FI71367C - Foerfarande och anordning foer effektivering av avvattning i en pappersmaskin - Google Patents

Description

71367 1 Menetelmä ja laite paperikoneella vedenpoiston tehostamiseksi Förfarande och anordning för effektivering av avvattning i en pappersmaskin 5

Keksinnön kohteena on menetelmä vedenpoiston tehostamiseksi paperikoneen muodostusosassa ja/tai puristinosassa, jossa menetelmässä muodostettava 10 raina saatetaan, sopivimmin huovan tai muun rainaa kannattavan kudoksen tai pinnan vastakkaiselta puolelta, kuuman vesihöyryn vaikutuksen alaiseksi siten, että merkittävä osa mainitusta höyrystä lauhtuu rainan struktuuriin luovuttaen höyrystyslämpönsä rainaan, jossa menetelmässä höyrykäsittelyn tehostamiseksi höyryn lauhtumistiheyttä käsittelyvälissä 15 nostetaan estämällä ilman pääsyä käsittelyväliin estovirtauksella.

Lisäksi keksinnön kohteena on keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite, joka käsittää höyrynsyöttölaitteen, jossa on käsiteltävää rainaa vasten pienellä välyksellä oleva höyrynsyöttöpinta, 20 kuten reikälevy, sintratusta materiaalista tehty levy tai vastaava ja jonka laitteen syöttölaatikon sisätila on yhdistetty höyryntuontilaittei-siin, joka laite käsittää foilisuutinlaitteet, jotka käsittävät suutin-laatikon, jonka sisätilasta avautuu suutinrako, joka rajoittuu toiselta puoleltaan sopivimmin tasomaiseen seinämään, jonka jatkeena on kaareva 25 ohjauspinta, jonka jatkeena puolestaan on kohdalla olevan rainan tason suuntainen foilipinta.

Vedenpoisto haihduttamalla paperlralnasta on erittäin paljon energiaa vaativaa ja siksi kallista sekä epätaloudellista. Siksi pyritään rai-30 nasta poistamaan vettä mahdollisimman paljon ennen kuivatusosaa mekaanisin keinoin. Tästä tapahtumasta viimeinen vaihe on puristinosa, jossa vesi poistetaan rainasta sitä telojen välissä puristamalla. Tällöin on tunnettua, että vesi poistuu huomattavasti helpommin lämpötilaa kohotettaessa, koska veden viskositeetti ja rainan puristuskimmokerroin täten 35 2 71367 1 alenee samalla kun pintajännityskin. Näin on saavutettu huomattavia rainan kuiva-ainepitoisuuden nousuja puristinosan jälkeen ja siten säästöä kuivatusenergian käytössä.

5 Hakijan suomalaisessa kuulutusjulkaisussa n:o 50651 (vast. US-pat.

n:o 4 209 361) esitetyn suljetun puristinosan käyttöönotto on osaltaan tehnyt mahdolliseksi paperikoneiden nopeuden nostamisen entisestään, koska tehokkaan vedenpoiston lisäksi tämä ns. "Sym-Fress"-puristinosalla (tavaramerkki) saadaan aikaan se etu, että paperirainan katkot sillä 10 käytännöllisesti katsoen eliminoituvat. Paperikoneen nopeuksia nostettaessa on kuitenkin pullonkaulaksi muodostunut puristinosan jälkeiset rainan vapaat vedot, joko purlstlnosalta kulvatusosalle tai kuivatusosan ensimmäisissä vapaissa väleissä.

15 Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena onkin saada aikaan menetelmä ja laite, jolla paperikoneen ajettavuutta voidaan parantaa tehostamalla vedenpoistoa puristinosalla niin, että ralna jättää puristinosan entistä kuivempana ja kestävämpänä.

20 Keksinnön tekniikan tason osalta viitataan hakijan US-patenttlin n:o 4 163 688, jossa on esitetty menetelmä ja laite vedenpoiston tehostamiseksi paperikoneen puristlnosassa ja jolle menetelmälle on pääasiallisesti ominaista se, että ensimmäisen ja toisen nipin välillä rainan kulkiessa "Sym-Pre8s”-puristinosasea imutelan sektorin yli huovan päällä 25 rainaa käsitellään saattamalla se ulkopintansa suunnasta tällöin imu-telan huomattavan suurella sektorilla kuuman vesihöyryn vaikutuksen alaiseksi, käsittelyn tapahtuessa pääasiallisesti siten, että merkittävä osa käsittelyhöyrystä lauhtuu luovuttaen höyrystyslämpönsä rainaan.

30 Kuten on yleisesti tunnettua ohut ilmakerros seuraa kalkkia liikkuvia pintoja. Näin on asianlaita myös höyrylaatikkoon menevän paperirainan osalta. Kuten myöhemmin yksityiskohtaisesti laskennallisesti osoitetaan on rainan mukana kulkeutuvalla limalla ratkaiseva vaikutus höyrynsyöttö-laatikon käsittelyvälissä tapahtuvalle lauhtumlstlheydelle.

