DE2303334B2 - Trockenzylinder für Papiermaschinen - Google Patents

Description

Der Trockenteil von Papiermaschinen enthält im allgemeinen eine Anzahl von Trockenzylindern, die einen zylindrischen Mantel besitzen, dessen beide seitlichen Öffnungen durch Stirnteile verschlossen sind. An den Stirnteilen sind Lagerzapfen zur drehbaren Lagerung des Zylinders vorgesehen, und ferner besitzt der Zylinder Anschlüsse zum Einleiten eines kond°nsierbaren Mediums in den Zylinder und zum Abführen des Kondensats aus dem Zylinder. Im Trockenteil der Papiermaschine wandert die Papierbahn von einem solchen Trockenzylinder der Reihe nach über die anderen Trockenzylinder. Insbesondere für Papierbahnen geringen Gewichts wird oft aber auch ein sogenannter Yankee-Trockenzylinder verwendet. Ein solcher Yankee-Trockenzylinder besitzt grundsätzlich den gleichen konstruktiven Aufbau wie die vorangehend erläuterten Zylinder, unterscheidet sich von diesen aber durch seinen beträchtlich größeren Durchmesser, und außerdem wird normalerweise in einer Papiermaschine nur ein solcher Trockenzylinder vorgesehen.

Unabhängig von ihrer Größe sind in den Trockenzylindern im Betrieb aufgrund der Ansammlung von Kondensat Grenzen gesetzt. Das Innere der Trockenzylinder wird nämlich mit einem kondensierbaren Medium (üblicherweise Dampf) beaufschlagt, um den Zylindermantel auf die zur Trocknung der darüberlaufenden Papierbahn erforderliche Temperatur aufzuheizen. Dabei bildet sich zwangsläufig durch die Wärmeabgabe des Mediums auf der Innenseite des Zylinders ein Kondensai, das sich bei geringen Geschwindigkeiten auf dem Bodenteil des Zylinders ansammelt und dort nicht besonders stört, bei Umfangsgeschwindigkeiten über etwa JfM) m/min, mit denen heutzutage die Zylinder betrieben werden, jedoch dazu neigt, sich in einer ringförmigen Schicht um den gesamten inneren Umfang des Trockenzylinders zu verteilen. Obwohl die Kondensatschicht die Temperatur des Mediums besitzt, ist der Wärmeübergang durch die Kondensatschicht verhältnismäßig langsam, weil das Kondensat verhindert, daß das Medium unmittelbar auf den Zylindermantel einwirkt Die Trockenzylinder werden ^aher so betrieben, daß die Kondensatschicht auf kleinster Dicke

ίο bei gleichzeitig maximalem Hitzeübergang gehalten wird.

Es wurde ferner festgestellt, daß zusätzlich zu der Schichtbildung des Kondensats bei höheren Zylindergeschwindigkeiten das Kondensat kreisförmig auf den

υ Innenflächen des Zylinders oszilliert Der Grund für diese Oszillation ist die Schwerkraft die abwechselnd den Kondensatring im Zylinder verzögert und beschleunigt

In einem von Barnscheidt und Schädler verfaßten

Aufsatz in der Zeitschrift »Das Papier«, Band 14, Nr. 10a vom Oktober i960, und in der auf die gleichen Verfasser zurückgehenden US-PS 32 17 426 sind diese Oszillationsbewegungen des Kondensats in einem durch Dampf erhitzten Trockenzylinder beschrieben. Dabei ist auch ausgeführt, daß auf der Innenfläche des Zylinders in dessen Längsrichtung mehrere Leisten angeordnet sein können, Un₁ das Kondensat im Zylinder in Turbulenz zu versetzen und so den Wärmeübergang durch das Kondensat zu erhöhen. Diese Leisten, die an ihren mit der Innenfläche des Zylinders in Berührung stehenden Außenflächen geschlitzt sein können, sind durch kreisrunde Ringe mit Hilfe von zur Expansion der Ringe dienenden Spannvorrichtungen eng an der Innenfläche des Zylinders angedrückt gehalten. Ihr

js Abstand längs des Zylinderumfangs kann gleichmäßig oder, um Resonanzbedingungen zu vermeiden, ungleichmäßig sein. So sind beispielsweise für einen Zylinder von 13 Meter Durchmesser 18 Leisten von I cm Höhe als optimal angegeben, so daß der Mittenabstand von Leiste zu Leiste etwa 25 cm beträgt. In jedem Fall staut sich das oszillierende Kondensat vor den Leisten und überströmt diese dann schließlich in turbulenter Strömung, wodurch sich ein erheblich verbesserter Wärmeübergang einstellt.

