DE2053284C3

DE2053284C3 - Trocknungsvorrichtung für Materialbahnen mit einem Schallerzeuger

Info

Publication number: DE2053284C3
Application number: DE2053284A
Authority: DE
Inventors: J. Gilbert Lachine Descary; Stephen Anthony Montreal Rodwin
Original assignee: Dominion Engineering Works Ltd
Current assignee: Dominion Engineering Works Ltd
Priority date: 1969-11-07
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1980-05-08
Also published as: CA901281A; US3750306A; DE2053284B2; FR2069085A5; GB1311365A; DE2053284A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung zur Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts einer durchlässigen Materialbahn, mit einem Schallerzeuger und einem einen Abstand zur Materialbahn aufweisenden Reflektor.

Eine Trocknungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-PS 8 84 457 beschrieben. Bei dieser Trocknungsvorrichtung ist der Schallerzeuger auf der e'nen Seite und der Reflektor auf der anderen Seite der Materialbahn angeordnet, wodurch keine optimale Ausnutzung der umgesetzten Schallergie möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsvorrichtung /ur Verringerung des Feuchtig keitsgehalts einer Matenalbahn zu schaffen, bei der die umgesetzte Schallenergie optimal ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs I gelöst.

Eine weitere Ausgestaltung der Tmcknungsvorrichlung ergibt sich aus den Unteransprüchen. Bei der Trocknungsvorriehtung liegen der Schaller/euger und der Reflektor auf der gleichen Seite der zu behandelnden Mater.albahn Da der Reflektor den Schaller/euger umgibt, werden auch die nach hinten abgestrahlten Sehallvvellen am Reflektor reflektiert und wieder auf die Mäterialbahn gerichtet. Auch solche Schallwellen, die äfi derti Träger nach derfi Dürchlriu durch die Mäterialbahn zurückgeworfen werden, werden vom Reflektor zur nochmaligen Beaufschlagung der Materialbahn auf diese gerichtet. Dadurch ist eine optimale Ausnutzung der Schallenergie infolge der Anordnung des Sehallerzeugers im Inneren des Reflektors gewährleistet. Die gute Ausnutzung der Schallenergie wird durch eine besondere Profilierung des Reflektors ermöglicht.

Mit der Trocknungsvorrichtung können die Feuchtigkeitsverhältnisse verbessert und eine bessere Trocknung von Grenzschichten erreicht werden. Durch die selektive Steuerung axial getrennter Zonen oder einzelner Schallerzeuger und/oder durch die Steuerung der Luft mit niedrigem Druck kann eine wirksame Feuchtigkeitsverteilung in Querrichtung relativ zur Breite der Mäterialbahn erzielt werden, indem lokale Änderungen in der Zufuhr oder Intensität der in Schwingung versetzten Luft erfolgen. Es wurde festgestellt, daß die Trocknungsrate einer nassen Materialbahn bei einem vorbestimmten Schallfeld größer als die Trocknungsrate einer weniger nassen Materialbahn ist. Diese Eigenschaft bewirkt eine automatische Verteilung der Feuchtigkeit innerhalb bestimmter Grenzen, da die Trocknungsrate eines feuchteren Teils die Trocknungsrate eines angrenzenden, trockneren Teils der Maieriaibahn überschreitet, wodurch der feuchtere Bereich automatisch stärker getrocknet wird. Eine Steuerung des Schallfelds in Querrichtung der Trocknungsvorrichtung ermöglicht eine zusätzliche profilierte Feuchtigkeitsverteilung in der Mäterialbahn. die durch Veränderurg der Wirkung oder Abschaltung oestiinmter Schallerzeuger oder Gruppen von Schallerzeugern bei wahlweise zusätzlicher Steuerung der Luftströmung mit niedrigem Druck erreichbar ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Trocknungsvorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Endes eines Trägers mit zwei Reflektoren.

Hg. 2 eine Schnittansicht entlang der Richtung des Pfeiles 2 in F ig. 1,

F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Schnittansicht eines abgewandelten Reflektors,

Fig. 4 ein gegenüber Fig. 3 weiter abgewandelter Reflektor,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Trägers mit einer einen Bereich von 180" umfassenden Schallkammer.

F i g. 6 eine Schnittansicht durch das Ausführungsbeispiel nach F ι g. 5. parallel /ur Hauptachse der Walze, zur Veranschaulichung der Endabdichtung.

Fig. 7 eine Schninansicht durch einen Träger mit einem Reflektor, und

F ι g. 8 eine vergrößerte Teilansicht einer Abdichiung in F ι g. 7.

