NO315061B1 - Anordning ved tallerken i skivetörke - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved varmeveksler, for oppvarming, avkjøling eller tørking av et materiale, idet anordningen omfatter en stasjonær trommel og en i denne anordnet hul rotor for sirkulasjon av et varme- eller kjølemedium, hvor det til rotoren er arrangert et antall skiveformede legemer for å oppta mediet fra rotoren, hvor de skiveformede legemer er dannet ved at to plateformede halvdeler er festet sammen. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et arrangement for sammenstilling av en tallerken for bruk i en slik varmeveksler.

For tørking av ulike typer vannholdige materialer benyttes i dag forskjellige typer tørkeapparatur. I de senere år har imidlertid såkalte skivetørker eller tallerkentørker i økende grad blitt benyttet, spesielt i forbindelse med tørking av limholdige materialer, som ofte skaper problemer for annet konvensjonelt tørkeutstyr. Selv om en tørke-prosess brukes for å eksemplifisere oppfinnelsen, skal det understrekes at tallerkene ifølge oppfinnelsen kan benyttes i enhver varmeveksler, dvs også for generell oppvarming og kjøling av et materiale. Videre er oppfinnelsen uavhengig av det medium som benyttes. Vanligvis benyttes damp for oppvarming/tørking, men det er også vanlig å benytte hetolje.

Grunnen til at slike tallerkentørker utviser gode egen-skaper når det gjelder tørking av limholdige materialer, er måten disse skivetørkene er bygget opp på. Det karakteri-stiske for en slik skivetørke er at den består av et stasjonært kammer hvor det inne i dette kammer er anordnet en rotor, og der et antall skiveformede tallerkener er sveist perpendikulært på det sentrale rotorrør.

Tallerkene har en viss innbyrdes avstand. Varmefluidet strømmer gjennom rotoren og ut i de skiveformede tallerkener, og oppvarmer disse tallerkener slik at fuktigheten i materialet i kammeret avdampes idet materialet er kontakt med tallerkenes heteflater. Det er således en forutsetning for å oppnå en effektiv varme-utveksling at tallerkene har en stor overflate.

Mellom tallerkene er der anordnet skraperjern som til en viss grad hindrer de limaktige stoffer i å klebre seg til, og sette seg fast på tallerkenoverflåtene. Videre er der på periferien av tallerkenskivene montert små skovler som totalt sett sørger for en langsom fremmatende bevegelse av det materiale som skal tørkes.

Selve utformingen av tallerkenskivene kan variere, og flere typer er beskrevet.

US 3,800,865 av Stord Bartz Industri AS beskriver en varmeveksler hvor det til rotoren er festet en rekke hule skiveformede legemer. Disse skiver består av to plater festet sammen med en rekke innsveiste stagbolter. Disse stagbolter besørger styrke, og holder platene sammen når trykket settes på varmefluidet inne i tallerkene.

En annen variant av denne konstruksjonen er en tallerken-oppbygging patentert av Wulff Husum. Denne består av en hel plate på hvilken der sveises en rekke vertikale stål-plater som hver påsveises et flattstål, slik at det hele kan karakteriseres som et ringanker på hvilken de motstående platesegmentene legges og sveises-

De to ovennevnte konstruksjonene kan karakteriseres ved at det i hver enkelt tallerken i hovedsak benyttes to plane plater, og at de elementene som holder platene sammen går igjennom minst den ene av platene, med tilhørende sveisning for å holde de to tallerkenplatene sammen, samt å holdet tett for varmefluidet.

Imidlertid vil enhver slik sveising medføre fare for lek-kasjer. I hovedsak blir styrken av slike konstruksjoner bestemt ved å beregne arealet i innskrevne eller omskrevne sirkler mellom hver avstagning.

Andre konstruksjoner benytter tallerkenliknende konstruksjoner satt sammen av buete plater idet disse gir fordeler ved beregning av styrke under innvendig trykk.

