FI82093B - Torkcylinder. - Google Patents

Description

82093

Kuivatussylinteri

Keksinnön kohteena on kuivatussylinteri, jossa läm-mönsiirtoväliaine johdetaan kuivatussylinterin vaipassa olevan, yhdestä tai useammasta kanavasta koostuvan kanaviston kautta kussakin kanaviston kanavassa 5 olevan ainakin yhden tuloaukon kautta ainakin yhdelle poistoaukolle ja jossa kanaviston ainakin yksi kanava on muodostettu ]ämmönsiirtoväliaineen virtaussuun-nassa poikkileikkauspinta-alaltaan pieneneväksi.

10 Tämäntapainen, erityisesti paperikoneiden kuivatus- osassa käytettävä kuivatussylinteri on tunnettu patentista Fl-70953, jossa lämmönsiirtoväliaineena käytetään savukaasua, johon on sekoitettu ilmaa. Julkaisuista FI-25133 ja US-3,581,812 tunnetuissa kuivatus-15 sylintereissä kanaviston kanavat ovat poikkileikkaus pinta-alaltaan vakioita. Koska kuivatussylinterissä pyritään riittävän lämmönsiirron aikaansaamiseksi muuttamaan tuloaukolta tuleva höyryvirtaus poisto-aukon kohdalla ]auhdevirtaukseksi, syntyy poikkileik-20 kauspinta-alaltaan vakiona pysyvillä kanavilla varus tetussa kuivatussylinterissä ongelmia, koska höyryn lauhtuessa kanavistossa seoksen tilavuusvirtaus ja vastaavasti virtausnopeus alanevat, mikä taas vaikuttaa sisäpuoliseen lämmönsiirtokertoimen suuruuteen. 25 Lämmönsiirtokertoimen vaihtelu kuivatussylinterien sisäpinnoilla aiheuttaa epätasaisen lämpötilan kuiva-tussylinterien ulkopinnoilla ja on siten haitallista kuivatusosassa suoritettavan paperirainan kuivatus-prosessin onnistumisen kannalta.

30 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää kuivatussylinteri, jolla mitä suurimmassa määrin voidaan poistaa edellä esitetty ongelma. Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle kuivatussylinteril- 2 82093 le on pääasiassa tunnusomaista se, että kuivatussy-linteriin syötettävänä lämmönsiirtoväliaineena on höyry, jolle mainitussa kanavassa tapahtuu olennainen faasimuutos lauhteeksi ennen sen poistumista kuiva-5 tussylinteristä. Kanavan muodostavan virtausontelon poikkileikkauspinta-alan pieneneminen eli suippene-vuus virtaussuunnassa aikaansaa virtauksessa tapahtuvan faasimuutoksen ja osittaisen kaksifaasivirtauksen yhteydessä, mihin höyrynkäyttö johtaa, sen edun, että 10 virtausnopeus säilyy riittävän suurena tuloaukolta poistoaukolle. Kuivatussylinterissä tuloaukolta tuleva höyryvirtaus on yksifaasivirtaus. Se muuttuu kanavassa höyry-lauhdeseokseksi, joka on kaksifaasivirtaus. Poistoaukolla virtauskanavistossa on lauhdevir-15 tausta, joka on yksifaasivirtaus. On selvää, että tällainen virtaustapahtuma on vaikeasti hallittavissa erityisesti lämmönsiirron onnistumisen kannalta. Läm-mönsiirtoväliaineelle on pyrittävä saamaan aikaan riittävän suuri virtausnopeus koko kanavan pituudel-20 la, jotta päästään riittävän korkeaan kuivatussylin- terin sisäpuoliseen lämmönsiirtokertoimeen. Koska ylipaineisenkin höyryn ominaistilavuus on useita kertoja suurempi kuin lauhteen, on virtausontelon poikkileikkauspinta-alan pienennyttävä suhteellisen voi-25 makkaasti, jotta kanavan loppupäässä poistoaukon lä heisyydessä lauhde virtaisi riittävällä nopeudella.

