DE1911004A1 - Hochdruckzylinder fuer Waermetauscher - Google Patents

Description

EDUARD LORENZ · BERNHARD SEIDLER · MARGRIT SEIDLER DiPLING.HANS KARL GOSSEL . DR. JUR. LODER WITT ■■■ RECHTSANWÄLTE

8 München 22, Widenmayerstraße 23 Telefon [08Π] 297194/297834 Postscheck: Mönchen 170280 Bankkonto: Bayerische Vereinsbank München, Konto 8<S2019 Ihr Zeichen Unser Zeichen 174l6/st

Tag 4. März 1969

ALPSEiI OG GUNDERSON A/S, Oslo

iiochdruckzylinder für "wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Iiochdruckzylinder für den Austausch von Wärme zwischen einem im Innern des Zylinders und einem auf dessen Außenseite befindlichen Medium» Ein Beispiel eines derartigen Zylinders ist ein -trockenzylinder einer Se Ib stabnah me-Papiermaschine . Derartige Zylinder werden mit Dampf als Heizmedium gespeist; die Wärme soll auf die über den Zylinder laufende Papierbahn übertragen werden, um diese zu trocknen»

Die Herstellung dieser Zylinder aus Gußeisen ist kostspielig, weil dabei viel Ausschuß anfällt und weil für hohe Drücke der Mantel und die Stirnwände des Zylinders eine hohe Wandstärke haben müssen«. Eine Herabsetzung der Wandstärke ist nur zulässig, wenn auch der Druck und damit die Temperatur des Heizmediums herabgesetzt wird. Um die großen Schwierigkeiten zu vermeiden, die beim Gießen von derartigen Trockenzylindern auftreten, ist es auch schon vorgeschlagen worden, die Zylinder aus Stahlblech zu schweißen_a Da Stahl eine höhere Festigkeit hat, kann nan bei vergleichsweise angemessenen· Wandstärken mit Dampf-

drücken von bis gu 10-12 kp/em arbeiten» Diese Zylinder sind * aber einfach gesehwel&te Gegenstück© won gegossenen Zylindern und führen zu Vorteilen nur infolge der höheren Festigkeit des Stahls, während die durch moderne Schweißverfsaren erzielbaren Vorteile nicht ausgenutzt werden«,

909840/1059

Die erforderliche Materialstärke nimmt nicht nur mit dem Druck zu, sondern auch mit dem Durchmesser des Zylinders, so daß ein großer Zylinder eine größere Materialstärke haben muß als ein kleiner, selbst wenn beide unter demselben Druck arbeiten.

Die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten und Probleme haben natürlich die Entwicklung von Hochdruckzylindern behinderte Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Hochdruckzylinders, dessen Beanspruchung und die dadurch bewirkte Verformung des Zylinders von dessen Durchmesser unabhängig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der das Medium führende l'eil des Zylinders aus Rohren besteht, die an Erzeugenden zusammengeschweißt sind und deren Mittellinien auf einem Kreis liegen. Mit Hilfe von Rohrverbindungen sind die Rohre mit den Endkammern oder dergleichen verbunden, welche als Verteiler bzw. Sammler für das Wärmeübertragungsmedium dienen. Die Außenfläche des Zylinders kann durch Abdrehen, Schleifen und Polieren die gewünschte Beschaffenheit erhalten. Man kann auf diese Weise Zylinder herstellen, die unter einem Druck von 100 kp/cm arbeiten. Ein derartiger Zylinder wiegt bei einem Durchmesser von 6 m und einer Länge von 3 m nicht mehr als 35 t. Moderne automatische Schweißverfahren führen zu Schweißungen mit sehr wenigen Poren} selbst wenn Poren auftreten, können sie durch Nachschweißen ohne weiteres geschlossen werden. Die Rohre werden in der normalen Weise hergestellt und können mit sehr kleinen Toleranzen geliefert werden. Da sich das Wärmeübertragungsmedium nur in den Rohren befindet, werden die Schweißnähte unter dem Einfluß des Druckes nicht verformt. Außerdem ist die Undurchlässigkeit des Zylinders von den Schweißnähten unabhängig. Man kann den Zylinder aus gewöhnlichen, runden Rohren herstellen! es kann aber auch vorteilhaft sein, besonders hergestellte Rohire herzustellen, die eine konvex gekrümmte fläche und eins ihr diametral gegenüberliegende, entsprechende komkav gekrümmte Fläche mit demselben Krümmungsradius haben» Die komrexe Pläehe auf einem Rohr paßt dann in die koakaTe Fläche eines benachbarten Rohrs. Man kann Bohre ein und derselben Art auch zum Aufbau von Zylindern. mit verschiedenen Durchmessern verwenden.

