IT9048281A1 - Cappa per un cilindro asciugatore del tipo a contatto. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

«Cappa per un cilindro asdugatore del tipo a contatto"

La presente invenzione si riferisce ad una cappa , chiusa ad ambedue le sue estremità e sud. lati e destinata ad essere applicata sul segmento di su perfid e di un cilindro di asciugatura a contatto, per esempio un cilindro Yankee» particoiaimente ad una cappa che presenta una parete divisoria, sostan zialmente parallela alla superficie del cilindro ed estendentesi attraverso l'intera cappa, ad una distan za dal cilindro e dal mantello della cappa» in modo da formare due canali di flusso concentrici aventi una forma di sezione retta longitudinale ad arco di cerchio e sostanzialmente congiunti ad una estremità oppure ad ambedue le estremità della cappa, essendovi nel canale di flusso esterno un ingresso per il gas di asciugatura e, preferibilmente in prossimità di questo ingresso, per esempio separata da es so per mezzo di una parete trasversale, una uscita per il gas di asciugatura umido·

Il diametro di un cilindro Yankee in una mac china per la asciugatura di carta è di 4-6 metri ed è necessario per produrre lucentezza sulla carta o per la asciugatura di carte per uso sanitario, la cui asciugatura deve aver luogo su un solo cilindro Per molte ragioni, la evaporazione caratteri stica di un cilindro Yankee è molto superiore a quel la di un cilindro convenzionale in una macchina a cilindri multipli, il diametro di quest‘ultimo cilindro essendo usualmente compreso fra 1,5 e 1,8 metri· I fattori che influenzano questo elanento coaprendono:

- una bassa resistenza di contatto fra la su perficie del cilindro e la carta, la quale è dovuta al fatto che la carta viene pressata dalla pressa Yankee intimamente contro la superficie del cilindro;

- Per questa stessa ragione, i feltri di asciu gatura che pregiudicano il trasferimento sia del ca lore sia del materiale non sono usualmente usati sui cilindri ;

- a causa della lunga distanza di contatto, il riscaldamento del nastro di carta sul cilindro rappresenta una proporzione minore del tempo totale di asciugatura di quanto non avvenga su piccoli cilindri ;

il coefficiente di trasferimento di calore intern o dei cilindri è elevato;

- in generale» i cilindri sono dimensionati per una elevata pressione di vapore·

Allo scopo di controllare il flusso dell'aria di asciugatura ed anche per promuovere la asciugatu ra stessa, i cilindri Yankee erano inizialmente equipaggiati con la cosi detta cappa Yankee a bassa pressione· Una parte essenziale di essa era una parete divisoria la quale era installata ad una conve niente distanza dal nastro di carta· Nello spazio di gioco gra la cappa ed il nastro, l'aria di asciugatura fluiva con maggiore preferenza in controcorren te rispetto al nastro di carta. Perciò, un coefficiente di trasferimento del calore che aumentava la evaporazione caratteristica era ottenuto sul lato rivolto verso l'aria e la uniformità della distribu zione dell'aria tendeva a migliorare la uniformità della intensità di asciugatura nella direzione late rale del nastro· La ventola dell'aria secca ed il radiatore a tubi alettati per il riscaldamento dell'aria erano preferibilmente installati insieme con l'impianto di ricupero del calore· Nell'impianto di ricupero del calore, il riscaldamento iniziale dell'aria di asciugatura fresca era eseguito impiegando l'ari a di uscita estratta dalla cappa mediante una azione di aspirazione.

Nel corso degli ultimi decenni, una cappa di elevata capacità è stata usualmente costruita su un cilindro Yankee· La ragione di ciò era che i deside rati livelli di evaporazione caratieristica sono co sì alti che la capacità di una cappa a bassa pressione non è stata sufficiente.

