FI118971B - Jauhin - Google Patents

Description

! 118971

Jauhin

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on jauhinpinta sellaista lignoselluloosapitoisen materiaalin kuiduttamiseksi tarkoitettua jauhinta varten, jossa jauhimessa on 5 kaksi toistensa suhteen samanakselisesti pyörivää jauhinpintaa, joiden väliin kadutettava materiaali syötetään, jolloin kummassakin jauhinpinnassa on uria ja niiden välissä olevia harjoja, ja ainakin osassa jauhinpintojen harjoja on niiden ulkopinnassa toisen jauhinpinnan harjojen tulosuunnasta alkaen madaltuva viiste niin, että jauhinpintojen pyöriessä toistensa suhteen jauhinpintojen vä-10 lille syntyy aina niitä toisistaan poispäin työntävä voima.

Keksinnön tausta

Lignoselluloosapitoista ainetta, kuten puuta tai muuta vastaavaa materiaalia kuidutetaan levy- ja kartiojauhimissa erilaisten kuitumassojen aikaansaamiseksi. Niin levyjauhimissa kuin myös kartiojauhimissa on kaksi jau-15 hinlevyä, joissa kummassakin on jauhinpinta. Levyjauhimissa jauhinlevy on levymäinen ja kartiojauhimissa jauhinlevy on kartiomainen. Jauhinlevyt on asetettu toistensa suhteen jauhinpinnat vastakkain samanakselisesti pyörivästi toistensa suhteen. Tällöin joko toinen jauhinlevy pyörii kiinteän jauhinlevyn eli staattorin suhteen tai molemmat pyörivät toistensa suhteen vastakkaisiin suun-*··.'' 20 tiin. Jauhinlevyjen jauhinpinnat muodostuvat tyypillisesti urista ja niiden väliin jäävistä kohoumista eli teräharjoista, joita jatkossa nimitetään harjoiksi. Näiden ·’*]: urien ja harjojen muoto voi sinänsä vaihdella useilla eri tavoilla. Niinpä esimer- *:··: kiksi jauhinpinta voi olla jauhinlevyn säteen suunnassa jaettu kahteen tai use- :*·,· ampaan kehämäiseen osaan, joissa kussakin voi olla muodoltaan erilaisia uria • · . “. 25 ja harjoja. Samoin kunkin kehän harjojen ja urien lukumäärä ja tiheys sekä nii den muoto ja kaltevuus voivat poiketa toisistaan. Niinpä harjat voivat olla joko aV< jatkuvia koko jauhinpinnan säteen pituudelta tai siinä voi olla useita harjoja sä- 1,1 teen suunnassa peräkkäin.

• · ’·;** Jauhinlevyt on muodostettu siten, että jauhinpintojen välinen etäi- :**[: 30 syys on suurempi jauhinlevyjen keskellä ja jauhinpintojen väliin muodostuva rako eli jauhinkita kapenee ulospäin, jotta kuituaineen käsittely ja kuiduttami- * · · \ nen jauhimessa saataisiin tehdyksi halutulla tavalla. Koska kuidutettava mate- riaali sisältää aina merkittävästi kosteutta, muodostuu kuidutuksen yhteydessä myös runsaasti höyryä, mikä vaikuttaa levyjauhimen toimintaan ja käyttäytymi-35 seen monella tavalla.

118971 2

Jauhimessa on sen toiminnan säätämistä varten tarpeen pystyä siirtämään jauhinpintoja sopivan etäisyyden päähän toisistaan. Niinpä niissä on tyypillisesti toiseen jauhinlevyyn kytketty vaikuttamaan kuormituslaite, millä kyseistä jauhinlevyä voidaan joko työntää kohti toista jauhinlevyä tai vetää siitä 5 poispäin riippuen jauhimen sisäisistä paineolosuhteista. Jauhimen jauhinpinto-jen välissä oleva voima, mikä syntyy siellä olevasta paineesta voi olla normaalissa jauhimessa joko negatiivinen tai positiivinen riippuen esimerkiksi höyryn-paineesta, jauhemateriaalin virtauksista, mihin mm. jauhinpintojen geometria vaikuttaa, jauhinpesän vastapaineesta sekä monesta muusta tekijästä. Niinpä 10 joissakin sovellutuksissa jauhinpintojen välin ollessa varsin pieni on vaarana se, että jauhinpinnat koskevat toisiinsa aiheuttaen ylimääräistä kulumista ja mahdollisesti jopa suurempia vaurioita. Erityistilanteissa, missä toimitaan pienellä kuormitusvoimalla ja levyjen välinen painetilanne voi muuttua positiivisesta negatiiviseksi, tämä riski on varsin suuri.

