管束结构和流管的制造方法 【技术领域】
本发明涉及包含设置有多个纸原料(纸料)在其内流动的流管的造纸机头箱的管束结构及一种制造所述流管的方法。
背景技术
在造纸机头箱的管束中排布有大量纸原料(纸料)流过其内的流管，用于稳定流经那里的纸料，并将纸料引导到设置在管的下游部分的喷嘴处。在管束出口处纸料的稳定流动是很重要的，随着该机器变得日益快速，有多种技术被实施用来提高管束中的稳定效果，以抑制管束出口处纸料的紊流。
在公开号为6-506274的日本专利中公开了一种改进地技术，其管束的正视图如图7所示。
在这一发明中，在造纸机头箱的管束中排布有多个流管2，其形成方式使每个流管的圆形横截面的入口侧部分与较大直径的圆形管部分连接，该较大直径圆形管部分有比所述入口侧部分大的直径，并且较大直径的圆形管部分通过在出口开口端将横截面结构平滑地转换为矩形截面、并同时保持恒定圆周长度的部分而继续行进。
在公开号为56-148990的日本专利申请中，多个流管的排布方式使所述出口开口端在交错布局中对齐，每个流管的形成方式使出口侧的横截面为圆形结构，且在横截面面积增加的同时，该截面结构在出口开口端平滑地变为矩形结构。
但是，在所述现有技术中存在如下问题：
在公开号为6-506274的日本专利中，流管2的形成方式使每个流管的圆形横截面的入口侧部分与较大直径的圆形管部分连接，该较大直径圆形管部分有比所述入口侧部分大的直径，并且较大直径的圆形管部分通过在出口开口端将横截面结构平滑地转换为矩形截面、并同时保持恒定圆周长度的部分，继续行进。多个流管的排布方式使矩形出口开口端在垂直方向对齐，因此在垂直方向上相邻的矩形出口开口端之间的中心距离由所述较大直径圆形管部分的外径限定。因此，在相邻开口出口端之间形成宽度较大的边缘S，该宽度对应于一个长度(所述较大直径管部分的直径减去出口开口端矩形的短边的宽度，再加上流管2的壁厚的2倍)。
如上所述在现有技术中，当在流管的矩形开口端部分上形成边缘S时，在紧挨着矩形出口端部分的下游产生了大量的紊流。为了阻止紊流的发展，设置了一个流座，用于稳定紧接着每个矩形出口端的下游的纸料流，由于在进行维护保养时需要拆除流座，所以这会导致复杂的结构和不良的可维护性。
在公开号为56-148990的日本专利申请中，每个流管的形成方式使其直径从进口开口端向出口开口端增加，并且在将多个流管对齐的同时，将每个进口开口端的进口端部焊接到一板上，因此增加了流管束的制造成本。另外，为了补充由于缺少台阶形部分而造成的分散效果的减小，流管的长度很长，这会在纸料流出流管后导致凝聚条的产生。为了防止凝聚条的产生，将多个所述流管的矩形出口开口在交错布局中对齐。因此，不同形状和横截面积的流管定位在管布局的宽度方向的两端。结果，流道在中心部分中的分散和流速与在两个端部中的不同。
【发明内容】
本发明针对现有技术中的问题而做出，其目的是提供一种管束结构及其流管的制造方法，在该结构中，通过简单、便宜的方法改善了纸料流在管束中的稳定性，防止了纸料流的紊乱和不均匀凝聚，从而使造纸机的速度加快。
为了解决这些问题，如权利要求1所述，本发明给出了具有多个流管的造纸机头箱的管束结构，该多个流管用于使排布在管束中的纸的原料(纸料)流动，其中，每个所述流管包括在上游侧的圆形横截面结构的限定纸料的入口开口的较小直径管部分，以及较大直径流管部分，该较大直径流管部分包括直径比所述较小直径部分大、且与所述较小直径管部分连接的较大直径管部分和接续锥形管部分，该接续锥形管部分的截面结构朝向下游从圆形结构平滑地变为矩形结构，以使横截面面积平滑地加大，从而与限定纸料出口开口的矩形管部分相连。
