FI109713B

FI109713B - Menetelmä ja laite telan lämmittämiseksi

Info

Publication number: FI109713B
Application number: FI20010423A
Authority: FI
Inventors: Risto Saeynaevaejaervi
Original assignee: Metso Paper Automation Oy
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-30
Also published as: US20020121353A1; AT412789B; DE10209544B4; CA2371715A1; FI20010423A0; US6689993B2; ATA3152002A; DE10209544A1

Description

109713

Menetelmä ja laite telan lämmittämiseksi

Keksintö kohdistuu menetelmään telan lämmittämiseksi, joka on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Keksintö kohdis-5 tuu myös laitteeseen telan lämmittämiseksi, joka on oheisen patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa esitettyä tyyppiä. Keksintö kohdistuu myös menetelmään telan kuumennusjärjestelmän uusimiseksi, joka on oheisen patenttivaatimuksen 11 johdanto-osassa esitettyä tyyppiä.

10 Paperi- tai kartonkikoneissa tai paperin tai kartongin jälkikäsittelyko-neissa käytetään pyöriviä teloja käsittelemään paperirainaa. Tällaisia teloja käytetään erityisesti kalantereissa, jolloin niiden avulla kohdistetaan telan ohi kulkevaan rainaan viivakuormitusta ja/tai lämpöä rainan käsittelemiseksi halutulla tavalla. Kalanteri voi olla sijoitettu joko paperin 15 valmistuslinjaan, jolloin se käsittelee paperikoneen kuivatusosalta tulevaa rainaa, tai se voi olla erillisessä paperin jälkikäsittelykoneessa, johon käsiteltävää paperirainaa puretaan rullilta. Muita teloja, jotka käsittelevät rainaa lämmön ja/tai paineen avulla, ovat puristinosan telat ja kuivatusosan kuivatussylinterit.

20

Kalanteritela on järjestetty kalanterin runkoon pyöriväksi siten, että se muodostaa vastaelementin liikkuvan pinnan kanssa ns. kalanterinipin, . . : jolloin käsiteltävä paperiraina ohjautuu tämän nipin läpi. Nipin toisella puolella oleva vastaelementti voi olla toinen pyörivä kalanteritela, mutta 25 myös telan tai kiinteän tukipinnan kautta viety päätön hihna. Yksinkertaisimmillaan kalanteri voi muodostua yhdestä nipistä, mutta siinä voi olla myös kaksi tai useampia nippejä, jotka voivat muodostua aina ka-lanteritelan ja vastakkaisen liikkuvan elementin väliin. Rainan kulkusuunnassa peräkkäisten nippien aikaansaamiseksi kalanteritelan ja : 30 vastaelementin parit voivat olla erillään kalanterin rungossa, tai kalante- riteloista voidaan muodostaa ns. telapino, jolloin raina kulkee mutkitel- : · ’ ·. Ien telojen väliin muodostuvien nippien kautta.

» ·

Kalanterointinippi voi muodostua kahden kovan pinnan väliin, esimer-35 kiksi kahden sileäpintaisen metallitelan väliin, tai kovan pinnan ja pehmeän pinnan väliin, jolloin jälkimmäinen on saatu aikaan tavallisesti 109713 2 metallipintaisen telan pehmeällä pinnoitteella tai telan tai kiinteän ken-käelementin yli viedyn joustavan hihnan avulla.

Kaikissa em. ratkaisuissa on yleistä lämmittää metallipintaista telaa, ja 5 olemassa on monia vaihtoehtoja telan lämmittämiseksi, kuten telan sisään syötetty lämmitysväliaine, säteilylämmitys telan uiko- tai sisäpuolisilla lämmityselementeillä tai induktiolämmitys magneettikentän avulla telan sisä- tai ulkopuolisilla induktiokeloilla.

