CN102482846B - 绝热的杨基滚筒 - Google Patents

Abstract

用于干燥纤维材料幅材的杨基滚筒(1)包括具有基本上为圆柱形的外表面的圆筒形外壳(3)，端头(5)焊接固定到该外壳上，所述外壳和所述端头形成滚筒的中空内部空间，各端头具有相应的支撑轴颈(7)。还设置有端头的绝热件(17)。

Description

绝热的杨基滚筒

技术领域

本发明涉及用于造纸工业的所谓杨基滚筒(Yankee cylinder)的改进。

背景技术

根据最传统的技术，造纸工艺开始于纤维素纤维和其他可能的添加剂的混合液浆，固体含量(重量百分含量)十分低。采用吸入***，通过成型网上的流浆箱及后面的传递步骤将该混合物供送到造纸网和毛布之间，液浆层中的含水量逐渐减小以获得含水量足够低的纤维素纤维幅材或层，从而可使纤维素纤维幅材能连贯地在干燥***中经过。在某些造纸机中，干燥***包括杨基滚筒，即内部中空的滚筒，载热流体(通常为蒸汽)在该滚筒中循环。通过蒸发作用来干燥纸幅材，即含水量减小，这样所付出的代价就是杨基滚筒产生的热量就传递到其外壁上，其中纸幅材沿该外壁而被引导。

美国专利文献US-A-3224084、US-A-3116985、US-A-3911595、US-A-3914875、US-A-4320582号以及英国专利文献GB-685009号公开了杨基滚筒的例子。

传统上，杨基滚筒由铸铁制造。近年来也引入了钢制杨基滚筒，例如，如专利文献WO-A-2006/057023、WO-A-2008/105005号所描述的杨基滚筒。

钢制杨基滚筒通常焊接制成，包括由圆筒形外壳形成的圆柱形外表面，端头固定在该外壳端部。通常采用焊接方式进行连接。端头外部具有用于滚筒的支撑轴颈。杨基滚筒的中空内部空间界定在端头和外壳之间，将蒸汽引入该空间内用来加热杨基滚筒的外表面。

在钢制杨基滚筒中，端头通常是平坦的，这与铸铁杨基滚筒不同：铸铁杨基滚筒的端头呈弯曲形状，具有朝外的凹面。

引入杨基滚筒中的蒸汽一定会通过圆柱形表面将热量传递给纸幅材。通过端头表面耗散的热量是损失的能量。美国专利文献US-A-4520578号描述了一种具有凹形端头的铸铁杨基滚筒，其配置有绝热***，绝热***具有减小通过端头耗散的热量的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种杨基滚筒，尤其是一种具有高效的端头绝热***的钢制杨基滚筒。

实质上，在一个实施例中，本发明提供了一种用于干燥纤维材料幅材的杨基滚筒，其包括具有基本上为圆柱形的外表面的圆筒形外壳，端头优选以焊接方式固定到该外壳上，所述外壳和所述端头界定了滚筒的中空的内部空间，各端头都具有各自的支撑轴颈并包括用于端头的绝热件。根据优选实施例，设置在各端头上的绝热件连接到端头上以使绝热件可固定地与杨基滚筒一体旋转。绝热件罩板和端头之间的连接可通过环形连接环来实现。在某些实施例中，环形连接环从各端头的大致平坦的外表面突出。优选地，环形连接环的圆柱形外表面与外壳的圆柱形外表面以及端头的圆柱形外边缘齐平。从而使杨基滚筒的整个侧表面被绝热。各轴颈通过螺栓或优选通过焊接方式连接到各端头上，各轴颈从相应的端头突出，优选相对于环形连接环处于中心位置。在某些实施例中，绝热件罩板被限定到相应的轴颈和连接环上。优选地，连接环具有圆柱形外表面，该圆柱形外表面形成了外壳的圆柱形外表面的延续部。可设置焊缝，焊缝伸展直至到达圆柱形表面。在外壳的圆柱形表面、端头的圆柱形表面以及连接环的圆柱形外表面上可进行连续表面处理，这样就能获得经过处理的连续的圆柱形表面，纸幅材被引导到该连续的圆柱形表面上并环绕该连续的圆柱形表面而被承载。在优选实施例中，端头和外壳焊接在一起，相应的焊缝就堆焊在滚筒的圆柱形表面上。

