht bekanntlich an dieser ein Toruswirbel, wobei sich gezeigt hat, daß dieser sehr stabil ist und sich in Strömungsrichtung über eine nur verhältnismäßig kurze Wegstrecke ' ausdehnt .

Wichtig ist, daß hinter dem verengten Kanalstück alsbald die Einmündung in die Auslaufdüse folgt, so daß der Stoffstrom in einem gut durchmischten und stabilen Zustand in die Auslaufdüse gelangt, ohne daß die Gefahr einer erneuten Bildung einer langfaserarmen Randschicht besteht.

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Bei Bedarf kann man in Strömungsrichtung vor der genannten stufenartigen Verengung in einem gewissen Abstand von dieser eine weitere stufenartige Verengung mit einem dazugehörenden Kanalstück von verringerter lichter Weite vorsehen. Im allgemeinen genügt jedoch eine einzige stufenartige Verengung»

Im übrigen ist es für die Erfindung ganz wesentlich, daß an ' der Stufe eine Verringerung des Querschnittes und nicht eine Erweiterung stattfindet. Es ist nämlich anscheinend so, daß nach einer stufenartigen Erweiterung Mikroturbulenzen nur innerhalb einer Randschicht erzeugt werden, deren Dicke etwa der Stufenhöhe entspricht. Dagegen wirkt der bei der erfindungsgemäßen Bauweise entstehende Toruswirbel bis in das Zentrum des Kanalquerschnittes hinein.

Wie bei bekannten Stoffauflaufen weist jeder der Kanäle aus den obengenannten Gründen vor der Einmündung in die Auslaufdüse eine schwache diffusorartige stetige Erweiterung auf- Dabei kann das gemäß der Erfindung vorgesehene Kanalstück mit verringerter lichter Weite unmittelbar vor - oder mit geringem Abstand vor - der diffusorartigen Erweiterung angeordnet werden; es hat hierbei vorzugsweise einen über seile Länge gleichbleibenden Querschnitt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der stetigen diffusorartigen Erweiterung der Kanäle eine stufenartige Verengung vorgesehen ist ο D.h.

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hierbei beginnt die_ stetige diffusorartige Erweiterung schon vor der Stufe und setzt sich hinter der Stufe fort.

Gegen den erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag bestanden zunächst schwerwiegende Bedenken. Es wurde nämlich befürchtet, daß Verengungen in den Kanälen - und insbesondere solche stufenartige Verengungen - Ansatzstellen für Ablagerungen von Faserstoff bilden könnten. Mit anderen Worten: Es wurde im Extremfall mit der Gefahr von Verstopfungen gerechnet. In der Tat zeigt die sehr umfangreiche Literatur über Stoffaufläufe -jedenfalls nach den bisherigen Peststellungen - daß man es bisher grundsätzlich vermieden hat, in den zumeist ohnehin schon sehr engen Stoffführungskanälen noch eine zusätzliche stufenartige Verengung vorzusehen. Eine Ausnahme scheint lediglich die Figur 7 der DE-AS 2 007 308 zu bilden. Dort sind in massiven Teilen 41, 42 eines Stoffauflaufes gebohrte Kanäle vorgesehen, die sich aus je zwei Abschnitten 17a und 17b zusammensetzen. An jeder Übergangsstelle zwischen zwei Abschnitten 17a und 17b sind die Kanäle stufenartig erweitert. In jeden der ersten Abschnitte 17a mündet ein Verteilerrohr I5. Die Zeichnung erweckt den Eindruck, als sei an der Übergangsstelle zwischen dem Verteilerrohr I5 und dem Kanalabschnitt 17a eine stufenarfcige Verengung vorgesehen. In Wirklichkeit handelt es sich jedoch hier nur um eine vereinfachte zeichnerische Darstellung, indem dort der Innendurchmesser der Verteilerrohre 15 weggelassen worden ist. Auch der Text der DE-AS gibt keinen Hinwels darauf, daß eine stufenartige Verengung beabsichtigt war. Aber selbst wenn dies der Fall

gewesen sein sollte, könnte mit der dort gezeigten Anordnung die erfindungsgemäße Wirkung nicht erzielt werden. Die stufenartige Verengung wäre nämlich dort in einer viel zu großen Entfernung von der Einmündung der Kanäle in die Auslaufdüse angeordnet. D.h. in dem dazwischen-befindlichen langen Kanalabschnitt 17b würden sich wieder langfaserarme Randschichten bilden« Die stufenartigen Verengungen wären also wirkungslose

