具有以激光或是水喷射流切割成的筛孔的提取底板 【技术领域】
本发明涉及一种用于造纸纸浆分离(defiberize)纤维的设备。更具体而言，涉及一种用于碎浆机的提取底板，该底板具有特定形状和轮廓的筛孔，该筛孔以激光或是流体流喷射形成。
背景技术
用于造纸纸浆碎浆的设备，在Chupka的美国专利US4725007中公开了，在这里引为参考。该美国专利US4725007中公开的设备包括一槽和一安装在该槽内的转子，以产生剪切力来分离纸浆中的纤维。在该槽的底部有一提取底板，由用作漏斗的截头圆锥体的壁环绕导引纸浆流向提取底板。该优选的提取底板是圆盘形的，形成一面向槽的上游表面；一面与上游表面相对面的下游表面；和从上游表面延伸至下游表面穿过提取底板地孔或是筛孔。转子安装在多孔的提取底板中心附近，与马达相连，以绕垂直于提取底板上游表面的轴线旋转。
穿过提取底板的筛孔能接受的纤维，是已经被分离打碎到一定程度的纤维，从该设备中流出进行下一步处理，而保留较大的、未被打浆分离的颗粒和其他固形物在槽中。传统的提取底板标准情况为具有24-96英寸(61cm-2.4m)的直径，并且标准情况为具有约5/8英寸(1.6cm)厚度。标准情况是在96英寸直径底板上具有4000到5000个筛孔，筛孔大小为5/8英寸。因为这类筛孔是用传统的钻孔工艺形成的，在过去这些筛孔是以圆形横截面平行于提取底板的轴线形成的。筛孔通常具有1/8-1英寸(3.2mm-25mm)的直径。
公知因为磨损的缘故提取底板趋向于高维护。提取底板暴露于纸浆中沙、金属物和其他碎屑的粗糙磨损中。转子和提取底板的标准间隙约为0.060-0.120英寸(1.5-3.0mm)。纸浆被所连接的转子的机械和液压力连续地推离提取底板的上表面，并沿底板上表面被牵引。可接受的的纤维随同细小污染流过提取底板，在筛孔内造成磨损，特别是对靠近筛孔下游侧边的上外周部分造成磨损。
典型的提取底板是用抗磨损和抗腐蚀的钢合金制造的。各种不锈钢和410硬铬钢被用来生产提取底板。优选是用410硬铬钢，因为它比不锈钢具有更好的抗磨损性。而另一方面，410硬铬钢在用公知的机械加工和钻孔步骤之后，需要热处理硬化材料来恢复合格的耐磨性能。一旦执行热处理后，只有在用特别的工具、比较慢和费用大的工序才能进一步的机械加工处理。热处理本身倾向于弯曲钢材，因此就需要附加生产步骤来弄直提取底板。
所给出的提取底板分离纤维的特性很大程度上是依赖于单个筛孔上部边缘所形成的表面凹口。更具体而言，是依赖于造纸纸浆在碎浆机操作期间所流过的提取底板的上游表面。液压剪切力在提取底板下游表面和筛孔的横切面形成的下游侧边(即，面对即将来的纸浆流的侧边)附近产生。这个液压剪切力用来打碎相对大的、未被分离纤维的颗粒。增加这类下游侧边的数量就会增加液压剪切力，这样就可提高碎浆机的效率。
因此，在本领域中就一直存在提高效率和耐磨性的提取底板的需求。而且，也一直存在生产这类提取底板提供改进方法的需求。
【发明内容】
按照本发明的优选提取底板具有特别形状和轮廓的筛孔，沿提取底板的上游表面提供密度增加的下游侧边。在本发明的一个优选实施例中，筛孔具有非圆形横截面。最优选是，筛孔的横截面的形状能镶嵌(tessellate)平面，就是说，当把孔一个挨一个铺开时会填到整个平面上而不会有插入间隙。单个的筛孔具有可镶嵌的横截面就能彼此靠近排列，从而提高提取底板的上游表面上下游侧边的密度，并且能增大作用到未被分离纤维的纸浆上的液压剪切力。
特别优选的筛孔横截面的形状包括菱形(即“钻石形”)、正方形、矩形、三角形和人字纹形。其他优选形状包括新月形和半圆形，其尽管不能实现镶嵌，却能在底部筛孔表面上靠近排列，而提高下游侧边的密度。