Atter andre konstruksjoner benytter rørcoiler som anordnes på en slik måte at de danner en tallerkenflate, og en slik tørke er for eksempel beskrevet i US 3,923,097. Her er det rørene som er den trykkutsatte delen, og dette medfører fordeler når det gjelder beregninger og godkjenning.

Som nevnt over benyttes i stor grad disse skivetørker for å tørke materialer som oppviser limeegenskaper. Ethvert materiale av organisk opprinnelse, og en god del andre materialer, inneholder forbindelser som under visse betingelser kleber de enkelte partiklene i materialet sammen.

Et slikt vannholdig materiale som skal avvannes gjennomgår som oftest tre ulike faser i tørkeprosessen, nemlig 1) den våte fasen, 2) limfasen og 3) den tørre fasen.

I den våte fasen (vanninnhold typisk over ca 60 %) er vanninnholdet så høyt at effekten av limstoffene under-trykkes, og denne fase karakteriseres ved at der er liten motstand mot bevegelse (rotoren og skivene beveges uten større motstand mot bevegelse i det væskeformige materialet som skal tørkes). Videre er varmeoverføringen relativt høy i denne fasen. Man kan således si at det er egenskapene til vannet (og eventuelt andre flyktige forbindelser) som i størst grad karakteriserer denne fasen.

I limfasen (typisk vanninnhold 35 - 60 %) er en stor del av vannet fordampet, og egenskapene til limstoffene i materialet (restvæsken) dominerer nå de fysikalske egenskapene til materialet. Dette medfører at rotasjonsmotstanden øker betraktelig, og dette må kompenseres for med økt kraftforbruk. Videre reduseres varmeoverførings-graden i denne fasen. Innholdet av lim- eller klebestoffer i væsken, vil innenfor et gitt vanninnholdsområdet, bevirke at materialet aggregerer til store klumper, med stor motstand mot skjærkrefter. Denne sammenklumping gjør også at tilgjengelig overflate på det stoffet som skal tørkes blir vesentlig redusert. Da fordampningsprosessen i hovedsak er en overflateprosess, vil denne sammenklumping føre til at varmeroverføringen reduseres betraktelig.

Limfasen representerer således prosessteknisk et stort problem idet rotasjonsmotstanden er betydelig, og varme-overføring er lav. Videre vil det klebrige materialet kunne forårsake problemer ved at det kleber seg til heteflatene og danner et isolerende belegg på disse.

Den tredje fase som stoffet går igjennom før det er tilstrekkelig tørt, er den såkalte "tørre fasen". I denne fasen er stoffet tilstrekkelig tørt til at limkreftene ikke har noen dominerende innflytelse på prosessforløpet. Stoffet smuldrer opp, dvs. partikkelstørrelsen reduseres igjen. Restfuktigheten begynner etter hvert å bli kapillær, bevegelsesmotstanden reduseres, og varmeoverføring øker, selv om den ikke blir like høy som i fase 1.

I forbindelse med konstruksjon av en forbedret tallerken-tørke er det viktig å ha en detaljert kunnskap om de prosesser og krefter som foreligger ved de ulike faser i en slik tørkeprosess.

På grunn av de store krefter som virker, spesielt i limfasen, utsettes apparaturen for stor belastning og slitasje. Typisk har en slik tørke en levetid på ca. 10 år, eller 60 000 timer. Med en rotasjonshastighet på 8 - 12 omdreininger i minuttet, så vil en slik rotor rotere typisk 30 - 50 <*> IO<6> omdreininger før utskiftning.

Materialet som skal tørkes føres inn i tørken i den ene enden, og mates ut av den andre. Dvs. materialet forflytter seg i tørkens lengderetning. Dette innebærer at de ulike tallerkenene prosesserer materiale av ulik fuktighet, dvs. de første tallerkener behandler materialet i "våt fase", mens tallerkener nedstrøms for disse behandler materialet i "limfasen", mens de siste tallerkener behandler materialet i "tørr fase".

