DE4213688A1 - Verfahren und einrichtung zur kuehlung einer rotierenden walze durch kuehlmittelverdampfung - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur kuehlung einer rotierenden walze durch kuehlmittelverdampfungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Kühlung einer rotierenden Walze durch
Kühlmittelverdampfung.
Zahlreiche Anwendungsfälle dieser Art treten in
Papiermaschinen auf. Zum Schutz von Walzenmantelbezügen
aus Gummi oder Kunststoff, z. B. Polyurethan, vor
übermäßiger Erwärmung sowie zur lokalbegrenzten Abkühlung
der Papierbahn oder einer Abkühlung über die gesamte
Papierbahnbreite, werden gekühlte Walzen eingesetzt.
Hierbei werden folgende wichtige Anforderungen an eine
Kühlung gestellt:
- - ausreichende Wärmetransportleistung
- - möglichst einheitliche Temperatur der gesamten Walzenoberfläche, im Fall einer Abkühlung über die gesamte Walzenbreite, unabhängig von der Solltemperatur;
- - hohe Betriebssicherheit der während des Betriebes nicht zugänglichen Komponenten in der Walze und im Walzenzapfen;
- - gute Wärmeübertragung zwischen Walzeninnenmantel und Kühlmedium.
Zum Stand der Technik wird beispielhaft auf die
Patentschriften DE-PS 23 24 611, DE-PS 32 29 471 und
DE-OS 43 51 386 verwiesen.
Allen hier offenbarten Kühlwalzen ist gemein, daß als
Kühlmittel eine Flüssigkeit verwendet wird, die beim
Eintritt in die Kühlwalze eine niedrige Temperatur T1
besitzt und deren Kühlleistung darin besteht, daß sie die
vom Kühlwalzenmantel abgegebene Wärme aufnimmt und ihre
Temperatur auf ein höher gelegenes Temperaturniveau T2
angehoben wird. Die Wärme wird dann aus der Kühlwalze
durch das erhitzte Kühlmedium abgezogen und im Gegenzug
neues Kühlmittel wiederum mit der Temperatur T1
zugeführt. Da nun der Wärmeübertrag zwischen Kühlmantel
und Kühlmittel proportional zur Temperaturdifferenz
zwischen beiden ist und weiterhin das Kühlmittel beim
Vorüberstreichen an den abzukühlenden Flächen seine
Temperatur erhöht, ist naturgemäß auch ein
unterschiedlicher Wärmeübergang gegeben. Nachteilig
hierbei ist, daß die Oberflächentemperatur einer derart
gekühlten Walze ungleichmäßig ausgebildet ist, bzw. nur
mit hohem konstruktiven Aufwand vergleichmäßigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben
genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen
und im besonderen eine preiswerte und betriebssichere
Einrichtung zur Kühlung von rotierenden, dünnwandigen
Walzen zu schaffen. Besonderer Wert wird dabei darauf
gelegt, daß die Oberflächentemperatur der Walze an jeder
Stelle auch bei unterschiedlichem Wärmetransport durch
den Walzenmantel bzw. unterschiedlicher Wärmezufuhr an
den Walzenmantel gleich ist.
Diese Aufgaben werden durch die im Verfahrensanspruch 1
und Einrichtungsanspruch 5 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Danach besteht ein wesentlicher Gedanke der Erfindung
darin, die Verdampfungswärme einer Flüssigkeit (Differenz
der Enthalpie zwischen gasförmiger und flüssiger Phase)
zum Wärmetransport zu nutzen. Zur Walzenkühlung wird eine
Flüssigkeit in die Walze gefüllt, deren Siedetemperatur
der gewünschten Oberflächentemperatur der Walze bei einem
vorgegebenen Sättigungsdampfdruck in der Walze
entspricht. Durch Rotation der Walze wird die
Kühlflüssigkeit ringförmig am Walzeninnenmantel verteilt.
Sobald der Kühlflüssigkeit Wärme durch den Walzenmantel
zugeführt wird, erwärmt sich diese bis zur
Siedetemperatur. Bei weiterer Wärmezufuhr beginnt die
Kühlflüssigkeit zu verdampfen, wobei die Temperatur des
noch nicht verdampften Kondensats nicht weiter ansteigt.