优选地，杨基滚筒的端头上没有用于将绝热件罩板连接到其上的钻孔，这样机械强度的可靠性就更高。最重要的是杨基滚筒的外壳和端头可承受高强度的动态应力。

根据本发明的某些优选实施例，设置有固定到每一端头上的连接环，连接环具有基本上为圆柱形的外表面，基本上连续的环形焊缝堆焊在连接环的外表面上以将连接环连接到各端头上，所述连接环优选设置有用于锚定绝热件的螺孔。

根据本发明的优选实施例，环绕各轴颈并与所述轴径隔开布置的绝热件连接环固定在每一所述端头上。有益地，采用焊接方式固定所述连接环。

在本发明的某些优选实施例中，绝热件连接环具有圆柱形侧面，该圆柱形侧面与杨基滚筒外壳的外圆柱表面齐平并构成该外圆柱表面的延续部。

在某些实施例中，绝热件包括多个相邻的区段或部分，每一区段或部分被限定到各自的连接环和各自的轴颈上。每一绝热区段或部分由绝热片材形成。相接连的区段或部分的径向边缘优选重叠，以使固定所述区段的稳定性更高，从而提高了机械可靠性。

根据本发明的优选实施例，每一区段或部分包括绝热片材，绝热片材优选配置有一层绝热材料，绝热片材在其径向外边缘附近通过螺栓构件固定到连接环上，并通过其径向内边缘被限定到相应轴颈上，例如将绝热片材的径向内边缘***轴颈的环形狭槽或凹槽中。优选加大凹槽的深度以使得绝热片材和凹槽侧面之间可进行相对的径向运动。实际上，操作条件下杨基滚筒所达到的温度高于绝热片材的温度。因为这种绝热片材牢固地连接到杨基滚筒的径向外周上且这种绝热片材的温度相对低一些，因而杨基滚筒膨胀会引起绝热片材向凹槽外侧运动，也就是说，绝热片材易从凹槽移出。为了防止绝热片材完全从凹槽移出(这样在杨基滚筒轴向上就不能限制绝热片材)，必须让绝热片材***凹槽的深度大于预期膨胀量之间的最大差值。

根据本发明的特别有益的实施例，连接环具有基本上为圆柱形的外表面，该外表面构成了外壳的基本为圆柱形的外表面的延续部。

优选地，连接环通过基本上连续的环形焊缝焊接到相应的端头上。该焊缝优选位于端头的径向外边缘处，所述连接环的外径等于杨基滚筒外壳的外径。优选地，焊缝制作成堆焊在所述连接环的径向外表面上和所述连接环的径向内表面上。最后，根据本发明的有益实施例，基本上为环形的连续狭槽或凹槽形成在连接环和位于连接环径向内侧的端头之间。设置这种凹槽具有以下两个优点：

1)焊缝形成在径向外表面上而显露出来。因此能充分进行透焊，特征在于：在径向向外方向和径向向内方向上显露出来的表面由机床进行加工，从而使这些表面具有更好的表面光洁度，从而保证了焊接部位抗疲劳压力的性能更强；

2)形成所述狭槽而使得环的横截面形状具有如下效果：这种形状使盲螺孔所在的区域绝热，该盲螺孔通过螺栓固定绝热片材。由于这些孔是集中应力的弱化区域和凹口，因而这样布置是有益的。通过车削凹槽所引起的弱化能将应力限定在这些孔处。另外，孔顶点处由疲劳所引起的可能破裂会仅传播到凹槽内壁，从而不会影响杨基滚筒的端头。在这方面，凹槽还提高了绝热杨基滚筒的可靠性。

