УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙ СТРУЖКИ Российский патент 1995 года по МПК D21B1/02 B30B3/02 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к устройствам для обработки древесных стружек.

В обычном бумагоделательном процессе бревна сгружаются и превращаются в стружку, после чего отделяются отдельные целлюлозные волокна из стружки для дальнейшей обработки и формирования рулонов бумаги. Обычный способ отделения целлюлозных волокон состоит из выварки древесной стружки в химическом растворе при высоких температурах и давлении в варочных котлах с целью удаления лигнина из стружки, который удерживает волокна вместе. Для дальнейшего проведения бумагоделательного процесса желательно, чтобы полученные обезлигниненные волокна обладали по-существу одинаковыми свойствами. Для уменьшения получения невываренных или перевываренных стружек в варочных котлах необходимо, чтобы проникновение варочного раствора в стружки было одинаковым для всех стружек с тем, чтобы воздействия температуры, давления и времени были одинаковыми для всех стружек. Поэтому было признано желательным применять устройство для сортировки стружек, которое одновременно удаляет неполномерные и чрезвычайного размера стружки таким образом, чтобы неполномерные можно было обрабатывать отдельно, а чрезмерные пропускать через устройство, предназначенное для уменьшения размера стружки до ее выварки.

Устройством, применяемым для уменьшения размера чрезмерных стружек, отделяемых от потока стружек посредством перегородок, является нож для резки стружек. Основной операцией ножа для резки является работа ротора в барабане, в котором чрезмерного размера стружки загоняются под нож и обрабатываются им до приемлемой толщины. Примером ножа для обрезки стружек может быть нож, описанный в патенте США N 4235382, выданном на имя Уильяма С.Смита, на "Способ и устройство для измельчения древесной стружки".

Недостатком изобретения является то, что ножи для резки стружки не обеспечивают обработку стружки до оптимального размера в тех случаях, когда они тупые, или при не соответствующих скорости или загрузке при уменьшении нестандартных размеров имеют тенденцию производить слишком мелкую стружку.

Известны взаимодействующие валки для обработки стружки чрезмерного размера сжатием, оказывающие воздействие на проникновение раствора в стружке.

В известном изобретении валки тесно взаимодействуют с устройством для направления стружек острым концом в разветвление между валками, с валками, сжимающими стружки поперек их толщины до по меньшей мере одной пятой их первоначальной толщины, но не более, чем до одной десятой их первоначальной толщины. После этого стружкам дают возможность раздаться до их первоначальной формы с разрывом волокон в них при увеличении пористости стружек.

В известных изобретениях противолежащие тесно взаимодействующие валки или расщепляющие валки сжимают стружки для разрыва в них волокон. Валки выполнены гладкими с тем, чтобы воздействие на стружки было только сжимающим, за счет чего структура стружек изменяется не иначе, как только для разрыва волокон.

Стружки имеют тенденцию забиваться в углубление над валками, и, в частности, самые крупные стружки, которые более других требуют расщепления, застревают между валками в верхней части пары валков, а не протягиваются между ними.

Деструктурирование или расщепление неприемлемо в качестве обычного процесса обработки из-за низкой производительности расщепляющих устройств и последующего влияния на операцию выварки.

Цель изобретения создание устройства для обработки стружки размером, обеспечивающим сокращение времени необходимой выварки, а следовательно, достижение уровня обезлигнивания с получением масс, имеющих одинаковые характеристики и свойства.

Другой целью изобретения является создание устройства для обработки чрезмерного размера стружки быстро и эффективно с быстрой пропускаемостью при одновременном сведении до минимума затора или засорения устройства.

Другой целью изобретения является создание устройства для обработки древесной стружки, которое расщепляет или размельчает чрезмерного размера стружки без образования мелких стружек или щепок, простого в работе, которое требует минимальной наладки для оптимальной работы.

Другой целью изобретения является создание устройства для обработки древесной стружки для повышения скорости пропитки раствором, в частности крупной стружки, и создание устройства для деструктурирования древесной стружки, которое не зависело бы от конкретной ориентации стружки между тесно взаимодействующими валками.

Цель достигается за счет выполнения тесно взаимодействующих оппозитно вращающихся валков, имеющих агрессивные поверхности. В предпочтительной конструкции валки имеют выступы пирамидальной формы, выполненные механической обработкой на их поверхностях. В предпочтительном примере выполнения пики пирамид расположены на расстоянии друг от друга в полдюйма и глубина обработки от пика до основания отдельной пирамиды составляет около четверти дюйма. При работе пики валков могут размещаться с ориентациями пик-пик или пик-желоб. В процессе работы стружки измельчаются по направлению ориентации волокон, а с помощью настоящего устройства будут расщепляться независимо от того, насколько стружка входит в зажим между валками.