In Fig I sind eine Trocknungsvorrichtung mit einem trimmeiförmigen Trager 20 /um Transport der Maieriaibahn. wobei der Träger 20 einen Radius R hat. und zwei Reflektoren 21 dargestellt. Schaller/euger 23 sind entlang der gesamten Breite des Trägers 20 angeordnet, leder elliptische Reflektor 21 hat daran befestigte reflektierende Wände 22. wodurch der effektive Wirkungsbereich vergrößert wird

F ι g. 2 /eigt cm elliptisches Querschnittsprofil der Reflektoren 21. in welchen Schallfr/euger 23 so angeordnet sind, daß longitudinal Schallwellen praktisch senkrecht auf eine Oberfläche 25 der Materialbahh auffallen, wobei der reflektierte Schall auf den Schallerzeuger 23 gerichtet wird, so daß eine Verstärkungdes Schallfelds erfolgt. Die reflektierenden Wände 22 sind in einem solchen Abstand und parallel zu der Oberfläche des Trägers 20 angeordnet, daß sich ein optimales Schallfeld ergibt, Extrudiefte Kantendichtun-

gen 27 aus Gummi oder Kunststoff dienen zur Aufrechterhaltung des Luftdrucks unter dem Reflektor 21 sowie zur Ableitung der gesättigten Grenzschicht aus feuchter Luft angrenzend an die Oberfläche der Materialbahn, die durch das Schallfeld erzeugt wird. Dadurch wird die Hauptmenge der austretenden Luft in eine Richtung abgeleitet, die entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Materialbahn verläuft. Die Luft tritt durch ein»; öffnung 28 zwischen angrenzenden Reflektoren aus. Die Schallausbreitung und die Reflexion erfolgt in Richtung der dargestellten Pfeile 24 in einem Querschnitt senkrecht zur Achse des trommeiförmigen Trägers 20 und durch den Schallerzeuger 23.

Fig.3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Reflektors, der mit 31 bezeichnet ist. Hierbei wird Luft durch die Schallerzeuger 23 sowie durch eine Leitung 32 in die Schallerzeuger 23 geleitet, welche eine Verbindung 33 für den Eintritt von Luft mit niedrigem Druck aufweist.

Ein Luftspalt 35 sowie gegebenenfal's eine Reihe von Lufteintrittsoffnungen 34 ermöglicht den Zutritt von Sekundärluft in Form von Luftstrahlen in den Reflektor 31. wobei die Luft sofort durch Vermischung mit der Luftmenge in Schwingung versetzt wird, welche durch die Schallerzeuger 23 zugeführt wird. Ein geeigneter Effekt wird durch den geneigten Luftspalt 35 erzielt, welcher sich entlang der Breite des Trägers 20 erstreckt und eine Turbulenz und eine Luftzirkulation in einer Richtung bewirkt, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des Trägers 20 ist. Die vermischte feuchte Luft des Schallfeldes wird dann durch einen Reflektorzwischenraum 39 durch die vordere Kante 36 der reflektierenden Wand 22 in eine Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung des Trägers 20 herausgedrückt. Die einen Vorhang bildenden Luftstrahlen 35 erzeugen eine Strömung entlang der Materialbahn /u dem nächsten Reflektor im Vergleich /u dem Reflektor 31. wodurch ein erneutes Benetzen der Materialbahn beim Durchtritt durch die Abzugsbereiche der Luft vermieden wird.

Neben dei Zufuhr von Sekundarlufl dient ein Auslaß 37 zur Versteifung des Reflektors 31. der bei diesem Ausführungsbeispiel ein elliptisches Profil hat.

