造纸浆料筛分装置和方法

专利名称：造纸浆料筛分装置和方法
背景技术：
本发明涉及一种用于筛分造纸纤维浆料的旋转压力筛分装置。
这里所用的术语“翼片”或“冲振件”不一定局限于符合流体动力学的成型件或象翼剖面的部件，尽管后者常被用于造纸纤维浆料旋转筛分装置的冲振翼片。但是，这些术语被指定用于任何类型和任何形状的搅动件，它可以例如是鼓式旋翼表面上的突起。
在用于去除杂质或分离造纸纤维浆料中的悬浮物的造纸纤维浆料压力筛分过程中，就筛子表面或一个独立区域而言，通常提供一个将许多冲振件安装在臂件或支承鼓上的旋翼。于是，作为在这样的压力筛分装置中的一个例子，等间距臂件和所附翼片安装成便于紧邻筛面转动，如韦伯的专利US4,166,028、马丁的专利US4,851,111或楚布卡的专利US5,078,275所述的那样。在这样的装置中，使用了少如两个的径向相关的臂件和翼片并且尝试了有五片、八片和十一片翼片的结构。在这些翼片支承在径向延伸臂上的实施例中，用至少三个这样的臂件来支承翼片变成优选的常用配置方式。为了抑制筛子弯曲、应力和可能因金属疲劳引起的断裂，已经部分地利用了这样的优选方式以便在筛子上产生更均匀的冲振力分布。在鼓式旋翼中，为旋翼或圆筒的任何给定的轴向部或区域设置了至少两个翼片。
通常在筛子的一个轴向端如上端或者下端给如专利US4,166,028和US4,851,111所述类型的圆筒筛框供应浆料(suspension)，如这些专利的实施例所述的那样。浆料稠度在筛子输入端最低，并且由于筛子漏水，稠度在输出端升到最高。转动翼片赋予浆料的筛选能量必须足以搅断纤维网并破碎纤维絮，从而允许各段纤维和碎片穿过筛眼或筛缝。另外，这个能量造成纤维网格中污染物(contaminants)松脱并通过筛子使其与收集纤维分离。
由于筛分耗能，所以最好在筛板面临界层中具有接近纤维网流化所需最小值的能量强度。如果能量强度过高，则出现了破坏有效筛选的混乱。另一方面，如果翼片所赋予的能量强度在筛子输入面的临界层内太低，则筛选过程变得效率低下，并且主要将只出现纸浆的清洗和脱水。
由于传统的筛选翼片在整个圆筒筛轴向长度范围内产生了均匀的冲振强度，所以在输入区或输入端施加了比流化低稠度浆料实际所需高的能量强度。结果，浪费了能量并且可能使污染物漏过筛眼。当试图通过控制能量输入来平衡该状况时，输出端的能量强度可能变得太低以致不能正确地流化变稠的浆料。因此，可以通过改装各筛分区的旋翼和翼片设计来达到能效更高的筛选。
已经通过使鼓式旋翼上的突起的间距在输入端变到最大并在输出端变到最小的方式来尝试着补偿沿圆筒筛轴向长度的浆料稠度变化。但是，这种补偿技术效率比较低，因为它导致冲振发生件在输入端离过筛面较远、并且在要求有效筛分以使纤维网破裂的筛子输入面处超过了分界层。
因此，需要整体能量更少地进行有效筛分的改进旋翼设计方案。
发明概述申请人已经发现了，可以通过至少在入口端在旋翼或筛子的给定环形部或区域内配有单个转动翼片件的旋翼结构来获得压力筛分装置的改善功率、效率和筛分结果。现在描述包含这种设想的实施例。
在传统圆筒筛框内绕一个紧邻筛分面的环形区转动的单翼片具有在筛面上以比至少两个这样的翼片低的功率有效搅断纤维网的优点，其中上述两个翼片在靠近相同表面区的筛分区内以相同速度转动。使用单臂件和单翼片具有很大优势，因为使圆筒筛罩内的流体转动的趋势相应地比较弱，从而翼片在整个环形路线上扫过相对不受搅动的流体区，所述流体区未受前翼片引入涡流的干扰。另外，翼片上的相对速度矢量没有因翼片使筒内流体与翼片同向转动而减小。换句话说，使用单翼片确保了翼片与流体之间的相对速度保持最大值并且更近似地等于翼片相对表面的实际运动速度。因此，当获得了与用传统多翼片旋翼时的相同的生产率时，可以降低翼片运动速度。
