DE2447779A1 - Luftdruckaufprallvorrichtung zum trocknen einer papierbahn - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DiPL-ING. CAr.L C. COECKER

"667 st. IMC. r;.T S-c. Ingbert, den 4. Okt. 1974

ENSHElMER STRASSE 48 g 79"bOe/Kl

TEL. (0 6894) 143 96

Anmelderin: BELOIT CORPORATION

Beloit, Wisconsin 53511

T74- et * äA4 / / / Ο

Vt. St. A.

LÜFTDRUCKAÜPPRALLVORRICHTÜKG ZUM TROCKNEN EINER - PAPIERBAHN

ibie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trocknen ei~ ner wandernden Papierbahn mit Hilfe einer Aufprallströmung von geheizter Hoahdruckluft.

Eine AufpralL-strömung ist eine Strömung die senkrecht zur Aufprallflä'che gerichtet ist, was sich als wirksame Vorrichtung zum Erhitzen ode.c Abkühlen erwiesen hat. In den letzten Jahren wurde dieses Verfahren zur Hitzeübertragung in der Papierindustrie zum Trocknen von Papier gebraucht. Die U.S. Patente Nr. 3.163.502, 3.167.408 und 3.447.247 sind für dieses Gebiet stellvertretend;

Das Trocknen mit Aufpralluft ist besonders dazu geeignet Dönnpapier wie Seidenpapier sowie Streichpapier zu trocknen. Diese Anwendungen benötigen höhere Hitzeiibertragungsbetra'ge wegen der beschränkten Trocknungslänge und den Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsbetriebes, s

Es gibt verschiedene Arten von LuftaufPrellvorrichtungen die in Papiertrocknungsvorrichtungen gebrauch''" werden. In einer dieser Vorrichtungen verwendet man spaltförmige Auströmöffnungen und in einer anderen Vorrichtung runde Löcher, um Düsenöffnungen zum Aufprallzweck zu bilden. Die Spaltausströmöffnungsvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie eine relativ verwickelte Vorrichtung

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von Luftabföhrungsleitungen zwischen den Spalten erfordern. Spaltvorrichtungen sind ebenfalls gekennzeichnet durch eine unwirksame Leistung, wie von dem Hitzeübertragungskoffizienten gemessen, den man für einen bestimmten Leistungsaufwand einer Luftblasvorrichtung erhält. Zusätzlich sind relativ kleine Abstä'nde zwischen ^er Aufprallfläche und den Spaltöffnungen erforderlich, um gute Hitzeübertragungsresultate zu bekommen.

Einige eigentümliche Nachteile der Spaltöffnungsvorr^ichtung werden in den Aufprallvorrichtungen mit runden Oeffnungen vermieden. Z.B., ist der Hitzeübertragungskoeffizient relativ unbeeinflussbar vcn dem Abstand zwischen der Düse , und der Aufpralloberfläche, solange ein EigenverhSltnis zwischen dem Aufp.rallabctand und dem Lochdurchmesser besteht. Bei Verwendung von runden /lufprallöchern ist es ebenfalls leichter, Luftauslassvorrichtungen zwischen den Anordnungen der runden Löcher vorzusehen.

Mit dem Verlangen von erhöhten Maschinengeschwindigkeiten, muss ein angemessenes Trocknen entweder durch Erhöhen des Trocknungsbetrages oder der Hitzeü*hertragungsl£nge erreicht verden. Eine Vergrösserung aar Trocknungslänge erfordert zusätzlichen Kapitalaufwand für die schon teuere Trocknungseinrichtung. Bei Seidenpapiertrocknungsanwendungen, wo die feuchte Papierbahn auf die Oberfläche einer grossen drehenden Trommel gepresst wird, mess die Bahn in weniger als einer Umdrehung getrocknet werden. Üblicherweise · verwendet man in solch einer Trocknungsvorrichtung einen Zylinder das: mit einem grossen Durchmesser, gefüllt mit Dampf und umgeben von einem Luitaufprallverteiler für Luft mit honer Temperatur und Aufprallgeschwindigkeit. Diese mit Dampf gefüllten Zylinder werden schon mit ungefähr den höchstmöglichen, praktischen Dampfdrücken betrieben und haben ungefähr den grösstmöglichsterv/Durchmesser der praktisch herstellbar ist. Deshalb muss die Geschwindigkeitssteuerung durch Erhöhen der Hitzeübertragungsbeträ'gen der Luftaufprallung gewonnen werden. Zur Zeit werden Belüftungskappen mit Temperaturen von ungefähr 427 G betrieben. Um höhere Temperaturen zu erreichen müssen teuere. , hohe hitzebestcfndige Legierungen verwendet v/erden. Zusätzlich treten bei diesen höheren Temperaturen Probleme zum Aufrechterhalten der Abmessungsstabilität der Vorrichtung auf und

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■wenn die Aufpralltemperaturen gesteigert werden treten mehr Probleme beim gleichförmigen Trocknen auf.