35

Aiemmin on jo tiedostettu edellä mainitut ilmaongelmat. Näitä ongelmia on pyritty ratkaisemaan eräänlaisilla verhosuihkuilla, jotka kohdistetaan tasopinnassa olevista teräväreunaisista raoista kohtisuoraan rainaa 11 3 71367 1 vasten. Näillä verhosuihkuilla ei ole kuitenkaan päästy tyydyttävään tulokseen pyrittäessä estämään ilman pääsyä höyrynsyöttölaatikon käsit-telyvälille. Tämä saattaa johtua siitä, että verhosuihkujen kohdistuessa rainaan hyvin terävästi ne aiheuttavat voimakasta turbulenssia. Joka 5 tapauksessa näillä tunnetuilla verhosuihkuilla ei ole pystytty luomaan riittävän tehokasta suojavallia ilman pääsyn estämiseksi höyrynsyötto-laatikon käsittelyvälille.

Ongelmaksi on myös tiedostettu se, että höyryn purkautuessa höyrylaati- 10 kon reuna-alueelta hyvin voimakkaasti tämä aiheuttaa tiivistyessään vesipisaroita, jotka rainalle tippuessaan saattavat täysin turmella rainaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja 15 laite, jolla edellä esitettyjen epäkohtien vaikutusta voidaan ratkaisevasti pienentää. Lisäksi tarkoituksena on saada aikaan höyrynsyöttölaatikon yhteydessä sovellettava menetelmä ja laite, jota voidaan edullisesti käyttää rainan poikittaisen kosteusprofiilin säätöön.

20 Näihin ja myöhemmin selviäviin päämäriln pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että ilman pääsyn estämiseksi höyrykäsittelyväliin ainakin rainan kulkusuunnassa ennen käsit-telyväliä puhalletaan olennaisesti konesuuntainen estovirtaus.

25 Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu foilipinta rajoittaa ainakin höyrynsyöttölaatikon käsiteltävän rainan kulkusuunnassa etummaiselle puolelle yhdessä kohdalla olevan rainan kanssa rakotilan, johon estovirtaus on puhallettavissa suutinlaatikosta.

30

Kuten myöhemmin laskennallisesti yksityiskohtaisesti esitetään, saadaan siinäkin tapauksessa että keksinnön mukaisella laitteella pystyttäisiin estämään ilmavirtaus höyrylaatikon käsittelyväliin n. 70 %:sti, vastaava n. 70 %:n nousu höyrylaatikon tehoon nimenomaan lauhtumistiheyden kas- 35 vun kautta.

____ - ΤΓ 71367

Keksinnön mukaisesti käytettyjen foilisuuttimien avulla puhallettavana suojakaasuna voidaan käyttää ilmaa tai höyryä tai näiden seosta. Ilman käyttö on sikäli edullista, että se ei aiheuta pisaroimis- eikä tii-vistymisongelmia. Toisaalta höyryä käyttäen saatetaan päästä jonkin 5 verran parempaan ilmanestovaikutukseen. Höyryn käytöllä on myös etuna se, että höyryä on luontaisesti saatavilla höyrylaatikon yhteydessä ja mainituilla höyrysuihkuilla saadaan aikaan jonkin verran myös rainan lämmitysvaikutusta, vaikka tämä ei olekaan esillä olevan keksinnön päätarkoitus .

10

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellu-tusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintö ei ole ahtaasti rajoitettu. Lisäksi piirustuksessa on keksinnön fysikaalista taustaa sel-15 ventäviä kuvioita.

Kuviossa 1 on kaaviollisesti havainnollistettu keksinnön sovellutuksia useissa eri positioissa paperikoneella.

20 Kuvio 2 havainnollistaa paperikoneen poikkisuunnassa ja kuvioon 1 merkityn nuolen A suunnasta nähtynä erästä keksinnön mukaista höyryn-syöttölaatikkoa.

Kuviot 3 ja 4 havainnollistavat höyrylaatikon käsittelyvälin tilaele-25 mentin ilma- ja vesitasetta.

Kuviossa 5 on esitetty kaaviollisena poikkileikkauksena imutelan yhteyteen sovitettavaa erästä keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta soveltavaa höyrynsyöttölaatikkoa.

30

Kuvio 6 esittää kaaviollisena sivukuvana erästä yksipuolisilla ilmanesto-laitteilla varustettua keksinnön mukaista höyrynsyöttölaatikkoa, jota sovelletaan tasoviiran yhteydessä.

35 Kuvio 7 esittää erästä kaksipuolisilla ilmanestolaitteilla varustettua höyrynsyöttölaatikkoa.

Kuvio 8 havainnollistaa keksinnössä sovellettavan foilisuuttimen toimintaperiaatetta.

