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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Trocknerpartie zum Trocknen einer Papierbahn sowie eine Vorrichtung zum Optimieren der Trocknung einer Papierbahn und/oder des Energie- verbrauches in der Trocknerpartie einer Papiermaschine gemäss den Oberbegriffen der unabhängi- gen Ansprüche.
Demzufolge bezieht sich die Erfindung typischer Weise auf das Trocknen einer Papierbahn oder einer gleichartigen Bahn in der Trocknerpartie einer Papiermaschine oder dergleichen, in welcher Trocknerpartie die Bahn an beheizten Zylinderflächen von Trockenzylindern und mit Hilfe einer Luftaufpralltrocknung mit zumindest einem Luftaufprallmodul getrocknet wird. Betroffen ist weiters insbesondere die Optimierung der Papierbahntrocknung in der Trocknerpartie einer Pa- piermaschine oder dergl., wobei die Trocknerpartie zumindest eine Trockenzylindergruppe und zumindest eine Luftaufpralleinheit umfasst. Die Erfindung soll allerdings, falls erforderlich, auch auf andere Arten von Trocknerpartien anwendbar sein.
Es ist bekannt, in Mehrzylindertrocknern einer Papiermaschine einen Doppelsiebbahntransfer und/oder einen Einzelsiebbahntransfer zu verwenden. Während der letzten fünfzehn Jahre ist in steigendem Ausmass ein Einzelsiebbahntransfer verwendet worden, bei dem lediglich ein Trockner- sieb in jeder Trockenzylindergruppe vorhanden ist, wobei abgestützt auf diesem Sieb die Bahn durch die gesamte Gruppe derart geleitet wird, dass das Trocknersieb die Bahn mit Hilfe der
Trockenzylinder gegen die beheizten Zylinderoberflächen presst, wobei die Bahn an der Seite der
Aussenkrümmung an den Umkehrzylindern oder -walzen verbleibt. Somit liegen beim Einzelsieb- bahntransfer die Trockenzylinder ausserhalb der Siebschleife und die Umkehrzylinder oder -walzen innerhalb derselben vor.
Bekannt ist die Bauart von Trocknerpartien, welche lediglich sogenannte normale Einzelsiebbahntransfergruppen umfassen, in denen sich die Trockenzylinder in der oberen
Reihe und die Umkehrzylinder oder -walzen in der unteren Reihe befinden.
Um die Trockenzylinder zu erwärmen, wird in sie Dampf eingeführt und die Temperatur der Trockenzylinder durch Regulierung des Dampfdruckes und/oder der Durchflussrate des Dampfes gesteuert. Es ist ebenso möglich, wenngleich selten angewendet, den endgültigen Feuchtigkeits- anteil, der in der Trocknerpartie erreicht wird, durch Regulierung der Geschwindigkeit der Maschine zu steuern. In einem solchen Fall wird der Druck des Dampfes konstant gehalten (in Maschinen mit begrenzter Trocknungskapazität gewöhnlich bei einem Maximaldruck), was bedeutet, dass der endgültige Feuchtigkeitsanteil erhöht oder reduziert werden kann, indem die Förderung der Bahn durch die Trocknerpartie beschleunigt oder verlangsamt wird.
In der US 3 622 448 A ist eine Papiermaschine mit einer Trocknerpartie beschrieben, die meh- rere Dampfzylinder aufweist, wobei der letzte ein sog. Abgleichzylinder ist. Der Abgleichzylinder wird von der selben Dampfquelle über ein Ventil und einen Verteiler wie die übrigen Trocknungszy- linder beaufschlagt. Der Abgleichzylinder beinhaltet zusätzliche Heizelemente, beispielsweise Elektro-, Gas- oder Lufttrockner. Es bleibt jedoch offen, wie der Abgleichzylinder gesteuert wird.
In der WO 97/13031 A ist eine Luftaufpralltrocknungseinheit am Beginn einer Trocknerpartie in einer Papiermaschine gezeigt, ohne jedoch eine Regulierung des Feuchtigkeitsanteils zu offenba- ren.
Aus der US 3 447 247 A ist eine Gewebemaschine bekannt, die zur Herstellung von sehr wei- chem, absorbierenden und luftdurchlässigen Seidenpapier vorgesehen ist. Das Seidenpapier wird mit Hilfe einer Durchblasevorrichtung und einer grossen Selbstabnahmemaschine getrocknet. Die Herstellung von Seidenpapier unterscheidet sich wesentlich von jener üblicher Papiersorten, da Seidenpapier nicht in herkömmlichen Pressen entwässert und nicht in herkömmlichen Trock- nungseinheiten mittels Dampf beheizten Zylindern getrocknet wird. Demgegenüber wird bei der Seidenpapier-Herstellung Trocknungsluft durch das luftdurchlässige Gewebe geblasen, wobei eine derartige Trocknung bei herkömmlichen Papiermaschinen nicht anwendbar ist.
Die am häufigsten angewendeten Dampfdruckreguliersysteme sind die sogenannte Kaskaden- regulierung und die Thermokompressorregulierung, die beispielsweise in: TAPPI NOTES, Practical Aspects of Pressing and Drying, Short Course, 1990, beschrieben sind.
Ein Problem dieser herkömmlichen Trocknerpartien, in denen eine Trocknung vollständig mit Hilfe von Trockenzylindern durchgeführt wird, und zwar unter Anwendung von entweder einem Einzelsiebbahntransfer oder einem Doppelsiebbahntransfer, hat sich auf die Regulierung einer Trocknungseffizienz bezogen. Um den erwünschten endgültigen Feuchtigkeitsanteil der Bahn zu erzielen, wird die Trocknungseffizienz der Trockenzylinder generell reguliert, indem der Druck des
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den Trockenzylindern zugeführten Dampfes reguliert wird. Diese Art von Regulierung ist relativ langsam und reagiert daher nicht mit optimaler Geschwindigkeit beispielsweise auf plötzliche Änderungen des Feuchtigkeitsanteils in der Bahn, die in der Pressenpartie oder Siebpartie entste- hen.
Insbesondere in Verbindung mit einer Änderung einer Papiergüte, mit einem Anfahren und mit
Bahnrissen ist die endgültige Regulierung der Trocknung bis zum optimalen Niveau durch das
Regulieren des Druckes des Dampfes langwierig, und zwar aufgrund der beträchtlichen Masse der
Trockenzylinder. In der Regulierung verwendete Verfahren haben eine Trockenfeststoff-Messung basierend auf einer IR-Messung nach dem letzten Trockenzylinder und eine Rückkopplung zur
Regelung von Dampfdrücken, und zwar gewöhnlich zur Hauptdampfzylindergruppe der Trockner- partie, eingeschlossen. Diese Art von Regulierung hat als solche problemlos funktioniert, wenn eine Standardherstellung bei konstanter Geschwindigkeit in Frage gekommen ist und keine Bahn- risse aufgetreten sind.
Regulierprobleme treten allerdings in Verbindung mit einer Änderung einer
Papiergüte, mit Bahnrissen oder mit der Papiermaschinenanfahrphase auf.
In Verbindung mit einer Änderung der Papiergüte werden in herkömmlichen Trocknerpartien
Probleme dadurch verursacht, dass jeder Trockenzylinder aufgrund seiner grossen Masse eine grosse Wärmekapazität hat, was bedeutet, dass sich die Temperatur der Trockenzylinder nur langsam ändert. Daher sind die Temperaturänderungen in den Trockenzylindern nicht schnell genug, wenn eine Güte-Änderung betroffen ist. In einigen Fällen sind die erforderlichen Änderun- gen mit Bezug auf die Regulierung der Trocknungseffizienz bewerkstelligt worden, indem die
Belastungen in der Pressenpartie geändert worden sind, wobei dies auch die Qualitäten des Pa- piers ändert, was offensichtlich gewöhnlich nicht erwünscht ist.
Wenn ferner die Belastungen in der
Pressenpartie geändert werden, ändert sich auch das Querrichtungsprofil der Papierbahn, was beispielsweise bedeutet, dass oft Unzulänglichkeiten im Feuchtigkeitsprofil auftreten. Wegen der vorangegangenen Gründe kann eine Bahn mit mangelhaftem endgültigen Feuchtigkeitsanteil oder
Qualitätsstandard auf dem Aufroller in Verbindung mit einer Änderung einer Papiergüte aufgerollt werden. Gemäss den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen dauert es etwa 5 bis 20 Minuten nach der Güte-Änderung, bis wieder ein ausgeglichener Zustand erreicht wird. Mit
Papiermaschinengeschwindigkeiten von beispielsweise 1500 bis 1800 Meter/Minute wird während dieser Zeitdauer eine grosse Menge Papier mit mangelhafter Qualität hergestellt. Bei einer breiten Maschine kann die Menge 10 bis 20 Tonnen betragen.
Während eines Bahnrisses entstehen andererseits Probleme beispielsweise aufgrund der Tat- sache, dass die Trockenzylinder überhitzen, wenn kein Papier, das Wärmeenergie von den Trockenzylindern abführen würde, der Trocknerpartie zugeführt wird. Übermässig heisse Trockenzy- linder verursachen Probleme im Aufführen von Bahnstreifen nach einem Bahnriss, da das Bahn- streifen-Aufführseil an den heissen Zylindern anhaftet. Zusätzlich übertrocknen übermässig heisse Zylinder das Bahnstreifen-Aufführseil, wodurch das Seil spröde wird und es seine Festigkeitsei- genschaften verliert, was Probleme im Bahnstreifen-Aufführen verursachen kann.
Ferner nimmt es in dem Stadium, in welchem sich das Bahnstreifen-Aufführseil nach einem Bahnriss aufweitet, lange Zeit in Anspruch, bis die Trockenzylinder zu einer Gleichgewichtstemperatur zurückkehren, und zwar aufgrund der geringen Fähigkeit der Trockenzylinder, ihre Temperatur zu ändern, d.h. aufgrund ihrer grossen Wärmekapazität. Im Falle eines Bahnrisses hat es bislang keine andere Möglichkeit gegeben, die Situation unter Kontrolle zu bringen, als durch ein Verringern von Dampf- drücken für die Fortdauer des Bahnrisses. Daraus resultierte wiederum, dass der endgültige Feuchtigkeitsanteil nach einem Bahnriss nicht mit den erwünschten Werten übereingestimmt hat.
Ferner hat es eine lange Zeitdauer in Anspruch genommen, bis die Situation wiederhergestellt werden konnte, um normalen Betriebszuständen zu entsprechen.
Im Papiermaschinenanfahrstadium werden Werte für die Dampfdrücke, die für eine besondere Papiergüte zweckmässig sind, gewöhnlich zunächst aus einem Speicher genommen, in welchem, z. B. in Tabellen, Einstellwerte gesammelt worden sind, die sich in früheren entsprechenden Be- triebssituationen als günstig erwiesen haben, wobei die Dampfdrücke in den Trockenzylindern mit Hilfe der obigen Daten gesteuert werden. Die ausgewählten Dampfdrücke und deren zeitliche Verzögerung oder Änderung kann auch auf Berechnungsmodelle und dadurch erhaltene Werte basiert werden. Wenn in herkömmlicher Weise die Bahn zunächst zur Maschine gebracht wird, sind die verwendeten Dampfdrücke etwas unterhalb der optimalen Drücke, woraufhin die Dampf- drücke auf das erwünschte Niveau erhöht werden.
