DE2523829A1

DE2523829A1 - Trocknungszylinder fuer eine papiermaschine

Info

Publication number: DE2523829A1
Application number: DE19752523829
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl Ing Barp; Herbert Dipl Ing Holik
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1976-12-02
Also published as: DE2523829C3; DE2523829B2

Description

P.4905 ESCHER WYSS GMBH, Ravensburg / WiIrtt«, (Deutschland)

Trocknungszylinder für eine Papiermaschine

Die Erfindung betrifft einen Trocknungszylinder für eine Papiermaschine, zur Beheizung durch kondenaie·*· renden Dampf, mit einem zylindrischen Mantel, der an seiner Innenseite in Umfangsrichtung verlaufende ringförmige Rippen aufweist, in deren Zwischenräume Rohre zur Entnahme von Kondenswasser eingreifen.

Trocknungszylinder dieser Art sind z.B. aus der DT-PS 497.034, der US-PS 2.521.371 und der US-PS 3.241.251 bekannt.

Wie bereits in der DT-PS 497.034 festgestellt wird, kann durch die Anordnung von Rippen an der Innenseite des Zylinders der Wärmeübergang vom Dampfraum des

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Zylinders zu seiner Oberfläche dadurch verbessert werden, dass im Betrieb die Rippen aus der Kondensatschicht herausragen und daher der Dampf an den Rippen mit dem Metall des Zylindermantels in unmittelbare Berührung gebracht werden kann.

Während aus der US-PS 2.521.371 Rippen mit dreieckförmigem Querschnitt bekannt sind, wird in der US-PS 3.241.251 auf möglichst rechteckige Rippen Wert gelegt, da das Trägheitsmoment der Rippe möglichst gross sein soll.

Im Betrieb entsteht nämlich eine komplizierte Be-3astung des Zylinders, durch Innendruck, Zentrifugalkräfte, Wärmespannungen sowie linienförmige Anpresskräfte von Anpresszylindern.

Es hat sich nun erwiesen, dass insbesondere bei hochbelasteten Zylindern, d.h. solchen mit Innendrücken von 8-10 atü und mehr sowie grossen Umfangsgeschwindigkeit en, die Wärmespannungen, die durch die Rippen verursacht sind, eine bedeutende zusätzliche Belastung der Zylinderwand zur Folge haben. Die in den Dampfraum des Zylinders eintauchenden inneren Enden der Rippen haben eine weit höhere Temperatur als die Zylinderwand, insbesondere ihre Aussenflache, an welcher die Wärme durch das zu trocknende Papier abgeleitet wird. Diese wärmeren Rippen dehnen sich mehr als die Zylinderwand und belasten

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ihren Querschnitt durch Zugkräfte, die sich mit dem aus dem Innendruck sowie aus der Belastung durch die Zentrifugalkraft ergebenden Zugkräften überlagern.

Bei Rippen mit dreieckförmigem Querschnitt nach der US-PS 2.521.371 tritt dieser Nachteil weniger in Erscheinung, da die wärmsten Bereiche der Rippen, nämlich ihre inneren Enden, einen kleinen Querschnitt aufweisen, so dass sie den Mantel nicht belasten können. Es besteht jedoch bei diesen Rippen eine Reihe von anderen Nachteilen, wie z.B. Fehlen ausreichender Zwischenräume zwischen den Fippen für die Aufnahme des Kondensats, eine relativ schlechte Ausnutzung der Wärmeübergangsfläche, wie später erläutert wird»und schliessllch die Bildung von hohen Spannungsspitzen in den inneren Enden der Rippen bei Biegebeanspruchung des Mantels durch Anpresswalzen.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Trocknungszylinders der erwähnten Art zum Ziel, bei welchem der erwähnte Nachteil der bekannten Zylinder beseitigt bzw. stark vermindert ist.

Der erfindungsgemässe Trocknungszylinder, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, 1st dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenprofil in einem Bereich liegt, der nach aussen durch ein Sechseck begrenzt 1st, das zu einer Rippenachse symmetrisch ist, welche senkrecht zur

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Zylinderachse steht und aus einem Rechteck mit der vollen Rippenbreite B und einer Höhe vom 0,75-fachen der Rippenhöhe H und einem daran anschliessenden Trapez mit einer Breite von 0,65 B auf der grössten Rippenhöhe H besteht, und nach innen durch ein ebenfalls zur Rippenachse symmetrisches Fünfeck, das auf halber Rippenhöhe H/2 eine Breite von 0,7 B und auf der grössten Höhe die Breite Null, d.h. eine Spitze, aufweist.

