СЕГМЕНТЫ ПЛАСТИНЫ ДИСПЕРГАТОРА-РАФИНЕРА И УСТРОЙСТВО ДИСПЕРГАТОРА
SEGMENTS OF DISPERSANT-REFINER PLATE AND DISPERSANT DEVICE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА
[0001] В настоящей заявке заявлен приоритет согласно 35 U.S.C. 119(e) для предварительной патентной заявки, имеющей серийный номер 62/651,777, поданной 3 апреля 2018 г., все содержание которой включено в настоящий документ в виде ссылки.
2. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Данное раскрытие в основном относится к диспергаторам для бумажной и картонной промышленности, а точнее, к сегментам диспергатора, используемым для передачи работы на рециркулируемое волокно.
3. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] При рециркуляции бумажных волокон, операторы промышленной рециркуляционной мельницы используют диспергаторы для разрушения и отделения загрязнителей в бумажных волокнах. Люди, хорошо осведомленные об этом процессе, обычно называют эти загрязнители «липучками». Липучки обычно включают в себя клей, пластмассу, краску и другие такие материалы, вкрапленные в рециркулируемые волокна. Операторы могут удалять выделенные липучки из волоконного сырья с помощью процессов просеивания, рафинирования и/или флотации. Любые остальные частицы могут быть разрушены до такой степени, чтобы липучки не были видны в конечном продукте. Способы диспергирования и выделения позволяют операторам подавать более чистые рециркулированные бумажные волокна в бумагоделательные машины. Эта практика вызывает меньше проблем, связанных со связыванием загрязнителей на тканях бумагоделательных машин и, как правило, в результате повышает производительность. Дополнительно, диспергирование чернил сильно улучшает внешний вид конечного продукта.
[0004] Операторы обычно диспергируют вторичные волокна, такие как старый гофрированный картон («СГК»), газетная макулатура («ГМ»), смешанный канцелярский мусор («СКМ»), журналы, деловые бумаги, и т.д. Диспергаторы обычно содержат вращающийся диск («ротор»), обращенный к невращающемуся диску («статору»). Каждый диск содержит сегменты диска, и каждый сегмент диска обычно имеет зубья. Зубья обычно имеют форму геометрической призмы, такой как квадратная, трапецеидальная или пирамидальная призма. Зубья выступают из одной стороны сегмента диска в виде рядов или полос. Ряды зубьев на одном диске входят в зацепление с рядами зубьев на противоположном диске. То есть, ряды зубьев на сегменте обращенного диска расположены на разных радиусах друг от друга, вследствие чего ряд зубьев одного сегмента пластины оказывается расположенным между рядами зубьев обращенного сегмента пластины при их установке в диспергаторе, что позволяет, таким образом, рядам зубьев на роторе двигаться вокруг центра вращения, не соударяясь с зубьями на обращенном сегменте пластины. Зубья с взаимным зацеплением дополнительно позволяют зубу на первом сегменте пластины простираться между зубьями в соседних рядах на противоположном втором сегменте пластины. Это взаимное зацепление порождает кольцевой зазор между противоположными диспергирующими секциями.
[0005] Типичные обращенные друг к другу пластины диспергатора имеют зазор или допуск между боковыми стенками зубьев ротора и статора, который составляет примерно от 1 миллиметра («мм») до 5 мм. Эта расстановка позволяет зубьям изгибаться и сильно сдвигать волокна, не порождая значительных количеств резки волокон. Это сгибание позволяет удалять некоторое количество грязи, чернил и других липучек. Расстояние между вращающимися и стационарными пластинами диспергатора можно отрегулировать с помощью механизма, который перемещает пластины статора к пластинам ротора (или пластины ротора к пластинам статора), пока ротор вращается. Ротор остается в центре и обладает степенью свободы вдоль своей оси вращения.
[0006] При вращении элемента ротора, элемент ротора продвигает сырьевой поток рециркулируемых бумажных волокон, поступающих в диспергатор из центра диска статора. Центральный колпак (также известный как «метатель») направляет сырьевой поток в зазор между двумя обращенными друг к другу дисками диспергатора. Сырьевой поток затем проходит радиально наружу от центра вращения через полосы входящих в зацепление зубьев к выходу машины через периферию дисков. Выход часто представляет собой отверстие на дне машины, через которое диспергированная целлюлоза попадает в бассейн для разбавления и дальнейшей обработки. В некоторых диспергаторах к стороне подачи подается пар. В дополнение к содействию транспортировке рециркулируемых волокон через входящие в зацепление полосы зубьев, дополнительный пар также позволяет диспергированным рециркулируемым волокнам покидать диспергатор через трубопровод для сжатого пара.
[0007] Хотя основная функция диспергатора состоит в разделении и диспергировании, один из побочных эффектов оборудования состоит в том, что некоторая часть прикладываемой энергии приводит к образованию волокон, т.е., к «рафинированию». Для оценки разницы между «диспергированием и «рафинированием», полезно понимать физические характеристики рециркулируемых бумажных волокон: рециркулируемые бумажные волокна, как правило, представляют собой трубчатые структуры, содержащие множество концентрических слоев, называемых «ламеллярными пластинами». Каждая ламеллярная пластина содержит более тонкие структурные компоненты, называемые «волоконцами», которые связаны друг с другом, с образованием ламеллярной пластины. Тогда как диспергирование позволяет изгибать все трубчатое волокно само по себе, «рафинирование» позволяет подвергать волокна воздействию значительно большей энергии трения и сжатия. В результате, рафинирование позволяет расслаивать волоконца и перетирать волоконца, которые содержат ламеллярные пластины, с повышением, таким образом, площади поверхности волокон. В некоторых случаях, это рафинирование является нежелательным, поскольку оно снижает способность суспензии целлюлозы к обезвоживанию, но в других случаях рафинирование является желательным. Например, повышение площади поверхности волокон сильно повышает прочность при растяжении бумаги или других продуктов, изготовленных из рафинированных волокон. Для получения целлюлозы желаемого уровня, которая обладает желаемыми характеристиками прочности, операторы могут пожелать контролировать уровень рафинирования, которому подвергаются рециркулируемые волокна целлюлозы. В операциях рециркулирования, для обеспечения этого дополнительного рафинирования, можно после диспергатора использовать рафинеры с низкой концентрацией целлюлозной массы.
[0008] Прежние попытки при комбинировании диспергирования и рафинирования позволяли достигать большего рафинирования, чем при использовании одного диспергирования. Например, сегмент пластины, описанный в патентной заявке США № 14/082,424, не имел входящих в зацепление зубьев, и в нем были использованы принципы рафинирования и более широкий рабочий зазор для придания очень легкого диспергирующего эффекта. Полученный эффект состоял в большой степени рафинирования с меньшей степенью диспергирования.
[0009] Сегменты пластины рафинера согласно уровню техники с входящими в зацепление штырями были сконструированы в первую очередь для рафинирования, а не для диспергирования. Например, конструкция пластины рафинера, раскрытая в патенте США № 7,354,011, имела дроссели, вставленные в промежутки между ножами рафинера, по всему сегменту пластины. В Международной заявке № PCT/SE9802124 раскрыты штыри и дроссели, расположенные во внутренней секции стружкоотделения и ножи рафинера во внешней секции рафинирования. Однако в обеих этих конструкциях, цилиндрические штыри были задействованы в первую очередь в качестве способа для разрезания кусков древесной стружки перед попаданием кусков древесной стружки в секцию рафинирования. Предполагалось, что штыри будут разрезать куски древесной стружки более однородно и содействовать более равномерному распределению разрезанной стружки в зазоре для рафинирования, с ослаблением, таким образом, колебаний нагрузки между сегментами рафинирующей пластины, одновременно с началом процесса рафинирования (т.е. разделения на волокна).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Заявитель раскрыл, что имеется потенциал для использования диспергаторов для диспергирования и рафинирования волокон до достижения желаемого качества, при обеспечении для операторов большего контроля над степенью рафинирования волокон, которому они подвергаются за один проход через примерный диспергатор, содержащий примерный сегмент пластины диспергатора-рафинера. Проблема потери времени и энергии, возникающая в результате использования отдельных устройств для диспергирования и рафинирования для получения рециркулируемых волокон желаемой прочности на растяжение, решается за счет добавления секции рафинирования, содержащей ножи и канавки, после (т.е. радиально наружу) входящих в зацепление зубьев диспергатора на сегменте пластины диспергатора, в которой зубья диспергатора являются более высокими, чем рафинирующие ножи, относительно задней стороны примерного сегмента пластины диспергатора-рафинера, и в которой зубья диспергатора имеет острые ведущие кромки на стыке боковых стенок.
[0011] В определенных примерных вариантах выполнения может быть желательным иметь более толстую опорную пластину под секцией рафинирования, содержащей ножи и канавки, по сравнению с опорной пластиной под диспергирующими секциями, которые содержат зубья в форме многогранной призмы. В других примерных вариантах выполнения может не быть существенной разницы в толщине опорной пластины секции рафинирования, по сравнению с диспергирующими секциями, но в таких вариантах выполнения зубья, как правило, бывают выше, чем рафинирующие ножи в секции рафинирования. Например, зубья могут быть на 50 процентов («%») выше, чем рафинирующие ножи. В других примерах зубья могут быть, по меньшей мере, на 100% (т.е., вдвое) выше рафинирующих ножей.
[0012] Заявитель обнаружил, что конструкции входящих в зацепление зубьев, имеющих различную геометрию, имеют способность к приложению уровней энергии от 20 киловатт-час на тонну («кВтч/т») до 60 кВтч/т, как правило, для некоторых конструкций, достигающих уровней 100 кВтч/т и чуть выше. Конструкции с рафинирующими ножами и канавкой обладают намного большей способностью к приложению энергии, поскольку зазор между областями обращенных друг к другу ножей и канавки можно эффективно регулировать до достижения низких значений, таких как доли миллиметра. Это приводит к загруженности традиционных пластин рафинеров, в несколько раз более высокой, чем для конструкций с входящими в зацепление зубьями.
[0013] Традиционные сегменты пластины рафинера с ножами и канавкой использовались в прошлом в диспергаторах (т.е. в диспергирующей машине) вместо пластин диспергатора, с некоторым успехом, но такие сегменты пластины рафинера обычно обладают более низким КПД диспергирования и часто обладают ограниченной пропускной способностью. Поэтому, использование сегмента пластины рафинера в диспергаторе нецелесообразно. С другой стороны, заявитель обнаружил, что образцы с входящими в зацепление зубьями обладают высокой объемной вместимостью и КПД диспергирования, но эти образцы с входящими в зацепление зубьями приводят к меньшему рафинированию пропорционально прикладываемой энергии. У образцов с входящими в зацепление зубьями отсутствует достаточная способность к приложению существенной энергии, и, следовательно, отсутствует способность к обеспечению повышенного эффекта рафинирования.
[0014] Поэтому заявитель раскрыл, что является желательным поддерживать достаточно постоянную нагрузку в секции диспергирования, для использования высокой объемной вместимости и КПД диспергирования, что также позволяет операторам иметь дополнительный диапазон возможностей для управления рабочим зазором между секциями рафинирования противоположных сегментов пластины. Ширина рабочего зазора влияет на нагрузку волокон, прижимающихся к соответствующим секциям рафинирования. В отличие от противоположных диспергирующих секций, противоположные секции рафинирования не входят в зацепление. То есть, зазор между противоположными секциями рафинирования является линейным, если смотреть со стороны.
[0015] Не привязываясь к какой-либо теории, рафинирование в основном протекает в подушке из волокна, которая накапливается в зазоре между противоположными секциями рафинирования. Предполагается, что срезающие усилия и усилия сжатия, особенно усилия сжатия смежных волокон, быстро перемещающихся друг мимо друга, приводят к образованию волокон (т.е. разрывают волоконца, которые составляют ламеллярные пластины рециркулируемых бумажных волокон). Последовательно расположенные пересекающиеся ножи и канавки противоположных секций рафинирования порождают большую часть усилий среза и сжатия в волоконной подушке. Например, когда два противоположных ножа пересекаются друг с другом, можно считать, что волокно, захваченное между этими противоположными ножами, может испытывать более высокую нагрузку, чем когда противоположные ножи движутся друг мимо друга, и два противоположные канавки временно выравниваются. Средняя нагрузка зависит от ширины рафинирующего зазора. В целом, путем регулировки ширины зазора между противоположными секциями рафинирования, операторы могут регулировать нагрузку на волоконной подушке между противоположными секциями рафинирования и, таким образом, регулировать интенсивность и эффективность, с которой волокно подвергается рафинированию.
[0016] Сегмент пластины диспергатора-рафинера в соответствии с настоящим раскрытием включает в себя секцию входящих в зацепление концентрических зубьев, за которой следует секция рафинирования, в которой использованы ножи и канавки (т.е., секция рафинирования расположена радиально наружу от секции входящих в зацепление концентрических зубьев (т.е., диспергирующих секций)). В примерных конструкциях сегмента пластины диспергатора-рафинера, зазор между входящими в зацепление зубьями противоположных дисков можно отрегулировать до 0,1-0,4 мм на каждый миллиметр регулировки машины, тогда как секция рафинирования, содержащая ножи и канавку, будет иметь регулировку зазора 1:1 с изменением позиции. То есть, конструкция задумана таким образом, чтобы секцию вхождения в зацепление и секцию рафинирования можно было регулировать путем регулирования зазора, но воздействие на секцию рафинирования будет более выраженным. Эта разница может способствовать относительно неизменному эффекту диспергирования, при допущении большего контроля над эффектом рафинирования. В результате, когда оператор регулирует положение комплектов пластин друг относительно друга и, таким образом, регулирует рабочий зазор между примерными сегментами пластины диспергатора-рафинера, описанными в настоящем документе, оператор может более точно контролировать интенсивность энергии рафинирования, прилагаемой в рафинирующем зазоре, при поддержании достаточно постоянной энергии диспергирования, прилагаемой к волокну в диспергирующем зазоре.
[0017] Таким образом, использование примерных пластин диспергаторов-рафинеров с входящими в зацепление зубьями и внешней секции рафинирования может позволить операторам измельчителей повысить КПД диспергирования, с добавлением также энергии рафинирования к целлюлозной массе операторов, без использования дополнительного оборудования для рафинирования, или повышения максимальной степени рафинирования, выполняемого для волокна.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Следующее станет ясным из более конкретного описания примерных вариантов выполнения раскрытия, как проиллюстрировано на прилагаемых чертежах. Чертежи не обязательно приведены в масштабе, вместо этого акцент сделан на иллюстрации раскрытых вариантов выполнения.
[0019] ФИГ.1A представляет собой изображение передней стороны примерного роторного сегмента пластины диспергатора-рафинера, содержащего секцию рафинирования, расположенную радиально наружу от диспергирующих секций. Зубья диспергирующих секций выше, чем ножи в секции рафинирования.
[0020] ФИГ.1B представляет собой изображение передней стороны примерного статорного сегмента пластины диспергатора-рафинера, содержащего секцию рафинирования, расположенную радиально наружу от диспергирующих секций. Зубья диспергирующих секций выше, чем ножи в секции рафинирования.
[0021] ФИГ.2A представляет собой вид сбоку в разрезе роторных и статорных сегментов пластины диспергатора-рафинера по ФИГ.1A и 1B, в котором роторный и статорный сегменты пластины диспергатора-рафинера обращены друг к другу, как если бы они были установлены на диспергаторе.
[0022] ФИГ.2B представляет разрез B-B в увеличенном масштабе ФИГ.2A, более подробно описывающий диспергирующий зазор и рафинирующий зазор.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023] Следующее подробное описание предпочтительных вариантов выполнения представлено лишь в иллюстративных и описательных целях и не должно рассматриваться как исчерпывающее или ограничивающего объем и сущность изобретения. Варианты выполнения были выбраны и описаны для лучшего разъяснения принципов изобретения и его практического применения. Любому обычному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в изобретение, раскрытое в данной спецификации, могут быть внесены многие изменения, без отступления от объема и сущности изобретения.
[0024] Сходные номера ссылок означают соответствующие детали по всем нескольким изображениям, пока не будет указано иное. Хотя чертежи представляют варианты выполнения различных признаков и компонентов согласно настоящему раскрытию, чертежи необязательно приведены в масштабе, и определенные признаки могут быть преувеличены, для лучшей иллюстрации вариантов выполнения настоящего раскрытия, и такие пояснения на примере не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего раскрытия.
[0025] Пока в настоящем документе четко не указан иное, для данной спецификации применяются следующие правила: (a) все используемые здесь слова рассматриваются как слова такого рода или числа (единственного или множественного), какого требуют обстоятельства; (b) единичные термины, используемые в спецификации и прилагаемой формуле изобретения, включают в себя множественные ссылки, пока из контекста не будет четко следовать иное; (c) предшествующий термин «примерно», применяемый для указываемого диапазона или значения, означает приближение в пределах отклонения в диапазоне, или значений, известных или ожидаемых в данной области техники, исходя из измерений; (d) слова «в данном документе», «тем самым», «при этом», «выше в данном документе» и «здесь и далее» и слова аналогичного значения относятся к данной спецификации во всей ее полноте, а не к какому-либо конкретному разделу, пункту формулы изобретения или другим подразделам, пока не будет указано иное; (e) описательные заголовки приведены лишь для удобства, но не регулируют и не влияют на значение или состав какой-либо части спецификации; и (f) термины «или» и «любой» не являются исключительными, а термины «включают в себя» и «включая» не являются ограничивающими. Кроме того, термины «содержащий», «имеющий», «включающий в себя» и «охватывающий» следует рассматривать как неограничивающие термины (т.е., означающие «включающий в себя, но не ограниченный»).
[0026] Ссылки в спецификации на «один вариант выполнения», «вариант выполнения», «примерный вариант выполнения», и т.д., означают, что описанный вариант выполнения может включать в себя конкретный признак, структуру или характеристику, но каждый вариант выполнения необязательно может включать в себя конкретный признак, структуру или характеристику. Более того, такие предложения необязательно относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, когда конкретный признак, структура или характеристика описана применительно к варианту выполнения, подразумевается, что она находится в пределах сведений, известных специалисту в данной области техники, влияющих на такой признак, структуру или характеристику, применительно и к другим вариантам выполнения, независимо от того, описаны ли они явно.
[0027] В той степени, в какой это необходимо для обеспечения описательной основы, предмет и/или текст прилагаемой формулы изобретения полностью включен в настоящий документ в виде ссылки.
[0028] Перечисление диапазонов значений в настоящем документе предназначено здесь лишь для того, чтобы служить в качестве краткого способа ссылки по отдельности на каждое отдельное значение, попадающее в диапазон в пределах любых поддиапазонов, входящих в данный диапазон, пока в настоящем документе не будет четко указано иное. Каждое отдельное значение в приведенном диапазоне включено в описание или в формулу изобретения, как если бы каждое отдельное значение было по отдельности изложено в настоящем документе. Там, где приведен конкретный диапазон значений, следует понимать, что каждое встречающееся значение, до десятых долей или менее от единицы нижнего предела между верхним и нижним пределом этого диапазона и любого другого указанного или встречающегося значения в этом указанном диапазоне или поддиапазоне, указанном в настоящем документе, пока из контекста не будет четко указано иное. Также включены все поддиапазоны. Верхний и нижний пределы этих меньших диапазонов также в него включены, с учетом любого конкретно и явно исключенного предела в указанном диапазоне.
[0029] Следует отметить, что некоторые из терминов, используемых в настоящем документе, представляют собой относительные термины. Например, термины «выше» и «ниже» подразумевают положение друг относительно друга, т.е. более высокий компонент находится на большей высоте, чем более низкий компонент в заданной ориентации, но эти термины могут меняться, если устройство переворачивается. Термины «вход» и «выход» подразумевают положение относительно текучей среды, текущей через них относительно данной структуры, например, жидкость, текущая через вход в структуру и вытекающая через выход из структуры. Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» подразумевают положение относительно направления, в котором жидкость течет через различные компоненты, т.е. поток жидкостей через более высокий по потоку компонент перед течением через более низкий по потоку компонент.
[0030] Термины «горизонтальный» и «вертикальный» используют для обозначения направления относительно абсолютного эталона, т.е., уровня земли. Однако эти термины не следует рассматривать как требование структур, абсолютно параллельных или абсолютно перпендикулярных друг другу. Например, первая вертикальная структура и вторая вертикальная структура необязательно параллельны друг другу. Термины «верх» и «низ» или «основание» используют для обозначения местоположений/поверхностей, где верх всегда выше, чем низ/основание относительно абсолютного эталона, т.е. поверхности Земли. Термины «вверх» и «вниз» также означают направления относительно абсолютного эталон; поток вверх всегда течет против земного притяжения.
[0031] На ФИГ.1A изображен примерный сегмент 100 пластины диспергатора-рафинера. В изображенном варианте выполнения, примерный сегмент 100 пластины диспергатора-рафинера представляет собой роторный сегмент. Сегмент 100 пластины диспергатора-рафинера содержит опорную пластину 115, имеющую переднюю 105 сторону, расположенную удаленно от задней стороны (210, ФИГ.2). Опорная пластина 115, как правило, задает кольцевой сектор, связанный внутренней 122 дугой, внешней 124 дугой и боковыми 116, 118 сторонами. Внутренняя 122 дуга расположена на первом 111 конце боковой длины SL, и внешняя 124 дуга находится на втором 113 конце боковой длины SL, с размещением, таким образом, внешней 124 дуги в радиально удаленном местоположении от внутренней 122 дуги. Первая 116 боковая сторона простирается между внутренней 122 дугой и внешней 124 дугой. Вторая 118 боковая сторона расположена удаленно от первой 116 боковой стороны вдоль расстояний между внешней 124 дугой и внутренней 122 дугой.
[0032] Крепежные 167 отверстия простираются через опорную пластину 115. Операторы вставляют болты или другие крепежи (не показаны) для зацепления сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера с основанием узла диспергатора. Сразу после установки, серия последовательных смежных сегментов 100 пластины диспергатора-рафинера образуют кольцо, сконфигурированное для вращения вокруг центра вращения. Изображенный сегмент 100 пластины диспергатора-рафинера оптимизирован для вращения в направлении против часовой стрелки R.
a
b
a
b
a
b
[0033] Серия приподнятых зубьев 120 простирается от опорной пластины 115. Серия приподнятых зубьев 120, как правило, имеет форму многогранника (т.е., геометрической призмы). Например, форма может представлять собой куб, удлиненную прямоугольную призму, трапецоидальную призму, треугольную призму, пирамиду, усеченную пирамиду (т.е., пирамиду, завершающуюся плоской горизонтальной поверхностью, а не точкой), пентагональную призму или другой многогранник. Каждый зуб 120 может иметь внутренние 147 стенки и внешние 159 стенки относительно внутренней 122 дуги сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера. Задняя 165 стенка каждого зуба 120 расположена удаленно от ведущей 164 стороны. Когда пластина диспергатора-рафинера вращается, ведущая 164 сторона представляет собой сторону зуба 120, которая может наталкиваться на фиксированную точку на пути вращения зуба перед задней 165 стенкой. Ведущая 164 сторона зубьев может быть многогранной (т.е., содержащей несколько ведущих стенок 164, 164, и т.д.), а предпочтительно может иметь плоскую или вогнутую форму, содержащую острые кромки 173 на стыках смежных стенок (см. 147, 159, 165, 164, 164). Считается, что вогнутая форма ведущей 164 стороны может удерживать рециркулируемые волокна 275 (ФИГ.2A) в диспергирующих секциях 125 в среднем в течение более длительного времени, чем зубья, не обладающей такой вогнутой формой на ведущей 164 стороне. Кроме того, острые кромки 173, образованные на стыке смежных стенках 147, 159, 164, 164, могут передать больше сдвигающего усилия рециркулируемым волокнам 275, что требует в среднем больше времени в диспергирующих секциях 125. В результате, примерные сегменты пластины диспергатора-рафинера 100 удаляют чернила и другие клейкие вещества с рециркулируемых волокон 275, с повышенной эффективностью. Зубья 120 расположены в рядах 117, расположенных на радиальных интервалах 133. Боковые 136 интервалы также отделяют каждый из зубьев 120 друг от друга.
[0034] Область 156, охватывающая зубья 120 на опорной пластине 115, задает диспергирующие 125 секции. Каждый зуб 120 в серии зубьев 120 обладает высотой зуба (230, ФИГ.2A). Зубья 120' на обращенном 100' сегменте пластины диспергатора-рафинера (ФИГ.1B) аналогично расположены в диспергирующих 125' секциях на радиальных 133' интервалах. Однако зубья 120' на обращенном 100' сегменте пластины диспергатора-рафинера радиально смещены от зубьев 120, изображенных на ФИГ.1A. То есть, зубья 120' на обращенном 100' сегменте пластины диспергатора-рафинера и расположены между зубьями 120, изображенными на ФИГ.1A, когда сегменты пластины диспергатора-рафинера 100, 100' обращены друг к другу. Иными словами, зубья 120 первого 100 сегмента пластины диспергатора-рафинера (ФИГ.1A) расположены на радиальных интервалах 133' между смежными рядами 117' зубьев 120' на противоположном 100' сегменте пластины диспергатора-рафинера (ФИГ.1B). Таким образом, зубья 120, 120' сконфигурированы так, чтобы они входили в зацепление, когда они установлены на диспергаторе (см. ФИГ.2A). Следует понимать, что количество входящих в зацепление рядов 117 зубьев 120, 120' и конструкция зубьев 120, 120' будет различной, в зависимости от того, насколько много требуется энергии диспергирования; однако, примерные сегменты пластины диспергатора-рафинера 100, 100', раскрытые в настоящем документе, имеют минимум два ряда 117 зубьев 120, 120' на каждом сегменте 100, 100' пластины диспергатора-рафинера. Обычно бывает предпочтительно, по меньшей мере, четыре ряда 117 зубьев 120, 120'. Ряды 117 зубьев 120 могут быть ограничены диаметром диспергатора. В некоторых примерных вариантах выполнения, может быть желательно от четырех до восьми рядов 117 зубьев 120, 120'.
a
b
a
b
a
b
[0035] Серия ножей 140 рафинера простирается от опорной пластины 115 на передней 105 стороне в местоположении, радиально удаленном от зубьев 120. Смежные ножи рафинера (см., например, 140 и 140) и опорная пластина 115 образуют канавку 145 между смежными ножами рафинера (например, 140 и 140). Канавка 145 расположена между каждыми из смежных ножей рафинера (например, 140 и 140), и поэтому серия ножей 140 рафинера порождает серию чередующихся ножей 140 рафинера и канавок 145. Область 157, которую занимает серия ножей 140 рафинера и канавок 145 на передней 105 стороне, известна как «секция рафинирования» 135. Секция 135 рафинирования расположена ближе ко второму 113 концу боковой длины SL, чем диспергирующие 125 секции. Ножи 140 рафинера обладают высотой ножа рафинера (250, ФИГ.2). Высота 230 зуба превышает высоту 250 ножа рафинера. Внешняя секция 135 рафинирования может иметь минимальную длину 10 мм. В других примерных вариантах выполнения является предпочтительным, чтобы внешняя секция 135 рафинирования могла составлять примерно 25-100 мм в длину. Геометрия каждой секции (например, диспергирующих 125 секций, секции 135 рафинирования, и других возможных секций на сегменте 100 пластины диспергатора-рафинера, таких как секция подающего ножа) отчасти ограничена размером сегментов пластины диспергатора-рафинера 100, 100', которые являются фиксированными для данной модели оборудования диспергатора.
[0036] В определенных примерных вариантах выполнения, площадь 157 секции 135 рафинирования находится в диапазоне 20-33⅓% от площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера. Например, площадь 157 секции 135 рафинирования может составлять по меньшей мере 20%, 25%, или 33⅓% от площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера.
[0037] Нагрузочная способность диспергирующих секций 125, как правило, более ограничена, чем нагрузочная способность секции 135 рафинирования. Как правило, общий объем области диспергирования между двумя противоположными пластинами 100, 100' (т.е., объем диспергирующего 251 зазора (ФИГ.2A) плюс общий объем боковых интервалов 136), как правило, больше, чем в сопоставимой области общего объема рафинирования (т.е., объема рафинирующего зазора 249 (ФИГ.2A) и канавок 145) между противоположными пластинами 100, 100'. Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что если объем рециркулируемых волокон 275 и скорость загрузки постоянна, то секция с меньшим общим объемом будет претерпевать большую нагрузку (т.е., силу). Один способ повышения эффективность диспергирующих секций 125 состоит в повышении площади диспергирующих секций 125 на сегменте. Учитывая высокую нагрузочную способность секции 135 рафинирования, считается, что секция 135 рафинирования может уступить диспергирующим 125 секциям, расположенным радиально вовнутрь, без ущерба для эффективности рафинирования.
[0038] В определенных примерных вариантах выполнения, область 156 диспергирующих секций 125 находится в диапазоне 40-50% от площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера. В определенных примерных вариантах выполнения, диспергирующие 125 секции могут занимать, по меньшей мере, 40% площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера. Например, в определенных примерных вариантах выполнения, секция 135 рафинирования занимает примерно 30% от площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 диспергатора-рафинера, тогда как диспергирующие 125 секции занимает примерно 70% от площади поверхности опорной пластины 115 на передней 105 стороне сегмента 100 диспергатора-рафинера. В еще одних примерных вариантах выполнения, секция 135 рафинирования может занимать примерно 30% от площади поверхности опорной пластины 115, диспергирующие 125 секции может занимать примерно 40% от площади поверхности опорной пластины 115, а подающая секция (содержащая несколько внутренних подающих ножей 123) может занимать примерно 30% от площади поверхности опорной пластины 115, где каждая находится на передней 105 стороне сегмента 100 пластины диспергатора-рафинера. В других примерных вариантах выполнения, диспергирующие 125 секции занимают по меньшей мере 50% от площади поверхности опорной пластины 115.
[0039] На ФИГ.1A дополнительно изображена серия переходных 183 ножей, расположенных между самыми внешними зубьями 120 в радиальном направлении до ножа 140 рафинера на входе секции 135 рафинирования. Переходный 183 нож может физически соединять самый внешний 120 зуб в радиальном направлении с ножом 140 рафинера, или переходные 182 ножи могут быть расположены лишь смежно с самым внешним 120 зубом в радиальном направлении и ножом 140 рафинера. Переходный 183 нож подает рециркулируемые волокна 275 в рафинирующий 249 зазор. В определенных примерных вариантах выполнения, переходные 182 ножи могут иметь более широкий конец, расположенный радиально вовнутрь, по сравнению с более узким, расположенным радиально наружу, концом. Кроме того, следует понимать, что в определенных примерных вариантах выполнения, расположенный радиально наружу конец переходного 183 ножа может упираться в канавку 145 рафинера. В определенных примерных вариантах выполнения, расположенный радиально вовнутрь конец переходного 183 ножа может быть расположен в или радиально наружу от бокового 136 интервала между самыми внешними 120 зубьями в радиальном направлении.
[0040] Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что переходные 182 ножи могут способствовать подаче рециркулируемых волокон 275 в секцию 235 рафинирования и, таким образом, предотвращать срыв и накопление рециркулируемых волокон 275 между диспергирующими 225 секциями и секцией 235 рафинирования.
[0041] Сегмент 100 пластины диспергатора-рафинера может характеризоваться наличием внутренних 123 подающих ножей. Однако следует понимать, что эти внутренние 123 подающие ножи не могут присутствовать на каждом сегменте 100, 100' пластины диспергатора-рафинера.
[0042] ФИГ.1B показывает примерный противоположный 100' сегмент пластины диспергатора-рафинера, сконфигурированный так, чтобы он был обращен к роторному 100 сегменту пластины диспергатора-рафинера по ФИГ.1A в диспергаторе. В этом примере, противоположный 100' сегмент пластины диспергатора-рафинера представляет собой статор. Следует понимать, что в диспергаторах, вращающихся в противоположную сторону, противоположный 100' сегмент пластины диспергатора-рафинера будет представлять собой другой роторный сегмент (см. ФИГ.1A). Зубья 120' сконфигурированы так, чтобы они входили в зацепление с зубьями 120, показанными на ФИГ.1A. Заявитель использует символ штриха ('), чтобы показать, что на противоположном сегменте пластины диспергатора-рафинера показан конкретный признак, который представляет собой статорный 100' сегмент пластины в изображенном варианте выполнения. Сходные ссылочные обозначения указывают на сходные признаки на противоположных сегментах 100, 100' пластины диспергатора-рафинера.
[0043] ФИГ.2A представляет собой поперечный разрез примерных обращенных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, показывающий высоту 230 зуба, превышающую высоту 250 ножа рафинера. При эксплуатации, рециркулируемые волокна 275 текут радиально наружу от центра вращения и пересекают внутренние 222, 222' дуги обращенных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера. Рециркулируемые волокна 275 затем продолжают течь радиально наружу через диспергирующие 225, 225' секции и диспергирующий 251 зазор, заданный обращенными диспергирующими 225, 225' секциями.
[0044] Скаты 227, 227' могут быть желательно размещены так, чтобы они были расположены радиально вовнутрь зубьев 120, 120'. Скаты 227, 227' препятствуют тому, чтобы рециркулируемые волокна 275 обходили эффект диспергирования на самом крупном ожидаемом диспергирующем зазоре 251, изображенном на входе диспергирующих секций 225, 225'. Внутренние 223 подающие ножи, если они имеются, способствуют разрушению рециркулируемых волокон 275 и направляют рециркулируемые волокна 275 в диспергирующие секции 225, 225'.
[0045] Рециркулируемые волокна 275 перерабатываются на пересечении боковых 247 внутренних стенок и боковых 259 внешних стенок входящих в зацепление зубьев 220, 220' в перекрывающихся диспергирующих секциях 225, 225'. Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что сжатие дает большую силу рафинирования в секции 235 рафинирования, тогда как срезающие усилия составляют большую часть сил диспергирования в диспергирующих секциях 225. Это отчасти связано со сравнительно более крупным диспергирующим зазором 251, по сравнению с рафинирующим зазором 249. Считается, что эти срезающие усилия позволяют удалить большую часть клейких веществ с рециркулируемых волокон 275. Считается, что несколько острых кромок 173 на диспергирующих зубьях 120, в частности, на ведущей 164 стороне, придают большую часть этих срезающих усилий и, таким образом, усиливают эффект диспергирования. То есть, быстрое изгибание рециркулируемых волокон 275 между боковыми 247 внутренними стенками и боковыми 259 внешними стенками и вдоль кромок 173 позволяет удалить грязь, краску и клейкие вещества с рециркулируемых волокон 275. Быстрое перемещение и срезание грязи, чернил и клейких веществ между боковыми 247 внутренними стенками и боковыми 259 внешними стенками также разрушает грязь, чернила и клейкие вещества в такой степени, что они не будут видны в конечном продукте.
