EA000255B1 - Устройство для изготовления бумаги - Google Patents

Description

Данное изобретение относится к возбуждению активности волокнистой массы для формования бумаги.

Активность волокнистой массы в начальной части стола плоскосеточной бумагоделательной машины является решающим фактором в производстве высококачественного бумажного полотна. Вообще, активность волокнистой массы можно определить как турбулентность в волоконно-водной суспензии на формовочной сетке. Эта турбулентность имеет место во всех трех измерениях. Активность играет роль главного фактора в процессе формования, препятствуя расслоению бумажного полотна во время формования путем диспергирования хлопьев волокнистой массы и придания волокнам беспорядочной ориентации. Обычно полезный эффект активности волокнистой массы обратно пропорционален плотности бумажного полотна. Это значит, что влияние активности обычно усиливается, если обезвоживание бумажного полотна замедляется в то время, когда создается активность. Также, при более высокой плотности бумажного полотна активность становится труднее возбудить, поскольку полотно становится густым и поскольку воды, т.е. той среды, в которой имеет место активность, оказывается недостаточно. Кроме того, активность волокнистой массы обратно пропорциональна количеству воды, удаляемой из бумажного полотна.

Имеется большое количество общеизвестных способов поддержания активности. Эти способы часто связаны с влиянием скорости удаления воды. В результате того, что вода, находящаяся под формовочной сеткой, понуждается к втеканию во входной зазор, образуемый регистровым валиком и формовочной сеткой, валик вызывает сильный импульс положительного давления, прилагаемый к бумажному полотну. Этот импульс оказывает положительное влияние на активность волокнистой массы, вызывая поток, перпендикулярный поверхности бумажного полотна. Регистровые валики также создают сильный импульс отрицательного давления (разрежения), исходящий от выходного зазора, образованного валиком и формовочной сеткой; этот импульс, хотя и усиливает активность, но имеет тенденцию значительно увеличивать обезвоживание бумажного полотна. Кроме того, применение регистровых валиков обычно ограничивается относительно тихоходными машинами, поскольку при высоких скоростях амплитуда импульса становится чрезмерно большой. Для поддержки и регулирования активности и обезвоживания используются также гидропланки. Когда формовочная сетка проходит над гидропланкой, зазор, образуемый сеткой и гидропланкой, генерирует импульс разрежения. Активность создается с помощью применения большого количества последовательно расположенных гидропланок, поддерживающих в волокнистой массе нарастающую активность.

Другой тип гидропланки (иногда упоминаемый как позиционированный шабер) предусматривает определенный входной зазор для создания импульсов положительного и отрицательного давления. Амплитуда импульса давления зависит, в основном, от угла, образуемого сеткой и передней кромкой гидропланки.

Для поддержания активности волокнистой массы столы плоскосеточных бумагоделательных машин часто подвергаются механическому встряхиванию, особенно на более тихоходных, более узких машинах. В то время как встряхивание может усилить формование, механические факторы ограничивают частоту и амплитуду встряхивания до такой степени, что оно становится неэффективным на машинах, работающих со скоростями свыше 1000 футов в минуту, и даже на тихоходных машинах оно нежелательно ввиду увеличения механического износа машины. Пример такого встряхивания описывается в патенте США № 1 623 157, принадлежащем Берри и озаглавленном Бумагоделательная машина. В то время как встряхивание может быть хорошим способом улучшения формования, оно нежелательно, поскольку его трудно и дорого регулировать и поддерживать, и оно обычно наносит повреждения оборудованию самого стола и вокруг него. Для производства бумаги системы возбуждения активности вообще вредны тем, что вызывают чрезмерное обезвоживание.

В патенте США № 2 727 442, озаглавленном Устройство для изготовления бумаги и принадлежащем Хейэу, описывается электромеханический вибрационный элемент, закрепленный к поперечно расположенному сосуду с водой, причем формовочную сетку пропускают через поперечный сосуд, а дно сосуда, выполненное из листового металла, подвергают механическим колебаниям. Это, однако, не обеспечивает равномерного распределения турбулентности по всей ширине формовочной сетки.