5 71367

Seuraavassa selostetaan aluksi lyhyesti keksinnön mukaisen menetelmän eri vaiheet ja keksinnön mukaisen höyrynsyöttölaatikon olennaisimmat rakennepiirteet. Aluksi toistetaan se, että höyrynsyöttölaatikon tarkoituksena on aikaansaada entistä kuivempi puristustuote, siis paperi-5 raina W paperikoneen puristinosan jälkeen. Se että höyrylaatikkoa tai -laatikoita käyttäen rainasta W saadaan entistä enemmän vettä poistetuksi, johtuu toisaalta rainassa W olevan veden viskositeetin pienenemisestä ja toisaalta rainan W puristuskimmokertoimen alenemisesta höyrykäsittelyllä aikaansaadun lämpötilan nousun johdosta. Sellaisilla 10 kuitumateriaaleilla, jotka sisältävät verraten vähän ligniiniä samoinkuin verraten painavilla Tainoilla on veden viskositeetin pieneneminen hallitsevasti vaikuttamassa, kun taas ligniinipitoisilla ja esim. puupitoisilla ja valkaisemattomilla Tainoilla höyrykäsittelyn vaikutus perustuu lähinnä rainan puristuskimmokertoimen pienenemiseen ja siitä 15 johtuvaan veden puristamalla poistamisen helpottumiseen. Tältä osalta viitataan artikkeliin Lars Andersson ja Ernst L. Back, Swedish Forest Products Research Laboratory "The effect of temperature up to 90°C on dewatering of wet paper webs, evaluated in a press simulator".

20 Aluksi viitataan kuvioihin 6 ja 7, joissa on esitetty poikkileikkauksena kaksi keksinnön mukaista höyrynsyöttölaitetta 101 ja 103, joiden edullinen positio paperikoneella selviää kuviosta 1. Kuvion 6 mukaisesti muodostusviiralla 10 olevaan rainaan W kohdistetaan höyrynsyöttölait-teesta 101 höyrykäsittely, jota kuvaavat nuolet F^. Höyrynsyöttölaite 101 25 muodostuu rainan W koko leveydelle ulottuvasta höyrynsyöttölaatikosta 31, jota rainaan W päin rajoittaa reikälevy 39. Laatikon 31 sisätilasta 38 syötetään reikälevyn 39 reikien 40 kautta höyryä rainalle W. Höyryn tunkeutumista rainan W struktuuriin edistää laatikkoa 101 vastassa olevan tasoimulaatikon 13 alipaine. Keksinnön mukaisesti laitteeseen 101 30 rainan W tulopuolelle on järjestetty foilisuutinlaite, jolla pyritään estämään ilman pääsyä rainan W mukana höyrynsyöttölaatikon 31 ja rainan W väliseen höyrytystilaan V. Keksinnön mukainen laite muodostuu laatikon 31 etuseinämään sovitetusta suutinlaatikosta 34a, jonka sisätila 36 on yhdistetty ilman ja/tai höyryn tuontilaitteisiin (ei esi-35 tetty). Foilisuutinlaitteessa on välittömästi ennen höyrylaatikon 31 reikälevyä 39 sen tasossa oleva foilipinta 37, joka jatkuu kaarevuus-säteen R omaavan pinnan jälkeen seinämänä 37’. Seinämä 37' rajoittaa toiselta puolen foilisuutinlaitteen suutinrakoa 35. Mainitun raon 35 6 71367 kautta puhalletaan coanda-efektiä hyväksikäyttäen foilipintaa 37 seu-raavat ilma- ja/tai höyrysuihkut rainan W kulkusuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. Suihkuilla estetään ilman kulkeutuminen rainan W mukana höyrytysväliin V. Kuviossa 7 on esitetty vastaavasti 5 höyrynsyöttölaite 103, jossa on sekä sen tulo- että jättöreunalla keksinnön mukaiset foilisuutinlaatikot 34a ja 34b. Rainan W tulopuolella vaikuttavat estosuihkut E^ toimivat edellä esitetyllä tavalla. Lisäksi rainan W lähtöpuolella puhallettavat estosuihkut E£ vaikuttavat niin, että myöskään tällä puolella ilma ei pääse kulkeutumaan höyrytys-10 väliin V. Kuvion 7 mukaisesti estosuihkut E^ ja muodostavat rainan sekä tulo- että lähtöpuolelle höyrytystilan V molemmin puolin suojavallit, jotka estävät ilman pääsyä höyrytystilaan V.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaista menetelmää soveltavan höyryn-15 syöttölaitteen eri sijoituskohteita paperikoneen rainanmuodostus- ja puristinosalla. Kuvion 1 mukaisesti raina W on muodostettu tasoviiral-le 10, jolta se irrotetaan telojen 11 ja 12 välisellä juoksulla pick-up-telan 15 imuvyöhykkeellä 15a ja siirretään pick-up-kudokselle 14. Keksinnön mukainen ensimmäinen höyrynsyöttölaite 101 on sijoitettu 20 muodostusviiran 10 vaakasuoralle yläjuoksulle tasoimulaatikon 13 päälle. Keksinnön mukainen toinen höyrynsyöttölaite 102 on sovitettu rintatelan 11 imuvyöhykkeen 11a kohdalle. Kolmas keksinnön mukainen laite 103 on sovitettu pick-up-huovan 14 juoksulle ennen ensimmäistä puristinnip-piä N^.