In F i g. 4 sind gewisse Einzelheiten der Konstruktion dargestellt, nämlich die Schallisolation. extrudierte Reflektorabschnitte und die Luftzufuhr zu den Schallerzeugern. Eine .Schallkammer 43 mit einer schallisolierenden Isolierschicht 44 an einem Haubenglied 45 enthält mehrere Reflektoren 41. die davon herabhängen, leder Reflektor 41 weist mehrere Schallerzeuger 23 auf. die daran angeschraubt sind und mit einem Luftverteiler 44 in Verbindung stehen. Ein Luftverteiler 42 für Sekundärluft ist mit getrennten Justierbolzen und Muttern 46 oder entsprechenden Kopfbolzen befestigt, wodurch die Breite des Luftspaltes 47 entsprechend den gegebenen Bedingungen eingestellt werden kann, insbesondere unter Berücksichtigung des Ausgleichs entlang dem Querschnitt der Tro'.knungsvorrichtung und der Gesamtströmung. Die Form der dichtenden und dämpfenden Dichtungen Clermöglicht eine Vibrationen verhindernde Anordnung der einzelnen Teile des Reflektors 41. Eine einfach einjustierte Stützanordnung enthält eine Dreipühkllagefurig mit einem zentralen Befestigungsbolzen Und einjustierbären Kopfschrauben Cl, C2, so daß eine genaue Einstellung und Verschwenkung des Reflektors 41 möglich ist. Ein Verkanten des Reflektors 41 kann wahlweise bewirkt werden, UfH eine relatives Einjustierung der radialen Zwischenräume zwischen dem Träger 40 und der vorderen und der hinteren Kante des Reflektors 41 zu ermöglichen. Die flankierenden Kopfschrauben Cl, C?. dienen auch zur Halterung und Abdichtung der Einrichtung.

Es ist ersichtlich, daß diese Anordnung mehrere Funktionen ausübt, zur Erzielung guter Betriebseigenschaften einjustierbar ist, leicht hergestellt, zusammengebaut und einjustiert werden kann, und ferner besonders gut geeignet ist, unterschiedliche Ausdehnungen auf Grund von Temperaturänderungen und/oder Temperaturgradienten aufzunehmen.

In den F i g. 5 und 6 weist im Vergleich zu F i g. 4 die Schallkammer bzw. Haube 53 einen Luftabzug 55 auf, sowie Kantendichtungen und Endabdichtungen 59 der

π Haube. Es ist ein Luftabzug von der Haube dargestellt, der beispielsweise für das Ausführungsbeispiel in F i g. 4 Verwendung finden kann. Die Schallkammer 53, in welcher mehrere Reflektoren der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Art angeordnet sein können, ist mit zentralen Auslaßöffnungen 55 verseb j, von denen jede schaiiabsorbierende Filter 56 und ein' einstellbare Drosseleinrichtung 57 aufweist, die verschiebbar an der Auslaßöffnung 58 angeordnet ist, um eine Steuerung des Drucks und der Strömungsverhältnisse in der Schallkammer 13 zu ermöglichen. Die Schallkammer 53 ist mit Kantendichtungen 59 versehen, welche eine Strömung nach innen in der Schallkammer 53 zulassen, um Leckverluste daraus in den Bereichen des Materialbahneintritis und des Materialsbahnaustritts zu vermeiden,

jo um Strömungen mit hoher Geschwindigkeit über der Materialbahn zu vermeiden, was zu Nachteilen führen könnte.

Fig. 6 zeigt eine sich anschließende Endabdichtung mit einer geeigneten Annäherung fur den Träger 50 in Fig. 5. Der Träger 50 hat ringförmige Endflansche 60, die mit Schallkammer-Verteilern 61 zusammenarbeiten, welche halbringförmige Stutzen 63 aufweisen, um periphere Endvorhänge aus Druckluft zur Abdichtung der Schallkammer 53 zu liefern. Für diese eine Abdichtung bewirkende Luft ist ein Auslaß 65 aus dem Inn^nraum der Schallkammer vorgesehen, welche durch das Gebläse 65 komprimiert wird, um die Enddichtungen 61 und die Kantendichtungen 59 der Schillkammer mit Druckluft /u versorgen.

Das in F i g. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine unterteilte Schallkammeranordnung 71 mit Reflektoren 71, 72. welche von Laufwagen 73 auf geeigneten Trägern getragen werden. Der Träger 70 ermöglicht einen großen Umschlmgungswinkel durch Führungswalzen 74. welche einen Winkel von etwa 320° von der Trommel 70 umfassen

Die beweglichen Reflektoren 72 können leicht von dem Träger 70 weg bewegt werden, wenn beispielsweise eine gerissene Matenalbahn erneut eingelegt werden soll. Wie bei der A ι«führungsform in Fig. 5 nnd noch mehrere zentrale Austrittsöffnungen 75 vorgesehen, die entsprechende Errichtungen zur Schallisolation und Drosselung der Luftströmung aufweisen. Eine andere Aiisführungsform oer Kantendichtung 8 ist in F i g. 8

bo dargestellt. Die Kantenteile 83, angrenzend an die Führungswalzen 74, sind jeweils mit einer Dichtung 84 versehen, die gewöhnlich aus einem geeigneten Material wie Silikongummi extrudiert ist, weil damit bei den verhältnismäßig hohen Temperaturen gewährlei-

