SE512375C2 - Termisk isoleringsanordning och isoleringselement för axeln av en termovals - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 375 2 högre finish på endast den ena sidan, räcker ett enda valspar till. Temperaturen av den mjukpolymeröverdragna valsen måste noggrant övervakas, och ens vid ett banbrott får icke termovalsens yta beröras.

Termovalsen är oftast värmd medelst varmolja, och i vissa fall medelst andra lämpliga värmeöverföringsmedier, såsom vatten eller ånga. Varmoljan föres till valsens inre via valsänden genom en längsgående borrning och fördelas sedan till radiella borrningar, som är upptagna i valsens ändfläns, varifrån oljan vidareföres till längsgående borrningar i valsens mantel. Cirkuklationen av oljan i valsmanteln är så arrangerad att oljan först passerar till den motsatta änden av valsen och sedan~återvänder längs en parallell borrning till den ände där den infördes i man- teln. Återföringen av oljan styres via ändflänsen och en andra borrning i valsaxeln tillbaka för värmning.

Ytan av termovalsen värms till en ganska hög tempera- tur för att pålägga en intensiv värmeeffekt på den snabbt sig rörliga banan under den korta tidsintervall som banan upplever i nypet. När olja används för värmning av valsen kan valsyttemperaturen bli högre än 200°C. Temperaturen av värmeoljan som införes i valsen kan vara så hög som 280-300°C, som uppenbarligen resulterar i en extremt all- varlig värmebelastning av lagringen. Beroende på de höga belastningar som läggs på valslagringarna måste valsaxeln förses med stora lager, och i själva verket är innerdiame- tern av lagren i moderna utrustningar ca 0,5 m, med ytter- diametern pâ ca l m. Då priset av ett lager ökar snabbt när ett lager med högre lasttàlighet och diameter används har kostnadseffekten vid val av lager extremt hög betydel- se. Därutöver dikteras lagervalet av valsdiametern, efter- som lagret och dess hus uppenbarligen måste passa i utrym- met som avgränsas av termovalsen och av den polymeröver- dragna valsens axel. Om lagerbelastningen blir så hög att den beräknade diametern på lagret med erforderlig storlek skulle överskrida utrymmet som är tillgängligt vid vals- änden, måste lagerbelastningen minskas genom användning av A' 10 15 20 25 30 35 512 375 3 kylda lager. Detta ökar emellertid konstruktionens kostna- der, beroende pà att kylmedel måste cirkuleras och bero- ende på insatsen av kylutrustning. Kylmedelscirkulationen vid lagret kan anslutas till cirkulationsoljesystemet vid pappermaskinen, eller alternativt kan kalandern förses med ett separat oljecirkulationssystem, i vilken olja med högre viskositet kan cirkuleras.

Försök har gjorts för att undvika värmningseffekten av värmeoljan som leds via valsaxeln med hjälp av ett ven- tilerat luftgap eller termisk isolering. Luftgapet bildas av ett öppet utrymme kring oljeledningarna, och ett sådant utrymme som omger oljetillförsel- och returkanalerna i valsen är arrangerat så att det kommunicerar med omgiv- ningsluften, så att luftgapet ventileras. Ehuru den ter- miska isoleringsförmågan av ett luftgap förvisso är god, har ett sådant arrangemang flera nackdelar. Det största problemet förorsakas av värmeoljeläckage till gapet, där oljan undergår termisk sönderdelning och bildar oljerök och tjära som är svår att avlägsna och kan täppa igen luftgapet. Beroende på rökbildning måste luftgapet anslu- tas till en ventilationskanal eller en evakueringsfläkt med ett utlopp utanför fabriksbyggnaden. Detta arrangemang kan lösa problemen som förorsakas av rökbildning, men luftgapets ventilation reducerar icke tjärbildningen. Be- roende på denna blir luftgapens fördelar mindre än vad som förväntas, då den termiska isoleringsförmågan av ett till- täppt luftgap är dålig. Problemet med tjärbildning är extremt svårt att övervinna, eftersom termovalsens ände har ett komplicerat oljekanalsystem, vars tätning för syf- tet att förhindra oljeläckning till luftgapet är extremt arbetskrävande.