Da die heutzutage in der Papierindustrie verwendeten Belüftungskappen schon mehr oder weniger im Temperaturgrenzbereich betrieben werden, ist es notwendig den konvektiven Hitzeübertragungskoeffizienten zu erhöhen, um den Hitzeübertragungsbetrag zu erhöhen und darausfolgend den Verdampfungsbetrag. Bei Papiertrocknungsanwendungen, tra'gt ein hoher konvektiver Hitzeübertragungskoeffizient dazu bei, jede ungleichförmigen Trocknungsprobleme zu erleichtern.

Eine einfache Art und Weise den konvektiven Temperaturübertragungskoeffizienten zu vergrössern, ist das Erhöhen der Aufprallgeschwindigkeit. In einer gegebenen Vorrichtungsanordnung kann aber eine Erhöhung der Aufprallgeschwindigkeit nur auf Kosten erhöhter Geblä'seleistung erreicht werden. Ein Erhöhen der Gebläse leistung bedeutet sowohl ein erhöhter Kostenaufwand für die Vorrichtung als i

auch ein erhöhter Kostenaufwand für den Arbeitsgang. Deshalb besteht eine obere Grenze bei der ein Erhöhen des Hitzeübertragungsbetrages durch zusätzliche Gebla'seleistung nicht mehr als durch~ führbar betrachtet wird.

Eine andere Art und Weise den Hitzeübertragungskoeffizienten zu erhöhen, besteht darin die Anzahl der Aufprallströme zu vergrössern, d.h., das Vergrössern des offenen Bereiches der Aufprallplatte. Offengelegte Literaturstellen deuten an dass, wenn man den offenen Bereich mehr als ungefatir 2% vergrössert kein weiterer Gewinn des Hitzeübertragungsbetrages möglich ist. Man ist der Meinung,dass die Verbesserungsunfähigkeit des Hitzeübertragungsbetrages durch die störende Beeinflussung der anliegenden Aufpralldüsen hervor-., gerufen wird d.h., wpnn der offene Bereich vergrössert wird und die Aufpralidüsen immer na"her aneinander angeordnet werden glaubt man, dass die anliegenden Strahlen ineinander eingreifen und auf diese Weise den Hitzeübertragu-igskoef fizienten verkleinern.

Neueste veröffentlichte Versuchsdaten zeigen, dass diese Verringe-

die rung des Hitzeübertragungskoeffizienten nicht durch/T störende Beeinflussung zwischen anliegenden Düsen hervorgerufen wird, aber vielmehr durch die störende Querstrombeeinflussung der Abluft.

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Nach dem Aufprallen müssen die Luftströme nach einer Öffnung strömen_;um entlüftet zu werden und d.h*, dass die Abluft quer durch anliegende Strahle strömen muss ehe die Austrittsöffnung erreicht wird. Diese störende Beeinflussung des Auslassquerstromes kann dazu führen, dass der Aufprallstrahl nicht senkrecht zur Aufpralloberfläche auftrifft. Jede Abweichung des Aufprallstrahles von einer senkrechten Linie zur erhitzten oder gekühlten Oberfläche ruft eine Verschlechterung des Hitzeübertragungsbetrages hervor. Folglich ist es wichtig die störende Beeinflussung des Querstromes zu eliminieren oder zu verringern, wenn der mittlere Hitzeübertragungskoeffizient zu vergrössern ist.

Gemä'ss der Erfindung sieht man eine Vorrichtung zum Trocknen einer wandernden Papierbahn vor mit einer Tragvorrichtung für eine wandernde Fas erbahn die Feuchtigkeit enthält; einer Belüftungskappe die an dieser Tragvorrichtung anliegt} einer Anzahl von Luftzuführungsöffnungen in der "Belüftungskappe die in Richtung der Tragvorrichtung angeordnet sind; und Zuftinrungsvorrichtungen für erhitzte Luft die mit den Offnungen in Verbindung stehen, so dass die Offnungen erhitzte Luft auf eine wandernde Bahn auf der Tragvorrichtung leiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsöffnungen in Gruppen angeordnet sind und, dass ein Auslassdurchgang für jede dieser Gruppen vorgesehen ist und unmittelbar daran anliegt, so dass der Luftstrom der aus den Offnungen von jeder Gruppe ausgesfcossen wird unmittelbcir zu dem Auslassdurchgang strömt.