В патенте США № 5 306 394, озаглавленном Валик обеспечения турбулентности для формовочного устройства бумажного полотна и принадлежащем Минандеру, описывается бесприводной обезвоживающий валик, вращаемый проходящей формовочной сеткой. Валик имеет несколько дисков для сообщения колебательного движения наклонной формовочной сетке во время процесса обезвоживания.

В патенте США № 4 789 433, озаглавленном Скользящий шабер с волнообразными желобами для бумагоделательной машины и принадлежащем Фьюшу, описывается скользящий шабер для удаления воды с обезвоживаемой поверхности с возможностью наклона и несколькими желобами.

Еще несколько патентов США, отражающих известный уровень техники в данной области, перечислены ниже: №№ 5 089 090, 5 080 760, 4 532 009, 4 306 934, 4 055 640,

598 694, 2 128 239, 2 124 028, 2 095 378, 2 092 798, 1 839 158, 1 670884, 695 753, 568 211.

Целью данного изобретения является создание активности волокнистой массы на столе плоскосеточной бумагоделательной машины для получения высококачественной бумаги.

Дополнительной целью изобретения является возбуждение активности в волокнистой массе на столе плоскосеточной бумагоделательной машины без создания чрезмерной механической вибрации в механических компонентах стола.

Еще одной дополнительной целью данного изобретения является возбуждение активности в волокнистой массе на столе плоскосеточной бумагоделательной машины единообразно по всей ширине формовочной сетки.

Эти и другие цели достигаются путем создания стола плоскосеточной бумагоделательной машины, снабженного соответствующим устройством, в котором используется движущая сила для активации волокнистой массы, возникающая независимо от волокнистой массы и формовочной сетки. Движущая сила находится в гидравлической связи с массой через заполненную водой полость, над которой проходит формовочная сетка, причем полость с нижней стороны ограничена непроницаемой или полунепроницаемой мембраной, которая принимает на себя движущую силу. Мембрана позволяет передачу энергии на формовочную сетку и бумажную массу, одновременно уменьшая количество воды, удаляемой из массы, или вообще устраняя обезвоживание.

Для отверждения структуры, создаваемой генератором активности, можно применять последующие высокопроизводительные обезвоживающие устройства.

Другие цели и преимущества данного изобретения выяснятся из следующего описания и формулы, а также из прилагаемых чертежей, на которых:

фиг. 1А - схематическая иллюстрация концепции гидравлической связи по данному изобретению, фиг. 1В - схематическая иллюстрация концепции гидравлической связи по данному изобретению с применением валика с выступами, фиг. 2 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, фиг. 3 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, с двумя постами возбуждения активности, фиг. 4 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, с применением двух валиков, последовательно расположенных в узле возбуждения активности, фиг. 5 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, с окружающим бумагоделательным оборудованием, фиг. 6 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, с наклонной мембраной, ограничивающей нижнюю поверхность полости, заполненной водой, фиг. 7 - схематический боковой вид устройства, предлагаемого в данном изобретении, с формовочной сеткой, расположенной без промежутка от мембраны.

Теперь обратимся к чертежам, на всех видах которых одинаковыми цифрами обозначены одинаковые элементы. На фиг. 1А показано предполагаемое устройство 10, в котором для обеспечения механического возбуждения активности волокнистой массы используется движущая сила, возникающая независимо от массы 100 и формовочной сетки 12, и связанная с бумажной массой 100 гидравлически через жидкость 102.

