DE2917765A1

DE2917765A1 - Duese fuer einen lufttrockner

Info

Publication number: DE2917765A1
Application number: DE19792917765
Authority: DE
Inventors: Yngve Lindstroem
Original assignee: Valmet Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1978-05-04
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1979-11-08
Also published as: JPS5916631B2; GB2025020B; JPS54152600A; FI68723B; NL7903508A; US4247993A; DE2917765C2; JPS54149970A; SE7903836L; BE876049A; GB2025020A; FI68723C; IT7922407A0; FR2424765A1; CA1121153A; SE443167B; JPS6314991U; FI781375A

Description

TlEDTKE - BüHLING " KlNNE Grupe - Pellmann

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Patentanwälte:

Dipl.-Ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R, Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

2. Mai 1979

B 9657/case 26269/TP/es

VALMET OY Helsinki / Finnland

Düse für einen Lufttrockner

$0**45/1013

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine Düse für einen Schwebetrockner, mit der ein trocknender und tragender Unterdruckgasstrom auf eine zu trocknende Bahn gerichtet wird und die Düse aus einem Düsenkasten besteht, an dessen einer Seite sich ein Düsenspalt befindet, der einerseits vom Strömungsvorderblech und andererseits von der Düsenkammervorderwand begrenzt wird, die sich als bogenförmige Strömungsfläche fortsetzt, an die eine die Tragfläche der Düsenkonstruktion bildende ebene Wand des Düsenkastens anschließt.

Gasblasende Vorrichtungen werden bei Maschinen für die Herstellung und Veredlung von Papier zur berührungslosen Reinigung, Trocknung und Stabilisierung der Bahn verwendet. Bei den genannten Funktionen wird das zu blasende Gas mit Hilfe verschiedener Düsenvorrichtungen ein-oder beidseitig auf die zu behandelnde Bahn gerichtet, wonach das Gas für die Neuverwendung vor der nächsten Düse abgesaugt wird.

Die bisher bekannten Trockner auf der Basis der berührungslosen Bahnbehandlung werden aus einer Reihe von Düsen gebildet, aus denen ein die Bahn tragender und trocknender Gasstrom auf sie gerichtet wird. Die bekannten Düsen dieser Trockner können in zwei Gruppen aufgeteilt werden, nämlich in Überdruckdüsen und Unterdruckdüsen. Die Funktion der Überdruckdüsen beruht auf dem sog. Luftkissenprinzip, bei dem der Luftstrahl einen statischen überdruck zwischen Anlage und Bahn erzeugt. Zu den Unterdruckdüsen zählen die sog. Airfoil-Düsen, die die Bahn an sich saugen und den Lauf der Bahn stabilisieren. Die auf die Bahn einwirkende Zugkraft beruht bekanntlich auf dem mit der Bahn gleichlaufenden Gasstromfeld, das zwischen Bahn und tragender Fläche der Düsen, der sog. Tragfläche, statischen Unterdruck bildet. Sowohl bei über- als auch Unterdruckdüsen wird oft der sog. Coanda-Effekt zur Führung der Luft in eine ge-

wünschte Richtung verwendet.

Die bekannten Überdruckdüsen richten scharfe Luftstrahlen im wesentlichen gegen die Bahn. Ein Luftstrahl

.5 dieser Art verstärkt die Wärmeübertragung am Auftreffpunkt von Strahl und Bahn auf sehr starke Weise, wodurch eine ungleichmäßige Verteilung der Wärmeleitzahl in Längsrichtung der Bahn verursacht wird, wodurch Qualitätsschäden an der zu behandelnden Bahn auftreten können. Ein zusätzlicher Nachteil beim Betrieb der Überdruckdüsen besteht darin, daß diese wegen des Überdrucks nicht für einseitige Bahnbehandlung eingesetzt werden können.

Bezüglich der die vorliegende Erfindung betreffenden Patentliteratur wird auf folgende Patentschriften hingewiesen: US-Pat. Nr. 3587 177 und 3 711 960, FI-Pat. Nr* 42522 und DE-Offenlegungsschrift 2 020 430.