Nachfolgend v;erden anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführ ungsbeispielfr.ii weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung näher erläutert:

Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Belüftungskappenvorrichtung gema'ss der vorliegenden Erfindung vereint mit einer Selbstabnahntetrocknungswalze mit grossem Durchmesser;

Figur 2 ist eine Teilseitenansicht der glockenförmigen Tragvorrichtung für die Lochplatte;

Figur 3 ist eine Teilansicht teilweise im Längsschnitt und teilweise im Querschnitt einer der Glockenvorrichtungen gemSss Figur

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Figur 4 ist eine Teilquerschnittsansicht der Lochplattenart die in der Vorrichtung gemä'ss den Figuren 2 und 3 verwendet wird;

Figur 5 ist eine Teilquerschnittsansicht in grösserem Masstab im wesentlichen entlang der Linie V-V gemä'ss Figur 4*,

Figur 6 ist eine Querschnittiknsicht entlang der Linie VI-VI gemä'ss Figur 2;

Figur 7 ist eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt einer anderen Belüftungskappenvorrichtung gemä'ss der vorliegenden Erfindung;

Figur 8 ist eine Seitenansicht in Perspektive, und zum Teil im Querschnitt einer weiteren Belüftungskappenvorrichtung gemä'ss der vorliegenden Erfindung;

Figur 9 ist «ine Teilvorderarisicht einer weiteren verbesserten Ausfuhrungsform einer Belttftungskappenvorrichtung; und

Figur 10 ist eine Teilseitenansicht, und teilweise im Querschnitt einer weiteren verbesserten Ausführungsform der Erfindung.

Ehe man mit einer ausführlichen Beschreibung der Zeichnungen beginnt ist es gut den Zusammenhang zwischen den Veränderlichen su erlä'utern die in einem Aufpralltrocknungsprozess vorkommen. So wie vorher erwäTmt, ruft die störende Beeinflussung des Querstromes der Abluft eine bedeutende Verringerung des mittleren Hitzeübertragungskoeffizientens der Vorrichtung hervor. Eine Lösung zum Erleichtern der störenden Beeinflussung des Querstromes ist das Vorsehen von Auslassöffnungen an oder nahe an jedem Aufprallstrahl, aber daraus erfolgt eine sehr verwickelte und teuere Vorrichtung. Es ist ebenfalls wünschenswert die grCsstmöglichste Anzahl von Hitze übertragung?? punkten vorzusehen. Für einen gegebenen offenen Bereich kann dies erreicht werden, indem Aufprallö'cher mit kleinen Durchmessern vorgesehen werden. Man hat herausgefunden, dass Löcher mit kleinen Durchmessern empfindlicher gegen die störende Beeinflussung von Querströmen sind. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Queretromes erhöht wird, kann der Strahl mit kleinem Durchmesser leicht von dem Querstrom geneigt oder sogar zerstört werden. Strahlen mit grösserem Durchmesser sind auf diese störende

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Beeinflussung weniger empflindlich da diese Strahlen einen grosser en Schwung habenr

Ein anderes Problem in Zusammenhang mit der Verwendung von Strahlen mit kleinen Durchmessern ist, dass der Abstand von der Aufprallplatte zu der Oberfla'che die geheizt oder gekühlt wird auf einem relativ kleinen Wert gehalten werden muss, um eine Verringerung der Hitzeübertragung zu vermeiden. Bei sehr kleinen Abstanden kann an Stellen die entfernt von den Auslassöffnungen sind, ein Druckaufbau entstehen. Dadurch entsteht ein grosser Druckabfall zwischen dem Bereich wo der Strahl aufprallt und dem Punkt wo die Abluft austritt. An Stellen wo der Druck hoch ist, ist die Aufprallströmungsgeschwindigkeit klein, und an Stellen wo der Druck klein ist, entstehen hohe Aufprallströmungsgeschwxndigkeiten. Der Grund dafür ist, dass der Anfüllungsdruck konstant ist und die Aufprallströmungsgeschwindigkeit von dem Druckunterschied quer über die Aufprallplatte gesteuert wird. Daraus erfolgt eine ungleichförmige Hitzeübertragung und letzten Endes ein ungleichförmiges Trocknen.

Wir haben uns nun bemüht diese ineinander wirkenden Veränderlichen aufeinander zu beziehen und sehen ein integriertes System vor in dem hohe Hitzeübertragungsbeträ'ge erhalten werden mit einem Minimum von störander Beeinflussung des Querstromes in den Auslassöffnungen. Durch die besondere Vorrichtung, die noch beschrieben wird, haben wir es fertiggebracht die Druckabfälle zwischen Düsenstrahlen, dia in verschiedenen Abständen von den Auslassöffnungen angeordnet sind, auf einem Minimum zu halten. In Bezug auf die Einzelheiten, haben wir herausgefunden, dass der offene Bereich der Offnungen in der Aufprallplatte nicht raehr als ungefähr 3% der Fläche der Platte ausmachen soll, wir haben ebenfalls herausgefunden, dass der Durchmesser der öffnungen vorzugsweise zwischen ungefähr 0,153cm bis ungefähr 1,9cm liegen soll. Desweiteren wurde durch unsere Arbeit festgestellt, dass für die besten Resultate das Verhältnis zwischen dem Abstand einer öffnung von der Oberfläche der Bahn und dem Durchmesser der öffnung mit deren in der nachfolgenden Tabelle gezeigten Werten über eins tinunen, soll:

