DE69429941T3

DE69429941T3 - Verfahren und Modul zum Trocknen sowie ihre Anwendung in Trockenpartien insbesondere von Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen

Info

Publication number: DE69429941T3
Application number: DE69429941T
Authority: DE
Inventors: Antti Ilmarinen; Jouko Yli-Kauppila; Väinö Sailas; Heikki Ilvespää; Pertti Heikkilä; Matti Korpela; Henrik Pettersson; Pekka Taskinen; Antti Kuhasalo; Ilkka Jokioinen; Mikko Karvinen; Dick Parker
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2014-03-22
Also published as: EP0620313B2; CA2119324C; FI931263A; FI100013B; EP1146169A2; DE69433973D1; DE69429941T2; DE69429941D1; ATE274614T1; EP1146169B1; CA2119324A1; DE69433973T2; EP0620313A3; FI931263A0; ATE213796T1; EP0620313A2; EP1146169A3; EP0620313B1; US5495678A; US5653041A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen einer Papierbahn, bei welchem Verfahren die Papierbahn über die Länge des Abschnitts der Bahn, der getrocknet wird, gestützt wird von einem Trockensieb ohne nennenswert lange offene Züge der Bahn.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Trockenmodul für die Trockenpartie einer Papiermaschine, welches Modul insbesondere bestimmt ist für Trockenpartien von Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen, deren Laufgeschwindigkeit v ≈ 25 ... 40 m/s beträgt, und welches Trockenmodul eine Trockensiebschleife aufweist, die von Führungswalzen, Trockenzylindern und einer Umkehr-Saugwalze geführt wird.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Trockenpartie, die die vorstehend erwähnten Trockenmodule aufweist.
Die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 17 basieren auf Dokument EP-A-0 383 744 .
Die höchsten Bahngeschwindigkeiten in Papiermaschinen erreichen gegenwärtig bereits eine Größenordnung von 25 m/s. In Kürze wird jedoch der Geschwindigkeitsbereich von 25 ... 40 m/s in Gebrauch genommen werden. Dann wird ein Engpass für die Lauffähigkeit einer Papiermaschine die Trockenpartie sein, deren Länge, sofern herkömmliche Mehrzylindertrockner angewendet würden, zusätzlich inakzeptabel groß würde. Wenn ein heutiger Mehrzylindertrockner mit einer Bahngeschwindigkeit von 40 m/s betrieben würde, würde er ungefähr 70 Trockenzylinder aufweisen und wäre seine Länge in Maschinenrichtung ungefähr 180 m. In einem solchen Fall würde der Trockner ungefähr 20 verschiedene Siebgruppen und eine entsprechende Anzahl von Zügen zwischen den Gruppen aufweisen. Es kann angenommen werden, dass in einem Geschwindigkeitsbereich von 30 ... 40 m/s die Lauffähigkeit normaler herkömmlicher Mehrzylindertrockner auch nicht annähernd befriedigend wäre. Vielmehr würde es zu einer großen Anzahl von Bahnbrüchen kommen, wodurch das Leistungsvermögen der Papiermaschinen gesenkt würde.
In einem Geschwindigkeitsbereich von 30 ... 40 m/s und bei höheren Geschwindigkeiten würden die Mehrzylindertrockner nach dem Stand der Technik ferner unökonomisch werden, weil die Anlagekosten einer übermäßig langen Papiermaschinenhalle übertrieben hoch würden. Es kann geschätzt werden, dass die Kosten einer Papiermaschinenhalle gegenwärtig üblicherweise ungefähr 1 Mio FIM je Meter in Maschinenrichtung betragen.
In einer Papiermaschinenhalle ist üblicherweise Raum vorhanden in Richtung der Höhe, und daher ist vorgeschlagen worden, die Zylinder in einem Mehrzylindertrockner in vertikalen Stapeln anzuordnen. In einem solchen Fall sind insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten die Probleme der Lauffähigkeit und der Beseitigung des Fertigungsausschusses besonders ausgeprägt, und sie können wahrscheinlich nur äußerst schwierig im Geschwindigkeitsbereich von 30 ... 40 m/s gelöst werden. Im Hinblick auf diesen Stand der Technik wird Bezug genommen auf Dokument EP-A-0 383 744 , das dem Dokument FI-B-82097 entspricht.
Ein Parameter, der die Trockenleistung der Mehrzylindertrockner nach dem Stand der Technik beschreibt, ist die Menge des Wassers, das in der Trockenpartie je Einheit der von der zu trocknenden Bahn überdeckten Bodenfläche und je Zeiteinheit verdampft. Bei den Mehrzylindertrocknern gemäß dem Stand der Technik liegt dieser Parameter typischerweise im Bereich von 50 ... 80 Kilogramm H₂O je Quadratmeter und Stunde (kg H₂O/m²/h).
Es ist im Stand der Technik bekannt, zur Verdampfungstrocknung der Papierbahn verschiedene Aufblas/Durchblaseinheiten zu verwenden. Solche Einheiten sind insbesondere zum Trocknen von Hygienepapier benutzt worden. Im Hinblick auf diesen Stand der Technik wird beispielsweise Bezug genommen auf die folgenden Dokumente: US-A-3 301 764 , US-A-3 418 723 , US-A-3 447 247 , US-A-3 541 697 , US-A-3 956 832 , US-A-4 033 049 , CA-B-2061976 , FI-B-57457 und FI-B-87669 .
Der in dem Dokument US-A-4 033 049 beschriebene Papierbahntrockner ist nicht geeignet für die bei der vorliegenden Erfindung vorgesehenen hohen Geschwindigkeiten von v > 25 m/s, und insbesondere nicht in einem Geschwindigkeitsbereich von v ≈ 30 ... 40 m/s oder höher. In dieser Beziehung und bezüglich anderer Aspekte hat die Lösung gemäß diesem Dokument die folgenden Nachteile. Gemäß diesem Dokument ist innerhalb der Stützgewebeschleife ein Saugkasten eingebaut, wobei mittels dieses Saugkastens sowohl eine große Saugwalze als auch die unterhalb der Saugwalze und zwischen den äußeren beheizten Walzen angeordnete Tasche einem negativen Druck ausgesetzt werden. In einem solchen Fall besteht ein Problem in den seitlichen Abdichtungen, durch die beträchtliche Luftmengen entweichen. Die Leckageluft erzeugt ihrerseits eine starke Luftströmung in Querrichtung der Maschine in den seitlichen Bereichen der Bahn, die den stabilen Lauf der Bahn durch den Trockner und demzufolge die Lauffähigkeit und die Leistungsvermögen der gesamten Maschine beeinträchtigt. Aufgrund der großen Menge Leckageluft erfordert die Beaufschlagung der Tasche und der großen Saugwalze mit negativem Druck von der Höhe, die bei hohen Geschwindigkeiten zur Gewährleistung eines stabilen Laufs der Bahn notwendig ist, große Luftleitungen und Gebläse und verursacht daher einen hohen Energieverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Lösungen für die vorstehend erörterten Probleme zu schaffen.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen Verfahrens zur Verdampfungstrocknung der Papierbahn, eines neuen Trockenmoduls und einer Trockenpartie, die von diesem Gebrauch macht, wobei diese geeignet sein sollen für Verwendung bei hoher Bahngeschwindigkeit von v > 25 m/s und diese Geschwindigkeiten am zweckmäßigsten in der Größenordnung von v ≈ 30 ... 40 m/s oder sogar höher liegen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neue Lösungen zum Trocknen für den vorstehend erwähnten Geschwindigkeitsbereich zu schaffen, so dass trotz der sehr hohen Bahngeschwindigkeit die Lauffähigkeit der Trockenpartie auf einem befriedigenden Niveau gehalten werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trockenpartie zu schaffen, bei der sowohl Kontakttrocknung auf einem Trockenzylinder als auch Aufblastrocknung in neuer, synergistischer Weise angewendet werden.
Es ist eine weitere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, mittels eines Aufblasstromes die Trocknungsgeschwindigkeit zu erhöhen und dadurch die Trockenpartie kürzer zu machen, was zu einer verbesserten Lauffähigkeit des Trockners beiträgt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Anlage zum Trocknen, mittels derer in dem hohen Geschwindigkeitsbereich die Länge der Trockenpartie in Maschinenrichtung dennoch vernünftig wird, so dass ihre Länge zumindest nicht wesentlich größer als die Länge der herkömmlichen Zylindertrockner wird. Wenn dieses Ziel erreicht werden kann, würde dies Erneuerungen und Modernisierungen von Papiermaschinen in bestehenden Papiermaschinenhallen bis zu einer Bahngeschwindigkeit von v ≈ 40 m/s und sogar höher ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Trockenverfahrens und einer Trockenpartie, die von dem Verfahren Gebrauch macht, bei denen die Bahn über die gesamte Länge der Trockenpartie zuverlässig am Trockensieb festgehalten wird, so dass Querschrumpfung der Bahn weitgehend verhindert werden kann, wodurch Inhomogenität der Bahn in Querrichtung, die aus einem ungleichmäßigen Schrumpfungsquerprofil resultiert, vermieden werden kann.
