(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙、板紙、その他類似品の製造機の小循環操作を制御する方法であって、該方法により、繊維ウエブに使用されるパルプが、前記製造機のいわゆる小循環からヘッドボックス（２４）へ供給され、該ヘッドボックスへの流れが、少なくとも２部分流に分割され、該部分流の少なくとも一方が、ヘッドボックス（２４）の供給圧力調整のために変化せしめられる形式のものにおいて、
前記少なくとも２部分流のそれぞれが、ヘッドボックス（２４）の別々の供給ポンプ（２０，２０'）と平行方向に向けられており、供給ポンプの一方（２０'）を通過する少なくとも部分流がヘッドボックスの供給圧力を一定に維持するよう調節可能であることを特徴とする、紙、板紙、その他類似品の製造機の小循環操作を制御する方法。
【請求項２】
前記少なくとも一方の供給ポンプ（２０'）を通過する部分流が弁により調整されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記少なくとも一方の供給ポンプ（２０'）の回転速度が調節可能であることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項４】
前記ヘッドボックス（２４）の供給圧力が、前記少なくとも一方の供給ポンプ（２０'）を通過する部分流を変更することにより変更されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項５】
前記少なくとも一方のポンプ（２０'）を通過する部分流が、主流の、０．５〜１５％であることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項６】
前記小循環がガス分離段を備えており、したがって前記調整操作の対象が、ガス分離段からヘッドボックスへの流れであることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項７】
紙、板紙、その他ウエブ状物の製造機の小循環操作を制御する装置であって、該製造機の小循環が、前記製造機の少なくとも１ヘッドボックス（２４）と、繊維ウエブを形成するために紙、板紙、その他類似物のパルプをヘッドボックス（２４）へ供給するポンプ（１２，２０）と、ヘッドボックスへの流れを２部分流に分割する装置とを含む形式のものにおいて、
第２ポンプ（２０'）が、ヘッドボックス（２４）の供給ポンプ（２０）と並列配置されており、これにより該第２ポンプ（２０'）を経てヘッドボックス（２４）へ供給される部分流がヘッドボックスの供給圧力を一定に維持するよう調整されることを特徴とする、紙、板紙、その他のウエブ状物の製造機の小循環操作を制御する装置。
【請求項８】
前記第２ポンプ（２０'）と直列接続された調整弁が備えられていることを特徴とする、請求項７に記載された装置。
【請求項９】
前記第２ポンプ（２０'）が、調節可能な回転速度を有するポンプであることを特徴とする、請求項７に記載された装置。
【請求項１０】
前記製造機の小循環が、パルプからガスを分離する装置（１６）を含み、かつ前記第２ポンプ（２０'）と調整弁とが、製造機のガス分離装置（１６）とヘッドボックス（２４）との間に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載された装置。
【請求項１１】
前記製造機の小循環が、パルプからガスを分離する装置（１６）を含み、かつ回転速度を調節可能な前記第２ポンプ（２０'）が、製造機の前記ガス分離装置（１６）とヘッドボックス（２４）との間に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、紙、板紙、その他類似品の製造機の小循環操作を制御する方法と装置に関するものである。本発明による方法と装置は、特に好ましくは、前記製造機のアプローチ系、すなわちいわゆる小循環内での使用に適している。より詳しく言えば、本発明の対象は、ヘッドボックスの供給圧力を一定に維持することである。
【０００２】