适宜的，每个所述流管的形成方式使得较大直径流管形成得使锥形管的上游侧端部具有直径与所述较大直径管部分相同的圆形横截面，锥形管的下游具有与所述矩形管部分相同的矩形横截面，并且所述矩形管部分的短边，即矩形管部分的宽度(B1)大于所述较大直径管部分的外径(D1)。
每个所述较大直径流管部分都是由单个无缝管成形。
另外，适宜的，多个所述流管在所述管束中的排布使出口开口端像在细胞阵列(array of cells)中一样排列，从而在垂直方向上相邻的开口端之间不形成间隙。
另外，适宜的，多个所述流管在所述管束中的排布使出口开口端像在细胞阵列中一样排列，从而在水平方向上相邻的开口端之间不形成间隙。例如，多个所述流管在所述管束中的排布使出口开口端像在细胞阵列中一样排列，因而在水平方向上相邻的开口端之间不形成间隙，在垂直方向将榫眼板定位在相邻出口开口端之间的每个间隙中，并可将流座固定到每个榫眼板上，以使其从该处向下游延伸。
适宜的，每个所述流管的出口开口端不需要流座作为媒介，直接朝向限定喷嘴部分的下游通道开口。
制造用于使纸原料(纸料)流动的流管的方法，多个所述流管排布在造纸机头箱的管束内，每个具有在上游侧横截面为圆形的较小直径管部分和从该处向下游延伸的较大直径流管部分的所述流管包括较大直径管部分、锥形管部分和矩形管部分，其中，通过将单个的管制成连续具有与较大直径管部分对应的较大直径部分、扩大锥形部分和扩大直径部分的半加工管，然后在径向冲压所述扩大锥形部分和所述扩大直径部分，以将扩大锥形部分制成横截面结构平滑地从圆形结构变为矩形结构的锥形管部分，并且将扩大直径部分制成矩形管部分，从而使所述较大直径流管部分成形。
适宜的，在这种情况下，通过将直径与较大直径管部分对应的单个圆管扩大，来连续得到所述圆形管直径部分、扩大锥形部分和扩大直径部分，或通过旋转型锻直径与扩大直径部分对应的单个圆管，来连续得到扩大直径部分、锥形部分和与较大直径管部分对应的较大直径部分，从而制成所述半加工管。
根据本发明，当将纸料流引流到较小直径管部分时，纸料流的流动方向变化90°，在纸料流在较小直径管部分中流动的过程中，其流速分布变得关于流管的中心线对称。当纸料流流过较小直径管部分与较大直径管部分的连接部处的台阶部分时，纸料流被扰动，在此处通过扰动提高了纤维的分散度。另外，流过较大直径管部分和形成有流动通道的锥形管部分时，纸料流被稳定，所以不会发生流动分离(flow separation)。
另外，通过将所述较大直径管部分、锥形管部分和矩形管部分的总长度(L1+L2+L3)关于较大直径管的内径D2限定在3.5D2～7D2，使从每个单独管流出的纸料流被充分稳定，同时保留有适当的紊流度，而且在下游的纸料流中不会产生不均匀的凝聚。因此，有可能排布流管使出口开口端像在细胞阵列中一样排列，同时在垂直和水平方向上每个流管之间没有间隙。
另外，由于流管的排布使每个矩形管部分的出口端在垂直和水平方向上像在细胞阵列中一样排列，同时如上所述，每个流管之间没有间隙，所以每个开口端之间的边缘部分的最小宽度仅为管壁厚的两倍。因此，与其中相邻矩形管部分的出口开口之间有间隙形成的传统技术相比，极大地抑制了纸料流在出口开口处的紊动。
另外，通过将所述流管的出口端像在细胞阵列中一样排布，具有相同结构的出口端位于管束出口的整个宽度上，于是得到了在出口下游整个流道上纤维均匀散布的纸料流。
因此，根据本发明，不需要与所述现有技术一样紧挨着矩形结构的每个出口开口端的下游设置用于使流动稳定的流座，由于去除了所述流座，因而简化了结构，提高了造纸机的可维护性。