909846/1859

Da sich somit Kanäle längs der Zylinderwand erstrecken, liegen nicht alle Punkte der Zylinderoberfläche in gleichen Abständen, von den mit dem Wärmeübertragungsmedium in Berührung stehenden Kanalwandungen. Dies gilt besonders für die Bereiche der Schweißnähte. Um die auf diese Tatsache zurückzuführenden üemperaturdifferenzen auszugleichen, kann man in den Schweißnähten ein Material verwenden, das eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat als das Material, aus dem die Rohre hergestellt werden. Auf diese Weise erzielt man eine bessere Wärmeverteilung längs des Umfanges der Zylinderoberfläche.

Die Erfindung schafft somit einen Hochdruckzylinder für den Wärmetausch zwischen einem im Innern des Zylinders und einem auf der Außenseite des Zylinders befindlichen Medium, beispielsweise einem Trockenzylinder in einer Selbstabnahme-Papiermaschine. Ein derartiger Zylinder ist dadurch gekennzeichnet, daß der das Medium führende Teil des Zylinders die Form eines Gehäuses oder eines Mantels hat und aus axial angeordneten, parallelen Rohren besteht, die unter Bildung eires Zylinders miteinander verbunden sind, wobei die linden der Rohre mit dem Eintritt bzw. dem Austritt für das Wärmeübertragungsmedium verbunden sind.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Um das Verständnis des Erfindungsgegenstandes zu erleichtern, wird dieser nachstehend anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Dabei zeigt

!Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Heiζzylinder.

. 2 und 3 zeigen einen Schnitt durch ein Stück eines Zylinders, der aus besonders für diesen Zweck profilierten Rohren besteht.

909840/1059

Mg. 4 zeigt einen Schnitt durch den äußeren Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetaus chers und

Mg. 5 zeigt einen Axialschnitt durch einen vollständigen Trockenzylinder nach einer Ausführungsflörni der Erfindung.

In Mg. 1 besteht der Wärmetauschteil des Zylinders aus Rohren 1, die parallel zu der Welle des Zylinders liegen" und unter Bildung eines Zylindermantels zusammengeschweißt sind. Mit modernen Schweißverfahren kann man die Schweißnähte 2 fast porenfrei herstellen. Wenn auf der Außenseite des Zylinders in der Schweißnaht 2 Poren auftreten, können diese durch Nachschweißen geschlossen werden. Man kann daher einen erfindungsgemäß hergestellten Zylinder in der erforderlichen Weise oberflächenbehandeln, "beispielsweise polieren, und als Trockenzylinder in einer oelbstabnahme-Papiermaschine verwenden.

Da die Abstände von der Bohrung 3 der Rohre zu der Außenfläche des Zylinders längs des Umfangs desselben verschieden groß sind, sind auch entsprechende Unterschiede in der Wärmeübertragung von dem in den Rohren beispielsweise befindlichen Dampf vorhanden. Die Wärmeübertragung ist somit an den Stellen am größten, an denen die Mate rial stärke am kleinsten ist, und- nimmt bis zu einer Radialebene zwischen zwei Rohren gleichmäßig ab, worauf sie bei abnehmender Materialstärke wieder zunimmt. Um diese Unterschiede in der Wärmeübertragung und damit in der Temperatur längs des Umfanges des Zylinders auszugleichen, können die Schweißnähte 2 erfindungsgemäß durch Hartlötnähte oder andere Verbindungen ersetzt werden, die eine Verwendung von Einlagen, beispielsweise aus Kupfer und Messing, gestatten, wie sie in fig, I bei 4 bzw. 5 angedeutet sind. Der keilförmige mittlere Teil 4 kann aus Kupfer und die Seitenteile 5 können aus Messing bestehen« Da diese Materialien viel bessere Wärmeleiter sind als das Material der Rohre 1, wird an den Stellen von großer Materialstärke ein größerer Wärmefluß erzielt, so daß auf der Außenfläche des Zylinders eine gleichmäßigere Wärme- und Temperaturvertellung ' erhalten wird. In bestimmten Fällen kann sich jedoch die vor-