Vridningskreftene som virker på tallerkenhalvdelene kan tenkes oppstå fordi én tallerken kan ha relativt liten

motstand mot vridende bevegelse, mens tallerkenen ved siden av, dersom denne for eksempel opererer i limfasen og dermed opplever større bevegelsesmotstand, vil ha en stor motstand mot vridning.

Man kan således tenke seg to sammensveiste tallerkenplater, hvor den ene er utsatt for motstand mot vridning og den andre ikke. Selv om sveisen langs periferien, og sveisen mot sentralrøret vil oppta mye av disse påkjenningene fra vridningskreftene vil også deler av disse kreftene bli overført til stagbolter eller ringankere. Samtidig vil stagbolter og ringankere måtte oppta strekk-krefter grunnet trykket på varmefluidet, samt trykk-krefter spesielt i limsonen der limklumper presses mellom skraperjern og tallerkenflater.

I løpet av én omdreining vil derfor stagbolter eller ringankere være utsatt for vekslende spenninger i form av strekk, trykk og vridning.

Ovennevnte kombinasjon av vekslende strekk, trykk og vridningsspenninger som disse skivetørkene er utsatt for, spesielt ved prosessering av limholdige materialer, gjør at innsveisningen av ovennevnte stagbolter, ringankere, eller kuvete plater vil bli svært kritisk i et tidsperspektiv når det gjelder sveisesprekker.

Enhver slik sprekk i et kritisk område kan utvikle seg til en lekkasje, som det, grunnet avkjølingstid på rotor, kan ta lang tid å reparere. En stor, moderne skivetørke kan ha så mange som 70 tallerkener med over 140 stagbolter i hver tallerken. Med to sveiser i hver stagbolt dreier det seg derfor om 10 - 15 000 potensielle lekkasjefell.

Det har derfor i lengre tid vært arbeidet for å fremskaffe en tallerkenkonstruksjon uten stagbolter eller ringankere, og et formål med foreliggende oppfinnelse er såldes å frembringe en løsning der de to plater som utgjør en tallerken kan festes sammen uten de overfor angitte problemer.

Den foreliggende oppfinnelse løser dette tekniske problem, og er kjennetegnet ved at det innvendig på hver av disse motsvarende tallerkenhalvdeler er anordnet et sett av motsvarende profiler slik at de motsvarende profiler, idet tallerkenhalvdelene under sammenstilling beveges innbyrdes i forhold til hverandre, etablerer inngrep med hverandre for avstiving av de skiveformede legemer. Ytterligere utførelser av oppfinnelsen er angitt i kravene 2-11.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i detalj, med henvisning til de medfølgende figurer, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv innsiden av en halvdel av en tallerken, og de profiler som er sveiset til denne. Fig. 2 A-C viser hvordan profilene anordnet på de to tallerkenhalvdeler ved montasje etablerer inngrep med hverandre for avstiving av strukturen. Fig. 3 viser en alternativ utførelse av profilene der disse er anordnet i en sirkulær utstrekning på tallekenhalvdelen, og der profilen er slik at det etableres et brutt gjengefeste. Fig. 4 viser et sneppertfeste, og tverrsnittet av profilen for dette sneppertfeste er vist i fig. 4b, som strekker seg i en sirkulær utstrekning på tallerkenhalvdelen.

Fig. 5 viser et ikke brutt gjengefeste.