15 US-julkaisussa 4712745 on esitetty erään lignoselluloosapitoisen materiaalin kuiduttamiseen tarkoitetun jauhimen jauhinpinta.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen jauhinpinta jauhimeen, millä tämä riski voidaan olennaisesti välttää.

... 20 Keksinnön mukaiselle jauhinpinnalle on ominaista, että viiste on le- • · *···] veydeltään pienempi kuin harjan koko leveys.

* 1 Keksinnön olennainen ajatus on, että ainakin osassa toisen jauhin- ·· · : V pinnan harjoja on harjan ulkopinta viistetty niin, että viiste sijaitsee toisen jau- hinpinnan harjojen tulosuunnassa. Tällöin saadaan aikaan tilanne, missä jau-25 hinlevyjen välissä on aina positiivinen voimavaikutus eivätkä ne sen vuoksi pysty liikkumaan toisiaan kohti ilman erillistä tukivoimaa.

··· . . Kuvioiden lyhyt selostus • · ·

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa • # *·;·1 Fig.1 esittää kaavamaisesti poikkileikkausta tavanomaisesta levy- 30 jauhimesta,

Fig.2 esittää kaavamaisesti poikkileikkausta tavanomaisesta kar- * · · *. tiojauhimesta, ··· ***:( Fig. 3 esittää kaavamaisesti erästä tyypillistä jauhinlevyä jauhinpin- : naita katsottuna, 118971 3

Fig. 4a - 4c esittävät kaavamaisesti osittain eräitä keksinnön mukaisia ratkaisuja jauhinlevyjen kehän suunnassa leikattuna,

Fig. 5 esittää kaavamaisesti keksinnön yksityiskohtaista mitoitusta, Fig. 6a - 6c esittävät kaavamaista erästä keksinnön edullista toteu-5 tusmuotoa ja

Fig. 7a - 7c esittävät kaavamaista erästä toista keksinnön edullista toteutusmuotoa.

Fig. 1 esittää kaavamaisesti tavanomaista levyjauhinta sivusta katsoen leikattuna. Levyjauhimessa on kaksi jauhinpintaa 1 ja 2, jotka on asetettu 10 keskenään samanakselisesti. Tässä toteutusmuodossa toinen jauhinpinta 1on pyörivässä jauhinlevyssä 3, mitä pyöritetään akselin 4 avulla. Toinen jauhinpinta 2 on tässä tapauksessa kiinteässä jauhinlevyssä 5 eli staattorissa. Jauhinlevyjen 3 ja 5 jauhinpinnat 1 ja 2 voivat olla joko niihin suoraan muodostetut tai sinänsä tunnetulla tavalla erillisistä jauhinsegmenteistä muodostetut. Edelleen 15 Fig. 1 esittää kuormituslaitteen 6, joka on kytketty vaikuttamaan akselin 4 kautta jauhinlevyyn 3 niin, että sitä voidaan työntää kohti jauhinlevyä 5 niiden välisen raon säätämiseksi. Jauhinlevyä 3 pyöritetään akselin 4 välityksellä sinänsä tunnetulla tavalla ei-esitetyn moottorin avulla.

Kuidutettava lignoselluloosapitoinen materiaali syötetään toisen 20 jauhinpinnan 2 keskellä olevasta aukosta 7 jauhinpintojen 1 ja 2 välissä ole-..... vaan rakoon eli jauhinkitaan, missä se kuituuntuu ja jauhautuu samalla, kun ***. materiaalin sisältämä vesi höyrystyy. Kuituuntunut kuitumassamateriaali pois- .[ .* tuu jauhinlevyjen välistä niiden välisen raon eli jauhinkidan ulkoreunasta kote- ·' ·* lon 8 sisälle ja poistuu kotelosta 8 poistokanavaa 9 pitkin.

