用以形成液体扇形射流的装置 【技术领域】
本发明涉及一种用以形成液体扇形射流的装置；更具体说它涉及在这类领域形成一扇形射流的装置，即由流体悬浮液的颗粒，特别是从水中纤维悬浮液，以片或板的形式混合，层叠，涂敷和制造材料。
本发明特别适用于从纤维悬浮液造纸的造纸业；在涂敷和层叠纸和纸板的领域，它也有多种应用。
尽管在下面地说明中，具体地将本发明描述为应用于纸的生产，但在带或不带热交换器的混合，在化学，农业食品和医药工业或在水处理，和在用聚酯或熔融金属制造薄膜或在生产石棉材料等领域均可应用。
现有技术
在生产纸和纸版时，将纤维悬浮液转换成一个从料箱喷出的纸浆射流。
众所周知，料箱必须保证在出口喷嘴产生均匀和一致的射流，同时减小因纸浆输入分配器造成的速度，压力和浓度的不规则性。不论纸浆输入装置如何，料箱必须确保以下的主要特性：
-射流厚度的均匀性；
-在出口喷嘴处恒定的速度；
-纤维浓度的均匀性；
-和如果可能，控制絮凝现象。
这些特性在空间，特别在横向上和在时间上(也就是说，在射流的运行方向上)必须是稳定的，这样纸版的gsm物质仍然保持一致和均匀。
如果唇部开口是不变的，纸版的gsm物质的任何局部变化都是由于局部的速度变化，或由于因絮凝作用造成的浓度变化，或同时由于两者。
当射流内的速度变化时，就在材料数量上产生变化，这可在时间上和在成品纸版上造成约1到5％的变化。
在横向上速度的变化在原理上是非扰动的。如果出口喷嘴的表面状态良好，它们可能是随机的，否则它们可能是固定的。所以人们已经试图使出口喷嘴的压力均匀，以获得速度范围的均匀分布。然而，在约为或大于三米的喷嘴宽度上很难实现这种调整。
众所周知，纤维浓度的变化与絮凝作用相关，其程度主要取决于在料箱内产生的流体湍流。该湍流使团絮分散。这样，小尺寸的涡流，即尺寸小于团絮尺寸的这些涡流，就将团絮分散成单独的纤维，同时大涡流就在其运动中夹带这些团絮。所以，它是这两类涡流相互之间的相互作用，并且它可能造成再絮凝现象。
设计用于高浓度形成物的料箱在低浓度(sic)也必须是能胜任的。事实上，使集中的系统分散并在自由射流中保持分散的这种能力必须可以良好地产生具有现时所用浓度的均匀流束。
为获得这一结果，通常利用传统湍流的产生原理，具有或多或少的差异以便分散团絮。然而，传统湍流不足以完全分散团絮。而且，在料箱的设计中，未将出口喷嘴中的流体动力边界层考虑在内，而该边界层特别与射流内速度的分布有关。
本发明克服了这些缺陷。
本发明的目的是提供一种上述类型的装置，可以产生特殊的湍流，在该湍流中，在装置内流束的整个长度上根据离散定律校正涡流的大小。
更具体说本发明的目的在于一种能产生涡流的料箱，该涡流可以保证在更好的条件下分散团絮，特别是由于用英语词汇“swirling”所称的转动伸长效应。
本发明概述
这种类型的用于形成一液体扇形流束的装置包括：
-供给液体的装置；
-用以分配输送量并用以控制所供液体的湍流的装置；
-用于所形成扇形射流的出口装置，
其特征在于用以分配输送量并用以控制所供液体的湍流的装置包括：
-用于液体流束的第一固定弧形通道；
-第二弧形流束通道，带有一平行于第一通道的轴线的轴线；
-和用于形成校正涡流的装置，带有一平行于弧形通道的轴线的轴线，以便造成速度和压力的谐波的横向分布并控制涡流的大小和强度。
该装置特别适用于处理造纸工业中的纤维悬浮液。