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Tabelle I

Offener Bereich Verhältnis von Abstand/Purchmesser

bis zu 1% 3-6

grosser als 1% 2-5

bis zu 2%

grosser als 2% 2-4

bis zu 3% '

Um die gleichförmige Hitzeübertragung quer iiber die Bahn zu unterstützen, ist es wünschenswert, dass die Öffnungen symetrisch auf der Platte angeordnet sind, wobei jede Öffnung in demselben Abstand von den a nliegenden Öffnungen angeordnet ist. Demgemäss ziehen wir eine Ausführung von Öffnungen vor die eine Anzahl von Quadraten oder Anzahl von gleichschenkeligen Dreiecken bildet.

Die Platten in denen die Öffnungen angeordnet sind, sind vorzugsweise im wesentlichen quadratisch. Um einen Zugang für die zentral angeordneten öffnungen auf der Platte zu dem Umfangsaustrittsbereich der die Platte umring: zu bilden, ist es ratsam die Länge einer Seite der quadratischen Platte nicht grosser als l,8x den Durchmesser einer Öffnung dividiert durch den offenen Bereich, auszuführen. Als Beispiel hat/Sei einer Platte mit einer Öffnung von 0,317cm Durchmesser und einem offenen Bereich von 0,0276 (2,76%) eine maximale Länge für eine Seite der quadratischen Platte von ungefa*hr 20,7 cm.

In Bezug auf die ausführliche Beschreibung der Zeichnungen, zeigt man in Figur 1 eine Trocknungsvorrichcung von der Art die für Leichtgewichtspapierbahnen wie Seidenpapier und ähnliches gebraucht wird.

Die Troclcnungsvorrichtung besteht aus einer ir.it Dampf geheizten Selbstabnahmetrocknungswalze 10 mit grossein Durchmesser auf die eine Seidenpapierbahn oder ähnliche mit Hilfe eines Förderbandes 11 aufgetragen wird, dasmi die Walze 12 herumgeführt wird. So wie in Figur 1 dargestellt, wandert die Siedenpapierbahn entlang dem gro'ssten Teil des Umfanges der Walze 10 und wird mit Hilfe eines Abstreifmesser 13 abgehoben und auf einer Aufwickelwaise

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aufgewickelt.

Die Trocknungsvorrichtung geraa'ss Figur 1 besteht aus einem Paar von BelüftuD.gskappenvorrichtungen die nahe an der Oberfla'che der wandernden Bahn angeordnet sind und sich entlang der gesamten Breite der Bahn erstrecken. In Bezug auf die zur linken Hand liegenden Vorrichtung gemäss Figur 1 wiru erhitzte Luft unter hohem Druck von einer Quelle (nicht gezeigt) an ein Verteilerrohr 15 zugeführt der die Luft an Leitungen 16 und 17 liefert die in Abstand voneinander entlang dem gebogenen Umfang dex- Belüftungskappenvorrichtung angeordnet sind, wobei eine Druckanfüllung 18 gewird
bildet/von wo aus eine Anzahl von glockenförmigen Plattentragvor-

richtung/19 gespeist v/erden. Die AusfClhrungsform dieser Tragvor-

en

richtung/19 ist am besten in den Figuren 2-6 der Zeichnungen dargestellt wo erkennbar ist, dass die Tragvorrichtungen 19 aus einem runden Eintrittsteil 20 bestehen ,einem Einschiiürungsteil 21 m.it einem relativ kleinen Durchmesser und einem sich nach aussen erweiternden glockenförmigen Bodenteil 22 in dem sich eine Lochplatte 23 befindet. Eine Anzahl von Vertiefungen 24 und Vorsprüngen 25 sind an dem t'.afang vorgesehen, um die Platte 23 fest innerhalb den Boden des glockenförmigen Teiles einzuschränken.