Es wurde nämlich festgestellt, dass bei einem lrärmeeinfall im Bereich der Rippen und bei einer Abnahme von Wärme von der Mantelpberflache, wie sie im Betrieb entsteht, in den Rippen ein Temperaturverlauf gebildet wird, bei welchem die Isothermen angenähert die Form von Parabeln haben. Das bedeutet aber nichts anderes, als dass das Material des Rippenprofils, das ausserhalb der einer rechteckigen Rippe eingeschriebenen Parabel liegt,, für den Wärmeübergang nicht ausgenützt ist, jedoch durch seine Wärmedehnung den Zylindermantel belastet. Erfindungsgemäss wird dem dadurch abgeholfen, dass mindestens der grössere Teil des am Wärmeübergang nicht beteiligten Materials aus dem oberen Bereich der Rippe entfernt wird. Dabei braucht das Rippenprofil nicht genau" die Form der erwähnten Isothermen zu haben, sondern kann

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aus fabrikatorischen Gründen auf verschiedene Weise abgeändert sein.

So kann die Querschnittsform der Rippe durch gerade Linien begrenzt sein. Dadurch wird eine einfache Herstellbarkeit der Rippen selbst und insbesondere der Werkzeuge zu ihrer Herstellung erhalten.

Der obere Bereich der Rippe kann auch durch mindestens einen Kreisbogen begrenzt sein. Durch eine solche Begrenzung werden die Vorteile einer verhältnisinässig grossen Oberfläche mit dem Vorteil einer Querschnitt sform vereinigt, bei welcher das am inneren, oberen Ende der Rippe gebildete Kondensat gut in die zwischen den Rippen befindlichen Nuten abfliessen kann.

Es versteht sich jedoch auch, dass die Querschnittsform der Rippe eine Parabel mit der Formel y = xⁿ sein kann, mit η = 2 - 8.

Bei einer aus fabrikatorischen Gründen bevorzugten Rippe kann der Rippenquerschnitt bis zu seiner halben

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Höhe durch ein Viereck mit im wesentlichen zur Zylinderachse senkrechten Seiten begrenzt sein, an welches sich ein Trapez anschliesst, dessen Länge der die obere Begrenzung des Rippenquerschnittes bildende Seite im wesentlichen die Hälfte der grössten Rippenbreite beträgt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Rippenquerschnitt durch zur Zylinderachse im wesentlichen senkrechte Linien begrenzt sein, an welche sich als oberer Abschluss des Querschnittes mindestens ein Kreisbogen anschliesst, welcher die beiden Seiten des Rippenquerschnittes verbindet. In beiden Fällen werden Rippen erhalten, bei welchen das angestrebte Ziel mit ausreichender Genauigkeit und mit einfachen fabrikatorischen Mitteln erreicht werden kann.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 einen schematischen Schnitt eines erfindungsgemässen Zylinders,

Fig.2 einen Schnitt einer bekannten Rippe mit rechteckigem Profil und mit darin eingezeichneten Isothermen,

Fig.3 einen der Fig.2 entsprechenden schematischen Schnitt zur Erläuterung der Erfindung,

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Fig.4 ein Schema zur Erläuterung der Bestimmung der Fusspunkte des Rippenprofils,

Fig.5 einen Schnitt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemässen Trocknungszyliriders.und die

Fig.6-10 schematische Schnitte weiterer Ausführungsformen der Rippen.

In der Fig.1 ist ein Trocknungszylinder 1 dargestellt, der Zapfen 2 aufweist, die in einem Ständer 3 drehbar gelagert sind. Der Zylinder 1 enthält einen Mantel A mit ringförmigen Rippen 5. Dem Zylinder 1 wird durch eine Leitung 6 Dampf zugeführt, der im Zylinder kondensiert. Zur Entnahme des Kondensats ist im Zylinder ein Rohr 7 vorgesehen, von dem Rohre 8 in die Zwischenräume 10 zwischen den Rippen 5 führen. Aus den Rohren 7, 8 wird das Kondensat durch eine Leitung 11 mit der Hilfe des im Zylinder herrschenden Druckes entfernt.

