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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, durch die die
Wirkungsweise von in einem Zylinder eingebauten
Spoilerstegen verbessert werden kann. Die Vorrichtung, bei der
die Erfindung angewandt wird, ist eine rotierende
Vorrichtung zur Entfernung von Kondensat oder Wasser, d.h.
ein sogenannter Kondensataufnahmeschuh. Die Verbesserung
kann bei jedem bekannten rotierenden
Kondensataufnahmeschuh angewandt werden, indem man das gegen die innere
Oberfläche des Zylinders (oder der Walze) gedrückte
Kondensat-Entnahmeteil durch ein neues
Kondensat-Entnahmeteil ersetzt, welches gemäß der Erfindung gestaltet ist
und eine vorbestimmte Schicht des Kondensates bewirkt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf einer
Kombination der Funktionen von mehreren im Stand der Technik
bekannten Vorrichtungen. Seit jeher bestand der Wunsch,
daß die Zylinder oder Walzen einer Maschine zur
Papierherstellung oder einer anderen ähnlichen Maschine eine
hohe Leistungsfähigkeit haben. Die zum Trocknen
verwendeten Zylinder werden mit Dampf beheizt, welcher beim
Abkühlen als Kondenswasser innerhalb des Zylinders
kondensiert. Soweit die Walzen oder Zylinder unter Verwendung
von Wasser gekühlt werden, wurde das Wasser mit Hilfe von
Düsen in den Zylinder geleitet. Aus dem Inneren des
Zylinders wird das Kondenswasser in einer an sich bekannten
Art und Weise entfernt, entweder mittels eines
rotierenden oder stationären Kondensataufnahmeschuhs oder mit
Hilfe einer Vorrichtung, die als Flüssigkeitsabschneider
(siphon) bezeichnet wird. Ein rotierender Aufnahmeschuh
ist in dem Zylinder fest angebracht und rotiert mit der
Winkelgeschwindigkeit des Zylinders. Ein stationärer
Flüssigkeitsabschneider ist außerhalb des Zylinders an
der Rahmenkonstruktion der Maschine angebracht und
rotiert nicht zusammen mit dem Zylinder. Ein rotierender
Flüssigkeitsabschneider wird in großem Umfang eingesetzt,
um Kondensat aus Zylindern zu entfernen. Bei der
Konstruktion eines rotierenden Flüssigkeitsabschneiders ist
es entscheidend, daß die Spitze des
Flüssigkeitsabschneiders dicht bei der inneren Oberfläche des Zylinders (oder
der Walze) angeordnet ist. Das Kondensat wird mit Hilfe
einer Druckdifferenz aus dem Inneren des Zylinders
entfernt.
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Ein gewisses Volumen an Durchblaßdampf (oder -gas) wird
stets zur Entfernung des Kondensates benötigt. Je höher
die Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders ist, desto
höher ist die Zentrifugalkraft, die der
Flüssigkeitsentfernung entgegenwirkt. Heutzutage wird eine hohe
Produktionsleistung der Papierherstellungsmaschinen angestrebt.
Dies hat in der Praxis dazu geführt, daß die
Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders kontinuierlich gesteigert
wurde. Die Konstrukteure von Kondensataufnahmeschuhen
haben ihr Produkt derartig konstruiert, daß das Verhältnis
der Abflußgeschwindigkeit des Kondensats zu dem pro
Zeiteinheit zugeführten Volumen an Durchblaßdampf optimal
war. Dies ist im Hinblick auf die Energieeinsparung
wichtig.
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Bei der Rotation des Zylinders einer Papiermaschine
verursacht die Zentrifugalkraft erhebliche Probleme im
Hinblick auf die Gestaltung des Trocknungsvorganges. Je
höher die Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders ist, desto
stärker wird das Kondensat gegen die innere Oberfläche
des Zylinders gepreßt. Diese Kraft verhindert auch die
Wirksamkeit von Kräften, die eine innere Turbulenz der
Kondensatschicht bewirken. Die Kondensatschicht ist daher
laminar. Dadurch wird die Wärmeübertragung durch die
Kondensatschicht hindurch verschlechtert.