按照本发明的另一优选实施例，筛孔以相对于轴线呈锐角的方式从上游和下游表面中的一个表面延伸到另一个表面上，该轴线垂直于该上游和下游表面。优选是，筛孔以螺旋排列和径向八字形相结合的方式延伸，使得直接在提取底板上游表面上面对纸浆流的下游侧边是相对锐利的。最优选是，筛孔沿底板的直接在上游表面上与预期纸浆线性流重叠的弧或弯曲线排列，并且被定向，使得筛孔延伸到提取底板和预期的纸浆流向，从而对浆流表现尽可能最锐利的下游侧边。这种排列能够降低可接受的纤维流穿过提取底板时的牵引，并能提高上游表面附近产生的液压剪切力。
按照本发明另有的优选实施例，提取底板是用金属板形成一圆盘形坯料制成的，优选是通过切割流来制造。一种优选的切割流是能流，比如激光流或其他电磁能流。另一优选的切割流是增压流体流，如水喷射流。用这类切割流形成的筛孔使得底板的制造简单化，并且节省了时间和制造成本。该方法同样也方便了特别形状和轮廓的筛孔的切割，提高了面对纸浆流的下游侧边的密度和锐利性。该方法能用于高耐磨损性的材料，而不用象现有技术的方法那样需要热处理或是特别的工具。由于该方法适用于比现有技术中用的典型材料强度大、耐磨性好的钢材，从而能生产更薄的提取底板，并且提取底板的使用寿命高于现有技术中那些标准方法生产的底板。
本发明的其他优点、目的和特点，在参照附图和所附的权利要求的纤细描述后，会更为清楚。
【附图说明】
图1为切去碎浆机一部分后按照本发明的提取底板的透视图；
图2为按照本发明第一优选实施例的提取底板示意图；
图3为图2中提取底板的部分平面图；
图4为沿图3中线4-4作的图2中提取底板的横截面图；
图5为沿图3中线5-5作的图2中提取底板的横截面图；
图6为按照本发明第二优选实施例提取底板的一部分的平面图，该底板具有筛孔，该筛孔具有圆形横截面，相对于半径呈锐角延伸，垂直于其上游和下游表面；
图7为按照本发明第三优选实施例提取底板的一部分的平面图，该底板的筛孔为月牙形横截面；
图8为按照本发明第四优选实施例提取底板的一部分的平面图，该底板的筛孔为正方形横截面；
图9为按照本发明第五优选实施例提取底板的一部分的平面图，该底板具有矩形狭槽或筛孔；
图10为按照本发明第六优选实施例提取底板的一部分的平面图，该底板的筛孔为人字纹形横截面；
图11为按照本发明第七优选实施例提取底板的一部分的示意图，该底板结合了菱形横截面的筛孔和矩形狭槽；
图12为制造图2-11中提取底板的优选方法的流程图。
【具体实施方式】
参照初始图1部分，图示了用于造纸工业中造纸用纸浆分离纤维(未示出)的碎浆机5。该碎浆机5包括一由侧壁7形成的槽6；一位于槽6的底壁8的提取底板10；和一接近提取底板10的转子15。提取底板10和转子15之间的间隙大约为0.060-0.120英寸(1.5-3.0mm)。
转子15安装为绕轴线20旋转。驱动马达25与转子15连接使得转子15以方向26绕轴线20旋转，迫使造纸用浆(未示出)流过提取底板10的基本上平面的第一或是上游表面30。
在转子15旋转时，其不仅迫使造纸用浆(未示出)朝提取底板10的上游表面30推压，也朝转子15的运动方向沿上部表面30牵引纸浆。当纸浆(未示出)沿上表面30被牵引时，转子15和提取底板10之间产生的液压剪切力用来分离纸浆纤维。被分离的纤维(未示出)流过提取底板10到接收导管内(未示出)，而同时大的、纸浆中未被分离的纤维和其他固体(未示出)就被保持在槽6内进行下一步处理。
在优选的碎浆机5中，纸浆流(未示出)是以箭头31所示流动方向的第一循环分量和由箭头26所示的绕轴线20流动的第二循环分量结合的流型。第一循环分量，即箭头31所示的分量，在紧绕中心轴线20的区域内向下流动；在靠近提取底板10转子15和上游表面30附近径向向外流动；沿破碎机5的外周边向上流动；而朝向中心轴线20是向内流动。结果直接在上游表面30上的流型(未示出)是绕轴线20线性对称流动，以弧形或是弯曲形从槽6的轴线20流向侧壁7。
转到图2，按照本发明第一优选实施例的提取底板10是圆盘形的，其包括第一或是上游表面30；基本上平坦的第工或是下游表面35；一圆周表面40；和容纳转子15(图1)的环形中心开孔41.轴线20垂直于上游和下游表面30、35延伸。多个安装孔42提供确保提取底板10安装到碎浆机5(图1)上的手段。
