WO2005100683A1 - Beheizter zylinder - Google Patents

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WO2005100683A1
WO2005100683A1 PCT/EP2005/051283 EP2005051283W WO2005100683A1 WO 2005100683 A1 WO2005100683 A1 WO 2005100683A1 EP 2005051283 W EP2005051283 W EP 2005051283W WO 2005100683 A1 WO2005100683 A1 WO 2005100683A1
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WO
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cylinder
jacket
cladding layer
layer
honeycomb
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/051283
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Gruber-Nadlinger
Stevan Lomic
Günter HALMSCHLAGER
Christoph Haase
Herbert Schrefl
Josef Kerschbaumer
Stefan Lehner-Dittenberger
Berkes Hermann
Erich Rollenitz
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
Priority to EP05731761A priority Critical patent/EP1738022B1/de
Priority to DE502005004122T priority patent/DE502005004122D1/de
Priority to US10/599,754 priority patent/US20070184955A1/en
Priority to AU2005233311A priority patent/AU2005233311B2/en
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/022—Heating the cylinders
    • D21F5/028—Heating the cylinders using steam
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/021—Construction of the cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/02—Rotary drums or rollers

Definitions

  • the invention relates to a heated cylinder for heating a paper, cardboard, tissue or other fibrous web in a machine for producing and / or finishing the fibrous web with a cylinder jacket which is at least partially acted upon from the inside by means of a hot fluid and at least one includes inner and an outer cladding layer.
  • Such a heated cylinder is known from DE 102 60 509.2.
  • tensile stresses that arise because the inner area of the cylinder expands more than the outer area are minimized by the fact that the cylinder jacket consists of at least two jacket layers and the material of the outer jacket layer at an assembly temperature that is below the average operating temperature lies, a larger coefficient of thermal expansion and at a mounting temperature that is above the average operating temperature, a smaller coefficient of thermal expansion than the material of the inner cladding layer.
  • Another measure is that the layer thickness of the outer cladding layer is less than that of the inner cladding layer.
  • a dryer for drying a fibrous web is known from EP 0 559 628 B1, in which a flow cylinder is used in connection with a blowing hood. This is provided with a nozzle arrangement, with the aid of which drying gas jets are applied to the outer surface of the web to be dried, while this is guided over a sector of approximately 270 ° or more around the heated cylinder.
  • the jacket of the cylinder is with a system of Provide duct lines in which a coolant can be directed from a coolant source.
  • the drying gas jets evaporate water in the web to the outside and remove it via the spaces in the blowing hood.
  • this object is achieved in a heatable cylinder of the type mentioned at the outset in that the two jacket layers are separated from one another by a cavity into which the fluid can be introduced. Due to the double-shell design of the drying cylinder, the temperature gradient between the cylinder surface and the steam is reduced and kept low.
  • the wall thickness of the outer cladding layer can be kept low by the invention; in particular, the loads on the outer wall of the cylinder can be kept low by supports against the core of the cylinder or by cross struts. Due to the possible small wall thickness of the outer jacket layer of the cylinder, the temperature gradient in this jacket layer is also kept low. By reducing the thermal resistance compared to conventional cylinders, the drying performance of the cylinder can be increased at the same vapor pressure by improving the heat flow through the outer jacket layer and increasing the temperature on the outer cylinder surface.
  • the pressure in the two-shell solution according to the invention acts only in the annular cross section between the inside of the outer shell and the outside of the inner shell, which are fixed to one another by means of connecting elements.
  • the outer shell is retained by the connecting elements due to the pressure that acts on the inner shell in the opposite direction and also reduces the load on the inner shell.
  • the remaining load for both shells results from the pressure and the difference in the pressurized surfaces, which corresponds to the difference in their diameters.
  • the shells can be made much thinner by reducing the load and, with the same load-bearing capacity, enable a reduction in their own weight and, thanks to the reduced wall thickness of the outer jacket, an improvement in heat transfer.
  • the measure according to the invention proves to be particularly advantageous in the case of a dry arrangement in which the cylinder, as is known from EP 0 559 628 B1, is covered with a hood over a large, for example 270 ° area of its jacket surface.
  • the hood is filled with a medium, in particular water, under an overpressure of 1 to 5 bar. Because the hood is stationary and does not enclose the entire circumference, a cyclic load acts on the surface of the jacket. A pressure load therefore acts on a point on the lateral surface of the cylinder as soon as the point moves into the area wrapped by the pressure hood. Relief takes place as soon as he leaves this area. The pressurization causes a high mechanical load, which also acts cyclically on the cylinder surface with every revolution. Conventional type drying cylinders could not withstand such a pressure load.