Das technische Niveau der vorliegenden Erfindung wird am besten aus der US-Patentschrift..3 587 177 deutlich, für deren Unterdruckdüsenkonstruktion im wesentlichen charakteristisch ist, daß der sich auf der Seite der Anlaufkante der Tragfläche öffnende Düsenspalt so bis an die mit der Vorderkante der Tragfläche verbundene bogenförmige: Strömungsführungsflache geführt wird, daß die auf dem Coanda-Effekt basierende Strömung der bogenförmigen Führungsflache ganz bis zu deren Auslaufkante folgt, wobei sich die Strömung in die Richtung der Bahn gedreht hat. Der Nachteil bei dieser Düse ist eine von der nächsten nach der Tragfläche folgenden Blasung herrührende relativ niedrige Wärmeleitzahl zwischen Strömung und Bahn und, daß die Blasung in Richtung der Bahn versucht aus dem davorliegenden Ansaugeraum schon gekühltes Trocknungsgas zu ejektieren, wobei die Temperaturdifferenz zwischen Bahn und Trocknungsgas verkleinert und damit die Wärmeleitfähigkeit verringert wird, die bekanntlich

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Ι dem Produkt aus Temperaturdifferenz und Wärmeleitzahl proportional ist. Bei der in Frage stehenden bekannten Düse ist ein weiterer Nachteil noch der, daß der Abstand der Bahn von der Tragfläche relativ klein (ca. 2-3 mm) ausfällt, wodurch die Gefahr besteht, daß sich die Bahn an die Düsenfläche anlegt, was Bahnrisse und/oder Verschmutzung der Düsenflächen zur Folge hat.

Allgemein gesehen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Unterdruckdüse für einen Schwebetrockner zu schaffen, bei der die im vorstehenden beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Grundlage der Erfindung waren die physikalischen Tat-Sachen, die z. B. aus dem Literaturhinweis D. W. Mc Glaughlin, I. Greber The American Society of Mechanical Engineers, Advances in Fluids 1976, "Experiments on the Separation of a Fluid Jet from a Curved Surface", Seiten 14-29 hervorgehen. Dieser Literaturhinweis erklärt die Ablösungsmechanismen eines Strömungsstrahls von einer bogenförmigen Wand und dies beeinflussende einzelne Parameter. Bezüglich der vorliegenden Erfindung sind die Ergebnisse wesentlich, die aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 auf Seite 21 der Bezugsliteratur hervorgehen, in der eine Kurvenschar im Koordinatensystem dargestellt ist, bei dem der Ablösungswinkel als Ordinate und die Reynoldszahl als Abszisse aufgetragen sind. Als Parameter der Kurvenschar ist das Verhältnis =■ = Verhältnis

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der Düsenspaltbreite zum Biegeradius der Fläche. Aus diesen Untersuchungsergebnissen wird deutlich, daß bei den in der Düsenkonstruktion auftretenden Strömungsparametern der Anliegewinkel y im allgemeinen zwischen 45-70° liegt.

Um die im vorstehenden beschriebenen und später genauer erklärten Ziele zu erreichen, ist für die Erfindung im wesentliehen charakteristisch, daß der Düsenspalt in Gasströmungs-

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richtung vor der Anlaufkantenebene der bogenförmigen Führungsfläche liegt und, daß das Verhältnis von Breite des Düsenspalts und Biegeradius der genannten Führungsfläche bei den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten so gewählt ist, daß sich die Gasströmung von der bogenförmigen Führungsfläche im wesentlichen vor deren Auslaufkante ablöst.

Wenn der Düsenspalt erfindungsgemäß in Strömungsrichtung öffnend vor der bogenförmigen Führungsfläche angeordnet wird, folgt die Strömung der bogenförmigen Führungsfläche somit entsprechend den genannten Untersuchungsergebnissen unter ca. 45-70°, womit sie sich wesentlich vor der Auslaufkante der Führungsfläche von dieser ablöst. Damit hat der Geschwindigkeitsvektor der Gasströmung an deren Ablösungsstelle bezüglich der Bahn eine bedeutende senkrechte Geschwindigkeitskomponente, die den für die Erfindung wesentlichen wichtigen Effekt zur Folge hat, daß die Turbulenz in der Grenzschicht zwischen der Bahn und der Gasströmung besser wird und die Wärmeleitzahl somit wächst.

Auch ist bekannt, daß der Turbulenzgrad der Strömung nach dem Austritt aus dem Düsenschlitz mit wachsender Entfernung steigt. Somit wird erfindungsgemäß mit der von der Bahn entfernten Düse gegenüber den bekannten Düsen ein höherer Turbulenzgrad an der Oberfläche der Bahn erreicht, was aus diesem Grunde auch ein Wachsen der Wärmeleitzahl zur Folge hat. Aus der genannten,bezüglich der Bahn senkrechten Geschwindigkeitskomponenten ergibt sich auch der Vorteil, daß das Ejektieren von kälterer Luft aus dem vorgelagerten Absaugeraum verringert wird und damit auch die Temperaturdifferenz zwischen Bahn und Gasstrom wächst. Somit hat die erfindungsgemäße Anordnung einen günstigen Einfluß auf beide Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen, d. h. sowohl auf die Wärmeleitzahl als auch auf die Temperaturdifferenz.

