FI83679C - Huva foer en kontakttorkcylinder. - Google Patents

Description

1 83679

Kontaktikuivatussylinterin kaapu -Huva för en kontakttorkcylinder 5 Tämä keksintö kohdistuu kontaktikuivatussylinterin, esim. Yankee-sylinterin, rainaa kuivattavan sylinteripinnan osan päälle sovitettavaksi tarkoitettuun, molemmista päistään ja sivultaan suljettuun kaapuun ja erityisesti sellaiseen kaapuun, jossa on olennaisesti sylinteripinnan suuntainen, 10 kaavun poikki ulottuva väliseinämä välimatkan päässä sylinteristä ja kaavun vaipasta kahden samankeskisen, poikkileikkaukseltaan ympyrän kaaren muotoisen, olennaisesti kaavun toisessa tai molemmissa päissä yhtyvän virtauskanavan muodostamiseksi, jolloin ulommassa virtauskanavassa on kuiva-15 tuskaasun tuloaukko ja edullisesti sen läheisyydessä, siitä esim. poikittaisseinämällä erotettu, kostean kuivatuskaasun poistoaukko.

Paperin kuivatuskoneen Yankee-sylinterin halkaisija on 4-6 20 m ja sitä tarvitaan joko paperin kiillon aikaansaamiseen tai kuivattamaan saniteettipapereita, joiden kuivatuksen tulee tapahtua yhdellä sylinterillä.

Monista syistä johtuen Yankee-sylinterin ominaishaihdutus 25 on paljon suurempi kuin monisylinterikoneen tavanomaisen sylinterin, jonka halkaisija on tavallisesti 1,5 - 1,8 m. Tähän vaikuttavia tekijöitä ovat pieni sylinteripinnan ja paperin välinen kontaktivas-tus, joka johtuu siitä, että paperi puristetaan Yankee-30 puristimella kiinni sylinterin pintaan, tästä samasta syystä johtuen sylintereillä ei yleensä käytetä lämmön- ja massansiirtoa haittaavia kuivatushuopia, pitkästä kontaktimatkasta johtuen rainan lämpeneminen sylinterillä edustaa pienempää osaa koko kuivatusajasta 35 kuin pikkusylintereillä, sylintereiden sisäpuolinen lämmönsiirtokerroin on suuri, 2 83679 sylinterit mitoitetaan yleensä korkealle höyrynpaineel- le.

Kuivatusilman virtauksen hallitsemiseksi ja myös kuivatusta-5 pahtuman tehostamiseksi Yankee-sylinterit varustettiin alkujaan ns. pienpaineisella Yankee-kaavulla. Sen oleellinen osa oli väliseinä, joka sijoitettiin sopivalle etäisyydelle rainasta. Sen ja rainan välisessä raossa kuivatusilma virtasi sopivimmin vastavirrassa rainaan nähden. Näin ilmapuolel-10 le aikaansaatiin ominaishaihdutusta lisäävä lämmmönsiirto- kerroin ja tasainen ilman jako oli omiaan parantamaan kuiva-tusintensiteetin tasaisuutta rainan leveyssuunnassa. Kuiva-tusilmapuhallin ja ilmaa lämmittävä ripaputkipatteri sijoitettiin sopivimmin lämmöntalteenottolaitoksen yhteyteen.

15 Lämmöntalteenottolaitoksella uuden kuivatusilman alkulämmi-tys tapahtui kaavusta imetyllä poistoilmalla.

Viimeksi kuluneiden vuosikymmenien aikana Yankee-sylinteril-le on yleensä rakennettu suurtehokaapu. Syynä on ollut se, 20 että tavoitellut ominaishaihdutukset ovat niin isot, että pienpaineisen kaavun kapasiteetti ei ole ollut riittävä.

