FI116470B

FI116470B - Menetelmä paperirainan muodostamiseksi

Info

Publication number: FI116470B
Application number: FI992133A
Authority: FI
Inventors: Sakari Soini
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2005-11-30
Also published as: FI19992133A; US6679974B1; EP1238145B1; DE60025266T2; WO2001025532A1; CN1377435A; EP1238145A1; AU7424500A; ATE314524T1; CN1170980C; DE60025266D1; JP2003511570A

Description

116470

Menetelmä paperirainan muodostamiseksi Förfarande för formning av en pappersbana 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperirainan muodostamiseksi, jossa menetelmässä massasuspensiovirtaus johdetaan perälaatikon turbulenssigeneraattoriin, jossa se jaetaan turbulenssiputkien avulla useisiin päällekkäisiin kerroksiin, joissa virtaukseen synnytetään turbulenssia sitä synnyttävien ja ylläpitävien elementtien 10 avulla, ja turbulenssigeneraattorin eri kerroksista tulevat virtaukset yhdistetään perälaatikon huulikanavassa ennen huuliaukkoa ja yhdistetty virtaus johdetaan huuliaukon kautta rainanmuodostusosalle.

Valmistettavan paperin/kartongin laadun kannalta on tärkeää, minkälainen on mas-15 sasuspensiovirtauksen turbulenssispektri perälaatikon huulikanavassa ja sitä seuraa-valla rainanmuodostusosalla. Turbulenssigeneraattorin avulla massasuspensio-virtaukseen aikaansaatu turbulenssi vaimenee melko nopeasti, ellei virtaukseen jatkuvasti tuoda lisää turbulenssienergiaa. Paperin tai kartongin formaatiota parantavat • ''· parhaimmin pienen mittakaavan pyörteet, jotka hajottavat tehokkaasti kuitukimppu-

I · I

• 20 ja. Suuren mittakaavan pyörteet voivat olla jopa haitallisia paperin formaation kan- ’ · * * · naita. Turbulenssin ominaisuuksista johtuen pienen mittakaavan pyörteet vaimenevat • * * •. *: virtauksesta ensimmäisinä, jolloin esimerkiksi tasoviiralla rainan pintakerros ja kita- ' · ’ ‘ formerilla rainan keskikerros pyrkivät olemaan turbulenssin vaimenemisesta johtuen ‘ ·' * muita kerroksia flokkisempia. Yleisesti käytetty tapa tuoda virtaukseen lisää turbu- 25 lenssienergiaa käyttämällä huulisuihkun ja viiran välistä nopeuseroa ei enää toimi ;; · viimeisenä suotautuvalla alueella. Jotta kyseiselle alueelle saataisiin lisää turbulens- i » *; ’ siä, nopeuseron pitää olla suuri. Tällöin ensimmäisenä suotautuvan alueen formaatio :.: : huonontuu helposti niin paljon, että koko tuotteen formaatiota ei voida enää paran- ..' taa. Samoin voi käydä myös silloin, kun turbulenssienergiaa yritetään rainanmuodos- : ’ ‘: 30 tusosalla tuoda suotautumattomaan massasuspensiokerrokseen esimerkiksi kuormi- : tuslistoilla jo suotautuneen kerroksen lävitse.

2 116470

Useimmissa tunnetun tekniikan mukaisissa turbulenssigeneraattoreissa kaikki turbu-lenssiputket ovat keskenään samanlaisia, koska tavoitteena on homogeeninen turbulenssi massavirtauksen eri osissa. Tällaiset turbulenssigeneraattorit eivät tee eroa 5 rainan pohja-, pinta- ja keskikerroksen välillä. Rainanmuodostuksessa nämä kerrokset kuitenkin suotautuvat eri aikoina. Tasoviiralla pintakerros suotautuu viimeisenä ja kitaformerissa viimeisenä suotautuu keskikerros.

US-patenttijulkaisusta 5,124,002 tunnetaan turbulenssigeneraattori, jossa päällekkäi-10 sissä kerroksissa olevien turbulenssiputkien virtauspoikkipinta-alat ovat eri kokoisia ja muotoisia ja edullisesti myös putkien väliset keskinäiset etäisyydet ovat erilaisia. Tällä tavalla saadaan turbulenssigeneraattorista huulikanavaan purkautuvan mas-sasuspensiovirtauksen eri kerroksiin erilainen mikroturbulenssitaso ja voidaan valmistaa paperia, jonka päällekkäisissä kerroksissa on erilainen kuituorientaatio. Kun-15 kin turbulenssiputken virtauspoikkipinta-ala pysyy samana putken alusta sen loppuun.

