DE4019593C2

DE4019593C2 - Stoffauflauf für Papiermaschinen

Info

Publication number: DE4019593C2
Application number: DE4019593A
Authority: DE
Inventors: Helmut Heinzmann; Udo Heuser
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JP3301623B2; JPH04333688A; CA2045038A1; CA2045038C; EP0785305A1; EP0462472A1; DE4019593A1; DE59109230D1; ATE227370T1; DE59109243D1; EP0789107B1; EP0789107A2; EP0785305B1; EP0789107A3; FI912230A; FI20020790A; FI912230A0; ATE214442T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für Papiermaschinen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Stoffauflauf ist aus DE 35 14 554 bekanntgeworden.

Ein solcher Stoffauflauf soll die Papierstoffsuspension spätestens vor dem Auslaufspalt derart vergleichmäßigen, daß sowohl die Stoffdichte (Fasermasse pro Volumeneinheit) über die Breite des Stoffauflaufes konstant ist, als auch die Orientierung der Faser. Beides sind wichtige Voraussetzungen dafür, daß das fertige Papier sowohl ein einwandfreies Flächengewichts- und Dickenprofil über die Bahnbreite hat, als auch flach liegt und nicht zum Rollen neigt.

Im Betrieb einer Papiermaschine gibt es zahlreiche Störfaktoren, die den beiden genannten Anforderungen entgegenstehen. Zu diesen Störfaktoren gehören beispielsweise Temperaturschwankungen, Druckschwankungen und Fertigungstoleranzen.

Die eingangs genannte DE-Patentschrift befaßt sich mit denselben Problemen, wie hier beschrieben. Dort wurde bereits erkannt, daß es darauf ankommt, sowohl die Stoffdichte über die Breite des Stoffauflaufes hinweg konstant zu halten, als auch die Faserorientierung zu beherrschen, so daß möglichst keine Querströmungen im Auslaufkanal auftreten. Dabei wird vor allem vorgeschlagen, die Stoffdichte örtlich zu verändern, d. h. je nach Bedarf an bestimmten Stellen die Stoffdichte zu verändern. Dabei bleibt jedoch offen, auf welche Art und Weise dies vorgenommen werden soll.

Es ist ferner bekannt, die Weite des Auslaufspaltes zu verändern, beispielsweise durch Gewindespindeln zum Verschwenken oder Verbiegen der Oberlippe - siehe z. B. DE-PS 29 42 966 oder DE-OS 35 35 849. Hierdurch kann der Durchsatz der Suspension örtlich verändert werden. Gleichzeitig wird jedoch auch die Strömungsrichtung örtlich beeinflußt, und damit auch die Faserorientierung. Durch eine örtliche Spaltverengung wird nämlich den Fasern an den Engstellen eine andere Strömungsrichtung erteilt, als an anderen Stellen des Auslaufspaltes. Dies bedeutet, daß zwar die Stoffdichte durch diese sogenannte Verdrängungsregelung über die Breite des Stoffauflaufes gleichmäßig gemacht werden kann, daß jedoch die an sich gute Faserorientierung wieder zerstört wird. Wünschenswert wäre somit, die beiden Parameter, nämlich Stoffdichte und Faserorientierung, unabhängig voneinander beeinflussen zu können.

Weiterhin wird auf die französische Patentschrift FR 26 31 353 hingewiesen. In dieser Schrift wird ein Stoffauflauf offenbart, in dem zwar die Möglichkeit gegeben ist, mit Hilfe von entsprechenden Ventilen die Stoffdichte der Stoffsuspension über die Arbeitsbreite hinweg individuell einzustellen, jedoch ergeben sich bei dieser Art des Stoffauflauf-Aufbaues große Probleme bezüglich der Faserorientierung aufgrund nicht kontrollierbarer Querströmungen und frühzeitige Vermischungen vor dem Turbulenzeinsatz.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf dieser Gattung anzugeben, der es ermöglicht, die beiden Parameter Stoffdichte und Faserorientierung auf praktikable und zuverlässige Weise unabhängig voneinander zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, den Stoffauflauf zu sektionieren, was an sich bekannt ist, und den einzelnen Sektionen individuelle Sektionsströme zuzuführen, deren Betriebsparameter (Durchsatz, Stoffdichte, Faserqualität) wiederum für sich alleine einstellbar sind. Die Sektionsströme Q_M speisen jeweils eine Sektion. Die Sektionsströme werden am besten außerhalb des Stoffauflaufes getrennt geführt und erst im Stoffauflauf miteinander vereinigt. Jeder Sektionsstrom als solcher entsteht seinerseits durch Zusammenführen zweier geregelter Teilströme. Je nach Mischungsverhältnis dieser Teilströme läßt sich die Beschaffenheit des Sektionsstromes aufs Genaueste einstellen.

