FI107398B - Kuumennettava tela - Google Patents

Description

107398

Kuumennettava tela , Upphettbar vals 5

Keksinnön kohteena on kuumennettava tela, etenkin kalanteritela, joka tulee suoraan kosketukseen paperi- tai kartonkirainan kanssa, joka tela käsittää onton putkimaisen telavaipan, joka on päistään pyörivästi laakeroitu koneen runkoon laakereilla ja varustettu käyttömoottorilla tai vastaavalla telan pyörittämiseksi ja johon telaan on 10 sovitettu laitteisto telavaipan kuumentamiseksi.

Kuumia teloja tarvitaan paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa useissa kohteissa. Kuumien telojen tavallisimpia käyttökohteita ovat kalenterit ja puristimet sekä superkalanterit. Etenkin kalanterointiprosessissa käytetään yhä enenevässä mää-15 rin hyödyksi korotettuja kokillitelan pintalämpötiloja paperin plastisoimiseksi ja ka-lanterointituloksen parantamiseksi. Tavanomaisin ratkaisu telan kuumentamiseksi on ollut se, että lämpö tuodaan telaan sopivan lämmönsiirtoväliaineen avulla, joka perinteisesti on ollut vettä. Näissä ratkaisuissa vesi on kiertänyt erillisen lämmitysyksi-kön kautta telaan. Soft-kalantereiden yleistymisen myötä kuumaöljy lämmönsiirto-20 väliaineen on yleistynyt voimakkaasti. Kuumaöljy lämmitetään erillisessä kattilalaitoksessa, josta se pumpataan telaan.

Patenttikiijallisuudessa tunnetaan useita erilaisia menetelmiä ja ratkaisuja telojen kuumentamiseksi. Vanhin tunnettu ratkaisu on sellainen, jossa massiivisen telan 25 keskelle on porattu läpimenevä reikä, johon lämmönsiirtoväliaine on pantu kiertämään. Tällaisen ratkaisun olennainen haittapuoli on kuitenkin se, että etäisyys lämmönsiirto väliaineesta telan pintaan on hyvin suuri, minkä johdosta tehokasta ja taloudellista lämmitystä ei tällä ratkaisulla saada aikaan. Toinen ja edellistä kehittyneempi ratkaisu on sellainen, jossa tela käsittää pyörimättömän syijäytyskappa-30 leen, jonka päälle on pyörivästi laakeroitu telavaippa. Tässä ratkaisussa lämmönsiirtoväliaine, kuten vesi tai öljy, johdetaan syrjäytyskappaleen ja telavaipan väliseen 2 107398 tilaan kuumentamaan telavaippaa. Eräs tällainen ratkaisu on esitetty esimerkiksi EP-hakemusjulkaisussa nro 0 188 238. Tällaisen ratkaisun olennainen haittapuoli on kuitenkin se, että käsiteltävät nestemäärät ovat erittäin suuria. Tästä aiheutuu mm. se, että telan tehonkulutus on erittäin suuri. Muita vastaavanlaisella rakenteella toteu-5 tettuja kuumennettavia teloja, joissa syijäytyskappale kuitenkin pyörii telavaipan mukana, on aikaisemmin esitetty mm. US-patenteissa nrot 4 607 420,4 730 374 ja 4 734 966 sekä EP-hakemusjuIkaisussa nro 0 158 220. Näilläkin teloilla on kuumennuksen hyötysuhde varsin huono, koska kuumennusväliaine joudutaan erikseen lämmittämään ennen telaan johtamista.

10

Eräs tunnettu ratkaisu telan kuumentamiseksi on sellainen, jossa telaan on muodostettu useita aksiaalisuunnassa läpimeneviä porauksia, joiden kautta kuumennusväliaine on pantu kiertämään. Tällaisia ratkaisuja on aikaisemmin esitetty mm. kanadalaisessa patentissa nro 1 223 763, EP-patenttijulkaisussa nro 0 597 814 ja FI-15 kuulutusjulkaisussa nro 88 632. Edellä kuvattuun tekniikan tasoon liittyen tunne taan esimerkiksi US-patentista nro 5 383 833 sellainen ratkaisu, jossa telan onttoon telavaippaan on muodostettu aksiaaliset poraukset. Telavaipan sisään on edelleen jäljestetty pyörimätön syijäytyskappale, joka ohjaa telaan johdetun kuumennusväli-aineen kiertämään syijäytyskappaleen ja telavaipan välisessä tilassa sekä telavaip-20 paan muodostetuissa porauksissa.

