DD157207A1 - Heizeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung zur Beheizung der Trocken-, Buegel- und/oder Presszylinder in der Trockenstufe von Maschinen, beispielsweise zur Herstellung von Papierbahnen, mit einem gasfoermigen Verbrennungsprodukt. Durch die Erfindung wird eine gleichmaessige regulierbare und notwendigenfalls hoehere Oberflaechentemperatur erreicht, die eine Erhoehung der Arbeitsgeschwindigkeit und der Maschinenleistung bei gleichzeitiger Reduzierung des konstruktiven Aufbaues fuer derartige Heizeinrichtungen ermoeglicht. Das Wesen der Erfindung besteht in einer konstruktiven Veraenderung der Presszylinder, wobei innerhalb der Zylinder 1 Kanaele 4 vorgesehen sind, die von den Waermetraegern in entgegengesetzten Richtungen durchstroemt werden. Die Kanaele 4 sind mit den erforderlichen Zu-und Ableitungen 5,6;8,10;11 fuer den Waermetraeger verbunden und besitzen einen gleichmaessigen oder sich allmaehlich verjuengenden Querschnitt. Die Heizkanaele 4 sind entweder parallel zum Zylindermantel oder spiralfoermig hierzu angeordnet.

Description

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Heizein richtung

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung zur Beheizung der Trocken-, Bügel- und/oder Preßzylindern, in der Trockenstufe von Maschinen zur kontinuierlichen Herstellung von Papierbahnen oder zum Trocknen von Stoffen, Fasern, Fäden und sonstigen langen Materialien sowie zur Herstellung von Filmen und Platten mit heißen Rauchgasen, insbesondere mit durch Luft gemischter Verbrennungsprodukte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Die Zylinder in den Trockenstufen der vorstehend genannten Maschinen werden im allgemeinen mit Dampf beheizt. In diesen Zylindern kondensiert der Dampf unter Abgabe seines Wärmegehalts, wobei das Kodensat über entsprechende Rohrleitungssysteme abgeleitet wird. Die Oberflächentemperatur der Zylinder kann durch Regulierung der Dampfmenge nur begrenzt reguliert werden. Überdies ist der Gesamtwirkungsgrod der Dampferzeugung, Dampf förderung und der Wärmeabgabe außerordentlich ungünstig.

In vielen Fällen ist aber eine Erhöhung der Oberflächentemperatur der Zylinder zur Beschleunigung des Trocknungs-

Prozesses sehr vorteilhaft. Dies führt bei neuen Einrichtungen ги einer Verkürzung der TVocknungsstufe und bei vorhandenen Einrichtungen zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Materialdurchlaufes und damit zur Erhöhung der Kapazität.

Die Eliminierung des Dampfes als Wärmeträger ist auch unter dem Gesichtspunkt des Korrosionsschutzes vorteilhaft. Es wurden deshalb schon Versuche gemacht, als Wärmeträger heiße Gase, in erster Linie Verbrennungsprodukte von Brennern einzusezten. Bekannt ist eine Lösung, wo in der Achse des Zylinders Gas- oder ölbrenner eingesetzt sind und eine gleichmäßige Wärme und damit eine gleichmäßige Zylinderoberflächen-Temperatur durch Lenkung der Verbrennungsprodukte im Inneren des Zylinders mit Hilfe von Leipplatten. erreicht werden soll. Diese Lösung kann aber nur in den seltensten Fällen verwendet werden. Die Oberflächentemperatur der Zylinder nimmt bei diesen Lösungen in einem unzulässigen Maß zu, wodurch Schäden an getrockneten) Material entstehen können. Darüber hinaus kann eine gleichmäßige Temperatur der Zylinderoberfläche nur bei einer unwirtschaftlich großen Zylinderwanddicke gesichert werden. Dadurch erhöht sich widerum das strukturelle Gewicht der Maschine und der zu bewegenden Massen, zu deren Antrieb ein höherer Energiebedarf norwendig wird.