  • the inner cladding layer is thicker in relation to the outer cladding layer.
  • the outer shell is preferably thin-walled and has a wall thickness in the range between 5 and 15 mm, in particular between 8 and 15 mm. It is connected to the rigid core of the cylinder by means of webs. The vapor space is located between the thin outer shell and the core.
  • the steam in the cavity between the two cladding layers advantageously has an overpressure between 2 and 13 bar.
  • An advantageous measure consists in that a structure with ribs or lamellae which extend in the axial direction is applied to the inner surface of the outer cladding layer facing the cavity. This helps to keep the temperature gradient between the outer jacket surface of the drying cylinder and the cavity carrying a hot medium between the inner and the outer wall low.
  • the condensate collects at the bottom of the ribbing. Even a small condensate film thickness would have a strong thermal insulation and increase the temperature gradient to the cylinder surface.
  • the flank area of the ribs is not covered with condensate and is therefore in direct contact with the steam; it ensures a high heat flow. Due to the increased surface area of the outer shell of the cylinder as a result of the ribbing, the heat transfer is improved by increasing the contact area with the steam.
  • its inner surface can be increased by a factor of 10 to 100. In other words, the surface of the rib, honeycomb or lattice structure is ten to one hundred times the inner surface of the outer cladding layer.
  • At least the ribs or additionally the inside of the roll shell are made of copper or aluminum.
  • the structures applied to the inside of the roll shell can also be made of steel or stainless steel or another metal or another metal alloy if the factor for increasing the surface area is chosen to be sufficiently large.
  • the material used to improve the thermal conductivity is preferably the same as that of the cylinder jacket connected to the structures, in order to ensure that no stresses arise as a result of different thermal expansions.
  • the outer cladding layer is made of a material with high thermal conductivity, i. H. with a high thermal conductivity.
  • the outer jacket layer preferably consists of boiler steel. Steels with an austenitic structure are less suitable.
  • the material from which the inner cladding layer is made does not have to meet any special requirements with regard to thermal conductivity; However, it is advantageous if the inner cladding layer has a high modulus of elasticity and at least the strength of an average structural steel.
  • the advantages of the invention are that since the steam only spreads in channels, there is little mechanical stress. A high heat flow density is possible due to a reduced temperature gradient to the surface.
  • the heated cylinder is suitable for high pressure loads from outside and for high temperature tensions. If the cylinder according to the invention is used with the same surface temperature as conventional drying cylinders, a steam with a lower saturated steam pressure can be used. When steam is used in a cogeneration system, it can expand to a lower pressure in the turbine, producing more electrical energy.
  • the cylinder is connected via pipes between the inner and the outer jacket layer via rotary unions to a fixed steam supply or an evaporation and condensation water container.
  • the inner cladding layer has the supporting function and serves as a rigid core, it absorbs the loads acting on the outer cladding layer.
  • the inner and the outer jacket layer via pins, screws, rivets and the like. Like. Are connected.
  • the lamellae are preferably arranged parallel to one another, in particular in the axial direction or also in the circumferential direction of the cylinder, but alternatively also crosswise, helically or in a honeycomb or lattice structure.
  • a few lamellae form a helical spiral around the longitudinal axis of the cylinder.
  • the slats have either a flat or a profiled surface. It is also advantageous if the lamellae widen towards the outer jacket shell.
  • the surface of the structure on the inside of the outer circumferential cladding layer is reduced in the vicinity of the end face. This is achieved either by reducing the height of the fins, the honeycomb or the grid, or the distances between the fins or the walls of the honeycomb or the grid are greater in the edge area than in the middle of the outer cladding layer. By reducing the surface of the heat-transferring structure, overheating of the front edges of the jacket layer is avoided.
  • the invention also relates to a heated cylinder for heating a paper, cardboard, tissue or other fibrous web in a machine for producing and / or finishing the fibrous web, which has only a single outer cylinder jacket.
  • this is given high stability in that it is supported by struts in the interior of the cylinder.
  • the struts are, for example, rods extending in the radial direction; however, support walls can also be provided which pass through the longitudinal axis.
  • the struts or walls give the cylinder such stability that the jacket wall only has to have a small thickness. It consists of a good heat-conducting material which gives off the heat introduced into the interior of the cylinder via a fluid to the fibrous web guided over its outer jacket wall. This results in an increased energy yield compared to the prior art and a reduction in operating costs.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the cylinder according to FIG. 1,
  • FIG. 3 is a partial perspective view of a second cylinder
  • FIG. 4 shows a greatly enlarged detail from the jacket of the second cylinder in a sectional view along a line IV-IV in FIG. 3,
  • Fig. 6 shows a cross section through a further cylinder.