多个孔或筛孔45从提取底板10的上游表面30延伸至下游表面35。每个筛孔45形成一周长50，在该处筛孔45横切上游表面30。每个这类周长50形成一下游侧边55。
提取底板10具有分别位于上游和下游表面30、35上的磨损带(wearstrips)60、65。磨损带60、65优选是细长的矩形。它们是成对设置的，在上游和下游表面30、35表面上各一个，彼此垂直延伸或倾斜相交，以朝向周长表面40形成一角度，该角度向外开口。磨损带60、65优选是安装在上游和下游表面30、35上的无筛孔45的孔间区域70上。
磨损带60、65提供了几个优点。第一，该磨损带60、65起保护提取底板10的上游表面30免于转子15的运转(图1)和纸浆流(未示出)的磨损的作用。第二，该磨损带60、65提供了相对于各自的上游和下游表面30、35，以及筛孔45的下游部分55的视觉可见的磨损指示。第三，该磨损带60、65定向成在碎浆机5内能阻挡直接在上游表面30上方的纸浆流流向所需的方向。
第一优选提取底板10的筛孔45具有菱形横截面，菱形的主对角线相对于轴线20径向延伸。如图3所示，筛孔45布置成环，这些环绕提取底板10环形延伸。网75形成上游和下游侧30、35的孔间区域(图2)，并连接临近的孔10。使用具有菱形横截面在环形延伸环上设置的筛孔45，能最小化由网75形成的孔间区域的尺寸，并提高提取底板10的上游和下游表面30、35上的筛孔的密度(图3)。最可取的是，筛孔45被排列在与直接位于上游表面30(图2)之上的纸浆流(未示出)预期方向重叠的一系列弧形或曲线形90上。
如图4所示，筛孔45以相对于表面30、35呈钝角的方式贯穿第一优选提取底板10；即是，以相对于轴线20呈锐角的方式延伸(图1和2)。而且，穿过提取底板10的筛孔45相对于轴线20对称(图1和2)。最可取的是，筛孔45以如图4所示螺旋排列和以图5所示径向八字形相结合的方式延伸，因此直接在上游表面30上面对纸浆流(未示出)方向90的筛孔45的下游侧边55，比如果垂直于上游和下游表面30、35延伸的相应的筛孔(未示出)的下游侧边(未示出)，要锐利或者说更象刀形。这种配置，其中直接在上游表面30上面对纸浆流(未示出)预期方向90的筛孔45的下游侧边55是相对锐利的，能降低被分离纤维的纸浆(未示出)流过筛孔45到接收导管(未示出)时被筛孔的牵引，同时能产生液压剪切力(未示出)来分离纸浆中较大的、未被分离的颗粒(未示出)。
同时，被分别描述为“上游表面”和“下游表面”的表面30、35，本领域技术人员应当注意到，在使用期间是可以相反的，第一优选提取底板10在碎浆机5(图1)中可面对任何两个表面30、35。这样，就可以在碎浆机5(图1)中安装提取底板10时，使得“上游表面”30面对转子15(图1)的上游，操作该碎浆机5(图1)直到“上游表面”30经过特定程度的磨损。然后可以翻转该提取底板10，使得通常的“下游表面”35面对转子15(图1)的上游。
应当理解的是，图2-5所示筛孔45的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
转到图6，所示为按照本发明第二优选提取底板110，其包括具有圆形横截面的筛孔145。筛孔145从基本上平面的第一或是上游表面130延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，以相对于基本上平面的上游表面130呈钝角，也就是说，以相对于轴线20(图1)呈锐角，如图4和5所示的方式延伸。最优选的是，筛孔145以螺旋排列和径向八字形相结合的方式延伸，使得直接在上游表面130上面对纸浆流(未示出)预期方向190的筛孔145的下游侧边155是相对锐利的。得到的提取底板110是可翻转。应当理解的是，图6所示筛孔145的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