Mit einer einfachen Einleitung von heißen Gasen kann be-

fift'e absichtigte Zweck darum nicht erreicht werden, weilt'sonst ä-L® vorhandene Kondensationswärme bei der Verwendung von heißen Gasen fehlt und dadurch die gleichmäßige Oberflächentemperatur am Zylinder nicht gesichert werden kann.

Ziel der Erfindung;

Durch die Erfindung wird auch bei Verwendung von gasförmigen Wärmeträgern eine gleichmäßige, regulierbare und

höhere Oberflächentemperatur der Zylinder erreicht und dadurch eine größere Arbeitsgeschwindigkeit und eine höhere Maschinenleistung erzielt.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Heizeinrichtung für eine Zylinderkonstruktion zu entwickeln, bei der ein gasförmiges Heizmedium in gegensätzlichen Strömungsrichtungen in den Zylinder eingeleitet wird und auch bei einer relativ dünneren Zylinderwanddicke ein guter Wirkungsgrad und eine gleichmäßige Oberflächentemeperatur der Zylinderwand erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wärmeträger, vorzugsweise ein mit Luft vorgemischtes und auf die gewünschte Temperatur eingestelltes Verbrennungsprodukt gleichzeitig an beiden Enden des Zylinders in den Zylinder eingeleitet wird, wobei parallel zur Mantellinie des Zylinders Kanäle ausgebildet sind, in denen der Wärmeträger in entgegengesetzten Richtungen strömt. Die Kanäle können sowohl im Inneren als auch außerhalb des-Zylinders angeordnet sein. Bei einer inneren Anordnung drehen sie sich zusammen mit dem Zylinder. Die Kanäle besitzen einen gleichmäßigen oder sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt. Nach einem weiteren Merkmal sind die Kanäle parallel zur Zylinderlängsachse oder in einem Winkel hierzu angeordnet.

Ausführungsbeispiel ^

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Ausbildung eines Zylinders mit einer inneren Heizkanalanordnung,

Fig. 2: einen Zylinder mit einer äußeren Heizkanalanordnung ,

Fig. 3: die Anordnung der parallel zur Zylinderachse liegenden Heizungskanäle mit gleichmäßigem Querschnitt bei abgewickelter Mantelfläche,

Fig. 4: die Anordnung der Heizungskanäls mit einem veränderlichen Querschnitt ,

Fig. 5: die Anordnung der Kanäle mit gleichmäßigem Querschnitt in einem Winkel zur Zylinderlängsachse,

Fig. 6: die Anordnung der Kanäle mit sich veränderndem Querschnitt in einem Winkel zur Zylinderl%ngsachse ,

Fig. 7: Ausbildung eines Kanals mit gleichmäßigem Querschnitt,

Fig. 8: eine weitere Ausbildung eines Kanals mit einem gleichmäßigen Querschnitt,

Fig. 9: die Ausbildung eines Kanals mit einem sich entlang einer Geraden verändernden Querschnitt ,

Fig. 10: die Ausbildung eines Kanals mit einem sich entlang einer Geraden linear verändernden Querschnitt,

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Fig. 11: einen Kanal, dessen Querschnitt sich

entlang einer sekundären Kurve verändert,

Fig. 12: eine weitere Ausführung eines Kanals mit einem sich entlang einer sekundären Kurve verändernden Querschnitt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Trocken-, Bügel- und/oder Preßzy-