根据本发明，这样的单翼片旋翼可以单独使用或者与其它单翼片旋翼一起联合使用，或者可以与传统的多翼片旋翼部结合使用，所述旋翼部在浆料稠度高的筛子区域内工作。实验结果表明，翼片式筛分装置的能耗直接与所用翼片数有关，因而可以通过使用单翼片降低能耗。总的来说，本发明还允许采用更少的翼片而没有降低装置的筛分能力，这是因为将单翼片设置在一个靠近需要较少能量的筛子输入区的筛分区、并且因为采用了只使单翼片相对筛子的环形部或区域转动的方案。
本发明的另一个方面是一种用于操作转动的旋翼筛分装置以便从其中含杂质的纸纤维浆水中除去杂质而使杂质与纸纤维分离的方法，它包括以下步骤在压力下使纸浆料流向一个在这样的装置中的筛子的输入面，即筛子在所述装置中具有延伸于一输入筛面和一输出筛面之间的开口，与一个筛面有关地只连续驱动单个搅断件，在上述筛子筛面处产生单个驱动振动或压力脉冲以防止纸纤维或杂质堵塞所述筛口。尽管在此所披露的方案涉及只使靠近筛子内表面的单搅断件运动，但本发明的新设想可以通过使搅动波或单个搅动波或脉冲波作用于外输出表面而实现，在任何一种情况下，都可以通过使筛子相对搅断件转动或者使搅断件相对筛子转动来获得本发明的优点。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种只使用单翼片的筛分装置和方法，所述单翼片沿筛子的环形部位如圆筒筛的给定轴向位置或区域运动。单翼片可以由一个臂件或板、鼓、环或相似部件支承。
本发明的另一个目的是提供上述装置或方法，其中筛分件具有浆料输入面或输出面，单脉冲振翼片沿所述表面如通过旋翼等相对移动。
给圆筒筛的给定轴向位置设置单翼片引起了旋翼平衡问题。平衡问题可能来自静态、动态和外流体动态力。本发明的一个目的是提供用于平衡部分或所有力的装置。
本发明的另一个目的是提供一种多段旋翼或多区旋翼，其中对应于过筛纸浆料稠度的变化，旋翼在不同旋翼位置上制有或配备有不同翼片件，只通过一片翼片使至少一个区域流动起来。
本发明的另一个目的是提供上述类型的筛分装置，其中可以降低旋翼速度以获得相同的造纸浆料筛分效率，由此降低了能耗。
根据以下描述、附图和所附权利要求书，本发明的其它目的和优点将变得清楚。
图面简介

图1是压力筛分装置的局剖侧视图，在所述装置中，支承单翼片以便在一个靠近圆筒筛输入面的臂件上转动。
图2是图1装置的平面示意图。
图3是本发明的改进方式，其中一对臂件在轴向上相互间隔并且每个臂件支承着翼片，所述翼片相互扫过筛桶筐输入面的明显(distinctive)部分或区域。
图4示出了本发明的另一个实施例，它示出了装有单翼片或多翼片的多区或多段旋翼。
图5是本发明鼓式旋翼的透视图。
图6是表示效率(％)与翼片数的曲线图。
图7是表示采用单翼片的效率(％)与旋翼速度的曲线图。
优选实施例的具体描述参见图1、2，本发明第一实施例以局剖图示出了用于筛分造纸机浆料的压力筛分装置，其中一个圆筒筛10安放在压力机罩11内。整个装置可以基本上和前述的韦伯专利US4,166,028所示的一样，因此在此作为参考引入这篇文献。
显然，图1所示的且在整个说明书中的压力筛分装置包括众所周知的功能部件，这些部件构成了机罩11的一部分或者构成了机罩内部件。包括通过其沿圆筒筛10的内表面给圆筒筛供料的浆料入口17，所述浆料通常沿着圆筒筛从浆料稠度低的圆筒筛下端轴向流向浆料稠度高的圆筒筛上端。未过筛的浆料部分包括在圆筒筛上端通过出口18被排出的筛余料。稠度因此沿圆筒筛的筛分面变化。圆筒筛10因此将机罩11内腔分成一个在圆筒筛侧(在这里是圆筒筛内侧)的筛分区和一个在圆筒筛径向对置侧的且与装置出口19相通的受料区。