同样，如图7所示，为按照本发明第三优选提取底板210，其包括具有新月形横截面并排列成环形环的筛孔245，筛孔横截面的凹入面241面对转子15(图1)的预期旋转方向226。优选是，筛孔245从基本上平面的第一或是上游表面230延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，以相对于轴线20(图1)平行或呈锐角的方式延伸。最优选的是，筛孔245沿底板210的直接在上游表面230上与预期纸浆线性流(未示出)重叠的弧或弯曲线290排列，使得孔245将其最锐利的下游侧边呈现给预期浆料流。再次地，应当理解的是，图7所示筛孔245的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
同样，如图8所示，为按照本发明第四优选提取底板310，其包括具有正方形横截面的筛孔345。优选是，筛孔345从基本上平面的第一或是上游表面330延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，以相对于轴线20(图1)呈锐角或平行的方式延伸。最优选的是，筛孔345沿底板310的直接在上游表面330上与预期纸浆线性流(未示出)重叠的弧或弯曲线390排列，并且被定向成使得筛孔345对预期的纸浆流(未示出)表现尽可能最锐利的下游侧边355。再次地，应当理解的是，图8所示筛孔345的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
再看图9，所示为按照本发明第五优选提取底板410，其包括具有加长的矩形狭槽或筛孔445，排列成角环(angular ring)。优选是，矩形狭槽445的较长的侧边455相对于轴线20(图1)径向。最优选的是，筛孔445以螺旋排列或是以螺旋排列和径向八字形相结合的方式延伸，从基本上平面的第一或是上游表面430延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，使得筛孔445的侧边455是相对锐利的。再次地，应当理解的是，图9所示筛孔445的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
同样，如图10所示，为按照本发明第六优选提取底板510，其包括具有人字纹形横截面设置在环形环上的筛孔545，筛孔横截面的凹入面541面对转子15(图1)的预期旋转方向526。优选是，筛孔545从基本上平面的第一或是上游表面530延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，以相对于轴线20(图1)呈锐角或平行的方式延伸。最优选的是，筛孔545沿底板510的直接在上游表面530上与预期纸浆线性流(未示出)重叠的弧或弯曲线590排列，并且被定向成使得筛孔545对预期的纸浆流(未示出)表现尽可能最锐利的下游侧边555。再次地，应当理解的是，图10所示筛孔545的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
转到图11，所示为按照本发明第七优选提取底板610，其包括具有菱形横截面的多个筛孔645和多个细长的矩形狭槽或筛孔646。筛孔645排列成圆形环，并被定向成使得菱形的主要对角线相对于轴线20径向延伸。矩形狭槽646排列在绕筛孔645的圆形环上，并且相对于轴线20径向细长。优选是，筛孔645、646从基本上平面的第一或是上游表面630延伸到相对的基本上平面的第二或是下游表面(未示出)，以相对于轴线20呈锐角或平行的方式延伸。再次地，应当理解的是，图11所示筛孔645、646的特别的形状、尺寸、结构、数量和排列是不受本发明限制的，并且筛孔其他适宜的形状、尺寸、结构、数量和排列(未示出)对本领域的技术人员是显然的。