Die grosse Wärmekapazität aufgrund der grossen
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Masse der Trockenzylinder macht das Anfahren langsam, so dass es eine lange Zeitdauer in
Anspruch nimmt, bevor die erwünschte Situation erreicht wird. Dies ist problematisch, da während des Anfahrstadiums eine grosse Papiermenge von mangelhafter Art hergestellt wird.
Die vorbeschriebenen Probleme beruhen somit hauptsächlich auf der Tatsache, dass die Wär- mekapazität der Trockenzylinder gross und eine lange Zeitverzögerung gegeben ist, bevor die erforderlichen Temperaturänderungen erzielt werden.
Die Trocknerpartie ist jener Teil der Papiermaschine, der die meiste Energie verbraucht. Es kann davon ausgegangen werden, dass mehr als zwei Drittel des Energieverbrauches einer Pa- piermaschine in der Trocknerpartie stattfindet. Die Trocknerpartie sollte daher so ökonomisch wie möglich eingesetzt werden, d. h. in einer solchen Weise, dass eine möglichst grosse Verdamp- fungseffizienz und ein hochqualitatives Trocknungsergebnis sowie ein geringer Energieverbrauch erzielt wird. Die Trocknung muss auch in der Querrichtung der Bahn gleichmässig sein. Die Zylin- dertrocknung ist derzeit das gebräuchlichste in Anwendung befindliche Trocknungsverfahren.
Die Bahn kann nicht mit Hilfe einer Regulierung des Dampfdruckes der Zylinder oder der Ge- schwindigkeit der Maschine profiliert werden, d. h. die Verdampfung kann nicht reguliert werden, um in der Querrichtung der Bahn gleichmässig zu sein. In der Trocknerpartie oder vor dieser wer- den oft an einigen Stellen an der Bahn parallel zur Bewegungsrichtung der Bahn Streifen gebildet, und zwar an Stellen, an denen die Bahn mehr trocknet als an anderen Stellen. Variationen im
Feuchtigkeitsprofil der zu trocknenden Bahn, wenn diese an einer Luftaufpralleinheit ankommt, hängen nicht nur von einer ungleichmässigen Trocknung in der eigentlichen Trocknerpartie ab, sondern sind oft aufgrund einer ungleichmässigen Entwässerung in der Pressenpartie vorhanden.
Variationen im Feuchtigkeitsprofil können auch aufgrund eines ungleichmässigen Feststoffprofils vorhanden sein, das bereits an der Siebpartie auftritt. Änderungen im Trocknungsbedarf ergeben sich auch in Verbindung mit einer Güte-Änderung. Feuchtigkeitsprofilmängel wie diese müssen korrigiert werden.
Es ist bereits versucht worden, Feuchtigkeitsprofilmängel dadurch zu korrigieren, dass von Strahlrohren oder Düsen, die quer zur Bahn in diesen Bereichen angebracht sind, Wasserstrahlen ausgesprüht werden, um das Bahnfeuchtigkeitsniveau gleichmässig zu machen. Ein Zusatz von Wasser zur Bahn ist offensichtlich wenig vorteilhaft vom Gesichtspunkt des Energieverbrauches, da das zum Zwecke einer Regulierung gesprühte Wasser in einem späteren Stadium abermals von der Bahn getrocknet werden muss. Eine alternative Möglichkeit zur Korrektur eines Feuchtigkeits- profilmangels besteht darin, Infrarottrockner zu verwenden, die quer über die Bahn angebracht sind, was Wasser insbesondere aus den Bereichen der Bahn mit dem grössten Feuchtigkeitsanteil verdampft. Infrarottrockner verbrauchen jedoch relativ grosse Energiemengen.
Bei der Zylindertrocknung wird die zu trocknende Bahn über die Oberfläche des Trockenzylin- ders geleitet, und zwar gepresst mittels des Siebes, was bedeutet, dass die Seite der Bahn, die sich auf dem Bahnzylinder befindet, stets effizienter erwärmt und getrocknet wird als die andere Seite der Bahn. In modernen, schnellen Maschinen, in denen die Bahn unter Anwendung eines Einzelsiebtransfers getrocknet wird, kommt lediglich ein und dieselbe Seite der Bahn in Kontakt mit der Zylinderoberfläche in jeder Trocknergruppe, und trocknet diese somit effizienter als die andere Seite der Bahn. Ein einseitiges Trocknen der Papierbahn wird noch mehr verstärkt, wenn die Papierbahn zu den Trockenzylindern geleitet wird, wobei dieselbe Seite immer in Kontakt mit diesen ist, und zwar auch in den verschiedenen Trockenzylindergruppen.
Auf diese Weise einseitig getrocknetes Papier neigt dazu einzurollen, wenn es die Form von Blättern hat, was grosse Proble- me in der Oberflächenbearbeitung des Papiers verursacht.
Um dieses Problem der Einseitigkeit, mit dem Einrollen, zu lösen, ist vorgeschlagen worden, dass eine sogenannte Umkehrgruppe in der Trocknerpartie angebracht wird, durch die die Bahn abgestützt auf dem Sieb geleitet wird, so dass die andere, weniger effizient getrocknete Seite in Kontakt mit den Trockenzylindern verläuft. Diese Lösung erfordert eine andere Trocknerpartie- konstruktion, in der in Abweichung von anderen Trocknergruppen der Trockenzylinder und die Siebschleife angepasst sind, um unterhalb der Bahn zu verlaufen. In diesem Fall fällt der während eines Bahnrisses oder eines Anfahrens gebildete Papierfertigungsausschuss in die Taschen, die durch die Siebschleife gebildet werden, und zwar zwischen den Trockenzylindern und dem Sieb, von wo aus es schwierig sein kann, den Fertigungsausschuss zu entfernen.
Aufgrund der Schwie- rigkeiten bei der Entfernung von Fertigungsausschuss ist die Betriebsfähigkeit dieser Bauart einer
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Umkehrtrocknerpartie in Zusammenhang mit Bahnrissen und Anfahrvorgängen schlecht. In einem herkömmlichen Einzelsiebbahntransfer ist die Siebschleife andererseits angepasst, um oberhalb der Bahn zu laufen, in welchem Fall der in Verbindung mit einem Bahnriss gebildete Fertigungs- ausschuss frei unterhalb der Maschine fällt, von wo er leicht entfernbar ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorbeschriebenen Probleme zu lösen.
Es ist ein besonderes Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Trocknerpartie bzw. eine Vor- richtung zu schaffen, wobei eine Sehnell-Regulierung der Trocknungseffizienz, beispielsweise im
Zusammenhang mit einer Papiergüte-Änderung, mit Bahnrissen und Anfahrsituationen, möglich ist.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein energieeffizientes Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf- fen, um eine Schnell-Einstellung der Gesamtverdampfung beispielsweise in Verbindung mit einer
Papiergüte-Änderung, einem Bahnriss und einem Anfahren zu ermöglichen.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um eine genau angepasste Verdampfungseinstellung zu ermöglichen, wie etwa die Einstellung einer Profilierung oder Verdampfung auch in der Querrichtung der Bahn.
Noch eine Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren
Hilfe ein einseitiges Trocknen der Bahn und das daraus folgende Einrollen minimiert werden kann.
Bevorzugt soll weiters bei der Regulierung der Trocknung einer Papierbahn eine leichte Wartung der Trocknerpartie, ein schnelles Entfernen von Fertigungsausschuss und somit eine gute Be- triebsfähigkeit erzielt werden.
Um die oben erwähnten Zielsetzungen zu erreichen, sind das Verfahren und die Trocknerpartie bzw. die Vorrichtung bezüglich der Erfindung durch die kennzeichnenden Teile der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den Unteran- sprüchen angegeben.
Anstelle einer Trocknerpartie basierend auf einer herkömmlichen Trockenzylindertrocknung bezieht sich die Erfindung auf eine Trocknerpartie, die sowohl eine Luftaufpralltrocknung als auch eine Trocknung mit Hilfe von Trockenzylindern ausübt. Mit Bezug auf diese Art von Trocknerpartie sei beispielsweise auf die finnischen Patentanmeldungen FI971713 und FI971714 Bezug genom- men.
Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich eine Luftaufpralltrocknung sowohl auf eine Luft- aufpralltrocknung, die unmittelbar auf die Bahn gerichtet ist, als auch auf eine Durchströmtrock- nung, die durch das Sieb oder ein entsprechendes Förderbandgewebe bewirkt wird. Eine soge- nannte Durchströmtrocknung, die insbesondere gut geeignet ist zur Trocknung von porösen Bah- nen, ist auch in dem Schutzbereich der erfindungsgemässen Luftaufpralltrocknung eingeschlossen.
Erfindungsgemäss kann eine Luftaufpralltrocknung auf eine Bahn gerichtet werden, die über einen Zylinder mit grossem Durchmesser, eine Walze, eine Saugwalze, einen Durchflusszylinder oder eine andere gekrümmte Oberfläche läuft. Die Luftaufpralltrocknung kann auch linear ausgerichtet sein, beispielsweise auf eine durch ein Sieb oder ein Band abgestützte Bahn, welche abgestützt auf Walzen oder Blaskästen verläuft. Die linear verlaufende Bahn kann eingerichtet sein, um in einer horizontalen, vertikalen oder geneigten Position zu verlaufen. Heissluft oder überhitzter Dampf werden bevorzugt als Medium in der Luftaufpralltrocknung verwendet.
Um die oben dargelegten und später ersichtlich werdenden Ziele zu erreichen, ist ein typisches erfindungsgemässes Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn oder dergleichen in einer Trockner- partie mit zumindest einer Luftaufpralleinheit hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Feuchtigkeitsanteil der Papierbahn und/oder jegliche weitere in Maschinenrichtung vorhandene Qualität und/oder das Querrichtungsprofil eingestellt werden, indem die Luftaufprallef- fizienz reguliert wird.
Die erfindungsgemässe Trocknerpartie mit zumindest einer Luftaufpralleinheit ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinrichtung zur Messung des endgültigen Feuchtig- keitsanteils der Papierbahn und/oder einer weiteren in Maschinenrichtung vorhandenen Qualität und/oder des Querrichtungsprofils, sowie eine Einrichtung zur Regulierung der Blaskraft von zu- mindest einer Luftaufpralleinheit auf Grundlage des Messergebnisses enthält.
Erfindungsgemäss kann die Luftaufpralltrocknung während verschiedener Übergangsstadien verwendet werden, wie etwa bei einer Güte-Änderung, bei einem Bahnriss und beim Anfahren um Änderungen in der Trocknungskapazität zu regulieren, und um während dieser Stadien auftretende Probleme zu beseitigen oder zumindest zu minimieren.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile basieren insbesondere auf der Tatsache, dass ein
Luftaufprall extrem schnell auf Einstellmassnahmen reagiert, was bedeutet, dass sie für die Schnell- einstellung einer Trocknungseffizienz anwendbar ist, die beispielsweise bei einer Güte-Änderung, einem Bahnriss oder einem Anfahren erforderlich ist. Zusätzlich zur Schnelleinstellung der Trock- nungseffizienz werden vorteilhaft gleichzeitig auch die Dampfdrücke der Trockenzylinder in der
Trocknerpartie reguliert.