Ein praktischer Fall kann wie folgt aussehen: Es wird bei der Qualitätskontrolle der Papierbahn festgestellt, daß das Flächengewichtsprofil an einer bestimmten Stelle der Bahnbreite vom Sollwert in unzulässiger Weise abweicht. Demgemäß muß die Stoffdichte der Suspension im Stoffauflauf an dieser Stelle des Stoffauflaufes entsprechend korrigiert werden. Gemäß der Erfindung läßt sich dies durch Verändern der Konzentration C_M des betreffenden Sektionsstromes durchführen. Die notwendige Änderung C_M läßt sich aus einer Massenbilanz ermitteln. Die resultierende (korrigierte) Konzentration C_M ist einzig und allein abhängig vom Verhältnis der vorausgeschalteten Teilströme Q_H/Q_L. Der korrigierte Wert C_M wird somit als Basis einer Verhältnisregelung ausgenutzt, indem er als Sollwert verwendet wird (siehe Fig. 1a/1b). Die Verhältnisregelung stellt das neue Teilvolumen-Strömungsverhältnis ein. Dabei ändert sich auch Q_L. Da aber der Volumenstrom des Sektionsstromes konstant bleiben muß, wird der Teilstrom Q_H entsprechend der Kontinuitätsgleichung korrigiert. Diese Regelung kann auch nach dem Schema in Fig. 1a durchgeführt werden. Hierzu müssen die Sollwertänderungen der Teilströme für die neue Konzentration C_M berechnet und dem Regler vorgegeben werden.

Volumenstromregelung

Im Stoffauflauf können Querströmungen der Suspension in der Stoffauflaufdüse z. B. durch Randeinflüsse auftreten. Diese führen dann zu einer unerwünschten Beeinflussung der Faserorientierung. Die Ursache hierfür liegt bei bekannten Stoffaufläufen in unterschiedlichen Volumenströmen über die Stoffauflaufbreite.

Bei dieser Regelaufgabe bleibt die Konzentration C_M konstant. Der errechnete, notwendige Teilstrom Q_H wird als Sollwert dem Regler vorgegeben (Fig. 1a). Nach dem Schema von Fig. 1b müssen zwei errechnete Volumenströme Q_H und Q_L den Reglern als neue Sollwerte vorgegeben werden.

Anwendungsmöglichkeiten

Das Verfahren läßt sich auf alle Stoffauflauf-Typen (Einlagen-, Mehrlagen-, Stoffaufläufe für Spaltformer, Langsieb mit und ohne Schwingungsdämpfer, ein oder zwei Rohrbündel usw.) anwenden.

Fig. 2-5: Die Summe der Sektionsströme entsprechen dem Gesamtzulaufstrom zum Stoffauflauf. Dadurch wird das konventionelle Verteilrohr ersetzt. Der Mischer liegt außerhalb des Stoffauflaufs.

Fig. 6-11: Der Sektionsstrom einer Sektion ist nur eine Teilmenge des Gesamtstromes der Sektion. Der Reststrom wird konventionell zugeführt.

Fig. 6: Sektionsströme werden im ersten Rohrbündel zugeführt. Diese können auch durch Trennwände nach Fig. 3a auf einem Teil des Strömungsweges voneinander getrennt werden.