25

Kuviossa 1 esitetty puristinosa on ns. "Sym-Press"-puristinosa, jossa raina W kulkee suljettuna vientinä kolmen nipin ja kautta.

Ensimmäinen puristusnippi muodostuu onsipinnalla 16' varustetun alatelan 16 ja imutelan 17 välille. Alakudoksena nipissä on johto-30 telojen 18 ohjaama huopa 19. Keksinnön mukainen neljäs laite 104 on sijoitettu imutelan 17 imuvyöhykkeelle 17a. Toinen puristusnippi ^ muodostuu imutelan 17 imuvyöhykkeen 176 kohdalle sileällä pinnalla 28' varustettua kivitelaa 28 vasten. Pick-up-kudos 14 toimii puristinkudok-sena toisessa nipissä jonka jälkeen mainittu kudos 14 eroaa rai-35 nasta W. Keksinnön mukainen viides laite 105 on sijoitettu toisen ja kolmannen puristusnipin ja väliselle kivitelan 28 sektorille. Kolmas puristusnippi muodostuu onsipintaisen nuristustelan 20 ja kivitelan 28 välille. Kolmannessa nipissä on johtotelojen 22 ohjaama 7 71367 puristuskudos 21. Raina W irrotetaan kivitelalta 28 johtotelalla 23 ja viedään sinänsä tunnetusti paperikoneen kuivatusosalle, josta kuviossa 1 näkyvät vain kuivatussylinteri 24 ja kuivatuskudos 26 ja sen johtotela 25.

5

Vaikka kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen höyrynsyöttölaite 101-105 viidessä eri positiossa, on ymmärrettävää että harvoin käytännössä näin monta peräkkäistä laitetta on tarpeen tai edullista käyttää. Laitteen 104 rakenteen ja toiminnan osalta viitataan hakijan US-10 patenttiin n:o 4 163 688 (myönnetty 7.8.1979).

Mitä tulee kuviossa 1 esitettyihin höyrynsyöttölaitteiden eri sijoitus-vaihtoehtoihin todetaan vielä seuraava. Höyrynsyöttölaitteen 101 sijoituksessa viiraosalle imulaatikon päälle kuumennettava vesimäärä on var-15 sin suuri, mutta toisaalta tilaa on yleensä riittävästi pitkääkin höy- rytysaluetta varten. Kun laite 101 sijoitetaan tasoimulaatikon 13 vastakkaiselle puolelle, saadaan hyvä höyryn tunkeutuminen rainaan W. Sijoitettaessa höyrynsyöttölaite 102 viiran 10 kääntötelan 11 imusek-torin 11a yläpuolelle, on kuumennettava vesimäärä myös varsin suuri ja 20 imuvyöhykkeen 11 pituus on yleensä vain n. 200...350 mm. Höyrynsyöttölaitteen 103 positiossa kuumennettava vesimäärä on vielä varsin suuri sillä rainan W kuiva-ainepitoisuus on n. 16...20 %. Höyrynsyöttölaitteen 103 kohdalle pick-up-huovan 14 vastakkaiselle puolelle voidaan tarvittaessa sijoittaa imulaite höyryn tunkeutumisen edistämiseksi.

25 Höyrynsyöttölaitteen 104 positio on erityisen edullinen, sillä kuumennettava vesimäärä on varsin kohtuullinen rainan W kuiva-ainepitoisuuden ollessa n. 30 %. Imutelan 17 imuvyöhykkeen 17a ansiosta höyrylaatikon 104 ympäristöhaitat ovat varsin pienet. Haittapuolena on toisaalta se, että tilaa on rajoitetusti, joten höyrytyspituus ei voi olla kovin suuri.

30 Laitteen 105 osalta todetaan, että kuumennettava vesimäärä on varsin pieni, ja lauhteen poisto saattaa muodostua vaikeaksi, eikä kivitelan 28 kohdalla ole laitetta 105 vastassa imulaatikkoa. Toisaalta keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen soveltaminen juuri sellaisessa positiossa, jossa vastapuolella oleva imulaite puuttuu, on erityisen edullista. 35 Käytettäessä sekä laitetta 104 että laitetta 105 saadaan aikaan myös se etu, että raina VJ tulee molemmin puolin höyrykäsitellyksi, jolloin saadaan vedenpoiston tehostumisen lisäksi aikaan myös paperiteknillisiä 8 71367 etuja. Tässä suhteessa viitataan hakijan aikaisempaan FI-patentti-hakemukseen n:o 803021 (jätetty 25.9.1980).