Um die vorstehend angegebenen Ziele zu erreichen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Trockenmodul die Merkmale des Anspruchs 17.
Der Rahmen der Erfindung schließt auch solche Trockenpartien ein, bei denen Module gemäß der Erfindung an geeigneten Orten angewendet werden zusammen mit herkömmlichen Zylindergruppen, insbesondere zusammen mit sogenannten ”normalen” Zylindergruppen mit Einsiebführung, in welchen Gruppen die Trockenzylinder in der oberen Reihe und die Umkehr-Saugwalzen in der unteren Reihe oder umgekehrt angeordnet sind. Zwischen diesen Gruppen und den erfindungsgemäßen Modulen werden vorzugsweise geschlossene Züge in den Gruppenzwischenräumen angewendet. Für Trockenpartien dieser Art wird die Bezeichnung ”Hybrid-Trockenpartie” verwendet.
Bei der vorliegenden Erfindung sind das herkömmliche Aufblastrocknen und das Kontakttrocknen mittels beheizter Kontakt-Trockenzylinder auf eine neue Weise kombiniert worden. Damit die Ziele der Erfindung bei den hohen in Betracht gezogenen Bahngeschwindigkeiten v > 25 m/s, insbesondere im Geschwindigkeitsbereich von v ≈ 30 ... 40 m/s, erreicht werden können, müssen die Trockenschritte und die Geometrie der Trockenmodule auf die neue Weise gemäß der Erfindung ausgebildet sein. Ferner ist bei der Erfindung der im Hinblick auf die Lauffähigkeit der Trockenpartie entscheidende Faktor berücksichtigt worden, dass dann, wenn die Bahn, gestützt vom Sieb, auf den Aufblas-Trockenzylindern und auf Umkehr-Saugwalzen angeordnet ist, dazu neigt, aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkräfte vom Trockensieb getrennt zu werden, wobei die Trennkraft proportional zum Faktor v²/r und r der Zylinder- oder Walzenradius ist. Um diese Trennung zu verhindern, ist an den Aufblas-Trockenzylindern und Umkehr-Saugwalzen eine Druckdifferenz ausgebildet, die so hoch dimensioniert ist, dass in allen Fällen die Trennung der Bahn verhindert wird, so dass die Lauffähigkeit auch diesbezüglich erhalten bleibt.
Bei der Erfindung wird als das Trockengas vorzugsweise entweder Luft oder überhitzter Dampf verwendet. Der Zustand des Trockengases wird in jeder Trocknungsstufe gewählt unter Berücksichtigung der Art und Weise, in der in jeder bestimmten Trocknungsstufe das Wasser am Fasergefüge der Papierbahn gebunden ist. Auf diese Weise ist ein Trocknungsprozess geschaffen, der sowohl im Hinblick auf die Papierqualität als auch im Hinblick auf die Trocknung optimal ist.
In einem Trockenmodul gemäß der Erfindung können als Aufblas-Trockenzylinder und als Umkehr-Saugwalze am zweckmäßigsten solche Trockenzylinder und Umkehr-Saugwalzen, die mit genuteten und perforierten Mänteln versehen sind, verwendet werden, wie sie von der Anmelderin unter dem Warenzeichen VAC^TM-Walze vertrieben werden und deren Einzelheiten durch das Dokument FI-B-83680 (äquivalent zu US-A-5 022 163 ) verdeutlicht werden. Da die Bahn vorzugsweise über die gesamte Länge der Trockenpartie fest in Kontakt mit dem Trockensieb gehalten wird, wobei auf den gekrümmten Sektoren, auf denen die Bahn außen bleibt, eine Druckdifferenz angewendet wird, wird Querschrumpfung der Bahn während der Trocknung verhindert, so dass Inhomogenität der Bahn in Querrichtung, die durch ein ungleichmäßiges Schrumpfungsquerprofil entsteht, beseitigt ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Trockenmodul oder in mehreren aufeinanderfolgenden Modulen kann die Trockenhaube des Aufblas- Trockenzylinders in Querrichtung der Maschine mit Hilfe von Wänden, die in Maschinenrichtung angeordnet sind, in eine Anzahl von Blöcken unterteilt sein. In diese Blöcke werden Trockengase mit verschiedener Temperatur, Feuchtigkeit und/oder mit verschiedenem Druck geleitet, oder in diesen Blöcken werden Sätze von Trockengasstrahlen mit verschiedenen Geschwindigkeiten angewendet. Auf diese Weise kann die Trocknung der Papierbahn in Querrichtung reguliert werden und kann ein günstiges Feuchtigkeitsprofil erhalten werden, das eine bestimmte Form, üblicherweise eine gleichmäßige Form, in Querrichtung hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Trockenpartie gemäß der Erfindung befinden sich zwischen zwei Aufblas-Zylindern (großen Zylindern), die innerhalb derselben Stützgewebeschleife angeordnet sind, zwei Kontakt-Trockenzylinder sowie zwischen diesen eine Umkehr-Saugwalze mit kleinerem Durchmesser. Dies resultiert aus praktischen Einschränkungen bei der Konstruktion einer Aufblashaube mit einer maximal großen Bedeckungsfläche um einen Zylinder, während es gleichzeitig wünschenswert ist, eine maximal wirksame Stützung der Bahn zwischen den Aufblas-Zylindern zu erhalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in dem ersten Trockenmodul oder in den ersten Trockenmodulen größere Durchmesser der großen Zylinder und Kontakt-Trockenzylinder angewendet als in dem späteren Trockenmodul oder den späteren Trockenmodulen, in welchem bzw. welchen es vorzuziehen ist, solche Durchmesser der großen Zylinder und Kontakt-Trockenzylinder sowie der Umkehr-Saugwalzen anzuwenden, wie sie im Hinblick auf die Qualität des zu erzeugenden Papiers und im Hinblick auf die Maschinenkonstruktion als optimal gewählt worden sind. Mittels der großen Zylinderdurchmesser des ersten Trockenmoduls oder der ersten Trockenmodule werden im anfänglichen Abschnitt der Trockenpartie auf den verschiedenen Zylindern überdurchschnittlich hohe Trockenenergien und längere Verweilzeiten der Bahn verfügbar, und dadurch können überdurchschnittlich große Wassermengen je Längeneinheit des Trockners in Maschinenrichtung verdampft werden. Auf diese Weise werden im anfänglichen Abschnitt der Trockenpartie der Trockengehalt sowie die Festigkeit der Bahn schnell auf einen solchen Wert angehoben, dass die Bahn zuverlässig überführt werden kann, und zwar auch, wenn notwendig, mittels offener Züge der Bahn. Wenn die größeren Zylinderdurchmesser angewendet werden, können ferner die Zentrifugalkräfte, die die Bahn vom Trockensieb zu trennen versuchen, kleiner gemacht werden, weswegen es auch möglich ist, niedrigere Werte des negativen Drucks an den Zylindern einzusetzen, was vorteilhaft ist sowohl im Hinblick auf die Anlagekosten als auch im Hinblick auf die Energiekosten.
Das Trockenverfahren und die Trockenmodule gemäß der vorliegenden Erfindung sind ferner besonders gut geeignet zur Modernisierung existierender Trockenpartien. In einem solchen Fall kann das Vorgehen beispielsweise derart sein, dass auf einem Teil der Länge der Trockenpartie, vorzugsweise am vorderen Ende der Trockenpartie, ein oder mehrere Trockenmodule gemäß der Erfindung angeordnet werden, deren Trockenleistung je Längeneinheit in Maschinenrichtung höher als durchschnittlich in der zu modernisierenden Trockenpartie ist. Nach diesen Trockenmodulen kann der existierende Mehrzylindertrockner verwendet werden, der vorzugsweise mehrere Siebgruppen aufweist. In einem solchen Fall ist beispielsweise ein solches hinteres Ende der Trockenpartie vorteilhaft, das ausschließlich Gruppen mit Einsiebführung aufweist, entweder sogenannte normale Gruppen und zwischen diesen entsprechende umgekehrte Gruppen oder ausschließlich sogenannte normale Gruppen. In einem solchen Fall können eine oder zwei letzte Gruppen aus einer Gruppe mit Doppelsiebführung bestehen, in der die Bahn freie Züge zwischen den Reihen aus Kontakt-Trockenzylindern hat, wobei auf diesen Zügen die Bahn entspannt werden kann. Als letzte Gruppe oder Gruppen kann eine Gruppe mit Doppelsiebführung verwendet werden, weil an dieser Stelle die Bahn ausreichend trocken und fest ist, so dass die freien Züge der Bahn kein schädliches Risiko des Bahnbruchs erzeugen.
