FI63980B - Foerfarande foer effektivering av luftkonditioneringen i med sluten huv foersedda torkpartier i pappersmaskiner - Google Patents

Description

63980

Menetelmä ilmastoinnin tehostamiseksi suljetulla huuvalla varustetuissa paperikoneiden kuivatusosissa Förfarande för effektivering av luftkonditioneringen i med sluten huv försedda torkpartier i pappersmaskiner

Keksinnön kohteena on menetelmä ilmastoinnin tehostamiseksi suljetulla huuvalla varustetuissa paperikoneiden kuivatusosissa, jossa menetelmässä sopivan tilan omaavaa ilmaa puhalletaan sellaisille pinnoille, jotka ovat alttiita kondenssin tiivistymiselle.

5

Nykyaikaisen paperikoneen primäärilämmön kulutus tapahtuu miltei kokonaan kuivatusosalla. Kuivatuksen primäärilämpöenergian ominais-kulutus haihdutettua vesimäärää kohti on riippuvainen poistoilman kosteudesta.

10

Paperikoneen huuvan poistoilman kosteutta on yritetty jatkuvasti nostaa. Avohuuvilla poistoilman kosteus oli 50...80 g/kg k.i.. Suljetuilla huuvilla päästiin 1960-luvulla arvoon 100 g/kg k.i. ja 1970-luvulla arvoon 120 g/kg k.i. Viime vuosina on poistoilman kos-15 teuden mitoitusarvona ollut 130...140 g/kg k.i.

Esteenä poistoilman kosteuden nostamiselle yli arvon 150 g/kg k.i. on ns. kondenssi eli vesihöyryn tiivistyminen huuvan rakenteisiin.

Tämä ilmiö esiintyy, kun rakenteen pintalämpötila on pienempi kuin 20 ko. tilassa olevan ilman kastepistelämpötila. Kondenssi on hyvin haitallinen ilmiö huuvassa mm. huuvan rakenteiden korroosion nopeutumisen ja paperirainalle tippuvien vesipisaroiden vuoksi.

Kondenssin esiintymistä huuvassa suurilla poistoilman kosteuksilla 25 on yritetty estää erilaisilla toimenpiteillä. Näistä mainittakoon ennen muuta huuvan lämpöeristyksen parantaminen. Kun lämpöeristyksen paksuus vielä 1960-luvulla oli n. 50 mm, käytetään nykyään yleisesti jo n. 100 mm paksuutta. Toisena kondenssia estävänä toimenpiteenä on käytetty kuivan ja kuuman ilman puhaltamista huuvassa 30 kondenssin esiintymiskohtiin. Tämä menetelmä on esitetty Svenska

Fläktfabriken AB:n esitelmässä "Modern Paper Machine Hoods and Pocket Ventilation Systems", joka pidettiin Nordiskafilt AB:n järjestämässä huopasymposiumissa Halmstadissa heinäkuussa 1981.

2 63980

Jos kuitenkin halutaan lisätä huuvan poistoilman kosteutta huomattavasti nykyisestä eli esim. arvoon 200 g/kg k.i., ei huuvan lämpöeristeen paksuuden lisäämisellä pystytä välttämään kondenssia.

5 Tämä johtuu usein korkeista paikallisista kosteuksista tai paikallisista alhaisista pintalämpötiloista, joita esiintyy ns. lämpösil-tojen ja vuotojen kohdalla. Tämä koskee varsinkin huuvan ovia ja ikkunoita. Lämpösiltojen ja vuotojen eliminoiminen vaatisi niin kalliita ratkaisuja, ettei niitä voida toteuttaa käytännössä.

10

Myöskään kuuman ja kuivan ilman puhaltaminen kondenssialttiisiin kohteisiin ei ratkaise kondenssin aiheuttamia pulmia, sillä ilmaa ei yksinkertaisesti riitä tähän tarkoitukseen, vaan kaikki ilma on käytettävä haihdutuksen lisäämiseen. Erityisesti näin on asianlaita 15 käytettäessä korkeaa poistoilman kosteutta, sillä huuvan sisäisen ilman kosteustason noustessa haihdutus vaikeutuu ympäröivän ilman ja haihduttavan pinnan e. rainan päällä olevan kylläisen rajakerroksen välisen kosteusgradientin pienentyessä. Lisäksi pienentynyt poistoilma-määrä johtaa jo sinänsä pienentyneeseen korvausilmamäärään, sillä 20 korvausilman osuus on poistoilmamäärästä vain n. 65-80 %.

