EP1738022B1 - Beheizter zylinder - Google Patents
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- EP1738022B1 EP1738022B1 EP05731761A EP05731761A EP1738022B1 EP 1738022 B1 EP1738022 B1 EP 1738022B1 EP 05731761 A EP05731761 A EP 05731761A EP 05731761 A EP05731761 A EP 05731761A EP 1738022 B1 EP1738022 B1 EP 1738022B1
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Images
Classifications
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- D—TEXTILES; PAPER
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- 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
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- D21F5/02—Drying on cylinders
- D21F5/021—Construction of the cylinders
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F5/00—Elements specially adapted for movement
- F28F5/02—Rotary drums or rollers
Definitions
- the invention relates to a heated cylinder for heating a paper, cardboard, tissue or another fibrous web in a machine for producing and / or finishing the fibrous web with a cylinder jacket, which is acted upon at least partially from the inside by means of a hot fluid and at least one inner and outer sheath layer.
- Such a heated cylinder is known from the DE 102 60 509.2 .
- tensile stresses which arise because the inner region of the cylinder expands more than the outer region, are minimized by the fact that the cylinder jacket consists of at least two cladding layers and the material of the outer cladding layer at a mounting temperature below the average operating temperature is, a larger coefficient of thermal expansion and at a mounting temperature, which is above the average operating temperature, a smaller coefficient of thermal expansion than the material of the inner cladding layer has.
- Another measure is that the layer thickness of the outer cladding layer is less than that of the inner cladding layer.
- a dryer for drying a fibrous web in which a flow cylinder is used in conjunction with a Anblasaube.
- This is provided with a nozzle arrangement, with the aid of which drying gas jets are applied to the outer surface of the web to be dried, while this is guided around the heated cylinder over a sector of about 270 ° or more.
- the mantle of the cylinder is with a system of Cylinder is led around.
- the jacket of the cylinder is provided with a system of ductwork into which a coolant can be directed from a coolant source.
- a heatable cylinder of the type mentioned above in that the two cladding layers are separated from each other by a cavity into which the fluid is introduced, wherein on the cavity facing inner surface of the outer cladding layer, a structure with ribs or Slats is applied by which the inner surface is increased.
- the twin-shell design of the drying cylinder reduces and keeps the temperature gradient between the cylinder surface and the steam low. During operation, the condensate collects at the bottom of the ribbing. Even a small condensate film thickness would have a strong heat insulating effect and increase the temperature gradient to the cylinder surface.
- the flank area of the ribbing is not covered with condensate and therefore is in direct contact with the steam; This ensures a high heat flow. Also, due to the increased surface area of the outer shell of the cylinder as a result of the ribbing, the heat transfer becomes due to the enlargement of the contact surface with the steam improved.
- the wall thickness of the outer cladding layer can be kept low;
- the loads of the outer wall of the cylinder by supports against the core of the cylinder or by cross struts can be kept low. Due to the thus possible low wall thickness of the outer jacket layer of the cylinder and the temperature gradient is kept low in this cladding layer.
- the drying performance of the cylinder can be increased with the same vapor pressure by improving the heat flow through the outer jacket layer and increasing the temperature at the outer cylinder surface.
- the pressure acts in the bivalve solution according to the invention only in the annular cross section between the inside of the outer shell and the outside of the inner shell, which are fixed to each other by means of connecting elements.
- the outer shell is thereby retained on the connecting elements by the pressure acting in the opposite direction on the inner shell, and also reduces the burden on the inner shell.
- the load remaining for both shells is due to the pressure and the difference in the areas subjected to pressure, which corresponds to the difference between their diameters.
- the shells can be made much thinner by reducing the load and allow for the same load capacity, a reduction in dead weight and the lower wall thickness of the outer sheath an improvement in heat transfer.
- the measure according to the invention proves to be particularly advantageous in the case of a drying arrangement in which the cylinder, as shown in FIG EP 0 559 628 B1 is known, over a large, for example 270 ° sweeping area of its mantle surface is covered with a hood.
- the hood is filled with a medium, in particular with water, under an overpressure of 1 to 5 bar.
- a medium in particular with water, under an overpressure of 1 to 5 bar.
- a compressive load acts as soon as the point moves into the area wrapped by the pressure hood.
- a discharge takes place as soon as he leaves this area.