Im folgenden wird die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellt sind.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer vollständigen Trockenpartie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine solche Abwandlung der in 1 gezeigten Trockenpartie, bei der am vorderen Ende der Trockenpartie eine normale Gruppe aus Trockenzylindern vorhanden ist, welche Gruppe mit Einsiebführung versehen ist.
3 zeigt eine bevorzugte Geometrie eines erfindungsgemäßen Trockenmoduls sowie die wichtigsten Dimensionierungsparameter und eine Kombination von Verdampfungsmitteln, die aus drei aufeinanderfolgenden Modulen besteht.
4 zeigt Umwälzeinrichtungen für das Trockengas in Verbindung mit der Haube eines Aufblas-Trockenzylinders.
5 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Umwälzeinrichtung für die Trockengase und Blasluftströme.
6 ist eine Schnittansicht gemäß den Linien XI-XI in den 5 und 6.
7 zeigt eine Abwandlung der Erfindung, bei der überdurchschnittlich große Zylinderdurchmesser in dem ersten Trockenmodul zur Anwendung kommen.
Zunächst wird ein Beispiel der Konstruktion eines Trockenmoduls 10 gemäß der Erfindung hauptsächlich unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. Das Trockenmodul 10 umfasst einen Aufblas-Trockenzylinder 15 mit großem Durchmesser D₁, für den im folgenden die Bezeichnung ”großer Zylinder” verwendet wird. Der Mantel 16 des großen Zylinders 15 ist mit durchgehenden Perforationen und/oder mit Nuten in seiner Außenfläche versehen (6), in welchen Nuten 16R durch die Perforationen im Mantel 16 oder auf andere Weise negativer Druck erzeugt werden kann, um die Bahn W in einem Sektor a auf der Oberfläche eines Trockensiebes 20 zu halten. Das Trockenmodul 10 umfasst Kontakt-Trockenzylinder 21, die in der Nähe des großen Zylinders 15 auf dessen beiden Seiten angeordnet sind. Die Kontakt-Trockenzylinder 21 haben eine glatte Außenfläche 21', die von innen beheizt ist. Für diese Zylinder 21 wird im folgenden die Bezeichnung ”Kontaktzylinder” verwendet, da die zu trocknende Bahn mittels des Trockensiebes 20 in direktem Kontakt mit ihnen gedrückt wird, wogegen die Bahn W auf dem Sektor a des großen Zylinders 15 auf dem Trockensieb 20 derart angeordnet ist, dass sich das Trockensieb 20 zwischen dem großen Zylinder 15 und der Bahn W befindet. Ferner umfasst das Trockenmodul 10 eine Umkehr-Saugwalze 22, die mit durchgehenden Perforationen versehen ist. Im folgenden wird die Bezeichnung ”Saugwalze” für die Walze 22 verwendet. Der große Zylinder 15 und die Saugwalze 22 sind am zweckmäßigsten als VAC^TM-Walzen, wie sie im Dokument FI-B-83680 (Äquivalent zu US-A-5 022 163 ) beschrieben sind, oder dergleichen ausgebildet. Diese sind mit Perforationen 16P versehen, die durch den Walzenmantel 16 bzw. 23 verlaufen und in die Nuten 16R in der Außenfläche des Walzenmantels münden (6). In diesen Nuten 16R wird aus dem negativen Druck p_o, der im Inneren der Mäntel 16; 23 des großen Zylinders 15 und der Saugwalze 22 herrscht, negativer Druck erzeugt. Der negative Druck p_o wird seinerseits mittels einer Vakuumpumpe 37; 38 durch eine Saugleitung 18; 38a erzeugt, die sich in einem Achslager des großen Zylinders 15 und der Saugwalze 22 befindet (4 und 5).
Ferner umfasst das Trockenmodul 10 das Trockensieb 20, das mittels Führungswalzen 25 geführt wird.
Die Durchlässigkeit des Siebes, d. h. die Durchlässigkeit für Luft, wird in im Hinblick auf die Erfindung in geeigneter Weise gewählt, und bei aufeinanderfolgenden verschiedenen Trockensieben ist es möglich, verschiedene Durchlässigkeiten und verschiedene Siebspannungen in Maschinenrichtung zu verwenden.
In einem Modul 10 gemäß der Erfindung wird die Papierbahn W in einem ersten Schritt dadurch getrocknet, dass sie mittels des Trockensiebes 20 gegen die Zylinderfläche 21', deren Durchmesser zu D₂ > 1,5 m gewählt ist, auf einem Sektor b gedrückt wird, dessen Größe b > 180° ist. Im nächsten Schritt wird die Papierbahn W, die auf der Oberfläche des großen Zylinders 15, dessen Durchmesser zu D₁ > 2 m gewählt ist, von dem Trockensieb 20 gestützt wird, wobei die Bahn W auf dem Trockensieb entlang dem Sektor a > 180° getragen wird, vorzugsweise im Bereich des gesamten Sektors a durch Verdampfung getrocknet mit Hilfe von Aufblastrocknung mittels eines Satzes von Trockengasstrahlen mit hoher Geschwindigkeit v_g ≈ 50 ... 150 m/s. Danach wird der vorstehend definierte erste Schritt wiederholt. Vor diesem ersten Schritt und/oder nach dem zuletzt erwähnten Schritt wird die zu trocknende Bahn über einen Sektor c der Saugwalze 22 geführt, wobei die Bahn W vom Trockensieb 20 gestützt wird und das Trockensieb 20 zwischen der Saugwalze 22 und der Bahn W angeordnet ist. Die Größe des Sektors c ist zu c > 160° gewählt, und der Durchmesser der Saugwalze 22 ist zu D₃ < D₂ gewählt. Der Geschwindigkeitsbereich des Satzes von Trockengasstrahlen, der verwendet wird, ist vorzugsweise v_g ≈ 80 ... 130 m/s.
Die Durchmesser der vorstehend erwähnten Zylinder und Walzen 15, 21, 22 und 25 werden mit D₁, D₂, D₃ bzw. D₄ bezeichnet. In einem Trockenmodul 10 gemäß der Erfindung gilt vorzugsweise D₁ > D₂ > D₃ > D₄. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Verhältnisse D₁/D₂ und D₂/D₃ innerhalb der folgenden Bereiche zu wählen: D₁/D₂ ≈ 1,0 ... 2,2, vorzugsweise D₁/D₂ ≈ 1,5 ... 1,7, D₂/D₃ ≈ 1,1 ... 2,2, vorzugsweise D₂/D₃ ≈ 1,2 ... 1,6, und D₃/D₄ ≈ 1,0 ... 2,5, vorzugsweise D₃/D₄ ≈ 1,5 ... 2,0.
Das Trockenmodul 10 gemäß der Erfindung ist so kompakt wie möglich insbesondere in der horizontalen Richtung, d. h. in der Maschinenrichtung, und seine in 3 gezeigten horizontalen Abmessungen l₁₀ und l₁₁ sind vorzugsweise wie folgt gewählt: l₁₁ = (0,8 ... 4,0)·D₁, vorzugsweise l₁₁ = (1,8 ... 3,0)·D₁. Die Höhenabmessungen h₁ und h₂ sind vorzugsweise so gewählt, dass gilt: h₂ = (0,1 ... 1,1)·D₂ und h₁/h₂ ≈ 2 ... 10, vorzugsweise h₁/h₂ ≈ 3 ... 6.
Bei dem Modul 10 gemäß der Erfindung sind die Sektoren, in denen das Trockensieb 20 und die Bahn W die Walzen 15 und 21 umschlingen, vorzugsweise so gewählt, dass gilt: a ≈ 180° ... 320°, vorzugsweise a ≈ 220° ... 300°, b ≈ 180° ... 300°, vorzugsweise b ≈ 210° ... 260°. Der Umschlingungssektor c der Bahn W auf der Saugwalze 22 (in 3) zwischen den Modulen 10₂ und 10₃ ist c ≈ 160° ... 300°, vorzugsweise c ≈ 200° ... 270°.