优选地，外壳、端头和连接环由钢制成，每一端头具有基本上平坦的外表面。

下面将参照一些实施例来描述本发明的滚筒及其制造方法的其他有益特征和实施例，所附的权利要求书构成本说明书的组成部分。

附图说明

通过下面的描述及附图可更好理解本发明，这些附图示出了本发明的非限制性的具体实施例。具体而言，附图如下：

图1是杨基滚筒的纵向截面图；

图2是根据图1的线II-II的前视图；

图3是根据图2的线III-III的截面图；

图4A和4B是端头部分的放大图，示出了用于形成将绝热件固定到端头上的***的过程；和

图5A-5F类似于图4B，示出了变化的实施例。

具体实施方式

图1示出了钢制杨基滚筒，其整体用附图标记1表示。杨基滚筒包括外壳3和端头5，该端头通常焊接固定到外壳3上。端头5和外壳3界定了中空的内部空间4，蒸汽或其他载热流体被引入所述内部空间4内，蒸汽或其他载热流体会将热量通过外壳3的圆柱形表面传递。载热流体流入并流经所述中空的内部空间4，这样热量就可以直接从流体传递到外壳的内表面上、然后热量经过所述外壳传递到围绕杨基滚筒的圆柱形外表面而被引导的纸幅材上。环形冷凝液收集槽设置在外壳内表面上，参见图4A、4B。

因为杨基滚筒优选由钢制的平整板材焊接加工而成，而不是采用浇铸方式，因而端头5具有基本上平坦的展开面，或所述端头由相互焊接在一起的多个平整板材部分形成。这种类型的钢制杨基滚筒的整体结构、形成这种杨基滚筒的焊接技术及***已经在专利文献WO-A-2008/105005号中描述了，本发明的描述结合了该文献的内容。

杨基滚筒的支撑轴颈7通过焊接和/或通过螺栓固定在端头5外侧。

图2是根据图1的线II-II所示的前视图，图3是根据图2的线III-III所示的截面图。该截面图不仅更详细示出了杨基滚筒1的端头5和圆筒形外壳3之间的连接区域，还更详细示出了固定到各端头5上的轴颈7与端头5之间的连接区域。在该实施例中，通过一些螺栓11实现轴颈和端头5之间的连接。通过两条焊缝13、15沿着外壳3的相应边缘固定端头5，例如可以如专利文献WO-A-2008/105005号所述那样形成所述焊缝，关于更多的细节内容可参照该专利文献。

在端头5的外表面上固定绝热件。绝热件由各区段17形成，可具体参照图2。每个区段包括绝热片材19，绝热片材由绝热材料层21如玻璃棉、石棉进行绝热。在某些实施例中，可设置无另外绝热层的简化片材19，这是因为：仅通过相对于杨基滚筒端头静止的空间或空气层而可在一定程度上来实现所述端头和片材19之间的绝热；从而会降低由滚筒的旋转引起的强制对流所导致的热传播。每块片材或片材元件19具有径向最内侧边缘19A，该径向最内侧边缘相对于绝热材料层21径向向内突出，即朝杨基滚筒的轴线A-A突出，从而使该径向最内侧边缘可***到在轴颈7的外凸缘上制作的环形槽7A中。该环形槽7A的深度大于杨基滚筒冷却时支撑所述片材元件19的径向最内侧边缘19A所需的深度，从而在端头热膨胀时轴颈7和所述片材19的径向内边缘之间的约束就不会解除，所述片材19的径向最外侧边缘通过螺栓23固定到杨基滚筒1和绝热件15之间的连接环25上。

如图3具体详细所示，连接环25具有位置较低的环形支座25A，其形成在连接环25的外侧前表面上。该环形支座容纳各片材或片材元件19的外边缘19B，从而片材元件通过上述螺栓23固定到所述环形支座中。

从截面上看，连接环25具有变化的厚度，从而在连接环25和相应的端头5的外表面之间形成了连续的环形狭槽27。

连接环25通过堆焊在杨基滚筒1的圆柱形外表面和所述狭槽27的内表面上的焊缝29固定到端头5的外表面上，从而可通过超声波或X射线***进行检测。该焊缝可使这些表面被充分透焊，而所述表面被加工而消除凹口且更高的获得表面光洁度。因而结构可靠性会更高，尤其是抗疲劳性更好。