Изобретение отличается от известных, предназначенных для деструктурирования или расщепления, устройств тем, что агрессивная поверхность валков используется не только для сжатия стружек, но и для разрыва или разлома стружки по толщине.

На фиг.1 показано устройство для расщепления древесной стружки; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 часть поверхности одного из валков устройства для расщепления древесной стружки; на фиг.4 частичный вид с конца одной из пар валков в устройстве для расщепления древесной стружки; на фиг.5 другая ориентация валка; на фиг.6 то же, другая ориентации валка.

Древесная стружка в устройство 1 подается с распределительного устройства 2, которое подает ровный поток 3 древесной стружки на пары верхнего и нижнего валков 4 и 5. Пары валков 4 и 5 расположены в корпусе 6, имеющем верхнее отверстие 7, через которое поступает древесная стружка 3, и нижнее отверстие 8, через которое обработанная древесная стружка выходит из устройства. Входящий поток стружки 3 направляется лопатками 9 и 10 к верхней паре 4 валков, а стружка, проходящая через верхнюю пару валков, направляется лопатками 11 и 12 на нижнюю пару валков 5. Транспортирующий механизм перевозит обработанную стружку от устройства 1 на следующие этапы процесса.

Верхняя пара валков 4 включает валки 13 и 14, расположенные рядом с оппозитно вращающиеся так, чтобы в верхнем углублении между валками поверхности передвигались к узкой зоне, образованной тесно взаимодействующими валками 13 и 14, как показано стрелками 15 и 16.

Нижняя пара валков 5 включает валки 17 и 18, близко расположенные и оппозитно вращающиеся так, чтобы в верхнем углублении между валками поверхности проходили к узкой зоне, образованной близко расположенными валками 17 и 18, как показано стрелками 19 и 20.

Каждый из валков 13, 14, 17, 18 вращается в подшипниках 21, для вращения валков предусмотрен приводной механизм 22. Приводной механизм 22 содержит двигатель 23 или другой источник энергии и приводную зубчатую передачу 24. Приводная зубчатая передача 24 приводит в действие каждый из валков, однако иногда необходимо приводить в действие только один валок из каждой пары валков. Гладкий валок в каждой паре валков, оппозитный вращающемуся валку, может быть холостым, вследствие чего снижается потребность в энергии, поскольку, когда стружки не подаются в устройство, в действие приводится только один валок каждой пары. Когда стружки поступают в устройство и вклиниваются между вращающимися и невращающимися валками, невращающийся валок будет вращаться, способствуя расщеплению и прохождению насквозь древесной стружки.

Распределительный механизм 22 содержит корпус 25, имеющий отверстие 26 для поступления стружек из механизма подачи стружки, распределительный шнек 27 для выравнивания потока стружек вдоль распределительного механизма и распределительной решетки 28, через которую стружки проходят с распределительного механизма 22 к первой паре валков 4. Распределительный шнек 27 приводится в действие посредством соответствующего источника энергии 29 и вращается в подшипниках 30 в корпусе 25.

В известных установках используют только одну пару валков или более двух пар валков, и механизм для подачи стружки на пару или пары валков может быть иных типов, чем распределительный механизм 2, описанный выше.

Поверхности валков, применяемых в настоящем изобретении, отличаются от поверхностей валков, применяемых для расщепления стружки ранее, тем, что поверхности валков имеют агрессивный контур. В примере выполнения, показанном на фиг. 3, поверхность валка является основой выступов 31 пирамидальной формы, которые образованы механической обработкой поверхности валка с выполнением по окружности V-образных желобов 32 и аксиальных V-образных желобов 33 на валке под прямыми углами. Благодаря выполнению механической обработкой таких пересекающихся желобов на поверхности валка образованы четырехсторонние пирамиды, лежащие радиально наружу. Каждый из выступов 31 имеет пик 34, образованный оставшимся материалом наружных частей механически обработанной поверхности валка, и основание 35, ограниченное глубиной пересекающихся желобов 32 и 33 в материальной зоне машины. Обычно оба валка валковых пар имеют поверхности одинаковой конфигурации, однако можно иметь по одному валку в каждой паре гладкими или иметь более агрессивный или менее агрессивный контур поверхности, чем контур поверхности другого валка в валковой паре.