linder 1 mit inneren Heizungskanälen gleichen Querschnitts versehen und dreht sich um die gelagerten Achsen 2. Die Lagerung ist allgemein bekannt und wird deshalb nicht weiter beschrieben. Im Zylinder 1 sind Kanäle 4 mit parallel zur Man-tellinie des Zylinders verlaufenden Kanalwände 3 angeordnet. Der Wärmeträger wird über die Zuführungsstutzen 5 an beiden Seiten des Zylinders eingeleitet und gelangt in die ringförmige Verteilertrommel 6. Von hier aus fließt er dann über die Eintrittsöffnung 16 in den anliegenden Kanal 4. In der gezeigten Fig. 1 ist es beispielsweise ein Kanal mit einer ungeraden Zahl, wobei der Zufluß des Wärmeträgers von rechts erfolgt. Auf der linken Seite des Kanals befindet sich eine Austrittsöffnung 7 und der durch die Kanalwand 9 begrenzte Austrittskanal 8, über die der Wärmeträger in die ringförmige Verteilertrornmel 10 gelangt und dann über den Ausführungsstutzen 11 abfließt. Kanäle rait gerader Zahl sind analog angeordnet und ausgebildet, jedoch wird der Wärmeträger in entgegengesetzter Richtung, d.h. von links eingeleitet und fließt auch wieder über den linken Austrittsstutzen 11 ab. Hierzu sind die entsprechenden Austrittsöffnungen 7, der Austrittskanal 8 und die Semmeltrommel 10 an der rechten Seite angeordnet.

Durch die Ausbildung der Kanäle 4 und des Austrittskanals 8 ist gewährleistet, daß der Wärmeträger nicht in den Innenraum des Zylinders 12 gelangt, so daß die Wellenlagerung

nicht abgedichtet werden muß. An den Begrenzungwänden des Zylinders 1 im Bereich der Verteiler- und Sammeltrommel 6; IO sind Gleit- oder Labvrinthdichtungen bekannter Ausführung angeornjet.

Bei der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung für einen Trokken-, Bügel- und/oder Preßzylinder strömt der Wärmeträger in benachbarte Kanäle innerhalb des Zylindermantels parallel zur Mantellinie in entgegengesetzten Richtungen, wodurch Unterschiede bei derWärmeübertragung entlang der Mantellinie zwischen dem Wärmeträger und dem Zylindermantel, sowie Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeträgheit der Zylinderwand vollständig ausgeglichen werden.

Die Heizeinrichtung nach der Erfindung kann ein wenig vereinfacht werden, wenn man die in Fig. 1 dargestellten Kanalwände 9 wegläßt, aber die Wellen 2 in den Lagern abdichtet. In diesem Fall gelangt der austretende Wärmeträger in den Zylinderraum 12 und fließt dann durch die Sammeltrommeln 10 über die Ausführungsstutzen 11 ab. Die Vermischung des Wärmeträgers, der aus zwei verschiedenen Richtungen einströmt aber seinen nutzbaren Wärmegehalt schon abgegeben hat, verursacht keinerlei Probleme bei der Funktion der Einrichtung.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ist die Heizeinrichtungs 15 in Form eines Kreisringausschnittes entlang dem Mantel des Zylinders 1 angeordnet. Die Heizeinrichtung 15 ist mit einer Wärmeisolation 14 umgeben und mit Kanälen 4 ausgestattet. Eine der Begrenzungsflächen dieser Kanäle ist der Zylindermantel. Der Wärmeträger wird über die Einführungsstutzen 5 von beiden Seiten des Zylinders eingeleitet und gelangt an einer Seite über die kreisringausschnittförmige Verteilertrommel 6 in die geradzahligen

Kanäle, an der anderen Siete in die Kanäle mit einer ungeraden Zahl. Aus den Kanälen 4 fließt derWärmeträger, der seinen Wärmegehalt abgegeben hat über die Sammeltrommeln IO in den Ausführungsstutzen 11.

Bei dieser Anordnung wird die Oberfläche des sich drehenden Zylinders nacheinander mit dem in den einzelnen Kanälen in entgegengesetzter Richtung strömenden Wärmeträger in Kontakt gebracht. Auf diese Art und Weise wärmt ef sich auf seiner ganzen Oberfläche gleichmäßig auf.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungen sind die Zylinder mit Kanälen gleichmäßigen Querschnitts versehen, deren Begrenzungsflächen parallel zur Mantellinie des Zylinders verlaufen. Fig. 3 zeigt diese Kanalanordnung bei abgewickeltem Zylindermantel, wobei auch die Strömungsrichtung des Wärmeträgers in den einzelnen Kanälen dargestellt ist.