Keksintöä havainnollistetaan lähemmin seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisten piirustusten 30 esittämään sovellutusesimerkkiin. Piirustuksissa kuva 1 esittää kuivatussylinterin akselin suuntaista leikkausta keksinnön mukaisen kuivatussylinterin ensimmäisestä sovellutus-35 esimerkistä, kuva 2 esittää leikkausta II-II kuvasta 1, 3 82093 kuva 3 esittää kuvan 1 mukaisen kuivatussylinterin vaippaa levitettynä sovellutusesimerkin rakenteen havainnollistamiseksi, kuva 4 esittää laskentaesimerkin mukaista vaipan 5 sovellutusesimerkkiä ja kuvat 5-8 esittävät kuivatussylinterin vaihtoehtoisia sovellutusesimerkkejä.

Kuvien 1 ja 2 mukaisessa kuivatussylinterissä on vaippa 1, johon on kiinnitetty päädyt 2 ja 3 sekä ak-10 selitapit 4 ja 5. Kuvassa 1 vasemmanpuoleinen akseli-tappi 4 on muodostettu ontoksi ja sen päähän on liitetty höyrykytkin 6. Höyryn tulo on merkitty nuolella 7 ja lauhteen poisto nuolella 8. Höyry 7 tuodaan ak-selitapin 4 läpi höyryputkella 9 kuivatussylinterin 15 vaipan 1 sisään. Höyryputki 9 on sijoitettu keskeisesti vaipan 1 keskiviivan suhteen. Höyryputken 9 sisälle on samankeskeisesti sen keskiakselin kanssa sijoitettu höyrykytkimeen 6 yhteydessä oleva lauhdeput-ki 10. Höyryn jako vaipan 1 kanaviston kanaviin ta-20 pahtuu säteissuuntaisiksi päätyjen 2, 3 yhteyteen sijoitetuilla höyryn jakoputkilla 11 ja vastaavasti lauhteen poisto tapahtuu säteissuuntaisesti päätyjen 2, 3 yhteyteen sijoitetuilla, kuhunkin kanaviston kanavaan yhteydessä olevalla lauhteenpoistoputkella 25 12. Tämäntapaiset jakelukonstruktiot ovat kuivatussy- lintereiden suunnittelijalle tavanomaista tekniikkaa ja ne voidaan keksinnön puitteissa toteuttaa usealla eri tavalla. Eräs toteutustapa höyryn jakamiseksi kuivatussylinterin ulkovaippaan on esitetty US-paten-30 tissa 3 581 812.

4 82093

Vaippa 1 voidaan konstruoida usealla eri tavalla siten, että siihen muodostuu rengasmainen tila, johon kanavisto sijoittuu. Erityisesti kuva 3 esittää erästä soveliasta kanaviston rakennetta. Kuivatussylin-5 terin vaipan ulko-osan la ja sisäosan Ib väliinsä rajoittama tila on väliseinillä 13 ja 14 muodostettu kanavistoksi 15. Ensimmäiset seinämät 13 on sijoitettu vaipan kehän suunnassa välimatkan päähän toisistaan vaipan keskiakselin suuntaisiksi, jolloin vaipan 10 levitetyssä asennossa muodostuu suorakaiteen muotoisia osia, jotka puolestaan on edelleen kanaviston lopullisen muodon aikaansaamiseksi varustettu nelikul-miomuodon vastakkaiset kulmat yhdistävillä diagonaa-lisilla väliseinillä 14. Tällöin muodostuu kanavisto, 15 jonka vierekkäiset kanavat kapenevat vaipan keskiakselin suunnassa vastakkaisiin suuntiin. Tällöin höyryn jakoputket 11 ja tuloaukot 19 sijoitetaan vaipan 1 ensimmäisessä päässä 16 siten, että ne ovat joka toisessa kanaviston kanavassa 15a ja edelleen siten, 20 että näin valitut kanaviston kanavat 15a ovat ao. kohdalla poikkipinta-alaltaan laajimmillaan. Vastaako vasti mainittuihin kanaviin 15a vaipan 1 toiseen pää- ^ hän 17 sijoitetaan lauhteenpoistoputket 12 ja poisto- aukot 20. Vastaava höyrynjakoputkien, lauhteenpoisto-25 putkien sekä tulo- ja poistoaukkojen sijoitus suoritetaan kanaviston kanavien toiselle puolikkaalle 15b. Tällöin syntyy kuivatustilanteessa virtauskuvio, jossa vierekkäisissä kanaviston 15 kanavissa 15a, 15b on vastakkaissuuntainen lämmönsiirtovälinaineen päävir-30 taussuunta.