狭槽27的形状会使端头5的一部分厚度发生变化，即，大致为环形的狭槽27从径向最内侧位置朝径向最外侧位置逐渐增加深度地进入端头5至一定厚度处，这样就形成了大致为锥形的表面，该锥形的表面是根据后面所述的加工过程首先从端头5的平坦表面开始进行加工而形成的。通过车削并除去切屑来形成这种狭槽，这样可从连接环的径向内部分重新到达焊缝处。使狭槽进入到端头中的原因是：端头只是名义上是平坦的，而实际上由于所述片材和杨基滚筒作为整体被制造加工会造成端头5的平面度存在误差。因为狭槽27通过车削加工制成，因而从连接环的内侧重新到达焊缝处的仅有方式是在名义上的平面的内侧采用“损坏”手段。

可供选择地，为了限制在端头内侧造成的损坏深度且为了便于加工，可在焊接所述连接环之前对端头进行水准测量。这种测量将完全可以重新获得一个平面。之后该连接环直接焊接到该平面上。以这种方式，槽必须凹陷到端头中一定程度以满足下述要求：槽能到达焊缝内表面处，而不需补偿任何平面性误差。

在图3所示的优选实施例中，连接环25被焊接在相应端头5的最外侧位置处，这样，连接环的外侧径向表面25R构成了外壳3的圆柱形表面3S的延续部分。这样，在一个方面能达到使圆筒形外壳3的表面连续的优点。因而杨基滚筒1设置有通过使外壳3的圆柱形外表面、两个端头5的圆柱形外表面以及两个连接环的圆柱形外表面相齐平所形成的圆柱形外表面。另一方面还可达到如下优点：使焊缝29距离焊缝13和15尽可能远；其中焊缝29将连接环25连接到端头5上，焊缝13和15将相应的端头5连接到外壳3上。因而这会显著有利于提高杨基滚筒5的机械强度，这是因为所述焊缝29是在距离焊接区域13和15的弯曲压力所形成的压力线最远的位置形成的。

图4A和4B示出了将连接环25固定到杨基滚筒1的端头5上的可行工序。在第一工艺步骤中，由平板压延而成的连接环25利用双焊缝即外焊缝29与内焊缝29A焊接到端头5的外侧平面5A上。连接环25的初始直径DA稍小于外壳3的初始直径DM，从而使外壳的外表面相对于连接环25的外表面径向突出。

在随后的机械车床加工中，从外壳3上去除一层材料或原材料S3，从连接环25上去除一层材料或原材料S25。不仅从连接环25的外圆柱形面上去除原材料S25层，还从连接环前端的平坦表面上去除原材料层直到形成所述较低的支座25A。从圆柱形外表面上去除的材料S3和S25的厚度便于形成连续的圆柱形表面，因而，如上所述，连接环25的圆柱形外表面成为了外壳3的圆柱形外表面的延续部。

在该步骤中，也可通过合适工具以下述方式进行切屑处理来加工狭槽27：该合适工具穿入端头的平坦外表面5A和连接环25的圆柱形内表面之间，整体去除内焊缝29A，然后穿入连接环25和端头5的材料中直到到达焊缝29的最内表面部分；因而可从内外触及所述焊缝而进行上述质量检测及超声波或X射线控制。表面不均匀会产生引起疲劳破裂的触发部位，由于消除了表面不均匀性，因而所形成的形状可确保上述的结构优点。

在这些加工步骤之后，沿连接环25的展开面形成用于螺栓23的螺孔，以通过该螺栓固定绝热板或区段17。以这种方式，用于固定绝热板或区段17螺孔(图4B中用标记23F表示)形成在连接环25中，而不是形成在端头5的厚度范围内，从而可防止削弱端头的强度。每个绝热板或区段17的片材19具有局部重叠的径向边缘19R(图2)，以相对于相关的轴颈7完全覆盖住端头5的径向外表面。附图标记19V表示将片材19区段相互连接的螺栓。

图5A-5F表示本发明的绝热***的其他实施例，其有益效果不及前述实施例。相同的附图标记表示与上述实施例中的部件相同或类似的部件。

具体而言，在图5A中，通过双焊缝将固定环25焊接在一位置处，在该位置，固定环25相对于外壳3的圆柱形外表面径向缩进，这表明在以下两方面效果比前述实施例差一些：对连接环和端头之间的焊缝的检测的可能性；使连接环和端头之间的焊缝远离外壳3和端头5之间的应力所形成的压力线。另外，这样形成了更坚硬的凹口。