25 Fig. 2 esittää kaavamaisesti tavanomaista kartiojauhinta sivusta • · katsoen leikattuna. Kartiojauhimessa on kaksi jauhinpintaa 1 ja 2, jotka muo-dostavat keskiakselin suhteen kartiomaisen jauhatusvyöhykkeen. Tässä toteutusmuodossa toinen jauhinpinta 1 on pyörivässä jauhinkartiossa 3, mitä pyöri-tetään akselin 4 avulla. Toinen jauhinpinta 2 on tässä tapauksessa kiinteässä .···. 30 jauhinkartiossa 5 eli staattorissa. Jauhinkartioiden 3 ja 5 jauhinpinnat 1 ja 2 *·* voivat olla joko niihin suoraan muodostetut tai sinänsä tunnetulla tavalla erilli- : V sistä jauhinsegmenteistä muodostetut. Edelleen Fig. 1 esittää kuormituslait- ··· teen 6, joka on kytketty vaikuttamaan akselin 4 kautta jauhinkartioon 3 niin, et-.:. tä sitä voidaan työntää kohti jauhinkartiota 5 niiden välisen raon säätämiseksi.

35 Jauhinkartiota 3 pyöritetään akselin 4 välityksellä sinänsä tunnetulla tavalla ei- esitetyn moottorin avulla.

• · 4 Ί18971

Kuidutettava lignoselluloosapitoinen materiaali syötetään toisen jauhinpinnan 2 keskellä olevasta aukosta 7 jauhinpintojen 1 ja 2 välissä olevaan rakoon eli jauhinkitaan, missä se kuituuntuu ja jauhautuu samalla, kun materiaalin sisältämä vesi höyrystyy. Kuituuntunut kuitumassamateriaali pois-5 tuu jauhinlevyjen välistä niiden välisen raon eli jauhinkidan ulkoreunasta kotelon 8 sisälle ja poistuu kotelosta 8 poistokanavaa 9 pitkin.

Fig. 3 esittää kaavamaisesti erästä tyypillistä levyjauhimen jauhin-pintaa akselin suunnasta katsottuna. Jauhinpinnassa on jauhimen kehän suunnassa vuorotellen uria 10 ja harjoja 11 samassa kohdassa. Esimerkin-10 omaisesti tässä on jauhinpinta jaettu kahteen säteissuunnassa peräkkäiseen kehään, joissa on muodoltaan keskenään erilaiset urat ja harjat. Niinpä esimerkinomaisesti ulommassa kehässä olevat harjat voivat olla ainakin osan pituudestaan Fig. 3 esittämällä tavalla kaarevia nuolen A esittämään pyörimissuuntaan nähden niin, että jauhinpinnan ulkokehällä välissä oleva materiaali 15 ikäänkuin pumpataan jauhimesta ulospäin. Tällaisia jauhinpintoja, jotka on muodostettu joko suoraan jauhinlevyyn tai muodostettu erilaisista pintaelemen-teistä on sinänsä tunnetulla tavalla useita erilaisia ja niitä voidaan sinänsä soveltaa keksinnön mukaisella tavalla.

Fig. 4a - 4c esittävät kaavamaisesti leikkausta jauhimen kehän 20 suunnassa niin, että siinä näkyy osa vastakkaisista jauhinpinnoista 1 ja 2 sekä ,·... niissä olevat urat 10 ja harjat 11. Esimerkinomaisesti oikeanpuoleinen jauhin- • · pinta 2 on kiinteä eli staattori ja vasemmanpuoleinen jauhinpinta 1 on pyörivä eli liikkuu Fig. 4a - 4c nuolen A osoittamaan suuntaan staattorin suhteen. Si- • « · : · j nänsä molemmat jauhinpinnat voivat olla liikkuvia tai samanakselisesti pyöriviä 25 sinänsä tunnetulla tavalla. Jauhinpinnat ovat tyypillisesti pystysuunnassa ja • · \‘*:* pyörivät vaaka-akselin ympäri, mutta on mahdollista soveltaa keksintöä myös II· ratkaisussa, missä jauhinpinnat sijaitsevat vaakatasossa.