Tekniikan tasosta tunnetaan myös turbulenssigeneraattoreita, joissa turbulenssi- • putkien virtauspoikkipinta-ala laajenee porrasmaisesti ainakin yhdessä kohdassa • ’.· 20 putken tulopuolen ja lähtöpuolen välillä. Tunnetuissa turbulenssigeneraattoreissa • · putken laajenemiskohdat ovat kaikissa putkissa samalla etäisyydellä putken lähtö- I » | puolesta. Eräs tällainen tekniikan tason mukainen ratkaisu on esitetty US-**’ * patenttijulkaisussa5,183,537.

25 Keksinnön päämääränä on menetelmä paperirainan muodostamiseksi, jossa mene- •;; (* telmässä saadaan perälaatikosta ulosvirtaavan massasuspensiovirtauksen eri kerrok- » » • * ’; ‘ siin erilainen turbulenssi.

# I I

*··' Keksinnön päämääränä on myös menetelmä, jossa perälaatikkoa seuraavalla rai- ‘" ί 30 nanmuodostusosalla viimeisenä suotautuvan massasuspensiokerroksen turbulenssi ; *. ϊ on mahdollista saada säilymään rainanmuodostuksen aikana lähempänä optimitasoa 3 116470 kuin nykyisiä turbulenssigeneraattoreita käytettäessä. Tavoitteena on siis sellainen massasuspensiovirtaus, jossa turbulenssi on ’’tuoreinta” ja siten kestävintä niissä virtauksen kerroksissa, jotka pysyvät pisimpään ’’juoksevina”. Kun turbulenssia virtauksessa synnyttävien tekijöiden vaikutus lakkaa, turbulenssi alkaa nopeasti vaimen-5 tua. Turbulenssi on sitä tuoreempaa, mitä lyhyemmän matkan virtaus on edennyt turbulenssin syntymisen jälkeen.

Näihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että turbulenssia synnyttävien ja ylläpitävien ele-10 menttien mitoituksessa otetaan huomioon perälaatikkoa seuraavan rainanmuodos-tusosan rakenne siten, että niissä massasuspensiovirtauksen kerroksissa, jotka tulevat suotautumaan rainanmuodostusosalla viimeisinä, turbulenssia synnyttävät ja ylläpitävät elementit sijoitetaan lähemmäksi perälaatikon huuliaukkoa kuin niissä massasuspensiovirtauksen kerroksissa, jotka tulevat suotautumaan ensimmäisinä.

15

Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa turbulenssia synnyttävinä ja ylläpitävinä elementteinä käytetään turbulenssiputkien virtauspoikkipinta-alan porrasmaisia laajennuksia. Mitä myöhemmässä vaiheessa turbulenssiputken poikkipinta-ala laajenee, ‘. · sitä tuoreempaa on turbulenssi massasuspensiovirtauksen purkautuessa perälaatikon • 20 huuliaukosta muodostusviiralle tai muodostusviirojen väliseen kitaan. Viimeisenä * ’· suotautuvaan massasuspensiovirtauksen kerrokseen vaikuttavat turbulenssiputkien ·. 'i laajennuskohdat järjestetään virtaussuunnassa viimeisiksi eli lähimmäksi huuliauk- ’ · ’ * koa.

25 Laajennuskohtien porrastuksen lisäksi tai sijasta voidaan turbulenssia synnyttävinä ja *;: · ylläpitävinä elementteinä käyttää turbulenssiputkien perässä olevia perälaatikon huu- • * *;· likanavaan ulottuvia hetuloita. Hetulat voivat olla pituudeltaan kiinteitä tai niiden : pituus voi olla säädettävissä, kuten US-patenttijulkaisussa 4,133,713 on esitetty.

'...' Vaihtoehtoisesti hetulan kiinnityspiste perälaatikon pituussuunnassa voi olla säädet- . ‘; 30 tävissä, kuten FI-patenttijulkaisussa 88317 on esitetty. Hetuloiden tarkoituksena on pitää massasuspensiovirtauksen eri kerrokset erossa toisistaan mahdollisimman pit- 4 116470 kään sen jälkeen, kun kerroksiin on ensin luotu erilainen turbulenssi esimerkiksi laajennusosien porrastuksella tai käyttämällä virtauspoikkipinta-alaltaan erilaisia turbulenssiputkia. Hetulat ylläpitävät ja voimistavat eri kerroksien välillä vallitsevaa turbulenssien eroa. Vaihtoehtoisesti kaikki hetulat voivat olla keskenään saman mit-5 täisiä, jolloin eri kerroksissa vallitsevat erilaiset turbulenssitasot saadaan aikaan yksinomaan turbulenssiputkien rakenne-erojen avulla.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus ahtaasti rajoittaa.