在一最佳实施例中，在一造纸机械的料箱中本发明涉及将纤维悬浮液引入两个具有平行轴线的，尤其相互同轴的，连续弧形通道，以形成校正涡流，其轴线平行于流束并因此平行于通道，以便造成速度和压力的谐波横向分布，从而形成一速度均匀和絮凝现象减弱的射流。
最好，在实际中：
-用以形成校正涡流的装置包括至少一个旋转圆柱体，带有一平行于两弧形通道的轴线的轴线；
-两个弧形通道串联设置，以产生一系列的湍流的大小和强度，适于逐步地分散纤维悬浮液。
第一外部固定流束通道产生大尺寸的校正涡流，用以分散最大的团絮。
具有平行于第一通道的轴线并与旋转圆柱体相接的第二内部通道产生小尺寸的校正涡流，以分散最小的纤维团絮。
旋转圆柱体以与悬浮液流束的方向相同的方向转动，并且如果要使压力损失最小，旋转圆柱体的圆周速度比流速的圆周速度高约三到四倍。
旋转圆柱体有一非均匀的表面状态，例如，其中母线最好为规则的，断裂的或波状的线。
最好，圆柱体的母线符合径向正弦波槽的形状，其波长约为纤维平均长度的两到十倍(最好三到五倍)。
尽管该装置一般包括单独一个旋转圆柱体，它也可包括两个带有平行轴线的这种圆柱体。
在另一实施例中，该装置包括设置在旋转圆柱体和出口射流之间的偏转件，以便在弧形通道的供给源和出口之间分离流束。
在另一实施例中，该装置带有用以引入水，溶液，或悬浮液的装置，它沿至少一个弧形通道的母线设置，以调节在射流区纸浆的浓度和成分。
在一个可选择的形式中，将不同于主悬浮液的成分(助留剂，细颗粒)引入该装置，以便在射流中有效地混合各种悬浮液。
在另一最佳实施例中，设置至少两个根据本发明的料箱，如果需要带有一个或多个传统的料箱(多射流纸和纸版)。
这样，根据本发明的新型料箱的目的是产生一特殊的湍流，在其中可校正涡流的大小。这些涡流的大小在流束的整个长度上离散地或连续地变化。这样，在料箱的入口，在第一弧形通道内产生第一个大尺寸Dean涡流，以便将大团絮分散成小团絮。在与第一通道同轴的第二弧形通道，这些团絮由越变越小的Taylor涡流再次减小，直到完全分散。
在带有两个平行的旋转圆柱体的形式中，这些Taylor涡流的尺寸甚至进一步减小，以分散最小的团絮。
由于涡流的密度和尺寸在这些通道的整个长度上得到控制，因此作为湍流对絮凝的作用的结果，完全改变了凝絮/湍流的相互作用。所以，不论纤维的类型如何，即使在高浓度下(百分之四和更高)，该装置仍可获得高度均匀的悬浮液。
而且，在自由射流中产生的涡流的寿命大大高于目前所用的传统湍流的寿命。
这一系数在自由射流中很重要，这是因为由于湍流不再产生，团絮是否重新出现很大程度上取决于它。
参照附图，从下面的实施例中可更清楚地了解本发明的实施和由此产生的优点。
附图的简单描述
图1示出了根据本发明的装置用于造纸的料箱中。
图2是一图1的可选择的实施例，具有循环或稀释效果。
图3是本发明的另一实施例，其中设置了三个装置。
图4示意性地示出了本发明用于纸的层叠。
本发明的实施例
根据本发明的由参考号1表示的料箱包括一封闭壳2，在其底部连接于一个传统上用来制造纸或纸板的纤维悬浮液供给管3。
平行六面体形状，例如方形断面，的封闭壳2具有一个出口4，从该出口射出扇形射流J。出口4最好以已知的方式由一个下固定唇部5和一个相对于下唇部5可调的上唇部6形成，以便调节出口的尺寸。
根据本发明的第一特征，供给管3以这样一种方式与形成在直立垂直壁11和弧面部分12之间的第一空间10连通，即液体流体F的流束的厚度逐渐减小。