Fig. 4a esittää tapausta, missä on pyörivässä jauhinpinnassa urat 10, joiden välissä on harjat 11. Harjat 11 voivat olla poikkileikkaukseltaan eri- * · .*·*. 30 muotoiset, mutta kuitenkin niin, että niissä on liikesuunnassa särmä 12, mikä tietyssä määrin toimii leikkurina kuituja pienennettäessä. Toisessa jauhinpin- • * « nassa on urat 20 ja niiden välissä harjat 21. Urien 10 ja 20 muoto voi olla mo-nenlainen. Ainakin osassa toisen jauhinpinnan 2 harjoista on niiden ulkopin- ·:. nassa 22 viiste 23, mikä etenee suppenevasti eli on madaltuva ensimmäisen ··*· 35 jauhinpinnan harjojen 11 tulosuunnasta harjan 21 takaosaan päin. Osa toisen jauhinpinnan 2 harjan 21 ulkopinnasta 22 voi olla tasainen niin, että jauhinpin- 118971 5 tojen harjojen välille joutunut kuitumateriaali hieroutuu ja jauhautuu pienemmäksi niiden välissä. Jauhinpintojen pyöriessä toistensa suhteen saa niiden välinen liike aikaan sen, että kadutettavaa materiaalia sekä levyjauhimissa olevaa höyryä ja kaasua puristuu viisteen 23 kohdalla harjojen 11 ja 21 ulko-5 pintojen väliin aiheuttaen jauhinpintoja toisistaan poispäin työntävän nostevoiman. Sopivasti suunnittelemalla ja mitoittamalla viisteiden 23 muoto ja koko sekä sijainti harjojen säteissuunnassa saadaan aikaan tilanne, missä jauhinpintojen 1 ja 2 välissä vaikuttaa aina niitä toisistaan poispäin työntävä voima. Tästä puolestaan seuraa se, että jauhinpinnat eivät koskaan pyri osumaan toi-10 siinsa vaan pyrkivät poispäin toisistaan ja niiden välistä etäisyyttä on helppo säätää luotettavasti pelkästään säätämällä jauhinpintoja ulkopuolelta yhteen puristavan tukilaitteen tukivoimaa.

Fig. 4b puolestaan esittää toteutusmuotoa, missä liikkuvassa eli akselin ympäri pyörivässä roottorissa 1 olevissa harjoissa 11 on viisteet 13 näi-15 den toiminta on sinänsä Fig. 4a toimintaa vastaavat.

Fig. 4c puolestaan esittää toteutusmuotoa, missä molemmissa jau-hinpinnoissa 1 ja 2 on niiden harjoissa 11 ja 21 vastaavasti viisteet 13 ja 23. Tällä tavalla saadaan jauhinpintoja toisistaan poispäin työntävä työntövoima suuremmaksi kuin käyttämällä viistettä pelkästään toisen jauhinpinnan harjois-20 sa.

Fig. 5 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen ratkaisun mitoitus-·*** w **·*[ ta yksityiskohtaisemmin. Siinä on esitetty vain yksi jauhinpinnan harja kummal- lakin puolella asian yksinkertaistamiseksi. Siinä on kummankin jauhinpinnan ·« · • V harjojen päätypintojen välinen maksimietäisyys Hi ja minimietäisyys eli välys *:··: 25 H2.

Jauhinpintoja toisistaan poispäin työntävän voiman suuruuteen vai- • t ;***. kutiaa useita tekijöitä. Tällaisia ovat mm. jauhinpintojen keskinäinen liikeno- peus harjojen viisteiden kohdalla, materiaalin ja vesihöyryn määrä jauhimessa, viisteiden dimensiot ja kaltevuus sekä muoto.