1 zeigt ein Trockenpartie einer Papiermaschine, die aus Trockenmodulen 10 der vorstehend beschriebenen Art besteht, wobei die Trockenpartie typischerweise für eine Bahngeschwindigkeit von 30 ... 40 m/s bestimmt ist. Die gesamte Trockenpartie ist innerhalb einer Haube 100 angeordnet. Die Papierbahn W wird durch die Öffnung 103 in der Haube 100 in das Innere der Haube 100 in Richtung des Pfeils W_in geleitet und wird am hinteren Ende der Trockenpartie durch die Öffnung 104 aus der Haube 100 in der Richtung des Pfeils W_out herausgeführt. In der Haube 100 ist in an sich bekannter Weise für Klimatisierung gesorgt, was durch die Lufteinlassleitung 105 illustriert ist, durch die trockene und möglicherweise erwärmte Luft durch die Düsen 101 und 101a und 101b in die Haube geleitet wird. Aus der Haube 100 wird Luft durch die Leitungen 106a und 106b abgeführt. Die Abluftströme werden mittels der Gebläse 102a und 102b erzeugt. Die feuchte Luft wird in Richtung der Pfeile A_out durch eine Wärmerückgewinnungsanlage zur Umgebungsluft abgeführt.
Gemäß 1 umfasst die Trockenpartie in Richtung der Ankunft der Bahn W_in zwei ”umgekehrte” Trockenmodule 10₁ und 10₂ , in denen die großen Zylinder 15 und diesen zugeordnete Trockenhauben 11 unterhalb angeordnet sind und die Paare von Kontaktzylindern 21 oberhalb angeordnet sind. Die umgekehrten Module 10₁ , 10₂ haben ein gemeinsames Trockensieb 20, das die Bahn W mit vollständig geschlossenem Zug durch die die umgekehrten Module 10₁ , 10₂ umfassende Gruppe trägt, wonach die Bahn W im geschlossenen Zug C₁ überführt wird auf das Trockensieb 20₂ einer folgenden Gruppe, die ”normale” Module 10₃ , 10₄ aufweist. Vom letztgenannten Sieb wird die Bahn im geschlossenen Zug C₂ auf das Trockensieb 20₃ einer folgenden Gruppe überführt, die umgekehrte Module 10₅ , 10₆ aufweist. Vom Trockensieb 20₃ wird die Bahn W im geschlossenen Zug C₃ zum Trockensieb 20₄ der letzten ”normalen” Gruppe überführt, die Module 10₇ , 10₈ aufweist.
In 1 ist die Gesamtlänge der Trockenpartie mit L₁ bezeichnet. Typischerweise beträgt die Länge einer Trockenpartie, wie sie in 1 gezeigt ist, L₁ ≈ 40 ... 60 m.
Gemäß dem, was vorstehend angegeben ist, beträgt die Verdampfungsgeschwindigkeit je Einheit von Länge·Breite, d. h. je von der zu trocknenden Bahn überdeckter Bodenfläche, 100 ... 160 kg H₂O/m²/h. Diese Geschwindigkeit beschreibt die Kompaktheit der Trockenpartie, d. h. den Ausnutzungsgrad des Raumes in Längsrichtung. In 1 befinden sich ungefähr 75 ... 80 Prozent der Länge der Bahn W entweder auf den Sektoren a der großen Zylinder 15, wo sie einem Aufblastrocknungseffekt ausgesetzt sind, oder auf den Zylindern 21, wo sie einem Trocknungseffekt der Kontakt-Trockenoberfläche ausgesetzt sind.
In 2 ist eine solche Abwandlung der in 1 gezeigten Trockenpartie und eine solche Hybrid-Trockenpartie dargestellt, bei der im Anfangsabschnitt der Trockenpartie eine normale Gruppe R₀ von Trockenzylindern vorhanden ist, in der Kontakt-Trockenzylinder 21a in der oberen Reihe und Umkehr-Saugwalzen 22a in der unteren Reihe angeordnet sind, wobei die Überführung der Bahn durch die Gruppe R₀ auf dem Trockensieb 20₁ als Einsiebführung stattfindet. Dieser Gruppe folgen eine Gruppe, die aus zwei aufeinanderfolgenden Trockenmodulen 20₁ und 20₂ gemäß der Erfindung besteht und mit einem Trockensieb 20₂ versehen ist, und ferner eine ”umgekehrte” Gruppe, die aus den Trockenmodulen 10₃ und 10₄ besteht und der eine ”normale” Gruppe folgt, die aus den Trockenmodulen 10₅ und 10₆ besteht und mit einem Trockensieb 20₄ versehen ist. Die durch Verdampfung zu trocknende Bahn wird von den Trockensieben 20₁ ... 20_N auf ihrer gesamten Länge gestützt, und die Überführung von einem Trockensieb 20 zum folgenden Trockensieb erfolgt mit vollständig geschlossenen Zügen C₁, C₂ und C₃. Wenn Trockenmodule gemäß der Erfindung verwendet werden, kann die Bahn W von einem Trockensieb auf das andere Trockensieb auch durch Verwendung kurzer (< 0,5 m) offener Züge überführt werden.
Wie 2 verdeutlicht, ist es möglich, mittels der Module 10 gemäß der Erfindung verschiedene sogenannte Hybrid-Trockenpartien zu bilden. Es sind ein oder mehrere Module 10 an geeigneten Orten vorhanden, und ferner sind in einer Hybrid-Trockenpartie Gruppen von Trockenzylindern vorhanden, vorzugsweise solche ”normalen” Gruppen R, bei denen die Kontakt-Trockenzylinder 21a in der oberen Reihe angeordnet sind und die Umkehr-Saugwalzen 22 in der unteren Reihe angeordnet sind. Im Bedarfsfall ist es jedoch auch möglich, sogenannte umgekehrte Gruppen zu verwenden, obwohl bei diesen dann, wenn Brüche auftreten, auf Schwierigkeiten bei der Handhabung des Fertigungsausschusses gestoßen wird.
Die wichtigsten Dimensionierungsparameter der Konstruktion einer Gruppe aus Modulen 10₁ , 10₂ , 10₃ , wie sie in 3 gezeigt ist, wurden bereits vorstehend beschrieben. In 3 ist das erste Modul 10₁ ein sogenanntes umgekehrtes Modul, in dem der große Zylinder 15 unterhalb angeordnet ist und das Paar aus Kontaktzylindern 21 oberhalb angeordnet ist. Die Bahn W wird von der Oberfläche des Trockensiebes 20₁ im Sektor c_o auf die Oberfläche des Siebes 20₂ überführt, das über die erste Saugwalze 22 im Modul 102 läuft. Im Anschluss daran wird die Bahn W auf der Saugwalze 22, auf der sie vom negativen Druck gehalten wird, der in den Nuten 16R im Walzenmantel herrscht (6), zu dem nächsten Kontaktzylinder 21 überführt, gegen dessen beheizte glatte Oberfläche die Bahn durch die Wirkung der Spannung des Siebes 20₂ im Sektor b gedrückt wird. Im Anschluss daran wird die Bahn W im wesentlichen direkt auf die genutete Oberfläche des großen Zylinders 15 überführt, auf der sie durch die Wirkung des in den Nuten 16R herrschenden negativen Drucks gehalten wird. Der Trockensektor a des großen Zylinders 15 ist so groß wie möglich, vorzugsweise a ≈ 300°. Nach dem Sektor a wird die Bahn W im wesentlichen direkt auf den nächsten Kontakt-Trockenzylinder 21 überführt, und nach dessen maximal großem Trockensektor b, vorzugsweise b ≈ 270°, wird sie mittels der Saugwalze 22 zum nächsten Trockenmodul 10₃ überführt.
4 zeigt die Konstruktion der Trockenhaube 11, die um den großen Zylinder 15 herum angeordnet ist, und die Umwälzeinrichtung für das Trockengas wie beispielsweise Luft oder überhitzten Dampf. Die Haube 11 ist durch eine Trennwand 12 in zwei Abteilungen 10a und 10b unterteilt. Das warme Trockengas wird in die Abteilungen 10a, 10b durch Zuführrohre 30 geleitet, aus denen das Trockengas durch eine Leitung 41 in die Düsenkammer 40 verteilt wird, die außen durch eine gekrümmte Wand 42 und innen durch ein Düsenfeld 43 begrenzt ist, das im Abstand eines sehr kleinen Spalts, Δ ≈ 10 ... 60 mm, vorzugsweise Δ ≈ 20 ... 30 mm, von der Außenseite der auf dem Trockensieb 20 laufenden Bahn W angeordnet ist. Der große Zylinder 15 weist den Mantel 15 mit durchgehenden Perforationen 16P und äußeren Nuten 16R auf, wobei die durchgehenden Perforationen 16P in die Nuten münden (6). Das Innere des großen Zylinders 15 steht durch eine Saugleitung 18, die in Verbindung mit einem Träger 17 eines Achslagers des Zylinders angeordnet ist, in Verbindung mit einem Saugrohr 19, das mit einer Saugpumpe 37 (5) in Verbindung steht, so dass ein negativer Druck p₀ ≈ 0,5 ... 20 kPa in den Nuten 16R in dem Mantel 16 erzeugt wird.
