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Die
Erfindung betrifft Trockner, die in Papiermaschinen verwendet werden
im Allgemeinen und im Besonderen Trockner eines doppelreihigen Typs.
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Papier
wird hergestellt durch Blattbilden eines Faservlies, üblicherweise
aus Holzfasern, auf einem bewegten Drahtsieb. Die Fasern sind in
Wasser gelöst,
welches mehr als neunundneunzig Prozent des Gemisches ausmacht.
Wenn die Papierbahn das Blattbildungssieb verlässt, kann es immer noch über achtzig
Prozent ausmachen. Die Papierbahn verfährt von der Blattbildungs-
oder Nasspartie der Papiermaschine und verfährt in eine Pressenpartie,
wo, mit der Bahn, die von einem Trockensieb unterstützt ist,
der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers durch Pressen der Bahn zu einem
Fasergehalt von zwischen zweiundvierzig und fünfundvierzig Prozent reduziert
wird. Hinter der Pressenpartie wird die Papierbahn auf vielen dampfbeheizten
Trockenwalzen getrocknet, so dass der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers
auf etwa fünf
Prozent reduziert wird.
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Die
Trockenpartie macht einen beachtlichen Teil der Gesamtstrecke einer
Papiermaschine aus. Die Bahn kann sich, während sie von der Blattbildungspartie
zu der Aufwickelrolle verfährt, über 400 m
(eine Viertelmeile) Länge
erstrecken. Ein Hauptteil dieser Länge wird in der Trockenpartie
beansprucht. Da die Papierindustrie sich hin zu höheren Bahngeschwindigkeiten
bewegt hat, über
20,32 bis 25,4 m/s (vier- bis fünftausend
Fuß pro
Minute), musste die Trockenpartie proportional länger ausgebildet werden, da
weniger Trocknung bei jedem Trockner vollzogen wird, da das Papier
sich schneller durch die Trockner bewegt. Das Erhöhen der
Länge einer
vorhandenen Trockenpartie ist oft schwer und aufwendig, insbesondere
dort, wo Erhöhungen
der Bauwerklänge
notwendig sind, um die längere
Maschine darin anzuordnen. Auf vorhandenen Papiermaschinen lastet
ein wirtschaftlicher Druck die Papiergeschwindigkeit zu erhöhen, um
wettbewerbsfähig
hinsichtlich der Kosten zu bleiben. Höhere Papiergeschwindigkeiten
benötigen
jedoch mehr Trockenkapazität
in der Trockenpartie.
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Eine
Art von Trocknern, welche weite Verwendung in vorhandenen Papiermaschinen
findet, ist als zweireihiger Trockner bekannt und weist zwei Reihen
von dampfbeheizten SAM:JS Trockenwalzen mit einem Durchmesser von
1,22 bis 2,13 m (vier bis sieben Fuß) auf. Die Trockenwalzen in
der oberen und der unteren Reihe sind versetzt angeordnet. Die Papierbahn
verläuft
in einer meanderförmigen
Art und Weise von einer oberen Trockenwalze zu einer unteren Trockenwalze
und dann weiter zu einer oberen Walze über so viele Walzen, wie benötigt werden. Ein
oberes Trockensieb stützt
die Bahn während
diese über
die oberen Trockenwalzen verfährt
und verlässt
die Papierbahn, wenn diese zu den unteren Walzen verfährt. Das
obere Trockensieb wird durch Trockensieb-Gegenlaufwalzen, die zwischen
den oberen Walzen beabstandet sind, gedreht. Auf den unteren Trockenwalzen
wird die Bahn von einem unteren Trockensieb unterstützt, das
ebenfalls zwischen Trockenwalzen durch untere Trockensieb-Gegenlaufwalzen
gedreht wird. Diese Vorrichtung trocknet vorteilhaft erst eine Seite
und dann die andere Seite der Bahn.
