EP1585859A2 - Beheizter zylinder - Google Patents

Beheizter zylinder

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Publication number
EP1585859A2
EP1585859A2 EP03799587A EP03799587A EP1585859A2 EP 1585859 A2 EP1585859 A2 EP 1585859A2 EP 03799587 A EP03799587 A EP 03799587A EP 03799587 A EP03799587 A EP 03799587A EP 1585859 A2 EP1585859 A2 EP 1585859A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
jacket
heated
cladding layer
cylinder
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03799587A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Gruber-Nadlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1585859A2 publication Critical patent/EP1585859A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/021—Construction of the cylinders

Definitions

  • the invention relates to a heated cylinder for drying paper, cardboard, tissue or other fibrous webs in machines for producing and / or finishing the fibrous web with a cylinder jacket which is at least partially heated from the inside and / or partially in the cylinder jacket.
  • the heat energy per surface unit that can be transferred from the inside to the outside is limited.
  • the object of the invention is therefore to minimize these tensile stresses in the heated cylinder without reducing the transferable thermal energy.
  • the object was achieved in that the cylinder jacket consists of at least two jacket layers and the material of an outer jacket layer has a larger coefficient of thermal expansion at an assembly temperature which is below the mean operating temperature and a smaller coefficient of thermal expansion at an assembly temperature which is above the mean operating temperature than the material has an inner cladding layer and / or the layer thickness of the outermost cladding layer is less than that of an inner cladding layer.
  • the average operating temperature for a cylinder jacket with only two Jacket layers the temperature in the contact area of the jacket layers and, in the case of more than two jacket layers, the mean value between the inner and the outer surface of the cylinder jacket during normal operation of the cylinder for drying the fibrous web.
  • Sheath layer made of a material with relatively low thermal conductivity, so their small thickness ensures a sufficient heat transfer to
  • the cladding layer set a minimal limit.
  • the assembly temperature is above the average operating temperature. It should be taken into account here that a subsequent stress relief annealing preferably occurs cannot completely eliminate the tensions between the cladding layers.
  • the outer jacket layer should contract less when cooling after assembly than the inner one. The minimum of the stresses should be reached with the temperature distribution occurring during the operation of the cylinder.
  • the respective inner cladding layer expands less than before and / or the outer cladding layer above it expands more than before.
  • the impediment to the stretch in one layer inevitably leads to an increase in the stretch in the adjacent layer.
  • the material pairings and thickness ratios can even be selected such that similarly strong expansions occur in the respective inner and outer cladding layer.
  • the heating takes place, for example, via water vapor from the inside or by the heating medium being guided through channels in or between the cladding layers.
  • the cylinder jacket consists of two jacket layers.
  • the cylinder jacket can also consist of more than two, preferably three jacket layers.
  • outer and inner jacket layers are also arranged within the cylinder jacket. The only essential for the designation "inner” or “outer” is the question of which sheath layer is arranged above the other.
  • the jacket layers should at least be fixed against relative rotation. This can be done by welding, screwing or gluing.
  • the material of the outermost cladding layer is a has higher thermal conductivity than the material of one, preferably all, inner cladding layers. This reduces the temperature gradient in the outer cladding layer and thus the tensile stresses within it.
  • the material of the outermost cladding layer has a lower modulus of elasticity than the material of a preferably inner cladding layer.
  • thermal conductivity and weight result in particular if at least one middle and / or the outermost cladding layer consists of aluminum.
  • the outermost jacket layer should consist of a hard material, preferably in the range of 170 to 220 HB hardness.
  • an inner cladding layer is designed as a load-bearing layer.
  • Cylinders heated in this way can be used, in particular, as drying cylinders in drying sections for drying and as a press roll in press sections for dewatering fibrous webs.
  • the drying cylinder has a cylinder jacket made of metal, the interior 2 of the heated cylinder being heated with steam. The one brought in by the steam
  • Thermal energy is transferred to the outside through the cylinder jacket and serves there for heating and drying the fibrous web 1 wrapping around the drying cylinder.
  • the fibrous web 1 is usually still pressed by a dryer fabric against the outer surface of the drying cylinder.
  • the cylinder jacket consists of two jacket layers 3, 4 made of different materials.
  • the outer cladding layer 4 consists of a material whose coefficient of thermal expansion is greater than that of the material of the inner cladding layer 3. This means that the outer cladding layer 4, despite the lower temperature in this layer, expands more than before, which leads to a reduction in the tensile stress.
  • the jacket layers 3, 4 are designed as tubes which are connected to one another by screwing.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder zur Aufheizung von Papier-, Karton-, Tissue- oder anderen Faserstoffbahnen (1) in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn (1) mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen und/oder teilweise im Zylindermantel beheizt wird. Dabei sollen die Oberflächenspannungen dadurch verringert werden, dass der Zylindermantel aus wenigstens zwei Mantelschichten (3,4) besteht und das Material einer äusseren Mantelschicht (4) bei einer Montagetemperatur die unter der mittleren Betriebstemperatur liegt einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten und bei einer Montagetemperatur die über der mittleren Betriebstemperatur liegt einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material einer inneren Mantelschicht (3) hat und/oder die Schichtdicke der äussersten Mantelschicht (4) geringer als die einer inneren Mantelschicht (3) ist.