[0046] После диспергирования, радиально самые внешние 217 ряды входящих в зацепление зубьев 220, 220' затем дополнительно подают диспергированные рециркулируемые волокна 275 в рафинирующий 249 зазор, заданный плоскими верхними поверхностями 243, 243' противоположных ножей 240, 240' рафинера. Как видно на ФИГ.2A, после боковой 259 внешней стенки самого внешнего 220 зуба в радиальном направлении имеется крупное пространство. Это пространство позволяет изготовителям стачивать верхние части рафинирующих 240 ножей до уровня ниже верхних частей диспергирующих 120 зубьев, не повреждая зубья 120 при осуществлении этого. Однако это пространство также позволяет накапливать рециркулируемые волокна 275 и задерживать их между диспергирующими 225 секциями и секцией 235 рафинирования. Поэтому, в предпочтительном варианте выполнения, опорная пластина 215' статорного 200' сегмента пластины диспергатора-рафинера дополнительно образует отклоняющее 263' устройство, расположенное между диспергирующими 225' секциями и секцией 235' рафинирования. Отклоняющее 263' устройство направляет диспергированные рециркулируемые волокна 275 в рафинирующий колпак 249 и, таким образом, предотвращает задерживание волокон. Следует понимать, что в других примерных вариантах выполнения отклоняющее 263' устройство может быть расположено на роторных 200 сегментах пластины диспергатора-рафинера. Как изображено, отклоняющее 263' устройство может иметь переходную толщину (т.е., соединяющую более тонкую секцию опорной пластины под диспергирующими 225 секциями с более толстой секцией опорной пластины под секцией 235 рафинирования).
[0047] В еще одних примерных вариантах выполнения, отклоняющее 263' устройство может быть опущено. Однако, следует понимать, что подача рециркулируемых волокон 275 в секции 235, 235' рафинирования будет менее эффективным без отклоняющего 263' устройства, и максимальный выход рециркулируемых волокон 275 может быть снижен. Противоположные 235, 235' секции рафинирования могут иметь любую существующую или новую конфигурацию ножей 240, 240' рафинера и канавок 245, 245', которые имеют плоскую 243, 243' верхнюю поверхность, и обрабатывать рециркулируемые волокна 275 в рафинирующем зазоре 249.
[0048] Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что внутренняя часть сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, имеющая входящие в зацепление зубья 220, 220' (которые обладают большим объемным ограничением для потока) способствует поддержанию высокой производительности и обеспечивает эффективную работу диспергирования. Диспергирующие 225, 225' секции подают секции рафинирования 235, 235', содержащие ножи 240, 240' рафинера и канавку 245, 245', во внешнюю периферийную позицию сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера. Секции 325, 355' рафинирования обладают большей способности к подаче/загрузке и более высоким объемом (из-за большей площади дугового сегмента при более ближней внешней периферии), что позволяет лучше справляться с производством волокон и использовать эффективную энергию рафинирования.
1
2
[0049] Примерные сегменты 200, 200' пластины диспергатора-рафинера могут быть отлиты, а затем подвергнуты механической обработки, с получением, по меньшей мере, два различных уровня T, T поверхности относительно задней 210 стороны, с обеспечением эффективного диспергирования, в дополнение к энергии рафинирования. Входящие в зацепление зубья 220, 220' будут выше 230, 230', чем ножи 240, 240' рафинера (см. 250, 250') и канавки 245, 245'. В результате, верхушки 243, 243' ножей 240, 240' рафинера могут быть подвергнуты прецизионной механической обработке, без снижения высоты 230, 230' входящих в зацепление зубьев 220, 220'. Входящие в зацепление зубья 220, 220 могут быть как литыми, плоскими и подвергнутыми механической обработке, так и литыми и плоскими и подвергнутыми механической обработке одновременно. В определенных примерных вариантах выполнения, зуб 220 входящих в зацепление зубьев 220, по меньшей мере, на 50% выше, чем рафинирующие ножи 240 в секции 235 рафинирования. Например, нож 240 рафинера может иметь высоту примерно 7 мм ± 3 мм, а диспергирование зуб 220 может быть, по меньшей мере, на 50% выше, чем нож 240 рафинера. Предполагается, что входящие в зацепление зубья 220, описанные в настоящем документе, могут обладать высотой в диапазоне примерно 8- 30 мм. В еще одних примерных вариантах выполнения, входящие в зацепление зубья 220 могут быть по меньшей мере на 100% выше, чем нож 240 рафинера.
[0050] ФИГ.2B представляет собой крупный план ящика B-B, изображенного на ФИГ.2A. Примерные варианты выполнения задуманы так, чтобы как диспергирующий 251 зазор, так и рафинирующий 249 зазор можно было отрегулировать при регулировании операторами расстояния между противоположными сегментами 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, однако влияние на рафинирующий 249 зазор может быть более выраженным, чем на диспергирующий 251 зазор. Не привязываясь к какой-либо теории, считается, что диспергирование происходит в первую очередь на пересечении боковых 247 внутренних стенок и боковых 259 внешних стенок входящих в зацепление зубьев 220, 220' и не пересекающих верхушки 253, 253' входящих в зацепление зубьев 220, 220'. В результате, когда оператор перемещает сегмент 200 пластины диспергатора-рафинера к или от другого сегмента 200' пластины диспергатора-рафинера, величина диспергирующего 251 зазора между боковыми 247 внутренними стенками и боковыми 259 внешними стенками изменяется меньше, чем расстояние между противоположными верхушками 243, 243' ножей 240, 240' рафинера.
2
2
1
2
[0051] Для примерных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, диспергирующий 251 зазор между входящими в зацепление зубьями 220, 220' противоположных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера можно отрегулировать на 0,1-0,4 мм на каждый миллиметр регулировки машины, тогда как рафинирующий 249 зазор при изменении положения будет обладать регулировкой 1:1. В некоторых примерных вариантах выполнения, предполагается, что второй T уровень поверхности расположен на более толстой опорной пластине (измеренной как кратчайшее расстояние от второго T уровня поверхности до задней 210 стороны), чем первый T уровень поверхности. Не привязываясь к какой-либо теории, более толстая опорная пластина под вторым T уровнем поверхности, в сочетании с линейным рафинирующим 249 зазором между противоположными сегментами 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, может обеспечить конфигурацию примерных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера, поддерживающую соотношение регулировки 1:1 для рафинирующего зазора, с дополнительным конфигурированием примерного сегмента 200, 200' пластины диспергатора-рафинера для поддержания соотношения регулировки менее 1:1 для диспергирующего 251 зазора. Это различие будет обеспечивать относительно неизменный эффект диспергирования, позволяя операторам регулировать эффект рафинирования с большей точностью. В результате, теперь становится возможным, чтобы при правильном выборе конструкции пластины диспергатора получить фиксированную энергию диспергирования, прикладываемую к рециркулируемым волокнам 275, тогда как регулировка положения машины позволяет лучше контролировать прилагаемую энергию рафинирования.
