造纸机中的多复卷设备 【技术领域】
本发明涉及造纸机，尤其涉及能进行连续纸张复卷处理的设备和方法，沿纸幅行进路径在不同的位置用数个复卷站完成连续复卷，其中，当另一复卷站的纸张完成复卷成大纸筒后，有一个复卷站始终准备好开始进行复卷操作。
背景技术
在各种类型的薄页纸生产中，比如面巾纸、浴巾纸、毛巾纸等等，干燥后的薄页纸或是纸张离开薄页纸机后，开始复卷到大纸筒上并临时贮存以进行下一步处理。有时在这之后，大纸筒被解开复卷然后纸张被转变成最后的产品形式。
在造纸机的传统的干燥端部，干燥后的纸幅由卷取装置复卷到纸辊上。传统的卷取装置包括由一对主臂保持的旋转卷取轴，其抵靠卷取缸来形成一压区。连续纸幅的自由端(形式上为牵引端)被引入到压区内。纸幅通过真空带或是胶水粘附到卷取轴上，并且在纸幅引入压区时复卷到卷取轴上形成纸辊。一旦开始部分复卷，主臂就转送纸辊到一系列第二臂上完成复卷操作。在纸辊完成复卷后，连续的纸幅就被切断，纸幅的下游端部分就变成尾端复卷到完成复卷的纸辊上，而上游端部分就变成新的牵引端。
复卷地完成使得设备空闲从而又可以接受新的复卷轴。位于主臂和复卷鼓上方有一对下臂，该对下臂从复卷轴堆里重新得到一新的复卷轴，然后低的新的复卷轴被送到主臂处。主臂夹住新的卷取轴，然后保持该新的复卷轴抵靠复卷鼓形成一压区。新的牵引端被引入压区并开始新的纸辊的复卷。
纸筒更换的方法通常是由气球吹气来辅助完成的。气球吹气必然会在横跨纸幅整个宽度方向上产生松弛现象，并在某种程度上迟滞完成复卷动作。在压缩空气的帮助下，由此形成的折叠被迫进入新的卷取轴和复卷缸之间的压区内，之后纸幅被切断。在气球吹气程序中控制纸幅的能力是相对较低的，因为纸幅在纸幅的吹气部分没有受到任何支撑。这种很弱的控制就会引发出问题。
Klerelid等人的美国专利US5901918(‘918)中提到这个缺点是由于在复卷转换时缺乏对纸幅支撑的控制。由’918专利公开的设备中包括一具有网带的卷取装置，该卷取装置由跨在两个支持辊上的弹性转送带界定。弹性转送带支持并引导纸幅。当大纸筒抵靠在弹性带的一个部分上时，纸幅被转送带送到大纸筒上。当新的卷轴被较低地放入初始复卷位置而纸幅在弹性带的另一个部分上时，就断开卷筒纸。没有空气吹到纸幅上，纸幅被连续支撑。但是，支持臂被要求低于新的卷轴并进入到初始复卷的位置，并且新的卷轴必须在复卷操作过程中从初始复卷位置沿转送带送入最后复卷位置。这种形成大纸筒的移动使得压区负载的控制复杂化。
这种卷轴转换的另一缺点是，产品的停机时间是与卷轴转换的时间相联系的。大而粗的纸筒减少了卷轴转换的频率。但是，巨大的纸筒因其尺寸和重量而更难进行复卷和处理。典型地复卷操作是当纸芯被带入与支持纸幅的卷取缸相接触时开始的。在开始复卷操作期间，控制压区纸幅的线负载是相当困难的，因为巨大的纸筒有很重的纸芯轴。在纸辊复卷中这些困难是持续发生的，并且其重量是增大的，而且因为薄页纸幅很薄脆，还对压区的压力很敏感。传统的卷取装置就要求有很复杂的控制系统来控制线压力，以及，当遇到复卷巨大的纸筒时，为达到薄页纸的质量而必须满足要求。由于线压力控制失败而导致的这些困难，在制造纸制品时会有很大的损耗，通常会导致200-300米薄页纸在巨大的纸筒的开始处就不能满足商业质量要求。
因此，需要有这样的一复卷设备，其能始终支持纸幅并且能减少因复卷转换过程引起的任何延迟。还进一步需要这样的一复卷设备，该复卷设备不需要额外的产品停机时间来生产小纸筒。
【发明内容】
