DE4211290C2 - Mischeinrichtung mit veränderlichen Rohrquerschnitten zum Mischen von zwei Flüssigkeiten bei konstantem Gemischvolumenstrom zur Versorgung des Stoffauflaufs einer Papiermaschine - Google Patents
Mischeinrichtung mit veränderlichen Rohrquerschnitten zum Mischen von zwei Flüssigkeiten bei konstantem Gemischvolumenstrom zur Versorgung des Stoffauflaufs einer PapiermaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung zum Mischen von zwei
Flüssigkeiten bei konstantem Gemischvolumenstrom zur Versorgung
des Stoffauflaufs einer Papiermaschine.
Es ist bekannt, daß sich beim Mischen zweier Volumenströme A und
B, wobei A ungeregelt und B geregelt ist, ein Gemischvolumenstrom
einstellt, dessen Größe in der Regel abhängig vom
Mischungsverhältnis A zu B ist. In manchen technischen Verfahren,
z. B. in der Papierherstellung, ist es jedoch wünschenswert bzw.
notwendig, einen konstanten Gemischvolumenstrom unabhängig vom
Mischungsverhältnis der Teilvolumenströme A und B zu erhalten.
Dies läßt sich durch eine teure und aufwendige Regelungstechnik
erreichen.
Eine Mischeinrichtung gemäß des Oberbegriffes nach Anspruch 1 ist
aus DE 40 05 281 A1 (Fig. 3) und aus US 5 030 326 A bekannt.
Dort wird vorgeschlagen, in dem erweiterten Druckstutzen einer
Verbindungsleitung zum Stoffauflauf Verdünnungswasser axial
einzuleiten. In den Erläuterungen wird beschrieben, daß das
Verdünnungswasser in dem am Verteiler befindlichen erweiterten
Druckstutzen eines Verbindungsrohres einzuleiten ist. Im
Hauptanspruch des Patentes ist sogar die Rede davon, in den
separaten, zentralen Verteiler zusätzlich zur Fasersuspension
Verdünnungswasser zuzuführen. Beide Vorschläge setzen voraus, daß
die Strömungsrichtung der Verdünnungskomponente axial zur
Verbindungsleitung verläuft, da die Verdünnungskomponente
ansonsten nicht oder nur zu einem geringen Teil in die
Verbindungsleitung gelangt. Eingangs- und Ausgangsdruck der
Leitungen sind konstant. Das einzige Stellglied zur Veränderung
des Teilvolumenstromverhältnisses befindet sich in der
Verdünnungswasserleitung.
Dies bringt folgende Probleme mit sich: Da die Geschwindigkeiten
beider Teilvolumenströme an der Mischstelle dieselbe Richtung,
jedoch in der Regel einen unterschiedlichen Betrag besitzen, wird
Energie von einem auf den anderen Teilvolumenstrom übertragen. Mit
dem Impulssatz läßt sich nachweisen, daß dies zu gegenseitiger
Beschleunigung bzw. Verzögerung der Teilvolumenströme führt.
Strahlpumpen nutzen diesen Effekt zur Förderung von Flüssigkeiten
oder Gasen. Befindet sich in der auf die Mischstelle folgenden
Leitung ein Strömungswiderstand - z. B. eine Drossel -, so wird der
Effekt der gegenseitigen Beschleunigung bzw. Verzögerung
abgeschwächt, weil sich die Teilvolumenströme vor dem
Strömungswiderstand gegenseitig verdrängen.
Versuche haben gezeigt, daß bei einem für den praktischen Einsatz
noch akzeptablem Druckverlust am Strömungswiderstand bereits bei
einem Anteil der Verdünnungskomponente von 20% die Beschleunigung
des Hauptstromes durch die Verdünnungskomponente so groß ist, daß
gegenüber einem Verdünnungskomponentenanteil von 0% der
Gemischvolumenstrom - Summe aus Hauptstrom und
Verdünnungskomponente - um ca. 1% zunimmt. Steigert man den
Anteil der Verdünnungskomponente auf Werte von 50% und mehr, was
insbesondere im Randbereich des Stoffauflaufes notwendig sein
kann, ist die Gemischvolumenstromänderung größer als 8%. Das heißt, ein
grundlegendes Problem solch einer Mischeinrichtung besteht darin,
daß der Gemischvolumenstrom sich in Relation zur zudosierten Menge
stark ändert.