10

Kuviossa 1 on esitetty kaaviomaisesti turbulenssigeneraattorilla varustettu perälaa-tikko, joka soveltuu erityisesti käytettäväksi kitaformerin yhteydessä.

Kuviossa 2 on esitetty turbulenssigeneraattori, joka soveltuu erityisesti käytettäväksi 15 tasoviira- tai hybridiformerin yhteydessä.

Kuvio 3 esittää turbulenssigeneraattorin erityisesti kitaformeria varten.

: .* Kuviossa 4 on esitetty tasoviira- ja hybridiformereille soveltuva turbulenssi- : ·' 20 generaattori.

• * · ‘ · * · Kuviossa 5 on esitetty kitaformerille soveltuva turbulenssigeneraattori.

» * ·

Kuviossa 1 on esitetty poikkileikattuna yksinkertaistettu paperikoneen perälaatikko , , 25 2. Massasuspensio tuodaan perälaatikkoon 2 poikkisuuntaisen jakotukin 4 kautta, * · » josta virtaus jaetaan useisiin konesuuntaisiin jakoputkiin 6. Jakoputkien 6 jälkeen massasuspensio virtaa tasauskammion 8 kautta turbulenssigeneraattorin 10 virtaus- • > : : : putkistoon 14ai... 14a5 ja edelleen kiilamaisesti kapenevaan huulikanavaan 12, josta ; · ‘ massasuspensiosuihku purkautuu huuliaukon 13 kautta rainanmuodostusosalle.

30 5 116470

Turbulenssigeneraattorin 10 turbulenssiputket 14ai...l4as on jäljestetty viiteen päällekkäiseen poikittaissuunnassa perälaatikon 2 koko leveyden yli ulottuvaan riviin R1...R5. Kukin yksittäinen turbulenssiputki 14ai...l4a5 käsittää poikkileikkaukseltaan suhteellisen kapean alkuosuuden 15, joka laajenee porrasmaisesti kohdassa 16 5 alkuosuutta 15 laajemmaksi loppuosuudeksi 17. Edullisesti putken alkuosuus 15 on poikkileikkaukseltaan pyöreä ja myös loppuosuus 17 alkaa laajennuksen 16 kohdalla pyöreänä mutta päättyy huulikartion 12 puolella suorakaiteen muotoisena, jolloin päällekkäisten turbulenssiputkien 14ai...l4a5 väliin jää kannakset 18. Loppupään poikkileikkaus voi tunnettuun tapaan olla myös muun muotoinen kuten kolmio, neliö 10 tai monikulmio. Turbulenssiputkissa 14ai...l4as olevat virtauspoikkipinta-alan laajennukset 16 saavat aikaan turbulenssigeneraattorin 10 läpi viilaavassa massasuspen-siossa virtausnopeuden muutoksen ja turbulenttisuuden lisääntymisen.

Kukin turbulenssiputkien rivi Rn käsittää siis joukon rinnakkaisia turbulenssiputkia 15 14an, jotka ovat kyseisessä vaakarivissä Rn keskenään samanlaisia. Alaindeksi n il moittaa putken järjestysluvun 1...5 ylimmästä putkesta aloitettuna. Päällekkäiset turbulenssiputket 14ai...l4a5 eroavat toisistaan siinä suhteessa, että virtauskanavan 14an laajenemiskohta 16 on eri putkiriveissä R1...R5 sijoitettu erilaiselle etäisyydelle j# ; ’ ln perälaatikon huuliaukosta 13. Tämä etäisyys ln pienenee järjestyksessä h = 15 > 12 = : 20 14 >13.

• · • · • · · !..' Kuvion 1 mukainen perälaatikko on tarkoitettu käytettäväksi kitaformerin yhtey- !.. dessä. Kun raina suotautetaan kahden viiran välissä, sen keskikerros suotautuu viimeisenä. Jotta tasaisen formaation saavuttamisen kannalta riittävä mikroturbu- : t * ( 25 lenssitaso säilyisi mahdollisimman pitkään myös viimeisenä suotautuvassa mas- * · * · . · · ·, savirtauksen keskikerroksessa, on keskimmäisessä putkirivissä R3 laajennukset 16 » » , ·, kaikkein lähimpänä turbulenssigeneraattorin 10 lähtöpäätä ja perälaatikon huuli- li» ‘!!, ‘ aukkoa 13 ja vastaavasti ylimmässä Ri ja alimmassa R5 putkirivissä laajennukset 16 ovat kauimpana turbulenssigeneraattorin 10 lähtöpäästä.

