具有对数螺线杆条的精炼机板的制作方法

专利名称：具有对数螺线杆条的精炼机板的制作方法
背景技术：
本发明涉及精炼盘和用于精炼盘的板片段，尤其涉及限定盘或片段的精炼元件的杆条形状。
处理木质纤维材料的盘式精炼机配备有精炼盘或片段，木质纤维的范围包括从锯屑到刨花。在两个彼此相对旋转的精炼盘之间限定的空隙中，加工处理要被精炼的材料。材料在由位于盘表面上的杆条所形成的凹槽内移动，在通常的径向平面内，提供了运输功能，而在平面外，提供了用于在交叉杆条前边沿将材料分类的机构。位于两个盘面的每一个上的杆条之间的瞬时重叠形成了瞬时交叉角。交叉角对于材料分类或是前边沿覆盖能力具有重要的影响。
传统的杆条几何形状，尤其是平行直线、径向直线、以及采用在圆形渐屈线上完整弧线形式的曲线，显示了杆条交叉角相对于精炼区域内的径向位置的变化。平行直线模式还显示了杆条角相对于平行杆条领域内的周边位置的变化。
对于覆盖率来说，杆条交叉角是决定性因素，因此杆条角的变化也会导致覆盖率的变化。所以，按照传统的杆条设计，作为径向位置和角位置的函数，空隙内材料的不均一分布是不可避免的。针对精炼机板的片段上的特殊构造的杆条和凹槽的典型专利包括US6,276,622(Obitz)，“Refining Disc For Disc Refiners”，2001年8月21日；US 4,023,737(Leider等人)，“Spiral Groove PatternRefiner Plates”，1977年5月17日；以及US 3,674,217(Reinhall)，“Pulp Fiberizing Grinding Plate”，1972年7月4日。

发明内容
为了沿杆条长度提供独立于径向或角位置的均一覆盖，杆条应呈现这样一种形状不管什么位置都能提供恒定的杆条交叉角。
因此，本发明的目的是提供一种精炼元件杆条形状，其具有需要的恒定杆条特征，并且因此具有恒定交叉角，从而促进更为均一的精炼操作。
一种精炼机盘或精炼机板片段，其中，杆条采取对数螺线形状，确保了本发明的前述目的。
因此本发明的特征为一种精炼盘，其具有工作表面、径向内边缘和径向外边缘，工作表面包括多个杆条，其由其间的凹槽侧向隔开，并且穿过表面通常朝着外边缘向外延伸，其中杆条以对数螺线形状弯曲。
另一方面，本发明的特征为一种盘式精炼机，其包括第一和第二相对的、相互可旋转的精炼盘，这些盘限定精炼空间或空隙，第一和第二盘的每一个具有板，该板具有径向内边缘、径向外边缘以及工作表面，工作表面包括多个杆条，杆条穿过表面通常朝着外边缘向外延伸，其中在精炼机操作期间，至少在第一盘上的多个杆条以对数螺线形状弯曲。第一盘上的每一个杆条在精炼空间内与第二盘上的多个杆条交叉，从而形成瞬时交叉角。对于第一盘上的每一个杆条，交叉角是大致恒定的标准角。对于第一盘上的多个杆条的每一个，所有瞬时交叉角最好在标准交叉角的正负10度内。
对数螺线的另外一个特征是凹槽宽度的可变性，凹槽宽度即邻近杆条之间相对于径向位置的距离。这使得凹槽在浆流方向上展开，其防止了凹槽由纤维和外来杂质堵塞。
可以用数学来描述本发明。使用极坐标r和，以下转换为笛卡尔坐标的变换函数将适用x＝r·cosy＝r·sinr2＝x2+y2对数螺线杆条的一般形状描述如下r＝a·ekk＝cotαk＝O→圆其中“a”是r的尺度参数，而α(alpha)是曲线的任意切线与通过坐标系中心的直线(母线)之间的交叉角。
在alpha＝90度或-90的情况下，曲线上任意点的切线与母线正交，曲线因此是具有半径a的圆周。
此独特的杆条形状不仅为个别的杆条角提供了同一性，而且所谓的切角或交叉角在整个精炼区域内具有同样的同一性。
本发明包括一种方法，用来制造一组相对的板，该方法包括形成杆条和凹槽模式的步骤，其大致符合前述数学表达式。