Oleellista suurtehokaavulle on, että parantunut ominaishaih-dutus saadaan aikaan rainan pintaan kohdistetulla suutinpu-25 halluksella, joka parantaa lämmönsiirtokerrointa rainan pinnalla. Tällöin tavoiteltu suurempi ominaishaihdutus syntyy pienpaineiseen kaapuun verrattuna alhaisemmalla rainan lämpötilalla ja näin lämpövirta sylinterin sisältä kasvaa suhteessa höyryn lauhtumislämpötilan ja rainan lämpö-30 tilan erotukseen. Myös lämpövirta kuivatusilmasta lisääntyy, joskin sen suhteellinen osuus kokonaislämpövirrasta on yleensä melko vähäinen, jos kyseessä on kaapu, jonka kuiva-tusilmaa lämmitetään höyrypatterilla.

35 Suurtehokaavun toimintaperiaate tuo mukanaan monia rakenteellisia haittoja, joita valaistaan konkreettisen esimerkin avulla. 1 3 83679

Olkoon rainan kosketuspinnan pituus 12,5 m, tavoiteltu ominaishaihdutus 0,0278 kg/m2s on 100 kg/m2h, jonka voi saavuttaa puhallusilman rainan pintaan verratun massavirran tiheydellä n. 0,8 kg/m2s. Tällöin lämmönsiirtokerroin rainan 5 pinnalla on n. 0,15 kW/m20C. Olkoon edelleen kuivatusilman kosteudenlisäys 0,2 kg H20/kg kuivaa ilmaa (so. poistoilman kosteus x ~ 0,21). Näiden arvojen avulla voidaan laskea, että rainan leveysmetriä kohti - haihdutus on 0,347 kg/s 10 - kuivatusilman tarve on 1,74 kg/s - suutinpuhallusilman tarve on 10 kg/s.

Näin ollen kiertoilmavirta (=suutinpuhallusilman virta) on melkein kuusinkertainen kuivatusilmavirtaan (=poistoilmavir-15 taan) verrattuna. Jotta kiertoilmapuhaltimet ja virtauspoik-kipinnat eivät tulisi suhteettoman suuriksi, on tapana jakaa kaapu useammaksi, kahdeksi tai kolmeksi, lohkoksi, jotka kytketään yhteen sopivimmin siten, että kuivatusilma virtaa lohkosta lohkoon vastavirrassa rainaan nähden.

20

Kiertoilman lämmittämiseksi rakenteeseen on sisällytettävä -milloin lämmitys tapahtuu höyryllä - ripaputkipattereita, joiden lämpöpinta on suuruusluokaltaan n. kymmenkertainen rainan pintaan verrattuna, sekä suotimet, jotka estävät 25 ripapintoja pölyttymästä.

Usein rakenne on sellainen, että kaapu on tasaisen puhalluksen saavuttamiseksi jaettava rainan leveyssuunnassa lukuisiin paine- ja imukammioihin kiertoilmaa varten.

30

Kaiken kaikkiaan on näin suutinpuhalluksen toteuttamiseksi päädytty rakenteeseen, joka on monimutkainen ja kallis sekä vaikea säätää, huoltaa ja korjata. 1

Edellä mainittu suutinpuhalluksen tuoma haitta, nimittäin kasvanut puhaltimien ja kiertoilmakanavien koko, ratkaistaan usein siten, että sylinterin päälle sijoitetaan vain suutin-laatikot, kun taas puhaltimet ja patterit (tai - milloin 4 83679 on kyseessä kiertoilman savukaasulämmitys - polttimet) sijoitetaan erilleen kuivatuskoneen viereen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaan-5 saada johdannossa mainittua tyyppiä oleva kontaktikuivatus-sylinterin kaapu eli nk. pienpaineinen kaapu, jolla kuitenkin päästään edellä mainitun suurtehokaavun ominaishaihdu-tukseen, eli tarkoituksena on aikaansaada kontaktikuivatus-sylinterin kaapu, jossa yhdistyvät ennestään tunnetun pien-10 paineisen kaavun ja suurtehokaavun hyvät puolet välttäen samalla niiden epäkohdat.

Esillä olevan keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

15

Esillä olevan keksinnön mukaisen pienpainekaavun ominais-haihdutus saadaan nostetuksi samalle tasolle suurtehokaavun kanssa sijoittamalla väliseinä sellaiselle etäisyydelle sylinterin pinnasta, että kuivatuskaasun nopeus on suuri 20 ja varustamalla väliseinämä ulkopuoliseen energialähteeseen yhdistettävillä lämmityselementeillä lämmön siirtämiseksi kuivatuskaasuun konvektiivisesti ja rainaan säteile-mällä.