这些和其他的需要由根据本发明的多复卷设备来实现。本发明避免了因沿整个路径支持纸幅穿过造纸机而不稳定的问题。大纸筒生产时的延迟时间也通过在多复卷设备间的交替复卷而降低了，因此任意一个设备都可将纸幅复卷到大纸筒上，而同时其他的就换下完成复卷的大纸筒，空出一新的空的复卷轴。因为复卷转换减少了停机时间，所以允许生产易于复卷和处理的小纸筒。
一种造纸机，包括具有用来形成湿纸幅的成形装置的湿部，用来干燥湿纸幅的干燥部，和多复卷设备，用来将干燥后的纸幅复卷到纸辊上并完成复卷。该多复卷设备包括纸幅支撑件，用来沿行进路径支持所述行进中的纸幅，该行进路径从第一垂直面延伸到第二垂直面上，其中两个面是垂直隔开的。第一和第二复卷站分别位于第一和第二垂直面。每个复卷站具有一复卷装置，该复卷装置可进行支持和旋转驱动纸芯的操作，来将纸幅卷绕到纸芯上形成纸卷。该复卷装置还能在纸幅支撑件上移动纸芯、使纸芯与纸幅接合，从而启动将纸幅卷绕到纸芯上的操作。并且当纸芯完成复卷后，该复卷装置将纸芯从纸幅支撑件上移开，因此纸幅能开始在另一复卷站的复卷装置上进行纸芯复卷的操作。在这种方式中，纸幅连续在一个复卷站和另一复卷站间交替复卷。这就在复卷转换期间省略掉停机时间而提高了造纸效率。
在另一实施例中，连续纸幅在先于复卷前就被分成两个部分宽度的纸幅部分。每个复卷站包括两个在纸幅的宽度方向上分开的复卷装置，从而同时复卷两个纸幅部分。纸幅连续在第一复卷站然后在第二复卷站的两个复卷装置间交替进行复卷。部分宽度的纸幅部分优先复卷到每个复卷站的分开的纸芯和卷轴上，形成小纸筒，小纸筒在随后的下游处理中很容易操作。这些小纸筒通常纸芯和卷轴都很轻，并且甚至可以用复合基底的无轴纸芯，减低重量并且增大复卷速度。
在另一实施例中，部分宽度的纸幅部分可同时在第一和第二复卷站进行复卷操作形成小纸筒。每个复卷站包括垂直堆叠的第一和第二复卷装置，每个纸幅部分在每个复卷站的第一然后是第二复卷装置交替进行连续复卷。
优选进行新的纸辊复卷是通过一裁切装置来切断纸幅后开始的，当纸辊在一个复卷站完成复卷后，另一复卷站就开始将纸幅复卷到其纸芯上。该裁切装置可与粘合剂施加器结合使用，该粘合剂施加器位于纸幅行进路径及复卷站的上游的相邻位置处。一信号给出后触发粘合剂施加器将粘合剂施加到纸幅上，而裁切装置就切断纸幅，这样就在施加了粘合剂的下游处裁切。
纸幅支撑件在某些实施例中包括一环状毛毯织物，该毛毯织物通过多个纸辊沿着行进路径被导引，该毛毯织物绕多个纸辊成环状。该毛毯织物可以是穿透空气干燥织物，其上的纸幅在干燥部干燥，或者，可以是分开的毛毯织物，并从干燥部接收纸幅。可选择的是，该纸幅支撑件可包括一个或多个案板(foil)来支持纸幅。
多复卷设备有几个优点。对复卷转换来说省掉停机时间能允许连续纸幅的生产，并且用小纸筒代替巨大的纸筒的成本和效率也更好。小的、相对轻的纸筒减少了复卷问题和与重的巨大的纸筒相关的下游处理中的问题。在小纸辊中用的轻卷轴也很容易为复卷装置所控制，而保持了适当的纸幅张力和压区负载，并能生产高质量的薄页纸。另外，多复卷设备不需要低臂或是其他机构来移动新的卷轴，来使该卷轴从最初的复卷位置进到被先经复卷的纸辊所占据的最后的复卷位置。这也使得控制压区负载的操作变得更为简单。
【附图说明】
现参照附图(不必按原比例尺寸制图)以基本术语描述本发明，其中：
图1是按照本发明的含多复卷设备的造纸机的示意图；
图2是如图1所示的多复卷设备在第一复卷站替换纸芯的示意图；
图3是如图1所示的多复卷设备在第一复卷站用来卸下完成复卷的大纸筒的示意图；
图4是如图1所示的多复卷设备在第二复卷站完成复卷大纸筒期间，在第一复卷站开始复卷新的纸芯的示意图；
图5是如图1所示的多复卷设备在第二复卷站替换纸芯的示意图；