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Der Wärmeübergang in Papiermaschinenzylindern wurde mit
bekannten Verfahren (z.B. durch Verwendung von
Spoilerstegen wie beispielsweise in dem US-Patent 4,195,417)
verbessert. Solche Spoilerstege (spoiler bars), die im
Inneren des Zylinders installiert sind, haben eine gute
Wirksamkeit gezeigt und den Wärmeübergang im
Trocknungszylinder von Papierherstellungsmaschinen verbessert. Je
höher die Geschwindigkeit der Trocknungseinheit
(=Rotationsgeschwindigkeit) ist, desto mehr wurde der
Wärmeübergang durch Spoilerstege verbessert.
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Es ist auch bereits bekannt, daß Spoilerstege am besten
arbeiten, wenn eine angemessene und ausreichend dicke
Kondensatschicht in dem Zylinder vorhanden ist. Ohne eine
solche Kondensatschicht arbeiten die Spoilerstege nicht
gleichmäßig.
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Die Hersteller von rotierenden Kondensataufnahmeschuhen
haben danach gestrebt, in dem Zylinder eine möglichst
dünne Kondensatschicht zu erreichen. Dies ist für sich
genommen wichtig, weil eine dünne Kondensatschicht dazu
beiträgt, den Wärmeübergang aus dem Inneren des Zylinders
nach außen zu verbessern. Der Effekt der
Rotationsgeschwindigkeit auf den Wärmeübergang ist jedoch stärker
als der Effekt, den man durch eine dünnere
Kondensatschicht erreichen kann. Es wurden Anstrengungen
unternommen, dies durch die Installation von turbulenzerhöhenden
Spoilerstegen auch bei Zylindern, die mit rotierenden
Kondensataufnahmeschuhen ausgestattet sind, zu
eliminieren.
In diesem Zusammenhang werden die Vorteile der
Anordnung gemäß der Erfindung deutlich.
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Damit die Spoilerstege gleichmäßig und mit hoher
Effizienz wirken, müssen die Zylinder eine ausreichend dicke
Kondensatschicht aufweisen. Bei der Verwendung von
rotierenden Flüssigkeitsabschneidern ging das Bestreben dahin,
eine sehr dünne Kondensatschicht zu haben. Mit einer
solchen dünnen Schicht werden die angemessenen Bedingungen
für einen effizienten Betrieb der Spoilerstege nicht
erreicht.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale des
Anspruchs 1 charakterisiert. Eine weitere Ausführungsform
der Erfindung ist in Anspruch 2 beansprucht.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird
eine angemessene und gleichmäßige Kondensatschicht in den
Zylindern (oder Walzen) erzeugt, ohne daß eine
unzuträgliche Menge an Durchblaßdampf oder -gas von dem
Kondensataufnahmeschuh des Zylinders kommt.
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In der US-A-4663864 ist ein Kondensat-Entfernungssystem
beschrieben, welches Nuten an der inneren Oberfläche des
Zylinders verwendet, wobei ein stationärer
Flüssigkeitsabschneider in eine solche Nut eintaucht, wobei jedoch
der Rand des Flüssigkeitsabschneiders mit Abstand von dem
Grund der Kondensatnut angeordnet ist. Der durch den Rand
des Flüssigkeitsabschneiders gebildete Rüssel erstreckt
sich also hinab bis auf den Boden des Zylinders neben der
der Nut.
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In der EP-A2-0156785 ist ein stationärer
Flüssigkeitsabschneider dargestellt, wobei der betreffende Zylinder
interne Spoilerstege hat, um die Wärmeübertragung in der
betreffenden Region des Zylinders zu verbessern.
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Das Prinzip der Erfindung ist in den beigefügten Figuren
dargestellt.
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Figur 1 zeigt den Zylinder oder die Walze, bei dem bzw.
der die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung kommt.