製紙機等へパルプを供給する、先行技術の製紙機アプローチ系は、例えば米国特許刊行物４，２１９，３４０に開示されているが、ほとんどすべてが次の構成部品、すなわち白水タンク、供給ポンプ並びに異なる段間のポンプを備えた遠心式クリーニングプラント、真空装置を備えたガス分離タンク、ヘッドボックス供給ポンプ、ヘッドボックススクリーン、製紙機ヘッドボックス、白水トレーを含んでいる。前記構成部品は、製紙機に接続されて配置され、次の作業を行うように構成されている。すなわち、製紙に使用される繊維材料と、製紙機のワイヤー部分から得られたいわゆる白水で希釈した填料とが、基礎重量調整弁により、通常、摩砕機の底部レベルに配置されている白水タンク内へ配量される。同じく摩砕機の底部レベルに配置された供給ポンプにより、繊維懸濁液は、白水タンクから、通常、摩砕機のマシンレベル、つまり製紙機の配置レベルか、または前記刊行物におけるように該配置レベルの上方かに配置されている遠心式クリーニングプラントの第１クリーニング段へ送られる。遠心式クリーニングプラントは、極めて多くの場合、数段（大抵は４〜６段）有しており、各段には、通常、各自の供給ポンプが備えられている。前記供給ポンプが発生させる圧力によって、遠心式クリーニングプラント第１クリーニング段の繊維懸濁液は、更に、通常マシンレベル上方に配置されるガス分離タンクへ送られる。ガス分離タンクが無い場合には、遠心式クリーニングプラントからの繊維懸濁液は、更に直接にヘッドボックスへ送られるか、または中間で希釈された後にヘッドボックス供給ポンプへ送られる。ガス分離タンク内で、繊維懸濁液は、真空装置、大抵は液体リングポンプが発生させる真空効果にさらされ、それにより懸濁液内に溶解しているガスと、懸濁液内に小泡形態で存在するガスとの双方の部分が、タンクの液面上方に上昇し、真空装置を介してタンクから除去される。できるだけ完全に脱気された繊維懸濁液は、ガス分離タンクから、摩砕機の底部レベルに配置されたヘッドボックス供給ポンプへ送られ、該供給ポンプにより、同じく底部レベルに配置されたヘッドボックススクリーン（既出の米国特許には示されていない）へ給送され、そこからマシンレベルへ流れ、製紙機ヘッドボックスへ送られる。
【０００３】
前記および他の先行技術による製紙機アプローチ系の１つの問題は、ヘッドボックス内のパルプ圧力が変動しやすいことである。これには多くの理由がある。１つの理由は、ガス分離タンク内のパルプ濃度に時々大きな変化が生じることにより、ヘッドボックス供給ポンプの吸引側の圧力が変動するからである。この事態は、特に、タンク内で懸濁液の液面を一定に維持するための溢れ管を備えたガス分離タンク内でガス分離が行われる場合に、発生する。別の理由は、溢れ管を備えていないガス分離タンクの場合に、液面が一定限度内で変動することがあるためである。幾つかの例の場合、液面調整系が、液面を事実上一定に維持する間は、パルプ濃度の変動には反応しない。いずれの場合も、ヘッドボックス供給ポンプの入口圧力が変動する。入口圧力のこの変動を計算に入れない場合には、ヘッドボックス圧力が変動する。
【０００４】
圧力変動の他の理由は、例えばヘッドボックス供給ポンプ、パルス発生配管、配管途中の装置いずれかの揺動操作のためである。処理装置の一例として、ヘッドボックススクリーンが挙げられ、そこからの阻止流量の変動または揺らぎが挙げられよう。更に、ガスが除去されない場合には、懸濁液内のガス量も脈動を発生させる。
先行技術では、ヘッドボックス圧力をヘッドボックス供給管路内に配置された２つの並列弁か、またはヘッドボックス供給ポンプと並列接続された逆止め弁によって調整する試みが知られている。いずれの場合も、出力損失が比較的大きくなる。この事態は、特に２つの並列弁を用いて、双方の流れが絞られる場合に見られる。加えて、弁による著しい絞りは、乱流とキャビテーションを発生させ、その結果、またヘッドボックスの作業を妨げる圧力衝撃が発生する。このように、ヘッドボックスへの流れの主管路内に調整弁を配置することは、予測のつかない問題を発生させる。