从前面的描述可知，很显然，按照本发明的提取底板，包括优选的提取底板10(图2-5)、110(图6)、210(图7)、310(图8)、410(图9)、510(图10)、610和610(图11)，适宜于提供高密度的筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)，使得在碎浆操作期间，其上游表面30(图2-5)、130(图6)、230(图7)、330(图8)、430(图9)、530(图10)、630(图11)附近产生的液压剪切力提高。而且，显然穿过底板10(图2-5)、110(图6)、210(图7)、310(图8)、410(图9)、510(图10)和610(图11)延伸的筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)相对于轴线20(图1、2和12)是锐角，以降低穿过筛孔到接收管时被筛孔的牵引，并提高了液压剪切力。
转到图12，用金属板(未示出)制造提取底板10(图2-5)、110(图6)、210(图7)、310(图8)、410(图9)、510(图10)和610(图11)的优选方法，包括从金属板上切割一圆盘形坯料(未示出)的步骤700，和在金属板或圆盘形坯料上形成筛孔筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)的步骤702。在本发明中，步骤700和702的顺序不严格限制。
从金属板(未示出)上切割圆盘形坯料(未示出)的步骤700可用本领域普通技术人员公知的任意适宜的技术执行。优选是，步骤700包括切割环形中心开口(如图2中40)以容纳转子15(图1)。可选择地，步骤700包括任意适宜的公知的对圆盘形坯料(未示出)的表面精加工或冶金处理，以确保所需的强度、耐磨损性或是光滑性。步骤702的方式是不受本发明所限制的，并且本领域的普通技术人员是显然明白大量的选择方式。
步骤702优选是用切割气流(未示出)如能流(未示出)或是流体流(未示出)来操作的。优选的能流(未示出)包括聚焦的激光(未示出)，而其他适宜的电磁的或是包括不受限制的割炬(未示出)的热能流(未示出)都是可以使用的。优选的流体流(未示出)包括水或是其他流体的喷射流(未示出)。
可选择地，该方法包括附加的耐磨带(图2中70、71)在提取底板10(图2)；110(图6)；210(图7)；310(图8)；410(图9)；510(图10)和610(图11)的上游和下游表面上30、35(图2)；110(图6)；210(图7)；310(图8)；410(图9)；510(图10)和610(图11)固定的步骤。
用激光或是水喷射流来形成筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)使得提取底板10(图2)；110(图6)；210(图7)；310(图8)；410(图9)；510(图10)和610(图11)的制造简单化，并且节省了时间和制造成本。该方法同样也方便了筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)的非圆形横截面的切割，以及方便了相对于轴线20(图1、2、11)呈锐角的筛孔的切割，从而提高了提取底板10(图2)；110(图6)；210(图7)；310(图8)；410(图9)；510(图10)和610(图11)的性能。而且，用激光或水喷射流形成筛孔45(图2-5)、145(图6)、245(图7)、345(图8)、445(图9)、545(图10)、645(图11)和646(图11)比现有技术中用的标准方法能切割强度高、耐磨损性好的金属，从而能生产更薄的提取底板10(图2)；110(图6)；210(图7)；310(图8)；410(图9)；510(图10)和610(图11)，并且提取底板的使用寿命高于现有技术中那些标准方法的底板。