FI57282B - Anordning foer daempning av tryckstoerningar i massasuspensionsstroemningen i en pappersmaskin - Google Patents

Description

ESF1 [B] (11)*Um.UTUSJULKAISU .....

JjSTff lJ ' ' UTLÄOONINCSSICIUFT DfZOZ

rao C (45) Pater. t'U r.ycnn:Lty 10 27 ΙΊ',’Ο

ZbKjO Patent ra?ddelat ^ T ^ (51) κν.ιΐι.*/ΐΜ.α· D 21 F 1/06 ' ' D 21 F 1/02 SUOMI —FINLAND (21) to*n«lh.k*imi«-Pit*nt«niöknin* 762826 (22) H«k«nl»pllvl — ΑμΜ(αΙπ«μΙ·| 05.10.76 ' ' (23) AlkupUvft—GIM|h«tsdag 05.10.76 (41) TulNit |ulklMkal — Bllvlt affantHf Qg qJ^ ~q PU— J. nkimriMIIM w mm**— |. . .- „ ' '*>

Patent- och registeratyrelsen Ansekan utb^d och utl.*krift*n publk«rad 31.03.00 (32)(33)(31) P/J^otty otuolkou*—t«|ird prloritat (71) Valmet Oy, Punanotkonkatu 2, 00130 Helsinki 13, Suomi-Finland(FI) (72) Alvi Kirjavainen, Jyväskylä, Suomi-Finland(FI) (7 b) Forssen & Salomaa Oy (5*0 Laite paperikoneen massasuspensiovirtauksen painehäiriöiden vaimentamiseksi - Anordning för dämpning av tryekstörningar i massasuepensions-strömningen i en papperamaskin

Keksinnön kohteena on laite paperikoneen massasuspensiovirtauksen painehäiriöiden vaimentamiseksi, joka laite on tarkoitettu sijoitettavaksi massasuspension lä-hestymisputkistoon sopivalle kohtaa ennen perälaatikon jakotukkia tai vastaavaa ja jossa laitteessa on painehäiriöiden vaimentamiseen tarkoitettu suljettu ilmatila.

Esillä olevan keksinnön taustaa ja tarkoitusperiä sekä paperikoneen massasystee-min lähestymisputkistossa kuiva-ainevirrassa ilmeneviä häiriöitä ja niiden syntymekanismia käsitellään aluksi yleisesti. Mainittujen häiriöiden kannalta ideaalinen tilanne on silloin, kun perälaatikon huuliaukon jokaisen pituuselementin kohdalta virtaa jatkuvasti ulos sama kuiva-ainemäärä aikayksikössä vakiona pysyvällä nopeudella. Jos mainittu virta on sama koko huuliaukon leveydeltä, mutta vaihtelee ajan mukana, syntyy paperin kuivapainoon paperikoneen suuntaista vaihtelua. Esillä olevan keksinnön ensimmäisenä tarkoituksena on saada aikaan laite, jolla mainittua vaihtelua voidaan vaimentaa ennestään tunnettuja ratkaisuja tehokkaammin ja taloudellisemmin.

2 57282

Jos kyseessä oleva massasuspensiovirta on ajan suhteen vakiollinen, mutta vaih-telee eri kohdilla paperikoneen leveyssuunnassa, syntyy paperin kuivapainoon poikkisuuntaista painovaihtelua. Tätä vaihtelua ei tämän keksinnön mukainen eikä muutkaan massasysteemin lähestymisputkistossa olevat valmennusjärjestelmät pysty vaimentamaan. Tunnetusti kyseisen profiilin säätö tapahtuu huulen hienosäätö-karojen avulla.

Jos mainittu massavirta on samanaikaisesti koko huuliaukosta mitattuna ajasta riippumaton ja lisäksi joka kohdalla paperikoneen leveyttä keskimäärin sama pitemmällä aikavälillä tarkasteltuna, mutta ajanhetkestä toiseen erilainen, eri kohdilla koneen leveyssuunnassa syntyy paperiin satunnaisesti sijoittuvia painavampia ja kevyempiä kohtia eli ns. jäännösvaihtelua. Viimemainittu vaihtelu aiheutuu ensiksikin perälaatikossa muodostuvien turbulenssipyörteiden vaikutuksesta ulostulovirtaamaan ja toiseksi kuiva-aineen pienimittakaavaisesta epätasaisesta jakautumasta massasuspensiossa.