图6是多复卷设备在第二复卷站进行复卷和在第一复卷站进行复卷之间转换的示意图；
图7是如图6所示的多复卷设备，当第一复卷站复卷大纸筒期间，在第二复卷站换上新的纸芯的示意图；
图8是如图6所示的多复卷设备，在第二复卷站进行复卷和在第一复卷站进行复卷之间转换的示意图；
图9是向后倾斜的多复卷设备示意图；
图10是具有三个复卷站的多复卷设备示意图；
图11是多复卷设备示意图，其中纸幅行进方向相对于图1-10已经相对的方向；
图12是已经改进的包括扬克式烘缸(Yankee dryer)的纸幅干燥部的示意图；
图13是包括一对堆叠的穿透空气干燥缸TADs的纸幅干燥部示意图；
图14是缩短设计的纸幅干燥部示意图；
图15是扁平设计的纸幅干燥部示意图；
图16是结合一对穿透空气干燥缸TADs和扬克式烘缸的纸幅干燥部示意图；
图17是扬克式烘缸预先干燥和最终穿透空气干燥缸TAD的纸幅干燥部示意图；
图18是包括传统的扬克式烘缸和支持纸幅的多个案板的纸幅干燥部示意图；
图19是包括带有干燥端网的扬克式烘缸的纸幅干燥部示意图，该干燥端网用于纸幅从扬克式烘缸携带到多复卷设备的；
图20A是多复卷设备的示意图，其中每个复卷站具有一对相邻的复卷装置来复卷小纸筒；
图20B是图20A的多复卷设备的正视图；
图21A是多复卷设备的示意图，其中每个复卷站具有一对垂直堆叠的复卷装置来复卷小纸筒；和
图21B是图21A的多复卷设备的正视图。
【具体实施方式】
下文将参照附图更完整地描述本发明，其中所示为本发明优选实施例。但是本发明可以多种不同形式实施，而不仅限于这里所示的实施例；而且，这些实施例可更彻底和完全地披露本发明，以便本领域技术人员了解本发明的整体范围。贯穿始终相同的数字指相同的元件。
为造纸机的组成部分的多复卷设备101的第一实施例如图1所示，造纸机包括成形部132和干燥部102。图2至8为在不同操作阶段期间多复卷设备101的两个实施例的情形。成形部132包括内成形网112、外成形网125、流浆箱103和成形辊115。当内网112和外网125越过成形辊115时，流浆箱103将造纸纤维水悬浮液沉积到内网112和外网125之间。在纤维从成形辊115离开之后，外成形网125从内成形网分开。然后纸幅108由内成形网112的下侧携带。
内成形网112还包括携带纸幅108穿过干燥部102的干燥网。更具体而言，纸幅108由成形和干燥网112携带穿过一对穿透空气干燥部分104(TADs)。每个穿透空气干燥部分TADs 104包括干燥缸118，该干燥缸118部分被防护罩119环绕，该防护罩119连接到鼓风机(未示出)上。携带纸幅108的网112绕在该对干燥缸118上被导引并由其支撑。干燥缸118具有空气穿透外表面，并如图中箭头120所示，允许空气流通穿过纸幅108、网112并穿过干燥缸的穿透外表面。施加到纸幅108上的空气压力确保纸幅对抗离心力抵靠在网112上。两个穿透空气干燥部分TADs104的选择并不意味着受到限制，单个穿透空气干燥部分TAD，或是多个穿透空气干燥部分TADs，或者其他干燥装置都可用来干燥纸幅108。
在现在所述的实施例中，网112通过多复卷设备101也支持纸幅108。这样，在该穿透空气干燥部分TAD的下游配备有网112的回路部分，向上通过在第一高度处具有第一复卷装置110的第一复卷站，然后通过在第二较高的高度处具有第二复卷装置110′的第二复卷站。纸幅108然后从网112被转送到复卷装置110或是110′上，然后纸幅即时被卷绕到纸芯109上。下面详细描述多复卷设备101。