Diese Anordnung gewährleistet eine befriedigende Lösung, wenn der Wärmeträger in mehreren Zylindern ausgenutzt wird und der Unterschied zwischen der Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur nicht so hoch sein soll.

Im entgegengesetzten Fall ist es zweckmäßiger, die Kanäle mit einem abnehmenden Querschnitt auszubilden, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Fall strömt der Wärmeträger nicht mit einer annähernd gleichbleibenden Geschwindigkeit, sondern die Geschwindigkeit nimmt im Kanal 4 ständig zu. Dadurch wird die Wärmeübertragung mit Abnahme der Temperatur infolge der höheren Geschwindigkeit größer, wobei eine gleichmäßigere Wärrneübetragung entlang der Mantellinie gesichert werden kann.

Eine noch gleichmäßigere Wärmeübetragung kann erreicht werden, wenn die Heizungskanäle entlang des Mantelumfanges

spiralförmig angeordnet sind. Eine solche Anordnung mit Kanälen gleichmäßigen Querschnitts ist in Fig. 5 und mit einem abnehmenden Querschnitt in Fig. 6 dargestellt.

Die Grenzflächen der Kanäle 4 können verschiedenartig ausgebildet sein. Im Falle eines gleichmäßigen Querschnittes sind sie zylinderförmig und im Falle eines abnehmenden Querschnitts kegelstumpfförmig. Die Kanäle können auch durch flache Platten begrenzt werden.

Eine Verminderung des Querschnittes der Heizungskanäle kann auch dadurch erreicht werden, wenn an Stelle der Seitenwände, die gegen den Zylinderraum 12 liegende Bodenwand des Kanals schräg bzw. tangential angeordnet wird.

Fig. 8 stellt die Ausbildung des Kanals 4 des an Hand von Fig. 1 beschriebenen Zylinders im Schnitt dar, wobei der Wärmeträger von links nach rechts strömt.

Fig. 7 stellt die Ausbildung des^ Kanals 4 bei der vereinfachten Lösung nach Fig. 1 dar. Die Strömung des Wärmeträgers erfolgt in gleicher Richtung.

Die Heizeinrichtung gewährleistet hierbei eine gleichmäßige Wärmeübertragung auch bei einem bedeutenden Unterschied zwischen der Ein- und Austrittstemperatur des Wärmeträgers, falls die Dimensionen des Austrittskanals 8 bei der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung vermindert werden und der Kanal mit einem in Fig. IO dargestellten abnehmenden Querschnitt ausgebildet wird.

Man erzielt ein ähnliches Ergebnis, wenn die Ausbildung des Kanals bei der vereinfachten Lösung nach Fig. 1 auf eine in Fig. 9 dargestellte Weise vorgenommen wird.

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Werden an die gleichmäßige Ternperaturverteilung besonders hohe Forderungen gestellt, kann dies durch Kanäle erreicht werden, die durch eine sekundäre Kurve begrenzt sind. Die Kurve wird auf der Grundlage des notwendigen Ausmaßes des Wärmeübertragungsfaktors errechnet. Derartige Kanäle sind in Fig. 12 veranschaulicht.

Für die vereinfachte Lösung von Fig. 6 können analog Heizungskanäle gemäß Fig. 11 in Frage kommen.

Bei allen Ausführungsformen muß die Einrichtung mit einer Wärmeisolation 14 aus Gründen der Sicherheit und des Umweltschutzes versehen werden.

Der verwendete Wärmeträger ist ein Verbrennungsprodukt, das zweckmäßig mit Luft vorgemischt und dessen Temperatur mit dem Mischverhältnis eingestellt wird. Dieses Verbrennungsprodukt wird vorteilhaft mit Gasbrennern hergestellt.