Die Platte 23 besteht aus Offnungen 26 die in symetrisch angeordneten Reihen angeordnet sind und eine quadratische Anordnung, wie in Figur 4 gezeigt, bilden. Das Einlassende von jeder der öffnungen 26, gemä'ss Figur 5 hat einen trichterförmigen Einlass 27, um Sto rungsunregelmäßigkeiten und Turbulenzen auf einem Minimum zu halten,

Die sehr heisse Druckluft die durch öxe öffnungen 26 der Platte 23 strömt, prallt mit einer sehr stetigen Geschwindigkeit zwischen 6100 bis 9150 m pro Minute auf die Bahn a«f der Oberfläche der Walze 10 auf. Eine typische Bahngeschwindigkeit von Leichtgewichts-. papier liegt zwischen 122 bis 198 m pro Minute. Die Aufpralluft wird nachdem sie auf die Oberfläche der Bahn aufgeschlagen hat, um den Umfang von jeder glockenförmigen Tragvorrichtung 19 in den Teil zwischen den relativ engen Einschnürungen 21 geleitet, wobei dieser Teil ein Auslasste.il 28 ist. Ein Auslassteil 28 in Strömungsverbindung mit der Auslassleitung 29 wie in den Fi

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guren 1 und 2 dargestellt. Jede der Auslassleitungen 29 hat einen · runden Einlassteil 30 und einen nach aussen ez-weiternden Teil 31, dessen Zweck ist ein so niedrig wie mögliches Druckgefä'lle zu gewährleisten sowie so wenig wie möglich Turbulenz in dem Strom der Auslassluft. Die Auslassluft wird in eine Sammelkammer 32 geleitet von wo aus sie mit Hilfe einer Auslassleitung 33 entfernt wird.

Der zur rechten Hand liegende Teil der Belüftungskappenvorrichtung gemä'ss Figur 1 ist im wesentlichen identisch mit dera soeben Beschriebenen und die entsprechenden Elemente in diesem Vorrichtungsteil haben dieselben Bezugsnummern wie die vorher Verwendeten gefolgt den Buchstaben "a".

Eine andere Lochplattenvorrichtung zum Trocknen mit hoher Aufprallgeschwindigkeit wird in Figur 7 dargestellt. In dieser Ausführungs-

vorqesehen form ist eine Anzahl von im allgemeinen quadratischen Platten 34/die jede eine Reihe von öffnungen hat die in einer quadratischen Art

sind und Weise in Tragvorrichtungen angeordnet/ mit nach innen gebogenen Seitenwä'nden 35 die an Leitungen 36 mit einem relativ kleinen Durchmesser befestigt sind. Die Enden der Leitungen 36 sind an einer Leitung 37 befestigt, wobei die Enden eine sanft abgerundete Lippe 38 haben. Eine Wand 39 ist in Abstand von der Wand 37 angeordnet, um eine Hochdrucksarnralungskarnmer 40 dazwischen zu bilden, um erhitzte Luft mit hohem Druck durch die Leitungen 36 und anschliessend durch die Lochplatten 34 zu leiten. Die gesamte Reihe kann aus 24 bis 36 Platten bestehen und in der Mitte von der Reihe der Platten bleibt ein freier Auslassbereich 41 übrig. Sine Auslassleitung 42 mit einem verjüngenden Endteil 43 ist in Verbindung mit dem Auslassbereich 41^um die Auslassluft daraus zu entlüften. Mit den beiden gezeigten Ausfuhrungsformen geiuä'ss der Erfindung ist ersichtlich,, dass die Aufpralluft rückwärts um die gesamten Umfä'nge der Platten in eine einzige Aus las vorrichtung geleitet wird, wobei ein relativ grosser Bereich für den Auslasstrom vorgesehen ist -wodurch eine relativ niedrige Äuslasströmungsgeschwindigkeit erfolgt sowie das Fehlen eines übertriebenen Druckabfalles.

Verschiedene "Arten von Ansamrnlungsvorrichtungen können hergestellt

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werden, um Vorteil zu ziehen von den Verbesserungen der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel kann die Luft die in den Auslassbereich hinter jeder Platte strömt, in einen grossen Auslassbereich geleitet werden der sich zwischen anliegenden Anfüllungen befindet v/o die zusammengeschlossenen Auslassvorrichtungen von denanliegenden Anfüllungen verbunden und entlüftet verden.

Aus Berechnung hat sich herausgestellt, dass Belüftungskappenvorrichtungen mit den Verbesserungen der vorliegenden Erfindung viel wirksamer sind zum Trocknen als andere Belüftungskappen die zur Zeit erhältlich sind. Diese Berechnungen basierten auf dem Trocknen eines Seidenpapiers mit einem Gewicht von 5,44 kg pro 278,7

2
cm undeinem Anfangsfeuchtigkeitsinhalt von 0,681 kg Wasser auf je 0,454 kg Fasern. Die Luftabschlusskappe ist um einen Selbstabnähmetrockner mit einem Durchmesser von 4,89m angeordnet und überdeckt 270 Grad des Umfanges der Trockenwalr.e>. In beiden Fällen war die Dampftemperatur in der Trockenwalze 174 C und die Aufpralluft hatte eine Temperatur von 427 C. In beiden Fällen wurde die Aufpxallströmungsgeschwindigkeit auf 750Om pro Minute geschätzt.

