DE3148948A1

DE3148948A1 - Einrichtung zum abfuehren von kondensat aus einem dampfbeheizten, drehbaren trockenzylinder

Info

Publication number: DE3148948A1
Application number: DE19813148948
Authority: DE
Inventors: Karl 7920 Heidenheim Jenkner; Karl Dr. Steiner; Robert 7922 Herbrechtingen Wolf
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1983-06-23
Also published as: JPS6311472B2; US4501075A; ATA365182A; AT382654B; DE3148948C2; JPS58106380A

Description

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P 3903 J.M. VOITH GMBH

Kennwort: "Saugschnabel siphon" Heidenheim

Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einem dampfbeheizten, drehbaren Trockenzylinder

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einem dampfbeheizten, drehbaren Trockenzylinder, im einzelnen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei einem solchen sogenannten Saugsiphon (bekannt aus der AT-PS 244 318) erfolgt das Abführen des Kondensates aus dem Trockenzylinder dadurch, daß außerhalb des Zylinders im Kondensatrohr ein gegenüber dem Zylinderinnenraum niedrigerer Druck aufrechterhalten wird, so daß das Kondensat abgesaugt wird. Dies kann noch dadurch unterstützt werden, daß Dampf durch einen zwischen der Oberfläche des Kondensatfilmes und dem Mundstückrand gebi1-deten Spalt mit großer Geschwindigkeit in das Innere des Mundstückes einströmt und FlüssigkeitsteiIe mitreißt.

Vorausgesetzt ist hierbei, daß sich das Kondensat aufgrund einer verhältnismäßig hohen Umfangsgeschwindigkeit des Trockenzylinder-Mantels als Ring oder Film konstanter Dicke an die Innenfläche des Zylindermantels anlegt. Der bekannte Saugsiphon ist aber auch im Bereich kleiner Umfangsgeschwindigkeiten, wenn das Kondensat einen Sumpf bildet, wirksam.

Der bekannte Saugsiphon hat sich zwar in vielen Papiermaschinen bewährt. Durch immer höhere Arbeitsgeschwindigkeiten ist jedoch die Schwierigkeit aufgetreten, daß die vom Papier berührte Außenfläche des Trockenzylinders im Bereich des Saugsiphons eine höhere Temperatur annimmt als in den benachbarten Bereichen. Die Folge ist, daß sich in der über den Trockenzylinder laufenden Papierbahn ein Streifen bildet, der mehr oder weniger übertrocknet

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Als Ursache dieser Schwierigkeiten wurde erkannt, daß hinter dem Mundstück des Saugsiphons in der verbleibenden Kondensatschicht eine streifenförmige spritzende und aufgewühlte Zone entsteht. Dies hat zur Folge, daß dort in einem ringförmigen Bereich des Zylindermantels der Wärmeübergang auf den Zylindermantel besser ist als in den benachbarten Bereichen.

Es ist versucht worden, die vorgenannten Schwierigkeiten durch Anwendung eines sogenannten Schälsiphons (bekannt aus der DE-AS 29 03 170) zu beseitigen. Dort wird das Kondensat abgeschält und teils aufgrund seiner kinetischen Energie, überwiegend jedoch durch die Transportwirkung der Dampfströmung aus dem Trockenzylinder entfernt. Ein Nachteil dieser Bauweise besteht darin, daß in der Regel mit einem verhältnismäßig hohen Dampfverbrauch gerechnet werden muß und daß die Dicke des verbleibenden Kondensatfilmes verhältnismäßig groß ist, so daß der Wärmeübergang auf den Zylindermantel zu wünschen übrig läßt. Außerdem kann ein solcher Schälsiphon, wenn es sich um eine Papiermaschine mit niedriger Arbeitsgeschwindigkeit handelt, also bei Sumpfbildung im Trockenzylinder, höchstens einen kleinen Teil des Kondensats aus dem Trockenzylinder entfernen. Im übrigen versagt der Schälsiphon in diesem Falle, weil seine Saugwirkung unzureichend ist, und zwar selbst dann, wenn am Kondensatrohr eine Druckdifferenz eingestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie unter Beibehaltung ihrer Vorteile das Entstehen einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Außenseite des Trockenzylinders vermeidet, und daß die Dicke des im Trockenzylinder verbleibenden Kondensatfilmes möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird also die Grundform des Saugsiphons beibehalten und dessen Saugmundstück derart verändert, daß außer der Saugwirkung eine Schälwirkung erzeugt wird. Mit anderen Worten: Die Saugwirkung wird dadurch beträchtlich unterstützt, daß das Kondensat zu einem wesentlichen Teil aufgrund seiner kinetischen Energie in das Kondensatrohr transportiert wird. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß nur wenig Durchströmdampf benötigt wird und daß außerdem zum Aufrechterhalten der Saugwirkung eine wesentlich kleinere Druckdifferenz ausreicht im Vergleich zu dem reinen Saugsiphon. Zugleich kann eine sehr geringe Dicke des verbleibenden Kondensatfilmes erzielt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird selbst bei Druckdifferenz Null noch eine ausreichende Kondensatmenge gefördert. Dadurch ist die bei bekannten Anordnungen bestehende Gefahr beseitigt, daß (z.B. aufgrund eines Bedienungsfehlers) die Kondensatentfernung aus dem Trockenzylinder zeitweise ganz aussetzt. Auf die Saugwirkung kann also zumindest zeitweise verzichtet werden. Unter Umständen kann in dem Mundstück sogar ein überdruck entstehen, der es ermöglicht, die Widerstände in der anschließenden Kondensatleitung zu überwinden. Dabei gewinnt man den Vorteil, daß der am Kondensat-Transport beteiligte Durchströmdampf anschließend wieder zur Beheizung genutzt werden kann. Andererseits besteht bei Bedarf jederzeit die Möglichkeit, mit Hilfe einer Druckdifferenz die Saugwirkung des erfindungsgemäßen Siphons zu nutzen, z.B. wenn bei kleinen Arbeitsgeschwindigkeiten das Kondensat im Zylinder einen Sumpf bildet. Im übrigen wird durch die Erfindung die Bedienung und die Einstellung des gesamten Heizungssystems der Trockenpartie der Papiermaschine erleichtert.

