DE3144066C2 - "Stoffauflauf für eine Papiermaschine" - Google Patents

Abstract

Ein Stoffauflauf für eine Papiermaschine hat ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von Kanälen (20), die vom Faserstoff durchströmt werden und in eine Auslaufdüse (12) münden. Die Kanäle (20) erweitern sich vor der Einmündung in die Auslaufdüse (12) in Form eines stetigen Diffusors (27). Die Kanäle (20) haben verhältnismäßig große Länge und kleine lichte Weite. Damit der Sauer stoff lauf auch für verhältnismäßig geringe Arbeitsgeschwindigkeiten oder für einen Betrieb mit verhältnismäßig hoher Stoffdichte einsetzbar ist, ist in jedem der Kanäle (20) vor der Einmündung in die Auslaufdüse (12) ein Kanalstück (a) mit verringerter lichter Weite vorgesehen. Der Eintritt (26) in dieses Kanalstück (a) ist als eine stufenartige Querschnittsverringerung ausgebildet.

Description

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

c) jedes Turbulenzrohr (20; 40) hat ein Rohrstück (s; 41) iTiil gegenüber dem vorausgehenden Tei! (24) des Turbulenzrohres (20; 40) verringerter lichter Weite, wobei der Eintritt in das Rohrstück (a; 41) als eine stufenartige Querschnittsverengung (26; 46) ausgebildet ist;

d) die lichte Weite jedes der genannten Rohrstükke (a; 41) ist über eine Länge (a), die etwa das Drei- bis Sechsfache der lichten Weite beträgt, gleichbleibend;

e) jedes der Rohrstücke (a; 41) mit verringerter lichter V'eiie ist unmittelbar vor dem stetigen Diffusor (27) angeordnet.

(Zuden Fig. 1.3 und4.)

2. Stoffauflauf für eine Papiei maschine, Kartonmaschine od. dgL mit den folgenden Merkmalen:

a) ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von sogenannten Turbulenzrohren (30; 50), die sich etwa in Maschinenlaufrichtung erstrecken und von Fasersuspension durchströmt werden, mündet in eine Auslaufdüse (12);

b) die Turbulenzrohre (30; 50) erweitern sich unmittelbar vor der Einmündung in die Auslaufdüse (12) in Form eines stetigen Diffusors;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

c) jedes Turbulenzrohr (30; 50) hat eine stufenartige Querschnittsverengung (36);

d) die stufenartige Querschnittsverengung (36) ist innerhalb des stetigen Diffusors angeordnet.

(Zu den F i g. 2 und 5.)

3. Stoffauflauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß — in Strömungsrichtung gesehen — vor der stufenartigen Querschnittsverengung (d. h. vor dem Einlaß des Rohrstücks 55) eine zusätzliche stufenartige Querschnittsverengung (Einlaß des Rohrstücks 54) vorgesehen ist (F i g. 5).

4. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rohrstücke mit verringerter lichter Weite durch eine in das Turbulenzrohr (40) eingesetzte Buchse (41; 41') gebildet ist (F i g. 3 oder 4)-

5. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Turbulenz-Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für eine Pap;ermaschine. Kartonmaschine od. dgl, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2.

Seit Jahrzehnten ist man darum bemüht, die Stoffaufläufe 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 Fasern in dem Stoffstrahl gewährleistet ist.

Dieses Ziel ist bis jetzt dank verschiedener Maßnahmen schon weitgehend erreicht worden. Bei dem aus der DE-AS 20 39 293 bekannten Stoffauflauf, von dem die Erfindung ausgehe führt man die Fasersuspension durch ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von sogenannten Turbulenzrohren. Darunter versteht man Rohre mit verhältnismäßig großer Länge und kleinem lichten Durchmesser, in denen somit durch Wandreibung eine sogenannte Mikroturbulenz erzeugt wird. Deren Intensität ist im allgemeinen 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 Turbulenzrohre vor der Einmündung in die Auslaufdüse allmählich stetig erweitern. Dadurch wird erreicht, daß der gesamte zur V.-Kügung stehende Strömungsquerschnitt sich an der Einmündungsstelle 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 Turbulenzrohre in einer Seitenansicht in Strömungsrichtung zueinander konvergieren, dann kann es sein, daß sie sich, in dieser Seitenansicht gesehen, nicht stetig erweitern. In jedem Falle ist aber, wenn man die Turbulenzrohre von oben ansieht, eine stetige Erweiterung vorhanden.)