在我们的发明中，如图1、2所示，单个筛分翼片12由单臂件15支承地离开转毂14，可以通过配重16平衡单臂件15以实现静态平衡和可能的动态平衡。装在臂件15端部上的筛分翼片12在这里可以穿过或沿着圆筒筛10的入筛面或有关侧的整个轴向长度延伸。
图1、2所示的单翼片旋翼经过实验已被证明在筛分方面是高效的，因为它对于相同筛选产量来说需要低功率输入，并且被认为它比使用两个筛分翼片和两个臂件的装置效率更高，或者比当沿相同筛分面使用多于两个的筛分翼片时更有效。被认为这是因为单翼片12所转过(高相对速度矢量)的浆料的相对不受搅动性质和因为输入能量在一个转动位置上而不是在两个或两个以上这样的位置上集中在翼片12与圆筒筛10的壁之间。
图3示出了用于象如图1所示那样的圆筒筛的鼓式旋翼，其中分别在臂件24、25上安装了两片完全相对布置的翼片20、21，翼片在轴向上相对内筛面错开，在此例子中，它们是一个在另一个的上方，从而各翼片在一个圆筒筛独立轴向部范围内工作。臂件24、25相互错开180度角。由于两个翼片20、21分别沿着经过轴向偏移筛分区26、27移动，所以它们在基本上得到平衡的鼓式旋翼中经过相对不受干扰的浆料区域。相似地，单翼片可以被分成至少三个部分，它们沿轴向相互错开，从而只有一个翼片段扫过圆筒筛入筛面的给定的环形区。
如以下对旋翼所描述的那样，单翼片旋翼的平衡有几个必须都要满足的要求，其中单翼片被分成两部分，它们彼此错开180度。
1.通过配重，静态平衡；2.动态平衡，这要求没有因离心力在支承体系上产生动量，在悬臂布置形式中，远离翼片部必须比靠近支承系统的翼片部轻(或许也必须短一些)。配重质量必须大致与距支承部的距离成反比。
3.还必须平衡液压力，它在轴上产生了相等的径向力和/或相等的弯矩。要求最佳化以提供最顺利的工作系统。
通常，单翼片的轴向段或轴向部应该是重量相等的并且其形状能够避免不等或不稳定的扭矩。
本发明的优点可适用于在圆筒筛52内的图4所示的多翼片旋翼50。当它与大圆筒筛一起使用时，图4所示的旋翼具有特殊的优势，其中可以通过识别和调节浆料稠度的变化来明显提高效率。在这种情况下，为了便于表示，可以假设浆料从下面如箭头55所示地进入筛分腔，从而圆筒筛52的下端沿其内表面地具有基本上与浆料输入稠度相同的浆料，而与圆筒筛上端相通的筛余料出口将具有更浓的即更稠的浆料。
设圆筒筛52的下端是输入端，它沿其内输入面地具有低稠度浆料，一对各自离开旋翼50地安装在臂件62、63上的翼片60、61筛分上述浆料。臂件62、63彼此间隔180度地对置。翼片60、61分别在分离不重叠的环形区53、54内沿圆筒筛52的内表面运转。可以如结合图1、2所示翼片所述地具有传统翼剖面的各翼片象单臂件和单翼片那样运转。
在中间区56内，一对臂件68支承着传统的完全相反地布置的翼片70。在圆筒筛52的筛余料出口区域内，即区域57内，在浆料稠度最高的区域中，四片等间距翼片80安装在臂件82上并且它们扫过该筛分区的筛分面。因此，这样的旋翼50配有筛分冲振件，它们从入口到出口的逐渐变化，尽管各翼片61、60、70、80最好相对其扫过的分离不重叠圆筒筛面等密连续排列。
尽管已经结合圆筒筛框描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将认识到，该装置或方法可以被用于非圆筒形筛框如专利US5,078,275所述的环形平筛。另外，尽管结合装在大致径向延伸臂延伸端上的翼片或冲振件描述了本发明的实施例，但是将这样的部件安装在如专利US5,318,186所述的支承缸筒上也在本发明的范围内。图5示出了本发明适用的鼓式旋翼的例子。一般在圆筒筛10和鼓面之间供料的鼓式旋翼90配有外翼片92。在这种情况下，示出了三个这样的翼片92，每个翼片覆盖或对外围圆筒筛的分离不重叠环形部起作用地位于鼓式旋翼上。可以按照以上建议的方式平衡鼓式旋翼。