US-patenttijulkaisussa 4.268.974 on esitetty paperikoneen huuva, jossa huuvan runkorakenne toimii myös ilmakanavistona. Lämmöntalteenotto on myös sijoitettu huuvan sisään. Vaikka US-patentin 4.268.974 mukai-25 sessa huuvassa runkorakenteen lämpötila saadaan niin korkeaksi, että kondenssia ei esiinny, jää vesihöyryn tiivistyminen esim. ovien ja ikkunoiden kohdalla vaille ratkaisua.

Esillä olevassa keksinnössä on tarkoitus saada aikaan menetelmä, 30 jolla kyseinen kondenssi pystytään estämään, vaikka huuvan poisto-ilman kosteus on jopa luokkaa 200 g/kg k.i. Lisäksi tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jossa paperirainan kosteusprofiilia voidaan tasoittaa estämällä rainan molempien tai toisen reunan ylikuivuminen, Näihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi menetelmälle 35 on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainitun huuvan molempien sivuseinien läheisyyteen sovitettujen ilmakanavien kautta puhalletaan pääasiallisesti alaviistoon ilmasuihkuja ainakin osittain huuvan sivuseinien alaosan yhteydessä olevia ovi-, luukku- ja/tai 3 63980 ikkunarakenteiden sisäpintoja kohti ja että mainittuihin ilmakanaviin otetaan puhallusilma huuvan sisällä olevasta ilmasta tai huuvan sisällä olevan ilman ja kuivan korvausilman sekoituksena.

5 Kuten tunnettua paperikoneen huuvien sivuseinämien alaosissa on ovia, ikkunoita tai muita vastaavia usein avattavia luukkuja, joiden yhteydessä syntyy helposti tiivistysvaikeuksia, ja lämpösiltoja ei aina voida välttää. Nämä ongelmat keksinnön menetelmän avulla yksinkertaisesti vältetään.

10

Mainittuja ilmasuihkuja voidaan myös käyttää ejektoimaan niiden läheisyydessä olevista huuvan sivutiloista kuumaa ja kosteaa ilmaa ja täten voidaan nostaa huuvan käytävien alueiden kosteus- ja lämpö-tilatasoa. Tällä tason nostolla voidaan vähentää paperiradan reuno-15 jen ylikuivumista ja pienentää kuivatussylinterien päätyjen lämpö-häviöitä mikä osaltaan parantaa kuivatusosan lämpötaloutta.

Eräs keksinnön mahdollinen toteutusmuoto on sellainen että menetelmää käytetään paperiradan toispuoleisen kosteusprofiilin tasaamiseen 20 puhaltamalla kyseisten ilmakanavien kautta sille kuivatussylinterien puolelle enemmän ilmaa, jolla rainalla on suurempi kosteuspitoisuus. Kyseiselle reunalle tuodaan ilmapuhalluksella lievä ylipaine, joka saa aikaan ilmavirtauksen aksiaalisesti koneen poikki. Tällä menettelyllä rainan puhalluksen puoleinen reuna kuivuu enemmän kuin vastak-25 kainen reuna, sillä virratessaan taskuissa koneen poikki ilma koko ajan kostuu ja kuivatuksen toispuoleisuus tasoittuu.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioihin, joissa esitettyihin yksityiskohtiin 30 keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa.

Kuvio 1 esittää eräiden toteutettujen paperikoneiden kuivatusosien ominaislämmönkulutusta poistoillaan kosteuden funktiona.

35 Kuviot 2A ja 2B esittävät kaaviomaisesti huuvan eristyslevyn poikkileikkausta sekä vapaan konvektion ja pakotetun konvektion lämmönläpäi-sykertoimia.

_ - 1 63980

Kuviot 3A ja 3B esittävät pituusleikkauksia paperikoneen kuivatusosan huuvasta, jossa käytetään keksinnön mukaista menetelmää; kuvio 3A esittää huuvaa kuvioon 4 merkitystä suunnasta A ja kuvio 3B suunnasta B nähtynä.

5

Kuvio 4 esittää poikkileikkausta paperikoneen kuivatusosan huuvasta, jossa sovelletaan keksinnön mukaista menetelmää.