Kuten kuviosta 2 näkyy on höyrynsyöttöputki 42 yhteydessä höyrynsyöttö-5 venttiilin 50 kautta höyrynjakoputkeen 51, johon höyry tulee kaavioili-sesti lohkona 52 esitetyistä laitteista, jotka luontaisesti kuuluvat paperikoneelle. Putken 42 yhteyteen on sovitettu säätölaitteet 54, jotka ohjaavat höyrymäärän säätöventtiilin 50 toimimoottoria 53.

10 Kuviossa 5 on esitetty puristimen imutelalle 17 imusektorille 17a sovitettu höyrynsyöttölaite 105. Imutela 17 on sinänsä tunnetusti varustettu rei'ityksellä 17' ja sisäpuolisella imukammiolla 17a. Kuviossa 5 esitetty höyrynsyöttölaite 104' eroaa kuviossa 1 esitetystä vastaavasta positiossa olevasta laitteesta 104 vain siinä, että kuviossa 5 laite 104' 15 on esitetty varustetuksi foilisuutinlaatikoilla 34a ja 34b sekä sen tulo- että lähtöpuolella. Kuvion 5 mukaisesti höyrynsyöttölaatikon 104' syöttöputki 42 toimii sen kantavana rakenteena. Höyrynsyöttöputkeen 42 on tukirakenteella 43 kiinnitetty vaippalevy 44 ja imutelan 17 kaarevuutta vastaava etulevy 39, jonka rei'ityksen 40 kautta höyrysuihkut 20 syötetään telan 17 pinnalla imukammion 17a yli kulkevaa rainaa W vasten.

Höyrynsyöttöputki 42 ja mainittu vaippalevy 44 rajaavat sisäänsä tilan 38, johon höyry syötetään putkesta 42 suutinreikien 47 kautta. Suutinrei-kien 47, joita on putken 42 pituudella sopivin välein toisistaan, yhteyteen on järjestetty höyrymäärän säätökarat 48, joita voidaan asetella 25 säätÖruuvien 49 avulla. Höyrynsyöttölaatikkoon 104' kuuluu ulkovaippa 45 ja sen sisällä oleva lämpöeriste 46. Höyryn jakamiseksi mahdollisimman tasaisesti höyrynsyöttölaatikon 104' sisätilaan 38 sieltä edelleen ja mahdollisimman tasaisen höyrytyksen aikaansaamiseksi höyryn syöttö-aukot 47 avautuvat reikälevyyn 39 nähden vastakkaiseen suuntaan, jolloin 30 höyrysuihkut Fq ehtivät hidastua ja tasoittua tilassa 38 ennenkuin ne purkautuvat levyn 39 läpi virtauksina F^ rainaa W vasten. Reikälevyn 39 asemesta voidaan käyttää vastaavaa läpihuokoista esim. sintratusta aineesta valmistettua etulevyä.

35 Tämän keksinnön mukaisesti höyrynsyöttölaitteen 104' vaipan 44 sekä etureunaan että takareunaan on sovitettu foilisuutinlaatikot 34a vast.

34b, joiden sisätilat 36 avautuvat suutinrakojen 35 kautta höyrytys- 11 9 71367 väliin V. Foilisuutinlaatikoilla 34a ja 34b on foilipinta 37, joka olennaisesti yhtyy etulevyn 39 ulkopinnan määräämään sylinteripin-taan.

5 Keksinnön mukaisesti suutinrakojen 35 kautta syötetään estosuihkut ja vastaavasti E^ foilipinnoille 37. Höyrynsyöttölaatikon 104' tulopuolella estosuihkut ovat rainan W juoksusuuntaan nähden vastakkaissuuntaiset ja lähtöpuolella estosuihkut ovat puolestaan myötä-suuntaiset.

10

Seuraavassa selostetaan kuvioihin 3 ja 4 viitaten keksinnön mukaisten estosuihkujen E^»E2 fysikaalisia vaikutusmahdollisuuksia ilman pääsyn estossa höyrytysvälille V.

15 Käsittelyvälissä V lauhtuvan vesihöyryvirran tiheys voidaan laskea yhtälöstä n; k · «h ·in tt1 a) im” 20 jossa k = massansiirtokerroin = veden molaarinen massa 18,0 kg/kmol X^ ^ = kuivan ilman mooliosuus rajakerroksessa aivan lauhteen pinnassa X. = kuivan ilman mooliosuus ilmavirrassa etäällä im» 25 lauhteen pinnasta.