Fig. 7-8: Zuführung des Sektionsstromes in den Kanal zwischen den Rohrbündeln (z. B. Lochplatten).

Fig. 9-10: Direkte Zuführung des Sektionsstromes in eine oder mehrere Rohrzeilen des Turbulenzeinsatzes einer Sektion.

Fig. 11: Zuführung in den Düsenraum.

Man kann der Stoffauflauf-Sektion anstelle des Sektionsstromes auch zwei Regelströme zuführen. Der sektionierte Abschnitt ist dann so gestaltet, daß sich die beiden Ströme miteinander durchmischen. Der Mischer befindet sich hierbei innerhalb des Stoffauflaufes.

Fig. 1A beschreibt eine Durchflußverhältnisregelung entsprechend DIN 19227 Blatt 1, Seite 9 von zwei Suspensionsströmen zu einem Mischer, aus dem der Sektionsstrom Q_M mit der Gesamtkonzentration C_M herausgeführt wird. Der erste in den Mischer führende Teilstrom Q_H hat die Konzentration C_H und wird noch vor dem Durchflußverhältnisregelkreis durch einen Durchflußmengenregelkreis bezüglich der Durchflußmenge geregelt. Der zweite in den Mischer geleitete Teilstrom Q_L mit der Konzentration C_L wird bezüglich seines Volumenstroms über das Stellventil des Durchflußverhältnisregelkreises geregelt.

Fig. 1B zeigt eine zweite Variationsmöglichkeit einer Regelung der Teilströme und des Sektionsstromes, in dem die beiden zugeführten Teilströme Q_H mit der Konzentration C_H und Q_L mit der Konzentration C_L jeweils separat über einen Durchflußmengenregelkreis eingestellt sind, wobei die Führungsgrößen für die einzelne Mengenregelung aus einer zentralen Rechnersteuerung zugeführt wird. Beide V-Teilströme werden einem Mischer zugeführt, aus dem dann ein Sektionsstrom Q_M mit einer Endkonzentration C_M an den nachgeschalteten Stoffauflauf abgegeben wird.

Fig. 2 zeigt zum einen einen Stoffauflauf in der Seitenansicht und zum zweiten den gleichen Stoffauflauf in der Draufsicht. Von links kommend wird die Stoffsuspension in einzelnen Strömen mit den Sektionsströmen Q_Mi und der Konzentration C_Mi dem sektionierten Abschnitt 2.1 des Stoffauflaufes zugeführt, von wo aus die Stoffsuspension in den Turbulenzeinsatz 2.2, hier stilisiert als einzelne Kanäle dargestellt, eingeführt wird und dann weiter in die Düse 2.3 des Stoffauflaufes gelangt, von wo aus sie durch den Austrittsspalt der Papiermaschine zugeführt wird. Das gleiche ist in der Draufsicht des Stoffauflaufes dargestellt. Zusätzlich ist im sektionierten Abschnitt 2.1 zu erkennen, daß der sektionierte Abschnitt 2.1 durch eine Vielzahl von Trennwänden 2.1.1 unterteilt ist.

Fig. 3 zeigt beispielsweise einen im Grundsatz bekannten Stoffauflauf mit einem sektionierten Abschnitt 3.1, an den im oberen Teil ein Pulsationsdämpfer 3.4 in Form eines über die Maschinenbreite verlaufenden "Rucksackes" angeschlossen ist. An den sektionierten Abschnitt 3.1 ist direkt ein Turbulenzeinsatz 3.2 angeschlossen, der in einen Auslaufkanal 3.3 einmündet. In den sektionierten Abschnitt münden wieder eine Vielzahl von Stoffströmen Q_Mi mit einer Konzentration C_Mi, die dieses Mal in diesem Raum jedoch nicht durch eigene Trennwände unterteilt werden, sondern die aufgrund der laminaren Strömung in diesem Bereich ihr sektionales Verhalten beibehalten ohne eine separate Trennung durchführen zu müssen. Diese Situation ist nochmals im Querschnitt A dargestellt, in dem ein Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung der Stoffsuspension gezeigt ist, wobei die einzelnen Stoffströme mit Q_M1, C_M1-Q_Mn, C_Mn dargestellt sind.