Kuviossa 1 on esitetty jo olemassa olevalla kuudella eri paperiko-10 neella suoritettujen mittausten tulokset. Nähdään että lämpöenergian ominaiskulutus pienenee poistoiltaan kosteuden kasvaessa. Tämä johtuu siitä, että kuivatusosan ilmanvaihtoon tarvittava ilmamäärä pienenee poistoilman kosteuden kasvaessa. Tällöin puhallintehot pienenevät ja tuloilman lämmitys vaatii vähemmän höyryä. Lisäksi läramön-15 talteenotto toimii tehokkaammin ns. märän lämmönsiirron osuuden lisääntyessä.

Kuvioissa 3A, 3B ja 4 on esitetty kaaviollisesti paperikoneen kuivatusosan huuva 1, joka muodostuu pystysivuseinistä 7A, 7B ja katosta 20 23 ja välikatosta 24, joiden väliin jää välikattotila 15. Paperikone- salin lattiatasoa on merkitty viitenumerolla 2. Tämän tason 2 yläpuolelle on sivurunkoihin 6A, 6B laakeroitu akselitapeistaan 5A, 5B paperikoneen kuivatussylinterit, joista kuviossa 4 näkyy yksi ylä-rivin sylinteri 3 ja yksi alarivin sylinteri 4. Huuvan 1 sivuseinien 25 7A alaosaan on järjestetty huuvan ovet 12A ja 12B, joiden sisällä on huuvan käytävätila 22A ja 22B. Kuvion 4 mukaisesti seinämän 7B alapuolella olevassa ovessa 12B on ikkuna 17. Ovi 12B muodostuu myöhemmin selostettavan kaltaisesta levyrakenteesta 16.

30 Kondenssia eli vesihöyryn tiivistymistä esiintyy huuvassa 1, jos huuvan 1 sisällä olevien rakenteiden pintalämpötila on alhaisempi kuin huuvan sisäilman kastepiste. Huuvan 1 sisäseinän 12,16,17 pinta-lämpötila voidaan laskea kaavasta 35 (I) T . = T . - (T _ T \ pinta sisä as v sisä uiko' jossa 6 3 9 8 0 5 Τ . = ilman lämpötila huuvan sisällä SISa "Tulko = ilman lämpötila huuvan ulkopuolella (konesalissa) a = lämmönsiirtokerroin ilmasta seinään huuvassa s k = lämmönläpäisykerroin 5

Tasomaisen pinnan lämmönläpäisykerroin voidaan puolestaan laskea kaavasta <«>k - <ίγ * * t: * )_1 10 8 i-1 1 jossa a = lämmönsiirtokerroin ilmasta seinään s a = lämmönsiirtokerroin seinästä ilmaan u 15 s^ = materiaalin i paksuus = materiaalin i lämmönjohtavuus

Kun ilman liikettä huuvan sisällä seinien ja pintojen läheisyydessä tehostetaan, kasvaa lämmönsiirtokerroin ag ilmasta seinään. Myös 20 lämmönläpäisykerroin k kasvaa (kaava I), mutta ei yhtä voimakkaasti, koska muut lämmönläpäisykertoimeen kaavan (I) mukaisesti vaikuttavat tekijät pysyvät ennallaan. Tästä seuraa, että huuvan sisäseinän pinta-• 1c lämpötila kasvaa, koska termi - (T . - T .. ) pintalämpötilan r a sisä uiko v kaavassa (II) pienenee.

25

Kuviossa 2A on esitetty kaaviomaisesti poikkileikkaus huuvan eris- tyslevystä ja kuviossa 2B vastaavasti huuvan ikkunasta.

Eristyslevyn 16 pinnalla on kummallakin puolella n. 1 mm vahvuinen alumiinilevy ja sisällä lämpöeristeenä 100 mm mineraali- 30 villaa. Kuvion 2A mukaisen levyrakenteen lämpövastus lämpösillat 2 o huomioituna on 0,833 m C/W.

Kuvion 2B mukaisessa ikkunarakenteessa on kaksi 3 mm eristyslasia 10 ja 15 mm ilmaväli 21. Tämän rakenteen 20,21 lämpövastus on 35 0,182 m2 °C/W.