本发明的更多的优点在详细描述多复卷设备101后就会凸显。多复卷设备包括第一复卷装置110和第二复卷装置110′，它们沿成形和干燥网112的回路部分以不同的垂直线水平设置，并能够使得纸幅108连续卷绕，这是因为该对复卷装置中的一个始终与纸幅支撑组件接合。该对复卷装置110和110′在复卷和更换纸芯之间交替，如图2至图5所示，以防止卷绕过程中断。
每个复卷装置110、110′包括一对滑架122，每个滑架122沿一个或是多个滑架轨道123滑向或是滑离网112，并设置成将纸芯109中的一个支承在最接近一对纸辊支持轨道123的位置。第二复卷装置110′的那对轨道123安装在比第一复卷装置110的轨道更高的位置。垂直高度的不同使得第一复卷装置110的滑架122比第二复卷装置110′的滑架122位于沿网112的更上游。每个滑架122由液压传动器(未示出)驱动沿轨道133滑向或是滑离网112。两个导引辊126和127托住网112的网带128，该网带128在第一和第二复卷装置的上方和下方运行。
纸幅108由网112支持，在两个支撑辊126和127之间的网带128上传送，并卷绕到由一个复卷装置旋转支撑的辊111上。纸芯109可通过滑架122滑向或是滑离网112。如该大卷筒111所示的设计，纸芯109可连续从网前移开，以补偿该辊不断增大的直径。滑架122的移动也能被控制，以便控制纸卷辊和网112之间的压区负载。在美国专利US5901918中描述了用于控制该方式出现的压区负载的一个适宜的方法，在这里被引作参考。
可以通过在第一和第二复卷装置110和110′之间交替卷绕操作来完成连续复卷。图2和图3所示为已经具有成卷大卷筒111的第二复卷装置110′和该复卷装置准备转换的状态。转换过程由尾刀106辅助完成，该尾刀包括两个喷嘴，一个喷射水注，另一个喷射胶注，都横跨行进中的纸幅108的横截面。一旦大卷筒111快完成卷绕时，控制器发出信号给尾刀106，以水注切断横跨纸幅108行进方向的横截面。同时，或者是稍后，胶水喷嘴从纸幅108的切断的边缘稍微上游的地方喷射胶注。有利的情况是，水和胶水喷嘴安装在横越沿纸幅108的宽度方向的横跨机器方向上，优选是能安装在相同的方向机(未示出)上。
在胶水线施加到纸幅108上之前或是胶水线到达第一复卷装置上之前，第一复卷装置110将一新的纸芯109送去与网112上的纸幅108相接触。在相同的常规时间里，第二复卷装置110′将快完成卷绕的大卷筒111从网112移开。在纸幅108持续往前送时，切断的纸幅的下游部分就变成当前主辊111的尾端。这个下游端部分就被第二复卷装置110′连续卷绕到那个大卷筒上完成卷绕。而切断的含有胶水线的纸幅的上游端部分，沿成形网112前行，直到遇到当前被第一复卷装置110支持的纸芯109的外表面。该胶水线就使得纸幅的上游部分粘附到第二复卷装置110′的纸芯109上，从而开始新的大卷筒111′的卷绕，如图4所示。
在第二复卷装置110′上完成的大卷筒111就优先通过滑架122沿导引轨道123卷绕到拾取位置，保持该辊的移动和定位都在控制之下。另可选择的是，卷筒111可取消滑架而沿导引轨道123滚动。完成卷绕的大卷筒111可以任意适宜的方式(如，通过移动小车)从轨道123上取下再做其他分配。