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Der positive Einfluß des Ablösens der Gasströmung von der Oberfläche der Düse kann weiter verstärkt werden durch Beschleunigung der trocknenden Mediumsströmung in dem Raum zwischen der Tragfläche und der Bahn. Diese Beschleunigung wird zweckmäßig durch Verkleinerung der Strömungsquerschnittsfläche des Mediums in genanntem Raum durch tiberquerung der Tragfläche in einem kleinen Winkel in Laufrichtung erreicht. Versuchsmäßig wurde festgestellt, daß der Vorteil erzielt wird, wenn der Winkel zwischen 0,5-10° liegt.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß der Abstand zwischen Bahn und Tragfläche der Düse größer gehalten werden kann, und zwar so, daß er im wesentlichen ungefähr halb so groß wie der Abstand wird, der bei Verwendung von zweiseitigem Blasen zwischen die Tragflächen konstruktiv günstig erreicht wird. Dies trägt seinerseits zur Erhöhung der Stabilität der Bahn und zur Verminderung der Gefahr ihrer Berührung mit den Tragflächen der Düse bei.

Als durch die Erfindung gegebener konstruktiver Vorteil kann weiter noch erwähnt werden, daß wenn der Düsenspalt vor der bogenförmigen Führungsfläche und nicht im Bereich dieser angeordnet wird, kann der Düsenspalt von ebenen Flächen begrenzt und die Düsenspaltbreite somit in Querrichtung zur Bahn sehr gleichmäßig gehalten werden. Daraus folgt der Vorteil, daß die durch die ungleichmäßige Verteilung der Düsenspaltfläche verursachten Strömungsungleichmäßigkexten und die daraus folgenden Schwankungen der Wärmeleitfähigkeit gering bleiben.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch in keiner Weise begrenzt ist, ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen aus mehreren in Laufrichtung

der Bahn gesehen hintereinanderliegenden Düsen bestehenden Schwebetrockner als Querschnittdarstellung von der Seite gesehen.

Fig. 2 zeigt als Querschnittdarstellung einen erfindungsgemäßen Düsenoberteil und für dessen Geometrie bezüglich der Erfindung wichtige Parameter.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Düse in axonometrischer Darstellung.

Nach Fig. 1 wird der Schwebetrockner aus hintereinanderliegenden Düsen 10a, 10b, 10c, 1Od usw. gebildet. Die Düse 1 0 besteht aus der Kastenkonstruktion 12, die nach Fig. 2 und 3 Rückwand 12a, Bodenwand 12b , Vorderwand 12c, bogenförmigen Führungsteil 12d sowie Deckelteil 12e und Vorderblech 13 hat. Die Düse 10 schließt in sich den Raum 11 ein. Die obere Fläche des Deckelteils 12e wird als Tragfläche 20 bezeichnet.

Das Trocknungsgas wird vom Kanal 14 in den Raum 11 und von dort gemäß Fig. 2 und 3 als Strömung a durch die im Vorderblech 12c befindlichen Strömungsöffnungen 16 in den zwischen Vorderwand 12c und Vorderblech 13 gebildeten Raum 15 geführt, der sich als Düsenspalt 16 fortsetzt. Durch den Düsenspalt 16 entströmt der Trocknungsgasstrom b in den Raum zwischen Bahn Y und Tragfläche 20. Nach der Tragfläche 20 schwenkt die Strömung in Richtung Pfeil C in die Zwischenräume 21 der Düsen 10 und weiter in den Gasaustrittskanal (nicht dargestellt). Die im vorstehenden genannten Strömungsfelder stabilisieren sich im bestimmten Abstand H der Bahn Y von der Tragfläche 20.

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-ΙΟΙ Obwohl in Fig. 1 die Düsen 10 nur auf einer Seite von Bahn Y angeordnet dargestellt sind, muß hervorgehoben werden, daß die erfindungsgemäße Düsenkonstruktion auch in Schwebetrocknern ausgeführt werden können, in denen Düsen auf beiden Seiten der Bahn angeordnet sind.