Viimeisin kehitysaskel telan kuumennuksessa on telan induktiivinen kuumennus. Induktori voi sijaita joko telan sisällä tai ulkopuolella. Sisäisestä induktiokuumen-nuksesta voidaan esimerkkeinä esittää US-patentit nrot 5 553 729 ja 5 895 598.

25

Nykyisten ratkaisujen suurimmat ongelmat liittyvät jäijestelmien monimutkaisuuteen, huoltotarpeeseen ja huonohkoon hyötysuhteeseen. Sellaisiin kuumennustapoi-hin, joissa käytetään kuumennusväliainetta, liittyy jo aikaisemmin mainittu olennainen haittapuoli eli se, että käsiteltävät nestemäärät ovat erittäin suuria. Toinen haitta-30 puoli on se, että kaikessa tapauksessa lämmönsiirtoväliaine joudutaan aina ensin lämmittämään jollain sopivalla tavalla esim. sähkön avulla, minkä jälkeen lämmön- 3 107398 siirto väliaine johdetaan telaan. Tällaisten telojen kuumennuksen hyötysuhde on huono j a tehonkulutus huomattavan suuri.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan kuumennettava tela, jossa 5 telan kuumennuksen hyötysuhde on saatu paranemaan ja jolla saadaan aikaan tela-vaipan tasainen kuumeneminen. Näihin päämääriin pääsemiseksi on keksinnön mukaiselle telalle pääasiassa tunnusomaista, että telavaipan kuumennuslaitteisto on telan sisään sovitettu, kitkaan perustuva laitteisto, joka on sovitettu aikaansaamaan telavaipan sisäistä kitkatyötä sellaisen määrän, joka olennaisesti vastaa telavaippaan 10 kosketuksessa olevan rainan aiheuttamaa lämpöenergian kulutusta sekä häviöitä telasta ympäristöön.

Keksinnöllä saavutetaan tunnettuun tekniikkaan nähden useita merkittäviäkin etuja, joista tässä yhteydessä voidaan tuoda esiin seuraavia. Ensinnäkin olennainen etu on 15 se, että telan rakenne on yksinkertainen ja kuumennuksen hyötysuhde on erittäin korkea. Kuumennuksen tarvitsema energia otetaan edullisimmin sähkömoottoreista ja välitetään mekaanisesti telan sisälle. Sähkömoottorin ja mekaanisen voimansiirron hyötysuhteet ovat tunnetusti erittäin hyvät. Telanvaihtotilanteissa on helpompi irrottaa ja käsitellä mekaanisia osia kuin pyöriviä liittimiä ja nesteletkuja. Keksinnön 20 mukaisen telan yhteydessä ei jouduta käyttämään telan ulkopuolisia, haittaavia ja kalliita laitteita. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seu- * raavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioissa 25 esitettyjen esimerkkien avulla.

»

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen telan erästä edullista toteuttamismuotoa osittaisena pituussuuntaisena pystyleikkauksena.

30 Kuvio 2 esittää erästä vaihtoehtoista toteuttamismuotoa keksinnön mukaisesta telasta kuviota 1 vastaavana esityksenä.

4 107398

Kuviossa 1 on telaa merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Tela 10 käsittää onton tela-vaipan 11, jonka päihin on kiinnitetty telapäädyt 12, 13. Telapäädyissä 12, 13 on edelleen kiinni akselitapit 14, 15, joista tela 10 on laakereiden 16, 17 avulla laake-5 roitu koneen runkoon. Akselitapit 14, 15 voivat olla sama-aineiset telapäätyjen 12, 13 kanssa ja kuvion 1 esittämällä tavalla ensimmäisen telapäädyn 12 akselitappi 14 on ontto. Tela 10 on edelleen varustettu käyttömoottorilla 18, joka sopivan voiman-siirtoelimen 19 välityksellä pyörittää telaa 10. Käyttömoottori 18 on edullisimmin sähkömoottori, jolla saadaan parhaat keksinnöllä tavoiteltavat edut. Myös hydrauli-10 moottoria voidaan ajatella käytettävän.