Mit einer im Handel erhältlichen Belüftungskappenvorrichtung, haben die Strahlen einen offenen Bereich von 0,0147 (1,47%) und einen Düsendurchmesser von 0,952 cm. Der vertikale Abstand der Strahlen ist 2,54 cm von der Oberfläche der Bahn. Der errechnete Aufprallhitzeübertragungskoeffizient beträgt 56,1 BTU pro Stui.de pro Quadratfuss, pro Grad F. Unter diesen Umständen kann die Bahn mit einer Maschinengeschwindigkeit von 1,55 m pro Minute getrocknet werden.

Mit der neuen Formgebung der Belüftunqskappe, beträgt der offene Bereich 0,0276 (2,76%) und der Düsendurchmesser 0,3175 cm. Der vertikale Abstand von der Düse bis zur Bahn baträgt 1,27 cm. Es wurde berechnet, dass unter diesen Umständen der AufprallhitzeübertragungsTcoeffizient 83,7 BTU pro Stunde,, pro Quadradfuss, pro Grad F ist. Unter· diesen Umständen kann das Papier bis zu demselben Feuchtigkeitsinhaltsgrad getrocknet worden mit einer Maschinengeschwindigkeit von 2,61 m pro Minute, wobei die Trocknungsgeschwindigkeit um mehr als 30% erhöht wird.

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Mit demselben offenen Bereich und derselben Aufprallgeschwindigkeit ist der Hitzeübertragungskoeffizient für die 0,318 cm Düsenreihe ungefä"hr 30% höher als/die 0,9525 cm Düsenreihe bei demselben Leistungsverbrauch.

Auf diese Weise erhält man mit der vorher beschriebenen Vorrichtung eine erhöhte HitzeÜbertragung voü der Trocknungsluft auf die feuchte Bahn, und deshalb ein erhöhtes Verdunsten. Man erhält ebenfalls eine Abnahme der schädlichen Einwirkungen der Querströmung auf den Hitzeübertragungskoeffizienten. In dem oben Erwähnten, haben die Öffnungen einen Durchmesser D zwischen 0,1588 cm und 1,905 cm. Der Abstand Z zwischen den Offnungen und der Tragfläche steht in Beziehung zu der Grosse der LöcherÖffnungen, so dass das Verhältnis Z : D nicht grosser als 6 ist. Indem der Abstand zwischen den Öffnungen und der Tragvorrichtung-.vsrgrössert wird, werden die Querstrßmungsgeschwindigkciten der Abzugsluft verklsinert. Man hat herausgefunden, dass der vertikale Abstand die Hitze Übertragung nicht wesentlich beeinflusst, solange das Verhältnis von Z:D gleich oder weniger als 6 ist. In Bezug auf die v/eitere Ausführungsfcrm die in Figur 8 gezeiqt wird, wird im allgemeinen die Aufpralltrocknungsvorrichtung, oder Belüftungskappe mxt 1.10 bezeichnet. Die Vorrichtung 110 kann in Üblicherwaise aus Blechmaterial bestehen und ist in eine: Luftkammer 111 aufgeteilt die von einer Quelle (nicht gezeigt) mit erhitzter. Luft unter hohem Druck gespeist wird. Die Luftkammer 111 leitet die warme, unter Druck stehende Luft an eine Anzahl von Aufprallkasten 112 bis wobei jede davon im Querschnitt wie in Figur 8 gezeigt,aus einem abgestumpften Dreieck besteht, wobei das abgestumpfte Ende Einschnürungen 112a, 113a und 114a bildet, durch die die untsr Druck stehende Luft aus der Luftkammer 111 aufgenommen wird. Die Bodenverschlussdeekeln für die Aufprallkasten 112 und 114 bestehen bus Lochplatten 112b, 113b und 114b die sich alle im wesentlichen entlang der ganzen Breite der wandernden Papierbahn ID.5 die getrocknet wird, erstrecken. Die wandernde Bahn wird auf einer wandernden Fläche getragen die die Stellung der Bahn in einem vorbestimmten Abstand von den Lochplatten festlegt.