Massansiirtokerroin voidaan edelleen esittää yhtälöllä t 1-n k = a · - (2) 30 Pm jossa a = lämmönsiirtokerroin C = kostean ilman molaarinen ominais lämpö pm = X. C . + X. c . i pmi n pmh C . = 29 kJ/kmol (ilma) pmi ' 35 Cpmh = 34 " (höyry)

Le = Lewisin luku = D/(X/oc )

P

D = diffuusiokerroin λ = kostean ilman lämmönjohtavuus 10 71 367 p = kostean ilman tiheys c = kostean ilman ominaislämpö

P

n = 0,35-0,5; sama potenssi, joka esiintyy lämmönsiirto-kerrointa laskettaessa Prandtlin luvun potenssissa 5 Nu = A · Rem Pr° Näin kaava (1) voidaan esittää myös a · M, pc , . X. , • tt n f Pv i-n nl n . t imlv /^\ "h -c— < λ > D ln (—5 <3) io Pm im00 l-n Ximl

Tarkastellaan erityisesti termejä D ja ln (—-) ennestään tunnetuissa X # höyrylaatikkoratkaisuissa ja tämän keksinnön mukaisessa ratkaisussa, jossa rainan ja huovan mukana kulkeutuvan ilman virtaus käsittelyväliin olennaisesti estetään. Muiden termien muutokset voidaan erittäin pie-15 ninä jättää huomioon ottamatta.

Kuten tunnettua ohut ilmakerros seuraa kaikkia liikkuvia pintoja.

Ilman ja liikkuvan pinnan välillä ei tapahdu liukumista, vaan ne ilma-osaset, jotka koskettavat liikkuvaa pintaa, kulkevat samalla nopeudel-20 la kuin pinta, tässä tapauksessa raina.

Käsittelyvälin V tila-alkion AV ilma- ja vesitase voidaan esittää kuvion 3 mukaisesti. Kuviota 3 tarkastelemalla havaitaan, että ennestään tunnetuista höyrylaatikoista puhalletaan liikkuvaan pintaan (rai-25 naan W) kosteaa ilmaa eikä höyryä, kuten kuviossa 4 on havainnollistettu.

Tarkastellaan seuraavaksi laskennallisesti, kuinka suuri merkitys rainan W mukana kulkeutuvalla ilmalla on lauhtumistiheyteen tapauksessa, jossa höyrylaatikon syöttöpinta 39 sijaitsee 10 mm etäisyydellä rainas-30 ta W. Rainan W nopeus on 15 m/s ja lämpötila 50°C.

Rainan mukana pumppautuva ilmamäärä on riittävällä tarkkuudella.

_ -.e m ne. !*03 kg ki ilma s 1,086 m3 = 0,07 kg ki/sm Höyrylaatikosta puhalletaan höyryä 0,18 kg/sm.

Il 11 71367

Kun rainan mukana kulkeutuvan ilman kosteus on 0,086 kg I^O/kg ki, syntyvän kostean ilman kosteudeksi saadaan x = —-1--- = 2,66 kg H-O/kg ki 5 0,07

Kun tämän keksinnön avulla estosuihkuja E^ ja/tai E2 käyttäen rainan W mukana tuleva ilmavirta esim. n. 70 %:sti estetään, muuttuu tilanne seuraavaksi: m 0,021 · 0,086 + 0,18 n „ , „ „„ , .

10 x2 = -q-’0'21-1— = 8,66 kg H20/kg ki

Alla on edellä esitettyyn perustuva vertaileva taulukko: -1--1 15 Muuttuja Tunnettu höyrylaatikko Keksinnön mukainen höyrylaatikko x 2,66 8,66 kg H20/kg ki : D 47,3 · 10'6 50,3 * 10-6 m2/s ! 7 1 nl-n i °’4 °»4 i 20 D 2,54 · 10~3 2,64 · 10 3 (m2/s)0,6 ! | X. . 0,804 0,753 1 imi i

Ximoo ! 0,211 0,081 j X. 1 ; j

In (^-) I 1,34 2,16 25 i™00 '

; I

j m2 = 1,68 m'^ I

j - - - - --- - -1----- — - - ---- - 1

Toisin sanoen, kun ilmavirtaus höyrylaatikkoon estetään 70 %:sti, 30 laatikon teho lauhtumistiheyden kasvun kautta nousee 68 Z.

Erityisen tärkeä keksinnön sovellutusmuoto on sellainen, että keksinnön mukaisia estosuihkuja E^,E2 käytetään rainan poikittaisen kosteus-profiilin säätöön joko yksinomaan tai höyrylaatikolla tapahtuvan sää-35 dön lisäksi. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella kosteus-profiilin säätö on hyvin yksinkertaisesti toteuttavissa päästämällä estolaitteiden ohi enemmän ilmaa rainan W kuivemmilla alueilla. Täten 71 367 12 höyrylaatikon lämmitysteho alenee näillä alueilla, mistä seuraa myös myöhemmissä puristusvaiheissa vedenpoiston tehon aleneminen. Tätä kautta näiden alueiden kosteustaso nousee keskimääräiselle kosteus-tasolle .