  • a cylinder 1 used as a heated cylinder (FIG. 1) comprises a core with a central axis 2 and an inner shell 5 connected to it via end walls 3, 4 (FIG. 2).
  • end walls 3, 4 (FIG. 2).
  • (not shown here) can be in the radial direction extending struts between the central axis 2 and the inner shell 5 to increase the stability of the cylinder 1 may be present.
  • the inner shell 5 has a much greater thickness than an outer cladding layer 6.
  • the inner cladding layer or inner shell 5 is separated from the outer cladding layer 6 via webs 7 and is firmly connected to it.
  • the areas between the webs 7 form channels extending parallel to the longitudinal axis of the cylinder 1, which together represent the vapor space.
  • ribs 8 are attached to the inside of the cladding layer 6, which enlarge the surface of the cladding layer 6.
  • the cylinder 1 has in at least one of its journals 9, 10 an outer annular line 11 and an inner line 12. Instead of the single outer line 11, several outer lines can also be present.
  • Hot steam flows into the cylinder 1 via the outer line 11 and is first passed along the end wall 3 and then between the outer shell-side wall of the inner shell 5 and the inner wall of the outer shell layer 6. In this case, heat is released from the steam via the jacket layer 6 to the fibrous web running between it and along the blowing hood. As a result, the steam cools down and partially condenses to water.
  • the cooled steam and the condensate from the steam are passed between the end wall 4 of the inner shell 5 and then through a central line 13 in the axis 2.
  • the line 13 merges into the line 12 in the journal 9.
  • the lines 11, 12 are connected to a fixed steam supply or an evaporation and condensation water container via rotary unions (not shown here). Instead of leading both lines 11, 12 through the same journal 9, one of the two lines 11, 12 can alternatively also be passed through the other journal 10.
  • a cylinder 14 is designed with two shells.
  • An inner shell 15 mainly takes on the load-bearing function and serves as a rigid core which, among other things, also absorbs the loads of an outer, thin jacket layer 16.
  • the connection between the inner shell 15 and the cladding layer 16 is preferably carried out via pins 17, which are either walled or made of solid material. These can have any cross-sectional shape and can be, for example, round, rectangular or hexagonal. The cross-sectional shape can also change over the pin length.
  • the pins 17 are pushed through openings in the cladding layer 16 or in the inner shell 15 and are preferably connected to the cladding layer 16 and / or to the inner shell 15 by welding, in particular friction welding, or by gluing, screwing, soldering, clamping or other techniques.
  • the pins 17 can also be made in two or more parts. Various methods such as screwing, gluing, clamping, welding or plastically deforming methods such as rivets come into consideration for the connection of the parts of the pins 17 to one another.
  • the pins 17 can be prepared in the inner shell 15 Screw holes, punched holes or flame cuts into the outer shell with screw threads and connect or glue them to the inside of the cladding layer 16 by friction welding. If the pins 17 consist of two parts, the first part can be attached to the inside of the jacket layer by friction welding, for example, while the second pin part is pressed with the inner shell 15.
  • a cylinder 18 constructed essentially like cylinder 1 is equipped with an inner wall 19 and an outer wall 20.
  • Slats 21 are attached between the two walls 19, 20.
  • the fins 21 either extend parallel to the longitudinal axis of the cylinder 18 or are helical.
  • the cavities between the fins 21 are supplied with steam, as shown in FIG. 2 by means of the cylinder 1, in order to heat the outer wall 19, which is much thinner in relation to the inner wall 20.
  • the slats 21 are either all of the same thickness and each carry the outer wall 20; or between the slats 21, additional reinforced slats 22 are provided, which mainly have a supporting function, while the slats 21 mainly take on the function of heat conduction.
  • the cylinder 18 is made of steel, in particular of stainless steel.
  • the slats 21, 22 either have the same cross-section over their entire length or they widen in the direction of the outer wall 20, as shown in FIG. 5.
  • An additional structure can additionally be applied to the fins 21, 22 in order to further enlarge the area for the heat transfer between the steam and the outer wall 20.
  • a cylinder 23 is provided with only one outer wall 24, which is supported by struts 25, 26, 27 in the interior of the cylinder 18.
  • the struts 25, 26, 27 are either designed as rods or as walls in the longitudinal direction of the cylinder 23. They are like the pins 17 by screw connections, by welding, soldering, clamping or plastic deformation connected to the outer wall 24.
  • the struts 25, 26, 27 can also be connected to one another.

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Abstract

Ein beheizter Zylinder (1) zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluids beaufschlagt wird und wenigstens eine innere und eine äußere Mantelschicht (5, 6) umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mantelschichten (5, 6) durch einen Hohlraum von einander getrennt sind, in den das Fluid einleitbar ist.