Zwischen den Aufprallkasten 112 und 113 befindet sich ein Auslass-

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durchgang 116. Ein ähnlicher Auslassdurchgang 117 befindet sich zwischen dem Aufprallkasten 113 und dem Aufprallkasten 114. Die Auslassdurchga'nge 116 und 117 bestehen ebenfalls im Querschnitt aus stumpfen Dreiecken, wobei das abgestumpfte Ende eine Einschnürung 116aoder 117a bildet die sich nahe an der Bahn 115 befindet. Die feuchte Abluft wird in den Auslassdurchga'ngen 116 und 117 aufgenommen wo die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird wegen der Vergrosserung des Querschnittsbereiches. Die Abluft wird dann durch eine Anzahl von Auslassleitungen 118 die durch die Luftkammer 111 geführt werden und an einen angemessenen Auslass (nicht gezeigt) gefuhrt werden, ausgeschieden. Der relativ grosse Auslassbereich der für die Abluft vorgesehen ist ruft relativ niedrige Luftströmungsgeschwindigkeiten hervor und deshalb kleine Druckgefa'lle für den Abluftstrom. In~dem man die AuslassdurchgSnge 116 und 117 zum Sammeln· der Abluft vorsieht, kann die Anzahl der Auslassleitungen 118 die durch die Hauptluftkammer 111 geführt werden auf e:\nera Minimum gehalten werden, wodurch die Kons tr uk ti ons ■ kosten verringert werden.

Aus langer Vexsuchsarbeit hat sich herausgestellt, dass die besten Resultate mit der Vorrichtung gema'ss Figur. 8 erzielt werden, wenn der Durchmesser der öffnungen in den Platten 112b, lJL3b und 114b innerhalb dem Bereich von CK 158 cm bis 1,905 cm liegt und vorzugsweise bei 0,3175 cm bis 0,635 cm. Es hat sich auch als sehr wünschenswert herausgestellt eine Platte zu verwenden die eine Durchlöcherung von nicht mehr als 3% hat und vorzugsweise von 1% bis 3%. Anders gesagt heisst das, dass der Bereich der öffnungen nicht mehr als ungefa*hr 3% des ganzen Bereiches der Platte ausmachen soll.

Es besteht ebenfalls eine Beziehung zwischen dem Durchmesser der öffnung, seinem Abstand von der Bahn, und dem vertikalen Abstcad zwischen der Aucprallplatte und der Aufpralloberfla'che.

Man hat herausgefunden, dass diese Veränderlichen in Beziehung gesetzt werden können, wenn man innerhalb den Werten der folgenden Tabelle bleibt.

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Durchlöcherung in % Senkrechter Abstand/Durchmesser

1% 3 bis 6

grosser als 1% 2 bis 5

und bis zu 2%

grosser als 2% 2 bis 4

und bis zu 3%

Die Breite der Platten 112b, 113b und 114b d.h., ihre Abmessung in Richtung der Bahnbewegung ist vorzugsweise kleiner als O,9x der Durchmesser der Düse dividiert durch die prozentuale Durchlöcherung. Z.B., soll eine Platte mit einer Düsenreihe von O,5O8cm und einem offenen Bereich von 0,02 (2%) eine Plattenbreite haben die nicht über 22,86cm liegt, um eine Verringerung der Hitzeübertragungsleistung zu vermeiden die durch die störende Beeinflussung einer übermässigen Querströmung hervorgerufen würde.

Eine verbesserte Ausführungsform gemä'ss der Erfindung ist in Figur 9 gezeigt. In dieser Aus führ ungs form gema'ss der Erfindung sind die Aufprallkasten 112 bis 114 mit Einschnürungen 112c_# 113c und 114c versehen die aus parallelen Platten bestehen die mit dem Inneren der Luftkammer 111 in Verbindung stehen. Das Vorsehen der Einschnürungen 112c bis 114c erleichtert die genaue Anordnung der Plattenoberflä'chen 112b, 113b, und 114c in Bezug auf die Auf-r prallflä'chen der Bahn 115.

Eine weitere Ausfuhrungsform dieser Erfindung wird in Figur IC gezeigt. In dieser'Ausführungsform gercSss der Erfindung bestehen die Auslassdurchgänge aus Auslassleitungen 119 mit veränderlichen Bereichen an Stelle der rohrförmigen Auslassleitungen 118. Die .Aus lass leitungen 1.13 erweitern sich im Querschnitt wenn sie sich durch die Luftkammer 111 erstrecken, um die Strömungsgeschwindigkeit herabzusetzen und um eine Druckerhöhung wiederzugewinnen. Dier.e ungleichförmigen Auslassleitungen gewährleisten kleinere Druckverluste wegen Strömungsirreversibilicä't wenn der Auslass aus der Leitung 119 in eine Auslassluftkammer strömt.

Während die Betriebsbedingungen weitgehend veränderlich sind, in Abhängigkeit der Art von Papier und dem zu entfernenden Wasserbetrag, können die Luftaufprallvorrichtungen gemäss den Figuren

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8 bis 10 mit Lufttemperaturen bis zu 425 C, Luftgeschwindigkeiten von 6000 m bis 9000 m pro Minute, mit einer Bahngeschwindigkeit von ungefähr 120 m bis 195 m pro Minute, betrieben werden.