Description

Beheizter Zylinder
Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder zur Trocknung von Papier-, Karton-, Tissue- oder anderen Faserstoffbahnen in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen und/oder teilweise im Zylindermantel beheizt wird.
Bei diesen beheizten Zylindern stellt sich im Betrieb durch die Wärmeabgabe an die Faserstoffbahn ein Temperaturgefälle zur Zylinderoberfläche hin ein. Auf Grund der thermisch bedingten, stärkeren Ausdehnung des inneren Bereiches des beheizten Zylinders kommt es dabei zu Zugspannungen an der Zylinderoberfläche.
Damit diese thermischen Zugspannungen die zulässigen Festigkeitswerte nicht überschreiten, wird die von innen nach außen übertragbare Wärmeenergie pro Oberflächeneinheit begrenzt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Zugspannungen im beheizten Zylinder zu minimieren, ohne die übertragbare Wärmeenergie zu vermindern.
Eriϊndungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zylindermantel aus wenigstens zwei Mantelschichten besteht und das Material einer äußeren Mantelschicht bei einer Montagetemperatur, die unter der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und bei einer Montagetemperatur, die über der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material einer inneren Mantelschicht hat und/oder die Schichtdicke der äußersten Mantelschicht geringer als die einer inneren Mantelschicht ist.
Als mittlere Betriebstemperatur wird bei einem Zylindermantel mit nur zwei Mantelschichten die Temperatur im Kontaktbereich der Mantelschichten und bei mehr als zwei Mantelschichten der Mittelwert zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche des Zylindermantels während des normalen Betriebes des Zylinders zur Trocknung der Faserstoffbahn festgelegt.
Im Ergebnis soll dies zu einer Minimierung der Spannungen im beheizten Zylinder bei der während des Betriebes des Zylinders auftretenden Temperaturverteilung führen.
Da bei der äußersten Mantelschicht besondere Anforderungen - insbesondere hinsichtlich der Härte bestehen, gibt es auch, unter wirtschaftlichen Aspekten,
Einschränkungen bezüglich der Materialwahl. Sollte infolgedessen die äußere
Mantelschicht aus einem Material mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, so gewährleistet deren geringe Dicke einen dennoch ausreichenden Wärmetransport zur
Faserstoffbahn hin.
Wegen der Belastung durch die innere Mantelschicht ist für die Dicke der äußersten
Mantelschicht jedoch eine minimale Grenze gesetzt.
Daher kann es ergänzend oder alternativ auch von Vorteil sein, die Spannungen über eine entsprechende Wahl der Materialien bezüglich ihres Wärmedehnungskoeffizienten, der E-Module, ihrer Wärmeleitfähigkeit, ihrer Dickenverhältnisse, der Verteilung der Materialmenge sowie der Gestaltung der Verbindung der Mantelschichten zu vermindern.
Liegt die Montagetemperatur unter der mittleren Betriebstemperatur, so soll hierdurch gewährleistet werden, dass sich die jeweils äußerste Mantelschicht bei Erwärmung stärker dehnt als die innere.
Im anderen Fall, beispielsweise beim Verschweißen der Mantelschichten, liegt die Montagetemperatur über der mittleren Betriebstemperatur. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein sich vorzugsweise anschließendes Spannungsarmglühen die Spannungen zwischen den Mantelschichten nicht völlig beseitigen kann. Generell soll sich hierbei die jeweils äußere Mantelschicht bei Abkühlung nach der Montage weniger zusammenziehen als die innere. Dabei sollte das Minimum der Spannungen bei der im Betrieb des Zylinders auftretenden Temperaturverteilung erreicht werden.
Dies bedeutet, dass sich die jeweils innere Mantelschicht weniger stark ausdehnt als bisher und/oder die darüber liegende äußere Mantelschicht sich stärker ausdehnt als bisher. Die Behinderung der Dehnung in einer Schicht führt zwangsläufig zur Erhöhung der Dehnung in der benachbarten Schicht. Unter Berücksichtigung der höheren Temperatur in der jeweils inneren Mantelschicht können die Materialpaarungen und Dickenverhältnisse sogar so gewählt werden, dass sich ähnlich starke Ausdehnungen in der jeweils inneren und äußeren Mantelschicht einstellen.
Die Beheizung erfolgt dabei beispielsweise über Wasserdampf von innen oder indem das Heizmedium durch Kanäle in oder zwischen den Mantelschichten hindurch geführt wird.
Zur konstruktiven Vereinfachung besteht der Zylindermantel aus zwei Mantelschichten. Für einen verbesserten Spannungsabbau kann der Zylindermantel jedoch auch aus mehr als zwei, vorzugsweise drei Mantelschichten bestehen. In diesem Fall sind äußere und innere Mantelschichten auch innerhalb des Zylindermantels angeordnet. Wesentlich für die Bezeichnung "innerer" oder "äußerer" ist lediglich die Frage welche Mantelschicht über der anderen angeordnet ist.
Um Reibungen und Beschädigungen insbesondere während der Rotation des beheizten Zylinders zu vermeiden, sollten die Mantelschichten zumindest gegen relative Verdrehung fixiert werden. Dies kann durch Verschweißen, Verschrauben oder auch durch Verkleben erfolgen.
Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Material der äußersten Mantelschicht eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material einer, vorzugsweise aller inneren Mantelschichten hat. Dies vermindert das Temperaturgefälle in der äußeren Mantelschicht und damit auch die Zugspannungen innerhalb dieser.
Von Vorteil hinsichtlich der Verminderung der Zugspannungen ist es auch, wenn das Material der äußersten Mantelschicht einen geringeren E-Modul als das Material einer vorzugsweise inneren Mantelschicht hat.
Vorteile hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Gewicht ergeben sich insbesondere dann, wenn zumindest eine mittlere und/oder die äußerste Mantelschicht aus Aluminium besteht.
Wegen der hohen Anforderungen bezüglich Verschleiß und Glätte des Zylindermantels sollte die äußerste Mantelschicht aus einem harten Material, vorzugsweise im Bereich von 170 bis 220 HB Härte bestehen.
Um die Anforderungen hinsichtlich Wärmeausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit und Härte bei der äußersten Schicht bestmöglichst erfüllen zu können, kann es von Vorteil sein, wenn eine innere Mantelschicht als tragende Schicht ausgebildet ist.
Zum Einsatz können derartig beheizte Zylinder insbesondere als Trockenzylinder in Trocken partien zur Trocknung sowie als Presswalze in Pressenpartien zur Entwässerung von Faserstoffbahnen kommen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch einen Trockenzylinder.
Der Trockenzylinder besitzt einen Zylindermantel aus Metall, wobei der Innenraum 2 des beheizten Zylinders mit Dampf beheizt wird. Die vom Dampf eingebrachte
Wärmeenergie wird durch den Zylindermantel nach außen übertragen und dient dort zur Beheizung und Trocknung der, den Trockenzylinder umschlingenden Faserstoffbahn 1.
Dabei wird die Faserstoffbahn 1 meist noch von einem Trockensieb gegen die Manteloberfläche des Trockenzylinders gedrückt.
Diese Wärmeübertragung führt zu einem Temperaturgefälle zur äußeren Manteloberfläche hin und damit auch zu Zugspannungen im äußeren Bereich. Um diese Zugspannungen zu verringern, besteht der Zylindermantel aus zwei Mantelschichten 3,4 aus unterschiedlichen Materialien.
Die äußere Mantelschicht 4 besteht aus einem Material dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der, des Materials der inneren Mantelschicht 3 ist. Dies führt dazu, dass sich die äußere Mantelschicht 4 trotzt der geringeren Temperatur in dieser Schicht stärker als bisher ausdehnt, was zu einer Verminderung der Zugspannung führt.
Unterstützt wird dieser Spannungsabbau noch dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeit der äußeren Mantelschicht 4 höher und der E-Modul geringer als bei der inneren Mantelschicht 3 ist.
Die Mantelschichten 3,4 sind als Rohre ausgeführt, die miteinander durch Verschrauben verbunden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Beheizter Zylinder zur Aufheizung von Papier-, Karton-, Tissue- oder anderen Faserstoffbahnen (1) in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredlung der
Faserstoffbahn (1) mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen und/oder teilweise im Zylindermantel beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindermantel aus wenigstens zwei Mantelschichten (3,4) besteht und das Material einer äußeren Mantelschicht (4) bei einer Montagetemperatur, die unter der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen größeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten und bei einer Montagetemperatur, die über der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen kleineren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material einer inneren Mantelschicht (3) hat und/oder die Schichtdicke der äußersten Mantelschicht (4) geringer als die einer inneren Mantelschicht (3) ist.
2. Beheizter Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindermantel zwei Mantelschichten (3,4) besitzt.
3. Beheizter Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindermantel mehr als zwei, vorzugsweise drei Mantelschichten (3,4) besitzt.
4. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (3,4) zumindest gegen relative Verdrehung fixiert sind.
5. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der äußersten Mantelschicht (4) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material einer, vorzugsweise aller inneren Mantelschichten (3) hat.
6. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der äußersten Mantelschicht (4) einen geringeren E-Modul als das
Material einer, vorzugsweise aller inneren Mantelschichten (3) hat.
7. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mittlere und/oder die äußerste Mantelschicht (4) aus Aluminium besteht.
8. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Mantelschicht aus einem harten Material, vorzugsweise im Bereich von 170 bis 220 HB Härte besteht.
9. Beheizter Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Mantelschicht (3) als tragende Schicht ausgebildet ist.
EP03799587A 2002-12-21 2003-12-18 Beheizter zylinder Withdrawn EP1585859A2 (de)

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PCT/EP2003/051048 WO2004057103A2 (de) 2002-12-21 2003-12-18 Beheizter zylinder

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WO2004057103A3 (de) 2005-12-08
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