In der Fig.2 ist im Querschnitt eine Rippe 5' mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. In der Rippe 5¹ sind Isothermen a, b und c eingezeichnet, die verschiedene Temperaturen aufweisen, wobei c der höchste!in der Rippe herrschendenTemperatur entspricht. Diese Temperatur ist etwa gleich.wie die, welche in den Eckbereichen d der Rippe 5¹ ausserhalb der Isotherme c herrscht. Das in diesen Eckbereichen befindliche Material ist für den Wärmeübergang

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wertlos. Es belastet jedoch, da es wärmer ist als die Aussenflache 12 des Walzenmantels 4, durch seine Wärmedehnung den äusseren Bereich des Walzenmantels durch Zugspannungen, die sich im Betrieb mit den durch Zentrifugalkraft und Innendruck gebildeten Zugspannungen überlagern.

Erfindungsgemäss soll dieses in den Eckbereichen d befindliche Material zumindest angenähert entfernt werden. Zur Erzielung des erfindungsgemassen Zwecks genügt in den meisten Fällen eine Querschnittform der Rippen, die einer Näherung der Parabelform entspricht..

In der Fig.3 ist in grösserem Massstab das Profil einer Rippe mit ursprünglich rechteckigem Querschnitt dargestellt. Im Rippenprofil sind zwei Parabeln eingezeichnet,

ρ vx>n denen die Parabel P1 die Formel y = χ hat und die

Parabel P2 die Formel y = χ . Im, Betrieb kann sich·nämlich je nach den Verhältnissen eine zwischen diesen Grenzwerten befindliche Form der durch einen Scheitelpunkt S des Rippenprofils führenden Isotherme einstellen.

In der Praxis genügt der Zielsetzung gemäss der Erfindung eine Rippenform, welche innerhalb des in der Fig.3 schraffierten Bereiches liegt. Dieser ist nach aussen durch zwei zur Rippenachse A parallele Linieng mit einer vom Fusspunkt F gemessenen Länge H' = 0,75 Hbegrenzt, wobei H die Höhe des Rippenprofils ist, an welche

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•sich Tangenten h zur Parabel P2 anschliessen. Nach oben ist das Profil durch eine waagrechte Linie i begrenzt, deren Länge B¹ = 0,65 B ist, wenn B die Profilbreite zwischen den Fusspunkten F der Rippe ist.

Nach innen erfolgt die Begrenzung des Bereiches durch Sehnen j und k. Die Sehnen j führen von den Fusspunkten F zu Punkten M, die sich auf einer Höhe H" = H/2 befinden und voneinander um B" = 0,7 B entfernt sind. Die Sehnen k führen von den Punkten M zum Scheitelpunkt S.

Die Fig.4 dient zur Erläuterung der Bestimmung

der Fusspunkte F bei Rippenprofilen, bei welchen zwischen

gewölbten
einer/ Seitenfläche 20 der Rippe 5 und dem Boden 21 der Nut 10 eine Abrundung 22 mit einem Radius R besteht. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung genügt es, am Uebergangspunkt T der Linien 20 und 22 eine Tangente t zu führen, wobei ihr Schnittpunkt mit einer durch den Boden 21 parallel zur Walzenachse A¹ führenden Linie den Fusspunkt F bestimmt.

Die Fig.5 zeigt einen Ausschnitt des Walzenmantels A mit zwei Rippen·5 nach einer möglichen Ausführungsform. Nach der Fig.5 sind die Rippenquerschnitte bis in den Bereich der halben Rippenhöhe H durch zur Zylinderachse A¹ senkrechte- Linien 30 begrenzt. An diese schliessen sich schräge Linien 31 an, welche so geführt sind, dass die eine

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obere Begrenzung bildende, zur Achse A¹ parallele Linie 32 eine Länge B/2 hat.

In der Fig.5 ist noch die Wandstärke W des eigentlichen Zylindermantels sowie der Abstand E der Rippen, d.h. die Breite der Nut 10, eingezeichnet. Zur Erzielung einer gleichtnässigen Wärmeverteilung an der Oberfläche 12 des Walzenmantels wird in der Regel der Abstand E kleiner als die Wandstärke W gewählt. Es versteht sich jedoch, dass in besonderen Fällen der Abstand E auch grosser sein kann.