Ensinmainittua pyörteisyyttä ei voida keksinnön mukaisella eikä muillakaan lähes-tymisputkistoon sijoitetulla valmennusjärjestelmällä vaimentaa. Kyseiseen haittaan voidaan vaikuttaa perälaatikon rakenteen suunnittelulla. Sen sijaan mainittua pienimittakaavaista kuiva-ainejakaantumaa massasuspensiossa on tarkoitus keksinnön mukaisella ratkaisulla tasata tunnettuja ratkaisuja taloudellisemmalla tai ainakin yhtä tehokkaalla tavalla kuin parhailla ennestään tunnetuilla ratkaisuilla.

Ensiksi mainittu paperin konesuuntainen kuivapainon vaihtelu pääasiallisesti aiheutuu ensiksikin perälaatikkoon tulevassa massan syöttöputkessa esiintyvästä tilavuusvirran vaihtelusta ja toiseksi samassa putkessa aina esiintyvistä, äänen nopeudella etenevistä paineaalloista, jotka huuliaukossa muuttuvat suihkun liike-energian vaihteluiksi, sekä kolmanneksi suurimittakaavaisista sakeusvaihteluis-ta mainitussa massan syöttöputkessa.

Tiivistetysti voidaan todeta, että keksinnössä kyseessä oleva tulohäiriösignaali on huulivirtausaukon dynaaminen paineen vaihtelu ja lähtöhäiriösignaaleja ovat hydrostaattisen paineen vaihtelu putkistossa, pumpun syöttämän paineen vaihtelu, prosessin painehäviön vaihtelu, putkistoon sen tuennan kautta siirtyvät tärinän aiheuttamat impulssipaineet ja turbulenssipyörteiden aiheuttama painevaihte-lu putkistossa erityisesti venttiilien, putkimutkien tms. kohdalla. Käytännössä on havaittu, että eri häiriösignaaleilla on kullakin ominaisensa, useasti varsin 3 57282 laaja taajuusspektri. Kuitenkin esim. pumppujen häiriöeignaalien spektreille on ominaista selvästi havaittavat "piikit" pumpun kierroslukua ja sen monikertoja sekä aliharmonisia vastaavilla taajuuksilla.

Ennestään tunnetut paperikoneen perälaatikot voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: a) suoraan perälaatikon yhteyteen rakennetulla ilmatyynyllä varustetut eli ns. ilmatyynyperälaatikot, b) itse perälaatikosta erillään olevalla ilmatyynyllä varustetut hydrauliset perälaatikot, joissa ilmasäiliöt sijaitsevat joko paperimassasuspension lähestymisputkistossa ennen jakotukkia tai jakotukin jälkeen ja c) kokonaan ilman ilmatyynyä olevat hydrauliset perälaatikot.

Kyseisellä ilmatyynyn käytöllä perälaatikon yhteydessä pyritään tasaamaan ennen perälaatikon ulosvirtausaukkoa eli huuliaukkoa massaeuspensiovirtauksessa esiintyvät paineenvaihtelut, jotka voivat olla peräisin joko ennen perälaatikkoa olevasta massasysteemistä tai itse perälaatikosta.

Edellä esitetyn kohdan a) mukaisessa ilmatyynyperälaatikossa on kyseisten ajallisten paineenvaihteluiden vaimentuminen yleensä varsin tehokasta, koska niissä ilmatyynyä vasten tuleva virtaavan massan pinta-ala on suhteellisen suuri ja virtaussuuntaa vastaan kohtisuoraan mitattu massatilan korkeus verraten pieni. Näiden perälaatikoiden etuna on myös se,- että ilmatyyny ulottuu yleensä aivan perälaatikon ulospurkaushuulen läheisyyteen, joten ilmatyynyn vaikutuskohdan ja huulen välisellä alueella on uusien paineenvaihteluiden syntymismahdollisuus vähäinen.