Weiterhin ist eine Mischeinrichtung zur Erreichung des gleichen
Zweckes bekannt aus der Deutschen Gebrauchsmusteranmeldung G 91 04
609. Hier wird eine Mischeinrichtung vorgestellt, die ebenfalls
dazu dient mehrere Teilvolumenströme derart zu mischen, daß ein
konstanter Gemischvolumenstrom entsteht.
Flächengewichtsquerprofil. Die dargestellte einseitige Kopplung
zwischen Faserorientierung und Flächengewicht ist somit beim
praktischen Einsatz des erläuterten Konzeptes von untergeordneter
Bedeutung.
Die Variation der Stoffdichten in den einzelnen Sektionen kann
dadurch erreicht werden, daß jeder Sektion ein Mischer zugeordnet
wird, in dem zwei Teilvolumenströme unterschiedlicher Stoffdichte
miteinander gemischt werden, und der Gemischvolumenstrom
ausschließlich der entsprechenden Sektion des Stoffauflaufes
zugeführt wird. Unabdingbare Voraussetzung dafür, daß bei
Veränderung der Stoffdichte nicht gleichzeitig auch die
Faserorientierung der Sektion geändert wird, ist die absolute
Konstanz des Gemischvolumenstromes unabhängig vom eingestellten
Teilvolumenstromverhältnis am Mischer.
Sind benachbarte Gemischvolumenströme bei Veränderung der
Stoffdichte nicht stets gleich groß, so führt dies zu
Ausgleichsströmungen quer zur Hauptströmungsrichtung im
Stoffauflauf und damit zu Abweichungen des Strahlaustrittswinkels
von der Maschinenrichtung. Da ein direkter Zusammenhang zwischen
Strahlwinkel und der Orientierung der Faser in der Papierbahn
besteht, müssen die Beträge der einzelnen Gemischvolumenströme
über die gesamte Stoffauflaufbreite absolut gleich und konstant
sein, auch dann, wenn Veränderungen der Stoffdichte in den
einzelnen Sektionen herbeigeführt werden.
Ein anderes Konzept (siehe DE 40 19 593 A1) zur Beeinflussung der
Faserorentierung und des Flächenquerprofils sieht vor, den
Gemischvolumenstrom und die Stoffdichte örtlich eng begrenzt zu
ändern. Hierbei basiert die Wirkung der
Gemischvolumenstromänderung auf die Faserorientierung auf den oben
beschriebenen Zusammenhängen. Das Flächengewicht wird durch
Veränderung der Stoffdichte eingestellt, wobei auch bei diesem
Konzept, die Forderung nach absoluter Konstanz des
Gemischvolumenstromes bei Stoffdichtenänderungen bestehen bleibt,
um durch Stoffdichteänderungen nicht gleichzeitig das
Faserorientierungsprofil zu beeinflussen. Als Stellglied zur
Faserorientierungsverstellung kann ein Ventil im
Gemischvolumenstrom installiert werden.
Die geforderte Konstanz der Gemischvolumenströme der einzelnen
Sektionen bei Änderung der Teilvolumenstromverhältnisse, wird auch
mit erheblichem regelungstechnischen Aufwand nicht befriedigend zu
lösen sein, da die Laufzeit der Flächengewichtsmeßsignale zu lang
ist, um bei der herrschenden Frequenz der Flächengewichtsänderung,
das Flächengewicht konstant zu halten.