Eine Voraussetzung für die beschriebene gute Wirkungsweise der bekannten Konstruktion ist, daß in den Turbulenzrohren und in der Auslaufdüse eine verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen wird. Deshalb eignet sich dieser bekannte Stoffauflauf 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 Turbulenzrohre (gese-

hen in einer Seitenansicht) und die lichte Weite jedes dieser Turbulenzrohre nur innerhalb enger Grenzen verringern. Es besteht dann zwar noch die Möglichkeit, die Fasersuspension dem Stoffauflauf mit höherer Verdünnung zuzuführen. Dies erfordert jedoch höheren Energieaufwand für das Umwälzen des Stoffwassers und unangemessen große Pumpen und Rohrleitungen.

Ein ähnlicher bekannter Stoffauflauf (DE-OS 15 61 650) hat ein Bündel von Rohren, die in ihrem mitt-

leren Bereich eine diffusorartige stetige Querschnittserweilerung aufweisen und die mittels je einer stufenartigen Querschnittserweiterung in Leitkanäle münden, die einen gleichbleibenden Vieleckquerschnitt aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sloffauf lauf der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, der mit möglichst geringem Aufwand auch für verhältnismäßig niedrige Arbeitsgeschwindigkeiten (Größenordnung 400 m/min) 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 oder des Anspruches 2 gelöst Beiden Lösungen ist gemeinsam, daß in jedem der Turbulenzrohre (die eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung gewährleisten und das Entstehen von Mikroturbulenz begünstigen), kurz vor der Einmündung in die Auslaufdüse eine stufenartige Querschnittsverengung vorgesehen wird. Gemäß Anspruch 1 ist jede stufenartige Verengung Teil eines unmittelbar vor d^m stetigen Diffusor angeordneten Rohrstückes, das gegenüber dem vorausgehenden Teil des Turbulenzrohres eine verringerte lichte Weite aufweist, wobei diese verringerte lichte Weite nach der stufenartigen Querschnittsverengung über eine gewisse Länge, die etwa das Dreibis Sechsfache der lichten Weite beträgt, im wesentlichen konstant bleibt. Gemäß Anspruch 2 ist die stufenartige Querschnittsverengung innerhalb des stetigen Diffusors angeordnet; d. h. mit anderen Worten: Die eingangs erwähnte allmähliche (diffusorartige) Erweiterung am Ende jedes Turbulenzrohres beginnt schon vor der stufenartigen Querschnittsverengung und setzt sich dahinter fort.

Die nachfolgenden Erläuterungen gelten gleichermaßen für beide Lösungen: Auf die stufenartige Verengung darf keinesfalls unmittelbar eine stufenartige Erweiterung folgen. Höchstens am Ende des genannten Rohrstücks (irr Falle der Lösung gemäß Anspruch 1) kann bei Bedarf eine solche stufenartige Erweiterung angeordnet werden. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß sich in jedem der Turbulenzrohre bei verhältnismäßig geringer Strömungsgeschwindigkeit und bei stabiler gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung eine an langen Fasern arme Handschicht bildet und daß durch die plötzliche Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit an der stufenartigen Querschnittsverengung 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 durch Ablösung von Wirbeln eine instabile Strömung entsteht. Bei 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 Strömungsriehtung über eine nur verhältnismäßig kurze Wegstrecke ausdehnt.

Wichtig ist. wie schon erwähnt, daß hinter der stufenartigen Querschnittsverengung alsbald die Einmündung in die Auslaufdüse erfolgt, so daß der Stoffstrom in einem gut durchmischten und stabilen Zustand in die Auslaufdüse gelangt, ohne daü die Gefahr einer erneuten Bildung einer langfaserarmen Randschicht besteht. Bei Bedarf kann man in Strömungsrichtung vor der genannten stufenartigen Querschnittsverengung eine weitere stufenartige Querschnittsverengung vorsehen. Im allgemeinen genügt jedoch eine einzige Stufe der genannten Art

Im übrigen ist es für die Erfindung ganz wesentlich, daß an der Stufe eine Verengung des Querschnittes und nicht eine Erweiterung stattfindet. Nach einer stufenartigen Erweiterung werden nämlich Mikroturbulenzen