Telavaipan 11 sisään on sovitettu syijäytyskappale 20, joka on samakeskinen telan 10 kanssa. Syijäytyskappale 20 on päistään varustettu akselitapein 21, 22 tai vastaavalla tavalla yhtenäisellä läpimenevällä akselilla, joista/josta syijäytyskappale 20 on 15 laakereiden 23, 24 avulla pyörivästi laakeroitu telan 10 sisään. Syijäytyskappaleen 20 ensimmäisessä päädyssä oleva akselitappi 21 on kuvion 1 mukaisesti niin pitkä, että se ulottuu ensimmäisen telapäädyn 12 ja onton akselitapin 14 läpi. Syijäytys-kappale 20 on edelleen varustettu käyttömoottorilla 25, joka on kytketty ensimmäiseen akselitappiin 21 syij äytyskappaleen 20 pyörittämiseksi. Syij äytyskappaleen 20 käyttömoottori 25 on edullisimmin sähkömoottori, jonka avulla saavutetaan parhaiten tavoiteltavat edut. Käyttömoottorina 25 voidaan käyttää myös hydraulimoottoria. Tela 10 ja syijäytyskappale 20 ovat näin kumpikin varustetut erillisin käyttömootto-rein 18, 25, jolloin niitä voidaan pyörittää toisistaan riippumattomasti.

25 Keksinnön mukainen kuumennettava tela on tarkoitettu erityisesti kalanteritelaksi ja telan kuumennus toteutetaan siten, että keksinnössä tuotetaan telan 10 sisäistä kitka- * työtä sellainen määrä, joka olennaisesti vastaa paperin aiheuttamaa lämpöenergian kulutusta sekä häviöitä ympäristöön. Häviöt ympäristöön erityisesti konvektiosta johtuen ovat huomattavan suuret ja ne voivat olla jopa luokkaa 30 % telan tehon 30 kulutuksesta. Yksityiskohtaisemmin keksinnön mukainen ratkaisu toteutetaan siten, että telaa 10 ja telavaipan 11 sisälle laakeroitua syijäytyskappaletta 20 pyöritetään 5 107398 käyttömoottoreiden 18, 25 avulla toisistaan poikkeavalla nopeudella. Telavaipan 11 ja syijäytyskappaleen 20 välinen välitila S on täytetty korkeaviskoottisella lämmön-siirtoöljyllä ja kyseinen rako on mitoitettu siten, että kun telavaipan 11 ja syqäytys-kappaleen 20 välillä on nopeusero, lämmönsiirtoöljyn viskoottisen vastuksen joh-5 dosta syntyy lämpöä. Muodostuvan lämmön määrää voidaan helposti kontrolloida säätämällä telavaipan 11 ja syijäytyskappaleen 20 välistä suhteellista nopeutta eli nopeuseroa. Jos vielä syqäytyskappale 20 ja etenkin sen ulkopinta muotoillaan sopivasti, saadaan aikaan voimakas öljyn virtaus telan 10 sisällä, mikä takaa tasaisen lämmön jakautumisen koko telavaipalle 11. Virtauksen parantamiseksi voidaan syr-10 jäytyskappaleen 20 ulkopinta esimerkiksi sopivalla tavalla karhentaa tai varustaa erilaisin siivekkein tai vastaavin muotoelimin.

Kuviossa 2 on esitetty toinen toteuttamismuoto keksinnön mukaisesta telasta, jota tässä kuviossa on yleisesti merkitty viitenumerolla 110. Tässä toteuttamismuodossa 15 tela 110 käsittää onton telavaipan 111, jonka päihin on kiinnitetty akselitapein 114, 115 varustetut telapäädyt 112, 113. Akselitapeista 114, 115 tela 110 on laakeroitu laakereiden 116, 117 välityksellä koneen runkoon. Kuviota 1 vastaavalla tavalla on myös tässä suoritusmuodossa ensimmäisen telapäädyn 112 akselitappi 114 onttoja läpimenevällä reiällä varustettu. Tela 110 on varustettu käyttömoottorilla 118, joka 20 voimansiirtoelimen 119 välityksellä pyörittää telaa 10. Käyttömoottori 118 on edullisesti sähkömoottori. Myös hydraulimoottoria voidaan käyttää.

Telavaipan 111 sisään on sovitettu samakeskisesti telan 110 kanssa oleva syijäytys-kappale 120. Syqäytyskappale 120 päistään varustettu akselitapein 121, 122, joista 25 se on laakereiden 123, 124 välityksin pyörivästi laakeroitu telan 110 suhteen. Akse-litappien 121, 122 sijasta voidaan myös käyttää yhtenäistä, syijäytyskappaleen 120 läpi menevää akselia. Syqäytyskappaleen 120 ensimmäisen päädyn akselitappi 121 on niin pitkä, että se ulottuu telan 110 ensimmäisen telapäädyn 112 sekä onton akse-litapin 114 läpi. Syqäytyskappale 120 on edelleen varustettu käyttömoottorilla 125, 30 joka on kytketty ensimmäiseen akselitappiin 121 syijäytyskappaleen 120 pyörittämiseksi. Kuten jo aiemmin on todettu, käyttömoottori 125 on edullisimmin sähkö- 6 107398 moottori, joskin myös hydraulimoottoria voidaan käyttää. Näiltä osin kuvion 2 toteuttamismuoto vastaa kuviossa 1 esitettyä.