- the pressurization causes a high mechanical load, which still acts cyclically with each revolution on the cylinder surface. Drying cylinders of conventional design could not withstand such a pressure load.
- the inner cladding layer is thicker in relation to the outer cladding layer.
- the outer shell is preferably made thin-walled and has a wall thickness in the range between 5 and 15 mm, in particular between 8 to 15 mm. It is connected to the rigid core of the cylinder via webs. Between the thin outer shell and the core is the vapor space.
- the vapor in the cavity between the two cladding layers has an overpressure between 2 and 13 bar.
- An advantageous embodiment provides that by using the ribs or other structures on the inside of the cylinder jacket whose inner surface can be increased by a factor of 10 to 100.
- the surface area of the rib, honeycomb or lattice structure is ten to hundreds times the inner surface of the inner surface outer cladding layer.
- At least the ribs or, in addition, the inside of the roll shell are made of copper or aluminum.
- the applied on the inside of the roll shell structures can also be made of steel or stainless steel or other metal or other metal alloy, if the factor is chosen to increase the surface sufficiently large.
- the material used to improve the thermal conductivity is the same as that of the cylinder jacket connected to the structures, to ensure that no stresses arise due to different thermal expansions.
- a cylinder is used in which the outer cladding layer of a material with high thermal conductivity, d. H. with a high thermal conductivity exists.
- the outer jacket layer is made of boiler steel. Steels with an austenitic structure are less suitable.
- the material that makes up the inner cladding layer does not have to meet any special thermal conductivity requirements; It is advantageous, however, if the inner cladding layer has a high modulus of elasticity and at least the strength of an average structural steel.
- the advantages of the invention are that, since the steam propagates only in channels, there is little mechanical stress. A high heat flux density is possible by a reduced temperature gradient to the surface.
- the heated cylinder is suitable for high pressure loads from the outside and for high temperature stresses.
- a steam with a lower saturated steam pressure can be used.
- the steam can expand to a lower pressure in the turbine and thus generate more electrical energy.
- the cylinder is connected via lines between the inner and the outer jacket layer via rotary feedthroughs with a stationary steam supply or an evaporation and condensate water tank.
- the inner cladding layer has the supporting function and serves as a stiff core, it absorbs the loads acting on the outer cladding layer.
- the inner and outer cladding layer via pins, screws, rivets u. Like. Are connected.
- the lamellae are preferably arranged parallel to one another, in particular in the axial direction or also in the circumferential direction of the cylinder, but alternatively also crosswise, helically or in a honeycomb or lattice structure.
- a few fins form a helical coil around the longitudinal axis of the cylinder.
- the slats have either a flat or a profiled surface. It is also advantageous if the lamellae spread to the outer shell shell.
- the surface of the structure on the inside of the outer circumferential side cladding layer in the vicinity of the end face decreases. This is achieved either by a lesser height of the fins, the honeycomb or the grille, or the distances between the fins or the walls of the honeycomb or the grille are greater in the edge region than in the middle of the outer jacket layer. By reducing the surface of the heat-transmitting structure overheating of the front edges of the cladding layer is avoided.
- the invention also relates to a heated cylinder for heating a paper, board, tissue or other fibrous web in a machine for producing and / or finishing the fibrous web, which has only a single outer cylinder jacket.
- the struts are, for example, radially extending rods; However, it can also be provided support walls that pass through the longitudinal axis.
- the struts or walls give the cylinder such stability that the shell wall must have only a small thickness. It consists of a highly thermally conductive material which releases the introduced into the interior of the cylinder via a fluid heat to the guided over the outer jacket wall fibrous web. This achieves an increased energy yield compared with the prior art and a reduction in operating costs.
- An inserted as a heated cylinder cylinder 1 ( Fig. 1 ) comprises a core with a central axis 2 and ei ne with this over end walls 3, 4 ( Fig. 2
- 4 (not shown here) may be present in the radial direction extending struts between the central axis 2 and the inner shell 5 to increase the stability of the cylinder 1.
- the inner shell 5 has a much greater thickness than an outer jacket layer 6. Via webs 7, the inner jacket layer or inner shell 5 is separated from the outer jacket layer 6 and firmly connected to it. The areas between the webs 7 form parallel to the longitudinal axis of the cylinder 1 extending channels, which together constitute the vapor space. Further, ribs 8 are attached on the inside of the cladding layer 6, which enlarge the surface of the cladding layer 6.