Более конкретно, между неподвижными элементами 16, 18 поперек устройства 10 на полную ширину формовочной сетки 12 натянута мембрана или синтетическая сетка 14. Концевые перегородки мембраны, которые необходимы для удержания воды, передающей активность, не добавляют жесткости мембране 14. Таким образом, мембрана 14 может единообразно колебаться по всей ширине машины. Мембрану или синтетическую сетку 14 заставляют колебаться в вертикальном направлении под формовочной сеткой 12, несущей волокнистую массу 100. Натяжение мембраны или синтетической сетки 14 регулируют так, что регулируется характер резонансных колебаний. В этом отношении мембрана легко настраиваема на соответствие предпочтительной частоте активности волокнистой массы. Резонансное состояние мембраны определяется (при данном материале и геометрии мембраны) ее натяжением и протяжением. Таким образом, путем регулирования натяжения и протяжения мембране можно придать соответствие определенным условиям изготовления бумаги. Мембрану натягивают только в направлении хода машины подобно бумагоделательной сетке. Натяжение поперек машины определяется эффектом Пуассона. Активность можно профилировать по ширине машины путем изменения и регулирования натяжения мембраны в поперечном направлении. Мембрана 14 приобретает гидравлическую связь с волокнистой массой 100 через формовочную сетку 12 с помощью заполнения жидкостью полости 20, образованной между мембраной 14 и формовочной сеткой 12, так что между мембраной 14 и волокнистой массой 100 существует только несжимаемая среда под атмосферным давлением или очень близким к нему. При некоторых применениях полость 20 можно устранить, поскольку вода, находящаяся в толще формовочной сетки 12, обеспечит гидравлическую связь. Однако, предпочтительно иметь хотя бы небольшую полость 20, чтобы свести к минимуму или совсем устранить износ мембра5 ны 14 вследствие ее непосредственного контакта с формовочной сеткой 12. Жидкость в полость 20 может вводиться независимо от работы машины, или можно позволить жидкости, участвующей в технологическом процессе, заполнить полость при пуске машины. Конечно, наиболее подходящей для использования в полости 20 жидкостью является вода. Можно также медленно спускать воду из полости 20 между мембраной 14 и формовочной сеткой 12, пока не встанет под угрозу связь между мембраной 14 и формовочной сеткой 12 и сохраняется активность.

В то время как мембрана 14 может быть водонепроницаемой, и, следовательно, сток из волокнистой массы 100 через мембрану не происходит, при некоторых применениях она может быть проницаемой в желаемой степени и позволять сток. Проницаемость может дифференцированно изменяться в направлении хода машин, чтобы сочетать активность и сток в целях оптимизации производства бумаги. Желаемую активность волокнистой массы возбуждают с помощью колебаний мембраны 14, тесно связанной с этой массой. Опять-таки, пока сохраняется эта тесная связь, может существовать некоторый сток из полости 20.

Вдобавок, мембрана 14 может иметь переменное натяжение в направлении хода машины обычно без натяжения в поперечном направлении с тем, чтобы можно было настраивать колебания мембраны 14.

Как показано на фиг. 7, мембрана 14 может также не иметь зазора с формовочной сеткой 12.

Кроме того, длину мембраны можно изменять для регулирования большого количества параметров, включая частоту активности и время выдержки, на протяжении которого формовочная сетка 12 подвергается возбуждению.

Формовочная сетка 12, хотя и обладает многими из свойств мембраны 14, однако, проницаема для воды. Хотя и можно, обратив надлежащее внимание на протяжение, натяжение и результирующую резонансную частоту формовочной сетки 12, возбудить эту сетку 12 непосредственно без использования мембраны 14, это может привести к нежелательному стоку через формовочную сетку 12.