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überraschend konnte festgestellt werden, daß die Transportwirkung des erfindungsgemäßen Siphons auf das Kondensat so groß ist, daß die Breite des Siphons, gemessen parallel zur Drehachse des Trockenzylinders, gegenüber dem bekannten Saugsiphon wesentlich verringert werden kann. Somit ist in dem verbleibenden Kondensatfilm die hinter dem Mundstück befindliche aufgewühlte Zone ebenfalls wesentlich schmaler als bisher. Zugleich ist dort auch die Intensität der Verwirbelung des Kondensats wesentlich geringer geworden. Diese beiden Effekte ergeben offenbar im Zusammenwirken, daß das Entstehen einer Zone mit überhöhter Temperatur auf der Außenfläche des Zylindermantels vollkommen oder zumindest nahezu vollkommen vermieden wird.

Bisher hat man versucht, das Entstehen dieser Zone mit überhöhter Temperatur mit verschiedenen anderen Maßnahmen zu beseitigen oder zu kompensieren. Beispielsweise hat man im Bereich des Saugsiphons eine Umfangsrille an der Innenfläche des Zylindermantels vorgesehen. Oder man hat den Trockenzylinder so weit verlängert, daß der Saugsiphon außerhalb der Papierbahn liegt. Bei Vorhandensein mehrerer Trockenzylinder, über die die Papierbahn nacheinander läuft, hat man versucht, das Problem der ungleichmäßigen Trocknung dadurch zu lösen, daß man die Mundstücke der Saugsiphons in den verschiedenen Zylindern gestaffelt anordnet, also in unterschiedlicher) Abständen vom Zylinderende. Eine zusätzliche Maßnahme ist beschrieben in der DE-OS 29 30 985. Dort ist in jedem von zwei benachbarten Trockenzylindern, und zwar in derjenigen Entfernung vom Zylinderende, in welcher sich im anderen Zylinder das Mundstück eines Saugsiphons befindet, ein Wärme-Isolierring angeordnet.

Alle diese Lösungsversuche befriedigen jedoch nicht, weil sie mit zusätzlichem Aufwand verbunden sind und/oder weil sie die eigentliche Ursache für die ungleichförmige Trocknung des Papiers, nämlich die am Saugsiphon entstehende Turbulenz im Kondensatfilm nicht beseitigen können. - Schließlich könnte man noch auf die bekannten rotierenden Siphons ausweichen. Dort muß jedoch das Kondensat gegen die Fliehkraft gefördert werden. Dies erfordert höheren Differenzdruck und höheren Dampfverbrauch als bei feststehenden Siphons.

Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 tragen dazu bei, daß die Verwirbelung des Kondensatfilms hinter dem Saugmundstück weiter vermindert wird.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich alle Begrenzungswände des Saugmundstückes gleich weit in Richtung auf die Innenfläche des Zylindermantels (wie bekannt aus der AT-PS 244 318). Stattdessen kann aber auch gemäß Anspruch 4 in der vorderen Begrenzungswand eine Ausnehmung vorgesehen werden, um einer gewissen, jedoch nicht zu großen Menge von Durchströmdampf den Eintritt in das Saugmundstück zu erleichtern. Dabei kann der Durchströmdampf mit Hilfe der Merkmale der Ansprüche 5 oder 6 eine besonders intensive Transportwirkung auf das Kondensat ausüben, bei gleichzeitig sehr geringem Dampfverbrauch. Offensichtlich wird hierbei eine beträchtliche zusätzliche Kondensatmenge unter den seitlichen Begrenzungswänden des Saugmundstückes angesaugt und in Richtung zur Mitte des Mundstückes und somit zur Schälkante hin gelenkt. Der Schälkante wird somit eine größere Kondensatmenge zugeführt als ohne die zuvor beschriebenen zusätzlichen Maßnahmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen Trockenzylinder, überwiegend nur schematisch, in einem Teil-Längsschnitt, mit einem feststehenden Saugsiphon;

Fig. 2 den Saugsiphon des in Fig. 1 dargestellten Trockenzylinders im Längsschnitt und gegenüber Fig. 1 vergrößert;

Fig. 3 eine Ansicht auf das Mundstück des Saugsiphons in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2;

Fig. 4*^> je eine Ans-icht von unten auf einen von Fig. 2 und 3 und 6J abweichenden Saugsiphon;

Fig. 5"V je einen Längsschnitt nach Linie V - V der Fig. 4 und Ί) bzw. VII - VII der Fig. 6.

Der in Fig. 1 dargestellte Trockenzylinder weist im wesentlichen die folgenden Bestandteile auf:

10 ZyIindermantel,

11 Deckel mit hohlem Lagerzapfen 11',

12 Wälzlager,

13 feststehendes Lagergehäuse,

14 Maschinengestell,

15 am Lagergehäuse 13 befestigter Dampfkopf,

16 Dichtungsring zwischen Lagerzapfen und Dampfkopf,

17 im Dampfkopf 15 ruhendes feststehendes und sich durch den Lagerzapfen II¹ erstreckendes Dampfzuführungsrohr,

18 Kondensatrohr, gehalten vom Dampfzuführungsrohr 17,

19 "Saugrohr" genannte radiale Verlängerung des Kondensatrohres,

20 diagonale Versteifung, die das Saugrohr 19 mit dem Dampfzuführungsrohr 17 verbindet,

21 in radialer Richtung bewegliches Endstück des Saugrohres,

22 am Endstück 21 befestigtes Saugmundstück,

22' Druckfeder, die das Saugmundstück 22 in einem kleinen Abstand von der Innenfläche des Zylindermantels 10 hält, jedoch ein Ausweichen des Saugmundstücks in Richtung zur Zylinderachse ermöglicht.

Die Fig. 2 und 3 zeigen das untere Ende des Saugrohres 21 mit dem kastenförmigen Saugmundstück 22. Letzteres kann vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt werden. Hierdurch werden, falls das Saugmundstück 22 unbeabsichtigt mit dem Zylindermantel 10 in Berührung kommt, die Reibungskräfte gering gehalten. Am Endstück 21 des Saugrohres ist ein rechteckiger Flansch 21a angeschweißt. An diesem ist das Saugmundstück 22 mit Hilfe von Schrauben befestigt, die in der Zeichnung weggelassen worden sind.

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Das Saugmundstück 22 ist zur Innenfläche des Zylindermantels 10 hin offen und weist Begrenzungswände auf, nämlich eine vordere Begrenzungswand 23, zwei seitliche Begrenzungswände 24 und 25 und eine hintere Begrenzungswand 26. Die hintere Begrenzungswand ist derart geneigt, daß sie auf den Kondensatfilm 9 die Wirkung eines Schälmessers oder Schälblattes hat. Dieses Schälblatt transportiert somit einen Teil des Kondensates in Richtung nach oben und lenkt es in das Saugrohr 21 hinein. Vorzugsweise wird ein stetiger übergang von dem Schälblatt 26 zum Saugrohr 21 hin vorgesehen, so daß zum Transport des Kondensates soweit wie möglich dessen kinetische Energie genutzt werden kann.

Die Außenseite der hinteren Begrenzungswand 26, die das Schälblatt bildet, schließt mit der Umfangsrichtung des Zylindermantels 10 einen Winkel von etwa 30 Grad ein. Unter etwa dem gleichen Winkel ist auch die das Kondensat führende Innenfläche des Schälblattes geneigt.

Die Breite des Saugmundstückes 22 beträgt nur etwa ein Viertel seiner Länge. Vorzugsweise ist die lichte Weite des Saugmundstückes nur gleich der lichten Weite des Saugrohres 21; siehe Fig. 3.

Die vordere Begrenzungswand 23 hat eine Ausnehmung 27 von geringer Höhe. Durch diese Ausnehmung kann Dampf in das Innere des Mundstückes einströmen. Diese Ausnehmung ist jedoch nicht in allen Fällen erforderlich.