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US-A-3
134 653 offenbart, dass die Trockenkapazität eines zweireihigen Trockners
durch Verwendung von Trockenhauben erhöht werden kann. US-A-3 134
653 lehrt die Notwendigkeit der Verwendung von Trockenfilzen, die
geeignet sind, Temperaturen der Größenordnung von 149°C (300 Grad
Fahrenheit) Stand zu halten und empfiehlt Luftgeschwindigkeiten
von 50,8 bis 101,4 m/s (10.000 bis 20.000 Fuß pro Minute). US-A-3-134 653 empfiehlt,
dass der Trockenfilz aus jedem löchrigen
(foraminous) oder retikulären
(reticulated) Material mit ausreichender Porosität oder Luftpermeabilität ausgebildet
sein kann, um den Durchlass der aufprallenden (impinging) Luftströmungen dadurch
zu ermöglichen.
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US-A-4
183 148 zeigt einen zweireihigen Trockner mit Trockenhauben über zwei
Trocknern nahe der Nasspartie einer Trockenpartie. Die Trockenpartie
weist zwei Filze auf, die im Eingriff mit dem Papier sind, während dieses über die
Trockenwalzen und unter den Trockenhauben verfährt. Da die Bahn unterlegt
ist durch einen Filz, ist die Wärmeübertragung
an die Bahn von der Trockenwalze, die umgeben von den Trockenhauben
ist, begrenzt.
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US-A-5
388 347 offenbart in 7 die
Anordnung einer Trockenhaube über
der Gegenlaufwalze in einem einreihigen Trockensystem. Die Gegenlaufwalze
ist von einem Vakuumtyp und hält
die Bahn auf dem Trockenfilz, welcher unter der Bahn liegt. Eine
Vakuum-Gegenlaufwalze kann per Definition nicht dampfbeheizt werden
und wenn diese durch eine beheizte Walze ersetzt würde, würde die
Positionierung des Filzes zwischen der Bahn und der Trockneroberfläche einen
effektive Wärmeübertragung
zwischen dem Trockner und der Bahn verhindern. Weiterhin wird Vakuum
benötigt,
um die Bahn auf dem Trockner zu halten, während Luft direkt auf die Bahn
geblasen wird.
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EP-A-0
620 313 offenbart gleichermaßen eine
Anordnung eines Draht- oder Trockensiebs zwischen der Oberfläche der
Trockenwalzen und der Bahn, dort, wo Trockenhauben über dem
Trockner angeordnet sind. Benötigt
wird eine Trockenpartie, die beide Seiten der Bahn gleichzeitig
trocknet und die an vorhandenen doppelreihigen Trockenpartien eingesetzt
werden kann.
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In
EP-A-0 516 918 wird ein Papiermaschinen-Trockenfilz offenbart, der
ein Porosität
zwischen 183 und 305 m3/min/m2 (600
und 1000 CFM) zeigt und Temperaturen von über 260°C (500°F) Stand hält.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen,
das ein gesteigerte Trockenrate einer Papierbahn bereitstellt.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zu schaffen, das die Trockenkapazität von vorhandenen doppelreihigen
Papiermaschinen-Trockenpartien erhöht.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zu schaffen, das die Wellenbildung (formation of curl) in der Papierbahn,
die getrocknet wird, verhindert.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zu schaffen, das die Wölbungsneigung
regelt und die Einseitigkeit des gebildeten Papiers maximiert.
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Um
dies zu erzielen, ist das Verfahren der Erfindung durch die Merkmale,
die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beansprucht werden, gekennzeichnet.