10 Induktiolämmityksestä ovat esimerkkejä mm. suomalainen patentti 71375, jota vastaa US-patentti 4614565, suomalainen kuulutusjulkaisu 74826, jota vastaa US-patentti 4384514, sekä eurooppalainen patentti 196264. Näissä on esitetty induktiolämmitys telan vaipan ulkopuolelle järjestettyjen sähkömagneettisten kelojen eli induktiokelojen avulla. Li-15 säksi lämmitys on mahdollista suorittaa ohjaamalla kutakin kelaa erikseen, jolloin saadaan aikaan lämpötilaprofilointi, jolla voidaan metallin lämpölaajenemisen kautta vaikuttaa myös nippiprofiiliin. US-patentissa 4384514 on esitetty kahteen riviin järjestetyt kelat, jotka on sijoitettu limittäin siten, että niiden vaikutusalueet kattavat telavaipan lämmitettä-20 vän leveyden lämmityksen suorittamiseksi profiloidusti säätämällä kutakin kelaa erikseen.

: Pyörivän telan sisäpuolelle järjestetty induktiokuumennin, joka kohdis- taa magneettikentän telan vaippaan, on puolestaan tunnettu US-pa-t,i”> 25 tenteistä 4425489, 5074019 ja 5895598. Induktiokuumentimessa olevat *··\ sähkömagneettiset kelat voivat olla itsenäisesti ohjattavia induktioläm- ; / mityksen suorittamiseksi profiloidusti. US-patentissa 5074019 on esi- tetty ratkaisu, jossa telan vaippaa lämmitetään sekä sisä- että ulkopuolelta induktiolämmittimillä, ja tällöin pyritään mahdollisimman '"*! 30 tasaiseen lämmitykseen ja välttämään epäyhtenäistä telan pinta- lämpötilaa (julkaisun palsta 5, rivit 67-68).

»« ·

I I I

\.l Lisäksi suomalaisessa patenttihakemuksessa 980557 on mainittu mah dollisuus sijoittaa polymeeripäällysteisen kalanteritelan sisään vyöhyk-•>;V 35 keittäin ohjattavia induktiokeloja.

109713 3 Sähkömagneettisia keloja eli induktiokeloja käytetään siis yleisesti paperikoneen tai paperin jälkikäsittelykoneen pyörivien telojen ulkopinnan nostamiseksi tiettyyn lämpötilaan aiheuttamalla telan vaippaan induktion avulla pyörrevirtoja, jotka kuumentavat telan vaippaa siten, että 5 vaipan ulkopinta, joka on kontaktissa rainaan, saavuttaa tietyn lämpötilan.

Induktiokuumentimien käyttö kalanteritelojen lämmittämiseksi siten, että telan vaipan paikallisesti säädetyn lämpölaajenemisen ansiosta saa-10 daan haluttu nippiprofiili ja täten nipin läpi kulkevan paperin paksuus-profiilin säätö, on siis ennestään tunnettua. Profiloivat induktiokuumen-timet, joita esitetään mm. edellä mainituissa julkaisuissa, ovat myös tunnettuja. Lisäksi on tunnettua käyttää tällaisia induktiokuumentimia sellaisten kalanteritelojen profiloivaan kuumennukseen, jotka on va-15 rustettu sisäpuolisella lämmitysväliaineella.

Kalanterissa ja myös muissa mahdollisissa paperi- tai kartonkikoneen tai paperin- tai kartongin jälkikäsittelykoneen kohteissa, joissa telan in-duktiolämmitystä voidaan käyttää, on tilanpuutetta johtuen mahdolli-20 simman kompaktista rakenteesta ja lay-outista ja monista muista prosessin vaatimista lisälaitteista. Siksi on ensiarvoisen tärkeää, että profiloiva induktiokuumennin voidaan ensinnäkin rakentaa erittäin kompakin,tiksi.