Fig. 3A zeigt den gleichen Schnitt A durch den sektionierten Abschnitt 3.1 wie im unteren Teil der Fig. 3 dargestellt, jedoch sind hier erfindungsgemäß Trennwände 3.1.1 zumindest über einen Teil des sektionierten Abschnittes 3.1 vorgesehen. Die einzelnen Sektionen werden auch hier durch einzelne Sektionsströme Q_M1, C_M1-Q_Mn, C_Mn gespeist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante eines Stoffauflaufes entsprechend dem in Fig. 2 beschriebenen Stoffauflauf, wobei die Bezugszeichen entsprechend gesetzt wurden. Der Unterschied besteht hierin, daß der Turbulenzeinsatz 4.2 in diesem Beispiel durch eine Vielzahl von Rohren 4.2.1 gebildet ist.

Für Fig. 4A gilt das gleiche wie das unter Fig. 4 Gesagte. Zusätzlich sind hier die auch in Fig. 3A dargestellten Trennwände 4.11 vorgesehen, wobei auch ein Augenmerk darauf zu richten ist, daß die Teilung der Trennwände mit der Teilung der Turbulenzeinsätze nicht unbedingt übereinstimmen, bzw. kein ganzzahliges Vielfaches ergeben muß. Ebenfalls sei auch hier noch einmal darauf hingewiesen, daß die Trennwände nicht unbedingt über den gesamten Bereich des sektionierten Abschnittes verlaufen müssen, sondern auch gegebenenfalls nur einen Teil dieses Raumes beeinflussen bzw. auf der anderen Seite auch in die Auslaufdüse 4.3 hineinreichen können.

Fig. 5 stellt eine weitere erfindungsgemäße Variation eines Stoffauflaufes dar. Es ist wiederum im oberen Teil ein Querschnitt des Stoffauflaufes und im unteren Teil eine Draufsicht des Stoffauflaufes zu erkennen. Die Bezugszeichen sind entsprechend den vorhergehenden Figuren angebracht. Bei diesem Stoffauflauf ist zwischen dem sektionierten Abschnitt 4.1 und dem Turbulenzeinsatz 4.2 ein zweiter Turbulenzeinsatz 4.6, der direkt an den Raum 4.1 anschließt, vorgesehen, der danach in einen Zwischenraum 4.5 übergeführt wird, an den, in Strömungsrichtung gesehen, der bekannte Turbulenzeinsatz 4.2 anschließt. In der Draufsicht ist wiederum zu sehen, daß in diesem speziellen Beispiel die Sektionen des Stoffauflaufes durch Trennwände 4.11 aufgeteilt sind. Wie in den vorhergegangenen Figuren führen auch wieder die einzelnen Sektionsströme Q_Mi, C_Mi in die Sektionen des sektionierten Abschnittes 4.1.

Fig. 6 zeigt eine weitere Variation eines Stoffauflaufes. Der Stoffauflauf ist ausgebildet ähnlich wie in Fig. 3 beschrieben. Er besteht zunächst aus einem sektionierten Abschnitt 6.1 mit einem als Pulsationsdämpfer aufgesetzten Rucksack 6.4. Die Stoffsuspension wird vom sektionierten Abschnitt 6.1 über einen Turbulenzerzeuger 6.2 in den nachfolgenden Auslaufkanal 6.3 geleitet. Der Turbulenzerzeuger 6.2 ist ähnlich wie in Fig. 4 wiederum mit einzelnen Rohren 6.2.1 ausgestattet. Die Stoffsuspension wird dem sektionierten Abschnitt 6.1 aus einem Verteilrohr 6.7 kommend über eine Vielzahl von Kanälen 6.8 zugeführt. Ebenfalls wird dem Einströmrohr 6.1 in einer Vielzahl von Kanälen die geregelte Suspensionsströmung Q_M mit der Konzentration C_M mit individuellen Sektionsströmen Q_Mi und Konzentrationen C_Mi zugeführt. Die Zuführung 6.9 liegt in diesem Beispiel in unmittelbarer Nähe der Zuführungen 6.8 vom Verteilrohr.