909840/1059

stehend angegebenen Maßnahme für die Erzielung einer gleichmäßigen Wärmeverteilung als ungenügend erweisen. Man kann die Wärmeverteilung weiter verbessern, indem man den Zylinder in der nachstehend anhand der Figuren 4 und 5 beschriebenen Weise aufbaut.

In dem in lig· 1 gezeigten Ausführungsbeispiel· werden gewöhnliche Stahlrohre verwendet, beispielsweise blankgezogene Stahlrohre, die mit sehr kleinen Toleranzen zur Verfügung stehen. Man kann die Rohre ohne Schwierigkeiten zusammenschweißen, wenn sie in einer Haltevorrichtung angeordnet sind. Es können auch Rohre besonders für den hier gezeigten Zweck hergestellt werden. Bin Ausführungsbeispiel derartiger Rohre ist in Fig, 2 und 3 gezeigt. Hier hat jedes Rohr einen stärkeren Teil A, der spanabnehmend abgenommen wird, nachdem der Zylinder zusammengeschweißt worden ist. Auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten hat jedes der beiden in den Figuren 2 und 3 befindlichen Rohre eine konvexe bzw. konkave Flächej diese Flächen werden während der Herstellung der Rohre ausgebildet. Die Fläche B des Rohrs ist konvex, und die ihr diametral gegenüberliegende Fläche G ist konkav. Von zwei nebeneinanderliegenden Rohren übergreift die konkave Fläche G passend die konvexe Fläche B. Rohre mit diesem Spezialprofil können für den Aufbau von Zylindern mit sehr verschiedenen Durchmessern verwendet werden. Wenn die in Fig. 2 gezeigten Zylinder beispielsweise einen Durchmesser D haben, kann der Durchmesser des in Fig* 3 teilweise gezeigten Zylinders D/2 betragen.

Auch bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Zylindern kann es vorteilhaft sein, die äußeren Verbindungen aus Kupfer und Messing herzustellen, damit in der anhand der Fig. 1 erläuterten Weise die Wärmeleitfähigkeit in diesen Bereichen erhöht wird. Eine Weiterentwicklung der Erfindung zur weiteren Verbesserung der Wärmeverteilung auf der Außenfläche des Zylinders ist in Fig. 4 dargestellt« Diese zeigt als Ausführungsbeispiel einen Wärmetauscher aus Rohren l,cBLe das anhand der Figuren 2 und 3 beschriebene Profil "besitzen. Auf der Außen- und Innenseite sind volle Schweißnähte oder Schweißraupen vorhanden, so daß die"""Materialstärke und damit die Wärmeübertragung und die

909640/1&S9

auf der Außenfläche des von den Bohren 1 gebildeten Zylindermantels herrschende Temperatur unterschiedlich ist» Damit der Zylinder große Wärmemengen in gleichmäßiger Verteilung "beispielsweise auf eine bei 6 angedeutete Papierbahn übertragen kann, ist der Zylinder erfindungsgemäß von einem Außenmantel 7 umgeben, der die gewünschte Oberflächenqualität hat, und ist zwischen dem Außenmantel 7 und dem Mantel 1, 2 des Wärmetauschzylinders eine Schicht aus einem hitzebeständigen Öl 8 vorhanden, über das die zur Behandlung der Papierbahn 6 erforderliche Wärme von dem Zylindermantel 1, 2 auf den Außenmantel 7 übertragen wird.