25 Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla voidaan poistaa em. haitat siten, että telaa voidaan kuumentaa tehokkaasti vähän tilaa ‘ vievillä ratkaisuilla. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mu- kaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

·:···! 30

Telan peruslämmitys tehdään telan ulkopuolisella profiloimattomalla :v, lämmityksellä. Tämän lisäksi samalle telalle suoritetaan profiloiva induktiolämmitys. Kalanterisovelluksessa tämä profiloiva lämmitys voi *·:*’ olla kytketty automaattiseen kaliperisäätöön (nippiprofiilin säätöön).

35 Aikaisemmin profiloivaa induktiolämmitystä on käytetty myös 109713 4 peruslämmitykseen, jolloin profiloiva induktiokuumennin on jouduttu rakentamaan suureksi.

Muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty oheisissa epäitsenäisissä 5 vaatimuksissa 2-5.

Keksinnön tarkoituksena on esittää myös laite, jolla voidaan toteuttaa telan tarkka lämmitys induktiokuumentimilla. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiassa tunnus-10 omaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 6 tunnus-merkkiosassa.

Oheisissa epäitsenäisissä laitevaatimuksissa on esitetty muita keksinnön mukaisen laitteen edullisia suoritusmuotoja.

15

Laitteeseen kuuluu sekä ei-profiloiva, telan tasaisen peruslämmityksen aikaansaava telan ulkopuolinen kuumennin että profiloiva induktiokuumennin. Kummatkin kuumentimet sijaitsevat edullisesti telan ulkopuolella telan pyörimissuunnassa peräkkäin. Kumpikin kuumennin 20 on erikseen ohjattavissa ja sädettävissä. Ei-profiloivan kuumentimen pääasiallisena ohjattavana/säädettävänä muuttujana on tietty lämmitysteho ja profiloivan kuumentimen ohjattavana/säädettävänä . \ muuttujana on tietty lämpötilaprofiili. Ei-profiloiva kuumennin voidaan * * t • / integroida samaan kompaktiin tukirakenteeseen, esim.

·;*; 25 palkkirakenteeseen, profiloivan kuumentimen kanssa.

Ei-profiloiva tasainen kuumennin on edullisesti myös Lj induktiokuumennin. Näin voidaan korvata kokonaan lämmönsiirto- väliaineen, esim. kuumaöljyn avulla suoritettu lämmitys, joka vaatii ·;···; 30 putkituksia telarakenteeseen. Samoin säätö ja ohjaus on helpompi . · · ·. toteuttaa, kun telan kuumennukset suoritetaan samalla periaatteella.

• » I

I t » : Menetelmälle telan kuumennusjärjestelmän uusimiseksi on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 11 : 35 tunnusmerkkiosassa. Kuumennusjärjestelmään, jossa on jo ennestään .···. profiloiva induktiokuumennin, lisätään tämän rinnalle ei-profiloiva 109713 5 kuumennin. Tarvittaessa voidaan myös itse tela vaihtaa, esim. lämmitysväliaineen kierrolla varustettu tela voidaan vaihtaa j toisentyyppiseen telaan, jonka sisällä ei ole lämmitysväliainekanavia.

5 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaista laitetta etukuvantona, ja 10 kuva 2 esittää laitetta sivukuvantona sijoitettuna lämmitettävän telan yhteyteen.

Kuvassa 1 on esitetty laite etukuvantona eli nähtynä lämmitettävän telan säteen suunnassa. Laite käsittää pitkänomaisen, radan poikki-15 suuntaan sijoitetun tukirakenteen 1, "induktiokuumennuspalkin", johon on määrävälein sijoitettu samankokoisia induktiokeloja 2. Induktiokelat ovat aksiaalisuuntaisessa tasossa otetussa poikkileikkauksessa pyöreitä. Kelojen välisestä etäisyydestä johtuvien epäjatkuvuuskohtien tasaamiseksi on kelat 2 sijoitettu limittäin siten, että ne ovat kahdessa 20 yhdensuuntaisessa rivissä siten, että toisen rivin kelat tulevat ensimmäisen rivin kelojen väleihin. Induktiokelat 2 on sijoitettu siten, että niiden vaikutusalueet peittävät toisensa osittain.