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Claims (1)

1. 4. Okt. 1974

   PATENTANSPRUECHE

   Vorrichtung zum Trocknen einer wandernden Bahn mit einer Tragvorrichtung für eine wandernde Faserbahn die Feuchtigkeit enthält; einer Belüftungskappe dieai dieser Tragvorrichtung anliegt; o3.ner Anzahl von Luftzuführungsöffnungen in der Belüftungskappe die in Richtung der Tragvorrichtung angeordnet sind; und Zuführungsvorrichtungen für erhitzte Luft die mit den Öffnungen in Verbindung stehen, so dass die Offnungen erhitzte Luft auf eine wandernde Bahn auf der Tragvorrichtung leiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsöffnungen (26) in Gruppen angeordnet sind und,dass ein Auslassdurchgang (28) für jede dieser Gruppen vorgesehen ist und unmittelbar daran anliegt, so daa.-i der Luftstrom der aus den öffnungen von jeder Gruppe -ausgestossen wird unmittelbar zu dem Auslassdurchgang strömt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die öffnungen (26) einen Durchmesser in dem Bereich von 0,1588 cm bis 1,905cm haben.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe von öffnungen (26) sich in einer Platte (23) befindet, wobei die öffnungen eine Gesamtfläche von nicht mehr als 3% der Gesamtfläche der Platte einnehmen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Abstandes der öffnungen (26) von der Oberfläche¹, der Bahn zu dem Durchmesser der öffnungen gernäss der nachfolgenden Tabelle ist:

   Offener Bereich Verhältnis von Abstand/Durchmesser

   bis zu 1% 3-6

   grosser als 1% 2-5

   bis zu 2%

   grosser als 2% 2-4

   bis zu 3% ■

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe von öffnungen (26) sich in einer Platte (23) befindet und, dass hohle Tragvorrichtungen (19) vorgesehen

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   sind, um jede Platte relativ nahe an der Tragvorrichtung (10) anzuordnen sowie eine Hochdruckluftkammer (18) die mit diesen Trag·- vorrichtungen in Verbindung steht, um erhitzte Luft durch die öffnungen (26) in dieser Platte zuzuführen, um gegen die Bahn auf der Tragvorrichtung (10) aufzuprallen, wobei die hohlen Tragvorrichtungen (19) eine Einengung (21) haben mit einem kleineren Querschnittsberexch als die Platte (23) zwischen der Platte und der Luftkammer, wobei ein Auslassbereich (28) mit erweitertem Bereich hinter jeder Platte gebildet ist in den die Aufpralluftströ'me geleitet werden.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine öffnung (26) in jeder Platte in demselben Abstand von den anliegenden öffnungen angeordnet ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Auslassleitung (29) vorgesehen ifst die mit dem Ausl?ssbereich (28) in Verbindung steht, wobei die Leitung sich durch und ausserhalb der Luftkammer (18) erstreckt.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die öffnung (26) in den Platten sanft gebogen ist , um Strömungsturbulenzen zu verringern.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (23) im wesentlichen quadratisch sind und die La'nge einer Seite des Quadrates nicat mehr als ungefaTir l,8x der Durchmesser einer öffnung (26) ist dividiert durch den offenen Bereich.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede hohle Tragvorrichtung (114, Figur 8) im Querschnitt aus einem abgestumpften Dreieck besteht, wobei das offene Ende davon in offener Strö'mungsve^biiAdung mit der Luft-kammer (111, Figur 8) steht, und anliegende Tragvorrichtungen dazwischen Aufprallkasten (116, Figur 8) mit abgestumpfter dreieckiger Querschnittform bilden, deren offene Enden gegenüber, der zu trocknenden Bahn angeordnet sind, und diese Aufprallkasten den vorher beschriebenen Auslassbereich bilden.

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   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die öffnungen in den Platten (112b, 113b, 114b) einen Durchmesser in dein Bereich von 0,1588 cm bis 1,905 cm haben.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen in der Platte einen Durchmesser in dem Bereich von 0,3175 cm bis 0,635 cm haben.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte (112b, 113b, 114b) eine Breite hat die nicht grosser als 0,9x das Verhältnis zv/ischen dem offenen Durchmesser und der prozentualen Durchlöcherung.

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ger kennzeichnet, dass jede der Tragvorrichtungen (112, 113, 114) durch einen Einschnürungsteil (112c, 113c, 114c, Figur 9) von in allgemeiner rechteckiger Form in Verbindung mit der Luftkaminer (111) steht.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Auslassdurchgänge (119, Figur 10) von allmählich erweiterndem Querschnittsbereich vorgesehen sind die sich durch die Luftkaramer (111) erstrecken und die Abluft von dem Auslassbereich zwischen den Tragvorrichtungen aufnehmen.

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