Bei der Regulierung der Trocknungseffizienz der Trocknerpartie und des Trocknungsverfah- rens gemäss der Erfindung kann ein als solcher bekannter Optimierungsalgorithmus verwendet werden, welcher die Trocknungskosten und/oder Qualitäten des Papiers optimiert. Erfindungsge- mäss kann beispielsweise auch MPC (Modell-Vorhersage-Regelung), d. h. eine Modellvorhersage-
Mehrfachregelung, verwendet werden.
Wenn eine Luftaufpralltrocknung zur Regulierung der Trocknungseffizienz verwendet wird, kann eine bzw. können mehrere der verschiedenen Luftaufprallparameter je nach Wunsch in der Luftaufpralltrocknung eingestellt werden : die Ausblasrate, die Temperatur des Blas- mediums, die Feuchtigkeit des Blasmediums, und der Abstand der Lufthaube von der Bahn (vor- teilhaft insbesondere bei Bahnrissen). Die Luftaufprallhauben können auch aus in Maschinenrich- tung gelegenen Segmenten aufgebaut werden, wobei es dann möglich ist, jedes Segment separat einzustellen und/oder falls notwendig abzuschliessen. Um das Querrichtungsprofil einzustellen, können die Luftaufprallhauben auch in Querrichtung in Segmente unterteilt werden, in denen die oben erwähnten Luftaufprallparameter entweder gemeinsam oder separat einstellbar sind.
In Verbindung mit einer Güte-Änderung sind die von der neuen Papiergüte erforderlichen Soll- werte gewöhnlich im voraus bekannt, d. h. beispielsweise die Dampfdrücke der Trockenzylinder, mit deren Hilfe das angestrebte Endprodukt erzielt wird. Der Dampfdruck kann somit unmittelbar beim Start der Güte-Änderung oder allmählich in der erwünschten Höhe eingestellt werden, und zwar auch dann, wenn das erfindungsgemässe Verfahren angewendet wird. Da jedoch diese Art von Einstellung langsam ist, wird gemäss der Erfindung gleichzeitig ein Luftaufprall reguliert, und zwar entweder auf der Grundlage eines vorhandenen Luftaufprallmodells, mit dessen Hilfe die erforderli- chen Reguliermassnahmen berechnet werden, oder durch eine fortgesetzte Rückkopplung- Regelung.
Wenn sich die Trocknungseffizienz der Zylinder allmählich ändert, wird die Änderung durch eine entgegengesetzte Änderung in der Trocknungseffizienz des Luftaufpralls kompensiert.
Im Anfahrstadium einer Papiermaschine werden die Trockenzylinder zunächst gemäss bekann- ten Heizsequenzen erwärmt. Die Luftaufprallhauben werden in entsprechender Weise vorgewärmt.
Anschliessend können die Betriebsparameter nach Wunsch gemäss den vorbestimmten Werten oder der Trocknungssimulationsberechnung festgelegt werden. Mittels Rückkopplung können die Werte der Trockenzylinder und des Luftaufpralls anschliessend derart geregelt werden, dass die erwünschten Qualitätsparameter erhalten werden.
Wenn der Betrieb für eine vollständig neue Papiergüte begonnen hat, werden die Sollwerte, die sich für die nächstliegende Papiergüte unter den vorausgegangenen Betriebssituationen als güns- tig erwiesen haben, zunächst vom Speicher ausgewählt und anschliessend unter Anwendung dieser Sollwerte und durch Ausübung einer Rückkopplung der Luftaufprall und vorteilhafter Weise auch Dampfdrücke derart geregelt, dass die erwünschten Werte für die neue Papiergüte erhalten werden.
Im Falle eines Bahnrisses werden die Dampfdrücke der Trockenzylinder abgesenkt, die Luft- aufprallhauben geöffnet und der Fertigungsausschuss mit Hilfe von Fertigungsausschussförderge- räten zum Abzug geleitet. Das den Hauben eigene Steuersystem übernimmt eine Umleitungsluft- zirkulation innerhalb der Haube, eine Gaszufuhrregulierung und eine Regulierung der Ausblasrate, Abluft und Frischluft. Wenn die Fertigungsstrasse nach einer Bahnstreifen-Aufführung erneut ge- startet wird, werden diese Massnahmen natürlich in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt und wird die erforderliche Regulierung der Trocknungseffizienz mit Hilfe eines Luftaufpralles durchgeführt.
Die Erfindung wird natürlich auch auf das Regulieren der Trocknungseffizienz während des Normalbetriebs angewendet, und zwar zusätzlich zu den vorbeschriebenen besonderen Stadien.
Erfindungsgemäss kann die Qualität des Papiers fortlaufend optimiert werden, und zwar auch im Sinne der Qualität, während gleichzeitig die Kostendaten Anwendung finden. Dies bedeutet, dass die Position der erfindungsgemässen Luftaufpralleinheit in der Trocknerpartie auch ein Regulier- parameter werden kann.
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Die Position eines Luftaufpralls wird in einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung berücksichtigt, in welchem der Trockenfeststoffanteil einer Papierbahn, die aus einer Pressenpartie der Papiermaschine kommt und durch zumindest eine Trockenzylindergruppe geführt wird, sowie auf einen Feststoffanteil von bevorzugt beispielsweise über 70%, sogar über 75%, getrocknet wird, reguliert wird, indem die Papierbahn, auf einem Sieb oder dergleichen abgestützt, durch einen schlitzförmigen Raum hindurchgeleitet wird, der zwischen einer gekrümmten oder linearen Luftauf- prallhaube, die sich über eine oder mehrere Bahnen erstreckt, und einer gekrümmten oder linearen
Oberfläche gebildet ist, wie etwa einem Zylinder, einer Walze oder einem Unterdruckkasten, die sich quer über eine oder mehrere Bahnen erstreckt, und mehrere,
in Reihe gelegene Heissluftstrah- len vorbestimmter Trocknungseffizienz und in Querrichtung der Bahn ausgehend von der einen oder von mehreren Luftaufprallhauben in diesem schlitzförmigen Raum in Richtung auf die Papier- bahn geblasen werden. Falls erwünscht können Dampfstrahlen anstelle von Luftstrahlen verwen- det werden, in welchem Fall allerdings die speziellen Anforderungen, die aufgrund von Heissdampf an die Haubenkonstruktion der Haube gestellt werden, sowie beispielsweise an ihre Dichtungser- fordernisse, in Betracht gezogen werden müssen.
Die Luftaufprallhaube bezieht sich auf jegliche bekannte kastenartige Konstruktion als solche, von der Heissluft- oder Dampfstrahlen durch Löcher, Schlitze oder andere Düsen auf die Bahn geblasen werden.
Der Unterdruckkasten bezieht sich vorteilhaft auf eine kastenartige Konstruktion, die einen ge- ringen Unterdruck von etwa 100 bis 400 Pa, bevorzugt 200 bis 300 Pa, zwischen dem Unterdruck- kasten und dem Sieb/der Bahn verschafft, wobei die Seite der Konstruktion an der Seite der Bahn hauptsächlich eben ist. Sinn und Zweck dieses geringen Unterdrucks besteht darin, die nachteil- hafte Ablösung der Bahn von dem Sieb zu verhindern. Das Ziel besteht darin, mit Hilfe des Unter- druckes zu verhindern, dass die Bahn flattert, und zwar beispielsweise aufgrund der Blasströmung von oben, und mit der Luftaufprallhaube in Kontakt kommt. Das Ziel besteht darin, die Bahn in einer gesteuerten Weise durch den zwischen den Kästen gebildeten Schlitz zu führen.
Der erfor- derliche geringe Unterdruck kann bevorzugt mit Hilfe eines Blaskastens, wie nachfolgend be- schrieben, oder mittels eines Saugkastens vorgesehen werden.
Eine typische Papiermaschinentrocknerpartie kann in drei Teile unterteilt werden : - einen ersten Teil, in dem die Papierbahn hauptsächlich erwärmt wird, allerdings gleichzeitig der Trockenfeststoffanteil der Bahn typisch auf 40% bis 60% angehoben wird, - einen zweiten Teil, in welchem ein Grossteil des freien Wassers in der Bahn durch gleichmä- #ige Verdampfung in den Trockenzylindergruppen abgezogen wird, durch die die Bahn in einem Einzelsieb- oder Doppelsiebbahntransfer geleitet wird, und in denen der Trockenfeststoffanteil der Bahn typisch auf 45% bis 85% ansteigt, und - einen dritten Teil, in dem die Bahn schliesslich mit Hilfe der Trockenzylinder getrocknet wird und der Trockenfeststoffanteil der Bahn typisch auf einen Bereich von 75% bis 98% ansteigt.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Luftaufpralleinheit, die die exakt angestrebte Trocknungseinstellung ermöglicht, im Optimumbereich in der Trocknerpartie mit Hinblick auf die Regulierung der Trocknung und des Energieverbrauchs eingepasst werden, d.h. beispielsweise in einem Bereich, in dem die Bahn bereits einen Trockenfeststoffanteil von mehr als 70%, bevorzugt 75%, erreicht hat. Dieser Bereich befindet sich am Ende der Trocknerpartie, und zwar typisch vor der letzten oder zweitletzten Trockenzylindergruppe, einer typischen Trockenzy- lindergruppe in einer Trocknerpartie, die mit einem Einzelsiebbahntransfer versehen ist, der etwa drei bis acht Trockenzylinder aufweist.
Die relative Trocknungseffizienz der Trockenzylinder fällt, sobald die Bahn einen Trockenfest- stoffanteil von mehr als 70%, typischerweise 75%, erreicht hat, d. h. wenn der Hauptteil des leicht verdampften Wassers von der Bahn abgezogen worden ist. Mit Hilfe von Luftaufprall kann das fester in der Bahn gebundene Wasser mit guter Trocknungseffizienz abgezogen werden, und zwar selbst von einer Bahn, die so trocken wie diese ist.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die neue Erkenntnis angewen- det, dass es möglich ist, mit Hilfe eines Luftaufpralls, in Form eines effizienten Trockenimpulses, das Trocknen einer Bahn vorteilhaft zu beeinflussen, und zwar nicht nur beim anfänglichen Trock- nen, d. h. während sich die Temperatur der Bahn erhöht, sondern insbesondere auch in den End- trocknungsphasen. Die Anwendung der Trockenzylinder ist vom Gesichtspunkt einer Energieeffi-
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zienz mehr oder weniger in der Mitte der Trocknerpartie höchst effizient ; ist es möglich, das
Profilieren der Bahn zu beeinflussen, wenn der Trockenfeststoffanteil der Bahn grösser als 70% oder sogar grösser als 90% ist, solange der Endtrockenfeststoffanteil erreicht wird.
Mit dem bisheri- gen Verfahren ist versucht worden, das Profilieren der Papierbahn am Ende der Trocknerpartie zu beeinflussen. Zudem ist es möglich, das Einrollen von Papier in einer bevorzugten Weise in der
Endstufe der Trocknerpartie zu beseitigen, in der der Trockenfeststoffanteil der Bahn bereits über
70%, typischerweise über 75%, in einem Bereich liegt, nach welchem die Papierbahn nicht mehr so einfach wie in der Mitte der Trocknerpartie dazu neigt, einseitig zu trocknen. Die Anwendung von Umkehrgruppen am Ende der Trocknerpartie ist vor kurzem für die Steuerung eines Einrollens vorgeschlagen worden.
