FI105115B - Kuumennettava tela - Google Patents

Description

Kuumennettava tela

Upphettbar vals 70577c

' O

5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen kuumennettava tela.

Paperi- ja kartonkikoneessa sekä paperin jälkikäsittelylaitteissa, etenkin kalantereissa ja 10 superkalantereissa käytetään yleensä kuumennettavia teloja. Kuumennettavia teloja käytetään myös esim. paperikoneen puristinosalla. Telojen kuumennus hoidetaan yleisesti lämmönsiirtoväliaineen kuten kuuman veden, öljyn tai höyryn avulla. Kuumennettavia teloja on pääasiassa kahta eri tyyppiä. Toisaalta tunnetaan ennestään sellaiset kuumennettavat telat, joissa telavaippa tai massiivinen tela on varustettu lähelle telan 15 ulkopintaa muodostetuilla, pääasiassa aksiaalisilla porauksilla, joiden läpi kuumennusvä-liaine on pantu kulkemaan telan päästä päähän. Näitä porauksia on yleensä useita, jotka ovat yleensä tasaisesti jakautuneet kehän suunnassa. Kuumennusväliaine on voitu panna kiertämään mainituissa porauksissa joko kertaalleen telan päästä päähän tai kahteen tai useampaan kertaan siten, että vierekkäisissä porauksissa kuumennusväliaine voi kulkea 20 päinvastaisiin suuntiin.

.···. Toisaalta kuumennettavina teloina käytetään yleisesti ns. kaksoisvaippateloja tai syrjäy- . tyskappaleella varustettuja teloja, joissa telavaipan sisäpuolelle on sovitettu syrjäytyskap- « · · :*·.♦ pale siten, että mainitun syrjäytyskappaleen ja telavaipan kehäpinnan väliin jää rengas- • · 25 mainen välitila, johon kuumennusväliaine on sovitettu kiertämään telan päästä päähän.

• · • · · » · · • · ·

Tekniikan tasosta tunnetaan myös kuumennettava tela, jossa on yhdistetty edellä kuvatut • ♦ : : : kuumennettavien telojen päätyypit eli aksiaalisilla kehäporauksilla varustetun telan • · · V : yhteyteen on järjestetty myös sisäpuolinen kuumennus. Tällainen on esitetty US- : ‘ · 30 patenttijulkaisussa 5,072,497.

I » • · 2 1θ5Ίηξ

Tekniikan tasosta tunnettu kuumennettava tela, jossa kuumennusväliaineen syöttö on järjestetty joka toiseen kanavaan telan ensimmäisestä päästäjä poisto telan toisesta päästä ja vastaavasti on syöttö järjestetty joka toiseen kanavaan telan toisesta päästä ja poisto telan ensimmäisestä päästä siten, että vierekkäisissä kanavissa kuumennusväliaine kulkee 5 vastakkaisiin suuntiin, on esitetty FI-patenttijulkaisussa 89 087.

FI-patenttijulkaisussa 91 297 on esitetty kuumennettava tela, joka on varustettu välinein, jolla lämmönsiirtokerroin telavaipan tai telan materiaaliin vaikuttavasta virtaavasta kuumennusvällaineesta telan materiaaliin kasvaa kuumennusväliaineen 10 virtauksen suunnassa. Tässä julkaisussa on esitetty myös tela, joka käsittää onton telavaipan, jonka sisään on sovitettu syrjäytyskappale siten, että telavaipan ja syrjäytys-kappaleen väliin jää rengasmainen välitila, johon kuumennusväliaine on sovitettu kiertämään telan päästä päähän. Telavaipan sisäpinta on varustettu eristemateriaalilla tai vastaavalla olevalla pinnoitteella, jonka paksuus pienenee virtauksen suunnassa tai jonka 15 telavaipan sisäpinta on karhennettu siten, että mainittu karhennus kasvaa kuumennusväliaineen virtauksen suunnassa DE-hakemusjulkaisussa 40 02 530 on esitetty kuumennettava tela, jossa aksiaaliset poraukset on järjestetty kahteen kehänsuunnassa kulkevaan riviin siten, että telan :' .: 20 ulkopintaa lähempänä olevissa porauksissa johdetaan kuumennusväliaine telan päästä :'"; päähän jopa kolme kertaa edestakaisin ja sisemmällä samalla säteettäisellä linjalla : :: olevissa porauksissa on paluuvirtaus.