Som medel för minskning av värmeledning har man jämte och i stället för ett luftgap försökt använda bussningar eller överdrag av material med låg termisk konduktivitet. Överdragsmaterial som har använts har omfattat zirkonium- oxid, och termiskt isolerande bussningar har framställts av polytetrafluoreten (PTFE). Uppbenbarligen kan termiskt 10 15 20 25 30 35 512 375 4 isolerande bussningar och överdrag framställas av många olika material, såsom keramiska och polymera material.

Framställningen av sådana termiskt isolerande bussningar och överdrag är relativt enkel och de kan lätt anordnas runt värmande oljekanaler. Emellertid kan termiska isole- ringar av fasta material icke ge tillräckligt god termisk isolering; PTFE har exempelvis en termisk konduktivitet som är tio gånger luftens termiska konduktivitet. Eftersom den termiska isoleringen måste tolerera en så hög tempe- ratur som 300°C under en samtidig mekanisk belastning kan konventionella termiska isoleringsmaterial icke användas med mindre att valsaxeln utformas med komplicerad struktur.

Ett ändamål med uppfinningen är att skapa en sådan termisk isoleringsanordning som ger överlägsen termisk isolering, jämfört med den kända tekniken, och som är okänslig för pàkänningar som pålägges av dess drifts- omgivning.

Uppfinningen är baserad på anpassning av ett sådant bussningsformat termiskt isoleringselement kring termo- valsaxelns oljekanaler att det innehåller ett gastätt hålrum.

Närmare bestämt har anordningen enligt uppfinningen kännetecknen i patentkravets 1 kännetecknande del.

Vidare har det termiskt isolerande elementet enligt uppfinningen kännetecknen enligt patentkravets 5 känne- tecknande del.

Uppfinningen ger väsentliga fördelar.

Utföringsformen enligt uppfinningen har en extremt hög termisk isoleringsförmåga. Medan den högsta isole- ringsförmågan uppnås med en bussning vars isolerande hål- rum är evakuerat till ett vakuum, erbjuder också en buss- ning som är fylld med luft, lämpligen inert gas såsom kväve eller annan gas, bättre isoleringsförmåga än något fast isoleringsmaterial. Den evakuerade bussningen enligt uppfinningen kan lätt framställas med hjälp av elektron- strålesvetsutrustning, då den gastäta svetsade bussningen _J_\ 10 15 20 25 30 35 kommer automatiskt att behålla ett vakuum lika med det som ràder i vakuumkammaren i svetsutrustningen_under svets- ning. På motsvarande sätt kan en gasfylld bussning fram- ställas i en inertgasatmosfär under användning av t ex lasersvetsning.

Materialet i bussningen kan vara samma strukturella stàl som används i andra delar av termovalsen, och buss- ningen kan utformas med tillräcklig styrka för att göra den mindre mottaglig för skada under installation eller användning. Då bussningen är hermetiskt förseglad, kommer dess termiska isoleringsförmàga icke att försämras under användning.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig 1 är en sidovy i halvsektion av en termovalsände lämpad för matning av ett värmemedium till valsen och innefattande en termisk isoleringsanordning enligt upp- finningen.

Fig 2 är en tvärsektionsändvy av manteln av termo- valsen i fig 1.

Pig 3 är en detaljerad tvärsektionssidovy av ett ter- miskt isoleringselement enligt uppfinningen för en vals- axel.

Fig 4 är en detaljerad tvärsektionssidovy av ett annat termiskt isoleringselement enligt uppfinningen för en valsaxel.

Denna applikation beskriver en termisk isoleringsan- ordning för axeln av en termovals baserad på användningen av isoleringselementet enligt fig 3. En annan termisk iso- leringsanordning för manteln av en termovals baserad pà användningen av isoleringselementet enligt fig 4 beskrivs i en parallellansökan, inlämnad av föreliggande sökande.

Såsom klart framgår i fig 1 är en termovals med fördel anpassad för kombinationsanvändning vid båda anord- ningarna.