Description

Beheizter Zylinder
Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluids beaufschlagt wird und wenigstens eine innere und eine äußere Mantelschicht umfasst.
Ein derartiger beheizter Zylinder ist bekannt aus der DE 102 60 509.2. Bei dem bekannten Zylinder werden Zugspannungen, die entstehen, weil sich der innere Bereich des Zylinders stärker ausdehnt als der äußere Bereich, dadurch minimiert, dass der Zylindermantel aus wenigstens zwei Mantelschichten besteht und das Material der äußeren Mantelschicht bei einer Moπtagetemperatur, die unter der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und bei einer Montagetemperatur, die über der mittleren Betriebstemperatur liegt, einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der inneren Mantelschicht hat. Eine weitere Maßnahme besteht darin, dass die Schichtdicke der äußeren Mantelschicht geringer als die der inneren Mantelschicht ist.
Bei derartigen Trocknungszylindern stellt sich bei der Papiertrocknung ein Temperaturgefälle zur Oberfläche hin ein. Die Oberflächentemperatur des Zylinders ist geringer als die Temperatur des Dampfs, mit dem der Zylinder beheizt wird; und somit ist die Trocknungskapazität beschränkt. Die Erhöhung der Sattdampftemperatur ist aus wirtschaftlichen Gründen meistens nicht sinnvoll.
Aus der EP 0 559 628 B1 ist ein Trockner zum Trocknen einer Faserstoffbahn bekannt, bei dem ein Durchflusszylinder in Verbindung mit einer Anblashaube zum Einsatz kommt. Diese ist mit einer Düsenanordnung versehen, mit deren Hilfe Trocknungsgasstrahlen auf die Außenfläche der zu trocknenden Bahn aufgebracht werden, während diese über einen Sektor von ca. 270° oder mehr um den beheizten Zylinder herumgeführt wird. Der Mantel des Zylinders ist mit einem System von Kanalleitungen versehen, in welches ein Kühlmittel von einer Kühlmittelquelle geleitet werden kann. Durch die Trocknungsgasstrahlen wird Wasser in der Bahn nach außen verdampft und über Räume in der Anblashaube entfernt. Andererseits kondensiert Wasser aus der Bahn auf der gekühlten Mantelfläche des Zylinders und wird über die Perforation im äußeren Mantel des Zylinders und einen im Inneren des Zylinders herrschenden Unterdruck abgesaugt. Der gesamte Innenraum des Zylinders steht zur Aufnahme des Kondensats zur Verfügung. Dadurch muss die Innenwand des Zylinders eine gewisse Mindestwandstärke aufweisen, um den Druckbelastungen bei den verwendeten Zylinderdurchmessern standhalten zu können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Trocknungsleistung eines beheizbaren Zylinders zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem beheizbaren Zylinder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die beiden Mantelschichten durch einen Hohlraum von einander getrennt sind, in den das Fluid einleitbar ist. Durch die zweischalige Ausführung des Trockenzylinders wird das Temperaturgefälle zwischen der Zylinderoberfläche und dem Dampf reduziert und niedrig gehalten.
Durch die Erfindung lässt sich die Wandstärke der äußeren Mantelschicht gering halten; insbesondere lassen sich die Belastungen der Außenwand des Zylinders durch Abstützungen gegen den Kern des Zylinders oder durch Querstreben niedrig halten. Aufgrund der dadurch möglichen geringen Wandstärke der äußeren Mantelschicht des Zylinders wird auch das Temperaturgefälle in dieser Mantelschicht gering gehalten. D urch die Verringerung des Wärmewiderstandes gegenüber den herkömmlichen Zylindern lässt sich die Trocknungsleistung des Zylinders bei gleichem Dampfdruck steigern, indem der Wärmestrom durch die äußere Mantelschicht verbessert und die Temperatur an der äußeren Zylinderoberfläche erhöht wird.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Trockenzylinder, welcher im gesamten Innenraum mit Druck beaufschlagt ist, wirkt der Druck bei der erfindungsgemäßen zweischaligen Lösung nur in dem ringförmigen Querschnitt zwischen der Innenseite der Außenschale und der Außenseite der Innenschale, welche mittels Verbindungselementen zueinander fixiert sind. Die Außenschale wird dabei über die Verbindungselemente durch den Druck, der in entgegengesetzter Richtung auf die Innenschale wirkt, zurückgehalten und reduziert ebenfalls die Belastung auf die Innenschale. Die für beide Schalen verbleibende Belastung ergibt sich aufgrund des Druckes und der Differenz der druckbeaufschlagten Flächen, die der Differenz ihrer Durchmesser entspricht.