Seuraavassa taulukossa A on esimerkin vuoksi laskettu kuvion 2A mukaisen huuvan eristyslevyn ja taulukossa B kuvion 2B mukaisen ikku- 6 63980 nan pintalämpötila vapaan konvektion ja vastaavasti taulukossa B pakotetun konvektion vallitessa. Vapaa konvektio vastaa tilannetta nykyisen tekniikan tason mukaisessa huuvassa ja pakotettu konvektio vastaa tilannetta huuvassa, jossa käytetään keksintömme mukaista 5 menetelmää.

TAULUKKO A

10 (_____

Seinä Vapaa konvektio Pakotettu kon- (kuvio 2A) vektio T °C 75 78 s 15 T °C 22 22 u 2 o ag W/m C 6,0 9,5 a W/m2 °C 5,5 5,5 k W/m °C 0,85 0,89 T . °C 67,5 72,8 pinta 20 ___

TAULUKKO B

25 ____

Ikkuna Vapaa konvektio Pakotettu kon- (kuvio 2B) vektio T °C 65 70 s 30 Tu C 22 22 a W/m2 °C 6,0 9,5 s 2 n a W/m C 5,5 5,5 U 2 n k W/m C 1,89 2,13 T . °C 51,5 59,2 pinta 35 ___ 7 63980 Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hyväksi edellä selostettua ilman liikkeen aiheuttamaa pintalämpötilan nousua. Huuvan 1 sisäpuolelle sen sivuseinien 7A ja 7B läheisyyteen on sijoitettu huuvan pituussuuntaiset ilmakanavat 11, jotka sijaitsevat vähintään 5 huuvan 1 ovien 12A, 12B yläreunan korkeudella, mutta sopivimmin jonkin verran ylempänä. Kanavien ΙΙΑ,ΙΙΒ alareunaan on sijoitettu suuttimet 8A,8B, joista ilmasuihkut F^,F2 purkautuvat alaspäin tai alaviistoon. Huuvan 1 sisäseinien 7A,7B läheisyydessä oleva ilma liikkuu suihkujen ejektiovaikutuksesta ja seurauksena on huuvan 10 sisäseinien pintalämpötilan kohoaminen ja kondenssiriskin pieneneminen edellä selostettuihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuen.

Suuttimista 8A,8B suihkuina Pu^allettu ilma on joko huuvan 1 sisällä olevaa ilmaa, jota puhallin 14 imee välikattotilasta 15, 15 tai osaksi huuvan 1 sisältä tultua ilmaa ja osaksi kuivaa korvaus-ilmaa.

Kuten kuvioista 3A ja 3B näkyy, ilmakanavat 11A ja 11B ulottuvat olennaisesti koko huuvan 1 pituudelle ja niiden molempien päiden 20 alueella on pystysuuntaiset kanavat 9A,9B. Kanavat 9A,9B on yhdistetty puhaltimiin 14A,14B, joihin tuloilma otetaan tuloputkien ΙΟΑ,ΙΟΒ kautta välikattotilasta 15. Mainitut kanavat ΙΙΑ,ΙΙΒ ulottuvat olennaisesti vaakasuuntaisina ovien 12A,12B yläpuolella huuvan 1 olennaisesti koko pituudelle. Kanavissa 11A ja 11B on sopivan 25 pienin välein kuvioista 3A ja 3B näkyvällä tavalla mainittuja suutti-mia 8A,8B niin, että keksinnön mukainen vaikutus saadaan riittävän tasaisesti ulotetuksi koko huuvan 1 pituudelle.

Keksinnön mukaisella menetelmällä pystytään myös parantamaan paperin 30 kosteusprofiilia. Tyypillisessä poikittaisessa kosteusprofiilissa rainan reunat ovat keskustaa kuivempia. Tämän katsotaan ainakin osittain johtuvan siitä, että rainan, sylinterien 3,4 pinnan ja kuivatusviirojen (ei esitetty) muodostamiin taskuihin virtaa koneen sivuilta kuivahkoa ilmaa. Huuvan 1 sisällä sen käytävillä 22A, 35 22B ilman kosteus on vain 50...100 g/kg k.i., kun taas mainituissa taskuissa ilman kosteus on 150...500 g/kg k.i.. Keksinnön mukaisessa puhallusmenetelmässä ejektoidaan (kuvioissa 4 nuolet ja E^) käytävien 22A,22B tasolle huuvan 1 yläosista kuumaa ja kosteaa ilmaa, 63980 jolloin käytävien 22A,22B kosteus- ja lämpötilataso nousee. Tällöin paperin reunojen ylikuivuminen vähenee. Myös lämpöhäviöt sylinterien 3,4 päädyistä pienenevät, joten koneen lämpötalous osaltaan tästä syystä paranee.