25 Keksinnön mukaisessa kontaktikuivatussylinterin kaavussa väliseinämää voidaan kuumentaa ulkopuoliseen sähkölähteeseen yhdistettävillä vastuselementeillä tai väliseinämä voidaan rakentaa lämmönvaihtimeksi, joka sijoitetaan niin lähelle sylinterin pintaa, että suuren ilmanopeuden avulla saavute-30 taan suutinpuhallukseen verrattavissa olevia lämmönsiirto-kertoimia.

Väliseinämä voidaan keksinnön suositussa suoritusmuodossa muuttaa lämmönvaihtimeksi muodostamalla siihen lukuisia 35 olennaisesti sylinterin pyörimissuunnassa ulottuvia, ulkopuoliseen höyrylähteeseen yhdistettäviä kanavia, esimerkiksi putkia, välimatkan päähän toisistaan väliseinämän poikki-suunnassa sekä mahdollisesti näistä kanavista väliseinämän

II

5 83679 toiselle tai molemmille puolille, edullisesti ainakin sisem-pään virtauskanavaan ulottuvia lämmönsiirtoa tehostavia ulokkeita, edullisesti kuivatuskaasua ohjaavia olennaisesti sylinterin pyörimissuunnassa ulottuvia laippoja.

5 Väliseinämään muodostetut kanavat on edullisesti yhdistetty yhteiseen, ulkopuoliseen höyrylähteeseen yhdistettävään poikittaiseen höyrynjakokanavaan ja alapäistään taas yhteiseen poikittaiseen lauhteenpoistokanavaan. Lauhteenpoisto-10 kanavat voidaan kiinnittää kaavun päihin tiiviisti, jolloin väliseinämän lauhteenpoistokanaviin liittyvissä reunaosissa on aukkoja, joiden kautta kuivatuskaasu pääsee virtaamaan ulommasta sisempään virtauskanavaan paikallisesti tehostetun rainan kuivatuksen aikaansaamiseksi.

15 Väliseinämä voidaan myös jakaa kahteen sylinterin pyörimissuunnassa katsottuna peräkkäiseen väliseinämäosaan, joilla on erilliset kuivatuskaasun tuloaukot, mutta edullisesti yhteinen kostean kuivatuskaasun poistoaukko. Tällöin kuiva-20 tuskaasu virtaa toisen väliseinämäosan ja sylinterin välissä myötävirtaan ja toisen väliseinämän ja sylinterin välissä vastavirtaan sylinterin pyörimissuuntaan nähden.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin 25 piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää poikkileikattua päätykuvantoa keksinnön eräästä suositusta suoritusmuodosta sovitettuna kontakti-kuivatussylinterille, kuvio 2 esittää leikkausta pitkin viivaa I-I kuviossa 1, 30 kuvio 3 esittää poikkileikattua päätykuvantoa erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon toisesta päästä, ja kuvio 4 esittää poikkileikattua päätykuvantoa keksinnön eräästä vaihtoehtoisesta lisäsuoritusmuodosta, jossa vä-liseinämä on jaettu kahteen peräkkäiseen osaan.