如图5所示，形式已经是与其本身相反的情况了，即，一个新的纸芯109在第二复卷装置110′上被向前移动到与成形网112相接触的位置。新的纸芯109被卸载到第二复卷装置110′的滑架122上，并朝向成形网112。同时，第一复卷装置110持续用第一复卷装置110将纸芯109卷绕成大卷筒111。一旦大卷筒111在第一复卷装置110上接近复卷完成时，尾刀106就触发启动(如图8所示另一实施例中)。纸幅108就被尾刀106切断和涂胶，其下游部分就在第一复卷装置110上变成大卷筒111的尾端，而其上游部分(具有胶水线)就在第二复卷装置110′的支持下粘附到纸芯109上。在第二复卷装置110′开始卷绕之前，第一复卷装置110就已经执行其取下来的操作了。在这种方式中，多复卷设备101就能不受限制地持续进行卷绕操作而不会中断。当取出卷绕好的纸辊换上新的纸芯时就不会误时。而且，纸幅在整个卷绕期间，都支持在成形网112上。
注意到，在用尾刀106之外，可用别的方式开始新的大卷筒111的卷绕。在一个实施例中，纸幅108是通过将整个复卷辊从成形网112上取下而迅速地产生张力施加到纸幅上。在纸幅被取下的程序之后，纸幅由一个或多个空气流吹回到新的纸芯上。然后纸幅在纸芯内由真空抽吸箱捕获。在另一实施例中，胶水可以被直接施加到新纸芯上，来与纸幅接触开始新的卷绕，并同时撕开纸幅使得旧的大卷筒完成复卷。
多复卷设备101的其他实施例的范围也是可能的。在多复卷设备101的发明中固有的适应性是很重要的，因为，在很多情况下，其可以被改进到现有的造纸机中。造纸机通常是应用户所需的纸张类型和纸张质量而配备的。另外，每个用户都是在特定的空间和费用限制的情况下操作造纸机的，这就会部分地限定造纸机的布置(如造纸机的任意部分安装在主板200的上方或是下方)。现有的造纸机在不同的排列下可以有任意个干燥组，并且仍能从多复卷101设备连续执行复卷操作中得益。下面的可选择实施例仅是意在强调本发明的灵活性而非以任何形式对其进行限制。
图6至8显示了多复卷设备101的另一实施例，其中网112从导引辊127的顶部水平向外延伸。图6显示了大卷筒111在第二复卷装置110′已经完成复卷。图7显示取下卷好的大卷筒111以及在第二复卷装置110′更新纸芯109，同时连续在第一复卷装置110上进行新的大卷筒111′的复卷。图8显示了纸芯109和网112在第二复卷装置110′处接合，同时大卷筒111在第一复卷装置110上完成复卷。
图9显示多复卷设备101的实施例，其中网带128正向后倾斜。在这个实施例中，第一和第二复卷装置110和110′是几乎垂直排列的。这就节省了多复卷设备101所需的水平空间。值得注意的是，网带128也可以垂直排列或者是稍微向前倾斜和仍然几乎是垂直排列的。
图10显示的是多复卷设备101还具有附加的第三复卷装置110′的实施例。第一复卷装置110、第二复卷装置110′和第三复卷装置110″在不同的垂直面上都是垂直排列的。一个优点是，这就使得复卷装置具有更长的循环时间，能有更多的时间来取下和移开大卷筒111并且换上新的纸芯109。另一优点是，可以在复卷装置110、110′和110″中的任何一个上进行维护操作的同时，其他的复卷装置可继续进行正常的操作。
图11示意性显示另一实施例，其中网112和纸幅108的行进方向已经是彼此相反的方向。在这个实施例中，上面的或者说是第二复卷装置110′是在下面的或者说是第一复卷装置110的上游处。图12显示的是另一实施例，其中预先放置的干燥部102已经经过改进，通过一扬克式干燥缸129来代替穿透空气干燥。仍有要提醒注意的是，这个实施例中包括一单独的内成形网130，纸幅108通过该成形网130转送到干燥网112上。
图13示意性显示了另一实施例，其中，穿透空气干燥部分TADs104是堆叠放置的，而非相邻排列放置，这就降低了干燥部102占用的台面面积。上面的穿透空气干燥部分TAD104是由箭头120所示向外吹气的装置。纸幅108是在网112的内侧抵靠干燥缸118上通过上面的穿透空气干燥部分TAD104。而下面的穿透空气干燥部分TAD104是向内吹气的装置，且网112是在纸幅和干燥缸118之间的。