- the cylinder 1 has in at least one of its bearing journals 9, 10 an outer annular conduit 11 and an inner conduit 12.
- a plurality of outer lines may be present.
- hot steam flows into the cylinder 1, which is first passed along the end wall 3 and then between the outer shell-side wall of the inner shell 5 and the inner wall of the äuße ren shell layer 6.
- heat is released from the steam via the jacket layer 6 to the fibrous web running along it and along the blowing hood.
- the steam cools and partially condenses to water.
- the cooled steam and the condensate from the steam are passed between the end wall 4 of the inner shell 5 and then through a central conduit 13 in the axis 2.
- the conduit 13 merges into the conduit 12 in the bearing journal 9.
- the lines 11, 12 are connected to a stationary steam supply or an evaporative and condensate water tank. Instead of guiding both lines 11, 12 through the same bearing pin 9, alternatively, one of the two lines 11, 12 can be passed through the other bearing pin 10.
- a cylinder 14 is double-shelled.
- an inner shell 15 assumes the supporting function and serves as a rigid core which, inter alia, also absorbs the stresses of an outer thin jacket layer 16.
- the ribbing is in Fig. 3 Not shown.
- the connection between the inner shell 15 and the jacket layer 16 is preferably via pins 17, which are either hollow-walled or made of solid material. These can have any cross-sectional shape and be, for example, round, rectangular or hexagonal. The cross-sectional shape can also change over the pin length.
- the pins 17 are pushed through openings in the cladding layer 16 or in the inner shell 15 and preferably connected by welding, in particular friction welding, or by gluing, screwing, soldering, clamping or other techniques with the cladding layer 16 and / or with the inner shell 15.
- the pins 17 may also be designed in two or more parts. For the connection of the parts of the pins 17 under each other com men various methods such as screws, gluing, clamping, welding or plastically deforming methods such as rivets into consideration.
- the pins 17 can be prepared in the inner shell 15 in it Screw holes, punched holes or flame cuts in the outer shell with screw threads and connect or glued to the inside of the jacket layer 16 by friction welding. If n the pins 17 consist of two parts, the first part can be, for example, attached to the inside of the cladding layer by friction welding, while the second pin member is pressed with the inner shell 15.
- a cylinder 18 constructed essentially like the cylinder 1 (FIG. Fig. 5 ) equipped with an inner wall 19 and an outer wall 20. Between the two walls 19, 20 slats 21 are attached.
- the fins 21 extend either parallel to the longitudinal axis of the cylinder 18 or are helical.
- the cavities between the fins 21 are, as in Fig. 2 represented by the cylinder 1, supplied with steam to heat in relation to the inner wall 20 much thinner outer wall 19.
- the fins 21 are either all the same thickness under each other and all carry the outer wall 20; or between the fins 21 additional reinforced fins 22 are provided, which mainly have a support function, while the fins 21 mainly take over the function of heat conduction.
- the cylinder 18 is like the cylinder 1 or the cylinder 14 made of steel, in particular stainless steel. The ribbing is in Fig. 5 Not shown.
- the fins 21, 22 either have the same cross-section over their entire length, or they widen towards the outer wall 20, as in FIG Fig. 5 shown.
- an outer structure can be applied to the lamellae 21, 22 in order to increase the area for the heat transfer between the steam and the outer wall 20 again.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluids beaufschlagt wird und wenigstens eine innere und eine äußere Mantelschicht umfasst.
- Ein derartiger beheizter Zylinder ist bekannt aus der
DE 102 60 509.2 . Bei dem bekannten Zylinder werden Zugspannungen, die entstehen, weil sich der innere Bereich des Zylinders stärker ausdehnt als der äußere Bereich, dadurch minimiert, dass der Zylindermantel aus wenigstens zwei Mantelschichten besteht und das Material der 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 der inneren Mantelschicht hat. Eine weitere Maßnahme besteht darin, dass die Schichtdicke der äußeren Mantelschicht geringer als die der inneren Mantelschicht ist. - Bei derartigen Trocknungszylindern stellt sich bei der Papiertrocknung ein Temperaturgefälle zur Oberfläche hin ein. Die Oberflächentemperatur des Zylinders ist geringer als die Temperatur des Dampfs, mit dem der Zylinder beheizt wird; und somit ist die Trocknungskapazität beschränkt. Die Erhöhung der Sattdampftemperatur ist aus wirtschaftlichen Gründen meistens nicht sinnvoll.