Auf dem Sektor a des großen Zylinders 15 ist die Bahn einer Druckdifferenz ΔP₁ ausgesetzt, die die zu trocknende Bahn gegen das Trockensieb 20 drückt, während die Bahn W auf der radial äußeren Seite des Trockensiebes angeordnet ist und aufgrund der Wirkung von Zentrifugalkräften, die proportional zu dem Faktor 2v²/D₁ sind, die Neigung hat, sich vom Trockensieb 20 zu trennen. Diesen Trennkräften wird mittels der Druckdifferenz ΔP₁ entgegengewirkt, die zwischen der Außenseite der Bahn und den Nuten 16R im Mantel 16 des großen Zylinders 15 wirkt. Die Druckdifferenz ΔP₁ wird in der Regel im Bereich von ΔP₁ = 1 ... 4 kPa gewählt. Für einen entsprechenden Zweck wird auf dem Sektor c der Umkehr-Saugwalzen 22, auf dem die Bahn W auf der radial äußeren Seite des Trockensiebes angeordnet ist, eine Druckdifferenz ΔP₂ verwendet, die in der Regel im Bereich von ΔP₂ = 1 ... 4 kPa gewählt wird. Diese Druckdifferenzen ΔP₁ und ΔP₂ werden mit Hilfe von negativem Druck erzeugt, der in das Innere des großen Zylinders 15 und der Umkehr-Saugwalze 22 durch eine Saugleitung 18; 38a geleitet wird, die in Verbindung mit dem Achslager des Zylinders oder der Walze angeordnet ist. Dieser negative Druck erzeugt auch die Leckströme F₁, F₂ außerhalb der Sektoren a und c, die im folgenden erläutert werden.
Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, tritt in dem Sektor 360° – a des großen Zylinders 15, d. h. in dem Sektor der nicht vom Trockensieb 20 bedeckt ist, ein Leckstrom F₁ durch den Zylindermantel 16 zum Inneren des Zylinders auf, wobei jedoch durch geeignete Dimensionierung der Drosselung in den durchgehenden Perforationen 16P, d. h. des Strömungswiderstandes, dieser Leckstrom F₁ auf einen solchen Wert gebracht werden kann, dass er die Ausbildung einer ausreichenden Druckdifferenz ΔP₁ in die Nuten 16R nicht stört. Ein entsprechender Leckstrom tritt auch an den freien Sektoren 360° – c der Saugwalzen 22 auf. In den 3 und 5 ist dieser Leckstrom mit F₂ bezeichnet. Der große Zylinder 15 und ebenso die Umkehr-Saugwalze 22 können auch mit inneren Saugkästen und Dichtungselementen versehen sein, um die Leckströme zu minimieren.
5 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Umwälzeinrichtung für die Trockengase und Blasluftströme. In die Abteilungen 10a und 10b der Haube 11 werden die Einlassströme B_in durch die Zuführrohre 30 geleitet. Der Zustand des Einlassgases, das in die verschiedenen Abteilungen 10a und 10b geleitet wird, kann verschieden sein. Die Einlassströme B_in werden mit Hilfe von Regulierungsklappen 31 reguliert. Aus dem Düsenfeld 43 werden die hochenergetischen warmen Trockengasströme mit einer hohen Geschwindigkeit v_g = 50 ... 150 m/s auf die Außenseite der Bahn W aufgebracht, wodurch sogenannte Aufblastrocknung oder ”Aufpralltrocknung” erzeugt wird. Gemäß 5 werden Luftblasungen aus Ausstoß-Blaskästen 13 aus Gebläsen 36 in Richtung der Pfeile B₃ geliefert, wobei mittels dieser Blasungen die Erzeugung von Druck in den Auflauf-Spalträumen N+ verhindert wird. Eines der Achslager der Saugwalzen 22 umfasst die Saugleitung 38a, durch die in Richtung der Pfeile B₅ aus den Innenräumen in den Saugwalzen 22 mittels einer Saugpumpe 38 ein Saugstrom geleitet wird. Auf diese Weise wird auf der Außenseite des perforierten und genuteten Mantels 23 der Saugwalze 22 negativer Druck erzeugt, mittels dessen die Bahn W in Verbindung mit der Saugwalze 22 und dem Trockensieb 20 gehalten wird, während sie auf dem Sektor c auf der radial äußeren Seite des Trockensiebes läuft. Ferner zeigt 5, dass ein Ersatzluftstrom mittels eines Gebläses 39 in Richtung des Pfeils B₄ durch eine Leitung 14 geleitet wird, damit Ersatzluft für die Haube 100 vorhanden ist. Die Leitung 14 entspricht den in 1 und 2 gezeigten Blasdüsen 101.
6 zeigt eine axiale Schnittansicht des Mantels 16; 23 des großen Zylinders 15 und der Umkehr-Saugwalze 22 gemäß den Linien XI-XI in den 4 und 5. Die Mäntel 16; 23 sind mit den ringförmigen Nuten 16R versehen, die entlang ihrer Außenflächen verlaufen, wobei die Tiefe der Nuten mit r_o und die Breite der Nuten mit l_o bezeichnet sind und die Mantelabschnitte mit voller Wandstärke, die sich zwischen den Nuten befinden, mit l₁ bezeichnet sind. Die Perforationen 16P, die durch den Mantel 16; 23 verlaufen, münden in die Böden der Nuten 16R. Der Durchmesser der Löcher ist mit ϕ bezeichnet, und die volle Wandstärke des Mantels 16; 23 mit r₁. Im folgenden wird ein bevorzugtes Beispiel für die Dimensionierung eines genuteten Mantels, wie er in 6 gezeigt ist, angegeben: r_o ≈ 5 mm, l_o ≈ 5 mm, r₁ ≈ 20 mm, l₁ ≈ 15 mm, ϕ ≈ 4 mm. Die Häufigkeit der Perforationen 16P und die Durchmesser sind vorzugsweise so gewählt, dass der Prozentsatz der Löcher an der Gesamtfläche der Böden der Nuten 16R ungefähr 1 ... 3% beträgt.
7 zeigt eine solche bevorzugte Abwandlung der Erfindung, bei der in den ersten zwei Trockenmodulen 10₁ und 10₂ , die im Anfangsabschnitt der Trockenpartie angeordnet sind, größere Durchmesser D_1A, D_2A und D_3A der Zylinder 15A und 21A und der Walzen 22A verwendet werden als in den folgenden zwei Trockenmodulen 10₃ und 10₄ , bei denen die entsprechenden Durchmesser mit D₁, D₂ und D₃ bezeichnet sind. Die ersten Trockenmodule 10₁ und 10₂ haben ein gemeinsames Trockensieb 20₁ , und in entsprechender Weise haben die folgenden zwei Trockenmodule 10₃ und 10₄ ein gemeinsames Trockensieb 20₂ .
Mittels der überdurchschnittlich großen Zylinderdurchmesser D_1A, D_2A und D_3A können der zu trocknenden Bahn W längere Verweilzeiten gegeben werden, so dass mittels der Module 10₁ und 10₂ je horizontaler Längeneinheit der Trockenpartie in Maschinenrichtung größere Wassermengen als im Durchschnitt verdampft werden können, d. h. die Intensität der Trocknung durch diese Maßnahme im Anfangsabschnitt der Trockenpartie erhöht werden kann. Auf diese Weise können in den Modulen 10₁ und 10₂ der Trockengehalt und die Festigkeit der zu trocknenden Bahn schnell auf einen angemessenen Wert angehoben werden, so dass es im Bedarfsfall auch möglich ist, die Verwendung offener Zwischenräume in den folgenden Trockenstufen zu beginnen. Aufgrund der größeren Durchmesser D_1A, D_2A und D_3A der Zylinder 15A und 21A und der Walzen 22A bei den Zylindern 15A und den Walzen 22A ist es auch möglich, niedrigere Werte des negativen Drucks anzuwenden, was einen Vorteil darstellt sowohl im Hinblick auf die Anlagekosten als auch die Energiekosten.
In der folgenden Tabelle wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bezüglich der Dimensionierung der Durchmesser D_1A, D_2A, D_3A, D₁, D₂ und D₃ der in 7 gezeigten Zylinder 15A, 21A, 22A, 15, 21, 22 angegeben.