繊維懸濁液の圧力変動の解消に用いられる弁をめぐる前記問題は、またＵＳ−Ａ−５７５３０８１にも認められる。弁を能動圧力減衰器として使用し、連続的に弁を調節すると、弁の寿命は比較的短命になると思われる。前記ＵＳ−Ａ−５７５３０８１には、ヘッドボックスの検出内圧に依存して供給導管から繊維懸濁液の可変量を搬送するための、実質的に無脈動のポンプの使用が開示されている。この可変作動速度を有する無脈動ポンプが、供給ポンプとヘッドボックスとの間の流体導管に接続されている。
【０００５】
ヘッドボックス圧力を出来るだけ一定に維持することが製紙業者の要求だが、これを、特に旧来のアプローチ系の装置で実現するのは容易ではない。また、比較的新しい装置でも、特に、溢れ管の無いガス分離タンクと接続されている場合や、懸濁液濃度が変動する場合には、問題が生じる。先行技術のヘッドボックス圧力調整系では、ヘッドボックス供給ポンプの回転速度を調整することで、ヘッドボックス圧力を一定に維持する試みがなされている。
ＷＯ−Ａ１−９９６４６６８に開示されているその種の圧力調整系の一例では、紙料をヘッドボックス内の稠度まで希釈する作業は、２段で行われる。第１段の流れは不変流であり、第２段の流れは、ヘッドボックス圧力調整装置から受取る制御信号によって調整される。成分紙料は、測定されて希釈水と混合された後、不変量が、主管路内の第１ポンプにより、常時、第２段へ希釈と紙料クリーニングのために送られる。第２段での希釈は、主管路内の第１ポンプと直列接続された第２供給ポンプの吸引側で行われる。ヘッドボックス内圧の調整により、主管路内の第２供給ポンプの回転速度が制御される。このＷＯ−Ａ１−９９６４６６８にも、複数層の繊維を使用するための変更態様が含まれている。成分紙料は、別個の多主管路が使用される場合、ウエブ中間層とウエブ表層とを形成するさい、目標割合に計量できる。
１つの付加的な課題として、比較的大型のヘッドボックス供給ポンプを調節可能な回転速度を有するように構成して、小さい変動にも十分迅速かつ敏感に反応するようにすることが考えられよう。実際に大型のヘッドボックス供給ポンプを調整して、該ポンプが処理過程で変動に迅速に反応するように試みても、ポンプのモータまたは変速機が大きい負荷には耐えられまい。大型ポンプの回転速度の急速な変更、つまり迅速な加速または減速は、モータや変速機に大きな負荷を与えることになる。
【０００６】
例えば前記問題の解決策が、本発明による方法と装置の対象であり、その特徴は、製紙機アプローチ系内の適当な箇所に制御可能な１平行流が得られ、該平行流には、調節可能な流れ容量を有するアクチュエータが接続され、該アクチュエータにより、アプローチ系内の少なくとも一方の流れが調整されることで、ヘッドボックス内圧が事実上一定に維持される。
通常、平行流は主流より事実上小さくされる。
本発明による方法と装置のこのほかの特徴は、特許請求の範囲の各項に開示されている。
【０００７】
以下で、本発明による方法と装置を添付図面につき更に詳細に説明する。
以下の説明について既にこの段階で注意すべき点は、本発明を製紙機との関連でのみ説明するが、本発明は、出来るだけ一定の圧力維持を要するヘッドボックスによりウエブを形成するあらゆる製造機械に接続して使用できる点である。したがって、製紙機に加えて、少なくとも種々の板紙製紙機や、例えばガラス繊維布を製造する機械にも適用可能であり、その他の選択肢も排除されない。
【０００８】
図１に示された先行技術の製紙機アプローチ系は、白水タンク１０、ミキシングポンプ１２、遠心式多段クリーニングプラント１４、真空装置１８を備えたガス分離タンク１６、ヘッドボックス供給ポンプ２０、ヘッドボックススクリーン２２、製紙機ヘッドボックス２４、白水トレー（図示せず）を含んでいる。これらの構成部品は、製紙機に接続配置され、以下の動作を行うように構成されている。製紙に使用する繊維材料は、新しい紙料、２次パルプおよび／またはブローク、填料を含有しており、これらの材料が、製紙機の主にワイヤーパートから得られるいわゆる白水によって希釈され、マシンチェストから流路２６を経て白水タンク１０へ配量される。白水が集められる白水タンク１０は、従来技術のシステムでは、パルプを作るために、通常、摩砕機の底部レベルに配置されている。同じく摩砕機底部レベルに配置されているミキシングポンプ１２によって、前記パルプは、白水タンク１０から、通常、摩砕機のマシンレベルＫ（ヘッドボックスを有する製紙機のレベル）に配置されている遠心式クリーニングプラント１４へ送られる。