ίο nur innerhalb einer Randschicht erzeugt, deren Dicke etwa der Stufenhöhe entspricht Dagegen wirkt der bei der erfindungsgemäßen Bauweise entstehende Toruswirbel bis in das Zentrum des Rohrquerschnittes hinein. Die Figur 1 der DE-AS 27 26 709 zeigt zwar einen Stoffauflauf mit einem Bündel sogenannter Führungskanäle, an deren Einlaßende unter Bildung einer stufenartigen Querschnittsverengung gekrümmte Zuführrohre angeschlossen sind, wobei die Länge jedes Führungskanales von der stufenartigen Querschnittsverengung zu einer stufeuartigen Querschnittserweiterung größer als das Zehnfache seines lichten Durcl-uiessers ist Aus den folgenden Gründen kann diese bekai-rite Anordnung nicht die Wirkung der erfindungsgemäßen Konstruktion haben: Zum einen verursacht die Krümmung der Zuführrohre eine ungleichmäßige Anströmung der stufenartig-n Querschnittsverengungen. Somit besteht die Gefahr, daß der dort entstehende Toruswirbel instabil ist Aber selbst wenn man annimmt, es entstünde ein stabiler Toruswirbel, so könnte dieser nicht — wie bei der erfindungsgemäßen Bauweise — bis in die Auslaufdüse hinein wirken, weil die stufenartige Querschnittsverengung (wegen der erwähnten großen Länge der Führungskanäle) in viel zu großer Entfernung von der Auslaufdüse angeordnet sind. In der Beschreibung dieser DE-AS fehlt jeglicher Hinweis auf das Vorhandensein und auf die Wirkung der stufenartigen Querschnittsverengungen. Die der DE-AS zugrunde i-egende Aufgabe besteht darin, die Stoffzuführung besonders leicht auszubilden. Hierzu werden anstelle eines eiiizigen großen Querverteilrohres vier kleinere Querverteilrohre vorgesehen, weshalb die daran anschließenden Zuführrohre, wie schon erwähnt, gekrümmt sein müssen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist in der DE-AS 27 26 709 nicht angesprochen.

Wie oben schon erläutert, besteht ein -vesentlidier Vorteil des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes darin, daß die bisher überwiegend 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, .^toffaufläufe für hohe Stoffdichten und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu entwickeln. Ein Beispiel ist bekannt aus der DE-OS 23 35 602. Dort ist die Auslaufdüse eines Stoffauflaufes in mehrere in Strömungsriehtung hintereinander liegende Abschnitte unterteilt, die gemeinsam einen maschinenbreiten zickzack-förmigen Strömu.ii*skanal bilden. Diese Bauweise hat aber den Nachteil, daß die Geschwindigkeitsverteilung im austretenden Stoffstrahl nicht genügend gleichmäßig ist. Demgegenüber ist bei Anwendung der erfin-

5 6

dungsgemäßen stufenartigen Verengungen keine Ver- die Auslaufdüse 12.

schlechterung des Geschwindigkeitsprofils im Aus- Die F i g. 2 zeigt eine Möglichkeit, dies zu realisieren.

trittsstrahl beobachtet worden. Somit ist das Flächenge- Bei dem dort dargestellten Turbulenzrohr 30 beginnt wicht der fertigen Papierbahn, über ihre Breite gemes- die stetige diffusorartige Erweiterung schon vor der stusen, nach wie vor von hoher Gleichmäßigkeit Darüber 5 fenartigen Querschnittsverengung 36. Mit anderen hinaus wurde überraschend festgestellt, daß durch die Worten: Das Auslaufende des Anfangsstücks 34 ist erfindungsgemäßen Maßnahmen die in der fertigen Pa- schon etwas konisch aufgeweitet, und das Endstück 35 pierbahn in der Regel unvermeidliche (und meistens ist auf seiner ganzen Länge als stetiger Diffusor ausgeauch gar nicht störende) Kleinflockigkeit weitgehend bildet

beseitigt werden konnte. io Bei dem in F i g. 3 dargestellten Turbulenzrohr 40 ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfol- die stufenartige Querschnittsverengung 46 durch die gend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt Stirnfläche einer eingesetzten Buchse 41 gebildet. Ab-

F i g. 1 einen Stoffauflauf, überwiegend nur schema- gesehen von dieser Buchse ist somit das Turbulenzrohr tisch, von einer Seite her gesehen im Längsschnitt; 40 einstückig, wie bei herkömmlichen Stoffaufläufen.

F i g. 2 bis 5 von der F i g. 1 abweichende Bauformen 15 Somit eignet sich die in F i g. 3 dargestellte Bauweise einzelner Turbulenzrohre. auch zum nachträglichen Umrüsten eines vorhandenen

Der in F i g. 1 gezeigte Stoffauflauf ist im wesentli- Stoffauflaufes. Die Buchse 41 hat über ihre ganze Länge chen «"!ρ folgt aufgebaut" 7wei 7i_ipjnanHpr knnvprgie- einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt. Sie entrende Begrenzungswände 10 und 11 bilden eine Aus- spricht insoweit dem Rohrstück a von Fig. 1. Am Ende laufdüse 12 mit einem maschinenbreiten Austrittsspalt 20 der Buchse 41 befindet sich eine stufenartige Quer-13. Dessen lichte Weite kann mittels einer verstellbaren schnittserweiterung, die jedoch für das Erzielen der erBlende 14 variiert werden. Der austretende Stoffstrahl findungsgemäßen Wirkung ohne Belang ist. Abweigelangt in der üblichen Weise auf ein nicht dargestelltes chend hiervon kann die Buchse 4Γ auch gemäß F i g. 4 Siebband, das über eine nur teilweise sichtbare Brust- eine schwache diffusorartige Erweiterung aufweisen, walze 15 läuft. 25 Das in F i g. 5 dargestellte Turbulenzrohr 50 ist aus