另外，在本发明中，通过设置榫眼板以将流座固定在垂直方向的每个流管的每个开口端之间的间隔中，有可能遵循要制造的某种纸张特有的性质，例如，在流动方向上与在与之垂直的方向上(在宽度方向上)的抗拉强度比为小数值等等。
另外，根据本发明，将单个管制成具有较大直径部分、扩大锥形部分和扩大直径部分的半加工管，然后只要通过在径向给线性扩张的锥形部分和扩大直径部分施压，就可得到横截面结构从入口侧的圆形结构平滑地变为出口侧的矩形结构的较大直径流管部分。因此，可在没有传统技术中的焊接加工的同时，容易地制造较大直径流管部分，从而减少了生产小时数。
【附图说明】
图1示出了根据本发明的流管的结构，它安装在造纸机头箱的管束上，图1(A)是正视图，图1(B)是沿图1(A)中箭头A方向的视图。
图2是用于解释制造流管的方法的图。
图3是靠近头箱管束的示意性截面图。
图4是沿图3中箭头B-B方向的视图。
图5是在第二实施例中在图3中圈出的部分Z的放大局部剖面图。
图6是图5中沿箭头C-C方向的视图。
图7是示出了传统技术的流管输出开口端的排布的正视图。
【具体实施方式】
现在参照附图详细说明本发明的一个优选实施例。但除非特别说明，在本实施例中的尺寸、材料、相对位置等要素部分只作为解释用，不限制本发明的范围。
图1示出了根据本发明的流管的结构，它安装在造纸机头箱的管束上，图1(A)是正视图，图1(B)是沿图1(A)中箭头A方向的视图。图2是用于解释制造所述流管的方法的图。图3是靠近头箱管束的示意性截面图，图4是沿图3中箭头B-B方向的视图。图5是在第二实施例中在图3中圈出的部分Z的放大局部剖面图，图6是图5中沿箭头C-C方向的视图。
参照图3，示出了应用本发明的、靠近头箱管束的截面，附图标记1是管束，3是在上游侧连接到所述管束的锥形管状头，7是管入口通道，用于使纸原料(纸料)流入所述管束，4是管束外壳。附图标记2代表排布在所述管束的外壳4中的多个流管，这在下文详细说明。附图标记5是连接到管束1的出口通道10的喷嘴部分。
所述的多个流管2排布在管束1的外壳4中，由此出口开口端25像在细胞阵列(array of cells)中一样排列，同时在图4所示的垂直和水平方向上每个流管2之间都没有间隙。如图3所示，所述管束1的出口通道10直接向包括所述喷嘴部分5的下游通道开口，同时没有用于使流动稳定的媒介，如流座等。
参照示出了流管2详图的图1，流管2包括长度为L0的较小直径管部分210，其截面结构为圆形，并限定了用于引入纸料的入口开口24，长度为L1的较大直径部分21，其直径大于所述较小直径管部分的直径；长度为L3的矩形管部分23，其截面结构为矩形，并限定了出口开口25；和长度为L2的锥形管部分22，它的部分在下游方向扩大，以与所述较大直径管部分21和所述矩形管部分23连接，将较大直径管部分21、锥形管部分22和矩形管部分23合起来以较大直径流管部分121表示。
较大直径流管部分121由单个无缝管成形，该管由抗腐蚀材料，如不锈钢管制成。在所述较小直径管部分210较大直径管部分21的连接处，形成有台阶部分。附图标记9是在流管2中形成的流道。
所述锥形管部分22的上游端是以直径与所述较大直径管部分21相同的圆形结构形成，以与其平滑连接，且所述锥形管部分22的下游端是以与所述矩形管部分23相同的矩形结构形成，以与其平滑连接。在图1(A)所示的实施例中，所述矩形管部分23的短边B1，所述较大直径管部分21的外径D1，以及所述锥形管部分22的高度，即图中的垂直宽度大致相同，并且锥形部分22沿水平方向扩大。更具体地说，所述矩形管部分23的短边B1比所述较大直径管部分21的外径D1大一点。