Die Zeichnung X stellt nochmal eine Detailzeichnung des Bereiches X aus Fig. 6 dar.

Der Schnitt B durch den Einströmungsraum 6.1 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des Einströmungsraumes 6.1, einen Teil des Verteilrohres 6.7 mit seinen Zuleitungen zum Einströmungsraum 6.1 und die Zuleitungen der einzelnen Sektionsströme Q_Mi, C_Mi in den Einströmungsraum 6.1.

Fig. 7 zeigt einen Stoffauflauf ähnlich wie unter der Fig. 6 beschrieben, jedoch liegen die Zuführungen 7.9 der einzelnen Sektionsströme Q_Mi mit der Konzentration C_Mi auf der Oberseite des sektionierten Abschnittes 7.1, wobei die Zuströmrichtung ungefähr senkrecht zur Hauptströmrichtung der Stoffsuspension in diesem Bereich liegt.

Fig. 8 zeigt im oberen Bereich einen Querschnitt durch einen weiteren Stoffauflauf. Fig. 8 beschreibt wiederum einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine, wobei dieses Mal ein Verteilrohr 8.7 über einen Zwischenturbulenzeinsatz 8.6 direkt an den sektionierten Abschnitt 8.1 angeschlossen ist. Der sektionierte Abschnitt 8.1 hat eine Vielzahl von Zuführungen 8.9, in die die einzelnen Sektionsströme Q_Mi mit der Konzentration C_Mi in den sektionierten Abschnitt eingespeist werden, wobei der sektionierte Abschnitt in diesem Falle gleichzeitig als Mischer fungiert. Von diesem sektionierten Abschnitt 8.1 führt der Turbulenzeinsatz 8.2 direkt in den Düsenraum 8.3. Im unteren Teil der Fig. 8 ist eine Draufsicht des oben beschriebenen Stoffauflaufes zu sehen.

Fig. 9 zeigt einen Stoffauflauf ähnlich wie in Fig. 7 dargestellt. Der Unterschied besteht darin, daß die Zuführung der konzentrationsbeeinflußten Sektionsströme Q_Mi, C_Mi dieses Mal nicht in den sektionierten Abschnitt 6.1 erfolgen, sondern daß ein Satz Turbulenzrohre 9.2.2 direkt mit den einzelnen Stoffströmen Q_Mi mit der Konzentration C_Mi beaufschlagt wird, wodurch eine Vermischung der unterschiedlichen Stoffströme aus dem Hauptverteiler und den zugeführten Sektionsströmen erst in der Düse 9.3 stattfindet. Die Ansicht C verdeutlicht die Zuführung der geregelten Stoffströme durch die Rückwand des Stoffauflaufes in die Turbulenzrohre 9.2.2.

Fig. 10 beschreibt einen Stoffauflauf entsprechend der Fig. 8, jedoch mit dem Unterschied, daß die Zuführung der Sektionsströme Q_Mi, C_Mi wie in Fig. 9 in einen Teil der Rohrbündel 10.2.2 des Turbulenzeinsatzes 10.2 eingeleitet wird. Der untere Teil der Fig. 10 zeigt die gleiche Situation mit den entsprechenden Bezugszeichen in der Draufsicht.

Fig. 11 zeigt eine weitere Variante eines Stoffauflaufes, wobei im oberen Teil im Querschnitt gesehen nur der vordere Teil des Stoffauflaufes, beginnend mit dem Turbulenzeinsatz 11.2 und dem daran anschließenden Auslaufkanal 11.3, zu sehen ist. In den Auslaufkanal wird auf einer Seite, über die Maschinenbreite verteilt, über eine Vielzahl von Zuführöffnungen 11.9 die Sektionsströme Q_Mi mit der Konzentration C_Mi zugeführt.

Im unteren Teil der Fig. 11 ist die Draufsicht auf den oben gestellten Teil des Stoffauflaufes, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, zu erkennen.