クリーニングプラント１４は、大抵は４〜６段を含むのが普通である。遠心式クリーニングプラント１４に受容されたパルプは、更にミキシングポンプ１２が発生させ、ガス分離タンク１６の真空により補助される圧力下で、マシンレベル上方のレベルＴに配置されたガス分離タンク１６へ送られる。ガス分離タンク１６は、通常、溢れ管を含み、該溢れ管によりタンク内のパルプ液面は一定に維持される。溢れ管によりタンク１６から排出されたパルプは、管２８を経て、マシンレベルＫより下の摩砕機底部レベルに配置された白水タンク１０へ送られる。事実上脱ガスされたパルプ、つまり真空装置１８により出来るだけ完全にガスを除去されたパルプは、ガス分離タンク１６から、摩砕機底部レベルに配置されたヘッドボックス供給ポンプ２０へ送られる。供給ポンプ２０は、パルプを同じく摩砕機底部レベルに配置されたヘッドボックススクリーン２２へ送る。受け取られたパルプは、そこからマシンレベルＫの製紙機ヘッドボックス２４へ送られる。既述のように、ヘッドボックス供給ポンプ２０は、極めて多くの場合、調節可能な回転速度を有するポンプである。使用される供給ポンプは、通常は大抵遠心式ポンプだが、フィンランド特許出願第９８１７９８号に開示されているプロペラポンプも市場で普及しつつある。
【０００９】
図２は、ヘッドボックス圧力を調整する先行技術による方法を示している。図示のヘッドボックス圧力調整方法では、２つの弁２０２，２０４が供給ポンプ２０とヘッドボックススクリーン２２との間に並列接続される。主要な原理は、正常状態では、弁２０２の調節は不働のままであるため、該弁を通過する流量は、実際には絞られるだけで、一定なことである。ヘッドボックス圧力の変更が必要な場合は、弁２０４を調節する。増圧を望む場合は、弁２０４を開弁し、減圧を要する場合は、該弁２０４により流量が絞られる。問題が生じるのは、例えば、ほとんどあらゆる場合に双方の弁が絞られた状態で作動し、それにより出力損失が発生するためである。更に別の危険は、作業中に実際に調整を行う特に弁２０４が、ある作業段階では著しく絞られた状態となり、この絞りが乱流、キャビテーション、ヘッドボックスまで達する圧力衝撃を発生させる点である。
【００１０】
図３は、ヘッドボックス供給圧力を調整する従来技術による第２の方法を示している。この方法では、ヘッドボックス供給ポンプ２０に弁２０８を備えた戻し循環管２０６が並列配置される。弁２０８によって戻し循環を調整することにより、ヘッドボックス２４の供給圧力を、極めて迅速に変更できる。供給圧力は開弁で減圧され、閉弁で増圧される。この弁は、図２の解決策とまったく同種の問題を発生させる。すなわち出力損失と圧力衝撃の問題である。
実際には、あらゆる状況で弁を使用してヘッドボックス供給圧力を調整せねばならないとすると、戻し循環は、正常な稼働時に、ヘッドボックス供給ポンプの容量、つまり体積流量の約０．５〜１５％，好ましくは０．５〜３％を必要とする。
【００１１】
図４は、先行技術の製紙機アプローチ系に接続した本発明の一好適実施例による解決策を示したものである。図面には、適用可能な場合には、図１と等しい符号が使用されている。図４の解決策は、先行技術の解決策とは、別の供給ポンプ２０'を有する点が異なっている。供給ポンプ２０'は、第１ポンプより著しく小型で、供給ポンプ２０と並列接続されている。第２ポンプ２０'は、いわゆる主ポンプの約０．５〜１５％の容量を有するのが好ましい。だが、主ポンプの約０．５〜３％の容量を有するのが一層好ましい。つまり主ポンプより著しく小型のポンプが適当である。図示の解決策の目的は、いわゆる主ポンプ２０が、常時一定の回転速度で動作して、製紙機の要求するパルプ流量より幾分小さい容量を確保することである。いわゆる主ポンプは、調節可能な回転速度を有するのが好ましいが、該調節は、より小型の第２ポンプの調節より著しく遅いため、大流量の変更時にのみ、例えば等級変更や生産量変更の場合にのみ使用される。第２のいわゆる並列ポンプ２０'も調節可能な回転速度を有しており、回転速度の変更によって−この速度変更でヘッドボックス内の圧力変動が迅速に補償される−製紙機ヘッドボックスの供給圧力を一定に維持することが可能である。本発明のこの実施例による解決策の１つの利点は、製紙機アプローチ系に、可動の調節可能なポンプ２０'が備えられ、該ポンプが先行技術の装置より著しく良好にヘッドボックス供給圧力変動を補償できる点である。別の利点は、小型のポンプ２０'により、小規模の調節が大型のポンプ２０によるより著しく容易になり、その結果、ヘッドボックス２４の圧力調整精度が著しく改善された点である。言うまでもなく、小型ポンプの購入、設置、使用に関係するすべての出費は、ポンプ寸法に比例して低減される。小型ポンプは、相応に、流れ空間内での変動に、より迅速に反応できる。