• · • · • · .·.· DE-hakemusjulkaisussa 44 07 239 on esitetty kuumennettava tela, jossa kuumennusvä- • · · : 25 liaineena käytetään höyryä, joka höyry johdetaan aksiaalisia porauksia pitkin siten, että ulommalle järjestetyissä porauksissa johdetaan kuumennettu höyry telan läpi ja kondens- • · * · · ’·*·* sivesi puolestaan palautetaan sisempiä porauksia pitkin.

DE-hakemusjulkaisussa 43 17 875 on kuvattu sovellus kuumennusväliaineen kierrättä-: ' ' 30 miseksi kuumennettavassa telassa. Tässä tunnetussa järjestelyssä on käytetty vastakkai- ·/·.: siin suuntiin kehällä kulkevia virtauksia sekä telan keskiöön järjestettyjä virtauksia.

3 705775 DE-hakemusjulkaisussa 195 38 236 on esitetty höyryllä kuumennettava tela, jossa kuumennusvällaineena toimivaa höyryä syötetään telan läpi kehälle sijoitettuja aksiaalipo-rauksia pitkin sekä keskiön kautta ja palautettu kondensaatti tulee kehäporausta ja keskiötä pitkin takaisin syöttöpäähän.

5 EP-hakemusjulkaisussa 0 597 814 on esitetty kuumennettava tela, jossa on käytetty pinnoitetta telavaipan ulkopinnalla, jossa kuumennusväliainetta kierrätetään telan vaipassa ja joka käsittää keraamisesta yhteydestä tai metallikeraamiseoksesta, jonka lämmönjohtavuus ja elastisuus ovat alempia kuin telavaipan mainitut ominaisuudet.

10 FI-kuulutusjulkaisussa 98 940 on esitetty menetelmä ja laite paperin kalanteroimiseksi, jossa laitteessa on sisäpuolisesti kuumennettu kalanteritela paperin viimeistelemiseksi runkoaineen lämpömuodostuksella, jossa telassa on vähintään 101,6 mm paksu vaippa, joka on varustettu kanavistolla lämmön johtamiseksi kalanteroitavan materiaalin 15 lämmitystä varten. Telavaipassa on ohut päällyste, joka muodostuu kermettiä tai keramiikkaa sisältävästä aineesta.

Tunnetuissa termotelaratkaisuissa, joissa vaipan kuumennusväliaineen kanavat ovat yhdessä rivissä lähellä pintaa, saavutetaan pieni lämpötilaero telan ulkopinnan ja 20 lämmitysöljyn välille efektiivisen lämmönsiirtomatkan ollessa suhteellisen pieni. Syntyvä gradientti on kuitenkin suhteellisen suuri. Syntyvä vaipan lämpöjakauma on jaksollinen :/· kanavien jaottelun mukaisesti ja jopa telan pinnallakin esiintyy pieniä jaksoittaisia »/·· lämpötilavaihteluja. Lämpötilan vaihtelut aiheuttavat epähomogeenisen lämpölaajeneman • 1 :.v ja johtavat pieniin jaksollisiin telan läpimitan vaihteluihin (piparkakkuefekti). Tämä • · · V 1 25 häiriö voi aiheuttaa mm. jaksollista värähtelyä pyörivässä nipissä. Keksinnön tärkeimpä nä päämääränä on ratkaista epätasaiseen lämpöjakaumaan liittyviä ongelmia.