f-5 stet bleibt, daß ein zufriedenstellend enger radialer Zwischenraum gegenüber der Oberfläche der Materialbähn W vorhanden ist. Die Rate der nach außen gerichteten Luftströmung durch die radialen Zwischen-

räume wird durch einstellbare federbclastetc Rücklaufvehlile 85 gesteuert, von denen nur eitles dargestellt ist. Diese Ventile 85 ermöglichen eine Abstufung des gesamten Druckabfalls über der Dichteinrichtung 8, um die Ausströmgeschwindigkeit entlang der Bahn zu begrenzen und die abgeführten Luftmengen in den Materialbahnbereichen zu verringern; Die Dichtungen 84 haben eine ausreichende radiale Abmessung und Flexibilität um den Durchtritt von örtlichen Verklumpungen von Papier im Falle des Abreißens einer Materialbahn aus Papier zu ermöglichen, ohne daß die Dichtung beschädigt wird, während sie eine hinreichende Steifigkeit aufweist, um einen Druckgefälle entgegen zu wirken, das etwa 5 m Wassersäule betragen kann. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 benötigt keine Gebläseleistung, damit die Wirkung der Dichtungen der Fig. 5 und 6 erreicht wird und ist deshalb wirtschaftlicher.

Obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele trogförmige Reflektoren betreffen, können auch einzelne Reflektoren mit einem geeigneten Querschnittsprofil eingesetzt werden, wenn eine geeignete und ausreichende Steuerung der Gleichförmigekeit des Schallfeldes möglich ist. Die Verwendung zusätzlicher Reflektoren begrenzter axialer Abmessung, welche begrenzte Wirkungsfelder haben, ist für eine zusätzliche Steuerung feuchter Streifen der Materialbahn möglich. Obwohl die bevorzugte Gestalt eines Reflektors für eine spezielle Zusammenarbeit mit einer zylindrischen oder gekrümmten Oberfläche des Trägers mit bestimmten Krümmungsradius ein elliptisches Profil ist, ist bei ansteigendem Krümmungsradius der Materialbahn das theoretische Profil angenähert ein parabolisches Profil mit parallelen Schallwellen, die senkrecht zu der Materialbahn verlaufen. Für größere Krümmungsradien der Materialbahn können deshalb Reflektoren mit unterschiedlichen Abschnitten Verwendung finden, beispielsweise trogförmige Reflektoren mit einem parabolischen Abschnitt oder gewölbte, runde oder trogartige Reflektoren mit Kammern zur Schallverstärkung, welche in Reihen und gestaffelt angeordnet sein kotinen, um eine zufriedeiiMcliciiuc Aumiuhtuiig uci Schallwellen zu liefern.

Bei dem Betrieb von Schalltrocknern kann eine Begrenzung der Schallenergie auf weniger als 10 Watt pro cm² aus Gründen der Papierchemie erforderlich sein, um eine Sonolyse zu vermeiden. Eine Änderung der mittleren Schailenergie ergibt eine Änderung der Trocknungsrate. Mit von Reihe zu Reihe gestaffelten Anordnungen der Schallerzeuger kann ein vergleichmäßigtes Schallfeld nach jedem Behandlungsabschnitt und an der Aufwickelspule erwartet werden.

Bei der Zufuhr von Luft mit niedrigem Druck kann Frischluft in der Schallkammer bzw. Haube mit rezirkulierter feuchter Luft gemischt werden, gewöhnlich in dem Prozentsatz von 20 bis 50% Frischluft, um eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu gewährleisten. Dabei ist darauf zu achten, daß eine Mischung mit geeigneten psychrometrischen Eigenschaften für die Trocknung Verwendung findet Wenn beispielsweise drei oder mehr Schallerzeuger pro 900 cm² Materialbahnoberfläche innerhalb eines geeigneten Reflektors Verwendung finden, die in Absland voneinander angeordnet sind, welcher ein Vielfaches einer halben Wellenlänge der höchsten Schallerzcugcrffcqucnz beträgt, wird in gewissen Anwendungsfällen eine auffal-

lende Gleichmäßigkeit und Verbesserung der durchschnittlichen Schallintensität wegen der verbesserten integration der Schallwifkung der einzelnen Schallerzeuger erzielt. Die Verwendung von Sekundärluft tiiit geringem Druck unter einem Reflektor verbessert das