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Die
Trockenpartie dieser Erfindung kann als Teil einer neuen Papiermaschine
eingerichtet werden oder kann als Nachrüstung für eine vorhandene Trockenpartie
des zweireihigen, doppelt filzigen Typs eingerichtet werden. Trockenhauben
werden über den
Trockenwalzen eingesetzt um gleichzeitig beide Seiten der Bahn zu
trocknen, um die Trockenrate zu erhöhen. Vorzugsweise verwenden
die Trockenhauben geblasene Luft mit einer Temperatur von 260°C–479°C (500–900 Grad
Fahrenheit) und Luftgeschwindigkeiten von 101,4–202,8 m/s (20.000–40.000
Fuß pro
Minute). Der verwendete Trockenfilz ist löchrig mit einer Permeabilität von zwischen
122 bis 366 m3/min/m2 (400–1.200 Kubikfuß pro Minute
pro Quadratfuß)
und ist ausgelegt, um Spitzentemperaturen von bis zu 479°C (900 Grad Fahrenheit)
und durchschnittlichen Temperaturen von zwischen 260°C–316°C (500–600 Grad
Fahrenheit) Stand zu halten. Die Bauform der Trockenhauben verwendet
eine Rezirkulation der geblasenen Luft um die Trockenraten zu regeln.
Vorhandene zweireihige Trockner können mit einem Hochtemperaturfilz
und Trockenhauben nachgerüstet
werden. Trockenhauben sind insbesondere vorteilhaft an dem letzten
Trockner in der Trockenpartie, dort wo herkömmliche dampfbeheizte Trockner
anfangen ihre Effektivität
zu verlieren. Das Anbringen von Trockenhauben an vorhandenen Maschinen
ermöglicht
eine gesteigerte Trockenkapazität
ohne die Trockenpartielänge
zu erhöhen.
Eine gesteigerte Trockenkapazität
ermöglicht
wiederum eine erhöhte
Betriebsgeschwindigkeit, was den ökonomischen Durchsatz einer
vorhandenen Papiermaschine verbessert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindungen werden anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
ersichtlich.
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1 ist eine schematische
Ansicht einer zweireihigen, doppelt-filzigen Trockenpartie dieser Erfindung.
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2 ist eine Seitenansicht
einer Düsenplatte
einer Trockenhaube der Trockenpartie aus 1.
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3 ist eine ebene Abwicklungsansicht des
Blechs, welches die Trockenhaubenplatte aus 2 umfasst.
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4 ist eine Detailansicht
eines Ausschnitts des Blechteils aus 3,
der den Bereich 4 zeigt.
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5 ist eine Querschnittsansicht
von einer Öffnung
in dem Blechteil aus 4 entlang
der Schnittlinie 5-5.
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6 ist eine schematische
Wiedergabe eines nachgerüsteten
Ausführungsbeispiels
der Trockenpartie dieser Erfindung an einer Papiermaschine innerhalb
eines Maschinengehäuses.
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7 ist ein Graph einer Trockenrate über die
Anzahl der Trockner für
eine herkömmliche
Trockenpartie und einer, die in der Trockenpartie Trockenhauben
einsetzt, gemäß dieser
Erfindung.
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Etwas
genauer Bezug nehmend auf die 1–7, in denen gleiche Ziffern
sich auf ähnliche Teile
beziehen, wird eine doppelreihige Trockenpartie 20 in 1 gezeigt. Die doppelreihige Trockenpartie 20 ist
Teil einer Papiermaschine 22, die schematisch in 6 gezeigt ist. Die Papiermaschine
ist in einem Gebäude 24 untergebracht
und umfasst typischerweise eine Blattbildungszone (forming section)
und eine Pressenpartie vor der Trockenpartie 20, genau wie
eine Kalanderpartie und eine Rollenpartie hinter der Trockenpartie.
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Um
Unregelmäßigkeiten
und die Neigungen von Wellenbildung in dem fertiggestellten Papier
zu vermeiden, ist es erstrebenswert, die Bahn 28 auf beiden
Seiten zu trocknen. Einseitiges Trocknen der Papierbahn führt zu Dimensionsveränderungen
zwischen der Trocknerseite und der Trockensiebseite der Bahn, welches
wiederum zu einem permanenten Satz (set) oder Wellenbildung (curling)
in der Papierbahn führt.