. · · « · « • · · • · « · • · · ’' ’ Edellä kuvatun ongelman lisäksi monissa tekniikan tasosta tunnetuissa sovelluksissa telan lämmittäminen sekä jäähdyttäminen on huomattavan hidasta, sillä energiaa voidaan '·"· 30 siirtää vain suppealle putkirivistön alueelle. Lämmitystehon kohdistuessa suppealle alueelle telaan syntyy suuria lämpötilaeroja ja siten myös jännityseroja. Tällöin saattaa 4 705775 syntyä pistemäisiä lämpötilagradientteja ja metalli voi alkaa plastisesti myötäämään. Näiden vuoksi lämmitysnopeuden yläraja tulee rajoittavaksi tekijäksi. Tämä tilanne on erityisen ongelmallinen on-line sovelluksissa, joissa tuontolinjan hyötysuhde riippuu suoraan esim. kalanterilla käytettävän kuumennettavan telan tehokkuudesta. Keksinnön 5 päämääränä on esittää ratkaisu myös ongelmaan.

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle telalle pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

10

Keksinnön mukaisesti epätasaisista jopa pistemäisistä lämpötilagradienteista aiheutuvat ongelmat poistetaan siten, että kehäporaukset jaetaan yhdeltä kehäsuuntaiselta riviltä ainakin kahdelle eri säteellä eli telan keskipisteestä eri etäisyydellä olevalle kehäsuuntai- selle riville ja poraukset järjestetään eri säteettäiselle linjalle eli lomittain. Näin saadaan 15 aikaan tasainen lämpötilan jakautuminen, koska lämpövuo siirtyy tasaisesti telan vaipassa. Keksinnön mukaisesti vaippaan sijoitettujen kuumennusväliainekanavien sijasta voidaan sinänsä tunnetusti telaa lämmittää myös keskiöstä käsin, jolloin edelleen saadaan lämpötilaa telan vaipassa tasaisemmaksi ja korkeat lämpötilagradientit poistettua. Tässä yhteydessä säädetään periferiaporauksissa vs keskiöporauksessa kulkevan kuumennusvä- :' .: 20 liaineen lämpötilaa lämpöuran tasaisen siirtymisen aikaansaamiseksi. Keskiölämmityksen yhteydessä voidaan tarvittaessa käyttää syrjäytyskappaletta, jolla pyritään ohjaamaan : */: lämmitys lähelle kanavan reunaa sekä pienentämään tarvittavaa kuumennusväliaineen • · > *·: määrää.

• * • · • · · • ♦ · • · • · · · 25 Lisäksi keksinnön mukaisen järjestelyn yhteydessä voidaan käyttää syrjäytyskappaleita, joilla aikaansaadaan telan pituussuuntainen lämpötilan tasaaminen. Lisäksi telan pituus- • · • · · *·*·* suuntaisen lämpötilan tasaamiseksi voidaan käyttää eri suuntaan kanavissa kulkevia • · · • · · ’ · * kuumennusväliainevirtauksia, joissa voidaan käyttää useita erilaisia kombinaatioita, jotka pääosin ovat sinänsä tunnettuja. Esimerkiksi siten, että kanavien ollessa kahdessa eri 30 säteellä olevassa rivissä, viedään kuumennusväliaine telan päästä telan toiseen päähän ylärivissä olevia kahta sopivimmin pienempää kanavaa pitkin ja palautetaan yhtä • · « « ♦ 5 ^05 775 alemmassa rivissä olevaa kanavaa pitkin. Tämän lisäksi voidaan esimerkiksi vierekkäisten kanavien suuntaa vaihdella ja käyttää muita alan ammattimiehelle mieleen tulevia järjestelyjä. Kunkin kanavan virtausta ohjataan sopivimmin omalla venttiilillä. Kussakin kanavassa kontrolloidaan virtausnopeutta ja kuumennusväliaineen lämpötilaa. Kes-5 kiöporausta voidaan käyttää kuumennusväliainekanavana sekä paluu- että menokanavana joko syrjäytyskappaleella varustettuna tai ilman.