Die Leisten sind im allgemeinen dünner als der Trockenzylinder, und da sie zuerst mit dem heißen Dampf in Berührung kommen, neigen sie zu einer rascheren Ausdehnung als der Zylinder, wodurch sie sich lockern und verlagern können. Außerdem wird in

so den meisten Fällen der Trockenzylinder in Verbindung mit einer Andruckwalze betrieben. Diese Andruckwalze verursacht eine radiale Durchbiegung der Zylinderoberfläche und trägt zur Lockerung der Leisten insbesondere in der Nähe von deren Enden bei. In jedem Fall kann bei Lockerung und Verlagerung einer Leiste in dem rotierenden Zylinder ein erheblicher Schaden entstehen, weil lange Ausfallzeiten anfallen, um die gelockerte und verlagerte Leiste auszuwechseln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

solchen Trockenzylinder für Papiermaschinen mit einem Anschluß zur Einleitung eines kondensierbaren Mediums in den Zylinder sowie mit mehreren, auf der Innenfläche des Zylinders und in dessen Längsrichtung angeordneten Leisten, die das Kondensat im Zylinder in Turbulenz versetzen, dahingehend zu verbessern, daß die Leisten auch bei mechanischer und thermischer Beanspruchung ihre Lage im Zylinder beibehalten und sich während des Betriebes nicht lockern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leisten aus mehreren in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Abschnitten bestehen, von denen jeder einzeln für sich so an der Zylinderwand befestigt ist, daß sich die Enden benachbarter Abschnitte überlappend und in einer eine thermische Längsausdehnung zulassenden Weise berühren. Vorzugsweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß benachbarte Abschnitte der Leisten jeweils eine Ausnehmung am Stirnende des einen Abschnitts und eine zu dieser Ausnehmung passende und in diese eingreifende Zunge am Stirnende des anderen Abschnittes aufweisen. Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, daß benachbarte Abschnitte der Leisten mit ihrer Längsachse abwechselnd zur einen und zur anderen Seite hin is gegeneinander versetzt und so angeordnet sind, daß sie sich in ihren Endbereichen unter seitlicher Berührung überlappen.

Die Erfindung ersetzt somit die bisher einstückig über die gesamte Zylinderlänge durchgehenden Leisten durch eine Aneinanderreihung von einzelnen Leistenabschnitten, die unabhängig voneinander innen an der Zylinderwand befestigt sind. Diese Leisienjbschnitte können unabhängig voneinander Wärmebewegungen ausführen und sie können auch unabhängig voneinander einer radialen Durchbiegung der Zylirtderoberfläche folgen, d. h. es ist gewissermaßen eine in Zylinderlängsrichtung und auch in Radialrichtung in sich bewegliche Leiste entstanden, die sich sehr leicht allen Betriebszuständen anpassen kann, ohne daß sich nachteilige M Einflüsse auf die Leistenbefestigung ergeben. Die Nachteile der einstückig durchgehenden Leisten sind damit beseitigt, ohne daß deren Vorteile beeinträchtigt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Yankee-Trokkenzylinder, der auf seiner Innenfläche eine Reihe von das Kondensat bremsenden Leisten besitzt, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Teilschnitt des Mantels des, Trockenzylinders mit einer ersten Ausführungsform der Leisten,

F i g. 4 eine Draufsicht auf den in F i g. 3 dargestellten Teil,

F i g. 5 einen Teilschnitt analog F i g. 3 mit einer anderen Ausführungsform der Leisten, und

F i g. 6 eine Draufsicht auf den in F i g. 5 dargestellten Teil.

Der in Fig. I und 1 dargestellte Trockenzylinder besteht aus einem dünnen, zylindrischen Außenmantel 10 und zwei nahezu ebenen, ringförmigen Stirnteilen 11 und 12. Die Stirnteile 11 und 12 sind fest einerseits an die Enden des Mantels 10 und andererseits an eine Welle 13 angeflanscht. Etwa in ihrer Mitte gehen die Stirnteile 11 und 12 nach innen hin in kurze zylindrische Abschnitte 17 über, die an ihrem inneren Ende jeweils mit einem bearbeiteten Flansch versehen sind. An diesen Flanschen sind mehrere schwere Verstrebungen 19 befestigt, die die Durchbiegung der Stirnteile 11, 12 steuern und dadurch Beanspruchungen eliminieren, die in dem Mantel 10 oder in der Nähe seiner Verbindung mit den Stirnteilen 11 und 12 auftreten. Der Mantel 10, die Stirnteile 11 und 12 und die Welle 13 sind Gußteile.