* · · ‘ / Kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 laite sivukuvantona sijoitettuna paperi- •;:; 25 tai kartonkikoneen tai paperin tai kartongin jälkikäsittelykoneen pyörivän *···] telan 3 yhteyteen. Tukirakenne 1 on merkitty katkoviivoilla, ja se voi kä- | * sittää lisäksi kytkentäkaappeja induktiokelojen 2 sähköliitäntöjä varten.

Kuten kuvasta 2 näkyy, induktiokelat 2 on sijoitettu lähelle kuumennettavan telan 3 pintaa siten, että väliin jää vain kapea ilmaväli.

*: · i 30 Induktiokelat 2 on suunnattu telan 3 pintaa kohti siten, että niiden keski-akseli yhtyy telan säteeseen. Eri kohdilla telan kehän suunnassa olevat .Λ induktiokuumentimet sijaitsevat näin eri kulmassa toisiinsa nähden.

Kuten kuvasta 2 näkyy, kelat sijaitsevat vinottain toisiinsa nähden siten, ’·;·* että toisen rivin kelat mahtuvat osaksi ensimmäisen rivin kelojen välei- : Λ 35 hin. Tukirakenteeseen 1 on lisäksi viety pääkaapeli 1a induktiokuumen-nuksessa tarvittavan sähköenergian tuomiseksi ja sen jakamiseksi eri 109713 6 induktiokeloille sekä yhteet 1b, 1c jäähdytysväliaineen, esim. veden tuomiseksi ja poistamiseksi. Tunnetun periaatteen mukaisesti tela 3 lämpiää telaan 3 indusoituvien pyörrevirtojen johdosta pyöriessään ja liikkuessaan induktiokuumentimen ohi.

5

Telan aksiaalisuunnassa eri kohdilla olevat induktiokelat 2 muodostavat profiloivan induktiokuumentimen 5, jonka avulla telaa 3 kuumennetaan profiloidusti, t.s. lämmitysteho vaihtelee telan aksiaalisuunnassa. Käytännössä tämä on toteutettavissa niin, että eri induktiokelojen 2 teho on 10 itsenäisesti säädettävissä.

Kuvissa 1 ja 2 esitettyyn laitteeseen kuuluu profiloivan induktiokuumentimen 5 lisäksi induktiokuumennin 4, joka sijaitsee telan 3 pyörimissuunnassa eri kohdalla kuin profiloivan kuumennuksen aikaansaamat 15 induktiokelat 2. Tämä induktiokuumennin 4 on myös sijoitettu radan poikkisuuntaan ulottuvaksi, ja se suorittaa telan 3 koko leveydellä tasaisen lämmityksen. Kysymyksessä on telan 3 peruslämmitys, joka toteutetaan ei-profiloivalla induktiolämmityksellä. Tälle lämmitykselle on tyypillistä se, että lämmitysteho ei ole riippuvainen lämmitettävän kohdan 20 sijainnista telan aksiaalisuunnassa, päinvastoin kuin induktiokeloilla 2 toteutetussa ratkaisussa.

Induktiokuumentimella 4 tuodaan peruslämmitys, jotta telalle saadaan ‘ profiloivan induktiokuumentimen 4 ja tasaisen kuumentimen 5 yhteis- 25 vaikutuksella tietty lämpötilataso. Yhdistelmä soveltuu hyvin tapauksiin, : · · | joissa ainakin joillakin kohdilla telaa pintalämpötila on yli 140°C.

