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Dampfbeheizter Trockenzylinder
Die Erfindung bezieht sich auf dampfbeheizte Trockenzylinder, insbesondere für schnellaufende Papiermaschinenod. dgl. Solange an einem solchen Zylinder die zu trocknende feuchte Bahn entlangläuft, also während der gesamten Dauer des Betriebes ist die Temperatur der Zylinderwand niedriger als die
Sättigungstemperatur des Wasserdampfes. Es tritt daher eine Kondensation des Dampfes ein. Die bei der Kondensation freiwerdende beträchtliche Wärmemenge geht in die Zylinderwand über. Das Kondenswasser erfährt durch die Rotation des Zylinders eine radialgerichtete Beschleunigung und bildet-einen während des Betriebes mit der Zylinderwand umlaufenden Kondenswasserring. Dieser Kondenswasserring hat eine stabile Dichteschichtung, so dass das spezifisch schwerste, am weitesten abgekühlte Kondenswasser unmittelbar die Zylinderwand berührt.
Die bei der Kondensation freiwerdende Wärme muss den Wasserring durchdringen, um in die Zylinderwand zu gelangen, so dass, da die Wärme im Wasserring hauptsächlich durch Leitung übertragen wird und die Wärmeleitung von Wasser gering ist, die Stärke und die Dichteschichtung des Wasserringes entscheidend die Wärmeabgabe des Dampfes beeinflusst.
Um eine wirtschaftlich tragbare Trocknung zu erreichen, müssen die Trockenzylinder daher durch geeignete Vorrichtungen stets ausreichend entwässert werden. Es werden dazu vorzugsweise feststehende oder aber auch mit dem Zylinder fest verbundene Siphons verwendet, von denen viele Ausführungsformen bekannt sind. Mit diesen Siphons kann, wie sich gezeigt hat, keine vollständige Entwässerung der Zy- lindererreicht werden. Für eine Siphonentwässerung ist nämlich das Vorhandensein einer Kondenswasserströmung durch den Zylinder zum Siphon hin Voraussetzung, welche eine Mindestwasserhöhe erfordert, die z. B. bei Trockenzylindern von 1500 mm Durchmesser in der Grössenordnung von 1 mm liegt.
Eine Steigerung der Entwässerung und damit eine Verbesserung der Wärmeübertragung auf die Zylinderwand durch Reduzierung des Kondenswassernnges unter eine bestimmte Schichtdicke ist daher mit Siphons nicht durchführbar.
Man hat versucht, durch auf der Zylinderinnenwand angeordnete, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende oder nach Art von Gewindegängen ausgebildete Heizrippen, deren Höhe die Dicke des Kondenswasserringes wesentlich überschreitet, eine unmittelbare Wärmeübertragung vom Dampf an die Zylinderwände zu erreichen. Das Kondenswasser wird bei diesem Vorschlag durch die Fliehkraft in die zwischen den Heizrippen verbleibenden Nuten gedrückt und in diesen Nuten der Entwässerungseinrichtung zugeführt. Diese Bauweise ist sehr kostspielig und birgt die Gefahr ungleichmässiger Erwärmung der Mantelfläche des Trockenzylinders in sich, wodurch Markierungen auf der Papierbahn hervorgerufen werden können.
Weiterhin hat man die bei Kühlzylindern bekannte Ausbildung des im Zylinderinneren feststehend angeordneten Frischwasserzufuhrrohres mit düsenartigen Öffnungen, aus denen das Frischwasser gegen die mit aufgelegten Gittern od. dgl. künstlich rauhgemachte Zylinderinnenwand gespritzt wird, um das erwärmte Kühlwasser von dort zu verdrängen und das Frischwasser in unmittelbare Berührung mit der Oberfläche der Kühltrommelinnenwand zu bringen, in etwas abgewandelter Form auch bei Trockenzylindem angewendet. Dabei lässt man den Heizdampf in Form von Dampfstrahlen aus einem oder mehreren im Inneren des Trockenzylinders feststehend angeordneten Dampfrohren etwas oberhalb des Sumpfes schräg auf die Zylinderinnenwand auftreffen.