- Aus der
EP 0 559 628 B1 ist ein Trockner zum Trocknen einer Faserstoffbahn bekannt, bei dem ein Durchflusszylinder in Verbindung mit einer Anblashaube zum Einsatz kommt. Diese ist mit einer Düsenanordnung versehen, mit deren Hilfe Trocknungsgasstrahlen auf die Außenfläche der zu trocknenden Bahn aufgebracht werden, während diese über einen Sektor von ca. 270° oder mehr um den beheizten Zylinder herumgeführt wird. Der Mantel des Zylinders ist mit einem System von Zylinder herumgeführt wird. Der Mantel des Zylinders ist mit einem System von Kanalleitungen versehen, in welches ein Kühlmittel von einer Kühlmittelquelle geleitet werden kann. Durch die Trocknungsgasstrahlen wird Wasser in der Bahn nach außen verdampft und über Räume in der Anblashaube entfernt. Andererseits kondensiert Wasser aus der Bahn auf der gekühlten Mantelfläche des Zylinders und wird über die Perforation im äußeren Mantel des Zylinders und einen im Inneren des Zylinders herrschenden Unterdruck abgesaugt. Der gesamte Innenraum des Zylinders steht zur Aufnahme des Kondensats zur Verfügung. Dadurch muss die Innenwand des Zylinders eine gewisse Mindestwandstärke aufweisen, um den Druckbelastungen bei den verwendeten Zylinderdurchmessern standhalten zu können. - Aus den
US 3,425,488 ,DE 38 19 391 ,US 4,781,795 ,DE 199 360 77 undUS 4,453,593 sind zweischalige Zylinder bekannt, bei denen sich von der äußersen zur inneren Schale Stege erstrecken, die zur Abstützung der äußeren auf der inneren Schale und zur Bildung eines Kanals zum Leiten von Fluid dienen. - Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Trocknungsleistung eines beheizbaren Zylinders zu erhöhen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem beheizbaren Zylinder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die beiden Mantelschichten durch einen Hohlraum von einander getrennt sind, in den das Fluid einleitbar ist, wobei auf der dem Hohlraum zugewandten inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht eine Struktur mit Rippen oder Lamellen aufgebracht ist durch welche die innere Oberfläche vergrößert wird. Durch die zweischalige Ausführung des Trockenzylinders wird das Temperaturgefälle zwischen der Zylinderoberfläche und dem Dampf reduziert und niedrig gehalten. Im Betrieb sammelt sich das Kondensat am Grund der Verrippung. Selbst eine geringe Kondensatfilmdicke würde stark wärmeisolierend wirken und das Temperaturgefälle zur Zylinderoberfläche vergrößern. Der Flankenbereich der Verrippung ist hingegen nicht mit Kondensat bedeckt und steht daher in direktem Kontakt mit dem Dampf; dadurch sorgt er für einen hohen Wärmestrom. Auch durch die infolge der Verrippung vergrößerte Oberfläche der äußeren Schale des Zylinders wird der Wärmeübergang durch die Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Dampf verbessert.
- Durch die Erfindung lässt sich die Wandstärke der äußeren Mantelschicht gering halten; insbesondere lassen sich die Belastungen der Außenwand des Zylinders durch Abstützungen gegen den Kern des Zylinders oder durch Querstreben niedrig halten. Aufgrund der dadurch möglichen geringen Wandstärke der äußeren Mantelschicht des Zylinders wird auch das Temperaturgefälle in dieser Mantelschicht gering gehalten. Durch die Verringerung des Wärmewiderstandes gegenüber den herkömmlichen Zylindern lässt sich die Trocknungsleistung des Zylinders bei gleichem Dampfdruck steigern, indem der Wärmestrom durch die äußere Mantelschicht verbessert und die Temperatur an der äußeren Zylinderoberfläche erhöht wird.