30 6 116470

Kuviossa 2 on esitetty turbulenssigeneraattori 10, joka soveltuu erityisesti käytettäväksi tasoviiraosuudella alkavien rainanmuodostusyksiköiden yhteydessä. Laite käsittää neljä päällekkäistä turbulenssiputkien 14bi...l4b4 riviä R1...R4. Turbulenssi-putkien laajennuskohdat 16 on tällä kerralla porrastettu kasvamaan siten, että alim-5 man putkirivin R4 turbulenssiputkissa 14b4 laajennuksen 16 ja huuliaukon 13 välinen etäisyys 14 on suurin ja ylimmässä putkirivissä Ri vastaava etäisyys li on pienin. Ta-soviiralle suihkutetun massasuspensiovirtauksen alin kerros suotautuu ensimmäisenä ja ylin kerros viimeisenä. Jotta turbulenssi säilyisi pitempään viimeisenä suotautu-vissa ylemmissä massasuspensiokerroksessa, virtauspoikkipinnan laajennuksen 16 10 sijaintikohdat on tässä sovellutusmuodossa porrastettu siten, että lähimmäksi tasovii-ran tasoa tulevassa alimmassa putkirivissä R4 laajennukset 16 ovat virtaussuunnassa aikaisemmin ja kauimmaksi tasoviirasta tulevassa ylimmässä putkirivissä Rj putki-laajennukset 16 ovat virtaussuunnassa viimeisinä.

15 Kuviossa 3 on esitetty turbulenssigeneraattori kitaformeria varten. Tällä kertaa turbu-lenssiputken 14ci...14c4 kapean alkuosan 15 ja leveän loppuosan 17 väliin sijoittuva porrasmainen laajennus 16 on kaikissa neljässä päällekkäisessä turbulenssiputkien rivissä Ri...Rj sijoitettu virtaussuunnassa samalle etäisyydelle perälaatikon huuliau- • kosta 13. Sen sijaan päällekkäisillä turbulenssiputkilla 14ci...14c4 on erilaiset poik- • · ♦ * 20 kileikkaukset siten, että ylimmän ja alimman turbulenssiputken 14ci ja 14c3 poikki- ’: · leikkauspinta-alat ovat pienempiä kuin kahden keskimmäisen turbulenssiputken 14c2 ja 14c3 poikkileikkauspinta-alat. Mitä suurempi on virtauskanavan poikkileikkaus, v · sitä suurempimittakaavaista on putkessa syntyvä turbulenssi. Suurimittakaavainen ’·' ’ turbulenssi myös vaimenee hitaammin kuin pienimittakaavainen turbulenssi.

25 **j · Kuvion 3 mukainen turbulenssigeneraattori käsittää lisäksi kolme päällekkäisiä put-

t I

"* kirivejä R1...R1 toisistaan erottavien kannaksien 18 jatkeeksi kiinnitettyä hetulaa : 20ai...20a3, jotka ulottuvat perälaatikon huulikartioon 12. Hetuloiden 20a[...20a3 tarkoituksena on pitää turbulenssiputkista 14ci...14c4 tulevat eri suuruisen turbu-i 30 lenssin omaavat massasuspensiovirtaukset erillään toisistaan ja lisäksi synnyttää ja/tai ylläpitää virtauksen turbulenssia. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa nämä 7 116470 kolme hetulaa 20ai...20a3 ovat pituudeltaan erilaisia siten, että ylin ja alin hetula 20ai ja 20a3 ulottuvat samalle etäisyydelle Si = S3 perälaatikon huuliaukosta 13 ja keskimmäinen hetula 20a2 on niitä lyhyempi ulottuen etäisyydelle S2- 5 Kuvion 4 turbulenssigeneraattori on tarkoitettu tasoviira- tai hybridiformeria varten. Kuten kuviossa 3, myös tässä sovelluksessa kolmeen päällekkäiseen riviin R1...R3 järjestettyjen turbulenssiputkien 14di...l4d3 poikkileikkauspinta-alat ovat erilaiset siten, että alimmassa putkirivissä 14d3 poikkileikkauspinta-ala on pienin ja ylimmässä putkirivissä 14d, poikkileikkauspinta-ala ja siten myös virtauksessa syntyvän tur-10 bulenssin mittakaava on suurin. Putkirivien R1...R3 jatkeeksi kiinnitettyjen kahden hetulan 20bi ja 20b2 pituudet on jäljestetty sellaisiksi, että kahta alinta massavirtaus-ta toisistaan erottavan hetulan 20b2 käijen etäisyys S2 huuliaukosta 13 on suurempi kuin kahta ylintä massavirtausta toisistaan erottavan hetulan 20b 1 vastaava etäisyys S].