Nach Fig. 2 ist die Breite des Düsenspalts 16 mit W bezeichnet und Düsenspalt 16 öffnet sich in Ebene B zur Vorderwand 12c der Düsenkammer. Von der Ebene B setzt sich die Vorderwand 12c der Düsenkammer im wesentlichen eben bis zur Ebene C fort, wo die bogenförmige Führungsfläche 12d beginnt, die bis zum Punkt E geht, wo der ebene Deckelteil 12e der Düsenkammer beginnt. Die Strömung am ebenen Wandteil zwischen den Ebenen B und C, nach Fig. 2 durch Strecke S bezeichnet; und am darauffolgenden Sektor T ist durch gestricheltgezeichnete Pfeile dargestellt. Basierend auf den Coanda-Effekt folgt die aus dem Düsenspalt 16 austretende Strömung der bogenförmigen Führungsfläche 12d im Sektor *?,.der wie vorher beschrieben zwischen 45°...70 schwankt. Damit löst sich die Strömung im Punkt D von der bogenförmigen Führungsfläche 12d in einer Phase ab, bei der der Geschwindigkeitsvektor ν der Strömung bezüglich Bahn Y eine bedeutend große senkrechte Geschwindigkeitskomponente ν hat. Naturgemäß ist, wenn Winkel ψ größer als 45° ist, die in Richtung der Bahn Y liegende Geschwindigkeitskomponente ν der Strömung größer als die dazu senkrechte Geschwindigkeitskomponente V .

Nach Fig. 2 bildet die Tragfläche 20 mit der Laufebene der Bahn Y einen kleinen Winkel oL . Erfindungsgemäß kann die Größe des Winkels o( innerhalb der Grenzen 0,5...10° variieren. Zweckmäßig beträgt die Größe des Winkels oi. ca. 2°. Aufgrund des Winkels o( streckt sich die bogenförmige Führungsfläche 12d über weniger als 90 in Konstruktionen aus, bei denen die Vorderwand 12c der Düsenkammer senkrecht zur Laufebene der Bahn Y steht, was erfindungsgemäß jedoch in keiner Weise erforderlich ist. Mit den Bezeichnungen von Fig. 2 ist U +/3 = 90°, wenn die Wand 12c senkrecht zur Laufebene der Bahn Y steht. Die Größe des ebenen Teils S nach

dem Düsenspalt kann variieren. Als ein günstiges Auslegungsbeispiel wird dargestellt, daß 2 χ S t& R ist. Auch ein wesentlich kleineres Maß S kann in einigen Fällen zur Anwendung kommen. Der gemäß Fig. 2 eingetragene mittlere Abstand H zwischen Bahn Y und Tragfläche 20 kann gegenüber bekannten Düsenkonstruktionen weiterhin wesentlich vergrößert werden,
so daß Hä*4...6 mm beträgt.

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Claims

Patentansprüche

1 . Düse für einen Schwebetrockner, mit der ein trocknender und tragender ünterdrückgasstrom (b) auf eine zu trocknende Bahn (Y) gerichtet wird und die Düse aus einem Düsenkasten (12) besteht, an dessen einer Seite sich ein Düsenspalt (16) befindet, der einerseits vom Strömungsvorderblech (13) und andererseits von der Düsenkammervorderwand (12c) begrenzt wird, die sich als bogenförmige Strömungsleitfläche (12d) und weiter als Deckelteil (12e) fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenspalt (16) in Gasströmungsrichtung vor der Anlaufkantenebene (C) der bogenförmigen. Führungsfläche (12d) liegt und daß das Verhältnis von Breite (W) des Düsenspalts und Biegeradius (R) der genannten Führungsfläche bei den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten (v) so gewählt ist, daß sich die Gasströmung von der bogenförmigen Führungsfläche (12d) im wesentlichen vor deren Auslaufkante (E) ablöst.
2. Schwebetrocknerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Laufebene der Bahn (Y) und Tragfläche (20) der Düse einen kleinen, innerhalb der Grenzen 0,5...10 liegenden, zweckmäßig ca. 2° betragenden Winkel (oO bilden.
3. Schwebetrocknerdüsenkonstruktion nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (s) der Austrittsebene (B) des Düsenspalts von der Anlaufkante (C) der Führungsfläche (12d) von seiner Größenordnung her ca. halb so groß ist wie der Biegeradius (R) der bogenförmigen Führungsflache (12d).
4. Schwebetrocknerdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Düsenspaltbreite (W) zum Biegeradius (R) der Führungsfläche so ist, daß sich die Strömung bei den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten

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von der bogenförmigen Führungsfläche (12d) in einem Winkel von ψ a 45-70° ablöst, der im wesentlichen kleiner ist als der Zentrumswinkel (/3) der bogenförmigen Führungsfläche (12d)

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