- Innenraum mit Druck beaufschlagt ist, wirkt der Druck bei der erfindungsgemäßen zweischaligen Lösung nur in dem ringförmigen Querschnitt zwischen der Innenseite der Außenschale und der Außenseite der Innenschale, welche mittels Verbindungselementen zueinander fixiert sind. Die Außenschale wird dabei über die Verbindungselemente durch den Druck, der in entgegengesetzter Richtung auf die Innenschale wirkt, zurückgehalten und reduziert ebenfalls die Belastung auf die Innenschale. Die für beide Schalen verbleibende Belastung ergibt sich aufgrund des Druckes und der Differenz der druckbeaufschlagten Flächen, die der Differenz ihrer Durchmesser entspricht.
- Die Schalen können durch die Reduktion der Belastung viel dünner ausgeführt werden und ermöglichen bei gleicher Belastbarkeit eine Reduktion des Eigengewichts und durch die geringere Wandstärke des Außenmantels eine Verbesserung der Wärmeübertragung.
- Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Maßnahme im Fall einer Trockenanordnung, in der der Zylinder, wie aus der
EP 0 559 628 B1 bekannt ist, über einen großen, beispielsweise 270° überstreichenden Bereich seiner Manteloberfläche mit einer Haube bedeckt ist. - Die Haube wird mit einem Medium, insbesondere mit Wasser, unter einem Überdruck von 1 bis 5 bar gefüllt. Dadurch, dass die Haube stationär ist und nicht den ganzen Umfang umschließt, wirkt auf die Manteloberfläche eine zyklische Belastung. Auf einen Punkt auf der Mantelfläche des Zylinders wirkt daher eine Druckbelastung, sobald der Punkt sich in den von der Druckhaube umschlungenen Bereich hineinbewegt. Eine Entlastung erfolgt, sobald er diesen Bereich verlässt. Die Druckbeaufschlagung bewirkt eine hohe mechanische Belastung, die noch dazu zyklisch mit jeder Umdrehung auf die Zylinderoberfläche wirkt. Trockenzylinder herkömmlicher Bauart könnten einer derartigen Druckbelastung nicht standhalten.
- Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
- Insbesondere ist von Vorteil, wenn die innere Mantelschicht im Verhältnis zu der äußeren Mantelschicht dicker ist.
- Die äußere Schale ist vorzugsweise dünnwandig ausgeführt und hat eine Wandstärke im Bereich zwischen 5 und 15 mm, insbesondere zwischen 8 bis 15 mm. Mit dem steifen Kern des Zylinders ist sie über Stege verbunden. Zwischen der dünnen Außenschale und dem Kern befindet sich der Dampfraum.
- Vorteilhaft hat der Dampf in dem Hohlraum zwischen den beiden Mantelschichten einen Überdruck zwischen 2 und 13 bar.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass sich durch den Einsatz der Rippen oder sonstiger Strukturen auf der Innenseite des Zylindermantels dessen innere Oberfläche um einen Faktor 10 bis 100 vergrößern lässt. Oder anders ausgedrückt, beträgt die Oberfläche der Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur das Zehn-bis Hundertfache der inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht.
- Für eine gute Wärmeleitung sind wenigstens die Rippen oder zusätzlich auch die Innenseite des Walzenmantels aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Allerdings lassen sich die auf der Innenseite des Walzenmantels aufgebrachten Strukturen auch aus Stahl oder Edelstahl oder einem anderem Metall oder einer anderen Metalllegierung ausbilden, wenn der Faktor zur Vergrößerung der Oberfläche genügend groß gewählt ist.
- Vorzugsweise ist das zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzte Material dasselbe wie das des mit den Strukturen verbundenen Zylindermantels, um sicherzustellen, dass keine Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen entstehen.
- Mit Vorteil wird ein Zylinder eingesetzt, in dem die äußere Mantelschicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, d. h. mit einem hohen Wärmeleitwert, besteht.
- Vorzugsweise besteht die äußere Mantelschicht aus Kesselstahl. Stähle mit einem austenitischen Gefüge eignen sich weniger.
- Das Material, aus dem die innere Mantelschicht besteht, muss keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit erfüllen; von Vorteil ist es jedoch, wenn die innere Mantelschicht einen hohen Elastizitätsmodul und zumindest die Festigkeit eines durchschnittlichen Baustahls hat.
- Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass, da der Dampf sich nur in Kanälen ausbreitet, eine geringe mechanische Belastung vorhanden ist. Eine hohe Wärmestromdichte ist durch einen verringerten Temperaturgradienten zur Oberfläche möglich. Der beheizte Zylinder ist für hohe Druckbelastungen von außen und für hohe Temperaturspannungen geeignet.