Kuvion 2 toteuttamismuodossa telavaippa 111 on varustettu olennaisesti aksiaa-5 lisuuntaisin, telavaipan 111 päästä päähän ulottuvin porauksin 131. Mainittuja porauksia 131 on useita ja ne sijaitsevat kehän suunnassa toisistaan tasaisin välimatkoin. Edelleen on telavaippaan 111 muodostettu telavaipan 111 kummankin päädyn alueelle radiaaliset poraukset 132, 133, jotka ulottuvat telavaipan 111 sisäpinnasta aksi-aalisuuntaisiin porauksiin 131. Aksiaalisuuntaiset poraukset 131 ovat täten telan 10 ensimmäisen päädyn alueelta yhteydessä telavaipan 111 sisätilaan ensimmäisten radiaalisten porausten 132 välityksin ja vastaavasti toisen telapäädyn alueelta toisten radiaalisten porausten 133 välityksin. Syijäytyskappaleen 120 ulkopinta on lisäksi siten muotoiltu tai varustettu sellaisin muotoelimin 135, joilla syijäytyskappaleen 120 pyöriessä saadaan aikaan öljyn virtaus yhteen suuntaan telan aksiaalisuunnassa 15 telavaipan lilja syijäytyskappaleen 120 välisessä raossa S. Kuvion 2 esityksessä on esitetty vain yksi muotoelin 135, joka on muodoltaan spiraalimainen. Muotoelimiä 135 voi olla myös useita ja niiden muoto voi kuviossa 2 esitetystä poiketa.

Kun syijäytyskappaleen 120 ja telan 110 pyörimisliikkeillä on nopeusero, saa syr-20 jäytyskappaleen 120 ulkopinnan muoto aikaan öljyn virtauksen syijäytyskappaleen 120 ja telavaipan 111 välisessä välitilassa S. Kyseisellä virtauksella on välitilassa S

« ♦ aksiaalisuunnassa yhteen suuntaan oleva nopeuskomponentti. Täten, kuten edellä jo todettiin, välitilassa S tapahtuu aksiaalisuuntaista virtausta. Koska aksiaalisuuntaiset poraukset 131 ovat yhteydessä telavaipan 111 sisätilaan radiaalisten porausten 132, 25 133 välityksellä, saa välitilassa S tapahtuva aksiaalisuuntainen virtaus aikaan sen, että öljyä virtaa ensimmäisten radiaalisten porausten 132 kautta aksiaalisuuntaisiin *. porauksiin 131, joissa näin ollen virtaus tapahtuu aksiaalisuunnassa vastakkaiseen suuntaan kuin välitilassa S. Aksiaalisuuntaisista porauksista 131 öljy palaa välitilaan S telan toisen päädyn alueella olevien toisten radiaaliporausten 133 kautta. Tällä 30 ratkaisulla saadaan aikaan erittäin tasainen lämmön jakautuminen koko telavaipalle, koska kuumennusöljyn virtausta tapahtuu aksiaalisuunnassa kahteen suuntaan, tela- 7 107398 vaipan 111 sisäpinnalla yhteen suuntaan ja aksiaaliporauksissa 131 vastakkaiseen suuntaan.

% „ Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioissa esi- 5 tettyihin toteuttamisesimerkkeihin viittaamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuvioissa esitettyjä esimerkkejä, vaan keksinnön eri sovel-lusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

> «

Claims (10)