E' caratteristico di una cappa di elevata ca pari tà che una perfezionata evaporazione caratteri stica venga realizzata per mezzo di un soffiaggio attraverso ugelli ori entati contro la superficie del nastro di carta, cosa che migliora il coeffirien te di trasferimento del calore sulla superficie del nastro. Successivamente, la desiderata superi ore e vaporazione caratteristica viene prodotta con una più bassa tenperatura del nastro di carta in confron to con una cappa a bassa pressione e perciò il flus so del calore dall'interno del cilindro aumenta in proporzione alla differenza fra la tenperatura di condensazione del vapore e la temperatura del nastro di carta. Inoltre, il flusso del calore dall'aria di asciugatura aumenta, anche se la sua proporzione re lativa ri spetto al flusso di calore totale è in ge nerale piuttosto insignificante se la cappa in que sticne è una cappa in cui l'aria di asciugatura vie ne riscaldata utilizzando un radiatore a vapore·

Il principio di funzionamento di una cappa di elevata capacità implica un certo numero di inconvenienti strutturali che sono illustrati con lo ausilio di un esempio tangibile·

Si supponga che la lunghezza della superficie di contatto del nastro di carta sia di 12,5 metri, che la desiderata evaporazione caratteristica sia di 0,0278 Kg/m2s = 100 Kg/m2h, valore che può essere ottenuto con una approssimata densità del flusso di massa dell*aria soffiata di 0,8 Kg/m2s relativamen te alla superficie del nastro· In questo caso, il coefficiente di trasferimento del calore sulla superficie del nastro è approssimativamente di 0,15 kw/m °C· Inoltre, si supponga che l'incremento di umidità dell'aria di asciugatura sia di 0,2 Kg di HgO/Kg di aria secca ( vale a dire il contenuto di umidità dell'aria di uscita x » 0,21). Ccn l'ausilio di questi valori, è possibile calcolare che, per un metro di larghezza del nastro,

- la evaporazione è di 0,347 Kg/s

- la necessità di aria di asciugatura è di 1.74 Kg/s

- il quantitativo di aria soffiata attraver so gli ugelli è di 10 Kg/s.

Pertanto, il flusso di aria di circolazione (corrispondente al flusso dell'aria soffiata attraverso gli ugelli) è quasi sei volte maggiore in con fronto con il flusso dell'aria di asciugatura (ugua le al flusso dell'aria di uscita). Allo scopo che le ventole dell'aria di circolazione e le sezioni rette dei flussi non diventino irragionevolmente grandi» la pratica abituale è quella di suddividere la cappa in diversi settori, due o tre, che sono inter collegati preferibilmente in modo tale che l'aria di asciugatura fluisca da un settore ad un altro in con trocorrente in relazione al nastro di carta.

Per riscaldare l'aria di circolazione, la struttura deve incorporare - quando il riscaldamento vieie eseguito per mezzo di vapore - dei radiatori a tubi alettati, la cui superficie termica è dello ordine approssimativamente di dieci volte in confron to con la superficie del nastro, come anche filtri che impediranno alle superfici a nervature di diven tare sporche.

Frequentemente, la struttura è tale che, allo scopo di realizzare un soffiaggio uniforme, la cappa deve essere suddivisa nella direzione laterale del nastro di carta in numerose camere a pressio ne e camere di aspirazione per l'aria di circolazio ne·

Com plessivamente, allo scopo di implementare il soffiaggio ad ugelli, la struttura a cui viene fatto ricorso è complicata e costosa, oltre che dif ficàie da regolare, da manutenere e da riparare· Il summenzionato inconveniente implicato nel soffiaggio a mezzo di ugelli, precisamente la maggio re dimensione delle ventole e dei canali dell'aria di circolazione, viene spesso risolto collocando sol tanto le scatole degli ugelli sul cilindro, mentre le ventole ed i radiatori (oppure - quando è implica to un riscaldamento con i gas della canna fumaria dell'aria di circolazione - i bruciatori) sono collo cati separatamente lungo la macchina di asciugatura.

Lo scopo della presente invenzione è perciò quello di fornire un cilindro di asciugatura a contatto munito di una cappa del tipo menzionato nel preambolo, vale a dire una cosi detta cappa di bassa pressione, per mezzo della quale, nonostante ciò, è possibile realizzare la evaporazione caratteristica della summenzionata cappa di alta capacità, vale a dire lo scopo è quello di realizzare una cappa per un cilindro di asciugatura a contatto che combini i vantaggi della cappa a bassa pressione secondo la tecnica precedente e della cappa ad alta capacità, evitando nello stesso tempo i loro inconvenienti.