- Wenn der erfindungsgemäße Zylinder mit der gleichen Oberflächentemperatur wie konventionelle Trockenzylinder eingesetzt wird, kann ein Dampf mit einem niedrigeren Sattdampfdruck eingesetzt werden. Wenn der Dampf in einem System zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt wird, kann er bis zu einem niedrigeren Druck in der Turbine expandieren und somit mehr elektrische Energie erzeugen.
- Von Vorteil ist es, wenn der Zylinder über Leitungen zwischen der inneren und der äußeren Mantelschicht über Drehdurchführungen mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden ist.
- Dadurch, dass die innere Mantelschicht die tragende Funktion hat und als steifer Kern dient, nimmt sie die auf die äußere Mantelschicht wirkenden Belastungen auf.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die innere und die äußere Mantelschicht über Stifte, Schrauben, Niete u. dgl. verbunden sind.
- Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen des Zylinders, bei denen Rippen oder Stege zwischen der inneren und der äußeren Mantelwand zum Einsatz kommen, ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwischen der inneren und der äußeren Mantelschicht Lamellen angebracht sind.
- Die Lamellen sind unter einander vorzugsweise parallel, insbesondere in axialer Richtung oder auch in Umfangsrichtung des Zylinders, alternativ aber auch kreuzweise, wendelförmig oder in einer Waben- oder Gitterstruktur angeordnet. Im Fall einer wendelförmigen Struktur bilden wenige Lamellen eine schraubenförmige Wendel um die Längsachse des Zylinders aus. Bei allen Strukturen wird sichergestellt, dass der Dampf von einer Einlassseite des Zylinders an der Innenseite seiner äußeren Mantelwand vorbei wieder aus dem Zylinder herausgeführt wird, wobei er einen erheblichen Teil seines Wärmeinhalts an die äußere Mantelwand abgibt.
- Die Lamellen haben entweder eine plane oder eine profilierte Oberfläche. Von Vorteil ist es auch, wenn sich die Lamellen zu der äußeren Mantelschale hin verbreitem.
- In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Oberfläche der Struktur auf der Innenseite der äußeren umfangsseitigen Mantelschicht in der Nähe der Stirnfläche verkleinert. Dies wird entweder durch eine geringere Höhe der Lamellen, der Waben oder des Gitters erreicht, oder die Abstände zwischen den Lamellen oder den Wänden der Waben oder des Gitters sind im Randbereich größer als in der Mitte der äußeren Mantelschicht. Durch die Verkleinerung der Oberfläche der wärmeübertragenden Struktur wird eine Überhitzung der stirnseitigen Ränder der Mantelschicht vermieden.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf einen beheizten Zylinder zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn, der nur einen einzigen äußeren Zylindermantel aufweist.
- Dieser erhält erfindungsgemäß dadurch eine hohe Stabilität, dass er durch Streben im Inneren des Zylinders abgestützt ist. Die Streben sind beispielsweise sich in radialer Richtung erstreckende Stangen; es können jedoch auch Stützwände vorgesehen sein, die durch die Längsachse hindurchgehen. Die Streben oder Wände verleihen dem Zylinder eine derartige Stabilität, dass die Mantelwand nur eine geringe Stärke haben muss. Sie besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, das die in das Innere des Zylinders über ein Fluid eingebrachte Wärme an die über dessen äußere Mantelwand geführte Faserstoffbahn abgibt. Dadurch wird eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Energieausbeute und eine Verringerung der Betriebskosten erreicht.