D_1A 3,2 m D_2A 2,4 m D_3A 1,8 m

D₁ 2,4 m D₂ 1,8 m D₃ 1,5 m
Wenn das Verhältnis der Zylinderdurchmesser in den ersten Trockenmodulen 10₁ , 10₂ und in den folgenden Trockenmodulen 10₃ , 10₄ mit k bezeichnet wird, gilt vorzugsweise k = D1A/D1 ≈ D2A/D2 ≈ D3A/D3
Das vorstehend erwähnte Verhältnis k wird vorzugsweise im Bereich von k = 1,2 ... 1,5 gewählt in Abhängigkeit vom Anwendungsfall und der Papierqualität. Die Zylinderdurchmesser D₁, D₂ und D₃ in den hinteren Trockenmodulen 10₃ und 10₄ werden so gewählt, dass die Trocknerkonstruktion und der Trockenprozess beide optimiert sind im Hinblick auf die erzeugte Papierqualität, die Lauffähigkeit und die Maschinenkonstruktion. Im Hinblick darauf werden aus den vorstehend genannten Gründen in den ersten Modulen 10₁ und 10₂ wesentlich größere Zylinderdurchmesser D_1A, D_2A und D_3A angewendet.
Gemäß 7 folgt den Trockenmodulen 10₁ , 10₂ , 10₃ und 10₄ eine herkömmliche Gruppe R₃ mit Einsiebführung, deren Trockensieb mit dem Bezugszeichen 20₃ bezeichnet ist, deren Kontakt-Trockenzylinder in der oberen Reihe mit dem Bezugszeichen 21a bezeichnet sind und deren Umkehr-Saugwalzen in der unteren Reihe mit dem Bezugszeichen 22a bezeichnet sind.
Gemäß 7 wird als die letzte Gruppe RTW_N in der Trockenpartie eine an sich bekannte Gruppe mit Doppelsiebführung verwendet, in der die Bahn W freie ungestützte Züge W_o zwischen den Reihen von Kontakt-Trockenzylindern 21c und 21d hat. In der Gruppe RTW_N mit Doppelsiebführung sind ein oberes Sieb 20c, das mit Hilfe von in den Lücken zwischen den Trockenzylindern 21c angeordneten Führungswalzen 22c geführt wird, und ein entsprechendes unteres Sieb 20d vorhanden, das mit Hilfe von in den Lücken zwischen den Trockenzylindern 21d in der unteren Reihe angeordneten Führungswalzen 22d geführt wird.
Die in 7 gezeigte Trockenpartie ist insbesondere geeignet für Modernisierungen bestehender Trockenpartien in der Weise, dass die Gruppen R₃ ... R_n mit Einsiebführung und/oder die Gruppe RTW_N mit Doppelsiebführung horizontale Gruppen im hinteren Ende der zu modernisierenden Trockenpartie sind und die alten Gruppen am vorderen Ende ersetzt werden durch Trockenmodule 10₁ , 10₂ , 10₃ und 10₄ gemäß der Erfindung. Auf diese Weise können die Trockenleistung und die Lauffähigkeit so erhöht werden, dass die Bahngeschwindigkeit in der Trockenpartie auf den Wert erhöht werden kann, der durch die Modernisierung der Papiermaschinen gefordert ist. Das in 7 gezeigte Konzept kann auch in der Weise angewendet werden, dass die Gruppen R₃ ... R_n und/oder RTW_N durch einen oder mehrere Trockenmodule 10₅ ... 10_N gemäß der Erfindung ersetzt werden.
Bei dem Trockenverfahren und der Trockenpartie gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, eine Anordnung zur Steuerung und Regulierung des Trockenquerprofils des Papiers vorzusehen. Dies kann in der Weise realisiert werden, dass eines oder mehrere Trockenmodule 10 mit einer solchen Haube 11 für einen Aufblas-Trockenzylinder 15 versehen werden, dass die Haube 11 in Querrichtung der Maschine in mehrere Blöcke unterteilt ist, vorzugsweise mit Hilfe von senkrechten Trennwänden, die in Maschinenrichtung angeordnet sind (nicht dargestellt). In diese Blöcke werden Trockengase mit im Vergleich miteinander verschiedener Temperatur, Feuchtigkeit und verschiedenem Druck geleitet. Stattdessen oder zusätzlich ist es möglich, in verschiedenen Blöcken Sätze von Trockengasstrahlen mit verschiedenen Geschwindigkeiten anzuwenden. Mittels einer solchen Anordnung kann die Trocknung der Papierbahn W in Querrichtung reguliert werden und kann der Papierbahn ein Feuchtigkeitsquerprofil mit genau der gewünschten Form, üblicherweise gleichmäßiger Form, gegeben werden. Die Realisierung dieser Regulierung von Block zu Block bei der Steuerung des Feuchtigkeitsquerprofils ist an sich in verschiedenen Zusammenhängen bekannt, so dass sie im vorliegenden Zusammenhang nicht ausführlicher erläutert wird und in den Figuren nicht dargestellt ist.

Im folgenden wird ein Simulationsbeispiel in Form einer Tabelle angegeben, die die Verdampfungsleistungen in einem Trockenmodul gemäß der Erfindung betrifft, wenn Hindurchtrocknung auf dem großen Zylinder 15 nicht angewendet wird. In der folgenden Tabelle gibt Spalte a) die Verdampfungsleistungen im vorderen Ende der Trockenpartie ausgedrückt mit den Einheiten kg H₂O/h (Kilogram H₂O je Stunde) wieder und gibt Spalte b) die entsprechenden Verdampfungsleistungen im hinteren Ende der Trockenpartie wieder. Ferner sind die Trocknungsleistungen der verschiedenen Teile des Moduls in der folgenden Tabelle auch als Prozentsätze der Gesamtverdampfungsleistung des Moduls 10 wiedergegeben.

	a)		b)
	kg H₂O/h	%	kg H₂O/h	%
großer Zylinder (15)	4429,7	67,7	4884,1	76,1
erster Kontaktzylinder (21)	544,7	8,3	513,7	8,0
Saugwalze (22)	1140,9	17,5	671,6	10,5
zweiter Kontaktzylinder (21)	421,8	6,5	344,9	5,4
	gesamt	100,0	gesamt	100,0

Wie sich aus der vorstehenden Tabelle ergibt, finden ≈ 65 ... 75% der gesamten Verdampfungsleistung des Moduls 10 auf dem großen Zylinder 15 statt, während der Rest der Verdampfungsleistung im wesentlichen gleichmäßig aufgeteilt ist zwischen dem Paar von Kontaktzylindern 21 und der Umkehr-Saugwalze 22.
Es folgen die Patentansprüche. Die verschiedenen Einzelheiten der Erfindung können Abwandlungen aufweisen im Rahmen der erfinderischen Idee, die in den Ansprüchen definiert ist, und können verschieden sein von dem, was vorstehend lediglich als Beispiel beschrieben worden ist.

