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Anlage zur Eingabe vom 18.11.1974 Pa.t/12.450/vB-Hx.
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Sondensatschöpfer.
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Die Erfindung betrifft einen Kondensatschöpfer zum Entwässern von
dampfbeheizten umlaufenden rommeln, insbesondere Xrockenzylindern von Papiermaschinen,
dessen Rückwand sich spiralförmig von der Innenwandung der Trommelmantelfläche zum
hohlen, das Kondensat ableitenden Lagerzapfen erstreckt.
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Bei dampfbeheizten, nicht oder langsam rotierenden Trommeln bildet
das anfallende Dampfkondensat im Inneren der Trommel eine Wasaeransammlung, die
mehrere Zentimeter hoch werden kann und als Sumpf bezeichnet wird. Mit zunehmender
Drehzahl der Trommel und damit höherer Umfangsgeschwindigkeit verlagert sich dieser
Sumpf von der tiefsten Trommelstelle in Trommeldrehrichtung,bis bei Überschreiten
der Grenzen, die durch Kondensatinhalt Trammeldurohmesser und Trommeldrehzahl gesetzt
sind, eine Ringbildung auftritt, d.h. die gesamte TrommelmantellnnenflAche mit einem
Wasserfilm bedeckt ist.
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Bei Rlngzustand ist der WSrmewiderstand wesentlich höher als bei Sumprzustand,
zumal sich auf Grund der Zentrifugalkraft das Wasser schichtweise aufbaut, wobei
die kalte schwere Schicht am Zylinder anliegt und die heiße leichte Schicht zum
Dampfraum des Zylinders weist. Der erhöhte WSrmewiderstand des Wasserringes verringert
die Trockenleistung. Aucn wenn durch spezielle Siphons und Saugschaltung kleine
Ringdicken erzielt werden, der Wärmewiderstand bleibt größer als bei Sumpfzustand.
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Bei langsamen Geschwindigkeiten ist das Schöpren kein Problem Die
Fliehkraft ist vernachlässigbar und das Wasser rutscht bei der Drehbewegung des
Schöpfers auf seiner schiefen Ebene nach innen, wo es durch die hohle Achse aus
der Trommel entfernt wird. Mit zunehmender Geschwindigkeit wächst die m Fliehkraft.
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Bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit ist die Komponente
der Fliehkraft parallel zum Schöpferboden größer als die Schwerkrart, d.h. daß keine
Entwässerung mehr erfolgt.
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Der Wasserstand in der Trommel steigt, mit ihm steigt der erforderliche
Kraftbedarf ftlr den Antrieb. Diese Kraftbedarfssteigerung ist so groß, daß nicht
nur sämtliche wirtschaftlichen Maßstäbe Uberschritten werden, sondern es anch zum
Bruch des Maschinenaggregates kommen kann.
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Der Starr in die Trommel eingebaute Schöpfer funktioniert nur dann,
wenn das Wasser mit einer Anfangsgeschwindigkeit startet und sich auf den Schöpfer
nach innen soweit weiterbewegt, daß es die Austrittsöffnung in Höhe der Trommelachse
erreicht. Die Geschwindigkeit des auf dem Schöpfer befindlichen Kondensates wird
abgesehen von der Reibung durch die Schwerkraft und die Fliehkraft bestimmt. Die
Schwerkraft wirkt beim Eintauchen des Schöpfers in den Sumpf zunächst so, daß sie
das Wasser auf den Schöpfer treibt. Mit der fortschreitenden UmdrEhung der Trommel
ändert sich dabei die Lage des Schöpfers so, daß nach einer halben Trommelumdrehung
die Schwerkraft der Fliehkraft nicht mehr entgegenwirkt, sondern sich mit ihr addiert
und das Wasser aus dem Schöpfer zurUckschleudert. Dieses bei Überschreiten einer
gewissen Geschwindigkeit auftretende Phenomen führt zu einem raschen Ansteigen des
FlUssigkeitsspiegels x im Sumpf. Der Flüssigkeitsspiegel nähert sich damit der Trommelachse,
die Fliehkraft verringert sich dadurch, der Schöpfer kann wieder arbeiten, Jedoch
ist die Wassermenge im Zylinder so groß, daß der damit verknüpfte Loistungsbedarf
d für die Maschine nicht mehr annehmbar ist.