ίο Resonanzfeld, während der Luftbedarf für die Schallerzeuger entsprechend verringert werden kann. Eine effektive Mischung kann für das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten von den Schallerzeugern zugeführter Luft zu Sekundärluft in dem Bereich von 1 :0,5 bis 1 : 1 erzielt werden. Der Schallverlust durch ein derartiges Durchmischen liegt in der Größenordnung von einem U₂ db bei einem Schallfeld von größenordnungsmäßig 160 Dezibel, was unterhalb der üblichen Meßgenauigkeit gewöhnlicher Meßinstrumente liegt. Die Verwendung von Unterteilungsstücken in den Reflektoren, die zwischen den einzelnen Schallerzeugern angeordnet sind, dient zur Verstärkung der Struktur und trägt zur Beibehaltung stabiler Formen bei, während Schallinterferenzen verbessert werden können, insbesondere wenn ein geringerer Schallerzeugerabstand wünschenswert ist.

Eine typische Anordnung für eine Trommel mit 1,50 m0enthält Schallerzeuger mit einem Abstand von 17,5 cm in einem länglichen, nicht unterteilten Trog, der

JO sich in Querrichtung der Trocknungsvorrichtung erstreckt und Luft von i,9 kg pro cm² bei 177°C erhält, wobei die Frequenz 16 kHz und die Durchflußmenge der Schallerzeugerluft 54 kg pro Stunde und 900 cm² beträgt. Ein geeignetes Querschnittsprofil für den

J5 Reflektor ist eine Ellipse mit etwa 14.7 cm Öffnung und etwa 6.4 cm Höhe.

Während sich die Temperaturbedingungen in dem Schallweg ändern können, um wirksame Änderungen der Wellenlänge zu erzeugen, bewirkt die Beibehaltung der erregenden Frequenz eine erzwungene Frequenz in dem Schallfeld auf Grund von Trägheitskräften, so daß uiü i ICUUCIi^ |ji drill:».!! !MMialuüt dill UClIi VDf iicf DC-Stimmten Höchstwert gehalten wird.

Die Verwendung von einander abwechselnden Reflektoren, die bei verschiedenen Frequenzen arbeiten, beispielsweise bei 14 500 Hz in einem Reflektor und 16 000 Hz in dem nächst angrenzenden Reflektor, führt zur Dämpfung der Materialbahnvibrationen und begünstigt die Querstabilität der Materialbahn, insbesondere bei höheren Materialbahngeschwindigkeiten.

Die Verwendung zusätzlicher Gebläseeinrichtung innerhalb oder außerhalb der Schallkammern kann für die Bewegung der Sekundärluft vorgesehen sein, um eine Strömungsverteilung in Grenzbereiche zu ermöglichen.

Obwohl trogartige Reflektoren dargestellt wurden, die reflektierende Zwischenteile aufweisen, um sekundäre Trocknungsbereiche zu erzeugen, insbesondere an der vorderen Kante derselben, kann eine Verwendung der dargestellten Reflektorformen auch ohne derartige Zwischenteile erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

ZU Patentansprüche:

1. Trocknungsvorrichtung zur Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts einer durchlässigen Materialbahn, mit einem Schallerzeuger und einem einen Abstand zur Materialbahn aufweisenden Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines eine gekrümmte Oberfläche aufweisenden Trägers (20) zum Transport der Materialbahn auf der dem Träger abgewandten Seite der Bahn mehrere in Krümmungsrichtung des Trägers Abstand zueinander haltende, durch Luft betätigte Schallerzeuger (23) angeordnet sind, die in Achsrichtung des Trägers und etwa senkrecht zu seiner Oberfläche gerichtete Schallwellen zur Bildung einer von diesen mit gleichmäßiger Dichte durchsetzten Zone erzeugen, daß die die Schallerzeuger erregende Luft nach ihrem Austritt aus diesen auf die äußere Oberfläche der Materialbahn gerichtet ist und daß jeweils einem Schallerzeuger ein Reflektor (2i, 31, 72) zugeordnet und als länglicher Trog ausgebildet ist, der sich quer zur Bewegungsrichtung der Materialbahn erstreckt.

2. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsrändern der Reflektoren Luftspalte (35) zur Erzeugung .?ines auf die Materialbahn gerichteten Luftvorhanges und/oder Dichtungen (27,83,84) vorgesehen sind.

3. Trockuungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lufteintrittsöffnungen (33, 34) für Zusatzluft derart angeordnet sind, daß sich diese mit der von den Schaller/eugern (23) abgegebenen Luft vermischt.