Claims

Verfahren zum Trocknen einer Papierbahn (W) in der Trockenpartie einer Papiermaschine, bei welchem Verfahren die Papierbahn (W) über die Länge des Abschnitts der Bahn, der getrocknet wird, gestützt wird von einem Trockensieb (20) ohne nennenswert lange offene Züge der Bahn (W), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) die Papierbahn (W) wird kontaktgetrocknet, indem sie mittels des Trockensiebes (20) gegen die Zylinderfläche (21') eines Kontakt-Trockenzylinders (21) gedrückt wird, der einen Durchmesser D₂ > 1,5 m hat, wobei der Trockensektor b auf dem Kontakt-Trockenzylinder (21) zu b > 180° gewählt ist; (c) ein im Wesentlichen mit Schritt (a) übereinstimmender Schritt wird ausgeführt; (d) vor Schritt (a) oder nach Schritt (c) wird die zu trocknende Bahn (W) über einen Sektor c einer Saugwalze (22) geführt, der einem negativen Druck ausgesetzt ist, während die Bahn (W) auf dem Trockensieb (20) gestützt ist und das Trockensieb zwischen der Saugwalze (22) und der Bahn (W) angeordnet ist, wobei die Größe dieses Sektors zu c > 160° gewählt ist und der Durchmesser D₃ der Saugwalze (22) zu D₃ < D₂ gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Verdampfungstrockung wird als Aufblastrockung durchgeführt mit Hilfe von Trockengasstrahlen hoher Geschwindigkeit, die auf die Bahn (W) auf dem Trockensieb (20) in einem Sektor a der Oberfläche eines Zylinders (15) mit großem Durchmesser aufgebracht werden, wobei das Trockensieb (20) zwischen der Oberfläche des Zylinders mit großem Durchmesser und der Bahn (W) angeordnet ist und wobei die Bahn (W) in dem Sektor a gegen das Trockensieb (20) gedrückt wird von einer Druckdifferenz, die auf die Bahn (W) aufgebracht wird und mit Hilfe eines negativen Drucks in der Oberfläche des Zylinders (15) mit großem Durchmesser erzeugt wird, wobei gilt a > 180° und der Zylinder (15) mit großem Durchmesser einen Durchmesser D₁ > 2 m hat; wobei in Schritt (b) auf dem Zylinder (15) mit großem Durchmesser Hindurchtrocknung nicht angewendet wird; und wobei ungefähr 65 bis 75% der gesamten Verdampfungsleistung in einem Trockenmodul (10), das den in Schritt (a) verwendeten Kontakt-Trockenzylinder (21), den in Schritt (c) verwendeten Kontakt-Trockenzylinder (21), den Zylinder (15) mit großem Durchmesser und die Saugwalze (22) aufweist, stattfindet auf dem Zylinder (15) mit großem Durchmesser, während der Rest dieser gesamten Verdampfungsleistung im Wesentlichen gleichmäßig aufgeteilt ist zwischen dem Paar von Kontakt-Trockenzylindern (21) und der Saugwalze (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verfahrens ausgeführt werden in der Reihenfolge (a), (b), (c), (d).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verfahrens ausgeführt werden in der Reihenfolge (b), (c), (d), (a).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu trocknende Papierbahn (W) durch die Schritte (a), (b), (c) und (d) mit einer Geschwindigkeit geführt wird, die eine Größenordnung von v ≈ 25 ... 40 m/s hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz ΔP₁, die in Schritt (b) auf die Bahn (W) aufgebracht wird, im Bereich von ΔP₁ ≈ 0,5 ... 20 kPa gewählt wird, dass in dem Schritt (d) auf die Bahn (W) eine Druckdifferenz ΔP₂ aufgebracht wird, die die Bahn auf dem Trockensieb (20) hält, wobei die Druckdifferenz ΔP₂ im Bereich von ΔP₂ ≈ 0,5 ... 5 kPa, vorzugsweise ΔP₂ ≈ 2 ... 3 kPa, gewählt ist, wobei die Druckdifferenzen ΔP₁ und ΔP₂ erzeugt werden mittels eines Unterdrucks, der in das Innere eines Mantels (16) des Zylinders (15) mit großem Durchmesser und eines Mantels (23) der Saugwalze (22) durch Saugleitungen (18; 38a) geleitet wird, die in Verbindung mit Achslagern des Zylinders (15) mit großem Durchmesser und der Saugwalze (22) angeordnet sind, wobei die Druckdifferenzen ΔP₁ und ΔP₂ wirksam sind zwischen der Außenseite der Bahn (W) und Nuten (16R) in der Außenfläche der Mäntel (16; 23).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensektor b gewählt ist zu b ≈ 180° ... 300°, vorzugsweise b ≈ 210° ... 260° und/oder dass der Sektor a gewählt ist zu a ≈ 180° ... 320°, vorzugsweise a ≈ 220° ... 300°, und/oder dass der Sektor c gewählt ist zu c ≈ 160° ... 300°, vorzugsweise c ≈ 200° ... 270°.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D₂ gewählt ist zu D₂ ≈ 1,5 ... 2,5 m, vorzugsweise D₂ ≈ 1,8 ... 2,2 m, und dass der Durchmesser D₁ gewählt ist zu D₁ ≈ 2 ... 5 m, vorzugsweise D₁ ≈ 2,4 ... 3,5 m, dass das Verhältnis der Durchmesser gewählt ist zu D₁/D₂ ≈ 1,0 ... 2,2, vorzugsweise D₁/D₂ ≈ 1,5 ... 1,7 m, und dass das Verhältnis der Durchmesser D₂ und D₃ gewählt ist zu D₂/D₃ ≈ 1,1 ... 2,2, vorzugsweise D₂/D₃ ≈ 1,2 ... 1,6.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Trockengasstrahlen hoher Geschwindigkeit in dem Schritt (b) gewählt ist im Bereich von v_g ≈ 50 ... 150 m/s, vorzugsweise im Bereich von v_g ≈ 80 ... 130 m/s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a), (b), (c) und (d) mit Stützung durch dasselbe Trockensieb (20_i ) einmal ausgeführt werden oder zweimal oder mehr als zweimal wiederholt werden, und dass danach die Bahn mit einem im Wesentlichen geschlossenen Zug (C) zu einem folgenden Trockensieb (20_i+1) überführt wird, auf dem gestützt die Schritte (a), (b), (c) und (d) ebenfalls ausgeführt werden, wobei zugleich diejenige Seite der Bahn (W), die sich an den Kontakt-Trockenzylindern (21) befindet, vorzugsweise so gewendet wird, dass sie entgegengesetzt wird in Bezug zu den Schritten (a), (b), (c) und (d), die auf dem vorangehenden Trockensieb (20_i ) ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a), (b), (c) und (d) 3 ... 12 mal wiederholt werden, wobei diese Schritte so ausgebildet sind, dass die Menge Wassers, die je Zeiteinheit und je Einheit der Bodenfläche, die von der zu trocknenden Bahn (W) überdeckt ist, verdampft wird, im Bereich von 100 ... 160 kg H₂O/m²/h liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und (b), (b) und (c), und (c) und (d) im Wesentlichen direkt nacheinander ausgeführt werden ohne nennenswert lange gerade gemeinsame Züge der Bahn (W) und des Trockensiebs (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten (a), (b), (c) und/oder (d) aus Ausstoß-Blaskästen (13) Ausstoß-Blasungen erfolgen zur Verhinderung der Induktion von Drücken in den Auflauf-Spalträumen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Trockenpartie mehr als eines der Trockenmodule (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Sätze von Trockengasstrahlen in den verschiedenen Trockenmodulen (10) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockengasstrahlen hoher Geschwindigkeit in Schritt (b) aus einer Trockenhaube (11) geblasen werden, die in zwei oder mehr Abteilungen (10a, 10b) unterteilt ist, in denen Sätze von Trockengasstrahlen mit verschiedener Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Blasgeschwindigkeit verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockengasstrahlen hoher Geschwindigkeit in Schritt (b) aus einer Trockenhaube (11) geblasen werden, die in der Richtung quer zur Laufrichtung der Bahn (W) in eine Anzahl von Blöcken unterteilt ist, dass in diese Blöcke Trockengase mit verschiedenen Temperaturen, Feuchtigkeiten und/oder Drücken geleitet werden oder in diesen Blöcken Sätze von Trockengasstrahlen mit verschiedenen Geschwindigkeiten verwendet werden und dass auf diese Weise die Trocknung der Papierbahn (W) in Querrichtung gesteuert und kontrolliert wird und ein Feuchtigkeitsprofil vorgegebener Form, üblicher Weise mit gleichmäßiger Form, erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Schritten (a), (b), (c) und (d) die Bahn (W) auch getrocknet wird mittels einer oder mehrerer Gruppen (R) von zusätzlichen Trockenzylindern, vorzugsweise Gruppen von Trockenzylindern mit Einsiebführung, wobei die Schritte (a), (b), (c) und (d) einmal oder mehrmals zwischen, vor und/oder nach dem Trocken mittels der Gruppen von zusätzlichen Trockenzylindern ausgeführt werden.