Claims

1. Stoffauflauf für Papiermaschinen mit folgenden Merkmalen:

1.1 es ist ein quer liegender Verteiler zum Verteilen der zugeführten Stoffsuspension über die Arbeitsbreite der Papiermaschine vorgesehen;
1.2 es ist eine Turbulenzeinsatz für die Stoffsuspension vorgesehen, der eine Vielzahl von Löchern oder Kanälen aufweist;
1.3 es ist ein maschinenbreiter Auslaufkanal mit einem Auslaufspalt zum Abgeben der Stoffsuspension an ein Papiermaschinensieb vorgesehen;
1.4 es sind Mittel zum Einstellen der Stoffdichte der Stoffsuspension über die Arbeitsbreite hinweg vorgesehen, mit Leitungen für geregelte Suspensionsströme - Sektionsströme - mit individuell einstellbaren Eigenschaften (Stoffkonzentration und Stoffsuspensionsdurchsatz );
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.5 der Stoffauflauf ist über seine Breite hinweg durch Trennwände in Sektionen unterteilt;
1.6 je Sektion ist wenigstens ein Anschluß zum Zuführen eines Sektionsstromes vorgesehen;
1.7 an den sektionierten Abschnitt schließt sich der Turbulenzeinsatz an;
1.8 die Trennwände erstrecken sich strömungsmäßig über einen wesentlichen Teil des Strömungsweges zwischen der Zuführung der Sektionsströme und dem Turbulenzeinsatz;
1.9 der Auslaufkanal schließt sich an den Turbulenzeinsatz an.

2. Stoffauflauf gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß:

2.1 der einzelnen Zuleitung zu einer Sektion mindestens ein Mischer vorgeschaltet ist;
2.2 der Mischer wenigstens zwei Anschlüsse zum Heranführen von Teilströmen mit unterschiedlichen Betriebsparametern wie Durchsatz, Stoffdichte, Faserqualität aufweist;
2.3 den Mischern die unterschiedliche Stoffsuspension aus mindestens zwei Verteilrohren oder zwei zentralen Behältern zugeführt werden;
2.4 die Mischer im sektionierten Abschnitt des Stoffauflaufes integriert sind.

3. Mehrlagenstoffauflauf einer Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stoffauflauf einer Lage mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 ausgestattet ist.

4. Verfahren zur unabhängigen Beeinflussung des Flächengewichts- und Faserorientierungsquerprofils bei der Herstellung einer Papierbahn mit folgenden Merkmalen:

4.1 dem Stoffauflauf werden über die Maschinenbreite verteilt Teilströme mit wenigstens zwei unterschiedlichen Dichten zugeführt;
4.2 die Dichte der Gesamtstoffsuspension eines Maschinenabschnittes (auf die Maschinenbreite bezogen) - Sektionsstrom - wird durch die Einstellung des Zuströmverhältnisses der einzelnen Teilströme unterschiedlicher Dichte in diesem Abschnitt bestimmt;
4.3 die Sektionsströme werden in den einzelnen Maschinenabschnitten auf einem strömungsmäßig wesentlichen Teil zwischen ihrer Zuführung und dem Turbulenzeinsatz geführt;
4.4 die Querströmungen im Stoffauflauf und damit die Faserorientierung der Papierbahn werden durch Einstellen des Sektionsstromes wenigstens eines Maschinenabschnittes bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Stoffdichte eines Abschnittes so erfolgt, daß ein konstanter Sektionsstrom dieses Abschnittes erhalten bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Sektionsstromes eines Abschnittes so erfolgt, daß das Zuströmverhältnis der einzelnen Teilströme konstant ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des Sektionsstromes eines Abschnittes das Verhältnis der zuströmenden Teilströme so geregelt wird, daß die Zunahme bzw. Abnahme des Sektionsstromes in einem Maschinenabschnitt durch eine Reduktion bzw. Erhöhung der Konzentration ausgeglichen wird, so daß auch bei Änderung des Sektionsstromes eines Maschinenabschnittes die Flächenmasse des Papiers in diesem Abschnitt konstant bleibt.