Fig. 6 viser i et tverriss en tallerken der det er anordnet gjennomgående bolter for ytterligere sammenfesting av de to tallerkenhalvdeler. Fig. 1 viser "innsiden" av en tallerkenhalvdel 12. Det fremgår av figuren at tallerkenhalvdelen 12 er utstyrt med et antall profiler 14. Tverrsnittet på disse profiler kan variere, men en utførelse av oppfinnelsen har et tverrsnitt som vist i fig. 2. På de to tallerkenhalvdeler 12 som til sammen skal danne en tallerken, er profilene motsvarende hverandre, angitt med henvisningstall 14 og 14', respek-tivt. Det sentrale konsept er at disse profiler under montasje av de to motstående tallerkenhalvdeler til en tallerken vries og samtidig presses mot hverandre, slik at de motsvarende profilene griper inn i hverandre. Det etableres således et sneppertfeste som avstiver tallerkenen.

Profilene 14 har en viss lengde, og profilene er i deres langsgående retning anordnet i tallerkenens radielle retning, slik det er vist i fig. 1.

Profilene 14 fordeles jevnt over hele tallerkenflaten, og vil typisk være i et antall av fra 10 til 50 per tallerkenhalvdel, mer fortrinnsvis ca 25-35 per tallerkenhalvdel.

Det er en fordel å arrangere så lange profiler som mulig, og i en for tiden foretrukket utførelse er profilenes lengde ca halvparten av tallerkenens utstrekning. Som vist i perspektiv i fig. 2 har de to tallerkenhalvdeler i midt-partiet en plan utforming, og profilene 14 strekker seg over en vesentlig del av dette plane parti.

Som nevnt kan profilenes 14 tverrsnitt variere. Hoved-formålet er at de, idet tallerkenhalvdelene 12 skyves mot hverandre, danner et sneppertlignede inngrep med hverandre. Den utførelse som vises i fig. 2 er for tiden den mest foretrukne. Her fremgår det at hver av profilene 14,14' har en i hovedsak L-lignende utforming. Den ene endekant, L-ens fot, henholdsvis 14a,14a', er festet til tallerkenhalvdelene 14,14'. Her kan konvensjonell sveising, eller andre konvensjonelle festemetoder benyttes.

Den andre delen av den L-formige profil strekker seg parallelt med tallerkenflaten. Endekantene, henholdsvis 14b,14b', har en utforming som motsvarer utformingen av partiene 14c,14c'.

Eventuelt kan profilene i tillegg være utstyrt med langsgående riller og spor {ikke nærmere vist) for å forsterke sneppertinngrepet.

Figurene 3-6 viser også andre mulige måter å arrangere profilen på. Det sentrale element i oppfinnelsen er at sammenfestingen av de to tallerkenhalvdeler foregår via et sett av profiler arrangert på innsiden av de to tallerkenhalvdeler, og at disse profiler etablerer inngrep med hverandre for avstiving av strukturen idet de to tallerkenhalvdeler presses og skyves mot hverandre.

Således viser figur 3 et arrangement der profilene er anordnet sirkulært i forhold til tallerkenen. Videre er profilenes tverrsnitt slik at det etableres et gjenge-lignende inngrep. I fig. 3 vises et antall slike profiler, arrangert i et antall ulike avstander til senter (her to), slik at det etableres en brutt gjenge. Fig. 5 viser en sammenhengende gjenge.

Videre er der vist i fig. 4A og 4B et system der profilene etablerer et sneppertfeste som sneppes på plass idet tallerkenhalvdelene presses mot hverandre.

Som nevnt kan profilene ifølge foreliggende oppfinnelse kombineres med andre løsninger for sammenfesting av de to tallerkenhalvdeler, så som stagbolter og ringanker. I fig. 6 vises en ytterligere løsning der låsebolter føres gjennom den sammenstilte tallerken.

Når de to motstående tallerkenhalvdeler 12,12' således via profilene 14,14' griper inn i hverandre (slik det er vist i fig. 2C), vil det som nevnt etableres en forbindelse som vil avstive tallerkenen. Dette medfører at krefter som opp-leves å virke på den ene tallerkenhalvdel vil overføres til den andre tallerkenhalvdel, via profilene. Dette innebærer at de ovenfor nevnte stagbolter eller ringanker kan elimi-neres, og dermed reduseres antall utsatte sveieskjøter.