将参考附图对本发明的优选实施例进行描述，其中图1是木片精炼机内部部分的示意图，说明了相对的相互旋转的盘的关系，每一个盘携带包括多个板片段的环板；图2是精炼机板片段的相片，包括具有根据本发明的对数螺线形状的精炼机杆条；图3是示意图，由此可以更容易理解本发明的数学表示；图4是alhpa＝60度的杆条曲率的图示；图5是alhpa＝-30度的杆条曲率的图示；图6是类似于图2的示意平面图，其显示了一个实施例，其中仅在多个精炼区域外部具有对数螺线模式的杆条；图7A和B是板片段一部分的平面图和剖面图，显示了在距离中心相同半径处的杆条之间具有交替较大和较小的间隔的变化；图8A和B是板片段一部分的平面图和剖面图，显示了在距离中心相同半径处交替相对较大和相对较小的杆条宽度；图9A和B是板片段一部分的平面图和剖面图，显示了在距离中心相同半径处交替相对较深和相对较浅的凹槽深度；图10是板片段一部分的平面图，其中杆条宽度尺寸随着半径增加而增加；图11是板片段一部分的平面图，其中凹槽间隔尺寸随着半径增加而增加；图12是板片段一部分的侧视图，其中凹槽深度尺寸随着半径增加而增加；图13A和B是板片段一部分的示意图，在邻近杆条之间分别具有表面和表面挡板。
具体实施例方式
图1是示意图，显示了具有外壳12的精炼机10，其中支撑着彼此相对的盘，每一个盘携带包括多个板片段的环板或圆环。外壳12具有位于其中的大致平坦的转子14，转子载着限定第一研磨面16的第一环板和限定第二研磨面18的第二环板。转子14与标记为20的垂直平面大致平行并且两侧对称。轴22围绕旋转轴线24水平延伸，并且在一端或两端(图中未示)以传统方式驱动。
通过外壳12任一侧上的入口开口30，进给管26传送抽吸的木质纤维进给材料的浆料。在转子处，材料通过粗粒粉碎机区域32径向向外改道，由此材料沿着第一研磨面16和与第一表面并列的第三研磨面34移动，以在这个两个研磨面之间限定右侧精炼区域38。类似的，在转子14的左侧，材料通过在第二研磨表面18和并列的研磨表面36之间形成的左侧精炼区域40。
分割器构件42从外壳12延伸到转子14的外围，即圆围44，因此在精炼区域38产生的精炼纤维相对于精炼区域40产生的精炼纤维之间保持分隔。来自右侧精炼区域的纤维通过排出开口46沿排出流或排出线56从外壳排出，而来自左侧精炼区域40的纤维通过开口48沿排出线58从外壳排出。
因此在盘中心附近引入待精炼材料，使得导致材料在相对的精炼板之间的空间中以“拍频”径向向外流动，其中，材料受凹槽和杆条结构的顺序影响，拍频决定于凹槽和杆条的尺寸以及盘旋转的相对速度。材料趋向于径向向外移动，但杆条和凹槽的形状有意设计为产生分类效应和阻止效应，这样材料在板之间的精炼区域内保持最佳的保留时间。
虽然进行精炼操作的板之间的间隙一般称为“精炼区域”，但相对的板经常具有两个或更多个不同的杆条和凹槽模式，其在板的径向内侧、中部和外侧区域处不同；这些经常也被称为内侧、中部和外侧“区域”。
根据本发明，杆条-交叉角另外的变量基本保持恒定。这通过曲率基本符合发明内容中提出的数学表达式的杆条来实现。特别是，在精炼机操作期间，第一圆盘上的每一个杆条将在精炼空间被第二圆盘上的多个杆条交叉，因此形成瞬时交叉角，而且对于第一圆盘上的每一个杆条来说，交叉角为基本恒定的标准角。在本发明没有得到完美实现的范围内，当在给定精炼区域内的瞬时交叉角在标准交叉角的+/-10度范围内时，仍然能够得到相对于当前技术现状的明显优势。
参考图2，显示了精炼片段54，其位于精炼盘的内侧，且意在和精炼间隙另一侧的邻近精炼盘上相同或不同类型的精炼片段共同作用。显示于图2中的几个片段一般并排固定到基部(例如转子或定子)上，以形成基本圆形(例如圆形或环形)的精炼板。片段具有圆形的截短扇形的通常形状。通过将机用螺钉插入相对的螺钉孔56中，每一个片段可以安装到基部的板保持面上。一些精炼机设计可允许从背面固定板，这就从板面上去除了螺钉孔。通常，片段安装于彼此相对旋转的盘上，这可以这样来实现通过提供一个转子和一个定子(单盘精炼机)，或通过在两侧分段的一个转子并且与两个定子一起工作(双盘精炼机)，或通过几个彼此工作并且与一对定子工作的转子(多盘精炼机)，或通过反向旋转的盘。