Die Welle 13 ist eine aus zwei zusammengeflanschter. Hälften 22 und 23 bestehende Hohlwelle, in der mittels einer Trennwand 29 Kammern 27 und 28 abgeteilt sind. An ihren äußeren Knden bildet die Welle 13 zwei Lagerzapfen 33 zur drehbaren Lagerung des Trockenzylinders in nicht dargestellten Lagern sowie ein Auflager 34 für ein Antriebsrad. Diese äußeren Enden der Welle 13 sind außerdem mit Bohrungen 35 und 36 versehen, die eine Verbindung zu den Kammern 27 und 28 herstellen und die dazu dienen, Heizdampf unter Druck in die Kammer 27 einzuleiten und das Kondensat aus der Kammer 28 abzuführen. Der Begriff »Heizdampf« ist dabei allgemein zu verstehen und soll neben Wasserdampf auch andere kondensierbare Heizmedien mit einschließen, beispielsweise gemäß der US-PS 33 63 328 eine eutektische Mischung aus Diphenyl und Diphenyloxid, die eine gegenüber Dampf höhere Kondensationstemperatur besitzt.

Die Zufuhr des Heizdampfes in das Innere des Trockenzylinder erfolgt über die Bohrung 35 und die Kammer 27, an die mehrere Dampfruführungsrohre 37 und die Kammer 27, an die mehrere Dampfzuführungsrohre 37 mit jeweils einer Reihe von Dampfauslaßöffnungen 38 angeschlossen sind, we!'.i-e sich in Achsrichtung in bezug auf die Weile 13 ersirpcken und daran befestigt sind. Zum Abzug des sich während des Betriebs bildenden Kondensats ist innerhalb des Trockenzylinders ein Kondensatabführungssystem vorgesehen, das mit der anderen Kammer 28 in Verbindung steht. Dieses Kondensatabführungssystem kann aus Schöpfeinrichtungen oder anderen bekannten Systemen bestehen, hat bevorzugt aber den nachfolgend erläuterten und in der US-PS 33 59 647 näl.er beschriebenen Aufbau.

Nahe der Innenfläche des Mantels 10 und gegenüberliegend in bezug auf die Welle 13 sind zwei Sammler 39 und 40 angeordnet, die über Verbindungsrohre 46 bis 53 an die Kammer 28 angeschlossen sind. Die Sammler 39 und 40 sind mit ihren Enden an den zylindrischen Abschnitten 17 der Seitenteile U und 12 gelagert und außerdem in der Mitte noch an den Verstrebungen 19 verankert. Zwischen den Verstrebungen »9 erstrecken sich im übrigen noch Lagerarme 54. an denen die Verbindungsrohre 46 bis 49 mit Ankerstangen befestigt si;.d. An den beiden Sammlern 39 und 40 sind zahlreiche kurze Absaugrohre 43 von gleicher Länge und geringem Durchmesser angebracht, die sich radial nach außen erstrecken und dicht vor der Innenfläche des Mantels 10 enden. Ihre inneren Enden liegen innerhalb des zugehörigen Sammlers nahe bei dessen Längsmittellinie. Da der Druck in den Sammlern 39 und 40 geringer ist als der Druck im Zylinder selbst, kann das Kondensat (meistens in Form eines Dampf-Kondensat-Gemisches) über die Absaugrohre 43 in die Sammler 39 und 40 eintreten, von wo es über die Verbindungsrohre 46 bis 53 zur Kammer 28 gedrückt und dann über die Bohrung 36 »gezogen wird.

In Längsrichtung innerhalb des Zylinders 10 sind mehrere Leisten .·', bis L etc. angeordnet. Diese Leisten sind, wie in den F i g. 3 bis 6 dargestellt ist, in Abschnitte a bis ζ unterteilt, und jeder Abschnitt ist mit einem gesonderten Befestigungsmittel 56, das sich durch de?i Leistenabschnitt bis zum Mantel 10 erstreckt, am Mantel befestigt. Das Befestigungsmittel 56 ist normalerweise eine einzelne Schraube, aber erforderlichenfalls können auch mehrere solcher Schrauben vorgesehen werden. Zum Anbringen der Leisten (wie auch der übrigen, vorangehend beschriebenen Einbauteile) sind die beiden Stirnteile 11 und 12 des Trockenzylinders mit verschließbaren Mannlöchern 57 und 58 versehen, durch die hindurch der Zylinder-Innenraum für eine Arbeitskraftzugänglich ist.