Trockenmodul (10) für die Trockenpartie einer Papiermaschine, welches Trockenmodul insbesondere bestimmt ist für die Trockenpartie einer Hochgeschwindigkeits-Papiermaschine, deren Laufgeschwindigkeit v ≈ 25 bis 40 m/s beträgt, und welches Trockenmodul (10) umfasst eine Schleife aus einem Trockensieb (20) zum Stützen einer zu trocknenden Bahn (W), Führungswalzen (25) zum Führen des Trockensiebs (20), zwei glattflächige beheizte Kontakt-Trockenzylinder (21), die außerhalb der Trockensiebschleife angeordnet sind, und eine Umkehr-Saugwalze (22), die in Laufrichtung der Bahn (W) vor oder nach den zwei Kontakt-Trockenzylindern (21) und innerhalb der Trockensiebschleife angeordnet ist, wobei der Durchmesser D₃ der Saugwalze (22) kleiner als der Durchmesser D₂ der Kontakt-Trockenzylinder (21) ist, wobei die Bahn (W) und das Trockensieb (20) auf den Kontakt-Trockenzylindern (21) über einen Kontaktsektor b geführt werden, der b > 180° ist, und wobei die Bahn (W) und das Trockensieb über einen Kontaktsektor c auf der Saugwalze (22) geführt werden, wobei der Kontaktsektor c einem negativen Druck ausgesetzt ist und c > 160° beträgt, gekennzeichnet durch einen Aufblas-Trockenzylinder (15) mit großem Durchmesser, der innerhalb der Trockensiebschleife und zwischen den zwei Kontakt-Trockenzylindern (21) sowie in deren Nähe angeordnet ist, wobei der Aufblas-Trockenzylinder (15) einen Durchmesser D₁ > 2 m mit D₁ > D₂ hat, wobei die Bahn (W) und das Trockensieb (20) auf dem Aufblas-Trockenzylinder (15) über einen Kontaktsektor a geführt werden, der a > 180° beträgt, wobei der Aufblas-Trockenzylinder (15) einen äußeren Mantel (16) aufweist, der mit Nuten (16R) und/oder Perforationen (16P) zum Aufbringen eines negativen Drucks auf die Bahn (W) versehen ist, damit die Bahn (W) in dem Kontaktsektor a auf der Fläche des Trockensiebes (20) gehalten wird, und durch eine Trockenhaube (11), die am Kontaktsektor a des Aufblas-Trockenzylinders (15) vorgesehen ist und in deren Innerem nahe der Außenseite der Bahn (W) ein Düsenfeld (43) vorhanden ist, durch das ein Satz von Trockengasstrahlen mit einer hohen Geschwindigkeit gegen die freie Außenseite der Bahn (W) in einem erheblichen Bereich des Kontaktsektors a aufgebracht werden kann, wobei auf dem Aufblas-Trockenzylinder (15) keine Durchblastrocknung angewendet wird, und wobei ungefähr 65 bis 75% der gesamten Verdampfungsleistung in dem Trockenmodul (10) auf dem Aufblas-Trockenzylinder (15) stattfindet, während der Rest der gesamten Verdampfungsleistung im Wesentlichen gleichmäßig aufgeteilt ist zwischen dem Paar von Kontakt-Trockenzylinders (21) und der Saugwalze (22).
Trockenmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser D₁, D₂ und D₃ so gewählt sind, dass gilt D₁/D₂ = 1,0 ... 2,2, vorzugsweise D₁/D₂ = 1,5 ... 1,7, und D₂/D₃ = 1,1 ... 2,2, vorzugsweise D₂/D₃ = 1,2 ... 1,6, und/oder dass die Kontakt-Trockenzylinder (21), der Aufblas-Trockenzylinder (15) und/oder die Saugwalze (22) in horizontaler Richtung und vertikaler Richtung in der Weise zueinander angeordnet sind und in der Weise dimensioniert sind, dass der horizontale Abstand zwischen den Mitten der zwei Kontakt-Trockenzylinder (21) 1₃ = (0,3 ... 2)·D₁ ist und dass die Höhendifferenz zwischen den Mitten der Umkehr-Saugwalze (22) und dem benachbarten Kontakt-Trockenzylinder (21) h₂ = (0,1 ... 1,1)·D₂ ist und dass die Höhendifferenz zwischen den Mitten eines der Kontakt-Trockenzylinder (21) und des Aufblas-Trockenzylinders (15) h₁ = (2 ... 10)·h₂ ist, vorzugsweise h₁ = (3 ... 6)·h₂.
Trockenmodul nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufblas-Trockenzylinder (15) und/oder die Umkehr-Saugwalze (22) versehen ist mit einem genuteten äußeren Mantel (16; 23) und mit durchgehenden Perforationen (16P), die in die Nuten (16R) münden, wobei das Innere des Zylinders und/oder der Walze durch eine Saugleitung (18; 38a), die in Verbindung mit einem Achslager des Zylinders und/oder der Walze angeordnet ist, in Verbindung steht mit einer Quelle (37; 38) für negativen Druck.
Trockenmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Druck aus einem Saugkasten auf den Aufblas-Trockenzylinder (15) und/oder die Umkehr-Saugwalze (22) aufgebracht wird, wobei der Saugkasten im Inneren des Zylinders und/oder der Walze eingebaut und mit Dichtungen versehen ist und wobei der negative Druck aufgebracht wird auf den Kontaktsektor a und/oder c, der von der Papierbahn (W) bedeckt ist.
Trockenmodul nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenhaube (11) in Laufrichtung der Bahn (W) in zwei oder mehr Abteilungen (10a, 10b) unterteilt ist.
Trockenmodul nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenhaube (11) in Richtung quer zur Laufrichtung der Bahn (W) in mehrere Blöcke unterteilt ist.
Trockenpartie einer Papiermaschine, die Trockenmodule gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand zwischen den Mitten der Aufblas-Trockenzylinder (15) von zwei aufeinanderfolgenden Trockenmodulen (10₁ , 10₂ , 10₃ ) im Bereich von 1₁₁ ≈ (0,8 ... 4)·D₁ liegt, wobei die Trockensiebe der zwei aufeinanderfolgenden Trockenmodule (10₂ , 10₃ ) wahlweise durch ein gemeinsames Trockensieb (20₂ ) gebildet sind.
Trockenpartie einer Papiermaschine, die Trockenmodule gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensiebe von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Trockenmodulen (10) durch ein gemeinsames Trockensieb (20) gebildet sind und dass zwischen den Modulen (10) eine zusätzliche Umkehr-Saugwalze (22) vorhanden ist, auf der ein Sektor c > 160° das gemeinsame Trockensieb (20) und die Bahn (W) umkehrt und auf der die Bahn (W) auf dem gemeinsamen Trockensieb (20) gestützt bleibt, wobei das gemeinsame Trockensieb (20) zwischen der zusätzlichen Umkehr-Saugwalze (22) und der Bahn (W) angeordnet ist, und dass die zu trocknende Papierbahn (W) mit im Wesentlichen geschlossenem Zug von einem vorangehenden Trockensieb zu dem gemeinsamen Trockensieb (20) gebracht wird und/oder von dem gemeinsamen Trockensieb (20) auf ein folgendes Trockensieb überführt wird.
Trockenpartie nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Trockenmodule (10) N = 3 ... 12 beträgt.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenpartie zusätzlich zu den Trockenmodulen (10) eine oder mehrere Gruppen (R, RTW) von zusätzlichen Kontakt-Trockenzylindern (21a, 21b, 21c, 21d) aufweist, wobei diese Gruppen (R) vorzugsweise mit Einsiebführung versehen sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Trockenmodule (10) oder Paare von Trockenmodulen, die das gemeinsame Trockensieb aufweisen, in der Weise bezüglich des benachbarten Trockenmoduls (10) oder Paares von Trockenmodulen umgekehrt sind, dass die Seite der zu trocknenden Bahn (W) geändert wird, wenn diese sich von einem der Trockenmodule oder Paar von Trockenmodulen zum folgenden Trockenmodul oder Paar von Trockenmodulen bewegt.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende der Trockenpartie in einem oder mehreren, vorzugsweise zumindest zwei, anfänglichen Trockenmodulen (10₁ , 10₂ ) größere Durchmesser D_1A, D_2A und/oder D_3A des Aufblas-Trockenzylinders (15A), der Kontakt-Trockenzylinder (21A) und/oder der Saugwalze (22A) angewendet sind im Vergleich zu den entsprechenden Durchmessern D₁, D₂ und/oder D₃, die bei den auf die anfänglichen Trockenmodule (10₁ , 10₂ ) folgenden Trockenmodulen (10₃ , 10₄ ) angewendet sind.
Trockenpartie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser D_1A, D_2A und/oder D_3A in den ersten anfänglichen Trockenmodulen (10₁ , 10₂ ) so gewählt sind, dass ihr Verhältnis k zu den entsprechenden Durchmessern D₁, D₂ und/oder D₃ im folgenden Trockenmodul oder in den folgenden Trockenmodulen (10₃ , 10₄ ) im Bereich von k = 1,2 ... 1,5 liegt.
Trockenpartie nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Ende der Trockenpartie eine oder mehrere Gruppen (RTW) mit Doppelsiebführung vorhanden ist/sind, in der/denen die Papierbahn (W) offene freie Züge (W₀) zwischen ihren Reihen von zusätzlichen Kontakt-Trockenzylindern (21c, 21d) hat.
Die Verwendung eines Trockenmoduls nach einem der Ansprüche 17 bis 22 und/oder einer Trockenpartie nach einem der Ansprüche 23 bis 30 zur Modernisierung einer existierenden Trockenpartie, insbesondere zum Zweck der Erhöhung der Laufgeschwindigkeit der Papiermaschine.