图5B示出了图5A所示实施例的变化形式，该图中绝热件的径向展开度甚至更小，连接环25焊接在最内侧位置处，因而不仅绝热效果更差，还具有图5A的上述类似缺点。在这种情况下，与图5A的解决方案相比，尽管由于张力梯度更大的区域更远而减小了结构上的缺陷，但是所付出的代价就是：杨基滚筒在具有最大周向速度的区域处不会产生绝热效果，也就是说，在对流热耗散更高的区域处不会产生绝热效果。实质上，与图5A所示的实施例相比，为了提高连接环和端头之间的焊接可靠性，就会降低绝热效果。

在图5C中，通过螺栓将连接环25固定在使得连接环25相对于外壳3的圆柱形外表面径向缩进的位置处，由于杨基滚筒和连接环25之间具有连接螺栓，因而结构方面的优点更少一些。这是因为螺栓的盲孔是潜在地引起因疲劳而造成破裂的触发位置。

图5D示出的实施例类似于图5B所示的实施例，该实施例中，每一绝热元件伸展在连接环25的外侧，与图5B所示实施例相比，提高了绝热效果，但是绝热件锚定到端头上的安全性降低。事实上，相对于杨基滚筒***处的相当高的离心力而言，径向突出在连接环25之外的部分以硬度更小的方式受限。

图5E示出的实施例类似于图3-4B所示的实施例，但是在该实施例中，连接环25的径向尺寸小于外壳3，以在杨基滚筒的圆柱形外表面上形成环形台肩D。

最后，图5F示出的实施例类似于图5D所示的实施例，但该实施例中，固定环25通过一系列螺栓锚定到端头5上，而不是通过焊接锚定到端头上，由于端头上具有弯曲孔，造纸机结构强度方面的优点显然会更少一些。

可以理解为：上述描述仅表示本发明的非限制性的具体实施例，在不脱离本发明的基础原理范围的前提下，可以对这些实施例的形式和布置进行改变。所附权利要求书中的附图标记仅用于方便根据上述描述及附图来阅读理解权利要求，而绝不是用于限制本发明的保护范围的。

Claims (31)

1.一种用于干燥纤维材料幅材的杨基滚筒，包括具有基本上为圆柱形的外表面的圆筒形外壳，端头通过焊接固定到该外壳上，所述外壳和所述端头形成滚筒的中空的内部空间，各端头具有相应的支撑轴颈，其特征在于：所述杨基滚筒包括：位于每一所述端头上的绝热件；连接环，该连接环用于将每一所述绝热件连接到相应端头上，使得所述绝热件连接到相应的端头上并与杨基滚筒一体旋转；其中，每个所述连接环环绕相应的轴颈并与所述轴颈间隔布置。

2.根据权利要求1所述的杨基滚筒，其特征在于：每一连接环焊接在相应端头的平坦外表面上并从所述平坦外表面突出。

3.根据权利要求1所述的杨基滚筒，其特征在于：每一连接环通过焊接固定到端头上。

4.根据权利要求1所述的杨基滚筒，其特征在于：所述绝热件包括多个相邻的区段，每一区段被限制到相应的连接环和相应的轴颈上。

5.根据权利要求2所述的杨基滚筒，其特征在于：所述绝热件包括多个相邻的区段，每一区段被限制到相应的连接环和相应的轴颈上。

6.根据权利要求3所述的杨基滚筒，其特征在于：所述绝热件包括多个相邻的区段，每一区段被限制到相应的连接环和相应的轴颈上。

7.根据权利要求4所述的杨基滚筒，其特征在于：每一区段包括绝热片材，绝热片材在其径向外边缘附近通过螺栓构件固定到连接环上，并通过其径向内边缘被限制到各自的轴颈上。

8.根据权利要求5所述的杨基滚筒，其特征在于：每一区段包括绝热片材，绝热片材在其径向外边缘附近通过螺栓构件固定到连接环上，并通过其径向内边缘被限制到各自的轴颈上。

9.根据权利要求6所述的杨基滚筒，其特征在于：每一区段包括绝热片材，绝热片材在其径向外边缘附近通过螺栓构件固定到连接环上，并通过其径向内边缘被限制到各自的轴颈上。