35

Kuviossa 1 on kontaktikuivatussylinterin, tavallisesti Yankeesylinterin, rainaa kuivattava sylinteripinta yleisesti merkitty viitenumerolla 1. Raina W kulkee nuolen B suuntai- 6 83679 sesti ja puristetaan teloilla P kiinni sylinteripintaan 1. Sylinteripinnan 1 ja sitä vasten olevan rainan W päälle on sovitettu keksinnön mukainen kaapu, joka on yleisesti merkitty viitenumerolla 2. Kaapu 2 muodostuu lämpöeristetystä 5 vaipasta 3, joka on sivuiltaan suljettu päädyillä 14 ja molemmista päistään 15 niin, että se sylinteripintaa 1 ja sen päällä olevaa rainaa W vasten asetettuna muodostaa kontaktikuivatussylinterin kanssa olennaisesti kaasutiiviin tilan. Kuten kuviosta 1 selvästi nähdään, on kaavun 2 ja 10 sylinteripinnan 1 rajoittama tila jaettu pienen välimatkan päässä sylinteripinnasta 1 ja olennaisesti sen suuntaisella väliseinämällä 4, joka ulottuu kaavun 2 päätyjen 14 välillä, mutta päättyy pienen välimatkan päähän kaavun 2 päistä 15, kahteen samankeskiseen, poikkileikkaukseltaan ympyrän kaaren 15 muotoiseen virtauskanavaan niin, että kuivatuskaasua pääsee virtaamaan virtauskanavasta toiseen väliseinämän 4 etu-vastaavasti takareunan ja kaavun vastaavan pään 15 välistä. Väliseinämän 4 ja kaavun 2 lämpöeristetyn vaipan 3 välillä on lisäksi poikittainen seinämä 10, jonka avulla ulompi 20 virtauskanava on jaettu kahteen peräkkäiseen osaan, jolloin kuivatuskaasun tuloaukko 11 on sovitettu jälkimmäisen osan alkupäähän ja kostean kuivatuskaasun poistoaukko 12 etumaisen osan loppupäähän, niin että kuivatuskaasua virtaa tulo-aukosta 11 nuolen Ai suunnassa väliseinämän 4 ja kaavun 2 25 vaipan 3 välistä ulompaa virtauskanavaa pitkin nuolen A2 suunnassa kääntyen nuolen A3 suuntaisesti väliseinämän 4 takareunan ja kaavun 2 pään 15 välisestä raosta sylinterin ja väliseinämän väliseen sisempään virtauskanavaan, jossa kuivatuskaasu virtaa nuolen A4 suunnassa vastavirtaan sylin-30 teripinnan 1 päällä olevan rainan W kulkusuuntaan nähden ja lopuksi kostea kuivatuskaasuvirta kääntyy uudestaan nuolen As suunnassa väliseinämän 4 etureunan ja kaavun 2 vastaavan pään 15 välisestä raosta ulomman virtauskanavan etumaiseen osaan poistuen nuolen Ae suunnassa kostean kuiva-35 tuskaasun poistoaukkoon 12. Väliseinämän 4 lämmönluovutuksen tehostamiseksi on kuivatuskaasun ulomman virtauskanavan ensimmäiseen osaan ja sisempään kuivatuskaasukanavaan sen koko pituudelta sovitettu lukuisia olennaisesti sylinterin l: 7 83679 pyörimissuunnassa ulottuvia ja poikkisuunnassa välimatkan päähän toisistaan sovitettuja laippoja 7' ja 7'', jotka samalla ohjaavat kaasun virtausta.

5 Kuten kuviosta 1 ja tarkemmin kuviosta 2 nähdään, toimii väliseinämä 4 lämmönvaihtimena, joka luovuttaa lämpöä kon-vektiivisesti kuivatuskaasuun ja tämän lisäksi säteilemällä rainaan W. Lämmönvaihtimena toimiva väliseinämä, joka kuviossa 2 on yleisesti merkitty viitenumerolla 4, muodostuu 10 keksinnön suositussa suoritusmuodossa lukuisista sylinteri-pinnan pyörimissuunnassa samansuuntaisesti vierekkäin pienen poikittaisen välimatkan päähän toisistaan sovitetuista kaarevista putkista 5, jotka on poikkisuunnassa yhdistetty toisiinsa väliseinäelementeillä 6 ja jotka lisäksi on varus-15 tettu väliseinäelementteihin 6 nähden kohtisuorilla väli-seinämän 4 kummallekin puolelle ulottuvilla kuivatuskaasu-virtausta ohjaavilla ja lämmönsiirtoa tehostavilla sylin-teripinnan pyörimissuunnassa ulottuvilla laipoilla 7' ja 7'', jolloin laippojen 7' korkeus on hieman pienempi kuin 20 putkien 5 ja kaavun 2 lämpöeristetyn vaipan 3 välinen etäisyys ja laippojen 7'' korkeus hieman pienempi kuin putkien 5 ja sylinteripinnan 1 välinen etäisyys rainan W paksuus mukaanluettuna. Kun väliseinämän 4 ja sylinteripinnan 1 välinen etäisyys on suhteellisen pieni, muodostuu laippojen 25 1’’ väliin vastakkaisiin suuntiin kiertävien pyörteiden muodostamat pyörreparit B, kuten kuviosta 2 nähdään. Nämä pyörreparit parantavat merkittävästi lämmönsiirtoa väli-seinämän 4 ja sylinteripinnan 1 välillä. 1 2 3 4 5 6