Es wurde nun herausgefunden, dass der optimale Bereich für das kombinierte Anheben der
Trocknungseffizienz, der Profilier- und Einrollsteuerung mit Hilfe eines Luftaufpralls am Ende der
Trocknerpartie vorliegt, wo der Trockenfeststoffanteil der Papierbahn mehr als 70%, bevorzugt mehr als 75%, beträgt, und zwar bis zu einem Trockenfeststoffanteil von etwa 95%, bevorzugt innerhalb des Bereiches von 75% bis 85%. Selbst ein sehr kurzer effektiver Trockenimpuls, der weniger als 1 Sekunde oder sogar weniger als 0,5 Sekunden dauert, ist oft ausreichend zur Regu- lierung der Trocknung. Ein kurzer, effizienter Trockenimpuls kann durch einen linearen Luftaufprall über eine Länge von 1 bis 20 m, bevorzugt 5 bis 10 m, erzielt werden.
Generell kann es vorteilhaft sein, eine Endtrocknung nach einem Luftaufprall mit Hilfe von Trockenzylindern mit einer oder zwei Trockenzylindergruppen durchzuführen. In bestimmten
Spezialfällen kann die erfindungsgemässe Luftaufpralleinheit auch am äussersten Ende der Trock- nerpartie eingepasst werden, insbesondere dann, wenn der endgültige Trockenfeststoffanteil der getrockneten Bahn bei 90% oder lediglich etwas darüber verbleibt.
Die Regulierung der Trocknungseffizienz basiert gewöhnlich auf dem Trockenfeststoffanteil der
Bahn, der nach der Trocknerpartie gemessen wurde, und zwar ungeachtet der Ursache der Not- wendigkeit einer Änderung bei der Trocknung. Die Messung kann natürlich auch irgendwo vor oder nach der Luftaufpralleinheit stattfinden. Die Trocknungseffizienz der Luftaufpralleinheit wird ebenso auf der Grundlage des gemessenen Trockenfeststoffanteils eingestellt. Die Trocknungseffizienz einer typischen Luftaufpralleinheit wird durch Einstellen der Temperatur, des Feuchtigkeitsanteils oder der Geschwindigkeit der geblasenen Luftstrahlen reguliert.
Die in der Luftaufpralleinheit verwendete Gebläseluft ist bevorzugt Gebläseluft, aus dem Pa- piermaschinenraum oder in einer mittels einer Haube geschlossenen Trocknerpartie, die Rückluft der Haube, oder die Rückluft von der Luftaufprallvorrichtung selbst. Die Temperatur der Gebläse- luft wird angehoben und/oder deren Feuchtigkeitsniveau abgesenkt, bevor sie in Richtung der Papierbahn geblasen wird. Die Rückluft der verschiedenen Luftaufpralleinheiten kann mit Hilfe eines üblichen Brenners, wie etwa eines Gas- oder ölbrenners, oder einer anderen gleichartigen Heizeinrichtung erwärmt werden, die in einem separaten Raum benachbart der Trocknerpartie angeordnet ist.
Andererseits kann ein individueller Brenner oder dergleichen in jeder Luftaufprall- einheit oder jedem Teil einer Einheit integriert werden, und zwar in der Bahnrichtung oder in der Querrichtung der Bahn, was bedeutet, dass die verschiedenen Luftaufpralleinheiten oder deren Teile unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Die Luftaufprallhaube oder-einheit gemäss der Erfindung bläst bevorzugt Heissluft ein, deren Temperatur im Bereich von 40 C bis 50 C, vorteilhaft 200 C bis 400 C, in Abhängigkeit von der jeweils erforderlichen Trocknungseffizienz festgelegt ist. Der Feuchtigkeitsanteil der Luftstrahlen variiert typisch zwischen 0 und 300 g H20/kg Trockenluft.
Die Trocknungseffizienz der Luftaufpralleinheit kann allerdings auch durch Einstellen der Ge- schwindigkeit der Luftstrahlen reguliert werden. In einem solchen Fall sind die Geschwindigkeiten der Luftstrahlen typisch im Bereich von 40 bis 200 m/s, bevorzugt 50 bis 150 m/s und am meisten bevorzugt 70 bis 120 m/s einzustellen.
Mittels des effizienten Heissluft- oder Dampfstrahles des vorliegenden Luftaufprallsystems ist es möglich, die auf die Papierbahn ausgerichtete Trocknung extrem schnell, praktisch ohne Verzöge- rung, zu regulieren. Die Änderung einer Einstellung, die in der Luftaufprallhaube stattfindet, ist in ihrem vollen Ausmass in der Papierbahn innerhalb weniger Sekunden ersichtlich.
Die Temperatur der Heissluft kann einfach durch Einstellen des Brennstoffventils des Brenners reguliert werden. Keine Zeit wird benötigt, um die Temperatur der eigentlichen Vorrichtung zu
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erhöhen oder abzusenken, wie es in einer Trocknung mit einem Trockenzylinder der Fall ist. Mit
Hilfe eines Luftaufpralls kann die Trocknungseffizienz um 20 bis 100% extrem schnell geändert werden. Eine vollständige Änderung kann typischerweise in weniger als 30 Sekunden, gewöhnlich in weniger als 10 Sekunden erzielt werden, was lediglich ein Bruchteil jener Zeitdauer ist, die erforderlich ist, um dieselbe Änderung mit einer herkömmlichen Zylindertrocknung aufzubringen.
Ein Regulieren mittels einer Zylindertrocknung nimmt mehrere Minuten in Anspruch.
In der Trocknerpartie können zwei Luftaufpralleinheiten auch aufeinanderfolgend innerhalb des
Optimumbereiches zur Regulierung des Luftaufpralls angebracht werden, wobei ihre Trocknungs- effizienz entweder separat oder gemeinsam eingestellt werden kann, um ein optimales Trockener- gebnis zu erzielen. Es ist gewöhnlich vorteilhaft, aufeinanderfolgende Aufprallhauben in der
Trocknerpartie derart anzuordnen, dass die Trocknungseffizienz der von der ersten Luftaufprall- haube kommenden Luftstrahlen im Durchschnitt grösser ist als die Trocknungseffizienz der von der darauf folgenden Luftaufprallhaube kommenden Luftstrahlen.
Jede erfindungsgemäss vorgesehene Luftaufpralleinheit hat bevorzugt mehrere benachbarte
Reihen von Düsen, die durch Blasdüsen ausgebildet sind, die in einer Reihe quer zur Bahn ange- ordnet sind. Diese Düsen können derart eingerichtet werden, dass sie alle mittels derselben Ein- stellung einstellbar sind, oder aber jede Düse gesondert oder eine bestimmte Gruppe von Düsen separat. Es ist vorteilhaft, die Luftaufpralleinheit in mehrere Segmente in Querrichtung zur Bahn zu unterteilen, wobei dann die Düsen in den verschiedenen Segmenten separat einstellbar sind. Die
Segmente können 100 mm schmal sein. Typischerweise variiert die Breite der Segmente zwischen
500 mm und 2000 mm.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug- nahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen : Figuren 1a und 1b schematische
Ansichten einer Trocknerpartie in einer Papiermaschine, in der das erfindungsgemässe Verfahren zur Einstellung der Trockenzylinder und zur Regulierung eines Luftaufpralls verwendet wird ; 2 ein Kennfeld, das beispielhaft die Auswirkung der Blastemperatur und Ausblasgeschwindigkeit einer Luftaufpralltrocknung auf die Trockenkapazität zeigt ;
Figuren 3a bis 3d schematische Ansichten an sich bekannter Luftaufpralleinheiten, die in Verbindung mit Trockenzylindern und Saugwalzen angebracht werden ; 4 eine schematische Querschnittsansicht in der Bahnrichtung einer linearen Luftaufpralleinheit, die erfindungsgemäss angewendet wird und zwischen zwei Trockenzylindergruppen angeordnet ist ; 4a eine schematische Ansicht einer Vergrösserung des in Fig. 4 gezeigten Unterdruckkastens; Fig. 5a eine schematische Ansicht eines Teils der Düsen- fläche der in Fig. 4 gezeigten Luftaufprallhaube; Fig. 5b eine schematische vertikale Querschnitts- darstellung eines Teiles der in Fig. 4 gezeigten Luftaufprallhaube; Fig. 6 in einer Darstellung ähn- lich Fig. 4 eine zweite lineare Luftaufpralleinheit; Fig. 7 in einer Ansicht ähnlich Fig. 4 eine dritte lineare Luftaufpralleinheit;
Fig. 8 eine typische Trocknungseffizienzkurve der Trockenzylinder in einer Trocknerpartie, die mit einem Einzelsiebbahntransfer versehen ist ; Fig. 9 die Feuchtig- keitsprofilkurve der Papierbahn vor und nach einem Profilieren mit der erfindungsgemässen Vorrich- tung.
In Fig. 1a ist die Erfindung beispielhaft in Verbindung mit der ersten Trocknerpartie veranschaulicht, d. h. jener Trocknerpartie, die unmittelbar nach der Pressenpartie angeordnet ist.
Die Erfindung ist aber auch z. B. auf eine Zwischen-Trocknerpartie oder auf die letzte Trockner- partie anwendbar. In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen bezieht sich der Begriff "Trocknerpartie" tatsächlich auf die Trocknerpartie insgesamt und deren Teile, wie etwa die erste, die dazwischen gelegene und die letzte Trocknerpartie, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1a zeigt eine besonders vorteilhafte Trocknerpartie, in der die Erfindung angewendet wird. In Fig. 1a wird eine Papierbahn W von einer (nicht gezeigten) Pressenpartie der Papierma- schine zum Beginn der Trocknerpartie gefördert, und zwar mit Hilfe eines Pressfilzes zu deren erster Trocknereinheit R1 Im Fall der Fig. 1a ist die erste Trocknereinheit R1 eine Flach-Trockner- einheit, d. h. ein lineares Luftaufprallmodul Mo, welches eine Luftaufprallhaube 10 aufweist, von der Heissluft und/oder Dampf auf die auf einem Sieb 12 laufende Bahn W geblasen wird. Die Bahn W verläuft unterhalb der Luftaufprallhaube 10 auf dem horizontalen Trum des Siebes 12, das auf einer Stützeinrichtung 14 abgestützt ist. Diese Stützeinrichtung 14, die das horizontale Trum des Siebes 12 und somit auch die Bahn W stützt, umfasst beispielsweise gerillte Walzen und/oder Saug- oder Blaskästen.
Mit Hilfe des Luftaufprallmoduls Mo der Trocknereinheit R1 wird ein intensi-
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ver Trockenenergieimpuls von der Luftaufprallhaube 10 auf die Bahn W gerichtet.
Im Luftaufprallmodul Mo verläuft die Papier-Bahn W linear in der horizontalen Ebene in einer solchen Weise, dass sie keiner grossen Richtungsänderung unterworfen wird und somit keine grossen dynamischen Kräfte auf sie ausgeübt werden, welche einen Riss in der Bahn W verursa- chen könnten, welche immer noch relativ feucht und somit brüchig ist. Innerhalb der Luftaufprall- haube 10 befindet sich eine Düsenanordnung zur Herbeiführung eines Luftaufpralls, wobei heisse
Trockengase, wie etwa Luft oder Dampf, auf die obere Fläche der Bahn geblasen werden. In der
Trocknereinheit R, ist es zusätzlich oder alternativ möglich, Strahler, wie etwa Infrarotheizer, zu verwenden.