En termovals innefattar en stomme med en mantel 1 och två ändstycken 2, 3. Konventionellt ledes ett värmemedium, lO 15 20 25 30 35 512 375 6 som typiskt är olja, till valsen och bort från Valsen via endast en ände på valsen. Konstruktionen som visas i fig 1 representerar en sådan tillförselände av valsen med olje- cirkulationsorgan. Manteln 1 av termovalsen är en tjock- väggig ihålig cylinder, vars omkrets är försedd med olje- kanaler 4. Ändstycket innefattar en ändfläns 2 och en axel 3. Valsen är monterad i lager genom att ändstyckenas axlar 3 uppbäres av lagren 5. Axelns 3 centrum är försett med en tillförselkanal 6 för värmningsolja, genom vilken kanal oljan föres till radiella kanaler 8 upptagna i ändflänsen 2. Värmeoljan föres via dessa radiella kanaler till längs- gående kanaler 4 i manteln 1, i vilka kanaler oljan leds till den motsatta änden av manteln 1 och riktas där för återföring via de parallella kanalerna 4. Vid tillförsel- änden av valsen uppsamlas värmeoljan pá nytt via radiellt borrade kanaler 9 och leds till en returkanal 7, som är anordnad i axelns centrum koaxiellt omgivande oljetill- förselkanalen 6 och tjänar sålunda till förande av oljan bort från axelns 3 ände till en återvärmningskrets. Olje- cirkulation i Valsen kan arrangeras pà olika sätt, så att oljans framåtström- och returkanaler i valsmanteln kan växla intill varandra, varvid varje framâtströmkanal leds tillbaka via två returkanaler, eller med andra konfigura- tioner. På liknande sätt kan värmningsoljans tillförsel via axeln 3 och i ändflänsen 2 utformas på olika sätt. Då föreliggande uppfinning icke är relaterad till konstruk- tionen av oljetillförselkanalsystemet, kommer de olika alternativen icke att beskrivas närmare här. Isolerings- elementet 10 omfattar en inre cylindrisk bussning ll som tjänar som ytterväggen för värmeoljereturkanalen 7, och en ytterbussning 12, som tillsammans med änddelarna 13 av isoleringselementet avgränsar ett hermetiskt avtätat hål- rum 14. Änddelarna 13 är anslutna till bussningarnas 11 och 12 ändar genom elektronstrålsvetsning i en vakuum- kammare. Isoleringselementets 10 avtätade hàlrum blir då vid ett vakuum som är lika med driftsvakuumet av svetsut- rustningens vakuumkammare, vilket vakuum typiskt är i lO 15 20 25 30 35 512 375 7 storleksordningen 10 Pa (lxl0_4 bar). Detta vakuum är, så- som inses, ett relativt högt vakuum, som ger en god ter- misk isoleringsförmåga åt ett utrymme som är förseglat för att klara detta vakuum. Den termiska isoleringsförmàgan av en sådan vakuumnivå är nästan lika med den som råder i evakuerade flaskor som används i laboratorier och är bätt- re än vakuumnivàn i vakuumflaskor som är avsedda för lag- ring av mat och dryck.

Det termiska isoleringselementet 10 sträcker sig från axelns 3 ände till inneränden av de radiella kanalerna 8 och 9 som är upptagna i ändflänsen 2. Sàlunda isolerar det axeln 3 nästan över hela dess längd från värmet av oljan som passerar via oljekanalerna, varigenom värmeledning till axeln vid isoleringselementet 10 är möjlig endast vid elementets änddelar 13. Då änddelarna 13 har en liten tvärsektion förblir värmeflödet via dessa delar obetyd- ligt, så att god termisk isoleringsförmåga föreligger hos isoleringselementet 10 och minskas därmed belastningen på lagret till en låg nivå.

Det hänvisas på nytt till fig 1, isoleringselement 15 insatt vid ändarna av valsens 1 kana- ler 4 och pappersbanan 16 som löper på valsen.

Förutom vad som nämnts ovan kan föreliggande uppfin- ning ha andra utföranden. Isoleringselementet är speciellt fördelaktigt tillverkat med hjälp av elektronstrålsvets- ning, varigenom elementets inre förblir automatiskt på vakuumnivà med hög termisk isoleringsförmåga. För att göra isoleringsförmágan av det evakuerade isoleringselementet väsentligt bättre än vad som finns i ett gasfyllt isole- ringselement, bör vakuumet inut elementet vara mindre än 1kPa och företrädesvis mindre än 100 Pa. Beroende på fram- ställningsfördelarna enligt ovan kan vakuumet inuti isole- som också visar ett ringselementen uppenbarligen lätt fås att vara lika med driftsvakuumet i svetsutrustningens vakuumkammare. En re- lativt god termisk isoleringsförmàga uppnås också med ett gasfyllt isoleringselement. Ett sådant gasfyllt element kan framställas genom t ex lasersvetsning i inertgas- 10 15 20 25 30 35 512 375 8 atmosfär, varigenom elementets inre förblir fyllt med inert gas. Fyllgasen kan vara en inertgas,.sàsom kol- dioxid, kväve eller en ädelgas. Emellertid är uppfinnings- tanken icke begränsad till någon produkt framställd med någon specifik framställningsmetod.