Zwischen den Begrenzungswänden 10 und 11 befin- drei Rohstücken 53,54 und 55 zusammengesetzt Somit det sich ein Rohrbündel, das aus einer Vielzahl von sind hier ζ-ΐςί stufenartige Querschnittsverengungen 56 übereinander liegenden und gleichmäßig über die Ma- und 57 vorhanden.

schinenbreite verteilten, sogenannten Turbulenzrohren Wie aus der DE-AS 20 39 293 bekannt ist, können die

20 gebildet ist. In der Zeichnung sind nur drei übereinan- 30 Turbulenzrohre 20; 30; 40; 50 (in Richtung zum Ausder liegende Turbulenzrohre sichtbar. Sie sind an ihrer strömende hin) von der kreisrunden in eine vieleckige Einströmseite in einer Platte 17 befestigt, die eine kon- Querschnittsform übergehen. In diesem Falle ist es vex gekrümmte Anströmfläche 18 aufweist Dieser An- durchaus möglich, die stufenartige Querschnittsverenströmfläche wird der Papierstoff über einen maschinen- gung im Bereich des Überganges in die Vieleck-Form breiten sogenannten Zentralkanal 19 zugeführt, dessen 35 anzuordnen, insbesondere bei den Ausführungen gemäß

"* Strömungsrichtung gegenüber der Strömungsrichtung Fig.2oder5.

der Auslaufdüse 12 abgewinkelt ist In bekannter Weise

befindet sich am Ende des Zentralkanals 19 ein Über- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

laufspalt 16, der von unten her in das Druckluftkissen 21

mündet. Weggelassen worden ist in der Zeichnung das 40
übliche, sich quer zur Maschinenlaufrichtung erstrekkende Quer-Verteilrohr. Man erkennt nur noch einen
Teil des Rohrbündels 22, welches das Quer-Verteilrohr
mit dem Zentralkanal 19 verbindet.

Jedes der Turbulenzrohre 20 ist zusammengesetzt aus 45
einem zylindrischen Anfangsstück 24 und aus einem in
dieses eingesteckten Endstück 25. Durch dieses Ineinanderstecken der zwei Rohrstücke 24 und 25 ist in dem
Turbulenzrohr eine stufenartige Querschnittsverringerung 26 gebildet. Ai dieser Stelle ist der Strömungs- 50 ' querschnitt des Turbulenzrohres 20 um etwa 30 bis 70%
kleiner als im Bereich des Anfangsstücks 24. Das Endstück 25 hat an seinem Zulaufende ein Rohrstück a mit
der verminderten Querschnittsfläche, die über die Länge a unverändert bleibt Diese Länge a beträgt etwa das 55
3- bis öfache der verminderten lichten Weite. An das
Rohrstück a folgt eine schwache stetige Erweiterung
des Strömungsquerschnitts (Diffusor 27). Am Auslaufende der Turbulenzrohre 20 verjüngt sich die Wanddikke der Endstücke 25 schneidenartig. Hierdurch können 60
die Turbulenzrohre 20 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 20. Es wird jedoch angestrebt, die 65
Querschnittsverengung in einem möglichst geringem
Abstand vom Ausströmende anzuordnen, also möglichst nahe an der Einmündung der Turbulenzrohre in

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Stcffauflauf für eine Papiermaschine, Kartonmaschine od. dgl, mit den folgenden Merkmalen:

   a) ein über die Maschinenbreite verteilt angeordnetes Bündel von sogenannten Turbulenzrohren (20; 40), die sich etwa in Maschinenlaufrichtung erstrecken und von Fasersuspension durchströmt werden, mündet in eine Auslaufdüse (12);

   b) die Turbulenzrohre (20; 40) erweitern sich unmittelbar vor der Einmündung in die Auslaufdüse (12) in Form eines stetigen Diffusors (27); rohr (20; 30; 50) die stufenartige Querschnittsverengung (26; 36) durch ineinandergesteckte Rohrstücke (24/25; 34/35; 53/54/55) gebildet ist (F i g. 1, 2 oder 5).

   6. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder stufenartigen Querschnittsverengung (26; 36; 46) die lichte Querschnittsfläche des Turbulenzrohres (20;.30; 40; 50) sich um 30 bis 70% verringert