另外，本申请所示的任何旋翼设计方案都可以与上流式压力圆筒筛或下流式压力圆筒筛联合使用，或者它可以被用于输入面是圆筒筛内侧面或其外侧面的压力圆筒筛。
还应该理解的是，尽管在此就靠近圆筒筛输入面转动的翼片描述了本发明，但也可以在翼片沿圆筒筛输出面移动的情况下获得相同的优点。
已经进行了一系列实验来测定单翼片旋翼的相对效率，将所述效率与多翼片旋翼效率进行了比较。实验结果列于表1中，其中利用根据本申请图1、2的教导制成的单翼片旋翼进行第8844、8845、8846、8847、8848号系列实验。系列实验分别是在370转/分、477转/分、570转/分、637转/分和850转/分的速度下进行的。在24英寸的圆筒筛中，用单翼片来覆盖筒的整个输入面。其它的第8849、8850和8851号系列实验是在相同圆筒筛中以570转/分的速度进行的，第8849号实验有四个翼片，每片翼片覆盖了筒的整个高度，第8850号实验有三片翼片，第8851号实验有六片翼片。配料是被重量百分比为0.5％的橡胶刨花颗粒污染的回收挂面纸板(linerboard)，作为(输入区颗粒面积-受料区颗粒面积)/输入区颗粒面积之比地测定效率。
图6的曲线与利用四片翼片的第8849号实验、利用三片翼片的第8850号实验和利用六片翼片的第8851号实验对比地比较了利用单个翼片的第8846号实验的测定效率。从中可知，使用单翼片时的测定的效率明显高于采用多翼片时的其它效率。
图7的曲线比较了在使用单翼片旋翼的第8844、8848号实验的转速下的效率与速度对比情况，最高效率出现在大约570转/分的情况下，这是为特殊楔形丝筛网推荐的设计速度。
如表1和图6、7的曲线所示，在给定速度下，当翼片增多时，整体效率降低，具有最少翼片的旋翼即单翼片旋翼具有最高效率。所示单翼片旋翼在转动速度从350转/分提高到570转/分时提高了效率，并且在速度从570转/分提高到850转/分时效率降低了。最高效率是在以570转/分速度进行的第8846号实验中获得的，这样的速度被推荐用于特殊楔形丝筛网。从这些实验中可以得到这样的结论，即单翼片旋翼可以提高现有的多翼片造纸浆料圆筒筛的效率。
尽管在此所述的装置形式或方法构成了本发明的优选实施例，但应该理解的是，本发明不局限于拘泥的装置形式或方法，可以在不超出所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下进行修改。
在表1中筒口面积＝27.46平方英寸；效率＝100％×(输入区颗粒面积-受料区颗粒面积)/输入区颗粒面积；通过扫描手抄纸和用测量面积的计算机软件来计算颗粒面积(mm2)。
权利要求
1.一种用于筛分造纸纤维浆料的筛分装置，包括一个机罩、一个位于该机罩中的且具有两个表面的筛子、一个在该机罩中的旋翼和在该旋翼上不多于一个的冲振件，上述两个表面中的一个表面构成了一个筛分区，在该筛分区内临近该筛子地设置了所述冲振件并且冲振件可以通过所述旋翼沿该筛分区移动以便沿该筛分区搅断造纸纤维浆料的纤维。
2.如权利要求1所述的筛分装置，其特征在于，该旋翼具有一个单臂件，该冲振件安装在该臂件上，该冲振件由此沿该筛子经过造纸纤维浆料，其中所述浆料不被一个运动臂件或冲振件搅动。
3.如权利要求1所述的筛分装置，其特征在于，所述旋翼是一个鼓式旋翼，其中冲振件安装在该鼓式旋翼上。
4.如权利要求1所述的筛分装置，其特征在于，筛子成圆筒状并且该筛分区限定了该圆筒筛的至少一个环形部分。
5.如权利要求4所述的筛分装置，其特征在于，该筛分区基本上包括该表面的整个面积。