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Die
Trockenpartie 20 enthält
eine herkömmliche
zweireihige, zweifilzige Trockenpartie. Wie in 1 dargestellt, verfährt die Bahn 26 wahlweise von
beheizten oberen Trockenzylindern oder -walzen 28 zu beheizten
unteren Trockenwalzen 29, so dass zuerst eine Seite und
dann die andere Seite der Bahn 26 dem Trocknen durch Kontakt
mit der Trockneroberfläche 36 unterworfen
wird. Die Bahn 26 wird, während es über die oberen Trockenwalzen 28 verfährt, durch
ein erstes Trockensieb 30 unterstützt, welches die Bahn überlagert
und, während
es unter den unteren Trockenwalzen 29 verfährt, von
einem zweiten Trockensieb 32, dass äußerlich an der Bahn angeordnet
ist. Das obere, erste Trockensieb 30 erstreckt sich über die
Walzen 34, während
es zwischen den oberen Trockenwalzen verfährt. Das zweite Trockensieb 32 erstreckt
sich über
die Walzen 38, während
es zwischen den unteren Trockenwalzen 29 verfährt.
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Die
Trockenpartie 20 verwendet Trockenhauben 42, um
die Trockensiebseite der Bahn zu trocknen. Die Trockenhauben 42 sind
Hauben, die über
den oberen Bereichen 44 der Trockenwalzen 28 liegen
und blasen Hochgeschwindigkeits-Heißluft durch das Trockensieb,
um die obere Oberfläche
der Bahn gleichzeitig mit der (und vorzugsweise mit der gleichen Rate
wie die) Walzenseite des Papiers zu trocknen, die durch die Dampfwärme, die
an die Oberfläche 36 der
oberen Trockenwalzen 28 übertragen wurde, getrocknet
wird.
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Die
Trockenhauben 42 erhöhen
die Verdampfungsrate einer dampfbeheizten Trockenwalze. Jede Trockenhaube 42 ist über einer
oberen Trockenwalze 28 angeordnet, wie in 1 dargestellt, und lässt heiße Luft durch das Trockensieb
und auf die Bahn prallen.
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Wie
in 2–5 gezeigt,
wird jede Trockenhaube über
eine Rohrleitung (nicht dargestellt) mit heißer Temperatur und Druckluft
versorgt. Die Trockenhaube 42 weist eine Metallhaube 46 oder
eine Düsenplatte
auf, dargestellt in 2,
die von einem Blech, das um den beheizten Trockenzylinder 28 gebogen
ist, umfasst wird. Für
den besten Durchsatz sollte die Haube so geformt sein, dass sie
einen konstanten Abstand zu der Oberfläche des Trockensiebs unter
ihr einhält,
zum Beispiel einen Zoll. Zahlreiche Luftprallöffnungen 48 mit einem
Austrittsdurchmesser von 5,08 mm (0,20 Zoll) sind in der Haube 46 ausgebildet.
Jede Öffnung,
wie in 5 gezeigt, ist
mit einem Einlass 50 ausgebildet, dessen Durchmesser abnimmt,
wenn dieser sich der inneren Oberfläche 52 der Haube 46 nähert. Die
Dicke des Blechs, welches die Haube 46 bildet, kann etwa
6,35 mm (0,25 Zoll) betragen, der maximale Durchmesser des Einlasses 50 beträgt etwa
1,47 cm (0,58 Zoll) und der Radius der Krümmung an dem Einlass beträgt etwa
4,23 mm (0,19 Zoll). Das Ergebnis des abnehmenden Durchmessers der
Einlassöffnungen
bewirkt einen Anstieg in der Geschwindigkeit der Luft, wenn diese
das Trockensieb erreicht und dann die Bahn 26. Die Luftprallöffnungen 48,
wie in 4 gezeigt, sind
in einem Muster angeordnet, dass versetzt von einer Parallelität zu der
genauen Maschinenlaufrichtung ist, zum Beispiel etwa um 3,9 Grad.
Das Ergebnis des Versatzes der Öffnungen
ist, dass alle Bereiche der Bahn einem einheitlichen Luftfluss begegnen,
während
die Bahn unter der Trockenhaube verfährt.