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Um den hohen '.4asserstand im Zylinder zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen
worden, ein Schöpf'rohr in die Trommel einzubauen dessen rückwärtige Begrenzungsfläche
die Form einer spiralähnlichen Kurve aufweist, deren Pol auf der Drehachse der Trommel
liegt und deren Krümmungshalbmesser beim Fortschreiten längs der Kurve in Drehrichtung
der Trommel zunimmt, so daß die rUckseitlge Begrenzungsfläche des Schöpfrohres die
Form einer archimedischen und/oder logarithmischen Spirale aufweist.
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Diese archimediscb-logarithmische spiralenförmige RUckwand des Schöpfrohres
ergibt zwar eine ganz wesentliche Verbesserung der Schöpfleistung, funktioniert
aber nur, wenn bestimmte umfangsgeschwindigkeiten nicht Uberschritten werden. Soll
die Maschinengeschwindigkeit weiter erhöht werden, so bleibt das oben gesschilderte
Phenomen bestehen, d.h. aaß das Kondensat auch auf einem Schöpfer, dessen Rückwand
die Form einer archimedisch-logarithmischen Spirale aufweist, nicht bis zur Trommelmitte
vordringen kann und hier abgeführt wird, sondern da9 dieser Vorgang nur einsetzt,
wenn der Wasserspiegel innerhalb der Trommel hoch genug getiegenist.
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nufgabv der vorliegenden Erfindung ist daher; einen Kondensatschöpfer
aufzuzeigen, der bei hohen r schinengeschwindigRelten eine kontinuierliche Sumpfentwässerung
bei einem niedrigen Wasserstand ermöglicht. Desweiteren soll dieser Schöpfer auch
fUr niedrigere Geschwindigkeiten einsetzbar sein, d.h. daß eine mit ihm ausgerüstete
Trommel Uber einen extrem weiten Drehzahlbereich gefahren werden kann, ohne daß
wesentliche Unterschiede in der Schöpfleistung auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kondensat schöpfer zum Entwässern
von dampfbeheizten umlaufenden Trommeln, insbesondere Trockenzylindern von Papiermaschinen,
dessen Rückwand sich spiralförmig von der innenwandung der Trommelmantelfläche zum
hohlen, das Kondensat ableitenden Lagerzapfen erstreckt, mit dem kennzeichnenden
Merkmal, daß der Kondensatschöpfer als U-Profil ausgeführt ist, dessen Wangen mindestens
die doppelte Höhe der U-Profilbreite aufweisen.
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Die bisher bekannten Schöpfer dieser Ausführung weisen alle einen
mehr oder weniger quadratischen Querschnitt auf und sind in den meisten Fällen als
geschlossenes Rohr ausgeführt.
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Überraschenderweise hat es sich jetzt gezeigt, daß durch den einfachen
Kunstgriff ein offenes U-Profil als Schöpfer einzusetzen und bei diesem U-Profil
die Wangen soch hoch zu ziehen, daß ein Rechteck mit einem IIöhen- zu Breitenverhältnis
von über 2 entsteht, praktisch unabhängig von der geometrischen Form der Schöpferspirale
das gewünschte Ergebnis erzielt wird. Worauf die erstaunliche Schöpfleistung eines
so ausgestalteten Schöpfers, verglichen mit einem Schöfper gleicher geometrischer
Form, der jedoch als geschlossenes Rohr ausgeführt ist, zurückzuführen ist, ist
noch nicht völlig geklärt. Die gegenüberstellung der Förderleistungen in den Beispielen,
ergeben Jedoch ein eindrucksvolles Bild über den technischen Fortschritt der vorliegeiiden
Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Wangen
des IJ-Profiles von zwei die Seiten der Spirale völlig abdeckenden Scheiben gebildet.
Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich eine wesentlich größere Festigkeiü
des Schöpfers, d.h. daß ein so ausgestalteter Schöpfer eine erhebliche Stabilität
aufweist.