• *

Induktiokuumennin 4 on edullisesti integroitu samaan tukirakenteeseen 1 eli induktiokuumennuspalkkiin, johon on sijoitettu profiloivan ·:··: 30 kuumentimen 5 induktiokelat2. Näin voidaan saada aikaan kompakti kokonaisuus, jossa sekä peruslämmityksen suorittava induktiokuumen nin 4 että profiloivan lämmityksen suorittavat induktiokelat 2 sijaitsevat I I t telan 3 ulkopuolella lähellä sen pintaa alle 120° sektorissa telan ulko-: : ‘ kehää pitkin mitattuna.

; f: 35 t * 109713 7

Tasaisesti lämmittävä induktiokuumennin 4 voi käsittää esimerkiksi telan 3 aksiaalisuuntaan sijoitetun, sähkövirran lähteeseen kytketyn johdinsilmukan, jonka aksiaalisuuntaisia haaroja on merkitty viitenumeroilla 4a ja 4b. Silmukka on varustettu jäähdytysväliaineen, 5 esim. veden kierrolla. Kyseessä voi olla esimerkiksi kuparijohdin, jonka sisällä kulkee jäähdytyskanava. Silmukan rakenteesta johtuen lämmitysteho on tasainen telan koko leveydellä. Silmukan takana olevaa heijastinta magneettikentän kohdistamiseksi paremmin telan 3 vaippaan on merkitty viitenumerolla 4c. Myös muita johdinrakenteita 10 voidaan käyttää.

Keksinnön avulla saadaan pieneen tilaan mahtumaan sekä tehokas telan 3 peruslämmitys, "bulkkilämmitys", että tarkka lämpötilaprofilointi. Yksi merkittävä etu on se, että profiloivan induktiokuumentimen 5 in-15 duktiokelat 2 voidaan tehdä pienemmiksi, koska niitä ei tarvitse käyttää telan yleiseen lämmitykseen. Keksinnön ansiosta voidaan parantaa myös profilointitarkkuutta.

On mahdollista lisätä ei-profiloiva induktiokuumennin 4 koneuusintojen 20 yhteydessä jälkikäteen sellaiseen kalanteriin, joka on jo varustettu profiloivalla induktiokuumennuksella. Ei-profiloiva kuumennin 4 voidaan kiinnittää esim. samaan tukirakenteeseen 1, johon profiloivat induktio- . '. kelat 2 on kiinnitetty.

* · · > ·

• I I

·;;; 25 Keksintöä ei ole rajoitettu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan :—j sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksin- : nöllisen ajatuksen puitteissa. Ainakin profiloiva on induktioperiaatteella toimiva. On esimerkiksi mahdollista, että profiloiva kuumennus toteutetaan erillisillä induktiokeloilla 2, kun taas tasaiseen ei-·;··· 30 profiloivaan kuumennukseen yli telan koko leveyden käytetään jollakin ·1··. muulla periaatteella toimivaa kuumenninta, kuten infrapunakuumenninta (IR-kuumenninta) tai konvektioperiaatteella, I > 1 esim. kuumailmalla toimivaa telan ulkopuolista kuumenninta. Tällainen kuumennin on järjestetty vaikuttamaan telan koko leveydelle siten, että : 35 syötettäessä kuumentimeen tietty teho kuumentimen aikaansaama I > » s1”; lämmitysvaste telassa ei ole riippuvainen kuumennettavan kohdan I · · 109713 8 sijainnista telan aksiaalisuunnassa. Tällainen ei-profiloiva kuumennin on myös mahdollista integroida samaan tukirakenteeseen 1 induktiokelojen 2 kanssa. Edullisen suoritusmuodon mukaan molemmat kuumentimet 4, 5 toimivat induktioperiaatteella.

5

Lisäksi on mahdollista, että profiloiva induktiokuumennin on sijoitettu telan sisäpuolelle lämmittämään telavaippaa sisältäpäin ja ei-profilova peruskuumennin sijoitetaan telan ulkopuolelle. Rakenteellisesti molempien kuumentimien sijoittaminen telan ulkopuolelle lähelle 10 toisiaan, kuten kuvissa 1 ja 2 on esitetty, on kuitenkin edullisin ratkaisu.