Le caratteristiche principali della presente invenzione sono ziportate nelle allegate rivendica zioni.

La evaporazione caratteristica di una cappa di bassa pressione in conformità con la presente in venzione può essere portata allo stesso livello di quella di una cappa di elevata capacità, installan do la parete divisoria ad una distanza dalla super ficie del cilindro tale che la velocità del gas di asciugatura risulterà elevata ed equipaggiando la parete divisoria con elenenti di riscaldamento col legati ad una sorgente di energia esterna, allo sco po di trasferire il calore al gas di asciugatura tramite convezione ed al nastro di carta tramite ir radiazione·

Nella cappa del cilindro di asciugatura a contatto secondo la preseite invenzione, la parete divisoria può essere zi scaldata per mezzo di elanen ti a resistori collegati ad una sorgente di energia esterna oppure la parete divisoria può essere costruita come uno scambiatore di calore il quale è collocato cosi vicino alla superficie del cilindro che, per mezzo di aria ad alta velocità, si possono realizzare coefficienti di trasferimento del calore paragonabili a quelli del soffiaggio attraverso ugelli·

In una preferita forma di realizzazione dell'invenzione» la parete divisoria può essere coiver tita in uno scambiatore di calore formando in essa numerosi condotti» per esempio tubi» che si estendo no sostanzialmente nella direzione rotatoria del ci lindro» essendo collegati ad una sorgente esterna di vapore d'acqua e trovandosi ad una distanza uno dall'altro nella direzione trasversale della parete divisoria» nonché possibilmente delle sporgenze estendenti si da questi condotti verso l'uno o l'altro lato della parete divisoria, preferibilmente al meno fino ai canale di flusso interno, e, per promuovere il trasferimento di calore, essendovi prefe ribilmente delle flange che guidano il gas di asdu gatura e si estendono sostanzialmente nella direzio ne rotatoria del cilindro·

I condotti fornati nella parete divisoria so no preferibilmente collegati ad un comune condotto trasversale di distribuzione del vapore collegato ad una sorgente di vapore esterna e le loro estrenità inferiori ad un condotto di uscita trasversale comu ne per la condensa· I condotti di uscita della condensa possono essere saldati alle estremità delle cappe, essendovi, nel bordo di parete divisoria del le parti adiacenti ai condotti di uscita della condensa, aperture attraverso le quali il gas di asciu gatura può fluire dal canale di flusso esterno nel canale di flusso interno per fornire una asciugatura localmente favorita del nastro di carta.

La parete divisoria può anche essere suddivi sa in due Parti successive di parete divisoria, cerne si vede nella direzione rotatoria del cilindro, le parti essendo dotate di separati ingressi del gas di asciugatura ma preferìbilmente di una uscita comune per il gas di asciugatura umido. In questo caso, il gas di asciugatura fluirà in concordanza di corrente fra una parte di parete divisoria ed il ci lindro ed in controcorrente fra l'altra parete divi scria ed il cilindro in relazione alla direzione di rotazione del cilindro·

L'invenzione è descritta nel seguito in maggiore dettaglio, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la Figura 1 rappresenta una vista di estremi tà in sezione retta di una preferita foima di realiz zazione dell'invenzione, installata su un cilindro di asciugatura a contatto,

la Figura 2 rappresenta una vista in sezione lungo la linea I-I nella Figura 1,

la Figura 3 rappresenta una vista di estremi tà in sezione retta di una estremità di una alterna tiva fonia di realizzazione, e

la Figura 4 rappresenta una vista di estremità in sezione retta di una alternativa foxma di realiz zazicne supplementare, in cui la parete divisoria è stata suddivisa in due parti successive·

Nella Figura 1, la superficie del cilindro di asciugatura del nastro di carta, un cilindro di asciugatura a contatto, usualmente un cilindro Yankee, è generalmente indicata con il numero di riferimento 1· Il nastro di carta w scorre nella direzione indicata dalla freccia B e vim e pressato con tro la superficie 1 del cilindro per mezzo dei rulli P· Sulla superficie 1 del cilindro e sul nastro w che si trova contro di essa viene applicata una cappa in conformità con la presente invenzione, la quale è genericamente indicata con il numero di riferimento 2· La cappa 2 è fatta di un mantello 3 termicamente isolato, i cui lati o fianchi sono chiù si da frontoni o timpani 14 ed ambedue le cui estre mità 15 sono chiuse in maniera tale che, quando col locata contro la superficie 1 del cilindro ed il na stro V sul cilindro, la cappa forma insieme con il cilindro di asciugatura a contatto uno spazio sostanzialmente a tenuta di gas· Come si può chiaramente vedere nella Figura i, lo spazio delimitato dalla cappa 2 e dalla superficie 1 del cilindro è suddiviso in due canali di flusso concentrici aven ti la forma di sezione retta di un arco di circolo per mezzo di una parete divisoria 4, la quale si trova a piccola distanza dalla superficie 1 del ci lindro e sostanzialmente parallela ad essa e si estende fra i timpani 14 della cappa 2 ma termina ad una piccola distanza dalle estremità 15 della cappa 2, in modo tale che il gas di asciugatura può fluire da un canale di flusso all'altro fra il bordo frontale della parete divisoria 4 o rispettivamente il bordo posteriore di essa e la corrispondente estraaità 15 della cappa. Fra la parete divisoria 4 ed il mantello termicamente isolato della cappa 2 è ulteriormente prevista una parete trasversale 10, per mezzo della quale il canale di flusso esterno viene suddiviso in due parti successive, l'ingresso 11 per il gas di asciugatura essendo applicato allo inizio della parte posteriore e l'uscita 12 per il gas di asciugatura umido è disposta all'estremità della parte «interiore, in modo tale che il gas di asciugatura fluirà dall'ingresso 11 nella direzione della freccia A lungo il canale di flusso esterno fra la parete divisoria 4 ed il mantello 3 della cappa 2 nella direzione della freccia A^, ruotando nella direzione della freccia A attraverso lo spazio di gioco fra il bordo posteriore della parete divisoria 4 e l'estremità 15 della cappa 2 nel canale di flusso interno fra il cilindro e la parete divisoria» in cui il gas di asciugatura fluirà nella di rezione della freccia A. in controcorrente in relazione alla direzione di movimento del nastro di car ta W sulla superficie 1 del cilindro ed infine il flusso del gas di asciugatura umido si riporterà an cora nella direzione della freccia attraverso lo spazio di gioco fra il bordo frontale della parete divisoria 4 e la corrispondente estremità 15 della cappa 2 nella parte anteriore del canale di flusso esterno» passando nella direzione della freccia Ag nell'uscita 12 per il gas di asciugatura umido. Al lo scopo di promuovere il trasferimento di calore dalla parete divisoria 4# nella parte anteriore del canale esterno di flusso del gas di asciugatura e sull'intera lunghezza del canale interno del gas di asciugatura, sono applicate una pluralità di flange 7' e 7" che si estendono sostanzialmente nella dire zicne di rotazione del cilindro e sono applicate nella direzione trasversale ad una certa distanza una dall*altra, le flange nello stesso tempo serven do come guida per il flusso del gas·

Come si può vedere nella Figura 1 ed in mag giore dettaglio nella Figura 2, la parete divisoria 4 serve come uno scambiatore di calore che fornisce calore per effetto di convezione al gas di asciuga tura ed inoltre per effetto di irradiazione al nau stro W. La parete divisoria, la quale serve come scambiatore di calore ed è indicata genericamente con il numero di riferimento 4 nella Figura 2, è co stituita, in una preferita forma di realizzazione dell'invenzione, da una pluralità di tubi curvati 5 disposti in parallelo nel senso di rotazione del la superficie del cilindro, in adiacenza ed a piccola distanza trasversale uno dall'altro, i tubi es ssido intercollegati nella direzione trasversale per mezzo di canponenti di parete divisoria 6 ed es sendo ulteriormente equipaggiato con flange 7' e 7" che sono perpendicolari ai componenti 6 di parete divisoria, si estendono ad ambedue i lati della pa rete divisoria 4, guidano il flusso del gas di asdu gatura, promuovono il trasferimento del calore e si estendono nel senso di rotazione della superficie del cilindro, lfaltezza della flange 7' essendo alquanto inferiore a quella della distanza fra i tubi 5 ed il mantello termicamente isolato 3 della cappa e l'altezza delle flange 7" essendo alquanto inferiore alla distanza fra i tubi 5 e la superficie 1 del cilindro, comprendente lo spessore del nastro W· La distanza fra la parete divisoria 4 e la superficie 1 del cilindro è relativamente piccola, per cui fra le flange 7" si formano delle coppie turbinose B di vortici che ruotano in direzioni op poste, cerne si vede nella Figura 2· Queste coppie vorticose migliorano notevolmente il trasferimento del calore fra la parete divisoria 4 e la superficie 1 del cilindro·

Per mezzo di una cappa 2 realizzata secondo la presente invenzione, equipaggiata con una parete divisoria 4 che serve cerne scambiatore di calore, si ottiene un flusso molto vantaggioso del gas di asciugatura e la stessa capacità di asciugatura viene realizzata cerne in una cappa di elevata capa cità operante sulla base del principio del soffiag gio attraverso ugelli, ma con un più basso coefficiente di trasferimento del calore. Ciò è dovuto al fatto che, a causa della mancanza di circolazione di aria, l'aria di asciugatura è asciutta quando essa fluisce nella direzicaie della freccia A3 nella Figura i nel canale interno del gas di asciugatura delimitato dalla parete divisoria 4 e dalla superficie 1 del cilindro e pertanto la temperatura del nastro V è inferiore a quella che si riscontra in una cappa di elevata capacità· Ciò aumenta il trasferimento del calore» non soltanto dal gas di asciu gatura al nastro V» ma anche» prima di tutto» dalla superficie 1 del cilindro ai nastro w·

La parete divisoria 4 che serve come scambia tore di calore viene riscaldata per mezzo di vapore di condensazione introdotto in essa da una sorgente esterna e per questo scopo i tubi 5 della parete di visoria 4 sono collegati ad un comune tubo 8 di distribuzione del vapore» come si vede nella Figura 1» e» ad ambedue le estremità» ad una comune conduttura 9 di uscita della condensa·

La Figura 3 rappresenta una alternativa forma di realizzazione la quale differisce dalla forma di realizzazione illustrata nella Figura 1 per il fatto che ambedue le estremità della parete divisoria» con i tubi di uscita 9 della condensa, sono saldate alle estrenità 15 della cappa 2» il flusso del gas di asciugatura dal canale di flusso esterno a quello interno essendo disposto attraverso una pluralità di aperture 13 nelle estremità dei compo nenti 6 della parete divisoria. Questa forma di realizzazione funziona pertanto nelle aperture 13 alla stessa maniera di un organo di asciugatura ad ugelli» per cui si ottime una zona di migliorata asciugatura alle estremità della cappa, dove il gas di asciugatura fluisce ad elevata velocità verso il nastro di carta W. Perciò, l'intensità della asciu gatura può essere localmente aumentata e la disposizione presenta l'ulteriore vantaggio che si riduco no le perdite verso l'ambiente circostante·

Le perdite verso l'ambiente circostante o provenienti dall'ambiente circostante possono ulte riom ente essere ridotte mediante l'impiego della alternativa illustrata nella Figura 4» in cui il gas di asciugatura viene alimentato alla parte cen trale della cappa attraverso gli ingressi 11* ed 11" e fluisce intorno ai bordi esterni della parete divisoria 4» e 4", diviso in due parti successive nella direzione delle frecce A e lascia lo spazio fra le parti 4' e rispettivamente 4M della parete divisoria e la superficie 1 del cilindro, vaie a dire il canale interno del gas di asciugatura, attraverso una uscita 12 fra gli ingressi 11' e 11". In questa alternativa, il gas di asciugatura fluìsee in un canale interno di passaggio del gas di asciugatura prima in concordanza di corrente e sue cessi vamente nel successivo canale esterno di passaggio del gas di asciugatura in controcorrente in relazione al nastro V che si trova sulla superficie 1 del cilindro·