Kuivatussylinterin rakenne voi olla ensinnäkin sellainen, että vaipan 1 ulko-osa la on terästä ja toimii kuivatussylinterin kantavana osana. Siihen on kiinnitetty päädyt 2, 3 sekä akselitapit 4, 5. Tähän 5 82093 ulko-osan sisäpintaan kiinnitetään sisäosan Ib ja väliseinät 13, 14 muodostavat teräslevyrakenteiset paneelit, jotka yhdessä ulko-osan la kanssa muodostavat kanaviston 15. Kiinnitys voi tapahtua hitsaten, ruu-5 viliitoksilla tai kiristysvantein. Kuten erityisesti kuvasta 3 käy ilmi paneelit sijoitetaan ulko-osan la sisäpintaan siten, että höyryn syöttö kanavistoon tapahtuu kuivatussylinterin sekä hoito- että käyttöpuo-len päistä (16 ja 17, kuva 3). Ulko-osan la ja sisä-10 osan Ib muodostavien teräslevyrakenteisten paneelien väliin kanaviin 15a, 15b voidaan tehdä erillisiä kiinnikkeitä, jotka ottavat vastaan höyrynpaineen aiheuttavia voimia.

Toisaalta kuivatustelan rakenne voi olla myös sellai-15 nen, että sisäosa Ib toimii kantavana rakenteena ja ulko-osa la toimii vain lämmönsiirtopintana. Tällöin ulko-osa la voi teräksen sijaista olla esim. alumiinia, jolla on terästä parempi lämmönjohtokyky eikä rata tartu kiinni siihen kuten teräkseen. Ulko-osan 20 la mitoitusperusteena on höyryn paine. Ulko-osa Ib sovitetaan päätyjen 2, 3 kanssa yhteen. Väliseinät 13 ja 14 kiinnitetään sisäosan ulkopintaan ja niiden ei tarvitse toiminnallisista syistä olla tiiviisti ulko-vaippaa vasten, vaan ne toimivat ainoastaan virtaus-25 ohjaimina. Jos halutaan kanavisto 15, joka käsittää kaksi kanavaa 15a, 15b, joissa on vastakkaiset vir taussuunnat, tarvitaan yksi pari väliseiniä 14, jotka sijoitetaan sisäosan Ib ulkopinnalle spiraalimaisesti siten, että kehän suunnassa kuivatussylinterin ensim-30 mäisessä päässä 16 väliseinien 14 välimatka ensimmäisessä kanavassa 15a on yhtäsuuri kuin vastaava välimatka toisessa kanavassa 15b kuivatussylinterin vastakkaisessa, toisessa päässä 17.

6 82093

Seuraavassa on esitetty oheiseen piirustukseen 4 viitaten laskentaesimerkki kuivatustelasta. Sen halkaisija on 1,5 m ja leveys 6 m. Kanavisto muodostuu kahdesta kanavasta 15a, 15b. Molemmissa kanavissa höyryn 5 tuloaukkoja 19 on neljä ja yksi lauhteenpoistoaukko 20.

Haihdutus: 20 kg/h/m2 x6x4.7m2 n. 560 kg/h vettä Lauhdutus: 1.4 x 560 kg/h n. 800 kg/h höyryä höyryn paine 4.5 bar abs 10 höyryn tiheys 2.4 kg/m3 (=0.42 m3/kg) höyryn tilavuusvirta 330 m3/h =0.09 m3/s

Jos virtausontelon korkeus on 2 mm, saadaan seuraavat virtausnopeudet: höyryn nopeus: kuvan 4 leikkauksessa A-A keskim.

15 10 m/s höyry-lauhdeseoksen nopeus: kuvan 4 leikkauksessa & B-B keskim. n. 10 m/s höyry-lauhdeseoksen nopeus: kuvan 4 leikkauksessa C-C keskim. n. 5 m/s.