Имеется несколько способов возбуждения мембраны 14. Как показано на фиг. 1В, валик 22 с выступами 24 может быть установлен на полную ширину мембраны 14 перпендикулярно к направлению движения формовочной сетки 12, введен в контакт с мембраной 14 и приведен во вращение так, чтобы выступы 14 (т.е. неровности профиля валика 22) заставляли мембрану 14 колебаться в вертикальном направлении. Когда валик 22 протяжен на всю ширину мембраны 14 и имеет постоянный профиль на всем своем протяжении, возбуждение, возникающее в результате вращения валика 22, равномерно распространяется по устройству 10 бумагоделательной машины. Когда выступы 24 симметричны и регулярно расположены с промежутками по окружности вокруг оси вращения валика 22, частота возбуждения легко регулируется скоростью вращения валика 22. Амплитуда возбуждения (иначе рассматриваемая как амплитуда выступов 24) зависит от протяжения неровностей валика 22 и положения центральной линии валика 22 относительно мембраны 14. Хотя валик 22, показанный на фиг. 1В, имеет четыре выступа, способ применим к любому количеству выступов.

На фиг. 2 показан пример осуществления, в котором валик 22, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси 23, имеет много выступов 24, а выступы 24 сконструированы таким образом, что смещение мембраны 14 регулируется профилями этих выступов. Вертикальное положение горизонтальной оси 23 валика 22 регулируют так, чтобы позволить изменение амплитуды колебаний, сообщаемых валиком 22 мембране 14, как это может потребоваться при различной массе или различном бумажном продукте и как может потребоваться при различиях в профиле валика 22. Горизонтальное положение (в направлении машины) горизонтальной оси валика 22 регулируют таким же образом.

Как показано на фиг. 6, вертикальное положение концов 15, 17 мембраны 14 является регулируемым таким образом, чтобы позволять наклон мембраны 14 (наклон на фиг. 6 показан преувеличенно), которая может иметь переменную проницаемость. Наклон может быть сделан в любом направлении в зависимости от характеристик бумаги и задач обезвоживания/активности.

Как дополнительно показано на фиг. 2 гидропланка 26 имеет вводную поверхность 28, ведущую в направлении места расположения мембраны 14 и полости 20. Вводная поверхность 28 имеет гофрированную или синусоидальную форму. Эта синусоидальная форма имеет длину волны, соответствующую длине колебательной волны мембраны 14, так что синусоидальная форма вводной поверхности 28 гидропланки 26 будет дополнять колебания мембраны 14. Хотя это может представляться подобным чудо-планке Колмеса, описанной в патенте США № 4 838 996 и обычно используемой в сочетании с валиком Шератон, функция конструкции, предлагаемой в данном изобретении, совершенно иная. Функцией конструкции, предлагаемой в данном изобретении, является увеличение кинетической энергии суспензии и усиление активности, генерируемой колебаниями мембраны 14.

Альтернативные способы возбуждения мембраны 14 включают независимый привод, например, гидравлический или электромеханический привод (не показан). Такое устройство позволило бы легко регулировать амплитуду возбуждения, а также частоту, но до некоторой степени усложнило бы сборку по сравнению с валиком 22. Чтобы быть равнозначным действию валика 22, действие приводного устройства должно также равномерно распределяться по ширине устройства 10. Однако, точечное возбуждение мембраны 14 приводом или группой приводов может представлять благоприятную возможность для создания изменений активности в необходимых местах мембраны 14 в поперечном направлении, что может быть желательным при некоторых обстоятельствах.

После соприкосновения с гидропланкой 26 и валиком 22 формовочная сетка 12 входит в контакт с элементом 40, который может быть, например, обезвоживающим устройством и содержать выводную поверхность 42, проходящую от места расположения мембраны 14 и полости 20. Выводная поверхность 42 имеет профиль синусоидальной формы, подобный профилю вводной поверхности 28 гидропланки 26.

Элемент 40 вместе с синусоидальными вводной и выводной поверхностями 28, 42, если этот элемент используется в качестве обезвоживающего устройства, может быть снабжен отсасывающими ящиками различных видов, включая обычный шабровочный обезвоживающий ящик или мокрый обезвоживающий ящик, пример которого описан в патенте США № 5 242 547, озаглавленном Погруженная система осушения для формования и обезвоживания бумажного полотна на сетке плоскосеточной бумагоделательной машины и принадлежащем Карбелини и др.

