DE2156100C3

DE2156100C3 - Düsentrockner

Info

Publication number: DE2156100C3
Application number: DE19712156100
Authority: DE
Inventors: Kenneth John Neenah Wis. Pagel
Original assignee: OVERLY Inc NEENAH WIS US
Current assignee: OVERLY Inc NEENAH WIS US
Priority date: 1970-11-16
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1985-10-24
Also published as: SE405743B; JPS526781B1; NL7115338A; DE2156100B2; DE2156100A1; CA952302A; FI54955C; FI54955B; GB1368638A; FR2114689A5; IT944887B; BE775159A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsentrockner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Aus der BE-PS 7 40 537 ist ein derartiger Düsentrockner bekannt Hieraus läßt sich ferner entnehmen, daß eine turbulente Luftströmung für den Trockenvorgang nötig ist. Die turbulente Strömung wird in dem in dieser Patentschrift v^edergegebenen System durch die Verwendung von Luftauf«rittsge"chwindigkeiten über 1000 m/min erreicht Sie kann begünstigt werden entweder durch eine unterbrochene O^:?erfläche oder durch eine zusätzliche Düse. Durch Krümmung oder Rundung auch der Hinterkante der Düseniippe wollte man die aus der Trockenzone kommende Luft aus der weiteren Berührung mit der Bahn so rasch wie möglich beseitigen. Da jedoch bei dem aus der BE-PS 7 40 537 bekannten Düsentrockner, die Düsenlippe zu diesem Zweck eine gründete Hinterkante aufweist, stellt sich dort der Coandaeffekt ein und die Luft folgt der Krümmung dieser Kante und verläßt die Bahn abrupt, so daß sich eine Wellenbewegung in der Bahn ausbildet, die unerwünscht ist.

Eine ähnliche Düsenanordnung läßt sich beispielsweise der DE-PS 6 94 088 entnehmen. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung zum Trocknen einer mit Tiefdruckfarbe bedruckten Papier- oder Stoffbahn, über deren bedruckte Seite man kalte, warme oder auf andere Weise vorbereitete Luft aufbläst oder über sie hinwegsaugt, wird so vorgegangen, daß die zu trocknende Bahn nacheinander eine oder mehrere durch Absaugen der Luft erzeugte Unterdruckzonen und anschließend eine oder mehrere durch Aufblasen von Preßluft erzeugte Überdruckzonen durchläuft, die gegenüber den Unterdruckzonen abgeschlossen sind.

Somit wird bei der Vorrichtung nach der DE-PS 6 94 088 ausgenutzt, daß in der Zone des Unterdruckes die Farblösungsmitteldämpfe gelockert und auch teilweise abgeführt werden und sich in der anschließenden Zone durch die mit Überdruck auf die Bahn geblasene Luft leicht von der Oberfläche der verdruckten Farbe wegreißen und fortführen lassen.

Ferner ist aus der DE-OS 14 60 687 eine Wärmebehandlungskammer für flaches Gut, insbesondere Textilien, mit einem Querstromvcntilator als Umwälzvorrichtung für ein gas- oder dampfförmiges Behandlungsmedium bekannt bei der der Auslaß des Ventilators unmittelbar am zu behandelden Gut mündet und bei der das Behandlungsmedium an diesem tangential entlang gleitet und gegebenenfalls durch Wirbelelemente im Bereich des Gutes turbulent gehalten wird.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift »Proceeding of the third International Heat Transfer Conference«, August 7—12, 1966, Chicago, Illinois papers 41—80. volume II, Seite 274 bis 278 eine Untersuchung über den Wärmcübergang zwischen einer isothermen Fläche und einem zweidimensionalen Wandstrahl bekannt bei der bei einem Strahl, der sich einerseits durch freie Mischung ausbreitet und andererseits von einer festen Wand begrenzt ist, die örtlichen Wärmeübergangszahlen unter verschiedenen Strömungsbedingungen bestimmt wurden. Bei der dort beschriebenen Anordnung trifft ein Gasstrom ungefähr senkrecht auf die Fläche, an der der Wärmeübergang stattfinden soll, und wird dann unter Umlenkung um etwa 90° durch einen Düsenschlitz im wesentlichen parallel zu der zu behandelnden Fläche geführt Aus den dort wiedergegebenen Kurven ergeben sich die lokalen Wärmeübergangskoeffizienten im Abstand vom Auftreffpunkt des senkrecht zugeführten Luftstrahls, wobei unabhängig von der Gasgeschwindigkeit und damit der Reynolds Zahl und der jeweils verwendeten Düse ein erstes Maximum der Wärmeübergangskoeffizienten beim Eintritt in den schmalen Schlitz und ein zweites Maximum kurz hinter dem Austritt aus dem Düsenschlitz zu verzeichnen ist Auch bei großen Reynolds Zahlen ist über die Länge des Schlitzes selbst beginnend mit dem ersten Maximum ein starkes Abnehmen des Wärmeübertragungskoeffizienten zu beobachten. In der dortigen Untersuchung ist aber lediglich auf den Wärmeübertragungskoeffizienten eingegangen, ohne mögliche mechanische Einwirkungen des auftreffenden Luftstrahles auf die zu behandelnde Fläche zu berücksichtigen, wie sie etwa bei einer feuchten Papierbahn auftreten können.
In der Papierindustrie und in der üruckinsdustric tritt nämlich das Problem auf, unter Vermeidung eines körperlichen Kontaktes mit dem nassen Papier oder mit der frischen Druckfarbe eine wirksame Trocknung durchzuführen, ohne daß die Gefahr einer Verformung der Oberfläche der zu trocknenden Bahn besteht