Die Schalen können durch die Reduktion der Belastung viel dünner ausgeführt werden und ermöglichen bei gleicher Belastbarkeit eine Reduktion des Eigengewichts und durch die geringere Wandstärke des Außenmantels eine Verbesserung der Wärmeübertragung.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Maßnahme im Fall einer Trockenanordnung, in der der Zylinder, wie aus der EP 0 559 628 B1 bekannt ist, über einen großen, beispielsweise 270° überstreichenden Bereich seiner Manteloberfläche mit einer Haube bedeckt ist.
Die Haube wird mit einem Medium, insbesondere mit Wasser, unter einem Überdruck von 1 bis 5 bar gefüllt. Dadurch, dass die Haube stationär ist und nicht den ganzen Umfang umschließt, wirkt auf die Manteloberfläche eine zyklische Belastung. Auf einen Punkt auf der Mantelfläche des Zylinders wirkt daher eine Druckbelastung, sobald der Punkt sich in den von der Druckhaube umschlungenen Bereich hineinbewegt. Eine Entlastung erfolgt, sobald er diesen Bereich verlässt. Die Druckbeaufschlagung bewirkt eine hohe mechanische Belastung, die noch dazu zyklisch mit jeder Umdrehung auf die Zylinderoberfläche wirkt. Trockenzylinder herkömmlicher Bauart könnten einer derartigen Druckbelastung nicht standhalten.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Insbesondere ist von Vorteil, wenn die innere Mantelschicht im Verhältnis zu der äußeren Mantelschicht dicker ist.
Die äußere Schale ist vorzugsweise dünnwandig ausgeführt und hat eine Wandstärke im Bereich zwischen 5 und 15 mm, insbesondere zwischen 8 bis 15 mm. Mit dem steifen Kern des Zylinders ist sie über Stege verbunden. Zwischen der dünnen Außenschale und dem Kern befindet sich der Dampfraum.
Vorteilhaft hat der Dampf in dem Hohlraum zwischen den beiden Mantelschichten einen Überdruck zwischen 2 und 13 bar.
Eine vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass auf der dem Hohlraum zugewandten inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht eine Struktur mit Rippen oder Lamellen aufgebracht ist, die sich in axialer Richtung erstrecken. Dies trägt dazu bei, dass das Temperaturgefälle zwischen der äußeren Mantelfläche des Trockenzylinders und dem ein heißes Medium führenden Hohlraum zwischen der Innen- und der Außenwand niedrig gehalten wird.
Im Betrieb sammelt sich das Kondensat am Grund der Verrippung. Selbst eine geringe Kondensatfilmdicke würde stark wärmeisolierend wirken und das Temperaturgefälle zur Zylinderoberfläche vergrößern. Der Flankenbereich der Verrippung ist hingegen nicht mit Kondensat bedeckt und steht daher in direktem Kontakt mit dem Dampf; dadurch sorgt er für einen hohen Wärmestrom. Auch durch die infolge der Verrippung vergrößerte Oberfläche der äußeren Schale des Zylinders wird der Wärmeübergang durch die Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Dampf verbessert. Durch den Einsatz der Rippen oder sonstiger Strukturen auf der Innenseite des Zylindermantels lässt sich dessen innere Oberfläche um einen Faktor 10 bis 100 vergrößern. Oder anders ausgedrückt, beträgt die Oberfläche der Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur das Zehn- bis Hundertfache der inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht.
Für eine gute Wärmeleitung sind wenigstens die Rippen oder zusätzlich auch die Innenseite des Walzenmantels aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Allerdings lassen sich die auf der Innenseite des Walzenmantels aufgebrachten Strukturen auch aus Stahl oder Edelstahl oder einem anderem Metall oder einer anderen Metalllegierung ausbilden, wenn der Faktor zur Vergrößerung der Oberfläche genügend groß gewählt ist.
Vorzugsweise ist das zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzte Material dasselbe wie das des mit den Strukturen verbundenen Zylindermantels, um sicherzustellen, dass keine Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen entstehen.
Mit Vorteil wird ein Zylinder eingesetzt, in dem die äußere Mantelschicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, d. h. mit einem hohen Wärmeleitwert, besteht.
Vorzugsweise besteht die äußere Mantelschicht aus Kesselstahl. Stähle mit einem austenitischen Gefüge eignen sich weniger.