Esillä olevan keksinnön mukaisella lämmönvaihtimella toimi 2 valla väliseinämällä 4 varustetulla kaavulla 2 saadaan 3 kuivatuskaasun virtaus hyvin edulliseksi ja päästään samaan 4 kuivatustehoon kuin suutinpuhalluksella toimivassa suurteho- 5 kaavussa, mutta pienemmällä lämmönsiirtokertoimella. Tämä 6 johtuu siitä, että kiertoilman puuttumisen takia kuivatusil-ma on kuivaa sen virratessa nuolen A3 suuntaisesti kuviossa 1 väliseinämän 4 ja sylinteripinnan 1 rajoittamaan sisempään kuivatuskaasukanavaan ja tämän ansiosta rainan W lämpötila 8 83679 on alhaisempi kuin suurtehokaavussa. Tämä lisää lämmönsiirtoa paitsi kuivatuskaasusta rainaan W myös ennen kaikkea sylinteripinnasta 1 rainaan W.

5 Lämmönvaihtimena toimivaa väliseinämää 4 lämmitetään siihen ulkopuolisesta lähteestä tuodulla lauhtuvalla höyryllä ja tätä varten väliseinämän 4 putket 5 on yhdistetty yhteiseen höyryn jakoputkeen 8, kuten kuviosta 1 nähdään sekä molemmista päistään yhteiseen lauhteen poistoputkeen 9.

10

Kuviossa 3 on esitetty eräs vaihtoehtoinen suoritusmuoto, joka eroaa kuvion 1 esittämästä suoritusmuodosta siten, että väliseinämän molemmat päät, joissa on lauhteen poisto-putket 9, on kiinnitetty tiiviisti kaavun 2 päihin 15, jol-15 loin kuivatuskaasun virtaus ulommasta sisempään virtaus- kanavaan on sovitettu tapahtumaan väliseinämäelementtien 6 päihin sovitettujen lukuisten aukkojen 13 kautta. Tämä suoritusmuoto toimii tällöin paikallisesti aukkojen 13 kohdalla suutinkuivattimen tavoin, jolloin saadaan kaavun 20 2 päihin tehostettu kuivatusalue, joissa kuivatuskaasua virtaa suurella nopeudella paperirainaa W päin. Näin saadaan paikallisesti kuivatusintensiteettiä kasvatetuksi ja järjestelyllä on myös se etu, että vuodot ympäristöön vähenevät. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 li

Vuotoja ympäristöön tai ympäristöstä voidaan edelleen vähen 2 tää kuviossa 4 esitetyllä ratkaisulla, jossa kuivatuskaasua 3 syötetään kaavun keskiosaan tuloaukoista 11' ja 11'' kiertä 4 en kahteen peräkkäiseen osaan jaetun väliseinämän 4' ja 5 4'' uloimmat reunat nuolien A3 suuntaisesti ja poistuen 6 väliseinämäosien 4' ja vastaavasti 4'' sekä sylinteripinnan 7 1 välisestä tilasta eli sisemmästä kuivatuskaasukanavasta 8 tuloaukkojen 11' ja 11'' välissä olevan poistoaukon 12 9 kautta. Tässä ratkaisussa kuivatuskaasu virtaa toisessa 10 sisemmässä kuivatuskaasukanavassa ensin myötävirtaan ja 11 sen jälkeen sitä seuraavassa sisemmässä kuivatuskaasukanavassa vastavirtaan sylinteripinnalla 1 olevaan rainaan W nähden.