Wie oben schon erläutert _s besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes darin_p daß die bisher über= wiegend nur für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten konzipierten Konstruktionen nunmehr auch für den Bereich mittlerer bis niedriger Arbeitsgeschwindigkeiten einsetzbar sind.; Man kann aber die erfindungsgemäße Bauweise auch in anderer Weise nutzen: Und zwar ist es nunmehr auch möglich,, bei verhältnismäßig hohen Arbeitsgeschwindigkeiten mit viel geringerer Verdünnung (höherer Stoffdichte) als bisher zu fahren» Hierdurch können in dem zum Stoffauflauf gehörenden Wasserkreislauf Einsparungen an Bauvolumen und Antriebsenergie erzielt werden»

Zwar sind auch bisher schon zahlreiche Versuche unternommen . worden, Stoffaufläufe für hohe Stoffdichten und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu entwickelnο Ein Beispiel ist bekannt aus der DE-OS 2 335 602. Dort ist die Auslaufdüse eines Stoffauflaufes in mehrere in Strömungsrichtung hintereinander liegende Abschnitte unterteilt, die gemeinsam einen maschinenbreiten

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zick-zack-förmigen Strömungskanal bilden. Diese Bauweise hat den Nachteil, daß die Geschwindigkeitsverteilung im austretenden Stoffstrahl nicht genügend gleichmäßig ist. Sie hat deshalb keinen Eingang in die Praxis gefunden.

Demgegenüber ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen stufenartigen Verengungen keine Verschlechterung des Geschwindigkeitsprofils im Austrittsstrahl beobachtet worden. Somit ist das Flächengewicht der fertigen Papierbahn, über ihre Breite gemessen, nach wie vor von hoher Gleichmäßigkeit. Darüber hinaus wurde überraschend festgestellt, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die In der fertigen Papierbahn in der Regel unvermeidliche ( und meistens auch gar nicht störende) Kleinflockigkeit weitgehend beseitigt werden konnte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Stoffauflauf, überwiegend nur schematisch, von einer Seite her gesehen im Längsschnitt;

Fig. 2 bis 5 von der Fig. 1 abweichende Bauformen einzelner Kanäle.

Der in Fig. 1 gezeigte Stoffauflauf ist im wesentlichen wie folgt aufgebaut: Zwei zueinander konvergierende Begrenzungswände 10 und 11 bilden eine Aus laufdüse 12 mit einem maschinen-

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breiten Austrittsspalt 13. Dessen lichte Weite kann mittels einer verstellbaren Blende 14 variiert werden. Der austretende Stoffstrahl gelangt in der üblichen Weise auf ein nicht dargestelltes Siebband, das über eine nur teilyweise sichtbare Brustwalze 15 läuft.

Zwischen den Begrenzungswanden 10 und 11 befindet sich ein Bündel von Kanälen 20, das aus einer Vielzahl von gleichmäßig über die Maschinenbreite verteilten, sogenannten Turbulenzrohren gebildet ist. In der Zeichnung sind nur drei übereinander liegende Turbulenzrohre sichtbar. Sie sind an ihrer Einströmseite in einer Platte 17 befestigt, die eine konvex gekrümmte Anströmfläche l8 aufweist. Dieser Anströmfläche wird der Papierstoff über, einen maschinenbreiten sogenannten Zentralkanal I9 zugeführt, dessen Strömungsrichtung gegenüber der Strömungsrichtung der Auslaufdüse 12 abgewinkelt ist. In bekannter Weise befindet sich am Ende des Zentralkanals I9 ein Überlaufspalt 16, der von unten ter in einen Windkessel 21 mündet. Weggelassen worden ist in der Zeichnung das übliche, sich quer zur Maschinenlaufrichtung erstreckende Quer-Verteilrohr. Man erkennt nur no.ch'einen Teil des Rohrbündels 22, welches das Quer-Verte'ilrohr mit dem Zentralkanal 19 verbindet.

Jedes der Turbulenzrohre 20 ist zusammengesetzt aus einem zylindrischen Anfangsstück 24 und aus einem in dieses eingesVeckten Endstück 25. Durch dieses Ineinanderstecken der zwei Rohrstücke 24 und 25 ist in dem Kanal bei 26 eine stufenartige Querschnitts-

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verringerung gebildet. An dieser Stelle ist die Querschnittsfläche des Kanals um etwa 30 bis 70 % kleiner als die Querschnitts fläche im Bereich des Anfangs Stücks 24.. Im Endstück 25 bleibt die verminderte Querschnittsfläche zunächst über eine Strecke a unverändert. Diese Strecke a beträgt etwa das 3- bis 6-fache der verminderten lichten Weite. An die Strecke a folgt eine schwache stetige Erweiterung des Strömungsquerschnitts (Diffusor 27). Am Auslaufende der Kanäle verjüngt sich die Wanddicke der Rohrstücke 25 schneidenartig. Hierdurch können die Kanäle 16 bis unmittelbar zur Einmündung in die Auslaufdüse 12 zueinander konvergieren.