Durch die Leitungen 2 und 3 wird das Kondensat und der
Durchblaßdampf aus dem rotierenden, im Inneren des
Zylinders 4 angeordneten Kondensataufnahmeschuh, auf den sich
die Erfindung bezieht, nach außen geleitet. Die
horizontale Leitung 3 verläuft durch die Zylinderachse 5.
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Figur 2 stellt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dar
und zeigt den Rüssel 11 für die eigentliche
Kondensatentfernung, wobei das korrekte Verhältnis des
Durchblaßdampfes zu dem zu entfernenden Kondensat durch dessen
Form bestimmt ist. Dies ist für sich genommen bedeutsam.
Der vertikale Teil 12 des Rohrs 2 des
Kondensataufnahmeschuhs ist der Zentrifugalkraft aufgrund der Rotation des
Zylinders ausgesetzt. Je höher die Zentrifugalkraft
(welche eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit ist)
ist, desto höher ist der Differenzdruck, der erforderlich
ist, um das Kondensat zu entfernen. Es ist wichtig, die
korrekte Form der Öffnung des Kondensataufnahmeschuhs 11
zu gewährleisten, um die Menge des Durchblaßdampfes in
Anpassung an die Menge des Kondensates beschränken zu
können. Eine zu große Menge an Durchblaßdampf ist
ökonomisch nachteilig. Im allgemeinen werden rotierende
Flüssigkeitsabschneider mit einer radialen Höhe ihrer Öffnung
von 1,6 mm (1/16") konstruiert.
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Das Abstandsstück 10 in Figur 2 stellt eine
erfindungsgemäße Verbesserung für vorhandene Vorrichtungen dar. Mit
Hilfe dieses zusätzlichen Abstandsstückes, welches unter
einem rotierenden Kondensataufnahmeschuh installiert ist
oder als Teil von diesem ausgebildet sein kann, wird eine
korrekte Kondensatschicht in dem Zylinder erreicht, durch
die eine effiziente Wirksamkeit von Spoilerstegen (Teil
21 in Fig. 5) gewährleistet wird. Die Dicke des
Abstandsstückes 10 beträgt besonders vorteilhaft 1,5 bis 2,0 mm,
jedoch ist eine Dicke bis zu 10 mm möglich.
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Figur 3 zeigt einen rotierenden Kondensataufnahmeschuh 11
nach dem Stand der Technik ohne ein solches Abstandsstück
10, welches die Dicke der Kondensatschicht vergrößert.
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Figur 4a stellt das Vorderende eines weiteren
Kondensataufnahmeschuhs gemäß dem Stand der Technik dar. Dabei ist
wiederum zu erkennen, daß konventionelle rotierende
Kondensataufnahmeschuhe auf eine dünne Kondensatschicht und
ein geringes Volumen an Durchblaßdampf ausgerichtet sind.
Das Abstandsstück 10 kann auch an den Rüssel eines
solchen Kondensataufnahmeschuhs gemäß Figur 4a angebracht
werden, wie dies in Figur 4b dargestellt ist.
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Figur 5 stellt eine Anordnung gemäß dem US-Patent 4195417
zur Verbesserung des Wärmeübergangs in einem
Trocknungszylinder dar. Diese Spoilerstege 21 müssen in dem
Zylinder relativ zueinander im korrekten Winkelabstand
angeordnet sein, um einen effizienten Wärmeübergang durch die
Zylinderwand 4 zu gewährleisten. Andererseits wird der
Wärmeübergang nicht verbessert, wenn die Kondensatmenge
in dem Zylinder nicht ausreichend ist.
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Figur 6 zeigt die Gesamtvorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Kombination des Kondensat-Absaugschuhs 1 und der
Spoilerstege 21 verbessert den Wärmeübergang in
vorhandenen Zylindern und Walzen, die mit rotierenden
Wasserabschneidern
ausgerüstet sind. Aufgrund des verbesserten
Wärmeübergangs besteht die Möglichkeit zu einer Erhöhung
der Produktionsleistung vorhandener Trocknungszylinder.
Dadurch wird auch die Wirtschaftlichkeit der
Produktionslinie erhöht.