Kuvassa 2 esitetty tela 3 voi olla esimerkiksi kalanterin tela, joka muodostaa vastaelementin, esim. toisen telan kanssa kalanterinipin, jonka kautta paperi- tai kartonkiraina viedään sen kalanteroimiseksi. Keksintö 15 ei ole kuitenkaan rajoittunut kalantereihin, vaan sitä voidaan soveltaa myös muiden sellaisten telojen kuumennukseen, jotka tulevat kosketuksiin paperi- tai kartonkikoneessa tai paperin tai kartongin jälkikäsit-telykoneessa kulkevan jatkuvan rainan kanssa.

• I

* · * · · > · · 4 · • · · M I 4 , 1 4 # ·

Claims

109713

1. Menetelmä telan lämmittämiseksi paperi- tai kartonkikoneessa tai paperin tai kartongin jälkikäsittelykoneessa, jossa eri kohtia telan aksi-5 aalisuunnassa lämmitetään eri tehoilla profiloivan lämmityksen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että profiloivan induktiolämmityksen lisäksi telalle (3) suoritetaan erikseen peruslämmitys telan (3) ulkopuolelta telan leveydellä oleellisesti tasaisella lämmitysteholla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että profiloiva induktiolämmitys suoritetaan telan (3) ulkopuolelta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että profiloiva induktiolämmitys suoritetaan useilla eri kohdilla telan (3) 15 aksiaalisuunnassa olevilla induktiokeloilla (2).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myös telan (3) peruslämmitys suoritetaan induktioperiaatteella. 20

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- : tu siitä, että sillä lämmitetään kalanteritelaa. :· 6. Laite telan lämmittämiseksi paperi- tai kartonkikoneessa tai paperin : 25 tai kartongin jälkikäsittelykoneessa, jossa on profiloiva induktio- ....: kuumennin (5), joka on järjestetty lämmittämään telaa (3) lämmitettävän kohdan sijainnista telan aksiaalisuunnassa riippuvaisella teholla, tunnettu siitä, että laite käsittää mainitun profiloivan induktio-kuumentimen (5) lisäksi ei-profiloivan telan ulkopuolisen kuumentimen 30 (4), joka on järjestetty lämmittämään samaa telaa (3) lämmitysteholla, joka on oleellisesti tasainen telan leveydellä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että profiloiva induktiokuumennin (5) on sijoitettu telan (3) ulkopuolelle. 35 109713

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että kumpi- j kin kuumennin (4, 5) on sijoitettu samaan tukirakenteeseen (1). j

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 6 - 8 mukainen laite, tunnettu 5 siitä, että profiloiva induktiokuumennin (5) käsittää useita eri kohdilla telan (3) aksiaalisuunnassa sijaitsevia induktiokeloja (2).

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 6 - 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että myös ei-profiloiva kuumennin (4) on 10 induktiokuumennin.

11. Menetelmä telan kuumennusjärjestelmän uusimiseksi paperi- tai kartonkikoneessa tai paperin tai kartongin jälkikäsittelykoneessa, jolloin kuumennusjärjestelmä käsittää profiloivan induktiokuumentimen (5), 15 joka on järjestetty lämmittämään telaa (3) lämmitettävän kohdan sijainnista telan aksiaalisuunnassa riippuvaisella teholla, tunnettu siitä, että kuumennusjärjestelmään lisätään telan ulkopuolelle ei-profiloiva kuumennin (4), joka on järjestetty lämmittämään samaa telaa (3) lämmitysteholla, joka on oleellisesti tasainen telan koko leveydellä. 20

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : V ei-profiloiva kuumennin (4) integroidaan olemassaolevaan, profiloivan induktiokuumentimen (5) tukirakenteeseen (1). » 1 I · * · t 109713 j Patentkrav: