DE9421889U1 - Device for the blockage-free throttling of a fluid suspension flow - Google Patents

Abstract

The throttle valve, for a fluid flow and especially a dispersion of solids, has a fluid feed to the passage surface which imposes a rotary flow component in relation to the main flow direction line and around it. Also claimed is a feed system operation, where the fluid flow is given a rotary component round the main flow line, for a throttling cross-section with a rotary symmetrical shape.

Description

P 05502 / G 94 21 889.7 / J.M. Voith GmbH / "Rotierende Ventilströmung" / DrS/rg00109 / 16. Januar 1997P 05502 / G 94 21 889.7 / J.M. Voith GmbH / "Rotating valve flow" / DrS/rg00109 / 16 January 1997

Vorrichtung zur verstopfungsfreien Drosselung einer fluiden SuspensionsströmungDevice for blockage-free throttling of a fluid suspension flow

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur verstopfungsfreien Drosselung von fluiden Strömungen, insbesondere von Stoffsuspensionsströmen in Papiermaschinen und Papierstoff-Aufbereitungsanlagen.The invention relates to a device for the blockage-free throttling of fluid flows, in particular of stock suspension flows in paper machines and paper stock processing plants.

Zur Drosselung von fluiden Strömen sind Ventile in vielfältigster Bauart Stand der Technik. Wesentliche Nachteile dieser Ventile wie z.B. Kugelventile, Klappenventile, Nadelventile und ähnlichen ist, daß sie zur Einstellung eines gewünschten Strömungsdurchsatzes relativ enge Querschnitte erzeugen. Es ist bei solchen Ventilen bekannt, daß Querschnitte dieser Größe beim Durchströmen mit Stoffsuspension in ungewünschter Weise zum Verstopfen neigen und beim Betrieb in Papiermaschinen Faserwische -lokale Faseranhäufungen - und Ablagerungen erzeugen. Entweder kommt es dabei zu Verstopfungen des Ventils oder es werden Faserwische oder Ablagerungen durch das Fehlen des Einflusses von Scherkräften vor Beginn des Blattbildungsprozesses nicht wieder aufgelöst, wodurch im günstigsten Fall Formationsströmungen in der Papierbahn entstehen. Jedoch die Erfahrung zeigt, daß Inhomogenitäten dieser Art im Blatt häufig Ausgangspunkt von Abrissen der gesamten Papierbahn darstellen und damit zu entscheidenden Betriebsstörungen einer Papiermaschine führen.Valves of various designs are state of the art for throttling fluid flows. The main disadvantage of these valves, such as ball valves, flap valves, needle valves and similar, is that they create relatively narrow cross-sections to set a desired flow rate. It is known that cross-sections of this size tend to clog in an undesirable way when flowing through with a stock suspension and that they create fiber scum - local fiber accumulations - and deposits when used in paper machines. This either leads to the valve becoming clogged or the fiber scum or deposits are not dissolved again due to the lack of the influence of shear forces before the start of the sheet formation process, which in the best case leads to formation flows in the paper web. However, experience shows that inhomogeneities of this kind in the sheet often represent the starting point for tears in the entire paper web and thus lead to significant operational disruptions in a paper machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Ventil bzw. zumindest ein Drosselorgan zu beschreiben, bei dem durch geeignete konstruktive Ausstattung die Faserwischbildung bzw. die Verstopfungsgefahr vermieden wird.The invention is based on the object of describing a valve or at least a throttle device in which the formation of fiber wiping or the risk of blockage is avoided by suitable structural equipment.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claim 1.

P 05502 / G 94 21 889.7 / J.M. Voith GmbH / "Rotierende Ventilströmung" I DrS/rg00109 /16. Januar 1997P 05502 / G 94 21 889.7 / JM Voith GmbH / "Rotating valve flow" I DrS/rg00109 /16 January 1997

Die Erfinder haben erkannt, daß sich die Verstopfungsneigung in einem Ventil, insbesondere bei einer Ventilbauart, die einem Nadelventil entspricht, entscheidend reduzieren läßt, wenn man der Strömung im Bereich der engsten Stelle des Ventiles eine Rotationskomponente zufügt. Die Rotationskomponente bewirkt eine Auflösung von eventuell vorhandenen Turbulenzen, und den dabei entstehenden Faserwischen bzw. Faseranhäufungen die dann zu Verstopfungen führen können.The inventors have recognized that the tendency for a valve to become clogged, especially in a valve design that corresponds to a needle valve, can be significantly reduced by adding a rotational component to the flow in the area of the narrowest point of the valve. The rotational component causes any turbulence that may be present to be dissolved, and the resulting fiber wiping or fiber accumulations that can then lead to blockages.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher beschrieben. Darin ist im übrigen folgendes gezeigt:The invention is described in more detail with reference to the figures. They also show the following:

Figur 1: Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil.Figure 1: Cross section through a valve according to the invention.

Figur 2; Schnitt A-A des erfindungsgemäßen Ventils aus Figur 1.Figure 2; Section A-A of the valve according to the invention from Figure 1.

Figur 3: Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils in derFigure 3: Application of the valve according to the invention in the

Stoffsuspensionszuführung eines Stoffauflaufes.Stock suspension feeding of a headbox.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Drosselvorrichtung 1 im Querschnitt. In der gezeigten schematischen Darstellung besteht die Drosselvorrichtung aus einem im wesentlichen rotationssymmetrischen zyiinderförmigen Hohlraum mit einer Einschnürung 3. Dem Hohlraum wird über eine exzentrisch angeordnete radiusparallele Zuführung 4 eine fluide Strömung senkrecht zur Achse des zyiinderförmigen Hohlraumes zugeführt. Die fluide Strömung S tritt somit tangential in den Hohlraum ein und erfährt dabei eine Ablenkung zur Achsenrichtung des Hohlraumes. Auf diese Weise erhält die Strömung S einen spiralförmigen Verlauf innerhalb des zyiinderförmigen Hohlraums. In diesem Hohlraum ist axial ein Stößel 2 angebracht, der im vorliegenden Fall an der unteren Seite, also der der Drosselung zugewandten Seite mit einer Erweiterung versehen ist. Der Stöße! 2 ist in Achsrichtung verschiebbar vorgesehen, so daß durch ein axiales Verschieben dieses Stößels eine Querschnittsverengung ähnlich eines Nadelventils bewirkt wird. Im Gegensatz zu einem normalen Nadelventil bewirkt jedoch die tangential eingeführteFigure 1 shows a throttle device 1 according to the invention in cross section. In the schematic representation shown, the throttle device consists of an essentially rotationally symmetrical cylindrical cavity with a constriction 3. A fluid flow perpendicular to the axis of the cylindrical cavity is fed to the cavity via an eccentrically arranged radius-parallel feed 4. The fluid flow S thus enters the cavity tangentially and is deflected in the axial direction of the cavity. In this way, the flow S takes a spiral course within the cylindrical cavity. A tappet 2 is attached axially in this cavity, which in the present case is provided with an extension on the lower side, i.e. the side facing the throttle. The tappet 2 is designed to be displaceable in the axial direction, so that an axial displacement of this tappet causes a cross-sectional constriction similar to a needle valve. In contrast to a normal needle valve, however, the tangentially introduced

P 05502 / G 94 21 889.7 / J.M. Voith GmbH / "Rotierende Ventilströmung" / DrSfrgOOI 09/16. Januar 1557 P 05502 / G 94 21 889.7 / JM Voith GmbH / "Rotating valve flow" / DrSfrgOOI 09/16 January 1557

Strömung eine ausreichende Umspülung der Engstelle, so daß an dieser Stelle keine Verstopfungen durch in der Strömung mitgeführte Feststoffe entstehen können. Dies ist besonders vorteilhaft bei Stoffsuspensionsströmen in Papiermaschinen, bei der derartige Verstopfungen, also Faserwischbildungen, sehr ungünstige Auswirkungen auf die Qualität des produzierten Papiers haben können.The flow ensures that the bottleneck is sufficiently flushed so that no blockages can occur at this point due to solids carried along in the flow. This is particularly advantageous for stock suspension flows in paper machines, where such blockages, i.e. the formation of fiber smears, can have very negative effects on the quality of the paper produced.

Figur 2 zeigt den Schnitt A-A durch die Drosselvorrichtung aus Figur 1. In der gezeigten Draufsicht ist die oben beschriebene tangential Zuführung der Strömung S in den zylinderförmigen Innenraum der Drosselvorrichtung deutlich dargestellt.Figure 2 shows the section A-A through the throttle device from Figure 1. In the top view shown, the tangential supply of the flow S into the cylindrical interior of the throttle device described above is clearly shown.

Die Erfindung beschränkt sich naturgemäß nicht auf eine rein tangentiale Zuführung der Strömung in den Drosselraum einer Drosselvorrichtung. Es besteht auch die Möglichkeit, z.B. durch geeignete Kugelelemente die Richtung der zugeführten Strömung im gesamten Raumwinkei zu ändern, so daß einerseits ein Winkel ungleich 90° zur Hauptachse der Drosselvorrichtung eingenommen werden kann und gleichzeitig auch die Exzentrizität der Stoffströmung in Relation zur Achse der zylinderförmigen Drosselvorrichtung beeinflußt werden kann. Auf diese Weise ist eine einfache Beeinflussung des Steigungswinkels der rotierenden Strömungsspirale in der Drosselvorrichtung möglich, wodurch einerseits der Reinigungseffekt in gewünschtem Maße beeinflußt werden kann und andererseits auch eine zusätzliche Erhöhung oder Reduktion der Drosselung möglich ist, ohne daß die Durchtrittsfläche F mit Hilfe des Stößels 2 verändert werden muß.The invention is naturally not limited to a purely tangential supply of the flow into the throttle chamber of a throttle device. It is also possible, for example, to change the direction of the supplied flow over the entire solid angle using suitable ball elements, so that on the one hand an angle other than 90° to the main axis of the throttle device can be assumed and at the same time the eccentricity of the material flow in relation to the axis of the cylindrical throttle device can be influenced. In this way, it is possible to easily influence the angle of inclination of the rotating flow spiral in the throttle device, whereby on the one hand the cleaning effect can be influenced to the desired extent and on the other hand an additional increase or reduction of the throttling is also possible without the passage area F having to be changed using the tappet 2.

Figur 3 zeigt die Anwendung des in Figur 1 und 2 gezeigten Ventiles am Beispiel der geregelten Zuführung von Verdünnungswasser in die Hauptströmung der Stoffsuspension in einen Stoffauflauf. Es sind zwei Querverteiler Q1 und Q2 dargestellt, wobei vom Querverteiler Q1 die Stoffsuspension in leicht erhöhter Konzentration über eine Hauptleitung HFigure 3 shows the application of the valve shown in Figures 1 and 2 using the example of the controlled supply of dilution water into the main flow of the stock suspension in a headbox. Two cross distributors Q1 and Q2 are shown, with the stock suspension being fed from the cross distributor Q1 in a slightly increased concentration via a main line H

P Q55Q21 G 94 21 889.7 / J.M. Voith GmbH / "Rotierende Ventilströmung" / DrS/rg00109 /16. Januar 1997P Q55Q2 1 G 94 21 889.7 / JM Voith GmbH / "Rotating valve flow" / DrS/rg00109 /16 January 1997