Die Luftaufpralleinrichtungen und/oder Strahler der Trocknereinheit R1 können derart eingerichtet werden, dass sie bezüglich ihrer Effizienz in der Querrichtung der Bahn W einstellbar sind, um eine Querprofilierung in der Bahn W zu erreichen. Wenngleich das in Fig. 1a gezeigte
Luftaufprallmodul Mo ein Horizontal-Modell ist, ist es offensichtlich, dass alternativ oder zusätzlich auch andere Arten von Einheiten verwendet werden können, wie etwa eine Trocknungsvorrichtung basierend auf einem Luftaufprall, der oberhalb der Saugwalze stattfindet. An dieser Stelle kann das
Luftaufprallmodul Mo sogar durch eine Zylindergruppe ersetzt werden, sofern eine Luftaufprall- trocknung in Entsprechung zur Erfindung in einer späteren Stufe in der Trocknerpartie angewendet werden kann.
Im Luftaufprallmodul (Flach-Trocknereinheit) Mo kann anstelle eines herkömmlichen
Siebes 12 ein undurchlässiges Band verwendet werden.
In Fig. 1a ist eine erste sogenannte normale (nicht umgekehrte) Trocknereinheit R2, die eine
Trockenzylindergruppe mit einem Einzelsieb 16 aufweist, nach dem Luftaufprallmodul Mo angeord- net. Das Sieb 16 ist, wie die meisten anderen Siebe, in Fig. la a lediglich teilweise gezeigt. Die zweite Trocknereinheit R2 sowie die nächsten gleichartigen, sogenannten normalen, nach unten offenen Trocknereinheiten R4, R6, R8, Rg und R10' die aus einer Einzelsiebzylindergruppe bestehen, enthalten drei oder vier Kontakttrockenzylinder 20, die in der oberen Reihe angeordnet sind und mittels Dampf erwärmt werden, sowie drei oder vier Umlenksaugwalzen 22, beispielsweise VAC- Walzen, die in der unteren Reihe angeordnet sind. Die zu trocknende Papierbahn W kommt in unmittelbare Berührung mit den Oberflächen der mit Dampf erwärmten Trockenzylinder 20.
An den
Umlenksaugwalzen 22 verbleibt die Bahn W auf der Seite der äusseren Krümmung des Siebs 16.
In der in Fig. 1a gezeigten Trocknereinheit folgt auf die Trocknereinheit R2 eine Luftaufprall- trocknereinheit R3, die zwei Kontakttrockenzylinder 24,24' und ein Luftaufprallmodul M, aufweist, welches seinerseits einen Luftaufprall-/Durchströmzylinder 26 mit grossem Durchmesser und mit Bohrungen in seinem Mantel, der nachfolgend als Zylinder 26 mit grossem Durchmesser bezeichnet wird, und mit zu öffnenden Hauben 28,28' aufweist, die den Mantel des Zylinders 26 grossen Durchmessers teilweise abdecken. Ein Trocknersieb 30 ist angeordnet, um sich um die Kontakttro- ckenzylinder 24,24' und den Zylinder 26 grossen Durchmessers zu winden.
Das Luftaufprallmodul M der Trocknereinheit R3 ist in Untergeschossräumlichkeiten BP unter- halb des Bodenniveaus K1 der Papiermaschinenhalle eingepasst und am Bodenniveau dieses Raumes angebracht. Die Zentralwellen der Kontakttrockenzylinder 24,24' der Luftaufprall- Trocknereinheit R3, und gleichartiger folgender Luftaufprall-Trocknereinheiten R5 und R7 gemäss der Erfindung sind bevorzugt im Wesentlichen am Bodenniveau K1 der Papiermaschinenhalle oder nahe diesem, besonders bevorzugt etwas oberhalb desselben angeordnet.
Die zu trocknende Papierbahn W wird von der Trocknereinheit R2, die die erste Trockenzylin- dergruppe aufweist, bevorzugt in einem geschlossenen Transfer zum ersten Kontakttrockenzylin- der 24 der nächsten Luftaufprall-Trocknereinheit R3 geleitet, worauf die Bahn W auf dem Sieb 30 der Trockner-Einheit R3 über den Zylinder 26 grossen Durchmessers des Luftaufprallmoduls M1 in einem ziemlich grossen Sektor (dessen Zentriwinkel ca. 1800 bis 280 beträgt), abgestützt mittels des Siebs 30, und von dort auf den zweiten Kontakttrockenzylinder 24' dieser Trockner-Einheit R3 geleitet wird. Von diesem zweiten Zylinder 24' wird die Bahn W abermals bevorzugt in einem geschlossenen Transfer zur nächsten Normal-Trocknereinheit R4 transferiert, die eine Trockenzy- lindergruppe umfasst und die grundsätzlich der zuvor beschriebenen Trocknereinheit R2 gleicht.
Anschliessend folgt eine weitere Luftaufprall-Trocknereinheit R5, die mit einem Zylinder 26 mit grossem Durchmesser ausgerüstet ist, wobei diese Trockner-Einheit R5 der vorbeschriebenen Trocknereinheit R3 gleicht, und deren Zylinder 26 grossen Durchmessers ebenfalls in den Unterge- schossräumlichkeiten BP angeordnet ist. Nach der Trocknereinheit R5 wird die Bahn W, immer noch bevorzugt in einem geschlossenen Transfer, zur nächsten Trocknereinheit R6 gefördert, die eine
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Trockenzylindergruppe aufweist, wobei diese Trocknereinheit den Trocknereinheiten R2 und R4 gleicht. Nach der Trocknereinheit R6 folgt die dritte Luftaufprall-Trocknereinheit R7, die mit einem
Zylinder 26 grossen Durchmessers ausgerüstet ist, der wieder in den Untergeschossräumlichkeiten
BP angeordnet ist.
Nach der Luftaufprall-Trocknereinheit R7 folgen drei aufeinanderfolgende soge- nannte Normal-Trocknereinheiten R8, Rg und R10' die Trockenzylindergruppen aufweisen, von denen jede drei oder vier Trockenzylinder 20 enthält. Von der letzten Trocknereinheit R10 wird die
Bahn als Ausgangs-Bahn Wout aus der Trocknerpartie zu einem (nicht gezeigten) Aufroller oder zu einer Endbearbeitungseinheit geleitet.
Sowohl die Normal-Trocknereinheiten R2, R4, R6' R8' R9 und R10 als auch die Luftaufprall-
Trocknereinheiten R3, R5 und R7 sind nach unten offen, was bedeutet, dass ein Papierfertigungs- ausschuss leicht von diesen entfernt werden kann, und zwar auf ein Fertigungsausschussförderge- rät unterhalb der Einheiten oder auf einen darunter befindlichen Stofflöser. Unterhalb der Luftauf- prallmodule Mo, M1' M2 und M3 befindet sich in den Untergeschossräumlichkeiten BP oder sogar unterhalb davon ausreichend Platz für verschiedene Ausrüstungen, wie etwa Kanäle, durch die das
Heizmedium, z. B. Heissluft oder-dampf, beispielweise in die Hauben 28, 28' der Luftaufprallmodule
M1' M2 und M3 eingeführt wird. Oberhalb der Trocknereinheiten R2-R10 befindet sich eine als solche bekannte Entlüftungstrocknerpartiehaube 32.
Das vorliegende Trocknungsverfahren wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1a und 1b beschrieben. Die Fig. 1b zeigt eine vereinfachte Darstellung der Steuerkreise zu Fig. 1a. In Fig. 1b ist die erste Trocknereinheit R1 der Trocknerpartie weggelassen, d. h. das Flach-Luftaufprallmodul
Mo, wobei sie jedoch in derselben Weise wie die Luftaufprallmodule M1' M2, M3 für die Schnell-
Regulierung der Trocknungseffizienz, die von der Trocknerpartie verlangt wird, eingesetzt werden kann. In Fig. 1b werden dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Bauteile wie in Fig. 1a verwendet.
Eine Messeinrichtung 34 ist nach der letzten Trocknereinheit R10 der Trocknerpartie angeord- net, welche Messeinrichtung 34 den Feuchtigkeitsanteil der Papierbahn W misst. Falls erwünscht kann eine Regulierung auch auf Basis der Messung anderer Qualitätsparameter der Papierbahn W, wie etwa der Bahnbreite, oder auf Querrichtungsprofilmessungen der Papierbahn W vorgese- hen werden.
Von der Messeinrichtung 34 werden die Messergebnisse über eine Steuereinheit 36 zu einer Dampfdrucksteuereinheit 38 der Trockenzylinder 20,24, 24' und zu einer Luftaufprallsteu- ereinheit 40 geleitet, mit deren Hilfe die Trocknung der Papierbahn W derart reguliert wird, dass die schnelle Wirkung, die bei der Trocknung im Zusammenhang mit beispielsweise einem Bahnriss, einer Güte-Änderung und im Anfahrstadium erforderlich ist, mit Hilfe der Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 der Luftaufpralleinheiten bewerkstelligt wird, während die Dampfdrucksteuereinheit 38 gewährleistet, dass die Dampfdrücke der Trockenzylinder 20,24, 24' auf das gewünschte Niveau eingestellt werden.
Die Luftaufprall-Steuereinheit 40 wird verwendet, um die Luftaufprallparameter der Luftauf- prallmodule Mo, M1' M2, M3, wie etwa die Temperatur, die Geschwindigkeit oder Feuchtigkeit der Gebläseluft/des Gebläsedampfes, oder der Abstand der Haube von der Bahn zu einem bestimm- ten Zeitpunkt entweder in einem der Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 oder in mehreren Luftauf- prallmodulen Mo, M1' M2, M3 gleichzeitig zu steuern. Im in den Figuren 1a und 1b gezeigten Fall hat jedes der Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 seine eigene Steuereinheit 400, 401' 402, 403 zum Übertragen der Steuerparameter. Wenn zur Regulierung einer Trocknungseffizienz eine Schnell- Einwirkung erforderlich ist, wird entweder eines oder werden mehrere der Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 derart gesteuert, dass der erwünschte Feuchtigkeitsanteil und weitere Eigenschaften des Papiers schnell erhalten werden.
In den Luftaufprallmodulen Mo, M1' M2, M3 können eine oder mehrere der folgenden gesteuerten Variablen gleichzeitig reguliert werden, um die erwünschte Regulierwirkung zu erzielen: Ausblasgeschwindigkeit, Temperatur der Gebläseluft, Feuchtigkeit der Gebläseluft und/oder Abstand der Lufthaube von der Bahn W. Jede Lufthaube oder deren Seg- ment kann falls erwünscht auch vollständig abgeschaltet werden.
Andererseits ist es mit Hilfe der Dampfdruck-Steuereinheit 38 für die Trockenzylinder möglich, die Dampfdrücke der herkömmlichen Trockenzylinder 20 oder Kontakttrockenzylinder 24, 24' jeder Trocknereinheit R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9' R10 entweder durch ein separates Regulieren der Dampfdrücke eines oder mehrerer Trockenzylinder oder Kontakttrockenzylinder oder durch ein separates Regulieren der Dampfdrücke einer oder mehrerer Zylindergruppen mit Hilfe von Regu-
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lierelementen 382, 382', 382", 383, 384, 385, 386, 387, 388,389, 3810, 3810' 3810--, auf der Grundlage der übertragenen Steuersignale einzustellen.