In der Ausführungsform gemäß F i g. 3 und 4 sind alle Abschnitte a bis ζ der dort dargestellten Leiste / aufeinanderfolgend mit ausgefluchteter Längsachse angeordnet, und an jeder stirnseitigen StoDstelle zwischen benachbarten Abschnitten befindet sich eine Eingriffs-Verbindung in Form einer Zunge 77 am einen Abschnitt und einer dazu passenden Ausnehmung 78 am anderen Abschnitt. Die Zunge des einen Abschnittes paßt dabei so in die Ausnehmung des benachbarten Abschnittes, daß eine durchgehende Leiste gebildet wird, die aber der Zylinderfläche bei radialen Verformungen nachgiebig und ohne Beanspruchung der Befestigungsmittel folgen kann. Um eine thermische Ausdehnung jedes einzelnen Abschnittes zu ermöglichen, ist an jeder Stoßstelle in Längsrichtung ein Spiel vorgesehen und die Ausnehmung etwas länger als die Zunge bemessen. Die F.ndahschnitte a und ζ sind vorzugsweise etwas kürzer als die anderen Abschnitte b bis y, so daß die Befestigung näher an dem freien Ende der Leiste erfolgt.

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform einer Leiste /'. Hierbei sind die Abschnitte a'bis z'nicht mit ausgefluchteter Längsachse angeordnet und an ihren Enden auch nicht mit einer Zunge bzw. Ausnehmung versehen, sondern die benachbarten Abschnitte sind gegeneinander versetzt und mit geringfügiger Überlappung in der dargestellten Weise so aneinander gelegt, daß sich ihre Endbereiche seitlich berühren. Obwohl die Abschnitte bei diesem Ausführungsbeispiel nicht ineinandergreifen, werden trotzdem die einzelnen Abschnitte infolge des Aneinanderliegens ihrer benachbarten Endbereiche an einer Drehung gehindert, so daß auch hier eine Befestigungsschraube 56 genügt. Da allerdings die Notwendigkeit besteht, die Abschnitte in genau paralleler Lage anzuordnen, ist diese Ausführungsfonn weniger bevorzugt.

Unabhängig von der gewählten Ausführungsform ist die Länge der Abschnitte zwar nicht kritisch, sollte sich jedoch in einem Bereich zwischen 18 bis 28 cm bewegen, wobei die Länge von einzelnen Faktoren abhängt, wie *o z. ß. von der Gesamtbreite und dem Durchmesser des Trockenzylinders. Hinsichtlich der Höhe der Abschnitte a bis ζ und damit der Leisten A, B, Cetc. hat sich gezeigt, daß es keine besonders optimale Höhe gibt, daß aber ein anzustrebender Näherungsbereich angegeben werden *5 kann, der etwas von den gewünschten Betriebsbedingungen abhängt.

Vorzugsweise sind die Leisten A, B, C etc. in Umfangsrichtung des Zylinders in solchem Abstand voneinander angeordnet, daß das Kondensat, das sich w> während des Betriebs in einer ringförmigen Schicht an der Innenfläche des Zylinders ansammelt und dort oszilliert, in den Zwischenräumen 44 zwischen zwei Leisten in Resonanz gerät Dadurch kann sich das Kondensat beim rhythmischen Auftreffen auf eine Leiste hoch aufstauen und zum Teil über die betreffende Leiste hinweg in den benachbarten Zwischenraum schwappen. Dieser Vorgang ergibt dis angestrebte Turbulenz im Kondensat und stellt zugleich sicher, daß das Kondensat in Umfangsrichtung der Zylinderinnen fläche von einem Zwischenraum 44 zum nächsten wandert, bis es schließlich in denjenigen Zwischenraum gelangt, denen die Sammler 39 bzw. 40 mit den Absaugrohren 43 zugeordnet sind. Um eine ausreichend schnelle Wanderung des Kondensats im Zylinder zu gewährleisten, sollte mit jeder Resonanzwelle zwischen 25 und 50% des im Zwischenraum 44 ursprünglich vorhandenen Kondensats Ober eine Leiste in den benachbarten Zwischenraum Oberströmen. Es hat sich gezeigt, daß dies bei einer Höhe der Leisten von ctw;i dem 1,5 bis 7,5fachen der durchschnittlichen Kondensattiefe erreicht werden kann. Vorzugsweise sollte die Leistenhöhe etwa zwischen dem 2- und 3fachen der durchschnittlichen Kondensattiefe liegen und eine wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs kann noch bei Leistenhöhen zwischen dem IJ- und 4fachen der durchschnittlichen Kondensattiefe erwartet werden.