10.根据权利要求7所述的杨基滚筒，其特征在于：每一轴颈包括连续的环形凹槽，形成各端头的绝热件的所述绝热片材的径向内边缘接合在该环形凹槽中。

11.根据权利要求8所述的杨基滚筒，其特征在于：每一轴颈包括连续的环形凹槽，形成各端头的绝热件的所述绝热片材的径向内边缘接合在该环形凹槽中。

12.根据权利要求9所述的杨基滚筒，其特征在于：每一轴颈包括连续的环形凹槽，形成各端头的绝热件的所述绝热片材的径向内边缘接合在该环形凹槽中。

13.根据权利要求10所述的杨基滚筒，其特征在于：相对于绝热片材的径向尺寸而言，所述轴颈的连续环形凹槽的深度尺寸被加大，以在端头热膨胀时能保持绝热片材和轴颈之间的机械约束。

14.根据权利要求11所述的杨基滚筒，其特征在于：相对于绝热片材的径向尺寸而言，所述轴颈的连续环形凹槽的深度尺寸被加大，以在端头热膨胀时能保持绝热片材和轴颈之间的机械约束。

15.根据权利要求12所述的杨基滚筒，其特征在于：相对于绝热片材的径向尺寸而言，所述轴颈的连续环形凹槽的深度尺寸被加大，以在端头热膨胀时能保持绝热片材和轴颈之间的机械约束。

16.根据权利要求7所述的杨基滚筒，其特征在于：连接到相同端头上的多个绝热片材沿其径向边缘相互局部重叠。

17.根据权利要求8-15之一所述的杨基滚筒，其特征在于：连接到相同端头上的多个绝热片材沿其径向边缘相互局部重叠。

18.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：所述连接环具有基本上为圆柱形的外表面，该外表面构成了外壳的基本上为圆柱形的外表面的延续部。

19.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：所述连接环通过基本连续的环形焊缝焊接到各自的端头上。

20.根据权利要求18所述的杨基滚筒，其特征在于：所述连接环通过基本连续的环形焊缝焊接到相应的端头上，所述基本连续的环形焊缝布置在端头的径向外边缘处。

21.根据权利要求20所述的杨基滚筒，其特征在于：在同一处理过程中，对外壳的圆柱形外表面、端头的径向外表面、连接环的径向外表面以及每一连接环和相应端头之间的环形焊缝进行连续的表面处理。

22.根据权利要求19所述的杨基滚筒，其特征在于：所述焊缝形成为堆焊在所述连接环的径向外表面上。

23.根据权利要求19所述的杨基滚筒，其特征在于：所述焊缝堆焊在所述连接环的径向内表面上。

24.根据权利要求19所述的杨基滚筒，其特征在于：基本上为环形的连续狭槽在所述连接环的内侧布置在所述连接环和所述端头之间。

25.根据权利要求24所述的杨基滚筒，其特征在于：基本为环形的所述狭槽在轴向上穿入到相应端头一定厚度处，在径向上穿入到相应连接环一定厚度处，从而在连接环的轴向端面之下形成对绝热件的支撑部。

26.根据权利要求25所述的杨基滚筒，其特征在于：基本为环形的所述狭槽进入到各端头的厚度中的深度沿径向朝外方向增大，从而形成了倾斜的环形表面，该倾斜的环形表面从端头的基本平坦的外表面径向向外延伸且沿端头的厚度方向轴向向内伸展。

27.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：所述连接环具有厚度变化的截面，连接环内径处的厚度最小，连接环外径处厚度最大，从而在端头和连接环之间界定了中空的环形空间。

28.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：所述连接环具有前端外表面，在该前端外表面中形成有支座，形成所述绝热件的绝热片材的径向外边缘抵靠在该支座上。

29.根据权利要求28所述的杨基滚筒，其特征在于：所述前端外表面基本上垂直于杨基滚筒的轴线。

30.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：所述外壳和所述端头由钢制成。

31.根据权利要求1-16之一所述的杨基滚筒，其特征在于：由所述外壳和所述端头界定的所述内部空间被设计和布置成在其中容纳载热流体，所述流体通过所述外壳将热量传递到在杨基滚筒周围引导的幅材上，所述流体直接接触所述外壳的内表面。