Keksintöä käyttämällä kuumennettavan telan lämpötilajakauma saadaan tasaisemmaksi ja lisäksi keksinnön avulla voidaan transientteja lämmitys-/jäähdytysvaiheita nopeuttaa. 10 Telavaippaan konstruoidaan kuumennusväliainekanavia kahteen tai useampaan kehäsuun-taiseen riviin ja kanavat sijoitetaan lomittain eri rivien ollessa eri säteittäisellä linjalla ja järjestetään kanavissa kulkevan kuumennusväliaineen lämpötilat sopivasti, saadaan lämpötilajakauma telavaipan pintakerroksissa tasaiseksi. Kun kanavia on useampia, voidaan kanavien läpimittaa vastaavasti pienentää.

15

Siirtämällä telan lämmitys-/jäähdytysvaiheessa lämpöenergiaa useiden eri alueiden kautta, saadaan käytettävissä oleva teho jaettua suuremmalle vaikutusalalle. Telaa on mahdollista lämmittää useamman lämmityskanavarivin kautta ja mahdollisesti vielä lisäksi induktiolla pinnalta. Näin teho jakautuu suuremmalle alueelle eikä rajoittavia :' ·.: 20 suuria lämpötilagradienttia pääse syntymään. Keksinnön mukaisesti saavutetaan tasainen « · :'": lämpötilajakauma telan pinnalle ja lisäksi lämmityskanaviston (lämmitystehon) jakaminen • · · : : suuremmalle alalle mahdollistaa nopeamman telan lämmityksen ilman, että lämpöjänni- • · :/.· tykset rajoittavat. Näin kalanterien joutoaika huolto- ym. seisokkien yhteydessä piene- ♦ · • · · ·.·.· nee.

··· ·.· ; 25

Keksinnön erään sovelluksen mukaisesti on mahdollista käyttää myös keskiökanavapo- • · #- · · .*·’ rausta sekä vaipan periferiaporauksia yhdessä järkevällä tavalla eri käyttötilanteissa.

• · · • · · *·* * Normaalissa ajotilanteessa keskiöporaukseen johdetaan hieman kuumempaa öljyä ·/·: periferiporaukseen nähden, jolloin vaippaan syntyvä lämpötilajakauma on tasaisempi 30 verrattuna pelkkään periferiakanavien käyttöön. Näin myös pinnalle syntyvä jaksottelu on pienempää. Myös telan lämmitys- ja jäähdytys vaiheessa tehoa siirretään sekä keskiö- • · 6 1°5l15 että periferiakanavien kautta. Hajautettaessa kokonaisteho ovat syntyvät transientin vaiheet lämpötilagradientit pienemmät samalla kokonaisteholla. Toisin sanoen tämä mahdollistaa suuremman kokonaistehon käyttämisen ilman, että lämpötilagradientit kasvavat aiempaa suuremmiksi. Tämä merkitsee lyhentyneitä transsientteja lämmitykses-5 sä j a j äähdy ty ksessä.

Keksintö soveltuu erityisesti öljyllä kuumennettavien telojen yhteydessä käytettäväksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioihin 10 viitaten, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus mitenkään ahtaasti rajoittaa.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti tekniikan tasosta tunnetulla ratkaisulla lämpötilan tasa-arvokäyrät telavaipassa.

15

Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty lämpötilan tasa-arvokäyrät telavaipassa käytettäessä keksinnön mukaista järjestelyä, jossa periferiaporaukset on sijoitettu kahteen eri kehäsuuntaiseen, lomittain olevaan riviin.