Det skal bemerkes at anvendelse av profilene ifølge oppfinnelsen så klart kan kombineres med anvendelse av stagbolter og/eller ringanker dersom dette er ønskelig eller nødvendig, eller som vist i fig. 6 kan oppfinnelsens konsept kombineres med anvendelse av gjennomgående låsebolter .

Ved fremstillingen vil man måtte regne med noe unøyaktighet i avstanden mellom de to platehalvdelen. En spesiell frem-stillingsmetode sikrer at denne avstanden holdes under et visst minimum slik at de spenninger som korresponderer med den deformasjonen som tilsvarer Smin ligger komfortabelt under materialets flytegrense.

Hver tallerken er således bygget opp som følger:

- Tallerkenhalvdel (12,12') fremstilt av en stålplate eller plate av rustfritt stål. Presset og fremstilt etter bestemte toleranser. - Interne profiler (14,14') av stål eller rustfritt stål. Disse maskineres etter spesielle toleranser slik at den totale unøyaktighet i fremstillingen av tallerkenen kan holdes på et visst nivå. - Skilleplate (ikke nærmere vist i figurer) for å samle opp og tømme det kondensatet som oppstår inne i tallerkenen ved kondenserende damp. - Rør (ikke nærmere vist i figurer) for innføring av damp. - Rør (ikke nærmere vist i figurer ) for bortføring av kondensat.

Idet oppfinnelsen nå er beskrevet med henvisning til noen konkrete utførelsesformer, skal det innses at en rekke forskjellige modifiseringer er mulig innen oppfinnelsen konsept. Det sentrale konsept er at de strekk, trykk og vridningskrefter som oppstår i slike konstruksjoner, og som er beskrevet i detalj ovenfor, delvis eller helt opptaes av to ikke-gjennomgående profiler som vries på plass under montasjen.

Claims (11)

1. Anordning ved varmeveksler for oppvarming, avkjøling eller tørking av et materiale, idet anordningen omfatter en stasjonær trommel og en i denne anordnet hul rotor for sirkulasjon av et varme- eller kjølemedium, hvor det til rotoren er arrangert et antall tallerkenformede legemer for å oppta mediet fra rotoren, hvor de tallerkenformede legemer dannes ved at to plateformede tallerkenhalvdeler (12,12') festes sammen, karakterisert ved at det innvendig på hver av disse motsvarende tallerkenhalvdeler (henholdsvis 12,12') er anordnet et sett av motsvarende profiler (henholdsvis 14,14') slik at de motsvarende profiler (14,14'), idet tallerkenhalvdelene (12,12') under sammenstilling beveges innbyrdes i forhold til hverandre, etablerer inngrep med hverandre for avstiving av de skiveformede legemer.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nevnte profiler (14,14') har en i hovedsak L-lignende form.

3. Anordning i samsvar med et av kravene 1-2, karakterisert ved at profilens endekanter (14b,14b) er tilpasset til å motsvare profilenes partier (14c,14c').

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakerisert ved at tallerkenen omfatter en skilleplate for å samle opp og tømme det kondensatet som oppstår inne i tallerkenen.

5. Anordning i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at tallerkene omfatter rør for å lede inn damp, samt rør for å lede ut kondensat.

6. Anordning i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at tallerkenhalvdelene 12,12'), i tillegg til nevnte profiler (14,14') sammenstilles med konvensjonell sveising.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at det i tillegg benyttes konvensjonelle stagbolter og ringankere for å oppta spenningene i tallerkenkonstruksjonen.

8. Anordning i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at profilene er anordnet i tallerkenens radielle utstrekning.

9. Anordning i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved profilene for å etablere inngrep mellom de tallerkenhalvdeler er arrangert i aksiell retning.

10. Anordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved at profilene er gitt en form slik at det etableres et gjengefeste mellom de to tallerkenhalvdeler.

11. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at gjengefeste er brutt.