S¹Ig. 4 zeigt nur das Prinzip dieser Ausfuhrungsform. Unter kritischen Bedingungen kans. es vorteilhaft sein, die Schweißnähte 2 in Fig. 4 in der in Pig. 1 bei 4 und 5 angedeuteten Weise auszuführen.

Eine vorteilhafte, praktisch ausgeführte Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Ein Zylinder, beispielsweise ein Trockenzylinder einer Selbstabnahme-Papiermaschine, ist in Ständern 9 drehbar aufgehängt. Der Außenmantel 7 (Fig. 4) ist der drehbare Teil und umgibt ein zylindrisches Innengehäuse, das in der in Fig. 1 oder 2 und 5 gezeigten Weise aus Rohren 1 aufgebaut ist, die miteinander verschweißt und an ihren Enden mit einer Dampfverteilerkammer 10 bzw. einer Sammelkammer 11 für luft und Kondensat verbunden sind. Der Zwischenraum zwischen den Rohren 1 und dem Außenmantel 7 ist mit Öl 8 gefüllt, das durch ein Rohr 12 zugeführt wird. Das Rohr 12 ist mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Ölbehälter oder dergleichen verbunden. Der Zwischenraum zwischen dem Außenmantel 7 und den Rohren 1 ist ferner mit einer Druckluftleitung 15 verbunden. Die die ganze Anordnung tragende, zentral angeordnete Welle 14 hat an ihrem linken Ende eine Öffnung 15, die je nachdem, ob der Zylinder aufgeheizt oder gekühlt wird, als Luftaustritts- oder Lufteintrittsöffnung dient. Eine Trennwand 16 trennt die Welle in zwei Teile, so daß der bei 17 eintretende Dampf durch die radialen Rohre in die Verteilerkamraer 10 gelangt. ITach dem Durchtritt durch die Rohre 1 gelangt der mehr oder weniger kondensierte Dampf in die

909840/1

Sammelkammer 11» Das Kondensat wird zusammen mit der eingeschlossenen luft durch ein Rohr 19 abgeführt.

Bei der Herstellung eines Zylinders in der in Fig. 1 gezeigten Weise oder in einer etwas komplizierteren Weise, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, braucht bei der Auslegung des Zylinders und seiner Aufhängung keine Rücksicht auf den Dampfdruck genommen zu werden, weil der anzuwendende Dampfdruck nur für die Bemessung der Rohre maßgebend ist.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele dienen nur zur Erläuterung der Erfindung und können im Rahmen des ^rfindungsgedankens abgeändert werden.

909840/1059

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   / l.JHochdruckzylinder für einen Wärmetausch zwischen einem im rimern des Zylinders und einem auf seiner Außenseite vorhandenen Medium, beispielsweise Trockenzylinder in einer Selbst— abnahme-Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der das Medium führende 'Teil des Zylinders die Form eines Gehäuses oder eines Mantels hat und aus axial angeordneten, parallelen Rohren besteht, die unter Bildung eines Zylinders miteinander verbunden sind, wobei die ünden der Rohre mit dem Eintritt bzw. dem Austritt für das Wärmeübertragungsmedium verbunden sind.
2. 2. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Medium führende Teil drehbar aufgehängt und seine Außenfläche als wirksame Fläche des Zylinders ausgebildet ist.
3. 3. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Medium führende Teil ortsfest und von einem drehbar aufgehängten, äußeren Zylindermantel getragen'ist und sich zwischen dem äußeren Zylindermantel und dem das Medium· führenden Teil ein weiteres Medium befindet, das beispielsweise aus Öl besteht. ·
4. 4. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede's Rohr über seine ganze Länge auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten mit demselben Krümmungsradius konvex bzw. konkav gekrümmt ist.
5. 5. Hochdruckzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem konkaven und dem konvex gekrümmten Teil liegender Teil jedes Rohrs eine größere Stärke hat, so daß von diesem Teil zur Oberflächenbearbeitung des Zylinders Material abgenommen werden kann.

   909840/1059
6. 6. Hocndruckzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an der Außenseite des Zylinders in den Schweißnähten ein Material angeordnet ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als das Material der Hohre.

   909840/10 59

   ^β ■

   Leerseit *e