Eine Steuerung der Dampfdrücke mehrerer Trockner- gruppen gleichzeitig fällt auch innerhalb des Bereichs der Erfindung, da oft beispielsweise aus
Kostengründen weniger Dampfgruppen vorhanden sind als Siebgruppen.
Während des Normalbetriebs kann die Trocknung und/oder irgendein Qualitätsparameter in- nerhalb der erwünschten Grenzen gehalten werden, indem beispielsweise lediglich eines oder zwei der Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 eingestellt werden. Einer oder mehrere der Blasströmungs- parameter bzw. Gebläseparameter dieser Module oder der Abstand der Lufthaube von der Bahn W werden auf der Grundlage der Messergebnisse, die aus der Messeinrichtung 34 bei der Messung des endgültigen Feuchtigkeitsanteils in einer solchen Weise erhalten werden, derart geregelt, dass der gewünschte endgültige Feuchtigkeitsanteil oder gewünschte Qualitätseigenschaften erhalten wird bzw. werden.
Falls notwendig kann der endgültige Feuchtigkeitsanteil oder ein anderer Quali- tätsparameter auch durch Regulieren des Dampfdruckes eines oder einer oder mehrerer Zylinder
20,24, 24' oder einer oder mehrerer Zylindergruppen der Trockenzylindereinheiten R2...Rio, und zwar durch Anwendung einer Dampfdrucksteuereinheit 38, korrigiert werden.
Die Blasströmungsparameter werden in den Luftaufprallsteuereinheiten 40, 400, 401' 402,403 entweder auf der Grundlage eines Optimierungsalgorithmus oder durch Anwendung einer Mehr- fachregelung reguliert. Falls notwendig können sowohl ein Luftaufprall als auch die Dampfdrücke der Trockenzylinder gleichzeitig gesteuert werden, um die gewünschten Qualitätsparameter zu erreichen.
Wenn die Papiergüte geändert wird, wird die Information bezüglich der erwünschten Güte von einem Speicher 42, beispielsweise einem Kennfeld, zum Steuersystem 36 geleitet, wobei auf der
Grundlage dieser Güte-Information die Dampfdrücke der Zylinder 20,24, 24' der ausgewählten
Trockenzylindergruppen R2...R10 durch die Steuereinheit 38 mittels der Kennfeld-Werte und einer
Berechnungsformel beispielsweise in solcher Weise gesteuert werden, dass die Dampfdrücke allmählich auf das gewünschte Niveau reguliert werden.
Gleichzeitig wird die durch die Güte- Änderung erforderliche Sehnell-Regulierung bewirkt, um so schnell wie möglich mit Hilfe der Luft- aufprallsteuerung 40 entweder durch ein Luftaufprall-Steuern auf der Grundlage eines Sollwerts durch Berechnen der erforderlichen Gebläseparameter oder durch eine fortlaufende Rück- kopplungs-Regelung von der Messeinrichtung 34 her ein Papier zu erhalten, das die gewünschten Qualitäten hat.
Im Anfahrstadium werden die Trockenzylinder 20,24, 24' zunächst gemäss bekannten Heizse- quenz-Parametern erwärmt und gleichzeitig wird das Vorheizen der Hauben 10,28, 28' der Luft- aufprallmodule Mo, M1' M2, M3 durchgeführt. Anschliessend werden die Betriebs-Parameter auf der Grundlage der vorbestimmten Werte festgelegt und wird ein Luftaufprall mit Hilfe des Messergeb- nisses bzw. des Regelwerts gesteuert, um die erwünschte Qualität schnell zu erhalten, worauf der Luftaufprall fortgesetzt reguliert wird, während sich die Dampfdrücke des Zylinders solange ändern, bis diese die Sollwerte erreicht haben.
Während eines Bahnrisses werden die notwendigen Einstellungen durchgeführt, d.h. die Dampfdrücke der Trockenzylinder 20,24, 24' werden auf die während eines Bahnrisses angewen- deten Bahnriss-Dampfeinstellungen eingestellt, wobei gleichzeitig die Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 auf der Grundlage einer Maschinenautomationssteuerung eingeschaltet werden. Die inne- ren Steuersysteme 400...403 übernehmen eine Umleitungszirkulation innerhalb der Haube, ein Reduzieren der Gaszufuhr und der Ausblasgeschwindigkeit und ein Absperren der Abluft sowie ein Öffnen der Frischluftzufuhr. Nach dem Bahnriss werden die oben erwähnten Massnahmen in um- gekehrter Reihenfolge durchgeführt und wird eine Sehnell-Qualitätskorrektur durch Einstellen der Luftaufprallparameter solange ausgeführt, bis die Trockenzylinder 20,24, 24' die erwünschten Sollwerte erreichen.
Wenn eine neue Papiergüte in Betrieb geht, werden die Parameter der Papiergüte, die der neuen Güte am nächsten sind, aus dem Speicher 42, beispielsweise aus einer darin enthaltenen Tabelle, ausgewählt und werden die Luftaufprallmodule Mo, M1' M2, M3 und die Dampfdrücke der Trockenzylinder 20,24, 24' auf deren Grundlage eingestellt. Mit Hilfe dieser Steuerung bzw. Rege- lung werden die Qualitätsparameter dann derart eingestellt, dass ein Papier erhalten wird, das die gewünschten Eigenschaften besitzt.
Auch beim Regulieren des Feuchtigkeitsanteils, der Spannung oder weiteren Qualitätsprofile
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einer Papier- oder Kartonbahn in verschiedenen Betriebssituationen ist es vorteilhaft, erfindungs- gemäss zu verfahren. Es ist bevorzugt, zumindest Schnell-Korrekturen des Querrichtungsprofils durch ein Regulieren der Luftaufpralleffizienz in der Querrichtung zu bewerkstelligen. Die vorge- nommenen Korrekturen können anschliessend langfristig mit Hilfe anderer Profiliereinrichtungen bewerkstelligt werden, sofern dies beispielsweise kosteneffizienter ist.
Die Tabelle 1 von Fig. 2 zeigt die Wirkung der Blastemperatur und der Ausblasgeschwindigkeit des Luftaufprallmoduls M1' M2 bzw. M3 auf die Trockenkapazität. Die Tabelle 1 basiert auf den
Ergebnissen, die durch ein Trocknerpartiesimulationsprogramm erhalten wurden, das durch Mess- ergebnisse verifiziert wird, und zwar in einem Fall, in weichem der Luftaufprall eines oder zweier
Module M1' M2, M3 entsprechend Fig. 1areguliert wird. In der Tabelle 1 sind die Luftaufprallmodule mit den Bezugszeichen AI1 und AI2 bezeichnet. Im Simulationsprogramm wurde eine Geschwin- digkeit der Papiermaschine von 2000m/min und eine Breite der Papierbahn von 9,5m sowie ein
Flächengewicht der Papierbahn von 41,4 mg/m2 angenommen.
Der erste Teil der Tabelle 1 zeigt, wie oberhalb der Tabelle 1 angegeben, die Regulierwirkung der Blaslufttemperatur auf die Trock- nung, wenn die Luftaufprallgeschwindigkeit 90 m/s beträgt. Der zweite Teil der Tabelle 1 zeigt in entsprechender Weise die Regulierwirkung einer Luftaufprallgeschwindigkeit auf eine Trocknung, wenn die Blasströmungslufttemperatur 350 C beträgt. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass bei- spielsweise mit Hilfe einer Luftaufpralleinheit bei einer Ausblasgeschwindigkeit von 90 m/s eine
Feuchtigkeitsanteilkorrektur in der Grössenordnung von etwa zwei Prozentpunkten durch ein Variie- ren der Temperatur der Gebläseluft zwischen 250 C und 350 C erreicht werden kann.
Gleicher- massen wird durch ein Erhöhen der Ausblasgeschwindigkeit von 60 m/s auf 120 m/s eine Änderung von etwa 2,5 Prozentpunkten auf einmal und von fünf Prozentpunkten mit zwei Luftaufpralleinhei- ten erhalten.
Bei Anwendung der Erfindung kann die Trocknungseffizienz somit erhöht werden und das
Querrichtungsprofil eingestellt werden, indem Luftaufpralleinheiten installiert werden, die Heissluft oder heissen/überhitzten Dampf in die Trocknerpartie blasen, und zwar in Verbindung mit darin befindlichen Zylindern, Walzen oder ebenen Siebverläufen. Nachfolgend zeigen die Figuren 3a bis
3d einige Luftaufprallmodule, die sich von den bevorzugten Luftaufprallmodulen M1 bis M3 gemäss
Fig. 1a unterscheiden.
Die Fig. 3a zeigt ein Luftaufprallkonzept, in welchem in einer Umkehrtrocknerpartie eine ge- krümmte Luftaufprallhaube H, die mit der Oberflächenkontur der dem Trockenzylinder 20 vorange- henden Saugwalze 22 übereinstimmt, über der Saugwalze 22 angeordnet ist. Die Heissluftstrahlen der Luftaufprallhaube H, die nicht gezeigt sind, sind auf diejenige Seite der Papierbahn W ausge- richtet, die dann gegen die heisse Mantelfläche des Trockenzylinders 20 anliegt. Im Fall der Fig. 3a ist die Luftaufprallhaube H ausserhalb der Siebschleife angebracht, die somit eine problemlose Wartung gestattet.
Die Papierabfälle oder der Fertigungsausschuss, der in Verbindung mit Bahn- rissen oder einem Abschalten der Maschine gebildet wird, fällt in eine Tasche P, die am Trocken- zylinder 20 mittels des Trocknersiebs F gebildet wird, wobei es schwierig sein kann, von dort den Fertigungsausschuss vor einem abermaligen Anfahren der Maschine zu entfernen.
In Fig. 3b ist eine etwas unterschiedliche Luftaufpralllösung gezeigt, in der eine Luftaufprall- haube H über einen Trockenzylinder 20 einer mit einem Einzelsiebbahntransfer versehenen Trocknerpartie angebracht ist, um Heissluft durch das Sieb F in Richtung auf die Bahn W zu blasen.
Im Falle eines Bahnrisses kann der Fertigungsausschuss frei unter die Maschine fallen.
Die Wartung der Haube H kann allerdings schwierig einzurichten sein. Ein Luftaufprall, der in Verbindung mit einem herkömmlichen Trockenzylinder eingerichtet ist, findet durch das Sieb F in Richtung auf die Seite der Bahn W statt, die vom Trockenzylinder 22 weggewandt ist. Auf diese Weise kann daher zusätzlich zur generellen Verbesserung der Trocknungseffizienz eine einseitige Trocknung der Bahn W vermieden bzw. die Trocknung vergleichmässigt werden.
Die Fig. 3c zeigt einen Teil einer Trocknerpartie, der mit einem Doppelsiebbahntransfer verse- hen ist, in welchem sich zwei Reihen von Trockenzylindern 20' und 20" befinden. Die Luftaufprall- haube H ist angeordnet, um Heissluft durch das eine Sieb F in Richtung auf die Bahn W zu blasen, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Im Fall eines Bahnrisses fällt der Fertigungsausschuss nach unten in eine Tasche P, die durch das andere, untere Sieb F' gebildet ist.