【００１２】
実質的に等しい課題を解決する別の方法は、小型ポンプを一定回転速度で回転するように構成し、調整弁を前記小型ポンプと直列に、好ましくは小型ポンプ圧力側に配置することであり、この調整弁により、必要時に小型ポンプを通過する部分流量が調整される。
図５は、別の好適実施例によるヘッドボックス圧力調整の解決策を示している。この実施例では、ヘッドボックス２４の圧力は、ヘッドボックススクリーン２２の阻止流の調整により調整される。先行技術による解決策では、ヘッドボックススクリーン２２の阻止管路内には、１つの弁２２２が備えられ、この弁により阻止流量が一定に維持され、言い換えると、弁は、通常、稼働中には調整されない。本発明のこの実施例では、ヘッドボックススクリーン２２の阻止管路に、並列接続された２つの調節可能な弁２２２，２２４が配置されている。実際には、弁２２２は、既述のように、主な阻止流量が調整された後、一定位置を維持し、これにより、該弁２２２を通過する阻止流は一定となる。他方の弁２２４により、該弁を通過する阻止流量が調整され、それにより弁２２４が開かれ、阻止流量が増大する結果、スクリーン２２のスクリーン面とヘッドボックス２４の双方で減圧される。これに対応して、弁２２４の絞りによって、スクリーン２２とヘッドボックス２４双方での増圧が可能になる。ヘッドボックススクリーンの阻止管路にこれらの弁を配置した場合、絞りによる出力損失は、実際には、主流を絞る場合の出力損失よりはるかに小さい。したがって、阻止流量はどちらかと言えば中程度であるため、圧力衝撃が内部に発生することは有りえまい。
【００１３】
図６には、同一図面に、前述の双方の実施例による、ガス分離タンク無しのアプローチ系の解決策が示されている。言うまでもなく、ヘッドボックス供給圧調整用に幾つかの異なる調整系が同時に必要というわけではなく、図面の数を制限する目的で同一図面に該系を示したに過ぎない。他方、必要と思われれば、幾つかの調整方法を同時に使用することに制限はない。
既述のことから分かるように、本発明により、製紙機アプローチ系用の新しい種類の調整方法と調整装置が開発された。これによって、先行技術の多くの欠点や不利な点が除去され、先行技術のアプローチ系の使用を妨げていた問題が解決された。既述のことから留意すべき点は、本発明が、何らかの具体的な形式または型のガス分離装置に限定されない点である。したがって、ガス分離装置は、従来式のガス分離タンクでよいが、全く同様に、製紙機小循環でのガス分離目的用に提案されている、遠心機とポンプとの何らかの組み合わせでもよい。本発明は何らかの特定の型のポンプまたは弁に限定されるものではない。言い換えると、アプローチ系に使用されるポンプは通常の遠心式ポンプでよいが、他の種類のポンプ、例えばポロペラポンプも同様に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術による製紙機ヘッドボックスアプローチ系の図。
【図２】  先行技術によるヘッドボックス供給圧調整系の図。
【図３】  先行技術による別のヘッドボックス供給圧調整系の図。
【図４】  ガス分離タンクを備えた製紙機のアプローチ系に適用された本発明の一好適実施例による解決策を略示した図。
【図５】  本発明の別の好適実施例による解決策を略示した図。
【図６】  本発明の第３好適実施例による解決策を略示した図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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