Edellä ilmenneistä eduistaan huolimatta on selostetut ilmatyynyperälaatikot saaneet viime aikoina usein väistyä uusimmissa nopeissa paperikoneissa kohdissa b) ja c) mainittujen hydraulisten tai täyshydraulisten perälaatikoiden tieltä. Syynä ovat olleet viimemainittujen helpompi sijoittaminen uusien kaksiviirafor-merien yhteyteen ja toisaalta niiden pienemmät valmistuskustannukset. Huulelta purkautuvan massasuihkun suurempi turbulenttisuus ja sen edullisempi intensiteet-tijakautuma sekä siitä seuraava massan parempi homogeenisuus ovat myös puoltaneet näiden hydraulisten perälaatikoiden käyttöönottoa.

Mainittujen etujensa vastapainoksi on hydraulisissa perälaatikoissa ilmennyt edellä käsiteltyjen paineenvaihteluiden aiheuttamia vaikeuksia. Usein alkuaan täys- 4 57282 hydrauliseksi tarkoitettu perälaatikko on jouduttu varustamaan myöhemmin yhdellä tai useammalla erillisellä ilmasäiliöllä, jotka pyrkivät korvaamaan ilmatyyny-perälaatikon ilmatyynyn. Näiden erillisten ilmasäiliöiden sijoittamisessa tunnetaan erilaisia ratkaisuja, joista toisissa ilmasäiliöt on kytketty ennen perä-laatikkoa olevaan massaputkistoon tai toisissa ratkaisuissa itse perälaatikon yläpuolelle liittämällä ne yhdysputkilla tai -kanavalla perälaatikon yläosaan.

Viimemainitun ratkaisun epäkohtana on kuitenkin se, että perälaatikon yläpuolelle sijoitetussa ilmasäiliössä vapaan nestepinnan korkeus nestevirtauksen keskiakse-lista tulee suureksi tai yhdysputket tai -kanava perälaatikosta ilmasäiliöön joudutaan mitoittamaan ahtaaksi päävirtauskanavaan nähden. Molemmissa tapauksissa vaimennusominaisuudet heikkenevät oleellisesti verrattuna normaalin ilmatyyny-perälaatikon paineenvaihtelujen vaimennuskykyyn.

Keksinnön päätarkoituksena onkin kehittää edelleen massasuepension lähestymis-putkistoon ennen perälaatikon jakotukkia sijoitettua vaimennuslaitetta.

Keksinnön tarkoituksena on edellä ilmenneiden epäkohtien välttäminen ja sellaisen rakenteeltaan yksinkertaisen painehäiriöiden vaimentunen aikaansaaminen, joka on sovitettavissa erilaisiin käytössä oleviin tiloihin. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen vaimennuslaite, jossa on mahdollisimman suuri vaimentava pinta ja tätä kautta mahdollisimman tehokas painehäiriöiden vaimennus. Keksinnön lisätarkoituksena on saada aikaan sellainen vaimennin, joka vaimentaa painehäiriöitä myös sitä kautta, että vaimentimessa virtaavan massasuepension virtauspoikkipinta muuttuu painehäiriöitä vaimentavaan suuntaan. Lisätarkoituksena on myös saada aikaan sellainen vaimennin, jonka avulla massasuspensiovirtaus saadaan perälaatikolle mahdollisimman pyörteettömänä ja tasaisena. Keksinnön eräänä tarkoituksena on myös sellaisen vaimentunen aikaansaaminen, jossa ilman sekoittuminen massasuspensioon tulee ehkäistyksi.

Edellä esitettyjen muiden päämäärien saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää suljetun säiliön, sen läpi kulkevan massasuspension virtauskanavan, jonka seinämät ovat kokonaan tai olennaiselta osaltaan joustavaa, painehäiriöiden mukaisesti värähtelemään pääsevää kalvomaieta materiaalia, joka on toiselta puoleltaan mainitun säiliön ilmatilan kanssa välittömässä yhteydessä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin toteutusesimerkkeihin, 5 57282 joihin keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu.