20 Tällöin on: leikkauksessa B-B 50% höyryä 50% lauhdetta ja leikkauksessa C-C 1% höyryä 99% lauhdetta.

Kuvissa 5-7 on esitetty sovellutusesimerkkejä, jotka perustuvat kartiomuodon hyväksikäyttöön kanavan poik-25 kileikkauksen pienentämiseksi lämmönsiirtoväliaineen virtaussuunnassa. Kuvassa 5 on esitetty sovellutusesimerkki, jossa vaipan 1 sisäosa Ib on ainakin ulkopinnaltaan kartiomainen koko vaipan pituudelta.

Il 7 82093

Ulko-osan la sisäpinta on lieriömäinen. Kanavat on muodostettu vaipan 1 akselin suuntaisten säteettäis-ten väliseinien avulla. Kartiomuodon valinnalla voidaan edullisesti saada aikaan faasimuutosten vaatima 5 kanavamuoto. Kuvassa 6 on esitetty kartiomuodon käyttöä siten, että vaipan 1 sekä ulko-osan la sisäpinta että sisäosan Ib ulkopinta ovat kartiomuotoja, jolloin kanavien poikkileikkauksen suurin pinta-ala on vaipan 1 päädyissä ja kanavat suippenevat kohti vai-10 pan keskiosaa, jossa on lauhteen poisto. Kuvassa 7 on esitetty vaihtoehtoinen sovellutusesimerkki, jossa höyryn syöttö tapahtuu vaipan 1 keskeltä, vaipan 1 akselia vastaan kohtisuoran rengasmaisen väliseinän 21 molemmille puolille kohti vaipan 1 molempia pääty-15 jä, joissa on lauhteen poisto. Vaipan 1 sisäosan Ib ulkopinta on kartiomuoto, jonka halkaisijan minimi-kohta on vaipan 1 keskiosan kohdalla.

Kuvassa 8 on esitetty kuvan 3 sovellutusesimerkin muunnelma, jossa kanava 15a, 15b on oleellisesti kak-20 si kertaa vaipan 1 pituinen, höyryn tuloaukot 19 (4 kpl) ja lauhteenpoistoaukko 20 ovat vaipan 1 ensimmäisessä päässä 16 ja väliseinien 14 väliin molempiin kanaviin 15a, 15b on sijoitettu lisäseinämät 22, joiden välissä höyry-lauhdeseos ohjataan vaipan 1 toi-25 sesta päästä 17 takaisin ensimmäiseen päähän 16. Seinät 14 ja lisäseinät 22 on siten muotoiltu ja/tai sijoitettu, että kanavan 15a poikkipinta-ala pienenee virtaussuunnassa.

Edellä esitetyt sovellutusesimerkit ovat monilla ta-30 voin muunneltavissa ja yhdistettävissä keksinnön perusajatuksen puitteissa.

Claims (1)

1. 8 82093 Patenttivaatimus : Kuivatussylinteri, jossa lämmönsiirtoväliaine johdetaan kuivatussylinterin vaipassa (1) olevan, yhdestä tai useammasta kanavasta (15, 15b) koostuvan kanaviston (15) kautta kussakin kanaviston kanavassa 5 olevan ainakin yhden tuloaukon (19) kautta ainakin yhdelle poistoaukolle (20) ja jossa kanaviston (15) ainakin yksi kanava (15a, 15b) on muodostettu lämmön-siirtoväliaineen virtaussuunnassa poikkileikkauspinta-alaltaan pieneneväksi, tunnettu siitä, 10 että kuivatussylinteriin syötettävänä lämmönsiirto-väliaineena on höyry, jolle mainitussa kanavassa (15a, 15b) tapahtuu olennainen faasimuutos lauhteeksi ennen sen poistumista kuivatussylinteristä. , 82093 Patentkravet; Torkcylinder, där värmetransportmedium leds genom kanalsystemet (15), som bestär av en eller flera pä cylindermanteln (1) befintliga kanaler (15a, 15b) genom minst ett i varje kanalsystemets kanal befint-5 ligt inlopp (19) tili minst ett utlopp (20), och där tvärsnittsarean hos minst en kanalsystemets (15) kanal (15a, 15b) är anordnad att förminska sig i transportmediumets strömningsriktning, kanne-t e c k n a d därav, att värmetransportmedium som 10 skall inmatas tili torkcylindern är änga, som i sagda kanalen (15a, 15b) utsätts för en väsentlig fasför-ändring tili kondensat innan den utgär frän torkcylindern .