В одном варианте конструкции была образована поверхность валка, на которой пики 34 размещались на расстоянии друг от друга в полдюйма и каждый пик имел сглаженную поверхность около одной шестнадцатой дюйма в квадрате. Глубина каждой пирамиды от пика 34 до основания была 35 мм.

При пользовании и работе устройства для деструктурирования древесной стружки, стружки подаются на распределительный механизм 2, а с распределительного механизма 2 равномерно вдоль аксиальной протяженности первой пары валков 4. Входящими на распределительный механизм 2 могут быть стружки с предыдущего этапа сортировки, включающие только чрезмерного размера стружки, отделенные на предыдущем этапе сортировки, или весь поток стружек, подлежащих переработке в древесную массу в устройстве.

Возможно отделение от всего потока стружки только неполномерного размера и затем обработка стружки сверхмерного размера и приемлемого размера посредством предлагаемого устройства.

Устройство может пропускать большой объем стружек, обеспечивая возможность обработки всего потока стружки в машине с исключением отсева сверхмерной стружки. При прохождении через устройство сверхмерного размера стружек нет необходимости отделять сверхмерные стружки для отдельной обработки. Мелкие стружки, проходящие через соответствующие валки, будут проходить через устройство необработанными и в этом случае расщепляться будут только сверхмерного размера стружки. После обработки приемлемого и сверхмерного размера стружек обработанные стружки будут одинаково соответствовать процессу образования древесной массы.

С распределительного механизма 2 стружки входят в зону над парой валков. Валки могут вращаться отдельно, и их положения контролируются таким образом, чтобы они выравнивались по пикам с ориентацией желобов так, как показано на фиг. 4. В другом варианте контролируют ориентацию валков по ориентации пик-пик, как показано на фиг.5. Еще в одном процессе, где в дополнение к расщеплению желательно сжатие, или где приемлемой толщиной стружки остается тонкая, может быть желательным тесно взаимодействующее соотношение пик-желоб, как показано на фиг.6. В других операциях, где подача энергии в устройство сведена до минимума, приводится в действие один валок каждой валковой пары, а другие остаются холостыми. Когда стружки подходят к валкам и зажимаются между ними, холостой валок приводится в действие приводным валком через приводное соединение, образованное зажатыми между ними древесными стружками.

Когда стружки проходят между парами валков независимо от ориентации, стружки имеют тенденцию расщепляться или растрескиваться параллельно ориентации волокон в стружках. Это происходит независимо от того, проходят ли стружки между валками вдоль или концом вперед.

Когда применяется ориентация пик-желоб, как показано на фиг.4 и 6, вместе с пирамидальными выступами, расположенными на расстоянии полдюйма друг от друга и высотой 6 мм, трещины, появляющиеся в стружках, возникают примерно на каждой четверти дюйма. Возникающее промежуточное расстояние между трещинами соответствуют приемлемой толщине стружки в операциях образования древесной массы. При растрескивании на больших поверхностях стружек появляются отверстия, способствующие проникновению раствора. Разрыву волокон, происходящему в результате сжатия, проникновению раствора в стружки способствуют отверстия, создаваемые трещинами. Смещение материала у трещин больше для толстых стружек, чем для тонких, и в результате этого отверстия для проникновения раствора закупориваются меньше в толстых стружках, чем в тонких, уравнивая тем самым скорость проникновения раствора в толстых и тонких стружках. Из-за того, что валки находятся на расстоянии друг от друга, середина стружки не смещается, хотя смещение у трещин может быть значительным и стружка останется целой без образования мелких частиц, щепок или ломаных стружек.

В тех случаях, когда применяют множество вертикально расположенных валковых пар, как показано на фиг.1 и 2, целесообразно предусмотреть меньшие валковые пространства в нижних валковых парах. В этом случае чрезмерно превышающие стандартные размеры стружки будут сжиматься и/или измельчаться верхними валками с образованием приемлемого или минимально превышающего стандартый размер стружек, проходящих через них. Следующие валковые пары дополнительно будут обрабатывать значительно превышающие стандартный размер и минимально превышающие стандартный размер стружки.