Kuvio 1 esittää keskeisenä virtauksen suuntaisena aksiaalileikkauksena keksinnön mukaista vaimennuslaitetta.

Kuvio 2 on leikkaus II-II kuviossa 1.

Kuvio 3 esittää kuviota 1 vastaavalla tavalla keksinnön erästä toista toteutusta, jossa vaimennettava massasuspensiovirtaus kulkee vaakasuorassa suunnassa,

Kuvio 4 esittää keskeisenä aksiaalisena leikkauksena sellaista keksinnön toteutusta, jossa massasuspensiovirtaus on pääasiassa pystysuuntainen.

Kuvio 5 esittää sellaista keksinnön totoeutusmuotoa, jossa virtaus on vaakasuuntainen ja jossa keksinnön mukainen joustava seinämä ei ulotu ilmasäiliön läpi kulkevan virtaustien koko ympärysmitalle.

Kuvio 6 esittää leikkausta VI-VI kuviossa 5.

Kuvio 7 esittää toista sellaista keksinnön toteutusta, jossa virtaus on pystysuuntainen.

Kuvio 8 esittää leikkausta VIII-VTII kuviossa 7 ja kuvio 9 esittää leikkausta IX-IX kuviossa 3.

Kuviossa 1 esitetty vaimennuslaite muodostuu teräksestä tehdystä ilmasäiliöstä 10a, joka rajaa sisäänsä ilmasäiliön V. Ilmasäiliön 10a läpi on johdettu kumilla käsitellystä kankaasta tehty vaimennusputki 30a, joka liittyy toisella päätylai-pallaan 14 sekä ilmasäiliöön 10a että massasuspension sisääntuloputkeen 20 sekä ulostuloputkeen 21. Massasuspension esim. tulopumpusta tulevaa virtausta on merkitty viitteellä ja suspensiovirtaus F jatkaa ulosmenevänä virtauksena Fout perälaatikkoon, ensin sen jakotukkiin. Kuviossa 2 selviää kuviossa 1 esitetyn laitteen poikkileikkaus ja tämän kuvion mukaisesti joustava vaimennusputki 30 voi ottaa eri muotoja, joita on kuviossa 2 merkitty viitteellä 30a' ja 30a". Kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti joustava paineentasausputki 30a on sijoitettu vapaasti makaamaan tukilevyn 12 päälle niin, että se voi laajentua ja supistua virtauksen F määräämällä tavalla. - Vaimennuslaitteen kannatusrakenteita on merkitty numerolla 11.

Kuvion 3 mukaisesti vaimennuslaite muodostuu pyöreän poikkileikkauksen omaavasta 6 57282 säiliöstä 10b, johon on keskeisesti sijoitettu joustava esim. vahvistetusta kumista valmistettu vaimennusputki 30b. Massasuspensiovirtaus F on tässä vai-mentimessa samoin kuin kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa vaimentimessa vaakasuuntainen. Vaimennusputken 30b ympärillä on suojaputki 13, jonka rakenne selviää tarkemmin kuviosta 9, johon myöhemmin palataan.

Kuvio 4 esittää sellaisen vaimenninratkaisun, jossa massasuspensiovirtaus F on pääasiallisesti pystysuuntainen. Tämä vaimennin käsittää matalan pystysuuntaisen ilmasäiliön 10c, jonka toiseen päätyyn liittyy massasuspension tuloputki 20.