Bei den Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 4 bis 7 dargestellt sind, ist der Innenraum des Saugmundstückes 32 nach Art einer Venturi Düse ausgebildet. Dies bedeutet folgendes: ausgehend von einer in der Höhe schmalen, von unten gesehen jedoch breiten Dampfeintrittsöffnung, die wiederum am vorderen Ende des Mundstückes angeordnet ist, verjüngt sich der Innenraum zunächst (von unten gesehen), um sich anschließend auf den Strömungsquerschnitt des Saugrohres zu vergrößern. Dies wird beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 und 5 einfach dadurch erreicht, daß die beiden seitlichen Begrenzungswände bei 29 e^ne nach innen gerichtete Verdickung aufweisen.

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Bei dem Saugmundstück 36 der Fig. 6 und 7 ist dies im Prinzip ebenso. Während jedoch in den Fig. 4 und 5 die gesamte untere Fläche 33 der beiden seitlichen Begrenzungswände parallel zum Zylindermantel verläuft, ist in den Fig. 6 und 7 (abgesehen von außen verbleibenden schmalen Stegen 39) vorgesehen, daß die unteren Flächen 40 in Richtung zum Saugrohr, beginnend etwa an der Engstelle 29, geneigt sind.

Bei Bedarf kann - ähnlich wie bei dem Schälsiphon gemäß DE-AS 29 03 170 - im Schälblatt 26¹ eine öffnung 31 vorgesehen werden Dies ist in den Fig. 4 und 5 mit strichpunktierten Linien angedeutet.

Nachtrag

Die radiale Verlängerung 19, 21 des Kondensatrohres 18 ist in der Regel vertikal angeordnet und kann auch "Steigrohr" genannt werden. Der Begriff "Saugmundstlick" könnte ersetzt werden durch "Mundstück".

Anspruch 3 besagt, die lichte Weite b des Mundstücks 22 soll höchstens gleich der lichten Weite d des Steigrohres 21 sein (Fig. 3). Für den Fall, daß das Steigrohr 21 einen von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist, gilt in einer allgemeineren Form, daß die lichte Weite b des Mundstücks höchstens gleich der Größe "fah/TC sein soll, worin A die Querschnittsfläche des Steigrohres 21 ist.

Heidenheim, den 09.12.1981
Sh/GKü

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Leerseite

Claims

■Ρ 3903 J.M. VOITH GMBH Kennwort: "Saugschnabelsiphon" Heidenheim Patenteη s ρ r üc he

1.)Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einem dampfbeheizten, drehbaren Trockenzylinder, i nsbesondere f Ur eine Papiermaschine, mit den folgenden Merkmalen:

a) ein feststehendes Kondensatrohr (18) erstreckt sich durch einen Lagerzapfen (H¹) des Trockenzylinders in dessen Innenraum und weist eine Verlängerung auf in Form eines sich bis zur Innenfläche des Zylindermantels (10) erstrekken den Saugrohres (19);

b) das Saugrohr (19) hat an seinem Ende (21) ein kastenförmiges Saugmundstück (22), das zur Innenfläche des Zylindermantels (10) hin offen ist und Begrenzungswände (23 bis 26) aufweist;

c) dadurch gekennzeichnet, daß die - bezüglich der Drehrichtung des Zylindermantels (10) - hintere Begrenzungswand (26) des Saugmundstückes (22) nach Art eines Schälblattes geneigt ist und das Kondensat in das Saugrohr (19, 21) überführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der hinteren Begrenzungswand (26) gegenüber der Drehrichtung des ZyIindermantels (10) um etwa 30 Grad geneigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die lichte Weite des Saugmundstückes (22), gemessen parallel zur Drehachse des Trockenzylinders, nur höchstens gleich der lichten Weite des Saugrohres (19, 21) ist.

-A-

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die - bezüglich der Drehrichtung des Zylindermantels - vordere Begrenzungswand (23) des Saugmundstücks (22) für den Eintritt von Dampf in das Mundstück eine Ausnehmung (27) aufweist, -ftafr deren Strömungsquerschnitt nur etwa das 0,1- bis 0,2-fache des Strömungsquerschnitts des Saugrohres (19, 21) beträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der Strömungsquerschnitt des Mundstück-Innenraumes, ausgehend von der genannten Ausnehmung, in Richtung zum Saugrohr sich zunächst verjüngt, um sich anschließend etwa auf den Strömungsquerschnitt des Saugrohres zu vergrößern.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Mundstück-Innenraumes an der Ausnehmung etwa gleich der lichten Weite des Saugrohres ist, sich hinter der Ausnehmung verjüngt und sich anschließend auf etwa die lichte Weite des Saugrohres verbreitert.

Heidenheim, den 07.12.81
Sh/GKü