;' < (· 20 Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisesti lämpötilan tasa-arvokäyrät käytettäessä periferiapo-

« I

;" ‘: rauksia ja keskiölämmitystä « i « • · · I I · • · * : Kuviossa 1 on kaaviollisesti esitetty osa kuumennettavan telan vaipasta 11, jossa on • · V.t tekniikan tason mukaisesti yksi rivi kuumennusväliainekanavia 12, jotka ovat kehänsuun- ««« V : 25 täisessä rivissä lähellä vaipan 11 pintaa 13. Kuvioon on piirretty vaipassa vaikuttava lämpövuo, kun kanavissa johdetaan kuumennusväliainetta. Tässä esitetyssä tekniikan • · :.V tason mukaisessa ratkaisussa muodostuu porausten 12 ja telan pinnan 14 väliin voimakas ♦ · · • · · *·* lämpötilagradientti alueelle 23, joka johtaa jaksottaiseen lämpötilan vaihteluun 22 telan • · *·/·· pinnalla 14. Tämä voi johtaa pieniin muodonmuutoksiin telan pinnalla ja aiheuttaa 30 värähtelyä ja/tai telapinnan muodonmuutoksia.

• » « · · 705775 7

Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty osa kuumennettavan telan vaipasta 31, johon on järjestetty kehäporauksia 32 ja 33. Kehäporaukset ovat kahdessa kehäsuuntaisessa rivissä Rl ja R2 ja sijoitettu lomittain eli säteettäisesti eri linjalle, kuten kuviosta käy ilmi. Kuvioon on kaaviollisesti merkitty lämpövuo, kun kehäporauksissa johdetaan kuumen-5 nusväliainetta. Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisesti kahdella eri etäisyydellä olevalla rivillä Rj, R2 järjestettyjen kehäporausten 32, 33 välityksellä aikaansaatava tasainen lämpötilajakauma 24. Poraukset 32, 33 on sijoitettu eri säteittäisille linjoille lomittain, jolloin saadaan tasainen lämpötilajakauma 24.

10 Kuviossa 3 on kaaviollisesti esitetty osa telan vaippaa 41, jossa on kehäporaukset 42 ja jossa lämmitystä tapahtuu myös keskiön 45 kautta ja nuolilla on osoitettu lämmön kulkusuuntia. Lämpötilan jakauma, kun lämmitetään keskiötä 45 ja kehäporauksia 42, on kuvion mukaisesti lämmönjako tasaista ja lämpötilagradientit pieniä. Tarvittaessa keskiölämmityksen yhteydessä voidaan käyttää tekniikan tasosta tunnettua syrjäytyskap-15 paletta (ei esitetty kuviossa).

Keksinnön mukaisesti kuvioissa 2 ja 3 esitetyissä sovellusesimerkeissä voidaan eri kanavissa (porauksissa) kuumennusväliaineen lämpötilaa vaihdella ja näin edelleen tasoittaa lämmönjakoa ja pienentää lämpötilagradientteja. Eri kanavissa voidaan virtauk-: ’ \ j 20 set toteuttaa halutulla tavalla eri suuntiin ja käytettäessä useampaan riviin sijoitettuja kehäporauksia, on ne mahdollista sijoitella lomittain monilla eri tavoin sekä käyttää eri : suuruisia kanavia lämmönjaon toteuttamiseksi mahdollisimman tasaisena.

• · « · · « · · • · • ·

Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellusesimerkkeihin viitaten, • · · ·.· * 25 joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus mitenkään ahtaasti rajoittaa.

Monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdolliset seuraavien patenttivaatimusten • · *· · · *.*.* määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

M· 1 4 * • · · I I · 1 « « t 4 I · ( « 1 4 I «

( I

4 I I

Claims (11)