Was das Verhältnis der Rippenhöhe H zur Wandstärke W betrifft, so wird man in der Regel Rippenhöhen H verwenden, die kleiner als die Wandstärke W sind. In der Regel wird das Verhältnis H/W 0,5-1 betragen. Es versteht sich jedoch, dass auch grössere Rippenhöhen denkbar sind.

Die Fig.6 - 10 zeigen verschiedene weitere Ausführung sformen der Rippen.

Das Rippenprofil aus der Fig.6 unterscheidet sich vom Profil nach der Fig.5 hauptsächlich dadurch, dass die seitliche Begrenzung des Profils durch gerade Linien 30' erfolgt, die schräg zur Rippenachse A stehen. Durch diese Neigung der Seitenwände der Rippen können in gewissen Fällen fabrikatorische Vorteile erhalten werden.

Das Profil nach der Fig.7 ist an beiden Seiten durch 609849/0561

gerade Linien 40, 41 und 42 begrenzt. Die Linien 40 verlaufen parallel zur Rippenachse A. Die Linien 41 und 42 bilden Tangenten zu einer eingezeichneten Parabel P, ähnlich wie die Linien 30', 31, 32 in der Fig.6.

Die Rippen nach den Fig.8 und 9 sind jeweils nur durch Geraden50 und 51 bzw. 50',51 begrenzt. Die Geraden 50 verlaufen parallel zur Achse A, die Linien 50' schräg und bilden Tangenten zur eingezeichneten Parabel P, gleich wie die im oberen Bereich befindlichen Geraden 51.

Das Profil nach der Fig.10 ist schliesslich durch zur Rippenachse A parallele Gerade. 60 begrenzt, die miteinander durch einen Kreisbogen 61 verbunden sind. Unter Umständen kann, Je nach dem Verhältnis der Höhe der Rippe zu ihrer Breite, der Kreisbogen 61 auch durch mehrere ineinander übergehende Kreisbögen ersetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

( 1.jTrocknungszylinder für eine Papiermaschine, zur Beheizung durch kondensierenden Dampf, mit einem zylindrischen Mantel, der an seiner Innenseite in Umfangsrichtung verlaufende ringförmige Rippen aufweist, in deren Zwischenräume Rohre zur Entnahme von Kondenswasser eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenprofil in einem Bereich liegt, der nach aussen durch ein Sechseck (g, h, i) begrenzt ist, das zu einer Rippenachse (A) symmetrisch ist, welche senkrecht zur Zylinderachse (A¹) steht und aus einem Rechteck mit der vollen Rippenbreite (B) und einer Höhe (H') vom 0,75-fachen der Rippenhöhe (H) und einem daran anschliessenden Trapez mit einer Breite (B¹) von 0,65 B auf der grössten Rippenhöhe (H) besteht, und nach innen durch ein ebenfalls zur Rippenachse symmetrisches Fünfeck, das auf halber Rippenhöhe (H") eine Breite (B") von 0,7 B und auf der grössten Höhe die Breite Null, d.h. eine Spitze (S) aufweist.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Rippe (5) durch gerade Linien (30,31,32,40,41,42,50,51,60) begrenzt ist.

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3. Zylinder nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Rippe (5) durch mindestens einen Kreisbogen (61) begrenzt, ist.
4. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Rippe eine Parabel (P1, P2) mit der Formel y = xⁿ ist, mit η = 2 - 8 (Fig.3).
5. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rippenquerschnitt bis zu seiner halben Höhe durch ein Viereck mit im wesentlichen zur Zylinderachse senkrechten Seiten (30) begrenzt ist, an welches sich ein Trapez (31, 32) anschliesst, bei dem die Länge der die obere Begrenzung des Rippenquerschnittes bildenden Seite (32) im wesentlichen die Hälfte (H/2) der grössten Rippenbreite (H) beträgt (Fig.5).
6. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rippenquerschnitt durch zur Zylinderachse im wesentlichen senkrechte Linien (60) begrenzt 1st, an welche sich als oberer Abschluss des Querschnittes mindestens ein Kreisbogen (61) anschliesst, welcher die beiden Seiten des Rippenquerschnittes verbindet (Fig.10).

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