1. 8 107398
2. 1. Kuumennettava tela, etenkin kalanteritela, joka tulee suoraan kosketukseen paperi- tai kartonkirainan kanssa, joka tela (10; 110) käsittää onton putkimaisen telavai-5 pan (11; 111), joka on päistään pyörivästi laakeroitu koneen runkoon laakereilla (16, 17; 116, 117) ja varastettu käyttömoottorilla (18; 118) tai vastaavalla telan pyörittämiseksi ja johon telaan (10; 110) on sovitettu laitteisto (20 - 25; 120 - 125, 131 -135) telavaipan (11; 111) kuumentamiseksi, tunnettu siitä, että telavaipan kuu-mennuslaitteisto (20 - 25; 120 - 125, 131 - 135) on telan sisään sovitettu, kitkaan 10 perustuva laitteisto, joka on sovitettu aikaansaamaan telavaipan (11; 111) sisäistä kitkatyötä sellaisen määrän, joka olennaisesti vastaa telavaippaan (11; 111) kosketuksessa olevan rainan aiheuttamaa lämpöenergian kulutusta sekä häviöitä telasta ympäristöön.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että telavaipan (11; 111) sisään on sovitettu telavaipan sisätilan pääosin täyttävä syijäytyskappale (20; 120), joka on pyörivästi ja telan kanssa samakeskisesti laakeroitu telan (10; 110) suhteen ja varustettu omalla käyttömoottorillaan (25; 125) tai vastaavalla syijäytyskappaleen (20; 120) pyörittämiseksi telan (10; 110) pyörintänopeudesta riippumattomasti, ja 20 että syijäytyskappaleen (20; 120) ja telavaipan (11; 111) välinen välitila (S) on täytetty juoksevalla, viskoottisella lämmönsiirtoväliaineella, jolloin telavaipan (11; 111) » ja syijäytyskappaleen (20; 120) välinen pyörintänopeuksien ero on sovitettu läm-mönsiirtoväliaineen viskoottisen vastuksen johdosta kuumentamaan lämmönsiirto-väliainetta ja niin muodoin telavaippaa (11; 111). 25
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että kuumennuslaitteiston ' i' (20 - 25; 120 - 125, 131 - 135) aikaansaaman lämmön määrä on jäljestetty säädettäväksi telavaipan (11; 111) ja syijäytyskappaleen (20; 120) välistä suhteellista nopeutta säätämällä. 30 9 107398
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen tela, tunnettu siitä, että tasaisen lämmön-jakautumisen aikaansaamiseksi telavaipalle (11) syijäytyskappale (20) on muotoiltu siten, että syij äytyskappaleen (20) muoto saa aikaan lämmönsiirtoväliaineen voimakkaan virtauksen telan (10) sisällä. 5
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tela, tunnettu siitä, että syij äytyskappaleen (20) ulkopinta on varustettu karhennuksin, siivekkein tai vastaavin muotoelimin.
7. 6. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen tela, tunnettu siitä, että telavaippa (111) 10 on varustettu olennaisesti telavaipan päästä päähän ulottuvin pääasiassa telan aksiaa- lisuuntaisin porauksin (131), jotka ovat yhteydessä telavaipan (11) sisätilaan telavaipan kummankin päädyn alueelle muodostettujen radiaalisten, telavaipan (11) sisäpinnasta aksiaalisuuntaisiin porauksiin (131) ulottuvien radiaalisten porausten (132, 133) kautta. 15
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tela, tunnettu siitä, että syij äytyskappaleen (120) ulkopinta on varustettu sellaisin muotoelimin (135) tai vastaavin, jotka aikaansaavat telavaipan (111) ja syij äytyskappaleen (120) välisen nopeuseron johdosta olennaisesti aksiaalisuunnassa tapahtuvan virtauksen syij äytyskappaleen (120) ja 20 telavaipan (111) välisessä välitilassa (S). 1 « Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen tela, tunnettu siitä, että aksiaalisuunnassa tapahtuva virtaus syrj äytyskappaleen (120) ja telavaipan (111) välisessä välitilassa (S) on jäljestetty pakottamaan lämmönsiirtoväliaineen kulkemaan telavaipassa (111) 25 oleviin aksiaalisuuntaisiin porauksiin (131) telavaipan ensimmäisessä päädyssä olevien ensimmäisten radiaaliporausten (132) kautta ja vastaavasti aksiaalisuuntaisista ! porauksista (131) takaisin välitilaan (S) telavaipan toisessa päädyssä olevien toisten radiaalisten porausten (133) kautta siten, että telavaippaan (111) kosketuksessa oleva lämmönsiirtoväliaine virtaa välitilassa (S) ja aksiaalisuuntaisissa porauksissa (131) 30 vastakkaisiin suuntiin. ίο 10/ ό 9 8
9. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tela, tunnettu siitä, että syijäy-tyskappaleen (20; 120) käyttömoottori (25; 125) on sähkömoottori.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen tela, tunnettu siitä, että syijäytys-5 kappaleen (20; 120) käyttömoottori (25; 125) on hydraulimoottori. u 107398