15

Kuviossa 5 on esitetty kitaformerille sopiva turbulenssigeneraattori, jossa on yhdistetty edullisella tavalla kuvion 1 ja kuvion 3 tekniikkaa. Päällekkäisissä turbulenssiputkien 14ai...l4a5 riveissä R1...R5 laajennuskohdat 16 on porrastettu siten, ‘#·* että keskimmäinen turbulenssiputki 14a3 laajenee virtaussuunnassa viimeisenä ja • 20 kaksi reunimmaista turbulenssiputkea 14ai ja 14a5 laajenevat virtaussuunnassa "* ensimmäisinä. Turbulenssiputkien 14ai...l4a5 väliseinämien 18 jatkeeksi onjär- '.'·: jestetty neljä hetulaa 20ci.. .2OC4, joista kahden keskimmäisen hetulan 20c2 ja 20c3 *.’ * kärjen etäisyys S2 = S3 perälaatikon huuliaukosta 13 on pienempi kuin kahden lä- ’* ’ * hempänä reunaa olevaa hetulan 20c 1 ja 2OC4 vastaava etäisyys S\ = S4.

25 • | j * Myös monet muut keksinnön muunnokset ovat mahdollisia seuraavassa esitettävi- • % ’; · en patenttivaatimuksien suojapiirin puitteissa. Esimerkiksi päällekkäisiä virtauksia • ί * toisistaan erottavat hetulat voivat olla keskenään samanmittaisia silloin, kun mas- .. · sasuspensiovirtaukseen on jo edeltävissä turbulenssiputkissa luotu kerrostettu tur- ; 30 bulenssi.

Claims

116470 Patentti v aatimukset

1. Menetelmä paperirainan muodostamiseksi, jossa menetelmässä massasuspen-siovirtaus johdetaan perälaatikon turbulenssigeneraattoriin (10), jossa se jaetaan tur- 5 bulenssiputkien (14nn) avulla useisiin päällekkäisiin kerroksiin, joissa virtaukseen synnytetään turbulenssia sitä synnyttävien ja ylläpitävien elementtien (16,20) avulla, ja turbulenssigeneraattorin (10) eri kerroksista tulevat virtaukset yhdistetään perälaatikon huulikanavassa (12) ennen huuliaukkoa (13), ja yhdistetty virtaus johdetaan huuliaukon (13) kautta rainanmuodostusosalle, tunnettu siitä, että turbulenssia syn-10 nyttävien ja ylläpitävien elementtien (16,20) mitoituksessa otetaan huomioon perä-laatikkoa seuraavan rainanmuodostusosan rakenne siten, että niissä massasuspen-siovirtauksen kerroksissa, jotka tulevat suotautumaan rainanmuodostusosalla viimeisinä, turbulenssia synnyttävät ja ylläpitävät elementit (16,20) sijoitetaan lähemmäksi perälaatikon huuliaukkoa (13) kuin niissä massasuspensiovirtauksen kerroksissa, 15 jotka tulevat suotautumaan ensimmäisinä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssia synnyttävinä ja ylläpitävinä elementteinä käytetään turbulenssiputkien (14nn) virtaus- ; poikkipinta-alan porrasmaisia laajennuksia (16). f\: 20

.: 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raina muodoste- ;' · t * taan kitaformerissa ja laajennukset (16) järjestetään päällekkäisissä turbulenssiputki- ; ’; ‘: en riveissä (Ri ... R5) sitä lähemmäksi perälaatikon huuliaukkoa (13) mitä lähempä- » : V: nä kyseinen putkirivi on turbulenssigeneraattorin (10) keskimmäistä putkiriviä (R3) 25 (kuviot 1 ja 5). '>ti>

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainanmuodostus I aloitetaan tasoviiraosuudella ja laajennukset (16) jäljestetään päällekkäisissä turbu- ’ *; lenssiputkien riveissä (Ri ... R4) sitä lähemmäksi perälaatikon huuliaukkoa (13) mitä ; 30 kauempana kyseinen putkirivi on turbulenssigeneraattorin (10) alimmasta putkirivis- t tä (R4) (kuvio 2). 116470

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssia synnyttävinä ja ylläpitävinä elementteinä käytetään turbulenssiputkien (14nn) perässä olevia perälaatikon huulikanavaan (12) ulottuvia hetuloita (20). 5 i I i * » · l t * t * > ίο 116470