5

Laiteratkaisuina kosteusprofiilin säätö voidaan toteuttaa esim. jakamalla foilisuutinlaatikot 34a,34b konesuuntaisilla väliseinämillä useisiin eri osastoihin ja säätämällä näihin osastoihin puhallettavan suo-jakaasun painetta, jolloin myöskin saadaan vaihdelluksi suojakaasujen 10 ilmanestovaikutusta rainan W poikkisuunnassa. Eräässä tapauksessa saattaa myös olla mahdollista toteuttaa kyseinen profiilinsäätö suutin-rakojen 35 leveyttä ja/tai asemaa säätämällä.

Seuraavassa selostetaan kuvioon 8 viitaten keksinnön mukaisen foili-15 suuttimen toiminnan perusteita tarkemmin.

Keksinnön eräänä lähtökohtana ovat olleet ne fysikaaliset tosiseikat, jotka selviävät esim. viitteestä D.W. Mc Glaughlin, I. Greber The American Society of Mechanical Engineers, Advances in Fluids 1976, "Experiments 20 on the Separation of a Fluid Jet from a Curved Surface", sivut 14-29.

Tämä viite selvittää virtaussuihkun irtautumismekanismeja kaarevasta seinämästä ja siihen vaikuttavia eri parametrejä. Esillä olevan keksinnön kannalta ovat olennaisia ne tulokset, jotka selviävät viitteen sivun 21 fig. 5:n graafisesta esityksestä, jossa on esitetty käyräparvi koordi- 25 naatistossa, jossa on pystyakselina irtoamiskulma, vaaka-akselina . w

Reynoldsm luku. Käyräparven parametrina on suhde — = suutinraon le-

R

veyden suhde pinnan kaarevuussäteeseen. Näistä tutkimustuloksista selviää, että suutinrakenteissa esiintyvillä virtausparametrilla seuraa-miskulma ip on yleensä välillä 45°-70°.

30

Kuvion 8 mukaisesti suutinrako 35 rajoittuu seinämiin 37' ja 38*. Suutinraon leveyttä on merkitty w:llä. Seinämän 37’ jatkeena on kaareva osa 37R, jonka sektoria on merkitty kulmalla a. Kaarevan osan 37R jälkeen seuraa foilipinta 37, jonka kohdalle muodostuu ilman pääsyä 35 käsittelyvyöhykkeel1 e V estävä suojavalli. Kun suutinraon leveys w, kaasusuihkujen E^ puhallusnopeus v ja kulma u valitaan sopivasti, sou-raavat suihkut foilipintoja 37R ja 37 siitä irtoamatta kuten edellä esitetystä selviää. Kuvion 8 mukaisesti suutinrako 35 on jo kulmassa β 11 l3 71 367 kallistettu estosuihkujen puhallussuuntaan päin. Täten tarvitaan pienempi kulma a, millä varmistetaan se, että suihkut seuraavat kaarevaa pintaa 37R siitä irtautumatta ja että virtaus on olennaisesti laminaarinen.

5

Eräs tavoiteltavien päämäärien saavuttamisen kannalta edullinen vaikutus suihkuilla on se, että ne ejektoivat mukanaan höyryä rai- nan W pinnan alueella käsittelytilasta V. Tätä ejektointivaikutusta kuvaavat nuolet E .

H

10

Kuten edellä todettiin, on edullista että kulma a on välillä 45-70°, virtausparametreistä riippuen. Joissakin tapauksissa kulma n voi olla suurempikin, aina lähes 90°, jolloin kulma β 0. Tällainen ratkaisu on esitetty kuviossa 6.

15

Joissakin tapauksissa voidaan käyttää useampia lyhyen välin päässä toisistaan olevia peräkkäisiä suutinrakoja 35, joista puhalletaan samanlaista suojakaasua tai erilaista suojakaasua.

20 Jos foilisuuttimista puhallettavana suojakaasuna käytetään ilmaa, kytketään foilisuutinlaatikot 34a,34b puhaltimeen, johon ilma otetaan sopivasta paikasta paperikoneesta niin, että sillä on lämpötilan ja kosteuden suhteen sopiva tila. Jos käsittelykaasuna käytetään höyryä, se voidaan ottaa kuviosta 2 näkyvällä tavalla putken 55 kautta. Tällöin 25 venttiili 50 on esim. kolmitieventtiili. Kun käsittelykaasuna käytetään ilman ja höyryn seosta, voidaan ilma ja höyry tuoda erikseen foilisuu-tinlaatikoihin 34a,34b tai sekoittaa höyry ja ilma toisiinsa ennen suutinlaatikoihin 34a,34b johtamista.