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Wie
in 3 gezeigt, erstreckt
sich eine Anzahl von Schlitzen 54, etwa 5,08 cm (2 Zoll)
breit, quer zur Maschinenlaufrichtung und dienen zur Entlüftung der
Luft, wenn diese einmal auf das Trockensieb und die Bahn geblasen
wurde. Die Trockenhauben 42 werden mit Luft in einem geschlossen
Luftversorgungssystem-Kreislauf versorgt. Verbrauchter Luftprall
von den Hauben wird durch die Schlitze 54, die als Entlüftungsöffnungen
in der Düsenplatte 46 dienen,
zurückgeführt. Die
entlüftete
Luft wird zu einem Hauptversorgungsgebläse zurückgeführt, wo sie verdichtet, zu
einem Brenner und dann zurück
zu den Trockenhauben geschickt wird. Um das gewünschte Luftprallfeuchtigkeitsniveau
zu halten, wird ein Prozentteil der Entlüftung an die Atmosphäre abgelassen
und frische, aufbereitete Luft wird dem System hinzugefügt. Die
Trockenhauben können
an dem Papiermaschinenrahmen zur Schwenkbewegung weg von den oberen
Trockenwalzen 28 befestigt werden, um einen Zugriff auf
die Walzen 28 zu ermöglichen,
falls benötigt.
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Um
den Luftdurchtritt durch das Trockensieb 30 zu ermöglichen,
muss das Trockensieb von einer porösen oder löchrigen Art sein. So hat das
Trockensieb, das in der Trockenpartie 20 eingesetzt wird, eine
Porosität
in dem Bereich von 122 bis 366 m3/min/m2 (vierhundert bis zwölfhundert Kubikfuß pro Minute
pro Quadratfuß)
bei 124 Pa (einem halbem Zoll Wassersäule), so wie üblicherweise
von einem Fachmann für
den Aufbau und die Konstruktion von Papiermaschinen-Trockensieben
gemessen wird. Eine Übliche
Denkweise in der Papierfertigungsindustrie ist, dass Laufeigenschaftsprobleme
die Trockensiebpermeabilität
auf weniger als 27,5 m3/min (90 Kubikfuß pro Minute)
begrenzen. Die Luft, die durch die Trockenhauben 42 bereitgestellt
wird, kann einen Temperaturbereich von 204,4°C (vierhundert °F) (Vorzugsweise
260°C (500°F) oder mehr)
bis 479°C
(neunhundert Grad Fahrenheit) aufweisen und mit einer Geschwindigkeit
von zwischen 40,64 m/s und 203,2 m/s (achttausend und vierundvierzigtausend
Fuß pro
Minute) ausgeblasen werden. Die hohen Lufttemperaturen erfordern
Trockensiebe, die bis zu 479°C
(neunhundert Grad Fahrenheit) für
kurze Zeitdauern und Dauerzustandstemperaturen in dem Bereich von
260°C bis
316°C (fünfhundert
bis sechshundert Grad Fahrenheit) widerstehen können.
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Trockensiebe
dieser Art können
aus Metall, hitzebeständigen
Kunststoffen wie Polyetheretherketone (PEEK) oder polyphenylene
Sulfide (PPS), die auch als Ryton®-Fasern
verkauft und von der Phillips Petroleum Company hergestellt werden,
oder andern hitzebeständigen
Materialien wie Nomex®-Fasern, die von E. I.
DuPont de Nemours Corporation, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware
hergestellt werden, die in die notwendigen Fasern geformt werden können. Die
bevorzugten Trockensiebmaterialien scheinen solche zu sein, die
aus feinen spiralartigen Fasern von langer Länge gewebt wurden; ein Beispiel
eines Unternehmens, das gegenwärtig
Trockensiebe mit Hochtemperaturkapazität entwickelt ist Diao Bo of
Japan, eine Abteilung der Mitsubishi Heavy Industries, MHI 2-51,
Marunouchi, Chiyoda-KU, Tokyi 100, Japan.