1. Kuumennettava tela paperikonetta, paperin jälkikäsittelylaitetta tai vastaavaa varten, joka tela käsittää telavaipan (31), jota kuumennetaan kuumennusväliaineen avulla, johon 5 telavaippaan (31) on muodostettu olennaisesti telavaipan (31) ulkopinnan (34) läheisyyteen telavaipan päästä päähän ulottuvat kanavat (32) tai vastaavat, joiden kautta kuumen-nusväliaine on pantu kiertämään telavaipan (31) ulkopinnan (34) kuumentamiseksi, tunnettu siitä, että telavaipan (31) lämpötilagradientin pienentämiseksi kanavia (32, 33) tai vastaavia on järjestetty ainakin kahteen kehäsuuntaiseen riviin (R^, R2) ja että 10 kehäsuuntaisesti kahdessa rivissä (Rj, R2) olevat kanavat (32, 33) tai vastaavat on sijoitettu lomittain siten, että kanavat (32, 33) ovat eri säteettäisillä linjoilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuumennettava tela, tunnettu siitä, että telan keskiöön on muodostettu kanava kuumennusväliaineen kierrättämistä varten. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kuumennettava tela, tunnettu siitä, että telavaipan (31) lämpötilagradientin pienentämiseksi telavaipan (31) kanavissa (32, 33) tai vastaavissa ja telan keskiössä johdettavan kuumennsuväliaineen lämpötilat ovat erikseen säädettävissä. 20

: 4. Kuumennettava tela paperikonetta, paperin jälkikäsittelylaitetta tai vastaavaa varten, joka tela käsittää telavaipan (41), jota kuumennetaan kuumennusväliaineen avulla, johon • m :.*·· telavaippaan (41) on muodostettu olennaisesti telavaipan (41) ulkopinnan (34) läheisyy- • · teen telavaipan (41) päästä päähän ulottuvat kanavat (42) tai vastaavat, joiden kautta • · · ’ 25 kuumennusväliaine on pantu kiertämään telavaipan ulkopinnan kuumentamiseksi, ja jossa telan keskiön (45) kautta on sovitettu kierrettäväksi kuumennusvällainetta, tunnettu • · • · · *·*·* siitä, että telavaipan (41) lämpötilagradientin pienentämiseksi telavaipan (41) kanavissa • · · ’ * (42) tai vastaavissa ja telan keskiössä (45) johdettavan kuumennusväliaineen lämpötilat •! ovat erikseen säädettävissä. 30 9 105115

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kuumennettava tela, tunnettu siitä, että telavaipan (41) lämpötilagradientin pienentämiseksi kanavia (42) tai vastaavia on järjestetty ainakin kahteen kehäsuuntaiseen riviin ja että kehäsuuntaisesti ainakin kahdessa rivissä olevat kanavat tai vastaavat on sijoitettu lomittain siten, että kanavat (42) ovat eri säteittäisillä 5 linjoilla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen kuumennettava tela, tunnettu siitä, että telavaipan (31) eri riveissä (Rj, R2) olevat kanavat (32, 33) tai vastaavat ovat halkaisijaltaan eri kokoisia.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen tela, tunnettu siitä, että telavaipan (31, 42. kanavissa (32, 33; 42) tai vastaavissa on sovitettu kierrätettäväksi ainakin kahta eri lämpötilan omaavaa kuumennusväliainetta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tela, tunnettu siitä, että telan yhteydessä on venttiilijärjestelmä kuumennusväliaineen kierron ja lämpötilan ohjaamiseksi.

8 705775

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tela, tunnettu siitä, että telavaipan ; , 20 (31, 42) kanavaan (32, 33; 42) tai vastaavaan ja/tai telan keskiöön (45) on järjestetty syrjäytyskappale kuumennusväliainevirtauksen säätämiseksi. * » * ( · « • · ·

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tela, tunnettu siitä, että telavaipan • · •’.V (31) ensimmäisen rivin (Rj) vierekkäisissä kanavissa (32) kuumennusväliaine on • · · : · 25 sovitettu johdettavaksi samaan suuntaan ja kuumennusväliaine on sovitettu palautettavak si toisessa rivissä (R2) olevaa lomittain olevaa kanavaa (33) pitkin. • · *· · · 1 · · • · • · « • · · ’•j

* 11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tela, tunnettu siitä, että kuumennus- ( « '·,'·! väliaine on sovitettu virtaamaan vierekkäisissä kanavissa (32; 33; 42) eri suuntiin. *:"= 30 « 1 · 4 « « < I < « t 1 « 4 4« 10 7°5775 Patentkrav ^