5

Myös sellainen kosteusprofiili. jossa rainan toinen reuna on kuivempi kuin toinen, voidaan korjata keksinnön mukaisella menetelmällä puhaltamalla enemmän ilmaa koneen toiselle puolelle, jolloin saadaan ilma virtaamaan koneen poikittaissuunnassa. Tästä on seurauksena, 10 että rainan toinen reuna kuivuu enemmän kuin toinen ja vino kosteus-profiili saadaan korjatuksi.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat 15 voivat vaihdella.

Il

Claims (8)

63980

1. Menetelmä ilmastoinnin tehostamiseksi suljetulla huuvalla (1) varustetuissa paperikoneiden kuivatusosissa, joissa menetelmässä sopivan tilan omaavaa ilmaa puhalletaan sellaisille pinnoille, jotka ovat alttiita kondenssin tiivistymiselle, tunnettu 5 siitä, että mainitun huuvan (1) molempien sivuseinien (7A,7B) läheisyyteen sovitettujen ilmakanavien (ΙΙΑ,ΙΙΒ) kautta puhalletaan pääasiallisesti alaviistoon ilmasuihkuja (^^2) ainakin osittain huuvan (1) sivuseinien (7A,7B) alaosan yhteydessä olevia ovi-, luukku-ja/tai ikkunarakenteiden (12A,12B,16,17) sisäpintoja kohti ja että 10 mainittuihin ilmakanaviin (ΙΙΑ,ΙΙΒ) otetaan puhallusilma huuvan (1) sisällä olevasta ilmasta tai huuvan (1) sisällä olevan ilman ja kuivan korvausilman sekoituksena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että mainittuina ilmakanavina (ΙΙΑ,ΙΙΒ) käytetään olennaisesti vaakasuuntaisia, huuvan (1) olennaisesti koko pituudelle ulottuvia ilma-kanavia (ΙΙΑ,ΙΙΒ), joihin on sovitettu puhallussuuttimia (8A,8B), joiden puhallussuunta on sovitettu viistosti niiden kohdalla tai alapuolella olevia huuvan (1) ovien (12A,12B) tai vastaavien sisäpintoja 20 kohti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittujen ilmasuihkujen (F^,F2) avulla ejektoidaan niiden läheisyydessä olevista huuvan (1) sivutiloista 25 kuumaa ja kosteaa ilmaa ja että täten huuvan (1) käytävien (22A,22B) alueiden kosteus- ja lämpötilatasoa nostetaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimemainitulla kosteus- ja lämpötason nostamisella 30 vähennetään paperiradan reunojen ylikuivumista ja tasoitetaan paperi-radan poikittaista kosteusprofiilia.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitulla kosteus- ja lämpötilatason nostamisella pie- 35 nennetään kuivatussylinterien (3,4) päätyjen lämpöhäviöitä ja osaltaan parannetaan kuivatusosan lämpötaloutta. 10 63980

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään paperiradan toispuoleisen kosteus-profiilin tasaamiseen puhaltamalla mainittujen ilmakanavien (ΙΙΑ,ΙΙΒ) kautta sille kuivatussylinterien (3,4) puolelle enemmän ilmaa, jolla 5 puolella on rainassa suurempi kosteuspitoisuus, ja että täten rainan kyseisen reunan aluetta kuivataan enemmän kuin toisen reunan aluetta, jolloin vino kosteusprofiili tasoittuu.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että mainittuihin ilmakanaviin (ΙΙΑ,ΙΙΒ) ilma puhalletaan niiden molempien päiden alueella pystykanavilla (9A,9B), joihin ilma syötetään puhaltimilla (14A,14B), ja että mainittuihin puhaltimiin ilma otetaan huuvan (1) välikattotilasta (15) tai vastaavasta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään sellaisissa paperikoneen huovissa (1), joiden poistoillaan kosteus on luokkaa 200 g/kg k.i.. 63980