Die Dampfstrahlen sollen das bei Drehung des Zylinders an der Zylinderwand aufsteigende Kondenswasser zurückdrängen und so die Bildung eines Wasserringes an dieser Innenwand ver-
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hindern, so dass stets nur der Sumpf im Zylinder vorhanden ist. Auch diese Vorrichtung hat sich jedoch nicht bewährt, weil die Erhöhung des Wärmeüberganges nur geringfügig ist.
Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, bei dampfbeheizten Trockenzylindern mit während des Be- triebes mit der Zylinderwand mit umlaufender Kondenswasserschicht und mit mindestens einer Entwässe- rungsvorrichtung im Zylinder, an die Innenwand angedrückte, zur Zylinderdrehachse wenigstens ange- nähert parallele Leisten, Stäbe od. dgl. anzuordnen. Durch diese Leisten, Stäbe od. dgl. wird während des
Betriebes die mit der Zylinderinnenwand umlaufende Kondenswasserschicht gestört, derart, dass sich eine ständige Umschichtung und Verwirbelung der Flüssigkeit in der Kondenswasserschicht ergibt.
Dieser Vorschlag des Einbaues mitumlaufender Leisten, Stäbe od. dgl. geht von der Erkenntnis aus, dass bei schnellaufenden Trockenzylindern (heute übliche Umfangsgeschwindigkeit bis 750 m/min) die
Kondenswasserschicht zwar im Mittel mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie der Zylinder, dass sich aber im jeweils aufsteigenden Bereich des Zylinders eine Verzögerung und im abfallenden Bereich eine Beschleunigung ergibt, also eine Relativgeschwindigkeit zwischen Kondensatring und Zylinderman- tel. Durch die Leisten, Stäbe od. dgl. soll nun ständig eine Störung der Kondenswasserschicht erreicht werden, vorzugsweise natürlich im aufsteigenden und im abfallenden Bereich des Zylindermantels, um so eine gewisse Verwirbelung und Pendelung des Kondenswasserringes und damit eine ständige Umschichtung der Flüssigkeitsschichten im Kondenswasserring zu bewirken.
Die Leisten wirken in der Weise, dass sich das Wasser, dessen relative Strömungsrichtung senkrecht zu den Leisten verläuft, während einer halben Periode an jeder Leiste einmal staut. Das angestaute Wasser löst sich in Form eines Wellenberges von der Leiste ab und wandert in Umfangsrichtung bis zur nächsten
Leiste, an welcher die Welle reflektiert wird. Bei Anordnung nur einer Leiste entsteht bei jeder Umdre- hung des Zylinders auf beiden Seiten je eine Welle mit einem Phasenunterschied von einer halben Perio- de. Die eine Welle wandert in Umfangsrichtung und die andere Welle in entgegengesetzter Richtung. Die
Wellen beider Richtungen überschneiden sich also.
Durch die Wandreibung wird die Wellenbewegung in den äussersten, also der Zylinderwand am nächsten liegenden Schichten abgebremst, während der Wel- lenberg in den oberen Schichten und insbesondere an der Oberfläche fast ungehindert fortschreitet. Nach einer gewissen Zeit überschlägt sich die Welle. Dabei tritt eine heftige Turbulenz auf. Durch diese Um- schichtung und Verwirbelung wird die Wärmeübertragung aus dem Kondensat auf den Zylindermantel be- deutend verbessert.
Die radiale Höhe der Leisten, Stäbe od. dgl. wird zweckmässig wenigstens gleich der radialen Dicke der Kondenswasserschicht gemacht. Dadurch wird verhindert, dass ein wesentlicher Teil des an der Leiste sich anstauenden Kondenswassers über die Leiste hinweggleitet, ohne die erwünschte Turbulenz erlangt zu haben.
Die Leisten, Stäbe od. dgl. können, nach einem weiteren Gedanken der Erfindung, wenigstens zum
Teil kürzer sein als die Länge des Zylinders und in Achsrichtung gegeneinander versetzt sein.
In Abschnitten des Zylinderumfangs, welche durch gleichmässig über diesen verteilte Leisten, Stäbe od. dgl. gebildet und daher gleich gross sind, wandert das Kondenswasser in phasengleichem Rhythmus hin und her. Die dadurch hervorgerufenen Schwingungen wirken sich nachteilig auf den Antrieb des Zylinders aus. Um dies zu vermeiden, werden-einem weiteren Gedanken der Erfindung zufolge-die Leisten, Stäbe od. dgl. ungleichmässig über den Umfang des Zylinders verteilt.