每一个精炼盘片段可以被认为具有径向内端58、径向外端60和两端之间的工作面，工作面包括多个杆条62，杆条由其间的凹槽侧向隔开，并通常穿过表面朝着外端向外延伸。最好所有的杆条，至少是大多数杆条，以对数螺线的形状弯曲。
由于为木屑或二级材料的低和高浓度精炼所公用，由图2的片段所形成的板上的杆条布置成在内、外板边缘58、60之间的三个径向不同的精炼区域64、66、68。Z字形过渡区域70实现了单个精炼区域之间的材料流过渡。在该实施例中，每个区域的杆条都为对数螺线。每一个区域的特定形状参数(alpha)可以不同，但相对板上每一个面对的区域的形状参数最好一样。
这种特定、独特的形状提供了这样的优势在特定的精炼区域内，杆条角独立于杆条在板上的位置。由于对数螺线的特定形状保证了与通过板中心的直线相交的杆条角是恒定的，在转子和定子片段发生相对运动时，没有杆条角并因此没有交叉角发生变化。因为杆条角对于精炼操作和杆条覆盖率具有重大影响，杆条和交叉角的任何变化都将导致精炼操作的变化。通过最小化杆条角的变化，本发明实现了精炼操作的最大均一性。
两个相邻的对数螺线杆条之间的凹槽的宽度是可变的，并由于曲线的特性随着径向距离增加。因此在区域68内侧处的凹槽宽度小于该区域的外侧处，在该实例中即板外边缘60的外侧。因此物料流动可用的开放区域随着半径增加而不成比例地增加。和凹槽宽度不发生变化的平行杆条设计相比，该特性对于堵塞提供了增加的抵抗力。
再次参考上面发明内容中出现的数学表达式，以及相关的图3，交叉角β为两条曲线c1和c2(即交叉杆条的弯曲前边缘)在交点pi处的切线t1和t2之间的交角。在每个可能的交叉点上，切线之间的角β保持恒定。相对于穿过中心点pc的母线γ，每个杆条具有角度α。
图4和5是杆条曲率对于两个不同alpha值的示意性表示。图4显示了alpha＝60度时的曲率，图5显示了alpha＝-30度时的曲率。设计者具有在正90度和负90度之间选择角度的灵活性。
对数螺线杆条形状的数学表达式定义了任何给定的杆条，在极限情况下，这些杆条是一条具有无穷小厚度的线，使得线上任何给定点的位置是点相对于通过中心的参考半径或直径(沿坐标系的母线)的角位置(phi)和杆条在该点曲率的切线和母线之间的相交角(alpha)的函数。
这通常在计算机辅助设计(CAD)系统中进行，计算机辅助设计系统可容易地进行编程，以包含数学模型，并且其具有输出，该输出能够将片段的数学模型译码给设备，以从片段坯料生产真实的对应零件。这通过如下进行通过确定起始半径以及起始角(通过在计算结果上加上常数而得到)，得到按径向增加计算出的一条螺线曲线，因此建立所有其他杆条之“母”。该一条完全曲线(代表“母”杆条的前边缘)将位于片段上的某个地方。在CAD系统中，曲线不必是数学连续的、完整的对数螺线，而可以由样条拟合来近似。样条的精度取决于所选择的径向增量。此外，样条上起始的一些点，即片段内径附近的点，可能不和理论对数螺线紧密匹配，但如果限于内径处的小径向，该CAD系统的人为因素只有很小的不利后果。然后典型的CAD系统(如AutoCad)允许用户偏移母杆条的后边缘，这样赋予杆条选定的宽度，从片段的内部半径到外部半径建立该宽度。然后该母杆条可以被复制和旋转，以填满该片段。比如，用户能够指定给定半径处的杆条宽度、片段的杆条数目，或给定半径处的最小需要的凹槽宽度等。
应该意识到鉴于现代制造技术，这儿使用的术语“对数螺线”虽然基于数学表达式，但实际上只是通过一系列直线或曲线来近似该数学表达式，和片段从内部半径到外部半径的曲线全长相比，或和片段内给定区域的从内部半径到外部半径的曲线全长相比，这些直线或曲线的每一个都是相对短的。同样，在读到关于弯曲杆条的形状的术语“对数螺线”时，应该给予发明者一定合理程度的自由，本发明相关技术领域的普通技术人员根据此将认识到这样努力在给定片段上，或在给定片段的区域内，保持径向上杆条交叉角的恒定。即使只是近似对数螺线，例如如果从给定杆条的径向内端到径向外端维持交叉角在+/-10度范围内，也能够相对于现有技术在明显的程度上实现本发明的优势。