Ciò che è essenziale nell'invenzione è che la parete divisoria, nota già da tempo dalle cappe di bassa pressione per i cilindri, in particolare i cilindri Yankee, delle macchine di asciugatura a contatto, è costruita come uno scambiatore di calo re in cui, per effetto di convezione attraverso la azione mediata del gas di asciugatura (aria) ed ul teriormente per effetto di radiazione viene fornito calore al nastro di carta il quale viene asciiu gato per mezzo delle superfici calde dei cilindri della macchina di asciugatura a contatto. Dimensio nando la struttura della cappa in modo tale che la aria di asciugatura abbia una elevata velocità, spe cialmente nello spazio fra la superficie di asciugatura e lo scambiatore di calore, è possibile con l'uso di questa struttura raggiungere una intensità di asciugatura simile a quella che si realizza comunenente con le cappe ad alta pressicaie, sulla base del principio della asciugatura ad ugelli, che sono state finora usate da alcuni decenni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Cappa (2) chiusa ad ambedue le due estre mità (15) e sui lati (14) e destinata ad essere ap plicata sul segmento di superficie (1) del cilindro di asciugatura del nastro di carta in una macchina di asciugatura a contatto , la cappa avendo una pa rete divisoria (4) sostanzialmente parallela alla superficie (1) del cilindro ed estendentesi attrav so l'intera cappa (2) ad una certa distanza dalla superficie (l) del cilindro e dal mantello (3) del la cappa» in modo da formare due canali di flusso concentrici aventi la forma di un arco di cerchio e congiungentisi sostanzialmente almeno ad una estre mità della cappa» il canale di flusso esterno aven do un ingresso (il) per il gas di asciugatura e, preferibilmente in vicinanza dell'ingresso, separa ta da esso, per esanpio per mezzo di una parete tra sversale (10), una uscita (12) per l'aria di asciu gatura umida, caratterizzata dal fatto che la pare te divisoria (4) è equipaggiata con elementi di ri scaldamento (5) collegati ad una sorgente esterna di energia, per trasferire calore al gas di asciugatura per effetto di convezione ed al nastro (w) per effetto di irradiazione. 2· Cappa secondo la rivendiaczione 1, caratterizzata dal fatto che la parete divisoria (4) pre senta una pluralità di condotti (5) ad una certa ai stanza uno dall'altro nella direzione trasversale della parete divisoria, i condotti estendendosi sostanzialmente nella direzione di rotazione della su perfid e (1) del d lindro ed essendo collegati ad una sorgente esterna di vapore e possibilmente delle sporgenze estendentisi da questi condotti (5) verso uno o ambedue i lati della parete divisoria (4), pre feribilmente almeno nella stessa misura del canale di flusso interno, e che premuovono il trasferimento del calore, essendo costituite preferibilmente da flange (7'» 7M) che si estendono nella direzione di rotazione della superfid e (1) del dlindro e nello stesso tempo guidano il gas di asdugatura· 3· Cappa secondo la rivendicazione 2» caratterizzata dal fatto che i condotti (5) sono collega ti ad un comune condotto trasversale (8) di distribuzione del vapore, il quale viene collegato ad una sorgente esterna di vapore, e le loro estremità inferiori sono collegate ad un comune condotto trasver sale di uscita (9) per la condensa» 4· Cappa secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i condotti (9) di usd ta del la condensa sono fissati alle estremità (15) della cappa e le parti di bordo della parete divisoria (4) che si congiungono ai condotti (9) di uscita della condensa presentano aperture (13) che producono un flusso di gas di asciugatura localmente in tensificato (A^) dai canale di flusso esterno al canale di flusso intern o. 5. Cappa secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che presenta due pareti divisorie (4' 4")» successive nella direzione di rotazione della superficie (1) del cilindro, tali pareti divisorie avendo ingressi separati (11', 11") per il gas di asciugatura ed tuia uscita comune (12) per il gas di asciugatura umido