Im Fall der Fig. 3d ist abweichend von der Fig. 3c eine untere Luftaufprallhaube H' in Verbin- dung mit einem unteren Trockenzylinder 20" zusätzlich zur oberen Luftaufprallhaube H angeordnet.
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Im Fall eines Bahnrisses sammelt sich auch hier der Fertigungsausschuss in der Tasche P, die durch ein unteres Sieb F" gebildet ist.
Im Falle der Figuren 3b bis 3d wird Heissluft durch das Sieb F bzw. F" in Richtung auf diejenige
Seite der Bahn W geblasen, die von den Trockenzylindern 20,20', 20" weggewandt ist, was die
Einseitigkeit der Trocknung und das Einrollen des Papiers reduziert. Das Sieb F, F" stört allerdings die Blasluftströmung und reduziert die Trocknungseffizienz der Heissluft. Eine Blasströmung durch das Sieb in Richtung auf die Bahn W erhöht im Vergleich mit einer Blasströmung unmittelbar auf die Bahn W den Energieverbrauch. Überdies begrenzt ein aus synthetischem Material gefertigtes
Sieb die Temperatur der Heissluft. In einem Luftaufprall-System ist es folglich zumeist nicht möglich,
Luft mit einer Temperatur über etwa 300 C zu blasen.
Ferner sind in den Fällen der Figuren 3b bis
3d die Luftaufprallhauben H innerhalb der Siebschleifen angeordnet, was den Zugang zu den
Hauben H und somit deren Wartung behindert.
Die oben erwähnten Nachteile treten in den Luftaufprallmodulen M1 bis M3 gemäss der Figuren
1a und 1bnicht auf.
In Fig. 4 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Luftaufpralleinheit oder eines -moduls 428 gezeigt, die bzw. das zwischen Trockenzylindergruppen 430 und 432 eingepasst ist, die mit einem
Einzelsiebbahntransfer versehen sind. Die Luftaufpralleinheit 428 hat eine lineare Luftaufprallhau- be 434, die zusammen mit zwei linearen Unterdruckkästen 436 und 436', die unterhalb der Haube
434 angeordnet sind, einen linearen schlitzförmigen Raum 438 bildet. Die Papierbahn 418 wird durch diesen schlitzförmigen Raum 438 geführt, wobei sie auf einem Trocknersieb 440 abgestützt ist.
In dieser Lösung verläuft die Papierbahn 418 unterhalb der Luftaufpralleinheit 428', und zwar gestützt vom Sieb 440 und von jenem Unterdruck, der durch die Unterdruckkästen 436,436' er- zeugt wird. Der Unterdruck hält die Bahn 418 in Kontakt mit dem Sieb 440. Ohne Stützung durch den Unterdruck könnte eine Heissluftströmung die Bahn 418 vom Sieb 440 lösen. Um den Unter- druck zu erzeugen, wird es in dieser Lösung bevorzugt, Unterdruckkästen zu verwenden, die mit Hilfe von Blasströmungen einen Unterdruck erzeugen, der die Bahn 418 am Sieb 440 hält. Falls erwünscht kann aber auch eine andere Saugkasten-Bauart verwendet werden, um den Unterdruck zu erzeugen.
Das die Papierbahn 418 stützende Sieb 440 verläuft gestützt von Walzen 442, beispielsweise Saugwalzen, oberhalb der Unterdruckkästen 436,436', ohne diese zu berühren, und definiert einen horizontalen Verlauf 444 für die Bahn 418. Das Sieb 440 und die Bahn 418 verlaufen somit gestützt von den Walzen 442 und den Unterdruckkästen 436,436' in einem geeigneten Abstand von der Abdeckung der Unterdruckkästen 436,436' und einer dem schlitzförmigen Raum 438 benachbarten Düsenfläche 446 der Luftaufpralleinheit 434. Der Abstand der Düsenfläche 446 der Luftaufpralleinheit 434 von der Papierbahn 418 beträgt typisch etwa 10 bis 50 mm, bevorzugt 15 bis 25 mm.
Im Fall der Fig. 4 sind unterhalb des Trocknersiebs 440, das die Bahn 418 fördert, wie erwähnt zwei Unterdruckkästen 436,436' angeordnet, die so wie in Fig. 4a für den einen Unterdruckkasten 436 gezeigt ausgebildet und innerhalb der Trocknersiebschleife eingepasst sind. Die Unterdruck- kästen, z. B. 436 in Fig. 4a, ziehen Luft von einem Raum zwischen ihnen und dem Sieb 440 mit Hilfe einer in Fig. 4a durch Pfeile a veranschaulichten Blasströmung ab, und zwar in der Richtung eines Pfeils b, wodurch in diesem Raum ein Unterdruck hervorgerufen wird. Ein Vakuum von typisch etwa 100 bis 400 Pa, bevorzugt 200 bis 300 Pa, wird zwischen dem Sieb 440 und der Abdeckung des jeweiligen Unterdruckkastens 436 gebildet. Dieses Vakuum reicht aus, um die Bahn 418 stabil auf dem Sieb 440 zu halten.
Dieselben Blasströmungen - Pfeile a - halten die Bahn 418 auch in einem bestimmten Abstand vom jeweiligen Unterdruckasten 436, wodurch verhindert wird, dass das Sieb 440 die Oberflächenstruktur 445 des Unterdruckkastens 436 berührt. Die Saugwalzen 442 (s. Fig. 4) führen das Sieb 440 an der Luftaufpralleinheit 434 vorbei. Unterhalb der Unterdruckkästen 436,436' wird der Verlauf der Siebschleife mit Hilfe herkömmlicher Umlenk- walzen 450 bestimmt.
Die Luftaufprallhaube 434 hat eine gehäuseartige Struktur, an deren im Wesentlichen ebener Düsenfläche 446, die der Bahn 418 zugewandt ist, d. h. an der Seite angrenzend an die Papierbahn 418, eine grosse Anzahl von Düsen gebildet ist, wie etwa Löcher oder Schlitze, von denen Heissluft oder Dampf in Richtung auf die Bahn 418 geblasen wird. Ein Teil einer solchen Düsenfläche 546
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ist in den Figuren 5a und 5b gezeigt. Mehrere Düsen - in den Figuren 5a und 5b in Form von
Löchern 535 - sind bevorzugt in der Düsenfläche 546 in Reihenform vorgesehen, und zwar in mehreren benachbarten Reihen, die sich quer zur Bahn 518 (s. Fig. 5b) erstrecken.
Der gesamte Öffnungsbereich, der durch die Löcher 535 oder Schlitze 14 der Düsenfläche 546 definiert wird, beträgt bevorzugt 0,5% bis 5%, insbesondere 1% bis 2,5%, wobei der Abstand zwischen den
Löchern 10 mm bis 100 mm (insbesondere 15 mm bis 35 mm) beträgt.
Wie durch Pfeile a in Fig. 5b gezeigt, blasen die Düsen 535 Heissluft oder Dampf bevorzugt un- gefähr rechtwinkelig zur Bahn 518 auf diejenige Seite der Bahn 518, die sich nicht in Kontakt mit der heissen Oberfläche der Trockenzylinder in der vorangegangenen Trocknerpartie 430 (s. Fig. 4) befand. Somit bildet die Luftaufpralleinheit 428 ein Bauteil, das ein Einrollen der Bahn 418 bzw.
518 in der Trocknerpartie reduziert.
In der in Fig. 4 gezeigten Lösung wird die Rückluft von der Luftaufprallhaube 434' selbst für die auszublasenden Heissluftstrahlen verwendet. Die von der Bahn 418 zurückkehrende Luft wird von der Luftaufprallhaube 434 durch in Figuren 5a bis 5b gezeigte Rohrleitungen 537 in einen Hauben-
Sammelraum 539 geführt. Ausgehend von diesem Sammelraum 539 wird die Rückluft mittels eines in Fig. 4 gezeigten Gebläses 454 durch eine Verbindungsrohrleitung 452 zu einem Heizer 456 geführt und von dort zurück, um abermals durch die Luftaufprallhaube 434 auf die Bahn 418 gebla- sen zu werden. Ein Teil der feuchten Rückluft wird mittels einer Gebläseeinheit 458 durch einen
Wärmetauscher 460 abgezogen, um die Luftfeuchtigkeit in der Rückluft auf einem geeigneten
Niveau zu halten.
Neue trockene Gebläseluft kann mittels Gebläseeinheiten 462,464 durch den
Wärmetauscher 460 und den Heizer bzw. Brenner 456 in die Rückluft zur Luftaufprallhaube 434 eingespeist werden.
In der in Fig. 4 gezeigten Lösung wird die Papierbahn 418 in einem geschlossenen Transfer von der einen Trockenzylindergruppe 430, die mit einem Einzelsiebbahntransfer arbeitet, zu dem
Sieb 440 geleitet, um an der Luftaufprallhaube 434 vorbei gefördert zu werden, von der Heissluft in
Richtung auf die Bahn 418 geblasen wird, um den erwünschten effizienten Trockenimpuls zu erzielen und um die Trocknung zu regulieren, wodurch ein Einrollen der Bahn 418 verhindert und/oder ein gutes Profilieren erreicht wird. Die Trocknungseffizienz der in Richtung auf die Bahn 418 geblasenen Luft kann durch Einstellen der Temperatur, Feuchtigkeit oder Geschwindigkeit der
Heissluftstrahlen, die in Richtung auf die Bahn 418 geblasen werden, reguliert werden. Die Tempe- ratur der Heissluft kann einfach beispielsweise dadurch reguliert werden, dass der Heizer bzw.
Brenner 456 eingestellt wird. Die Feuchtigkeit der Heissluft ist entsprechend einfach einstellbar durch Abführen eines grösseren oder kleineren Anteils der feuchten Rückluft durch die Gebläseein- heit 458. Die Geschwindigkeit der Heissluft kann durch Einstellen der Gebläseeinheit 454 reguliert werden. In der erfindungsgemässen Lösung kann die Temperatur der Heissluftstrahlen, die auf die Papierbahn 418 gerichtet werden, auf einmal eine um mehrere Grade reguliert werden, was be- deutet, dass die Trocknungseffizienz der Heissluftstrahlen auch unverzüglich einstellbar ist, um grösser oder geringer zu sein.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Lösung ist es daher möglich, das Trocknen der Papierbahn 418 auf das richtige Niveau in einer sehr kurzen Zeitdauer zu regulieren, und zwar typisch in weniger als 30 Sekunden, sogar in weniger als 10 Sekunden, beispielsweise nach einer Güte-Änderung oder einer plötzlichen Änderung, die in der Pressenpartie stattfindet.
Im Falle eines Bahnrisses wird der Papierabfall oder Fertigungsausschuss in der Luftlaufprall- einheit 428 leicht von der linearen Partie abgezogen, indem er mittels des Trocknersiebs 440 zwischen der Luftaufpralleinheit 428 und der nachfolgenden Trockenzylindereinheit 432 nach unten auf ein Bodenniveau gefördert wird, von wo aus er schnell entfernt werden kann. Ebenso verbes- sert die beschriebene Luftaufpralleinheit 428, die nicht von einer Siebschleife umgeben wird, in deren Tasche bei einem Bahnriss Papierabfall gesammelt werden könnte, die Betriebsfähigkeit der Maschine. Die Luftaufpralleinheit 428 kann leicht von oberhalb des Trocknersiebs 440 zur Wartung hoch- und weggehoben werden.