.*··. 30 Näiden mukaan voidaan todeta, että tietyissä olosuhteissa viisteen • · *** avulla saatu maksimivoima voidaan määritellä seuraavasti: ·· · • · • « • « O „ _6·μν ·ν„·ΐ· Γ 2-(4,-1)]

Fr' (K -i)1 h] pe) "ΧΤΓJ ’ ♦ ··· * • · 35 missä 118971 6 kc = H1/H2 (harjojen päätypintojen tulo- ja poistovälyksen suhde),

Vb = jauhinpintojen välinen liikenopeus, ja Ib = viisteen pituus.

Maksimivoima saadaan tilanteessa, missä kc - 2,2 5 u,B · Vb L2 Z7 -016--22_-_— Γτmax U’10 ττ 2 "2

Fig. 6a - 6c esittävät erästä keksinnön edullista toteutusmuotoa, millä on pystytty ottamaan huomioon se, että jauhinpintojen välisen etäisyyden 10 muuttuessa jauhinpintojen välissä vaikuttavan voiman pitää tarvittaessa muuttua vastaavasti. Tässä toteutusmuodossa on esitetty esimerkinomaisesti yhden jauhinlevyn harja 22, mikä voi olla joko koko jauhinlevyn säteissuuntainen harja tai vain osan siitä muodostava harja tai harjanosa. Tässä toteutusmuodossa on käytetty ratkaisua, missä harjaan on muodostettu kaltevuudeltaan 15 kolme erilaista viistettä, joiden kunkin toiminta on edullisimmillaan tietyllä jauhinpintojen välisellä etäisyydellä. Näin voidaan jauhinpintojen etäisyyden muuttuessa hyödyntää lähinnä sitä etäisyyttä parhaiten toimivaa viistepintaa tarvittavan työntövoiman aikaansaamiseksi. Fig. 6a esittää toteutusmuotoa jauhinlevyn pinnansuusta katsottuna, Fig. 6b esittää kyseistä harjan 22 yläpintaa .***. 20 nuolen B suunnasta katsottuna ja Fig. 6c esittää vastaavasti harjaa 22 nuolen C suunnasta eli harjan päästä katsottuna. Näistä ilmenee kuinka viisteet on t · ..... muodostettu erilaisiksi harjan 22 pituuden eri kohdissa | \ Fig. 7a - 7c esittävät puolestaan erästä toista keksinnön edullista [ 4* toteutusmuotoa. Tässä toteutusmuodossa on esitetty muilta osin samanlainen *· *· 25 ratkaisu kuin kuviossa Fig. 6a - 6c vastaavista suunnista esitettynä. Tämä to- teutusmuoto poikkeaa kuitenkin niiden esittämistä vaihtoehdoista siinä, että tässä ei ole peräkkäisten kaltevuudeltaan vakiona pysyvien viisteiden yhdis-:V: telmästä, vaan viisteen kaltevuus muuttuu harjan 22 päästä toiseen edullisim- min jatkuvasti niin, että viisteen 23 kaltevuus muuttuu harjan 22 päästä toiseen ·«· 30 suuruudeltaan eri suuruisiksi. Valmistuksen kannalta tietenkin on edullista, että · · kaltevuus on suurin toisessa päässä ja vastaavasti pienin vastakkaisessa • · *·;·* päässä. Samoin erityisesti Fig. 7b osoittaa, että viisteen leveys harjan 22 poik- ·:* kisuunnassa ei välttämättä ole vakio, vaan se vaihdella ja voidaan mitoittaa eri ·**· * ··*·· tavoin toimintaolosuhteista riippuen.