Die durchschnittliche Kondensaltiefe liegt im Bereich von etwa I bis 7,5 mm und läßt sich dadurch regulieren, daß die äußeren Enden der Absaugrohre 43 in Richtung auf die Innenfläche des Zylindermantels 10 oder davon wegbewegt werden. Vorzugsweise sollte die durchschnittliche Kondensattiefc aber nicht größer als 3 mm sein, weil mit zunehmender Dicke der Kondensatschicht eine zunehmende Verzögerung des Wärmeübergangs einhergeht. Der Minimalwert der durchschnittlichen Kondensattiefe ist wegen des möglichen Auftretens von heißen Stellen in der Nähe der Enden der einzelnen Absaugrohre 43 auf etwa I mm begrenzt. Bei dieser bevorzugten Kondensattiefe zwischen I und 3 mm liegt die Höhe der Leisten zwischen 1,2 und 22,5 mm bzw. zwischen 1,5 und 12 mm bzw. zwischen 2 und 9 mm, entsprechend jeweils dem Bereich des 13 bis 7.5fachen, dem Bereich des 1,4 bis 4fachen und dem Bereich des 2-bis 3fachen der durchschnittlichen Kondensattiefe.

Die Breite der Leisten ist von untergeordneter Bedeutung für die Kondensatbewegung innerhalb des Trockenzylinders. Falls jedoch eine Leiste zu breit ist, hat sie eine unerwünschte Isolierwirkung in bezug auf die äußere Zylinderfläche mit der Folge, daß ein feuchter Streifen in der getrockneten Papierbahn erzeugt wird. Die Leisten sollten daher beträchtlich schmaler sein als die Dicke des Zylindermantels. Der Zylindermantel kann beispielsweise eine Dicke zwischen 3,2 und 5 cm besitzen, und die Breite einer Leiste kann IJ cm oder weniger betragen und sollte vorzugsweise zwischen 0,9 und 13 cm liegen. In diesem Zusammenhang ist natürlich zu beachten, daß die Leisten genügend Material besitzen, um Befest^;->ingsschrauben 56 mit der notwendigen Stärke noch durch sie hindurchführen zu können.

Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebene Anordnung der Leisten im »Resonanzabstand« beschränkt In dem oben erwähnten Aufsatz von Barnscheidt und Schädler ist beispielsweise darauf hingewiesen, daß eine Verbesserung des Wärmeübergangs bereits bei Verwendung nur einer oder zwei Leisten eintritt und die Erfindung ist unabhängig von Anzahl und Abstand der Leisten mit Erfolg anwendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Trockenzylinder für Papiermaschinen, mit einem Anschluß zur Einleitung eines kondensierbaren Mediums in den Zylinder, mit einem Anschluß zur Abführung des Kondensats aus dem Zylinder sowie mit mehreren, auf der Innenfläche des Zylinders und in dessen Längsrichtung zugeordneten Leisten, die das Kondensat im Zylinder in Turbulenz versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (A bis L) aus mehreren in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Abschnitten (a bis z) bestehen, von denen jeder einzeln für sich so an der Zylinderwand befestigt ist, daß sich die Enden benachbarter Abschnitte überlappend und in einer eine thermische Längsausdehnung zulassenden Weise berühren.

2. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Abschnitte (a bis z)der Leisten (A bis /.^jeweils eine Ausnehmung (78) am Stirnende des einen Abschnittes und eine zu dieser Ausnehmung passende und in diese eingreifende Zunge (77) am Stirnende des anderen Abschnittes aufweisen.

3. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Abschnitte (a bis z) der Leisten (A bis L) mit ihrer Längsachse abwechselnd zur einen und anderen Seite hin gegeneinander versetzt und so angeordnet sind, daß sie sich in ihren Endbereichen unter seitlicher Berührung Voerlappen.