Aus der WO 89/11561 A1 ist bekannt, den Volumenstrom im einen
einzelnen Rohr eines Turbulenzeinsatzes eines Stoffauflaufes mit
Hilfe einer Art Quetschventil zu beeinflussen. Auf diese Weise
soll die Faserorientierung beeinflußt werden, jedoch ist keine
sinnvolle Einflußmöglichkeit auf das Flächengewicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv
einfache, kostengüstige und betriebssichere Mischeinrichtung
derart zu gestalten, daß der Gemischvolumenstrom c, unabhängig von
der Größe des Teilvolumenstromes b, konstant bleibt um das
Flächengewichts- und Faserorientierungsquerprofil einer Papierbahn
weitgehend unabhängig voneinander und örtlich eng begrenzt zu
beeinflussen und die obengenannten Nachteile des Standes der
Technik zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
Demnach besteht ein wesentlicher Gedanke der Erfindung darin, die
Veränderung des statischen Druckes im Teilvolumenstrom b im
Mischraum mit Teilvolumenstrom a dazu zu nutzen, den
Teilvolumenstrom a so zu beinflussen, daß bei Zunahme von
Teilvolumenstrom b der Teilvolumenstrom a abnimmt und umgekehrt.
Die Beinflussung des statischen Druckes im Bereich des Mischraumes
erfolgt durch Vergrößerung - oder Verkleinerung der
Leitungsquerschnitte in diesem Bereich. Die Geometrie an der
Mischstelle ist so zu gestalten, daß bei konstantem Gesamtdruck am
Eingang der Mischeinrichtung in den Teilvolumenströmen a und b und
am Ausgang der Mischeinrichtung im Gemischvolumenstrom c die Summe
der Teilvolumenströme unabhängig vom Teilvolumenstromverhältnis
konstant ist.
Die Tatsache, daß der Eingangs- und Ausgangsdruck der
Mischeinrichtung konstant sein müssen, stellt für den Betrieb der
Mischeinrichtung an einer Papiermaschine keine Einschränkung dar,
da im Verteilsystem vor dem Stoffauflauf und im Stoffauflauf stets
stationäre Druckfelder angestrebt werden, um gleichbleibende
Papiereigenschaften zu gewährleisten.
Die erzielten Vorteile der Erfindung sind:
- 1. Die Mischeinrichtung und ein zur
Faserorientierungsbeeinflussung gegebenenfalls
nachgeschaltetes Ventil müssen nicht linear sein, wie dies im
Fall der Parallelschaltung von zwei Ventilen notwendig ist.
In diesem Fall müssen nämlich die gewünschte
Teilvolumenstromänderung und die tatsächliche genau
übereinstimmen, damit der Gemischvolumenstrom konstant
bleibt.
Der Verzicht auf die Linearitätsforderung führt zu Kostensenkung, erhöht die Betriebssicherheit und erlaubt es, bei der Ventilauswahl den Schwerpunkt auf die Vermeidung von Faserwischbildung im Ventil zu legen. - 2. Falls mit dem der Mischeinrichtung nachgeschalteten Ventil die Faserorientierung nicht "on-line" und fernwirkend durchgeführt werben soll, kann dieses Ventil ohne Antrieb ausgeführt werden. Dies führt zu einer deutlichen Kostensenkung und einer Zunahme der Betriebssicherheit dieses Konzeptes gegenüber dem von zwei parallel geschalteten Ventilen.
- 3. Wird die Faserorientierung weiterhin durch Eingriffe im Bereich der Blende des Stoffauflaufes beeinflußt, so kann auf ein der Mischeinrichtung nachgeschaltetes zweites Ventil verzichtet werden. Es wird somit nur ein einziges Ventil benötigt, das ohne Rücksicht auf die Linearität seines Übertragungsverhaltens in bezug auf die Vermeidung von Faserwischbildung ausgelegt werden kann.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin
ist im übrigen folgendes dargestellt:
Fig. 1 Mischeinrichtung mit flexiblem Außenrohr.
Fig. 2 Mischeinrichtung mit axial verschiebbarem Innenrohr.
Fig. 1 zeigt eine Mischeinrichtung entsprechend dem Anspruch 1.