- Nachfolgend wird die Erfindung an einem einzigen Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch einen ersten Zylinder,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch den Zylinder gemäß
Fig. 1 , - Fig. 3
- eine perspektivische Teilansicht auf einen zweiten Zylinder,
- Fig. 4
- ein stark vergrößertes Detail aus dem Mantel des zweiten Zylinders in einer Schnittansicht entlang einer Linie IV - IV in
Fig. 3 , - Fig. 5
- einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht eines dritten Zylinders und
- Ein als beheizter Zylinder eingesetzter Zylinder 1 (
Fig. 1 ) umfasst einen Kern mit einer zentralen Achse 2 und ei ne mit dieser über Stirnwände 3, 4 (Fig. 2 ) verbundene Innenschale 5. Zusätzlich können (hier nicht dargestellte) sich in radialer Richtung erstreckende Streben zwischen der zentralen Achse 2 und der Innenschale 5 zur Erhöhung der Stabilität des Zylinders 1 vorhanden sein. - Die Innenschale 5 hat eine viel größere Dicke als eine äußere Mantelschicht 6. Über Stege 7 ist die innere Mantelschicht oder Innenschale 5 von der äußeren Mantelschicht 6 getrennt und fest mit ihr verbunden. Die Bereiche zwischen den Stegen 7 bilden sich parallel zur Längsachse des Zylinders 1 erstreckende Kanäle, die zusammen den Dampfraum darstellen. Ferner sind auf der Innenseite der Mantelschicht 6 Rippen 8 angebracht, die die Oberfläche der Mantelschicht 6 vergrößern.
- Der Zylinder 1 weist in wenigstens einem seiner Lagerzapfen 9, 10 eine äußere ringförmige Leitung 11 und eine innere Leitung 12 auf. Anstelle der einzigen äußeren Leitung 11 können auch mehrere äußere Leitungen vorhanden sein. Über die äußere Leitung 11 strömt heißer Dampf in den Zylinder 1 ein, der zunächst entlang der Stirnwand 3 und dann zwischen der äußeren mantelseitigen Wand der Innenschale 5 und der Innenwand der äuße ren Mantelschicht 6 hindurchgeführt wird. Hierbei wird Wärme aus dem Dampf über die Mantelschicht 6 an die zwischen dieser und entlang der Anblashaube entlanglaufende Faserstoffbahn abgegeben. Der Dampf kühlt sich infolge dessen ab und kondensiert teilweise zu Wasser. Der abgekühlte Dampf und das Kondensat aus dem Dampf werden zwischen der Stirnwand 4 der Innenschale 5 und dann durch eine zentrale Leitung 13 in der Achse 2 weitergeleitet. Die Leitung 13 geht in die Leitung 12 in dem Lagerzapfen 9 über.
- Über (hier nicht dargestellte) Drehdurchführungen sind die Leitungen 11, 12 mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden. Statt beide Leitungen 11, 12 durch denselben Lagerzapfen 9 zu führen, kann alternativ auch eine der beiden Leitungen 11, 12 durch den anderen Lagerzapfen 10 hindurchgeführt werden.
- Auch in einem weiteren Ausführungsbeispiel (
Fig. 3 ) ist ein Zylinder 14 zweischalig ausgeführt. Dabei übernimmt hauptsächlich eine Innenschale 15 die tragende Funktion und dient als steifer Kern, der unter anderem auch die Belastungen einer äußeren dünnen Mantelschicht 16 aufnimmt. Die Verrippung ist inFig. 3 nicht gezeigt. - Die Verbindung zwischen der Innenschale 15 und der Mantelschicht 16 erfolgt vorzugsweise über Stifte 17, die entweder hohlwandig sind oder aus Vollmaterial bestehen. Diese können eine beliebige Quersch nittsform haben und beispielsweise rund, rechteckig oder sechseckig sein. Die Querschnittsform kann auch über die Stiftlänge wechseln. Die Stifte 17 werden durch Öffnungen in der Mantelschicht 16 oder in der Innenschale 15 geschoben und vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, oder durch Kleben, Schrauben, Löten, Klemmen oder anderen Techniken mit der Mantelschicht 16 und/oder mit der Innenschale 15 verbunden.
- Die Stifte 17 können auch zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein. Für die Verbindung der Teile der Stifte 17 unter einander kom men verschiedene Verfahren wie Schrauben, Kleben, Klemmen, Schweißen oder plastisch verformende Verfahren wie Nieten in Betracht.
- Beispielsweise lassen sich die Stifte 17 in die Innenschale 15 in dafür vorbereitete Bohrungen, Ausstanzungen oder Brennschnitte in der Außenschale mit Schraubgewinden hineinschrauben und mit der Innenseite der Mantelschicht 16 durch Reibschweißen verbinden oder verkleben. Wen n die Stifte 17 aus zwei Teilen bestehen, lässt sich der erste Teil beispielsweise an der Innenseite der Mantelschicht durch Reibschweißen anbringen, während das zweite Stiftteil mit der Innenschale 15 verpresst wird.