可以不参考其他附图而轻易地理解本发明的变动。例如，在精炼机中实现的本发明的上下文中，第一精炼盘面对第二相对可旋转的精炼盘，其间有精炼空间。第一和第二盘的两个或仅仅其中一个具有带有内端和外端的形状和表面，包括多个穿过表面通常朝着外端向外延伸的杆条，多个杆条按对数螺线的形状弯曲。如果两个盘都具有这样的片段，其带有按同样对数螺线弯曲的杆条，那么将实现恒定的杆条交叉角。如果面对的盘都具有对数螺线杆条的曲率，但参数alpha不同，可以实现一些用于特殊目的的设计变动。如果只有一个盘具有对数螺线杆条的曲率，而面对的盘具有传统杆条模式，和两个具有同样这样的传统模式的面对的盘相比，结果仍然有利地减小了杆条交叉角的变动。
在另一个实施例中，在少于全部径向区域中采用对数螺线杆条曲率。图6是和图2类似的示意性平面图，显示了片段54′的实施例，其中只有工作表面62′上的多个精炼区域的外侧68′具有对数螺线模式的杆条。在具有两个或三个区域的板上，径向最外侧的区域最好具有对数螺线杆条，因为纤维处理的数量随着盘半径按半径的三次方关系而增加。在该实例中，内侧区域66′最好采用所谓的“恒定角”模式，如从Durametal公司的Andritz Twin-Flo精炼机中可获得的079/080模式所说明的，在图6中只是示意性显示。
对数螺线概念的其他实现显示于图7至13。图7A和B是板片段的一部分的平面和剖面图，显示了在距离片段78中心的相同半径处，在杆条76之间具有交替的较大和较小的间隔72、74的变动。
图8A和B是板片段80的一部分的平面和剖面图，显示了在距离中心的相同半径处，交替的相对较大的杆条宽度82和相对较小的杆条宽度84。
图9A和B是板片段86的一部分的平面和剖面图，显示在距离中心的相同半径处，交替的具有相同间隔92的相对较深的凹槽深度88和相对较浅的凹槽深度90。
图10是板片段94的一部分的平面图，其中，当从螺线中心点沿线l1和l2测量时，杆条宽度尺寸w1和w2随着半径增加而增加，而凹槽保持恒定间隔96。
图11是板片段98的一部分的平面图，其中凹槽间隔尺寸d1和d2随着半径增加而增加。
图12是板片段100的一部分的侧面图，其中凹槽深度尺寸g1和g2随着半径增加而增加。
图13A和B是板片段102和104的一部分的示意图，在邻近杆条110和112之间分别具有表面106和表面下挡板108。
虽然这儿参考特定优选实施例描述了本发明，应该理解这些实施例只是说明本发明的原理和应用。因此，应该理解在不超出本发明的精神和范围的情况下，可以对说明性的实施例作出多种变动，并且可设计出其他装置。
权利要求
1.一种精炼盘，其具有工作表面、径向内端和径向外端，工作表面包括多个杆条，这些杆条由其间的凹槽侧向隔开，并且穿过所述表面通常朝着所述外端向外延伸，所述多个杆条以对数螺线形状弯曲。
2.根据权利要求1所述的精炼盘，其特征在于，多个杆条包括盘上的大多数杆条。
3.根据权利要求1所述的精炼盘，其特征在于，该盘具有布置于至少两个径向不同的区域中的杆条和凹槽的模式，以及最外侧区域中几乎所有的杆条都按对数螺线形状弯曲。
4.根据权利要求1所述的精炼盘，其特征在于，该盘通过基本为圆形的基部和接附于基部的精炼板来形成，该板通过多个板片段形成，每一个片段具有工作表面，其包括多个以对数螺线形状弯曲的杆条。
5.根据权利要求1所述的精炼盘，其特征在于，所述杆条的形状基本符合如下极坐标的数学表达式r＝a·ek其中k＝cotα且k＝0 →圆“r”是沿杆条中心线的径向位置，“a”是r的尺度参数，而α是曲线的任意切线与坐标系母线之间的交角。
6.根据权利要求5所述的精炼盘，其特征在于，该角度(α)在+90度和-90度的范围内。
7.一种用于旋转盘式精炼机的盘的板片段，其包括工作表面，该工作表面包括多个杆条，这样杆条由其间的凹槽侧向隔开，所述多个杆条以对数螺线形状弯曲。