На фиг. 3 показан пример осуществления данного изобретения, в котором вслед за первым устройством 10, включающим в себя гидропланку 26, валик 22, приводимый вращательным приводным механизмом (не показан), и элемент 40, о котором говорилось выше, располагается гравитационная гидропланка 60, а за ней, в свою очередь, - второе устройство 10', содержащее те же элементы, что и первое устройство. Вращательный приводной механизм (не показан), который приводит валик 22, может быть любым подходящим механизмом, хорошо известным в предшествующей технике. Формовочная сетка 12 имеет конфигурацию петли, обходящей вокруг грудного вала 80 и поддерживаемой в нижней части сетковедущими валиками 84. За устройством 10, гравитационной гидропланкой 60 и устройством 10по ходу сетки располагаются последующие бумагоделательные посты 200.

Напорный ящик 86 подает бумажную массу 100 на формовочную сетку 12 после того, как эта сетка достигает горизонтального положения, пройдя грудной вал 80. Формовочная сетка 12 стабилизируется с помощью грудной доски 88, и бумажная масса 100 распределяется по ширине формовочной сетки 12. Как указывалось выше, в бумажной массе с помощью валиков 22, возбуждается активность, которая результируется в беспорядочной ориентации массы и повышенном качестве бумаги.

Фиг. 4 подобна фиг. 2 за исключением того, что непосредственно за валиком 22 по ходу сетки располагается второй валик 22, так что валики 22 и 22 возбуждают одиночную мембрану 14, полость 20, формовочную сетку 12 и бумажную массу 100.

На фиг. 5 показано устройство 10, изображенное на фиг. 2, в окружении элементов бумагоделательной машины, подобным окружению на фиг. 3, т.е. включающим гравитационную гидропланку 60, грудной вал 80, поддерживающие валики 84, напорный ящик 86 и грудную доску 88.

Как указывалось выше, для использования устройства 10 потребитель заполняет водой полость 20 между формовочной сеткой 12 и мембраной 14. Валик 22 приводится во вращение с помощью вращательного приводного механизма (не показан), чтобы возбудить мембрану 14. Наконец, из напорного ящика 86 на формовочную сетку 12 подают бумажную массу 100, которая первоначально распределяется по сетке на грудной доске 88. Когда формовочная сетка 1^ проходит мимо валика 22, выступы 24 периодически возбуждают мембрану 14, вызывая через заполненную водой полость 20 возбуждение бумажной массы 100, результатом чего является необходимая активность и рассеивание бумажной массы 100.

Генерирование активности устройства 10 (т.е. возбуждение мембраны 14 выступами 24 на валике 22) обеспечит оптимальное формование с помощью регулируемой активности.