Ein weiterer Vorteile der Heizeinrichtung besteht darin, daß der Druck des Wärmeträgers wesentlich niedriger ist als der des Dampfes zur Beheizung der Zylinder. Bei der Dimensionierung der Zylinder braucht der Druck nicht besonders berücksichtigt werden. Die Wanddicke des Zylinders wird durch die Wärmeträgheit, die für die Erreichung der gleichmäßigen Temperatur notwendig ist, bestimmt. Diese kann bei Verwendung von Heizungskanälen, deren Querschnitt durch eine sekundäre Kurve verändert wird, ganz.minimal sein. Dadurch vermindert sich das Gewicht der Zylinder ^ur|d führt auch zu einer Abnahme des Bedarfs an Antriebsenergie, Außerdem können solche Werkstoffe verwendet werden, die auf Grund ihrer sehr niedrigen Zugfestigkeit bei höheren Temperaturen bisher nicht in Frage kamen, z.B. Aluminium.

Gleichzeitig ist es möglich, die Oberflächentemperatur der Zylinder in weiten Bereichen durch die Regulierung der Temperatur des Druckes und der Durchflußmenge des Wärmeträgers zu ändern, wodurch weitere technologische Möglichkeiten erreicht werden können.

Claims (12)

1. Erfindungsanspruch

   1. Heizeinrichtung zur Beheizung der Trocken-, Bügel- und/oder Preßzylinder in der Trockenstufe von Maschinen zur kontinuierlichen Herstellung von Papierbahnen oder ähnlichen Einrichtungen, wobei als Wärmeträger ein mit Luft vorgemischtes Verbrennungsprodukt mit regelbarer Temperatur eingesetzt wird, gekennzeichnet dadurch, daß an beiden Enden des Zylindermantels ein Stutzen (5) zur Einleitung des Wärmeträgers, eine sich daran anschließende Verteiler^ trommel (6), eine Sammeltrommel (10), sich an diese anschließende Stutzen (11) für die Ableitung des Wärmeträgers und ein Kanalsystem bestehend aus Kanälen (4), die den Wärmeträger parallel zum Zylindermantels (1) und in benachbarten Kanälen .immer in entgegengesetzter Strömungsrichtung führen, vorgesehen sind.
2. 2. Heizeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kanal (4) an einer Seite durch eine Eintrittsöffnung (16) mit der ringförmigen Verteilertrommel (6) verbunden ist und am anderen Ende eine Austrittsöffnung (.7) und einen durch die Kanalwand (9) begrenzten Austrittskanal (8) aufweist, an dem die ringförmigen Trommeln (10) angeschlossen sind.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) durch Eintrittsöffnungen (16) mit der kreisförmigen Trommel (6)' verbunden sind und im Innenraum des Zylinders liegende Austrittsöffnungen (7; 8) besitzen, die an die kreisförmigen Sammeltrommeln (10) angeschlossen sind.
4. 4. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Zylinder eine äußere Heizarmatur (15) besitzt, die mit einem

   Stutzen (5) zur Einführung des Wärmeträgers, einer kreisringausschnittförmigen Verteilertrommel (6) und einer kreisringausschnittförmigen Sammeltrommel (10) ausgerüstet ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) über die ganze Länge einen durch Flächen begrenzten, gleichmäßigen Querschnitt aufweisen.
6. 6. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle einen runden, gleichmäßigen Querschnitt aufweisen.
7. 7. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der durch Flächen begrenzte Querschnitt der Kanäle (4) über die Länge abnimmt.
8. 8. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) einen runden Querschnitt haben, der über die Länge gleichmäßig abnimmt.
9. 9. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Querschnitt der Kanäle (4) nach einer vom Ausmaß des Wärmeübertragungsfaktors abgeleiteten Kurve verjüngt.
10. 10. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) einen runden Querschnitt haben, der sich über die Länge nach der vom erforderlichen Ausmaß des Wärmeübertragungsfaktors abgeleiteten Kurve verjüngt.
11. 11. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) parallel zu der Mantellinie der Zylinder verlaufend angeordnet sind.
12. 12. Einrichtung nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanäle (4) zum Zylindermantel spiralförmig verlaufen.

    L Zeichnungen