在流管2中形成流经所述通道9的纸料流的稳定部分的所述较大直径管部分21、锥形管部分22和所述矩形管部分23的长度分别为L1、L2和L3，它们由如下与较大直径管部分的内径D2的关系式确定：
L1+L2+L3＝(3.5～7)×D2 (1)
通过这样确定，将每个流管2中的纸料流充分地稳定，而且在流管2后的流动中不会出现由于固有紊乱造成的纸料凝聚中的不均匀。
因此，可在管束1的外壳4中排布多个所述流管2，以使出口开口25像在细胞阵列(array of cells)中一样排布，同时在垂直于流管纵向的垂直平面中，流管2的每个侧壁之间没有间隙形成，这样能抑制由从流管2流出的纸原料的混合引起的紊乱。
接着，参照图2解释所述流管2的制造方法。通过根据每一部分扩大直径，将直径与所述较大直径管部分21相同的管制成半加工管0021，该管0021包括具有长度为L1的较大直径部分的较大直径流管部分、长度为L2的扩大锥形部分022和与所述矩形管部分23对应的长度为L3的扩大直径部分023，该扩大锥形部分022与所述锥形管部分22对应，其直径沿着长度L2方向扩大。
然后，对半加工管0021施压，以改变截面的结构，由此扩大锥形部分022从紧挨较大直径部分021的下游部分、沿着长度L2变形，从而平滑地将截面的形状从与较大直径管部分21相同的圆形结构改变为与矩形管部分23相同的矩形结构，并且将扩大部分023从圆形截面结构改变为与矩形管部分23相同的矩形截面结构。接着将与较小直径管部分0210对应的长度为L0的较小直径部分0210焊接到较大直径部分021上。
借助这种方法，通过对应于每个部分扩大直径，将单个管制成半加工管0021，其包括具有与较大直径管部分21对应的较大直径部分021的较大直径流管部分、与锥形管部分22对应的线性扩大锥形部分022和与矩形管部分23对应的扩大直径部分023，接着只要通过在径向冲压扩大锥形部分022和扩大直径部分023，就可得到较大直径流管部分121。因此，可在不需焊接过程的同时易于制造较大直径流管部分121，因此减少了生产时间。
如上所述，在与管束一起设置的造纸机的头箱中，如图3所示，通过所述头3和入口通道7引入所述管束1中的纸料流入每个流管2的较小直径管部分210。
当将纸料流引流到入口通道7，以使其流过较小直径管部分210时，纸料流的流动方向变化90°，在纸料流在管部分210流动并且其在管部分210中的流速分布变得关于流管的中心线对称的过程中，纸料流在机器的方向上被极好地导向。
纸料流在台阶部分被扰动，在该台阶部分，横截面面积突然从较小直径管部分210变化到较大直径管部分21，引发了应力损失，使纤维的絮结产物被破坏，且改善了纤维的分散度。由于纸料流过限定流道以使流动分离(flow separation)不会发生的锥形管部分22以及矩形管部分23，使在所述台阶部分引发的紊乱减少了，即稳定了纸料流。另一方面，如果长度L1、L2和L3太长，将纸料流过分地稳定，并在管中产生了不均匀地纤维凝聚，会导致甚至是在纸料从流管2流出之后产生凝聚条。因此，通过将较大直径流管部分121的长度确定到足够长的长度来稳定在台阶部分引发的紊乱，同时使该长度为不会在下游纸料流中产生凝聚条的长度，即在由方程(1)确定的范围内，从而稳定纸料流，并防止凝聚条在下游纸料流中产生。