30 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

Claims (10)

1. Menetelmä vedenpoiston tehostamiseksi paperikoneen muodostusosassa ja/tai puristinosassa, jossa menetelmässä muodostettava raina (W) saate-5 taan, sopivimmin huovan tai muun rainaa kannattavan kudoksen (10,14) tai pinnan (28') vastakkaiselta puolelta, kuuman vesihöyryn vaikutuksen alaiseksi siten, että merkittävä osa mainitusta höyrystä lauhtuu rainan (W) struktuuriin luovuttaen höyrystyslämpönsä rainaan (W), jossa menetelmässä höyrykäsittelyn tehostamiseksi höyryn lauhtumistiheyttä käsittely-10 välissä (V) nostetaan estämällä ilman pääsyä käsittelyväliin (V), tunnettu siitä, että ilman pääsyn estämiseksi höyrykäsittely-väliin ainakin rainan (W) kulkusuunnassa ennen käsittelyväliä (V) puhalletaan olennaisesti konesuuntainen estovirtaus (Ε^,Ε^).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä suojakaasuna käytetään ilmaa, vesihöyryä tai näiden seosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että menetelmää sovelletaan yhdessä tai useammassa seuraavassa positiossa olevassa höyrynsyöttölaitteessa (101;102;103;104;105): muodostusviiralla (10) tasoimulaatikon (13) tai vastaavan vastakkaisella puolella, 25 muodostusviiran (10) kääntötelan (11) imuvyöhykkeen (11) kohdalla, pick-up-kudoksella (14) rainaa (W) vasten ennen ensimmäistä puristinnippiä (nl), 30 suljetun puristinosan (16,17,28,20) ensimmäisen ja toisen puristus-nipin (N^,^) välisellä imutelan (17) imusektorilla (17), ja/tai suljetun puristinosan (16,17,28,20) sileäpintaisen telan (28) rainan (W) peittämällä sektorilla, sopivimmin toisen ja kolmannen pu-ristinnipin (N^N^) välillä. 71367 15

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää sovelletaan vain rainan (W) kulkusuunnassa höy-rynsyöttölaatikon (102;104) etureunassa siten, että estovirtaus (E^) kohdistetaan rainan (W) kulkusuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. 5

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua estovirtausta (E^,E2) käytetään höyrykäsittelyn läpi kulkevan rainan (W) poikittaisen kosteusprofiilin säätöön.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrykäsittelyyn tuotavan rainan (W) poikittaista kosteusprofiilia hallitaan säätämällä rainan (W) poikkisuunnassa eri kohtiin syötettävän ilmanestokaasun määrää ja/tai laatua esim. höyryn ja ilman seossuhdetta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite, joka käsittää höyrynsyöttölaitteen (101,102,103,104, 104',105), jossa on käsiteltävää rainaa (W) vasten pienellä välyksellä oleva höyrynsyöttöpinta (39,40), kuten reikälevy, sintratusta materiaalista tehty levy tai vastaava ja jonka laitteen syöttölaatikon (31;44) 20 sisätila (38) on yhdistetty höyryntuontilaitteisiin (42,50,51,52), joka laite käsittää foilisuutinlaitteet, jotka käsittävät suutinlaatikon (34a;34b), jonka sisätilasta (36) avautuu suutinrako (35), joka rajoittuu toiselta puoleltaan sopivimmin tasomaiseen seinämään (37'), jonka jatkeena on kaareva ohjauspinta (37R), jonka jatkeena puolestaan on kohdalla olevan 25 rainan (W) tason suuntainen foilipinta (37), tunnettu siitä, että mainittu foilipinta (27) rajoittaa ainakin höyrynsyottölaatikon käsiteltävän rainan (W) kulkusuunnassa etummaiselle puolelle yhdessä kohdalla olevan rainan (W) kanssa rakotilan, johon estovirtaus (Ε^,Ε^) on puhallettavissa suutinlaatikosta (34a,34b). 30

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että foilisuutinlaite on sijoitettu vain höyrynsyöttölaitteen (102;104) rainan (W) kulkusuuntaan nähden etupuolelle.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun foilisuutinlaitteen suutinraon (35) pääsuunta on sopivassa kulmassa (/3) kallistettu estovirtausten (Ε^,Ε^) puhallussuuntaan päin. 71 367 16

10. Patenttivaatimuksen 7,8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun foilisuutinlaitteen suutinrako (35) rajoittuu rainan höyry-tysvälin (V) vastakkaiselta puolelta tasomaiseen seinämään (37'), jonka jälkeen seuraa höyrytysvälistä (V) poispäin kaartuva ohjausseinämä (37R), 5 jonka kaarevuuskeskipisteen keskuskulma (ot) on alueella n. 45°-70°. 10 15 20 25 30 35 n 17