根据本发明的第二特征，液体流束F射入一个由参考号15表示的第一固定弧形流道，该流道15由位于弧面部分12延伸处的两个外，内弧形同轴板16，17形成。在该通道15中，产生大尺寸的Dean涡流，该涡流将大团絮分散成小团絮。弧形区16绕封闭壳2延伸一周，并且在平行于壁11的壁18的高度，弧形区16在19处焊接于上唇部6的入口20。
根据本发明的另一个特征，该装置还包括一个由参考号25表示的第二通道，它以这样一种方式由弧形板17形成，即纤维悬浮液F2受越变越小的Taylor涡流作用，直到完全分散团絮。
根据本发明的另一主要特征，该装置还包括一个由电机27通过皮带28驱动绕轴线29旋转的圆柱体26，轴线29平行于通道15和25的轴线。
已处理的悬浮液F3进入出口通道4，以形成所需的扇形射流J。
这样，涡流的密度，强度和大小在流束F1，F2，F3的整个长度上受到控制，这样产生湍流对絮凝的作用，而非絮凝/湍流的相互作用。
根据本发明的另一特征，与弧形板17一起形成剪切用有限空间的旋转圆柱体26具有一并非直线而是谐波变化的母线。
该母线可呈各种形状，例如锯齿形，锯齿状，呈一个圆最好是正弦波的弧线的形式。如上所述，这些形状，例如正弦波，的波长约为待处理悬浮液的纤维的平均长度的三到五倍。
在未示出但很有用的另一形式中，通道15和25的厚度沿流束的方向递减。
在图2所示的改进实施例中，出口4与一个设置在出口4略微下游的平行的循环或稀释出口30相连，以便有可能增加装置中的输送量并因此增加涡流密度，同时提高旋转圆柱体26的速度，而不改变料箱的出口4。
当想要稀释时注水点在立体空间上与旋转圆柱体26的母线的波动重合。
在实际中，圆柱体26的旋转速度可以沿一个方向或另一个方向在流束F的输入速度的一倍到十倍的范围内变化。
在图3所示的实施例中，该装置包括从根据本发明的三个料箱43，44，45中喷出的三个射流40-42，其中混入了含有不同长度和/或不同密度的纤维的悬浮液。参考号46，47表示一块布，参考号48，49表示造纸机的两个旋转筒。
参考号60，61，62表示纸浆供给件，参考号63，64，65(sic)表示稀释件。
当在中心供给装置中使用高浓度的粗纤维悬浮液时，可以生产由不同类型或种类的纤维构成的多层结构的这种方案特别有利。
图4示意性地示出了用于层叠纸的实施例。
在这种情况下，该装置包括一个涂敷头，它将层叠纸浆55的定量扇形射流排放到一个圆筒56上，该圆筒即可实现支撑纸57的功能，也可实现输送辊的功能。
涂敷纸浆E在50处供给，以便将之限制在形成于与26类似的旋转圆柱体53和与53同轴的外板54之间的第一弧形通道52内。弧形通道52具有一不变的横断面，例如矩形。
该通道在55处与一个相对于涂敷辊56限定的空间连通，辊56沿箭头R所示的方向转动。刮刀51可以控制并限制纸浆在通道52内重复循环。
在实际中，圆柱体56的切向速度约为通道52内排放速度的三倍。
根据本发明的装置具有大量的优点，尤其是相对于目前所知的高，普通或低浓度的料箱而言。将之叙述如下：
-在射流内速度分布均匀，不论该装置如何保证纸浆输入料箱，基于不存在边界层并且在横断面内相对压力的谐波分布，该谐波变化的密度和波长均可被完善的控制。
-借助于校正的湍流，即使在高浓度下，仍可获得均匀的悬浮液，该湍流的涡流的大小在料箱内纸浆流束的整个长度上可被调节。
-由于可完善地控制涡流旋涡的密度，在自由射流内可延长湍流的寿命。
所以该装置可成功地用于造纸业，也可用于纸的层叠。