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Um unter möglichst praxisgerechten Bedingungen den Erfindungsgedanken
zu überprüfen, wurde eine Trommel mit einem Durchmesser von 1,8 m gebaut, die über
einen hohlen Lagerzapfen von einen stufenlosen Getriebe angetrieben wurde. Bei der
Versuchsanordnung diente der hohle Lagerzapfen, wie bei sonst dampfbeheizten Trommeln
üblich, der Abfuhr des geschöpften Wassers, das kontinuierlich in die Trommel eingeleitet
wurde, Die eingeleitete Wassermenge wurde dabei so dimensioniert, daß sich im Stillstand
der Trommel ein Sumpf von einer Höhe von 15 cm ergab, der sich beim Laufen der Trommel
entsprechend der Drehzahl änderte und bei einer Drehzahl von 98 U/Min. die Höhe
von lo cm erreichte. Drehzahl und Wasserstand wurde bei den nachfolgend aufgeführten
Beispielen konstant gehalten. Ausgetauscht wurden in der Trommel jedoch die einzelnen
Schöpfer.
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Beispiel 1: Ein Schöpfer, dessen Rückwand als archimedische Spirale
ausgeführt war, die sich vom Trommelmantel bis zur hohlen Trommel achse in einem
Winkel von 270 Grad erstreckte, wies als Seitenwangen zwei Abdeckbleche auf, die
die Spirale vollstandig bedeckten. Der Abstand des Schöpfereundes zum Boden betrug
oo mm.
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Die 1.W. des Schöpfers l2omm, die größte Wangenhöhe am Schöpfermund
550 mm. Als Schöpfleistung ergab sich bei einer Drehzahl von 93 U/Min. 2 Ltr./Sec.
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Beispiel 2: Abweichend von der seitlichen Abdecken= des im Beispiel
1 beschriebenen Schöpfers wurde bei gleicher Form und sonst gleichen Daten ein Schöpfer
eingesetzt, der eine Wangenhöhe von 250 mm aufwies, die sich bis zum Zentrum der
Spirale parallel zu ihr erstreckte. Es ergab sich eine Schöpfleistung von 1,9 Str./Sec.
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Beispiel 3: Analog Beispiel 2 wurde der Schöpfer als oflene U-Rinne
mit quadratischem Querschnitt von 120 mm ausgeführt. Die Schöpfleistung sank auf
o,7 Ltr./Sec.
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Beispiel 4: Die quadratische U-Rinne aus Beispiel 3 wurde abgedeckt,
so daß ein quadratisches Rohr entstand. Bei sonst gleichen Daten ergab sich iiberhaup-t
keine SchosClels-tll- mehr.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Querschnitt durch einen Zylinder mit
dem Schöpfer gemäß der Brfindlug.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Schnitt analog den Angaben in Fig. 1
bzw. Fig. 2.
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Bei allen Figuren besteht dabei die Trommel 9 aus dem Trommel mantel
11, der beidseitig von Trommelstirnwänden 4 begrenzt wird, wovon in den Zeichnungen
jedoch nur eine dargestellt ist. In der Nähe dieser Trommelstirnwand 4 ist der Schöpfer
6 angeordnet, der aus der Spirale 1 besteht, die gemäß Fig. 3 beidseitig mit Seitenblechen
2 abgedeckt ist. Es ergibt sich dadurch ein SchöpLer 6 von rechteckförmigem Querschnitt,
bei dem das Verhältnis von Höhe zu Breite iiber 2 liegt. Die Trommeistirnwand 4
bildet mit dem Lagerzapfen,3 der hohl ausgeführt wird, ein intregales Teil, wobei
zur Innenseite der Trommel hin der Lagerzapfen durch den Deckel L3 abgedeckt ist,
Das Kondensat 12 wird durch die Spirale 1 während der Drehbewegung der Trommel gehoben
und zum Lagerzapfen3hin gfördert, wo es durch die Ausflußöffnung 7 die Trommel verläßt.
Der Sumpf wird also bei jeder drehung durch erneutes Eintauchen des Schöpfermundes
lo entwässert.
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Fig. 2 zeigt einen mehrstufigen Schöpfer, der das Kondensat 12 stufenweise
nach / innen fördert, wobei es über die jeweiligen Schöpfer 6 in die Innenzylin-der
5 gelangt und vom letzten Innenzylinder 5 durch den dritten SchöpCer zum hohlen
Lagerzapfen3. Die Schöpfer bestehen hier aus einer spiralförmigen U-Rinne, bei der
die Wangen 8 des U's mindestens die doppelte Höhe der Schöpferbreite aufweisen.