9 83679

Oleellista keksinnölle on vanhastaan kontaktikuivatuskonei-den sylintereiden, eritoten ns. Yankee-sylintereiden pien-painekaavuista tunnetun väliseinämän rakentaminen lämmön-vaihtimeksi, joka konvektiivisesti kuivatuskaasun (-ilman) 5 välityksellä ja sen lisäksi säteilemällä luovuttaa lämpöä rainaan, jota kuivataan kontaktikuivatuskoneen sylintereiden (-sylinterin) kuumien pintojen avulla. Mitoittamalla kaavun rakenne siten, että kuivatusilmalla on erikoisesti kuivuvan pinnan ja lämmönvaihtimen välitilassa suuri nopeus, voidaan 10 rakenteella yltää samanlaiseen kuivatusintensiteettiin kuin nyt muutaman vuosikymmenen aikana käytössä olleilla suutin-kuivatusperiaatteelle perustuvilla suurpainekaavuilla on tavallista.

Claims (5)

10 83679

1. Kontaktikuivatussylinterin rainaa kuivattavan sylinte-ripinnan (1) osan päälle sovitettavaksi tarkoitettu molemmista päistään (15) ja sivuiltaan (14) suljettu kaapu (2), 5 jossa on olennaisesti sylinteripinnan (1) suuntainen kaavun (2) poikki ulottuva väliseinämä (4) välimatkan päässä sylin-teripinnasta (1) ja kaavun vaipasta (3) kahden samankeskisen poikkileikkaukseltaan ympyrän kaaren muotoisen olennaisesti kaavun ainakin toisessa päässä yhtyvän virtauskanavan muo-10 dostamiseksi, jolloin ulommassa virtauskanavassa on kuiva-tuskaasun tuloaukko (11) ja edullisesti sen läheisyydessä, siitä esim. poikittaisseinämällä (10) erotettu, kostean kuivatuskaasun poistoaukko (12), tunnettu siitä, että väliseinämä (4) on varustettu ulkopuoliseen energialähteeseen 15 yhdistettävillä lämmityselementeillä (5) lämmön siirtämiseksi kuivatuskaasuun konvektiivisesti ja rainaan (W) säteile-mällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaapu, tunnettu siitä, 20 että väliseinämässä (4) on lukuisia olennaisesti sylinteri- pinnan (1) pyörimissuunnassa ulottuvia, ulkopuoliseen höyry-lähteeseen yhdistettäviä kanavia (5) välimatkan päässä toisistaan väliseinämän poikkisuunnassa sekä mahdollisesti näistä kanavista (5) väliseinämän (4) toiselle tai molemmil-25 le puolille, edullisesti ainakin sisempään virtauskanavaan, ulottuvia lämmönsiirtoa tehostavia ulokkeita, edullisesti kuivatuskaasua samalla ohjaavia olennaisesti sylinteripinnan (1) pyörimissuunnassa ulottuvia laippoja (7', 7''). 1 li

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaapu, tunnettu siitä, että kanavat (5) on yhdistetty yhteiseen, ulkopuoliseen höyrylähteeseen yhdistettävään poikittaiseen höyrynjako-kanavaan (8) ja alapäistään yhteiseen poikittaiseen lauh-teenpoistokanavaan (9). : : 35

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kaapu, tunnettu siitä, että lauhteenpoistokanavat (9) on kiinnitetty kaavun (2) päihin (15) ja väliseinämän (4) lauhteenpoistokanaviin (9) 11 83679 liittyvissä reunaosissa on aukkoja (13), jotka synnyttävät paikallisesti tehostetun kuivatuskaasuvirtauksen (A3) ulommasta sisempään virtauskanavaan.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaapu, tunnettu siitä, että siinä on kaksi sylinteripinnan (1) pyörimissuunnassa peräkkäistä väliseinämää (4', 4’’), joilla on erilliset kuivatuskaasun tuloaukot (111, 11’’), ja yhteinen kostean kuivatuskaasun poistoaukko (12). 10