Dies erklärt, daß bei einer erfindungsgemäßen Kühlung
einer dünnwandigen Walze die Oberflächentemperatur an
jeder Stelle gleich ist. Die zur Verdampfung notwendige
Kühlmittelmenge wird der Walze permanent zugeführt.
Auf diese Weise entsteht ein stationäres konstantes
Temperaturprofil auf der Walzenoberfläche. Die zur
Verdampfung in der Walze benötigte Kühlmittelmenge kann
durch Kondensation des in der Walze entstehenden
Kühlmitteldampfes gewonnen werden. Hierzu kann gemäß
Anspruch 6 ein in der Walze befindlicher Kondensator
eingesetzt werden. Wird der Walzeninnenraum druckdicht
gegen die Umgebung abgeschlossen, entsteht ein
verlustfreier Kreislauf des Kühlmittels zwischen
Walzeninnenfläche und Kondensator in der Walze. Dies ist
in Anspruch 7 aufgeführt. Die Siedetemperatur des
Kühlmittels kann gemäß Anspruch 10 z. B. durch Veränderung
des Kühlwasserdurchsatzes durch den Kondensator geregelt
werden.
Wird gemäß Anspruch 7 ein externer Kondensator
eingesetzt, lassen sich ähnlich vorteilhafte
Betriebsbedingungen, wie oben beschrieben, erreichen.
Anspruch 8 stellt darauf ab bei Kühlwalzen, die nicht mit
Atmosphärendruck betrieben werden, den Sättigungsdruck
und somit die Siedetemperatur durch Stellglieder, wie
Druckbegrenzungsventile, Verdichter, Saug- oder
Druckpumpen, zu regeln.
Walzen im Sinne der Erfindung können auch sogenannte
Flexonip-Pressen-Einheiten in Verbindung mit dem
Flexonip-Mantel mit zugehörigen rotierenden Deckeln sein.
Hierbei findet als Kühlmedium vorzugsweise ein
Ölwassergemisch Anwendung.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 Walze mit innenliegendem Kondensator.
Fig. 2 Walze mit extern liegendem Kondensator und
Druckbegrenzungsventil.
Fig. 3 Walze unterteilt in drei Druckkammern.
Fig. 1 zeigt eine Walze 1 bestehend aus dem
zylinderförmigen Walzenmantel 4, der durch einen
führerseitigen Walzenzapfen 3 und einen triebseitigen
Walzenzapfen 2 getragen wird. Der führerseitige
Walzenzapfen 3 ist mit einer Kernbohrung versehen, durch
die die Zu- und Ableitung 5 zum innenliegenden
Kondensator 6 führt. Der Kondensator ist direkt an der
führerseitigen Seite der Walze angebracht.
Fig. 2 zeigt wiederum eine Walze 1 bestehend aus dem
Walzenmantel 4 dem triebseitigen Walzenzapfen 2 und dem
führerseitigen Walzenzapfen 3. Der Walzenzapfen 3 ist
wiederum mit einer Kernbohrung versehen, durch den die
Zu- und Abführleitung 5 für das Kühlmittel hindurch
geführt wird. Die Zuleitung endet im Walzeninneren im
Kühlmittelring 6. Die Eintrittsöffnung in die Ableitung
des dampfförmigen Kühlmittels 7 ist zentral auf der
Führerseite des Walzenmantels angebracht. Die Ableitung
5.1 führt vorbei an einem Druckbegrenzungsventil 8 mit
einem Auslaß nach außen zu einem extern stehenden
Kondensator 9. Das Kondensat wird vom Kondensator 9 über
die Zuleitung 5.2 wieder zurück über die Bohrung des
Walzenzapfens in das Walzeninnere direkt zum
Kühlmittelring 6 geführt. Die Kühlung des Kondensators
erfolgt über einen externen Kühlkreislauf 10.
Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführung der
Erfindung in einer Walze 1 mit einem Walzenmantel 4, der
durch den triebseitigen Walzenzapfen 2 und den
führerseitigen Walzenzapfen 3 getragen wird. In beiden
Walzenzapfen 2 und 3 sind zentrale Bohrungen angebracht,
durch die Zu- und Abführleitungen 5 in das Walzeninnere
geführt werden. Der Walzenzylinder ist durch eingebaute
druckdichte Wände 11 in mehrere Kammern unterteilt. In
jede Kammer führt jeweils eine Zu- und eine Abführleitung
des Kühlmittels. Die Zuführleitungen enden jeweils im
Kühlmittelring 6 während die Abführleitungen ihren
Eintrittsöffnungen im Bereich der Mittelachse haben.
Claims (13)
1. Verfahren zur Kühlung einer Kühlwalze durch
Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die
maximale Temperatur des flüssigen Kühlmittels an den
Wärmeübertragungsstellen des zu kühlenden Teils der
Kühlwalze durch Einstellung des Dampfdruckes des
Kühlmittels innerhalb der Kühlwalze vorgegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das verdampfte Kühlmittel durch rekondensiertes
ersetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dampfdruck variabel
einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur der
Flüssigkeit durch Veränderung ihrer Zusammensetzung
während des Betriebes variiert wird.
5. Kühlwalze zur Durchführung des unter Anspruch 1
genannten Verfahrens, mit einem führerseitigen und
einem antriebsseitigen Walzenzapfen, einem hohlen
Walzenmantel der von beiden Walzenzapfen getragen
ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- 5.1 es ist eine Abdichtung des Walzeninnenraums vorgesehen;
- 5.2 es ist ein Druckbegrenzungsventil zwischen Walzeninnenraum und Außenwelt vorgesehen;
- 5.3 es ist eine Zuführleitung in den Walzeninnenraum zur Zufuhr von Kühlmittel vorgesehen.
6. Kühlwalze zur Durchführung des unter Anspruch 2
genannten Verfahrens, mit einem führerseitigen und
einem antriebsseitigen Walzenzapfen, einem hohlen
Walzenmantel der von beiden Walzenzapfen getragen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der
Kühlwalze ein Kondensator befindet, der die
verdampfte Kühlflüssigkeit rückkondensiert.
7. Kühlwalze zur Durchführung des unter Anspruch 2
genannten Verfahrens, mit einem führerseitigen und
einem antriebsseitigen Walzenzapfen, einem hohlen
Walzenmantel der von beiden Walzenzapfen getragen
ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- 7.1 es ist eine Ableitung vorgesehen, durch die die verdampfte Kühlflüssigkeit nach außen geführt ist;
- 7.2 es befindet sich außerhalb des Kühlzylinders ein Kondensator, in dem die Kühlflüssigkeit rückkondensiert;
- 7.3 es ist eine Zuleitung zur Rückführung des rückkondensierten Kühlmittels ins Innere der Kühlwalze vorgesehen.
8. Kühlwalze nach Anspruch 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im Kühlkreislauf eine
Druckbegrenzungsvorrichtung installiert ist.
9. Kühlwalze nach Anspruch 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf geschlossen
ist.
10. Kühlwalze nach Anspruch 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Flüssigkeiten in
reiner Form oder in Form von Gemischen bzw. Lösungen
eingesetzt werden.
11. Kühlwalze nach Anspruch 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß unterschiedliche
Kondensatortypen, wie z. B. Rohrbündelwärmetauscher,
Spiralrohrwärmetauscher, Schlangenwärmetauscher oder
Plattenwärmetauscher, eingesetzt werden.
12. Kühlwalze nach Anspruch 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Walzeninnenraum und/oder der
Kühlkreislauf druckdicht abgeschlossen ist.
13. Kühlwalze nach Anspruch 6 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlwalze in mindestens zwei
Kammern unterteilt ist, um eine sektionierte
Temperatureinstellung zu erreichen und für jede
Kammer ist eine eigene Druckbegrenzungsvorrichtung
vorgesehen.
Priority Applications (2)
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DE19924213688 DE4213688A1 (de) | 1992-04-25 | 1992-04-25 | Verfahren und einrichtung zur kuehlung einer rotierenden walze durch kuehlmittelverdampfung |
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DE19924213688 Withdrawn DE4213688A1 (de) | 1992-04-25 | 1992-04-25 | Verfahren und einrichtung zur kuehlung einer rotierenden walze durch kuehlmittelverdampfung |
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EP (1) | EP0567875A1 (de) |
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