排布在管束1的外壳4中的多个流管2的排布方式使矩形管部分23的出口开口端25像在细胞阵列(array of cells)中一样排布，同时在如图4所示垂直方向和水平方向上每个流管之间都没有间隙，因此在出口开口端25处的边缘8的宽度只是流管2的壁厚的两倍。因此，与其中矩形结构的相邻出口开口端之间有间隔的公开号为6-506274的日本专利相比，在流管2的出口处的纸料流的紊乱极大地被减少了。
因此，根据实施例，如所述现有技术所述，不需要紧挨着矩形结构的每个出口开口端的下游设置用于使流动稳定的流座，从而由于去除了所述流座，简化了结构并提高了造纸机的可维护性。
在图5和图6中示出的第二实施例中，多个所述流管2的排布方式使矩形管部分23的出口开口端25像在细胞阵列中一样排列，同时在水平方向上流管之间没有间隙，且在垂直方向上相邻的出口开口端25之间的间隔中设置榫眼板30，可以将流座31固定到榫眼板30上，使其从该处向下游延伸。
根据该实施例，通过设置榫眼板30以将流座31固定在垂直方向的每个流管2的每个开口端25之间尽可能小的间隔中，有可能遵循要制造的某种纸张特有的性质，例如，在流动方向上与在与之垂直的方向上(在宽度方向上)的抗拉强度比为小数值等等。
工业适用性
如上文所述，根据本发明，当将纸料流引流到较小直径管部分210时，纸料流的流动方向变化90°，在纸料流在管部分210中流动并且其在管部分210中的流速分布变得关于流管的中心线对称的过程中，纸料流在机器的方向上被极好地导向。当纸料流流经在较小直径管部分与较大直径管部分的连接部处的台阶部分时，纸料流被扰动，在该台阶部分通过扰动提高了纤维的分散度。当纸料流流过制有流道以防止发生流动分离的锥形管部分以及矩形管部分，纸料流被稳定。
另外，通过将所述较大直径管部分、锥形管部分和矩形管部分的总长度(L1+L2+L3)关于较大直径管的内径D2限定在3.5D2～7D2，使从每个单独管流出的纸料流充分稳定，同时保留有适当的紊流度，而且在下游的纸料流中不会产生不均匀的凝聚。因此，有可能像在细胞阵列中一样排布流管使出口开口端，同时在垂直和水平方向上每个流管之间没有形成间隙。通过将流管的出口端像在细胞阵列中一样排列，使相同结构的出口端在管束的整个宽度上定位，于是得到了在出口下游流道的整个宽度上纤维均匀散布的纸料流。
另外，由于流管的排布使矩形管部分的出口端沿垂直和水平方向，像在细胞阵列中一样排列，同时相邻开口端之间没有形成间隙，所以相邻开口端之间的边缘的宽度最小，仅为管壁厚的两倍。因此，与其中矩形管部分的相邻出口开口之间有间隔形成的传统技术相比，极大地抑制了在出口开口处的纸料流的紊乱。
因此，根据本发明，不需要像所述现有技术一样紧挨着矩形结构的每个出口开口端的下游设置用于使流动稳定的流座，从而由于去除了所述流座，简化了结构，提高了造纸机的可维护性。
另外，在本发明中，通过设置榫眼板以将流座固定在垂直方向的流管的相邻开口端之间尽可能小的间隔中，有可能遵循要制造的某种纸张的特有性质，例如，在流动方向上与在与之垂直的方向上(在宽度方向上)的抗拉强度比为小数值等等。
另外，根据本发明，将单个管制成具有较大直径部分、扩大锥形部分和扩大直径部分的半加工管，然后只要通过在径向冲压扩大锥形部分和扩大直径部分，就可得到较大直径流管部分，该部分包括横截面结构从入口侧的圆形结构平滑地变为出口侧的矩形结构的锥形管部分。因此，可在没有焊接加工的同时，容易地制造较大直径流管部分，从而减少了制造小时数。
总之，根据本发明，通过简单、便宜的方法，提高了纸料流在流管中的稳定性，并且防止了纸料的紊乱和不均匀凝聚，从而使造纸机的生产速度加快。