Das Material, aus dem die innere Mantelschicht besteht, muss keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit erfüllen; von Vorteil ist es jedoch, wenn die innere Mantelschicht einen hohen Elastizitätsmodul und zumindest die Festigkeit eines d urchschnittlichen Baustahls hat.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass, da der Dampf sich nur in Kanälen ausbreitet, eine geringe mechanische Belastung vorhanden ist. Eine hohe Wärmestromdichte ist durch einen verringerten Temperaturgradienten zur Oberfläche möglich. Der beheizte Zylinder ist für hohe Druckbelastungen von außen und für hohe Temperaturspannungen geeignet. Wenn der erfindungsgemäße Zylinder mit der gleichen Oberflächentemperatur wie konventionelle Trockenzylinder eingesetzt wird, kann ein Dampf mit einem niedrigeren Sattdampfdruck eingesetzt werden. Wenn der Dampf in einem System zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt wird, kann er bis zu einem niedrigeren Druck in der Turbine expandieren und somit mehr elektrische Energie erzeugen.
Von Vorteil ist es, wenn der Zylinder über Leitungen zwischen der inneren und der äußeren Mantelschicht über Drehdurchführungen mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden ist.
Dadurch, dass die innere Mantelschicht die tragende Funktion hat und als steifer Kern dient, nimmt sie die auf die äußere Mantelschicht wirkenden Belastungen auf.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die innere und die äußere Mantelschicht über Stifte, Schrauben, Niete u. dgl. verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen des Zylinders, bei denen Rippen oder Stege zwischen der inneren und der äußeren Mantelwand zum Einsatz kommen, ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwischen der inneren und der äußeren Mantelschicht Lamellen angebracht sind.
Die Lamellen sind unter einander vorzugsweise parallel, insbesondere in axialer Richtung oder auch in Umfangsrichtung des Zylinders, alternativ aber auch kreuzweise, weπdelförmig oder in einer Waben- oder Gitterstruktur angeordnet. Im Fall einer wendeiförmigen Struktur bilden wenige Lamellen eine schraubenförmige Wendel um die Längsachse des Zylinders aus. Bei allen Strukturen wird sichergestellt, dass der Dampf von einer Einlassseite des Zylinders an der Innenseite seiner äußeren Mantelwand vorbei wieder aus dem Zylinder herausgeführt wird, wobei er einen erheblichen Teil seines Wärmeinhalts an die äußere Mantelwand abgibt. Die Lamellen haben entweder eine plane oder eine profilierte Oberfläche. Von Vorteil ist es auch, wenn sich die Lamellen zu der äußeren Mantelschale hin verbreitern.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Oberfläche der Struktur auf der Innenseite der äußeren umfangsseitigen Mantelschicht in der Mähe der Stirnfläche verkleinert. Dies wird entweder durch eine geringere Höhe der Lamellen, der Waben oder des Gitters erreicht, oder die Abstände zwischen den Lamellen oder den Wänden der Waben oder des Gitters sind im Randbereich größer als in der Mitte der äußeren Mantelschicht. Durch die Verkleinerung der Oberfläche der wärmeübertragenden Struktur wird eine Überhitzung der stirnseitigen Ränder der Mantelschicht vermieden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen beheizten Zylinder zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn, der nur einen einzigen äußeren Zylindermantel aufweist.
Dieser erhält erfindungsgemäß dadurch eine hohe Stabilität, dass er durch Streben im Inneren des Zylinders abgestützt ist. Die Streben sind beispielsweise sich in radialer Richtung erstreckende Stangen; es können jedoch auch Stützwände vorgesehen sein, die durch die Längsachse hindurchgehen. Die Streben oder Wände verleihen dem Zylinder eine derartige Stabilität, dass die Mantelwand nur eine geringe Stärke haben muss. Sie besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, das die in das Innere des Zylinders über ein Fluid eingebrachte Wärme an die über dessen äußere Mantelwand geführte Faserstoffbahn abgibt. Dadurch wird eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Energieausbeute und eine Verringerung der Betriebskosten erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem einzigen Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen ersten Zylinder,
Fig.2 einen Längsschnitt durch den Zylinder gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht auf einen zweiten Zylinder,
Fig.4 ein stark vergrößertes Detail aus dem Mantel des zweiten Zylinders in einer Schnittansicht entlang einer Linie IV - IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht eines dritten Zylinders und
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen weiteren Zylinder.
Ein als beheizter Zylinder eingesetzter Zylinder 1 (Fig. 1) umfasst einen Kern mit einer zentralen Achse 2 und ei ne mit dieser über Stirnwände 3, 4 (Fig.2) verbundene Innenschale 5. Zusätzlich können (hier nicht dargestellte) sich in radialer Richtung erstreckende Streben zwischen der zentralen Achse 2 und der Innenschale 5 zur Erhöhung der Stabilität des Zylinders 1 vorhanden sein.