Tämän päädyn yläpuolella on virtauksen ohjauslevy 15, joka on olennaisesti samanmuotoinen kuin pääty ja joka on tukielimellä 16 kiinnitetty paikalleen. Oh-jauslevyn 15 yläpuolelle muodostuu kiekon muotoinen, verraten kapea virtaustie, joka yläpäästään liittyy säiliöön 10c nähden keskeiseen putkeen 17, joka on puolestaan yhteydessä massasuspension poistoputkeen 21. Tässä vaimentimessa on varsinaisena vaimennuselimenä renkaan muotoinen joustava kalvo 30c, jonka alaääri-asentoa on esitetty viitteellä 30c'. Kyseinen kalvo 30c liittyy alareunastaan laipallaan 14 säiliöön 10c alapäädyn laippaan ja yläreunastaan laipallaan 14 poistoputken 17 alalaippaan. Kalvo 30c pääsee värähtelemään ja muuttamaan muotoaan massasuspensiovirtauksen F painevaihteluiden ja paineimpulssien mukaisesti, koska sen toisella puolella on vaimentava ilmasäiliö V. Tämä vaimenninrakenne soveltuu käytettäväksi sellaisissa yhteyksissä, joissa tilaa etenkin vaakasuorassa suunnassa on rajoitetusti käytettävissä.

Kuvion 5 esittämä vaimennuslaite muodostuu ilmasäiliöetä lOd, jonka alaosaan on muodostettu kourumainen massasuspension virtauskanava 18,19. Tälle vaimenninra-kenteelle on ominaista se, että massasuspension virtauskanava 18,19 muodostuu kiinteästä pohjasta 19 ja kiinteistä sivuseinämistä 18 ja että ainoastaan virtaus-kanavan yläseinämä on järjestetty keksinnön mukaisesti joustavaksi. Tätä tarkoitusta varten on virtauskanavan 18,19 yläseinämäksi kiinnitetty laipoilla joustava kalvo 30d, joka on lisäksi virtauksen F suunnassa kiinnitetty useilla rivoilla virtaukseen F nähden poikkisuuntaisiin laippoihin 22, Virtauskanavan 18,19 tukilaippoja on merkitty viitenumerolla 23.

Kuviossa 7 on esitetty sellainen keksinnön toteutusmuoto, jossa virtaus F on pystysuuntainen. Kyseinen vaimennuslaite muodostuu pystysuuntaisesta pitkänomaisesta lieriömäisestä ilmasäiliöetä lOe, jossa on keskeinen joustavaseinäinen vaimennusputki 30e ja tämän ympärillä rei'itetty suojaputki 14e, joka kuitenkin sallii yhteyden ilmatilaan V ja vaimennusputken 30e muodonmuutokset paineenvaihte-luiden mukaisesti.

7 57282

Kuvioissa 8 ja 9 on poikkileikkauskuvantona erilaisia rakenteita, joilla vaimennusputki 30e ja 30b on kiinnitetty paikalleen ja suojattu sekä ilmapaine-ryntäystä että massasuspension virtauksen F paineryntäystä vastaan. Kuvion 8 mukaisesti on joustava vaimennusputki 30e kiinnitetty tasavälein useisiin pystysuoriin ripoihin ja vaimennusputkea 30e ympäröi rei'itetty suojaputki 14e niin, että vaimennusputki 30e on painevaihteluja vaimentavassa yhteydessä ilmatilaan V. Pystysuorat rivat 25 on tuettu sekä ala- että yläpäästään säiliön lOe päätyjen yhteyteen. Kuviossa 8 on vaimmennusputken 30e ääriasentoja merkitty viittein 30e' ja 30e".

Kuvion 9 mukaisesti vaimennusputki 30b on kiinnitetty laippojen 27 välityksellä vaakasuuntaisiin ripoihin 26, jotka ovat rei'itetyn tai verkosta muodostetun suojaputken 13 yhteydessä. Tämän kuvion mukaisesti on vaimennusputken 30b sisä-ääriasentoa merkitty viitteellä 30b'.