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Der
Effekt der Trockenpartie dieser Erfindung mit Trockenhauben gegenüber einer
Trockenpartie ohne Trockenhauben ist in dem Diagramm in 7 dargestellt. Zum Beispiel
kann eine Papiermaschine mit 41 Trockenwalzen mit 22,6
m/s (4450 Fuß pro
Minute) ohne Trockenhauben betrieben werden. Durch Hinzufügen von
Trockenhauben an den letzten sechs Trocknern kann die Maschinengeschwindigkeit
auf 26 m/s (5130 Fuß pro
Minute) erhöht
werden, was einer Erhöhung
um 15% entspricht. Wie in 7 dargestellt,
neigt die letzte Trockenwalze ohne Trockenhaube dazu, eine merklich
geringere Effektivität bei
der Feuchtigkeitsentfernung aufzuweisen, als die vorangehenden Trockner.
Durch Hinzufügen
von Trockenhauben wird die Feuchtigkeitsentfernungsrate signifikant
verbessert.
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Die
Trockenpartie 20 der Erfindung ist von einem besonderen
Nutzen dort, wo es wünschenswert ist,
eine herkömmliche,
doppelreihige, zweifilzige Trockenpartie nachzurüsten. Wie in der schematischen
Ansicht in 6 dargestellt,
beinhaltet eine vorhandene Papiermaschine eine Anzahl signifikanter
Anlagenabschnitte, beides, vorgeschaltet und nachgeschaltet zu der
Trockenpartie. Für
eine gesteigerte Produktion jeder Papiermaschine muss die Betriebsgeschwindigkeit
erhöht
werden. Jedoch bedeutet eine gesteigerte Bahngeschwindigkeit eine
geringere Verweilzeit der Bahn an jeder einzelnen Trockenwalze.
Das Hinzufügen
von zusätzlichen
Trockenwalzen zu einer bestehenden Papiermaschine ist eine aufwendige
Entscheidung, welche die Verschiebung großer Segmente der Papiermaschine
mit neuen Fundamenten und aufwendigen Justierungen erfordert. Dort
wo das Gebäude
eine begrenzte Größe aufweist,
kann nicht genügend
Freiraum für
zusätzliche
Walzen zur Verfügung
stehen. Durch Nachrüsten
einer vorhandenen Papiermaschinen-Trockenpartie mit Trockenhauben
dieser Erfindung kann zusätzliche
Trockenkapazität
bereitgestellt werden, ohne substantielle Elemente der vorhandene
Maschine zu bewegen.
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Deshalb,
ohne Beachtung der Kapazität
der vorhandenen Trockenpartie, kann die Geschwindigkeit der Bahnbildung
der vorhandenen Komponenten der Papiermaschine um einen ausgewählten Prozentsatz
durch Hinzufügen
von Trockenhauben an den Trockner erhöht werden, angefangen mit dem letzten
Trockner bis etwa so viele Trockenhauben hinzugefügt sind,
wie vorhandene Trockenwalzen multipliziert mit dem ausgewählten Erhöhungsprozentsatz
mal 0,7 vorhanden sind. Dann wird das Trockensieb der vorhandenen
Maschine, das über
den oberen Trockenwalzen liegt, durch ein neues Trockensieb, dass
geeignet ist, einer Temperatur von mindestens 260°C (500 Grad
Fahrenheit) Stand zu halten und eine Porosität von zwischen 122 bis 366 m3/min/m2
(vierhundert und zwölfhundert
Kubikfuß pro
Minute pro Quadratfuß)
bei 124 Pa (einem halben Zoll Wassersäule) aufweist, ersetzt. Die
verbesserte Papiermaschine wird dann in Betrieb gesetzt und Luft wird
mit etwa 142,24 m/s (28.000 Fuß pro
Minute) bei einer Temperatur von mindestens 260°C (500 Grad Fahrenheit) auf
die Bahn, während
diese durch jede Trockenhaube verfährt, geblasen.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Konstruktion und Anordnung
von Teilen, die hier dargestellt und beschrieben wurden begrenzt
ist, sondern solche modifizierten Formen hiervon, als in den Geltungsbereich
der folgenden Ansprüche
mit einbezogen umfasst.