Die Luftaufpralleinheit 428 kann sehr kurz gemacht werden, mit der Länge einer kurzen Luft- aufprallhaube und eines Unterdruckkastens, sofern das Ziel darin besteht, lediglich ein Einrollen der Papierbahn 418 zu verhindern oder das Profilieren zu verbessern. Zum Profilieren reicht selbst eine kurze intensive Trockenimpuls-Präzisionsbehandlung auf dem richtigen Teil der Bahn 418 aus.
Andererseits kann das eigentliche Trocknen der Bahn 418 auch mittels der Luftaufprallhaube
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434 erhöht werden, in welchem Falle die Luftaufpralleinheit 428, falls notwendig, verlängert werden kann. In Fig. 6 ist eine längere Luftaufpralleinheit gezeigt, die mit drei Luftaufprallhauben 634,634',
634" ausgeführt ist. Unterhalb jeder Luftaufprallhaube 634,634', 634" ist ein separater Unterdruck- kasten 636,636', 636" angebracht.
Die Luftaufprallhauben 634, 634', 634" und die Unterdruckkäs- ten 636,636', 636", die ihrerseits linear und gerade sind, sind in einer Reihenfolge angeordnet, um zwischen ihnen einen "gekrümmten" schlitzförmigen Raum 638-638'-638" zu bilden, wobei die erste Luftaufprallhaube 634 und der Unterdruckkasten 636 einen ersten schlitzförmigen Raum 638 bilden, der relativ zur Horizontalen in Bewegungsrichtung der Bahn nach oben gerichtet ist, wobei das zweite Hauben-/Kasten-Paar 634'/636' einen horizontalen Schlitz-Raum 638' definiert, und wobei das dritte Hauben/Kasten-Paar 634"/636" einen nach unten gerichteten Schlitz-Raum 638" bildet, der mit der Horizontalen einen Winkel kleiner als 45 einschliesst. Die Winkel zwischen den
Schlitz-Räumen 638,638', 638" betragen bevorzugt 5 bis 15 .
Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung von Luftaufprallhauben 634,634', 634" schräg von oben be- trachtet. An der ersten Luftaufprallhaube 634 ist deren Unterteilung in separate Teile oder Segmen- te 634a, 634b und 634c quer zur Bahn markiert. Dadurch ist es möglich, die Trocknungseffizienz dieser verschiedenen Segmente 634a, 634b, 634c gesondert zu regulieren, was bedeutet, dass beispielsweise Heissluft mit einer geringeren Verdampfungseffizienz aus den äussersten Segmenten
634a und 634c und Luft mit einer grösseren Verdampfungseffizienz aus dem Segment 634b im
Zentrum geblasen werden kann. Die Bahn trocknet oft schneller an den Rändern als im Zentrum.
In Fig. 7 ist eine Luftaufpralleinheit 728 ähnlich Fig. 4 gezeigt, wobei aber gemäss Fig. 7 die verwendete Gebläseluft nicht Rückluft ist, sondern anstelle dessen Luft ist, die unmittelbar von unterhalb einer Trocknerpartiehaube 766 genommen wird. Die verwendete feuchte Luft wird nicht vom Bahnbereich gesammelt; vielmehr ist es der feuchten Luft gestattet, frei in den Raum unter- halb der Haube 766 zu strömen.
Die Fig. 8 zeigt eine typische Kurve, die die Variation der Trocknungseffizienz der 68 Trocken- zylinder in einer herkömmlichen Zylindertrocknerpartie veranschaulicht, die mit einem Einzelsieb- bahntransfer versehen ist. Im ersten Teil der Trocknerpartie, in der Stufe 1, befindet sich ein soge- nannter Bereich steigender Verdampfung, im Mittelteil der Trocknerpartie, in der Stufe 2, befindet sich ein Bereich konstanter Verdampfung und im letzten Teil der Trocknerpartie, in der Stufe 3, befindet sich ein Bereich abnehmender Verdampfung.
In Fig. 8 oben ist zusätzlich diagrammartig und beispielhaft bezüglich einer Trocknerpartie ver- anschaulicht : - der optimale Bereich für einen Luftaufprall, d. h. jene Bereiche in der Trocknerpartie, in de- nen im Vergleich zu einer Zylindertrocknung die Bahn vorteilhaft mit Hilfe eines Luftaufpralls beein- flusst werden kann, - der optimale Bereich zum Profilieren, d. h. jener Bereich in der T rocknerpartie, in welchem das Profilieren der Bahn, d. h. die Querrichtungstrocknung der Bahn, am besten beeinflusst werden kann, - der optimale Bereich zum Steuern eines Einrollens, d. h.
jener Bereich, in welchem ein Ein- rollen aufgrund einer einseitigen Trocknung der Bahn am besten reduziert werden kann, - der optimale Bereich zum Steuern eines Einrollens, in welchem ein Einrollen am besten durch einen Trocknungsimpuls beeinflusst werden kann, beispielsweise mit Hilfe eines kurzzeitigen Luftaufpralls, und - der optimale Bereich, um einen Anstieg der Trocknungseffizienz, ein Profilieren und eine Einrollsteuerung zu kombinieren.
Es wurde herausgefunden, dass der optimale Bereich zum Durchführen eines Luftaufpralls, um die gesamte vorangegangene Trocknungsregulierung zu beeinflussen, innerhalb des Bereiches liegt, in welchem die Papierbahn bereits auf einen Trockenfeststoffanteil von mehr als 70%, aller- dings noch nicht auf 95%, getrocknet worden ist, bevorzugt innerhalb eines Bereiches, in welchem die Papierbahn bereits auf einen Trockenfeststoffanteil von mehr als 75%, jedoch noch nicht auf 85% getrocknet worden ist. Der optimale Bereich für einen Luftaufprall fällt oft innerhalb eines Bereiches, in welchem die Bahn einen Trockenfeststoffanteil von etwa 75% bis 80% hat. In der Trocknerpartie, die mit dem in Fig. 5 gezeigten Einzelsiebbahntransfer versehen ist, der nahezu 70 Trockenzylinder aufweist, liegt dieser optimale Bereich etwa zwischen dem 48. und 61.
Trocken- zylinder.
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In Fig. 9 ist ein Beispiel der Profilierung einer Druckpapierbahn unter Anwendung der Erfindung gezeigt. Die obere Kurve in der Fig. 9 zeigt das Feuchtigkeitsprofil ohne ein separates Profilieren der Papierbahn, die aus der Trocknerpartie austritt, die eine 5 m lange Luftaufpralleinheit zusätzlich zu den Trockenzylindern einschliesst. Der durchschnittliche Feuchtigkeitsanteil der Papierbahn beträgt 5,3%, der in den Randbereichen 4,1% und der im Mittelbereich 6,5%, während die Tempe- ratur der Luftaufprall-Luft etwa 300 C und die Geschwindigkeit konstant quer über die gesamte
Bahn bei 80 m/s liegt.
Das Profilieren der Papierbahn wird bewerkstelligt, indem die äussersten Segmente der Luft- aufpralleinheit abgeschlossen werden und die Ausblasgeschwindigkeit des mittleren Segments auf 50 m/s erhöht wird. In dieser Weise bleibt das durchschnittliche Feuchtigkeitsniveau nahezu gleich, d. h. bei 5,1%, wobei das Feuchtigkeitsniveau der Randbereiche ansteigt und das des Mittelberei- ches abnimmt. Die Feuchtigkeitswerte variieren zwischen 4,7% und 5,4%. Das Bahnfeuchtigkeits- profil ist somit signifikant gleichmässiger geworden, wie aus der unteren Kurve in Fig. 9 ersichtlich ist.
Die Hauptzielsetzung der linearen Luftaufpralleinheit besteht nicht notwendigerweise darin, Feuchtigkeit von der Bahn in einer herkömmlichen Weise abzuziehen. Da die Verdampfungseffi- zienz des Luftaufpralltrockners sehr schnell geändert werden kann, kann die Trocknungseffizienz der Trocknerpartie insgesamt schneller reguliert werden als in einer herkömmlichen Zylindertrock- nung, obwohl lediglich ein Trockner gemäss der Erfindung in der Maschine vorhanden sein kann.
Dies kann vorteilhaft bei einer Güte-Änderung Anwendung finden, bei der mit herkömmlichen Vorrichtungen oft relativ lange Zeitdauern auftreten, in denen der Trockenfeststoffanteil "kriecht", bevor er einen stabilen Zustand erreicht. Mit Hilfe einer schnell reagierenden Luftaufpralleinheit können diese Erscheinungen entscheidend verringert werden oder sogar vollständig beseitigt werden.
Die Tatsache, dass aufgrund der Schnell-Regulierung das Abschalten und Anfahren der Ma- schine schneller bewerkstelligbar ist, kann als ein bemerkenswerter Vorteil der Erfindung betrach- tet werden. Die Struktur der Luftaufpralleinheit trägt auch dazu bei, die Betriebsfähigkeit der Ma- schine zu verbessern, da beispielsweise der Fertigungsausschussabzug im Bereich der Luftauf- pralleinheit problemlos durchgeführt werden kann.
Die Luftaufpralleinheit lässt sich auch mit Vorteil beim Steuern des Einrollens der Bahn einset- zen, wenn die Trocknungsenergie an jener Seite der Bahn eingebracht wird, die nicht in Kontakt mit den vorangegangenen Trockenzylindern gestanden hat. Die lineare Luftaufpralleinheit kann auch in einer Weise angeordnet werden, die sich von den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Lösun- gen derart unterscheidet, dass der Schlitz-Raum, durch den die Bahn geht, vertikal ist, sofern dies aus Gründen der Raumnutzung oder anderen Gründen erwünscht ist.
Die Luftaufpralleinheiten, die von relativ geringer Grösse sind, können leicht in einer vorhande- nen Trocknerpartie eingepasst werden, um den Betrieb der Trocknerpartie, die Feuchtigkeitsan- teilsteuerung und das Profilieren zu verbessern sowie dem Einrollen entgegenzuwirken. Die Luft- aufpralleinheiten können leicht in separate Segmente unterteilt werden, was es möglich macht, die jeweilige Luftaufpralleinheit zur Regulierung des Feuchtigkeitsprofils in der Querrichtung in der Bahn anzuwenden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn (W), bei dem die Papierbahn (W) gegen be- heizte Zylinderoberflächen von Trockenzylindern (20,24, 24') und mit Hilfe einer Luftauf- pralltrocknung mit zumindest einem Luftaufprallmodul (Mo, M1' M2, M3) getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Feuchtigkeitsanteil der Papierbahn (W) und/oder deren Qualität und/oder das Querrichtungsprofil durch Einstellung der Luftauf- pralltrocknungs-Effizienz reguliert wird bzw. werden, indem die Ausblasgeschwindigkeit, die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit des Blasmediums und/oder der Abstand einer
Lufthaube des Luftaufprallmoduls von der Papierbahn (W) eingestellt wird bzw. werden.