Die Inneπschale 5 hat eine viel größere Dicke als eine äußere Mantelschicht 6. Über Stege 7 ist die innere Mantelschicht oder Innenschale 5 von der äußeren Mantelschicht 6 getrennt und fest mit ihr verbunden. Die Bereiche zwischen den Stegen 7 bilden sich parallel zur Längsachse des Zylinders 1 erstreckende Kanäle, die zusammen den Dampfraum darstellen. Ferner sind auf der Innenseite der Mantelschicht 6 Rippen 8 angebracht, die die Oberfläche der Mantelschicht 6 vergrößern.
Der Zylinder 1 weist in wenigstens einem seiner Lagerzapfen 9, 10 eine äußere ringförmige Leitung 11 und eine innere Leitung 12 auf. Anstelle der einzigen äußeren Leitung 11 können auch mehrere äußere Leitungen vorhanden sein. Über die äußere Leitung 11 strömt heißer Dampf in den Zylinder 1 ein, der zunächst entlang der Stirnwand 3 und dann zwischen der äußeren mantelseitigen Wand der Innenschale 5 und der Innenwand der äußeren Mantelschicht 6 hindurchgeführt wird. Hierbei wird Wärme aus dem Dampf über die Mantelschicht 6 an die zwischen dieser und entlang der Anblashaube entlanglaufende Faserstoffbahn abgegeben. Der Dampf kühlt sich infolge dessen ab und kondensiert teilweise zu Wasser. Der abgekühlte Dampf und das Kondensat aus dem Dampf werden zwischen der Stirnwand 4 der Innenschale 5 und dann durch eine zentrale Leitung 13 in der Achse 2 weitergeleitet. Die Leitung 13 geht in die Leitung 12 in dem Lagerzapfen 9 über.
Über (hier nicht dargestellte) Drehdurchführungen sind die Leitungen 11, 12 mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden. Statt beide Leitungen 11, 12 durch denselben Lagerzapfen 9 zu führen, kann alternativ auch eine der beiden Leitungen 11, 12 durch den anderen Lagerzapfen 10 hindurchgeführt werden.
Auch in einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3) ist ein Zylinder 14 zweischalig ausgeführt. Dabei übernimmt hauptsächlich eine Innenschale 15 die tragende Funktion und dient als steifer Kern, der unter anderem auch die Belastungen einer äußeren dünnen Mantelschicht 16 aufnimmt.
Die Verbindung zwischen der Innenschale 15 und der Mantelschicht 16 erfolgt vorzugsweise über Stifte 17, die entweder ho l wandig sind oder aus Vollmaterial bestehen. Diese können eine beliebige Quersc nittsform haben und beispielsweise rund, rechteckig oder sechseckig sein. Die Querschnittsform kann auch über die Stiftlänge wechseln. Die Stifte 17 werden durch Öffnungen in der Mantelschicht 16 oder in der Innenschale 15 geschoben und vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, oder durch Kleben, Schrauben, Löten, Klemmen oder anderen Techniken mit der Mantelschicht 16 und/oder mit der Innenschale 15 verbunden.
Die Stifte 17 können auch zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein. Für die Verbindung der Teile der Stifte 17 unter einander kom men verschiedene Verfahren wie Schrauben, Kleben, Klemmen, Schweißen oder plastisch verformende Verfahren wie Nieten in Betracht.
Beispielsweise lassen sich die Stifte 17 in die Innenschale 15 in dafür vorbereitete Bohrungen, Ausstanzungen oder Brennschnitte in der Außenschale mit Schraubgewinden hineinschrauben und mit der Innenseite der Mantelschicht 16 durch Reibschweißen verbinden oder verkleben. We n die Stifte 17 aus zwei Teilen bestehen, lässt sich der erste Teil beispielsweise an der Innenseite der Mantelschicht durch Reibschweißen anbringen, während das zweite Stiftteil mit der Innenschale 15 verpresst wird.
Alternativ ist ein im wesentlichen wie der Zylinder 1 aufgebauter Zylinder 18 (Fig. 5) mit einer inneren Wand 19 und einer äußeren Wand 20 ausgestattet. Zwischen den beiden Wänden 19, 20 sind Lamellen 21 angebracht. Die Lamellen 21 erstrecken sich entweder parallel zur Längsachse des Zylinders 18 oder sind wendeiförmig. Die Hohlräume zwischen den Lamellen 21 werden, wie in Fig. 2 anhand des Zylinders 1 dargestellt, mit Dampf versorgt, um die im Verhältnis zur inneren Wand 20 sehr viel dünnere äußere Wand 19 zu erwärmen. Die Lamellen 21 sind unter einander entweder alle gleich dick und tragen alle die äußere Wand 20; oder zwischen den Lamellen 21 sind zusätzliche verstärkte Lamellen 22 vorgesehen, die hauptsächlich eine Tragfunktion haben, während die Lamellen 21 hauptsächlich die Funktion der Wärmeleitung übernehmen. Der Zylinder 18 besteht wie der Zylinder 1 oder der Zylinder 14 aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl.