Seuraavassa selostetaan edellä käsiteltyjen vaimennuslaitteiden toiminta ja vaikutustapa, llmasäiliöiden 10 ilmatilan V paine on sovitettu olennaisesti yhtä suureksi kuin massavirtauksen F paine vaimennusputken 30 sisällä. Joustavan vaimennusputken 30a,30b,30c,30e sekä joustavan seinämän 30d tehtävänä on vaimentaa massasuspensiovirtauksessa F esiintyvät häiriöpulssit ja värähtelyt, sekä estää ilman pääsy virtaukseen F. Ilmatilan V muodostavan ilmatyynyn lisäksi pulsseja vaimentaa myös tehokkaasti vaimennusputken 30 muuttuva poikkipinta. Jos massasuspensiovirtauksen F paine kasvaa, niin vaimennusputken 30 virtauspoikkipinta pyrkii suurenemaan, jolloin virtausnopeus kyseisessä putkessa tasoittavasti pienenee. Kun taas massasuspensiovirtauksen F paine laskee, vaimennusputken 30 virtauspoikkipinta vastaavasti pienenee, jolloin virtausnopeus häiriöitä tasoittavasti vastaavasti kasvaa. Vaimentunen läpi kulkevan virtauskanavan muotoilulla ja sillä, että ilmatilan V kanssa yhteydessä olevat joustavat vaimennusputket tai kalvot ovat virtauksen kanssa yhdensuuntaisia saadaan massavirtaus F perälaatikolle pyörteettömänä ja mahdollisimman tasaisena. Lisäksi säätölaitteiden ynnä muiden lisälaitteiden tarpeelliset liitännät on helposti järjestettävissä vaimennuslaitteen yhteyteen.

Keksintö ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu edellä vain esimerkin vuoksi selostettuihin yksityiskohtiin, jotka voivat vaihdella seuraavassa esitettävien patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (7)

1. Laite paperikoneen massasuspensiovirtauksen (F) painehäiriöiden vaimentamiseksi, joka laite on tarkoitettu sijoitettavaksi massasuspeneion lähestymis-putkistoon sopivalle kohtaa ennen perälaatikon jakotukkia tai vastaavaa ja jossa laitteessa on painehäiriöiden vaimentamiseen tarkoitettu suljettu ilmatila (V), tunnettu siitä, että laite käsittää suljetun säiliön (10), sen läpi kulkevan massasuspension virtauskanavan (30a;30b;15,30c,17; 30d;30e), jonka seinämät ovat kokonaan tai olennaiselta osaltaan joustavaa, painehäiriöiden mukaisesti värähtelemään pääsevää kalvomaista materiaalia, joka on toiselta puoleltaan mainitun säiliön (10) ilmatilan (V) kanssa välittömässä yhteydessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö (10) ja sen ilmatila (V) ympäröi kokonaan massasuspension mainittua virtauskanavaa (30a;30b;30d;30e).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu virtauskanava muodostuu kokonaan joustavaseinäisestä vaimennus-putkesta (30a;30b;30e), joka kulkee säiliön (10) läpi ja on sopivimmin varustettu vaimennusputkea ympäröivillä suojaelimillä (13;14e).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kourumaisen massasuspension virtauskanavan (18,19), jonka kantena on joustava kalvo (30d) säiliön (10) olennaisesti koko pituudella (kuviot 5 ja 6).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää säiliön (10c), jonka toisessa päädyssä on massasuspension tuloputki (20), sen ylä- tai alapuolella rengasmainen kalvo (30c), joka on ulkoreunastaan säiliön (10c) seinämän yhteydessä ja sisäreunastaan massasuspension pois-toputken (17,21) kanssa yhteydessä, ja että kalvon (30c) taakse säiliön (10c) sisälle jää kyseinen ilmatila (V) (kuvio 4).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun kalvon (30c) alla tai päällä on kiekkomainen virtauksen ohjauslevy (15), joka rajoittaa yhdessä mainitun kalvon (30c) kanssa poistoputkeen päättyvän rengasmaisen virtaustien, jossa vallitsee säiliöön (10c) nähden olennaisesti radiaalisuuntainen virtaus (kuvio 4). » 57282

7. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaimennusputki (30b;30e) tai kalvo (30d) on kiinnitetty maäsasuspensiovir-tuksen suunnassa useista kohdin tukielimiin C22;25;26;27) (kuviot 6,8 ja 9).