118971 7

Viisteen leveys ja pituus harjoissa voidaan mitoittaa eri tavoin, kun tiedetään harjojen lukumäärä ja sijainti jauhinpinnan säteissuunnassa sekä pyörimisnopeus, minkä perusteella voidaan laskea viisteillä aikaansaadun jau-hinpintoja toisistaan poispäin työntävän voiman suuruus. Niinpä viisteen leveys 5 voi olla koko harjan levyinen tai sitä kapeampi. Samoin viisteen pituus voi olla harjan pituinen tai sitä lyhyempi. Viisteitä voi olla myös vain osassa harjoja kuten esimerkiksi joka toisessa harjassa jne. Viiste voi olla suorapintainen tai harjan poikkisuunnassa kupera tai kovera. Samoin viiste voi olla harjan pituussuunnassa leveydeltään erilainen kuten esimerkiksi keskeltä ulospäin kapene-10 va jne. Vaikka maksimivoiman aikaansaamisen kannalta arvo parametrille ke =2,2, voidaan tästä arvosta poiketa ja eräs käytännön toteutuksessa todettu käyttökelpoinen alue on kc = 2,2 +/- 50%, edullisesti kc = 2,2 +/- 20%. Kaltevuudeltaan erilaisia viisteitä voidaan myös muodostaa joko säteissuunnassa peräkkäin eri harjoihin tai jauhinpinnan kehän suunnassa vuorotellen.

15 Keksintöä on edellä selityksissä ja piirustuksissa esitetty esimer kinomaisesti eikä sitä ole millään tavoin rajoitettu siihen. Olennaista on se, että ainakin osassa jauhinpinnan harjoista on harjan reunasta toiseen reunaan päin suppenevasti kalteva viiste sillä harjan reunalla, miltä puolelta vastaavasti toisen jauhinpinnan harjat jauhinpintojen liikkuessa tulevat. Jauhinpinnat ovat 20 tyypillisesti pystysuunnassa ja pyörivät keskiakselin ympäri, mutta on mahdol- .··*, lista soveltaa keksintöä myös ratkaisuissa, missä jauhinpinnat sijaitsevat vaa- * * katasossa. Edelleen keksintöä voidaan soveltaa matalasakeusjauhatuksessa „ , sekä kuitulevykuitujen jauhatuksessa.

* · · • · • · 25 • · • · · • ·· t · ··» • * • · *»» • · • « ·

« · I

• · • t« • · • » •e ·· · • · * • · ♦ * • •i • · • · • · · *·«

»•M

♦ ·

Claims (10)

118971

1. Jauhinpinta sellaista lignoselluloosapitoisen materiaalin kuidut-tamiseksi tarkoitettua jauhinta varten, jossa jauhimessa on kaksi toistensa suhteen samanakselisesti pyörivää jauhinpintaa, joiden väliin kuidutettava materi-5 aali syötetään, jolloin kummassakin jauhinpinnassa on uria ja niiden välissä olevia harjoja, ja ainakin osassa jauhinpintojen harjoja on niiden ulkopinnassa toisen jauhinpinnan harjojen tulosuunnasta alkaen madaltuva viiste niin, että jauhinpintojen pyöriessä toistensa suhteen jauhinpintojen välille syntyy aina niitä toisistaan poispäin työntävä voima, tunnettu siitä, että viiste on le-10 veydeltään pienempi kuin harjan koko leveys.

, 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että viiste on vain osassa harjoja.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että viiste on mitoitettu niin, että jauhinpintojen harjojen välisen minimivä- 15 lyksen (H2) ollessa ennalta määrätyn suuruinen, jauhinpintojen maksimivälyk-sen (Hi) ja minimivälyksen (H2) välinen suhde Hi / H2 = 2.2.+/- 50%.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että suhde Hi / H2 = 2.2, +/- 20%.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, 20 että suhde Hi / H2 = 2.2.

·*** 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jauhinpinta, Jl / tunnettu siitä, että viiste on pituudeltaan lyhyempi kuin harjan koko pituus.

*· ·* 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että siinä on useita kaltevuudeltaan eri suuruisia viisteitä. * · :,*·· 25

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että viisteet on muodostettu keskenään akselinsuunnassa peräkkäin.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jauhinpinta, tunnettu siitä, että kaltevuudeltaan erilaiset viisteet on muodostettu jauhinpinnan kehän • · .···. suunnassa vuorotellen. • · "S 30

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen jauhinpinta, tun- i V nettu siitä, että ainakin osa viisteistä on harjan pituussuunnassa kaltevuu- • · · deltaan muuttuvia. ·*« ·«*· *«··· · β 118971