In Fig. 1 liegt die stufenartige QuerschnittsVerengung _;26 etwa in der Mitte der Längserstreckung der Turbulenzrohre 16. Ss wird jedoch angestrebt, die QuerSchnittsVerengung in einem möglichst geringem Abstand vom Ausströmende anzuordnen, also möglichst nahe an der Einmündung der Kanäle in die Aus laufdüse 12.

Die Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, dies zu realisieren. Bei dem dort dargestellten Turbulenzrohr 30 beginnt die stetige diffusorartige Erweiterung schon vor der stufenartigen Querschnittsverengung 36. Mit anderen Worten: Das Auslaufende· des Anfangs-Stücks 3^ ist schon etwas konisch aufgeweitet und das Endstück 35 ist auf seiner ganzen Länge als Diffusor ausgebildet.

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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Turbulenzrohr 40 1st die stufenartige Querschnittsverengung (bei 46) durch die Stirnfläche einer eingesetzten Buchse 41 gebildet. Abgesehen von dieser Buchse ist somit das Turbulenzrohr 40 einstückig, wie bei herkömmlichen Stoffauflaufen. Somit eignet sich die in Fig„ 3 dargestellte Bauweise auch zum nachträglichen Umrüsten eines vorhandenen Stoffauflaufes. Die Buchse 41 hat über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt. Sie entspricht insoweit dem Kanalstück a von Figo 1. Am Ende der Buchse 4l befindet sich eine stufenartige Querschnittserweiterung, die jedoch für das Erzielen der erfindungsgemäßen Wirkung ohne Belang ist. Abweichend hiervon kann die Buchse 41' auch gemäß Fig. 4 eine schwache diffusorartige Erv/eiterung aufweisen«

Das in Fig. 5 dargestellte Turbulenzrohr 50 ist aus drei Rohrstücken 53, 54 und 55 zusammengesetzt. Somit sind hier zwei stufenartige QuerSchnittsVerengungen 56 und 57 vorhanden.

Wie aus der DE-AS 2 039 293 bekannt.ist, können die Turbulenzrohre 2Oj 3Oj 40j 50 (in Richtung zum Ausströmende hin) von der kreisrunden in eine vieleckige Querschnittsform übergehen. In diesem Falle ist es durchaus möglich, die stufenartige Querschnitts Verengung im Bereich des Überganges in die Vieleck-Form anzuordnen, insbesondere bei den Ausführungen gemäß Figur 2 oder 5~~

Heidenheim, den 03-11.81
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Claims

3881 j.M. Voith GmbH

Kennwort: "Toruswirbel" . Heidenheim.

Patentansprüche

Stoffauflauf für eine Papiermaschine, Kartonmaschine od.dgl», mit den folgenden Merkmalen:

a) ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von Kanälen (20), die sich etwa in Maschinenlaufrichtung erstrecken und von Fasersuspension durchströmt werden, mündet in eine Auslaufdüse (12)j

b*! die Kanäle (20) erweitern sich vor der Einmündung in die Aus laufdüse in Form eines stetigen Diffusors (27);

c) dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (20) vor der Einmündung in die Auslaufdüse (12) ein Kanalstuck.(a) mit verringerter lichter Weite aufweist, wcbsi der Eintritt in dieses Kanalstück als eine stufenartige Querschnittsverringerung (26) ausgebildet ist»

Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes der Kanalstücke (a) mit verringerter lichter Weite etwa das drei- bis sechsfache seiner lichten Weite (gegebenenfalls seiner mittleren lichten Weite) beträgt.

3« Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der verengten Kanalstücke (a) eine über' seine Länge gleichbleibende lichte Weite aufweist und unmittelbar vor der stetigen diffusorartigen Erweiterung (27) des Kanales (20) angeordnet ist (Figo 1 oder 3)°

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4. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes der verengten Kanalstücke selbst stetig diffusorartig erweitert (Fig. 2 oder 4).

5. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gewissen Abstand (in Strömungsrichtung) vor der stufenartigen Querschnittsverringerung eine zusätzliche stufenartige Querschnittsverringerung vorgesehen ist (Fig. 5).

6. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Kanalstücke mit verringerter lichter Weite durch eine in den Kanal eingesetzte Buchse (41) gebildet ist (Fig. 3 oder 4).

T- Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die stufenartigsiQuerSchnittsVerengung(en) (26; 36) durch Ineinanderstecken von wenigstens zwei Rohrstücken (24/25; 3V35; 53/5 V55) gebildet ist bzw, sind (Fig. 1, 2 oder 5).

8. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der stufenartigen QuerschnittsVerengung ( 26; 36) die lichte Querschnittsfläche des Kanals sich um 30 bis 70 % verringert.

Heidenheim, den 03-11-81
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