6.如权利要求4所述的筛分装置，其特征在于，该机罩具有一个接收浆料以便在浆料沿该圆筒筛从一轴端流向另一轴端时进行筛分的入口，该筛分区位于浆料首先进入圆筒筛的圆筒筛部位上。
7.一种造纸机浆料的压力筛分装置，包括一个基本呈圆筒形的且具有一个内筛面的筛筐、一个旋翼、一对从该旋翼延伸的臂件、分别安装在各臂件上的单翼片，通过所述臂件定位所述筛分翼片，从而该翼片沿该内筛面的分离、环形的且基本不重叠部分扫过。
8.一种用于筛粉造纸纤维浆料的旋翼，适于安装在这样的机罩中，所述机罩具有冲振件以便沿圆筒筛表面移动，该筛面在所述圆筒筛内限定了至少一个环形输入区、一个环形中间区和一个环形输出区，输入区吸收具有比在所述中间区和输出区明显低的稠度的浆料，所述旋翼包括多个安装在该旋翼上、以便通过该旋翼沿这些区域移动的冲振翼片，所述区域包括不多于一个的、且通过所述旋翼定位以便沿该输入区移动的冲振翼片、由旋翼支承以便沿该中间区移动的所述翼片的多个第一部分和由该旋翼支承以便沿该输出区移动的这些翼片的多个更高的第二部分。
9.一种用于筛分造纸纤维浆料的压力筛分装置，包括一个机罩、一个位于该机罩内的并且将该机罩分成一个筛分区和一个受料区的圆筒筛、一个在该机罩内的旋翼、位于旋翼上的且限定了多个在该筛分区内沿圆筒筛移动地定位于该旋翼上的冲振件的机构，所述筛分区具有筛分基本上处于纸浆输入稠度的浆料的第一区域部分，该旋翼只将一片翼片设置在该区域部分内，由此在该旋翼转动时，这片翼片可以经过未受前翼片搅动的纸浆。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该旋翼具有支承在其上的、且可以沿紧邻该第一区域部分的圆筒筛第二环形区域部分移动的第一部分翼片，这样的浆料由此以高于输入稠度的稠度经过第一部分翼片被筛分。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该圆筒筛限定了紧邻第二环形区域的第三环形区域，该旋翼包括多个更高的第二部分翼片，所述翼片支承在旋翼上并且可以沿该第二区域移动以便筛分具有比该第二区域高的稠度的浆料。
12.一种用于筛分造纸纤维浆料的压力筛分装置，包括一个机罩、一个基本呈圆筒形的且位于机罩内并具有一个内筛面的筛子、一个在该机罩内的且设置在该圆筒筛内的旋翼、一个分别装在各臂件上的单翼片，该旋翼具有一对伸离旋翼的臂件，所述臂件如此定位所述翼片所述翼片沿着圆筒筛内表面的分离、环形的且基本不重叠的部分扫过。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述翼片以大约180度相互径向对置。
14.一种方法，用于操作转动的旋翼筛分装置以便从其中含杂质的纸纤维浆水中除去杂质而使杂质与纸纤维分离，包括以下步骤在压力下使纸浆料流向一个在所述装置中的筛子的输入面，所述筛子在所述装置中具有延伸于一输入筛面和一输出筛面之间的开口，与一个筛面有关地只连续驱动一个单搅断件，在上述筛子筛面处产生单个驱动冲振以防止纸纤维堵塞所述筛口。
全文摘要
用于筛分纸浆料的压力筛分装置采用了一个旋翼(14,15,16),其中使其沿一个筛面(10)分离部分移动地安装或定位单冲振件或翼片件(12)。这种结构通过抑制旋翼(14,15,16)对正在过筛的浆料的转动作用并且通过提供一个单翼片(12)所经过的、不受搅动的筛分区而提高了压力筛分装置的工作效率。示出了这样的实施例,其中单翼片(12)在筛分装置中,根据浆料经过圆筒筛(10)使稠度增高而与多翼片组合。
文档编号B01D29/35GK1266386SQ98808017
公开日2000年9月13日 申请日期1998年8月6日 优先权日1997年8月6日
发明者戴维·E·丘普卡, 彼得·塞弗特, 克里斯托弗·M·维多利 申请人:塞莫·布莱克·克劳森公司