Dá det termiska isoleringselementet är avsett för an- vändning i samband med roterande axlar är dess form före- trädesvis cylindrisk. Emellertid kan varje annan form an- vändas, och i själva verket kan en partiellt avsmalnande form användas för låsning av elementet vid den borrade axelns inneryta. Isoleringselementet kan monteras för om- slutning av oljekanalerna i axeln på frigörbart sätt, eller så kan alternativt isoleringselementet fixeras som en integral del av axeln, t ex med hjälp av svetsfogar.

Elementet måste inte nödvändigtvis sträcka sig över axel- ändens hela längd utan det kan ge isolering endast vid lagret, om sà krävs av valskonstruktionen.

Claims (7)

JJ 10 15 20 25 30 35 51,2 575 PATENTKRAV

1. Anordning för minskning av värmeledning från en valsaxel (3) till valsens lager (5), vilken anordning innefattar åtminstone en längsgående kanal (7, 6) som är anordnad inuti valsaxeln (3) för syftet att leda ett värmemedium via axeln (3), k ä n n e t e c k n a d av - en första vägg (11) som omger den längsgående kanalen (6, 7) genom att den är placerad mellan axelns ytterperimeter och den längsgående kanalen (6, 7) och sträcker sig åtminstone över lagrets (5) längd i axelns (3) längdriktning, och - en andra vägg (12), som är belägen mellan den första väggen (11) och axelns (3) ytterperimeter så att den avgränsar, tillsammans med den första väggen (11), ett hålrum (14) som är hermetiskt förseglat och omger den längsgående kanalen (6, 7) och vari absoluttrycket är mindre än 1 kPa och företrädesvis mindre än 100 Pa.

2. Anordning enligt kravet 1 för en termovals som har en mantel (1) och, fästa vid dess ändar, änddelar (2, 3) av vilka åtminstone en har en flänsdel (2), som är försedd med radiella borrningar (8, 9), vilka sträcker sig från kanalerna (6, 7) i axeln (3) till kanaler (4) i valsman- teln (1), k ä n n e t e c k n a d därav, att hålrummet (14) som avgränsas av den första väggen (ll) och den andra väggen (12) sträcker sig till området för axelns (3) ände och de radiella borrningarna.

3. Anordning enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att hålrummet (14) som avgränsas av den första väggen (ll) och den andra väggen (12) har formen av ett ihåligt cylindriskt skal.

4. Anordning enligt något av de föregående kraven för en termovals där kanalen (6, 7) som löper inuti axeln (3) har två koaxiella kanaler (6, 7) med cirkulär tvärsektion, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första väggen (11) bildar ytterkanalens (7) yttervägg. 10 15 20 25 30 35 512.575 10

5. Termiskt isoleringselement (10) för isolering av en värmemediumkanal som löper i axeln (3) av_en termovals, k ä n n e t e c k n a t av - en första sluten omslutningsyta_(l1), - en andra sluten omslutningsyta (12), som är anord- nad pà avstånd fràn den första omslutningsytan (11), och - element (13) lämpade för förbindning av den första omslutande ytan (11) och den andra omslutande ytan (12) med varandra så att de tillsammans avgränsar ett herme- tiskt avtätat hàlrum (14), vari absoluttrycket är mindre än 1 kPa ooh företrädesvis mindre än 100 Pa.

6. Termiskt isoleringselement enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att hálrummet (14) som av- gränsas av omslutningsytorna (11, 12) är ett element med rotationssymmetri med avseende pà dess längdaxel.

7. Termiskt isoleringselement enligt kravet 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att absolut- trycket i de: hermetiskt förseglade hålrummet (141) är ungefär 10 Pa.