Die Lamellen 21 , 22 haben entweder über ihre ganze Länge denselben Querschnitt, oder sie verbreitern sich in Richtung zu der äußeren Wand 20, wie in Fig. 5 dargestellt. Auf den Lamellen 21, 22 kann zusätzlich eine äußere Struktur aufgebracht sein, um die Fläche für den Wärmeübergang zwischen dem Dampf und der äußeren Wand 20 nochmals zu vergrößern.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Fig. 6) ist ein Zylinder 23 mit lediglich einer Außenwand 24 vorgesehen, die durch Streben 25, 26, 27 im Inneren des Zylinders 18 abgestützt ist. Die Streben 25, 26, 27 sind entweder als Stangen ausgeführt oder als in Längsrichtung des Zylinders 23 durchgehende Wände. Sie sind wie die Stifte 17 durch Schraubverbindungen, durch Schweißen, Löten, Klemmen oder plastische Deformation mit der Außenwand 24 verbunden. Auch unter einander können die Streben 25, 26, 27 verbunden sein.

Claims

Patentansprüche
1. Beheizter Zylinder (1, 14, 18) zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem Zylindermantel, der zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluids beaufschlagt wird und wenigstens eine innere (5, 15, 19) und eine äußere Mantelschicht (6, 16, 20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mantelschichten (5, 6; 15, 16; 19, 20) durch einen Hohlraum von einander getrennt sind, in den das Fluid einleitbar ist.
2. Zylinder (1 , 14, 18) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelschicht (5, 15, 19) im Verhältnis zu der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) dicker ist.
3. Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelschicht (6, 16, 20) eine Wandstärke von 8 bis 15 mm hat.
4. Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Dampf ist und dass der Dampf in dem Hohlraum zwischen den beiden Mantelschichten (5, 6; 15, 16; 19, 20) einen Überdruck zwischen 2 und 13 bar hat.
5. Zylinder (1, 14, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Hohlraum zugewandten inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) eine sich in axialer oder Umfangsrichtung erstreckende oder wendeiförmige Rippenstruktur (8), eine Waben- oder Gitterstruktur aufgebracht ist.
6. Zylinder (1 , 14, 18) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur (8) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, besteht.
7. Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Rippen-, Waben- oder Gitterstruktur (8) das Zehn- bis Hundertfache der inneren Oberfläche der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) beträgt.
Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelschicht (6, 16, 20) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
Zylinder (1, 14, 18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelschicht (6, 16) aus Kesselstahl besteht.
10. Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelschicht (5, 15, 19) einen hohen Elastizitätsmodul hat.
11. Zylinder (1, 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (11, 12) zwischen der inneren (5, 15, 19) und der äußeren Mantelschicht (6, 16, 20) über Drehdurchführungen mit einem ortsfesten Dampfvorrat bzw. einem Abdampf- und Kondenswasserbehälter verbunden sind.
12. Zylinder (14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelschicht (15, 19) die tragende Funktion hat und als steifer Kern dient, der auf die äußere Mantelschicht (16, 20) wirkende Belastungen aufnimmt.
13. Zylinder (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere (15) und die äußere Mantelschicht (16) über Stege, Stifte (17), Schrauben, Niete u. dgl. verbunden sind.
14. Zylinder (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren (19) und der äußeren Mantelschicht (20) Lamellen (21 , 22) angebracht sind.
15. Zylinder (18) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (21, 22) parallel, insbesondere in axialer Richtung des Zylinders (18), kreuzweise, wendeiförmig oder in einer Wabenstruktur angeordnet sind.
16. Zylinder (18) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (21, 22) eine plane oder eine profilierte Oberfläche haben.
17. Zylinder (18) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lamellen (21, 22) zu der äußeren Mantelschicht (20) hin verbreitern.
18. Zylinder (1 , 14, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Oberfläche der Rippen -, Waben- oder Gitterstruktur auf der Innenseite der äußeren umfangsseitigen Mantelschicht (6, 16, 20) in der Nähe zu den Stirnflächen (3, 4) des Zylinders (1, 14, 18) verkleinert.
19. Beheizter Zylinder (23) zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung der Faserstoffbahn mit einem äußeren Zylindermantel (19), dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Zylindermantel (24) durch Streben (25, 26, 27) im Inneren des Zylinders (23) abgestützt ist.
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