Die Leisten, Stäbe od. dgl. können durch in Zylinderdurchmessern angeordnete Streben gegen die je- weils gegenüberliegende Zylinderwand abgestützt werden. Durch solche Streben können die Leisten, Stäbe od. dgl. entweder einzeln oder-in vorteilhafter Weise - in Paaren an die Zylinderinnenwand angedrückt werden.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die Leisten, Stäbe od. dgl. gemeinsam durch mehrere, über die Länge-des Zylinders verteilte, ein-oder mehrteilige Spreizringe an die Zylinderwand angepresst. Ausserdem können die Leisten natürlich auch angeschraubt werden, während sich ein Anschweissen nicht empfiehlt, da hiedurch die Gleichmässigkeit der Wärmeübertragung im Zylindermantel gestört würde.
Man hat zwar bereits vor zweieinhalb Jahrzehnten empfohlen, in die Trockenzylinder von Papiermaschinen Längsrippen einzubauen, jedoch zu einem völlig andern. Zweck. Eshandelte sich bei den damals relativ langsam laufenden Papiermaschinen und entsprechend langsam umlaufenden Trockenzylindern darum, das Kondensat im Trockenzylinder, das sich wegen der geringen Umfangsgeschwindigkeit als Sumpf im unteren Teil des Zylinders einstellte, zum Umlauf mit dem Zylinder zu zwingen, um so den Energiebedarf für den Antrieb des Zylinders zu verringern. Dort dienten also die Rippen dazu, einen über den ganzen Umfang reichenden Kondensatring überhaupt erst herzustellen.
Bei der Erfindung geht man da-
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gegen davon aus, dass sich bei schnellumlaufenden Trockenzylindern der Kondensatring von selbst bildet, der aber gemäss der Erfindung zur Erzielung einer besseren Wärmeübertragung ständig gestört werden soll.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anzwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Anordnung eines mit zwei Schienen versehenen Trockenzylinders und Fig. 2 eine
Ausführung, bei der der Trockenzylinder mit einer grösseren Anzahl von Leisten versehen ist.
Gemäss Fig. 1 sind in dem Trockenzylinder 1 zwei in bezug auf die Achse des Zylinders einander genau gegegenüberliegende Schienen 2 angeordnet, die durch mit Spannschlössem 4 versehene Stangen
3 an die Zylinderwand angepresst werden.
GemässFig. 2istin dem Zylinder 1 eine Vielzahl von flachen Leisten 5 angeordnet. Diese erstrecken sich etwa wieder über die gesamte Länge des Zylinders und werden mittels mehrerer zweiteiliger Spreiz- ringe 6 mit Spannschlössem 4 gegen die Zylinderwand gedrückt. Der Abstand der Leisten 5 voneinander wird etwa derart gewählt, dass die durch die Störung entstehenden Pendelungen des Kondenswasserringes gerade von Leiste zu Leiste reichen. Die radiale Höhe der Leisten richtet sich unter anderem nach dem
Durchmesserdes Zylinders und ausserdem nach der durch den Siphon eingestellten Dicke des Kondenswas- serringes. Sie kann durch Versuch leicht festgestellt werden.
Bei einer Versuchsausführung mit einem
Trockenzylinder von 1500 mm Aussendurchmesser hat sich eine Leistenhöhevo'1 6 bis 8 mm bei insgesamt
18 Leisten als besonders zweckmässig erwiesen. Aber auch schon mit nur einer oder zwei Leisten lassen sich wesentliche Verbesserungen in den Wärmeübertragung auf den Zylinder erzielen. Zweckmässig wer- den, in Abweichung von der Fig. 2 der Zeichnung, die Abstände der Leisten untereinander ungleichmässig ausgebildet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dampfbeheizter Trockenzylinder, insbesondere für schnellaufende Papiermaschinen od. dgl. mit während des Betriebes mit der Zylinderwand mitumlaufender Kondenswasserschicht und mit mindestens einer Entwässerungsvorrichtung im Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder (1) an die Innenwand angedrückte, zur Zylinderdrehachse wenigstens angenähert parallele Leisten, Stäbe od. dgl. (2,5) angeordnet sind.