[0052] В определенных примерных вариантах выполнения, рафинирующий 249 зазор составляет 3 мм или менее. В еще одних дополнительных примерных вариантах выполнения, регулирование осевое положение противоположных сегментов 200, 200' пластины диспергатора-рафинера приводит к регулировке рафинирующего 249 зазора в соотношении 1:1 и диспергирующего 251 зазора в соотношении 1:3. То есть, для каждого изменения рафинирующего 249 зазора по ширине, ширину диспергирующего 251 зазора изменяют на одну треть от изменения рафинирующего 249 зазора по ширине.
[0053] Примерный сегмент пластины диспергатора-рафинера содержит: опорную пластину, отделяющую переднюю сторону от задней стороны, причем опорная пластина имеет: переднюю сторону, боковую длину, внутреннюю дугу, расположенную на первом конце боковой длины, внешнюю дугу, расположенную на втором конце боковой длины, причем внешняя дуга находится на радиальном удалении от внутренней дуги вдоль боковой длины, первую боковую сторону, простирающуюся между внутренней дугой и внешней дугой вдоль боковой длины, вторую боковую сторону, простирающуюся между внутренней дугой и внешней дугой вдоль боковой длины, причем вторая боковая сторона расположена удаленно от первой боковой стороны, и заднюю сторону, расположенную напротив от передней стороны вдоль толщины, причем задняя сторона и передняя сторона простираются между внешней дугой, внутренней дугой, первой боковой стороной и второй боковой стороной; зубья, простирающиеся от опорной пластины, причем зубья: расположены в рядах, расположенных на радиальных интервалах, и занимают область на опорной пластине, в которой зуб из упомянутых зубьев содержит: высоту зуба, стенки и кромки на стыках смежных стенок, и в котором область задает диспергирующие секции; и ножи рафинера, простирающиеся от опорной пластины, причем смежные ножи рафинера и опорная пластина образуют канавку между смежными ножами рафинера, причем ножи рафинера образуют, таким образом, секцию рафинирования из чередующихся ножей рафинера и канавок, причем секция рафинирования расположена ближе ко второму концу боковой длины, чем диспергирующие секции, причем ножи рафинера в области чередующихся ножей рафинера и канавок обладают высотой ножа рафинера, и при этом высота зуба превышает высоту ножа рафинера.
[0054] Другой примерный сегмент пластины диспергатора-рафинера содержит: опорную пластину; зубья, простирающиеся от опорной пластины, причем зубья расположены в рядах, установленных на радиальных интервалах, в которых зуб из зубьев имеет высоту зуба, стенки и кромки на стыках смежных стенок, причем зубья занимают область на опорной пластине, и при этом область задает диспергирующие секции; и ножи рафинера, простирающиеся от опорной пластины, причем смежные ножи рафинера и опорная пластина образуют канавку между смежными ножами рафинера, причем ножи рафинера образуют, таким образом, секцию рафинирования из чередующихся ножей рафинера и канавок, причем секция рафинирования расположена удаленно от диспергирующих секций, причем ножи рафинера обладают высотой ножа рафинера, и при этом высота зуба превышает высоту ножа рафинера.
[0055] Примерное устройства диспергатора содержит: первый узел диспергатора, имеющий центр вращения на оси и выполненный с возможностью вращения вокруг оси; и второй узел диспергатора, обращенный к первому узлу диспергатора, причем каждый из первого узла диспергатора и второго узла диспергатора содержит: основание и несколько сегментов пластины диспергатора-рафинера, расположенных кольцеобразно и закрепленных на основании, причем сегменты пластины диспергатора-рафинера имеют: опорную пластину, содержащую: переднюю сторону, боковую длину, внутреннюю дугу, расположенную на первом конце боковой длины, внешнюю дугу, расположенную на втором конце боковой длины, причем внешняя дуга находится на радиальном удалении от внутренней дуги вдоль боковой длины, первую боковую сторону, простирающуюся между внутренней дугой и внешней дугой вдоль боковой длины, вторую боковую сторону, простирающуюся между внутренней дугой и внешней дугой вдоль боковой длины, причем вторая боковая сторона расположена удаленно от первой боковой стороны, и заднюю сторону, расположенную напротив от передней стороны вдоль толщины, причем задняя сторона и передняя сторона простираются между внешней дугой, внутренней дугой, первой боковой стороной и второй боковой стороной, причем задняя сторона расположена на основании, в котором передняя сторона дополнительно содержит: зубья, простирающиеся от опорной пластины, причем зубья расположены в рядах, установленных с радиальными интервалами, в которых зубья в зубьях имеют высоту зуба, стенки и кромки на стыках смежных стенок, причем зубья занимают область на опорной пластине, и при этом область задает диспергирующие секции; и ножи рафинера, простирающиеся от опорной пластины, причем смежные ножи рафинера в ножах рафинера и опорная пластина образуют канавку между смежными ножами рафинера, причем ножи рафинера образуют, таким образом, секцию рафинирования из чередующихся ножей рафинера и канавок, причем секция рафинирования расположена ближе ко второму концу боковой длины, чем диспергирующие секции, причем ножи рафинера в области чередующихся ножей рафинера и канавок имеют высоту ножа рафинера, и при этом высота зуба превышает высоту ножа рафинера, причем противоположные зубья на первом узле диспергатора относительно второго узла диспергатора входят в зацепление, образуя диспергирующий зазор, и при этом противоположные ножи на первом узле диспергатора относительно второго узла диспергатора образуют рафинирующий зазор.
[0056] Тогда как изобретение было описано применительно к тому, что в настоящее время рассматривается в качестве наиболее выгодного и предпочтительного варианта выполнения, должно быть понятно, что изобретение не ограничено раскрытым вариантом выполнения, а напротив, предназначено для охвата различных модификаций и эквивалентных компоновок, входящих в сущность и объем изобретения.