8.根据权利要求7所述的板片段，其特征在于，该片段具有较长的外边缘和较短的内边缘，该工作表面具有布置于位于内边缘附近的第一区域和位于外边缘附近的第二区域的杆条和凹槽的模式，第二区域中几乎所有的杆条都按对数螺线形状弯曲。
9.根据权利要求7所述的板片段，其特征在于，该片段具有圆形的截短的扇形的形状，在扇形的相同半径处，连续的杆条之间具有连续的凹槽间隔，相对较大和相对较小的间隔交替。
10.根据权利要求7所述的板片段，其特征在于，该片段具有圆形的截短扇形的形状，在扇形的相同半径处，连续的凹槽之间具有连续的杆条宽度，相对较大和相对较小的宽度交替。
11.根据权利要求7所述的板片段，其特征在于，该片段具有圆形的截短扇形的形状，在扇形的相同半径处，连续的杆条之间具有连续的凹槽间隔，相对较深和相对较浅的间隔交替。
12.根据权利要求7所述的板片段，其特征在于，对于给定的杆条和相关的凹槽来说，杆条宽度、凹槽宽度和凹槽深度尺寸中的至少一个随着半径增加而改变。
13.根据权利要求7所述的板片段，在相邻杆条之间的凹槽中包括表面下或者表面挡板中的至少一个。
14.一种盘式精炼机，其包括第一和第二相对的、相互可旋转的精炼盘，这些盘限定位于其间的精炼空间，所述第一和第二盘的每一个具有板，其具有径向内边缘、径向外边缘以及工作表面，工作表面包括多个杆条，杆条穿过所述表面通常朝着所述外端向外延伸，其中至少在第一盘上的所述多个杆条以对数螺线形状弯曲。
15.根据权利要求14所述的盘式精炼机，其特征在于，在精炼机操作期间，第一盘上的每一个所述杆条将和第二盘上的多个所述杆条在所述精炼空间中交叉，从而形成瞬时交叉角，对于第一盘上的每一个所述杆条来说，交叉角是基本恒定的标准角。
16.根据权利要求15所述的盘式精炼机，其特征在于，对于第一盘上的所述多个杆条的每一个，所有瞬时交叉角在所述标准交叉角的正负10度内。
17.根据权利要求14所述的盘式精炼机，其特征在于，每一个板的工作表面具有布置于位于内边缘附近的第一区域和位于外边缘附近的第二区域的杆条和凹槽的模式，第一盘的第二区域中几乎所有的杆条都按对数螺线形状弯曲。
18.根据权利要求17所述的盘式精炼机，其特征在于，第二盘的第二区域中几乎所有的杆条都按对数螺线形状弯曲。
19.根据权利要求18所述的盘式精炼机，其特征在于，每一个盘的第一区域具有这样的杆条和凹槽的模式，其中杆条具有恒定的曲率角。
20.根据权利要求17所述的盘式精炼机，其特征在于，第一和第二盘的第二区域中的杆条具有相同的对数螺线形状。
21.根据权利要求17所述的盘式精炼机，其特征在于，第二盘上的所述多个杆条按对数螺线形状弯曲。
22.一种制造一组用于盘式精炼机的相对的盘的方法，其包括选择多个金属坯料，以机械加工或铸造成板片段；在每一个所述坯料上形成由多个杆条和凹槽组成的模式，由此生产出多个板片段，每个都具有包括至少一个具有相似弯曲杆条的区域的工作表面，所述区域的杆条根据如下极坐标系中的数学表达式来成形r＝a·ek“r”是沿杆条中心线的径向位置，“a”是r的尺度参数，而α是曲线的任意切线与坐标系母线之间的交角；其中，每个所述的多个相似弯曲杆条都具有相同的alpha值；并选择多个所述的片段，当并靠排列时，这些片段形成第一基本为圆形的板；选择另外多个所述的片段，当并靠排列时，这些片段形成第二基本为圆形的板；联合所述第一和第二板作为一套，以安装于盘式精炼机中。
全文摘要
公开了一种旋转盘式精炼机(10)的精炼盘或板片段(54)上杆条的特定形状，其包括多个杆条(76)，杆条穿过盘表面并通常朝着盘的外端向外延伸，其布置于单个、两个或多个径向区域(64、66、68)，区域内的多个杆条以对数螺线形状弯曲。也公开了包括该精炼盘的盘式精炼机。
文档编号D21D1/30GK1665595SQ03815183
公开日2005年9月7日 申请日期2003年4月22日 优先权日2002年4月25日
发明者P·安滕斯泰纳 申请人:杜拉金属公司