Таким образом, наиболее эффективно достигаются несколько вышеуказанных задач и преимуществ изобретения. Хотя здесь подробно описаны предпочтительные примеры осуществления данного изобретения, должно быть понятно, что изобретение этим не ограничивается, и его объем должен определяться прилагаемой формулой.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для изготовления бумаги, содержащее формовочную сетку для транспортирования бумажной массы, отличающееся тем, что часть упомянутой формовочной сетки проходит над первой заполненной жидкостью полостью, ограниченной на нижней поверхности эластичной мембраной, устройство также содержит первое средство для возбуждения упомянутой первой заполненной жидкостью полости через упомянутую мембрану с целью диспергирования бумажной массы.
2. 2. Устройство для изготовления бумаги по π. 1, отличающееся тем, что нижняя эластичная поверхность упомянутой полости выполнена в виде эластичной нижней мембраны.
3. 3. Устройство для изготовления бумаги по п.1, отличающееся тем, что нижняя эластичная поверхность упомянутой полости выполнена в виде синтетической сетки.
4. 4. Устройство для изготовления бумаги по п.1, в котором упомянутое первое средство для возбуждения упомянутой первой заполненной жидкостью полости содержит средство для периодического возбуждения упомянутой нижней поверхности.
5. 5. Устройство для изготовления бумаги по п.4, в котором упомянутое средство для периодического возбуждения упомянутой нижней поверхности располагается непосредственно под упомянутой нижней поверхностью.
6. 6. Устройство для изготовления бумаги по п.5, в котором упомянутое средство для периодического возбуждения содержит, по крайней мере, один валик, установленный с возможностью вращения, причем упомянутый валик по своей периферии содержит выступы.
7. 7. Устройство для изготовления бумаги по и.6, в котором упомянутый, по крайней мере, один валик установлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, которая перпендикулярна направлению перемещения упомянутой формовочной сетки.
8. 8. Устройство для изготовления бумаги по п.7, в котором упомянутые выступы располагаются с промежутками равномерно по периферии упомянутого одного валика.
9. 9. Устройство для изготовления бумаги по и.6, в котором горизонтальное положение оси вращения упомянутого валика является регулируемым.
10. 10. Устройство для изготовления бумаги по и.6, в котором вертикальное положение оси вращения упомянутого валика является регулируемым.
11. 11. Устройство для изготовления бумаги по п.1, дополнительно содержащее вторую заполненную жидкостью полость, над которой проходит упомянутая формовочная сетка, и дополнительно содержащее второе средство для возбуждения упомянутой второй заполненной жидкостью полости с целью диспергирования бумажной массы.
12. 12. Устройство для изготовления бумаги по п.1, в котором передний край и задний край упомянутой первой заполненной жидкостью полости содержит синусоидальные поверхности с длиной волны, соответствующей ожидаемой длине волны колебаний упомянутой мембраны.
13. 13. Устройство для изготовления бумаги по п.1, в котором передний край и задний край упомянутой первой заполненной жидкостью полости имеют форму поверхностей первой и второй гидропланок.
14. 14. Устройство для изготовления бумаги по п.1, дополнительно содержащее средство обезвоживания, расположенное ниже упомянутой первой заполненной жидкостью полости, так что вода стекает из упомянутой бумажной массы вслед за диспергированием бумажной массы.
15. 15. Устройство для изготовления бумаги по п.14, дополнительно содержащее вторую заполненную жидкостью полость, над которой проходит упомянутая формовочная сетка, и дополнительно содержащее второе средство для возбуждения упомянутой второй заполненной жидкостью полости с целью диспергирования бумажной массы.
16. 16. Устройство для изготовления бумаги по п. 14, в котором передний край и задний край упомянутой первой заполненной жидкостью полости содержит синусоидальные поверхности с длиной волны, соответствующей ожидаемой длине волны колебаний упомянутой мембраны.
17. 17. Устройство для изготовления бумаги по п.1, в котором упомянутая нижняя поверхность является наклонной.
18. 18. Устройство для изготовления бумаги по п.17, в котором нижняя часть упомянутой нижней поверхности расположена дальше по ходу, чем остальная часть упомянутой нижней поверхности, и упомянутая нижняя часть имеет повышенную проницаемость по сравнению с упомянутой остальной частью упомянутой нижней поверхности.
19. 19. Устройство для изготовления бумаги по п.1, в котором упомянутая нижняя поверхность имеет переменное натяжение в направлении перемещения формовочной сетки иногда поперек упомянутого направления.
20. 20. Устройство для изготовления бумаги, содержащее формовочную сетку для транспортирования бумажной массы, отличающееся тем, что часть упомянутой формовочной сетки проходит над эластичной нежесткой мембраной без зазора от нее, а также содержит средство для возбуждения упомянутой мембраны для диспергирования бумажной массы, содержащей воду.

    .. 1 } ΐ 20^ 102-^ ' 14 / Λ 16 ▼ 18