Es ist eine geradlinig verlaufende, zylinderförmige Zuleitung B
dargestellt, die über eine Einschnürung in eine zylinderförmige
Ableitung C übergeht. Im Verlauf der Ableitung C ist ein
Strömungswiderstand WC eingebaut. Die Einschnürung zwischen der
Zuleitung B und der Ableitung C besteht aus einer elastischen
Schnittstelle E zwischen der Zuleitung B und einem mit geringerem
Durchmesser ausgebildetem Rohrsegment F, das wiederum über einem
elastischen Teil G mit der wieder erweiterten Ableitung C
verbunden ist. Beginnend am elastischen Teil E bis zum Ende des
elastischen Teiles G ist ein druckdichter Kasten D außen um die
Einschnürung herumgelegt. In den so gebildeten Innenraum führt
eine Zuleitung H, durch die ein Fluid 1 eingepreßt werden kann,
wodurch die elastischen Teile E und G in ihrer Form beeinflußt
werden. Axial in der Zuleitung B ist eine weitere Zuleitung A
vorhanden, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des
Rohrabschnittes F. Die Zuleitung A endet von der Zuleitung B
kommend etwa auf der Höhe des ersten Viertels des Rohrsegmentes F.
Fig. 2 zeigt eine Mischeinrichtung entsprechend dem Anspruch 3.
Es ist wieder eine rohrförmige Zuleitung B gezeigt, die geradlinig
über einen langsam enger werdenden Widerstand WC in die Ableitung
C übergeht. Axial innerhalb der Zuleitung B befindet sich eine
weitere Zuleitung A, die in Achsrichtung verschiebbar ausgebildet
ist und deren Ende variabel im Bereich B, dies ist hier etwa das
erste Viertel des Widerstandes WC, endet.
Claims (6)
1. Mischeinrichtung zum Mischen von zwei Flüssigkeiten im
Bereich der Zuführung zum Stoffauflauf einer Papiermaschine,
mit:
einer Zuleitung (A) für den ersten Teilvolumenstrom (a);
einer Zuleitung (B) für den zweiten Teilvolumenstrom (b);
einer Ableitung (C) für den Gemischvolumenstrom (c) mit dem Strömungswiderstand (Wc);
der Zuleitung (A) axial in der Zuleitung (B) verlaufend;
gekennzeichnet dadurch, daß
die Zuleitung (B) im Endbereich der Zuleitung (A) eine Einschnürung aufweist, derart, daß der Gemischvolumenstrom (c) konstant bleibt, unabhängig vom Verhältnis der Teilvolumenströme, und daß ausschließlich in der Zuleitung (B) ein Ventil zur Steuerung des Teilvolumenstromes (b) vorgesehen ist.
einer Zuleitung (A) für den ersten Teilvolumenstrom (a);
einer Zuleitung (B) für den zweiten Teilvolumenstrom (b);
einer Ableitung (C) für den Gemischvolumenstrom (c) mit dem Strömungswiderstand (Wc);
der Zuleitung (A) axial in der Zuleitung (B) verlaufend;
gekennzeichnet dadurch, daß
die Zuleitung (B) im Endbereich der Zuleitung (A) eine Einschnürung aufweist, derart, daß der Gemischvolumenstrom (c) konstant bleibt, unabhängig vom Verhältnis der Teilvolumenströme, und daß ausschließlich in der Zuleitung (B) ein Ventil zur Steuerung des Teilvolumenstromes (b) vorgesehen ist.
2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einschnürung aus elastischem Material besteht.
3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die
elastische Einschnürung variabel verändert.
4. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (A) und/oder (B) einen
konischen Querschnittsverlauf aufweisen und gegeneinander
axial verschieblich ausgebildet sind.
5. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand (WC) durch den
Stoffauflauf der Papiermaschine gebildet ist.
6. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sich in den Zuleitungen (A) und/oder (B)
Strömungswiderstände (WA) und/oder (WB) befinden.
Priority Applications (2)
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DE4211290A1 DE4211290A1 (de) | 1993-10-07 |
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