dem Stoffauflauf STA zugeführt wird. An der Hauptleitung H ist in einem Winkel ungleich 90° eine Zuführung von Verdünnungswasser in den Hauptstrom H gezeigt. Die Zuführung besteht im wesentlichen aus dem Drosselelement 1 selbst, wobei das Drosselelement die gleiche Ausführung wie das in der Figur 1 dargestellte Element besitzt und mit seiner Zuleitung direkt an den zweiten Querverteiler Q2, welcher das Verdünnungswasser führt, angeschlossen ist. Durch die richtige Wahl des Winkels zwischen der Hauptströmung H und der durch die Drosselvorrichtung zugeführten Nebenströmung N wird erreicht, daß unabhängig von der zugeführten Strömungsmenge des Nebenstromes N die Summe der zum Stoffauflauf geführten Suspensionsmenge konstant bleibt. Durch die Ausgestaltung der Drosselvorrichtung 1 wird jegliche Faserwischbiidung in der Drosselvorrichtung vermieden, so daß keine Qualitätseinbußen beim hergestellten Papier zu befürchten sind. Die Drosselvorrichtung 1 wird dabei so betrieben, daß im normalen Betriebspunkt eine mittlere Menge Stoffsuspension durch die Drosselvorrichtung 1 geführt wird, wodurch keine Absetzvorgänge von Feststoffen in der Drosselvorrichtung möglich sind. Die Regelung der Stoffdichte, also der Konzentration der Gesamtsuspension aus den Strömen N und H, erfolgt dann um diesen mittleren Betriebspunkt, wobei die Summe des Gesamtstromes konstant bleibt und eine sehr feinfühlig dosierte Regelung der Konzentration durch die Bauart der Drosselvorrichtung 1 erreicht ist.is fed to the headbox STA. On the main line H, a feed of dilution water into the main flow H is shown at an angle other than 90°. The feed essentially consists of the throttle element 1 itself, whereby the throttle element has the same design as the element shown in Figure 1 and is connected with its feed line directly to the second cross distributor Q2, which carries the dilution water. By correctly choosing the angle between the main flow H and the secondary flow N fed through the throttle device, it is achieved that, regardless of the flow rate of the secondary flow N fed in, the total amount of suspension fed to the headbox remains constant. The design of the throttle device 1 prevents any fiber wiping in the throttle device, so that there is no risk of any loss of quality in the paper produced. The throttling device 1 is operated in such a way that at the normal operating point a medium amount of material suspension is passed through the throttling device 1, whereby no settling of solids in the throttling device is possible. The regulation of the material density, i.e. the concentration of the total suspension from the streams N and H, then takes place around this medium operating point, whereby the sum of the total flow remains constant and a very sensitively dosed regulation of the concentration is achieved by the design of the throttling device 1.

Claims (4)

P 05502 I G 94 21 589.7 / J.M. Voith GmbH / DrS/sk00078 /11. November 1996 ensprücheP 05502 I G 94 21 589.7 / J.M. Voith GmbH / DrS/sk00078 /11. November 1996 claims 1. Ventil- bzw. Drosselvorrichtung in einer Leitung zum Zuführen einer1. Valve or throttle device in a line for supplying a Stoffsuspension zum Stoffaufiauf einer Papiermaschine mit folgendem Merkmal:Stock suspension for the stock feed of a paper machine with the following feature: 1.1 es ist ein im wesentlichen rotationssymmetrischer, flüssigkeitsdurchströmter Hohlkörper vorgesehen;1.1 a substantially rotationally symmetrical hollow body through which liquid flows is provided; 1.2 die Drosseivorrichtung umfaßt eine Engsteile;1.2 the throttling device comprises a narrow section; 1.3 es ist eine Hauptströmungsrichtung im Hohlkörper vorgesehen, die im wesentlichen axial mit der Längsachse des Hohlkörpers verläuft;1.3 a main flow direction is provided in the hollow body which runs essentially axially with the longitudinal axis of the hollow body; die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1.4 es ist eine Flüssigkeitszuführung vorgesehen, derart, daß der Flüssigkeit bezogen auf die Hauptströmungsrichtung eine Rotationskomponente im Bereich der engsten Stelle um die Hauptströmrichtung zugefügt wird, so daß Verstopfungen vermieden werden.the device is characterized by the following features: 1.4 a liquid supply is provided such that a rotational component is added to the liquid in the region of the narrowest point around the main flow direction, so that blockages are avoided. 2. Ventil- bzw. Drosselvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine veränderbare, im wesentlichen rotationssymmetrische Durchtrittsfiäche aufweist.2. Valve or throttle device, characterized in that the hollow body has a variable, essentially rotationally symmetrical passage area. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung zur Ventil- bzw. Drosselvorrichtung tangential in einen zylindrisch ausgebildeten Raum vorgesehen ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the supply to the valve or throttle device is provided tangentially in a cylindrically shaped space. 4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that die fluid benetzten Oberflächen des Ventils zumindest teilweise mit einer Struktur versehen sind, die eine Rotation der Flüssigkeit hervorruft.the fluid-wetted surfaces of the valve are at least partially provided with a structure that causes rotation of the fluid.