图14显示的是类似于图9所示的对多复卷设备101用了向后倾斜的网带128来缩短配置空间的实施例，但是这里向后倾斜的角度很陡峭，基本上使得多复卷设备101的一部分直接位于干燥部102的上方。在这个实施例中，多复卷设备101位于主板200的上方并由其支撑。穿透空气干燥部分TADs104位于主板200的下方放置。
图15所示的是用了两个向外吹气的穿透空气干燥部分TADs104的实施例，它们的上方是护罩119，下面是干燥缸118。这个实施例的优点是节省了主板200下方所需的空间。成形部132、穿透空气干燥部TADs104和多复卷设备101都位于主板上方并由其支撑。
图16所示的是将穿透空气干燥部分TADs104位于主板200下方而扬克式干燥缸位于主板200上方的组合设置。在从扬克式干燥缸129上干燥之后，纸幅108由支持网112′接收并携带纸幅通过位于主板200下方的多复卷设备101。
图17所示的是有两个穿透空气干燥部分TADs104位于主板下方和进行预干燥操作在主板上方的扬克式干燥缸129的示意图。最后的干燥是由附加的穿透空气干燥部分TAD104执行的，其干燥网112携带纸幅通过多复卷设备101。第二复卷装置110′也位于主板200的上方，同时第一复卷装置110位于主板200的下方。
图18所示的是另一实施例，其中纸幅10是通过多个案板131支持通过复卷设备101的。图19所示的是类似于图16所示的实施例，但是这里只有扬克式烘缸来干燥纸幅。
在另一实施例中，薄纸幅108，在很多情况下是大约5到6米宽，在被复卷之前就从中间被裁切，来产生两个小纸筒111A和111B，它们的宽度基本是原始纸幅宽度的一半。两个单独的、部分宽度的纸幅108A和108B是同时卷绕到单独的纸芯109A和109B上的，各自形成小纸筒111A和111B。在一个实施例中，如图20A和20B所示，第一复卷站包括位于不同的垂直面上的一对小纸筒复卷装置210，并占据横跨机器方向的空间。第二复卷站包括另一对小纸筒复卷装置210′，其设置类似于第一复卷站的配置。这种相邻设置允许分开的纸幅部分108A和108B同时在相同的复卷站进行复卷。通过在每对小纸筒复卷装置210和210′之间的交替来完成连续复卷操作。
在另一裁开纸幅的实施例中，如图21A和21B所示，第一复卷站包括两个交替操作的复卷装置210来进行被裁开的部分宽度的纸幅部分的复卷操作，而第二复卷站包括两个交替操作的复卷装置210′来进行被裁开的部分宽度的另一纸幅部分的复卷操作。这样的堆叠配置就能在不同的复卷站同时对裁开的纸幅108A和108B进行复卷操作。通过在每对复卷装置210、210′的小纸筒复卷装置之间的交替复卷完成连续复卷操作。通常，小纸筒在下游操作中比起重且巨大的纸筒来说很容易处理的。对小纸筒而言压区负载很容易处理，对生产高质量薄页纸贡献很大。并且小纸筒还可用复合基底的无轴纸芯，如2000年6月28日申请的美国专利申请US60/214,504中所描述的那样。
需要注意的是，本发明如上面列举的实施例设计的配置成反转或者说镜像的配置，也是可以的。尽管本发明优选是用于生产薄页纸，但是也可用来生产其他等级的纸张。
在前面所给的描述和附图中，很多改进和本发明的其他实施例，都能给本领域的技术人员以有益的启示。因此，应该理解到本发明并不限于所给出的具体实施例，很多改进和其他实施例都落入附后的权利要求书的范围内。尽管这里用了专有术语，但是它们仅仅是用来进行普通描述的而非以限制为目的。