- Alternativ ist ein im wesentlichen wie der Zylinder 1 aufgebauter Zylinder 18 (
Fig. 5 ) mit einer inneren Wand 19 und einer äußeren Wand 20 ausgestattet. Zwischen den beiden Wänden 19, 20 sind Lamellen 21 angebracht. Die Lamellen 21 erstrecken sich entweder parallel zur Längsachse des Zylinders 18 oder sind wendelförmig. Die Hohlräume zwischen den Lamellen 21 werden, wie inFig. 2 anhand des Zylinders 1 dargestellt, mit Dampf versorgt, um die im Verhältnis zur inneren Wand 20 sehr viel dünnere äußere Wand 19 zu erwärmen. Die Lamellen 21 sind unter einander entweder alle gleich dick und tragen alle die äußere Wand 20; oder zwischen den Lamellen 21 sind zusätzliche verstärkte Lamellen 22 vorgesehen, die hauptsächlich eine Tragfunktion haben, während die Lamellen 21 hauptsächlich die Funktion der Wärmeleitung übernehmen. Der Zylinder 18 besteht wie der Zylinder 1 oder der Zylinder 14 aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl. Die Verrippung ist inFig. 5 nicht gezeigt. - Die Lamellen 21, 22 haben entweder über ihre ganze Länge denselben Querschnitt, oder sie verbreitern sich in Richtung zu der äußeren Wand 20, wie in
Fig. 5 dargestellt. Auf den Lamellen 21, 22 kann zusätzlich eine äußere Struktur aufgebracht sein, um die Fläche für den Wärmeübergang zwischen dem Dampf und der äußeren Wand 20 nochmals zu vergrößern.
Claims (17)
- Beheizter Zylinder (1,14,18) zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen mittels eines heissen Fluids beaufschlagt wird und wenigstens eine innere (5, 15, 19) und eine äussere Mantelschicht (6, 16, 20) umfasst, wobei die beiden Mantelschichten (5,6; 15,16; 19,20) durch einen Hohlraum von einander getrennt sind, in den das Fluid einleitbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der dem Hohlraum zugewandten inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) eine sich in axialer oder Umfangsrichtung erstreckende oder wendelförmige Rippenstruktur (8), eine Waben- oder Gitterstruktur aufgebracht ist, durch welche die innere Oberfläche der äußeren Mantelschicht vergrößert wird. - Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Mantelschicht (5, 15, 19) im Verhältnis zu der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) dicker ist. - Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere Mantelschicht (6, 16, 20) eine Wandstärke von 8 bis 15 mm hat. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fluid Dampf ist und dass der Dampf in dem Hohlraum zwischen den beiden Mantelschichten (5, 6; 15, 16; 19, 20) einen Überdruck zwischen 2 und 13 bar hat. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur (8) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, besteht. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche der Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur (8) das Zehn- bis Hundertfache der inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) beträgt. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere Mantelschicht (6, 16, 20) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. - Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere Mantelschicht (6, 16) aus Kesselstahl besteht. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Mantelschicht (5, 15, 19) einen hohen Elastizitätsmodul hat. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass Leitungen (11, 12) zwischen der inneren (5, 15, 19) und der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) über Drehdurchführungen mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden sind. - Zylinder (14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere Mantelschicht (15, 19) die tragende Funktion hat und als steifer Kern dient, der auf die äußere Mantelschicht (16, 20) wirkende Belastungen aufnimmt. - Zylinder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innere (15) und die äußere Mantelschicht (16) über Stege, Stifte (17), Schrauben, Niete u. dgl. verbunden sind. - Zylinder (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der inneren (19) und der äußeren Mantelschicht (20) Lamellen (21, 22) angebracht sind. - Zylinder (18) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen (21, 22) parallel, insbesondere in axialer Richtung des Zylinders (18), kreuzweise, wendelförmig oder in einer Wabenstruktur angeordnet sind. - Zylinder (18) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen (21, 22) eine plane oder eine profilierte Oberfläche haben. - Zylinder (18) nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Lamellen (21, 22) zu der äußeren Mantelschicht (20) hin verbreitern. - Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Oberfläche der Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur auf der Innenseite der äußeren umfangsseitigen Mantelschicht (6, 16, 20) in der Nähe zu den Stirnflächen (3, 4) des Zylinders (1, 14, 18) verkleinert.
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