Лабораторные исследования превращения в волокнистую массу проводились на стружках, обработанных одной парой валков, на которых выступы смежных валков находятся во взаимном зацеплении, как показано на фиг.6. Для контроля один образец не был обработан, а другие образцы были разрезаны на части известными машинами для резки толстых стружек. Несколько образцов были обработаны так называемой мягкой обработкой, а другие обрабатывались жесткой обработкой. При мягкой обработке расстояние между выступами в зоне, где выступы с каждого валка имеют наименьшее расстояние друг от друга, составляет 6 мм. При жесткой обработке наименьшее расстояние между выступами валков составляло 3 мм.

В табл.1 приведены характеристики различных образцов, на которых проводились исследования.

Образцы были рассортированы по классификатору стружки СС2000 (Prader Companie). Образцы были разделены на мелочь, которая проходит через круглое отверстие 3 мм, щепки толщиной от 0 до 2 мм; акцепты толщиной от 2 до 8 мм; все имели толщину более 8 мм; остальные имели толщину более 14 мм. В табл.2 приведены характеристики толщины каждого образца.

Во всех образцах, за исключением тех, в которых были нарезаны сверхтолстые стружки, 50% или более стружек в каждом образце были больше максимально установленной приемлемой толщины 8 мм. Несколько образцов включали большой процент сверхтолстой стружки, более 14 мм.

Образцы вываривались в лабораторном варочном котле способом крафт-выварки. Несколько образцов вываривались отдельными партиями в условиях отдельных варок. Одна партия вываривалась с использованием смеси 15% (85% стружек из образцов 3 и 4). Условия варки для каждой партии и тип образца стружки описаны в табл.3.

Прочностные свойства массы были рассчитаны после очистки вываренной массы за 30000 оборотов. В табл.4 показаны результаты.

Как видно из табл.4, длина разлома и удлинение не изменились под действием процесса расщепления стружки. Как струганные, так и расщепленные стружки обладали одинаковыми прочностными характеристиками. Однако показатели разрыва, прочности и спутанности ниже для расщепленных стружек.

Меньше разрывы были отмечены среди диапазона помола с наименьшими разрывами стружек при их жесткой обработке. При смешивании с разламываемыми стружками разрывы в массе из сочетания образцов 3 и 4 были больше, чем для поломанных стружек (образец). Следовательно, приемлемым для образования древесной массы считаются смеси расщепляемых стружек с обычными стружками.

Древесные массы из стружек, обработанных устройством согласно изобретению, имели минимальные уровни брака и значительно меньшие, чем в массе из поломанных стружек. Общий выход варочного котла был ниже для стружек, обработанных согласно изобретению.

Средство для обработки чрезмерного размера стружек обеспечивает получение пригодной, приемлемой древесной массы, обладающей характеристиками, подобными массам, получаемым из приемлемого размера стружек. Устройство снижает образование мелочи и бракованных волокон.

Использование: в устройствах для обработки древесных стружек. Сущность изобретения: в устройстве выступы валков выполнены сужающимися к вершине и имеют высоту, эквивалентную требуемой толщине стружки. 8 з. п. ф-лы. 6 ил. 4 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙ СТРУЖКИ, содержащее корпус с входным отверстием для загрузки стружки и выходным отверстием для выгрузки обработанной стружки, средство для подачи потока древесной стружки и ее распределения по всей длине зазора заданной величины, образованного между по крайней мере одной парой параллельных валков, установленных в корпусе с возможностью вращения, по крайней мере один из которых в паре валков связан с приводом вращения, причем на поверхности по крайней мере одного из валков в паре выполнено множество выступов, отличающееся тем, что выступы выполнены сужающимися к вершине и имеют высоту, эквивалентную требуемой толщине стружки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступы выполнены на поверхности обоих валков в паре, при этом форма и расположение выступов на поверхности одного и другого валков в паре идентичны. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выступы имеют форму пирамид. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что выступы имеют форму правильных четырехгранных пирамид, основания которых примыкают друг к другу. 5. Устройство по пп.2 4, отличающееся тем, что валки в паре установлены с возможностью размещения вершин выступов одного валка напротив вершин выступов другого валка в зазоре между валками. 6. Устройство по пп.2-4, отличающееся тем, что валки в паре установлены с возможностью размещения вершин выступов одного валка напротив впадин другого валка в зазоре между валками. 7. Устройство по пп.2 4 и 6, отличающееся тем, что валки в паре установлены с возможностью размещения вершин выступов одного валка во впадинах другого валка в зазоре между валками. 8. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что выступы имеют форму осесимметричных фигур и их оси расположены радиально по отношению к поверхности валка. 9. Устройство по пп.1, отличающееся тем, что расстояние между вершинами выступов по существу равно их высоте.