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Düsentrockner, für bewegte Bahnen der oben bezeichneten Art so zu verbessern, daß der Wärmeübergang bei gleicher Leistungsaufnahme des Düsenstrockners gesteigert oder bei gleichem Wärmeübergang die erforderliehe Leistung gesenkt werden kann, ohne daß die Gefahr einer Verformung der bewegten Bahn beispielsweise üurch Flattern besteht. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Düsentrockner durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Für die im Patentanspruch angegebenen Merkmale wird nur in ihrer Gesamtheit Schutz beansprucht.

Mit dem erfindungsgemäßen Düsentrockner läßt sich in vorteilhafter Weise bei vorgegebener Eingangsleistung des Trockners ein maximaler Trocknungseffekt erreichen, ohne daß auf den zu behandelnden Bahnen eine unerwünschte Wellenbildung auftritt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

«5 Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Trockner mit oberhalb und unterhalb der zu trocknenden Bahn angeordneten Düsen,
F i g. 2 eine schematische Seitenansicht eines solchen

Trockners,

Fig.3 eine graphische Darstellung des Kraftbedarfs für verschiedene Reynoldssche Zahlen und unterschiedliche L/D- Verhältnisse.

F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt durch eine Luftdüse nach F i g. 1 unter Wiedergabe der Luftströmung zwischen der Düse und der Bahn und in F i g. 5 einen der F i g. 4 ähnlichen Schnitt

In den Fig. * und 2 der Zeichnung ist eine Sahn 1 wiedergegeben, die horizontal durch eine Trocknungszone von einer Walze 2 zu einer Aufwickelwalze 3 verläuft, wobei eine Vielzah! von Luftdüsen 4 oberhalb und unterhalb der Bahn angeordnet ist Jede Luftdüse 4 enthält eine Luftkammer 5, die sich quer über die volle

Fläche 9 in Richtung der Bahnbewegung für eine gegebene Schlitzweite ist, um so weniger Leistung für eine gegebene Trockenwirkung benötigt wird.

Die durch den Düsenschlitz 7 austretende Luft strömt längs der gekrümmten Oberfläche des Düsenkantenflansches 8, bis sie die flache Oberfläche 9 der Luftkammer 5 erreicht

Die Luft strömt weiter in einer turbulenten Strömung zwischen der als Düsenlippe wirkenden Fläche 9 und der Bahn 1 und in Berührung damit in einer Richtung entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der Bahn durch die Trockenzone.

Nachdem die Luft die Kante der als Düsenlippe wirkenden Fläche 9 gegenüber dem gekrümmten Düsen-Breite der Bahn 1 erstreckt und geschlossene Enden 15 flansch 8 erreicht hat, strömt sie von der Bahn 1 weg sowie einen mittleren Einlaßkanal 8 aufweist unter Verlust ihres Drucks und wird aus dem Trockner

Die verschiedenen Düsen 4 erstrecken sich über die durch geeignete nicht gezeichnete Einrichtungen abgevollc Breite der Bahn und können in jedem gewünsch- führt

ten Abstand angeordnet sein, so daß ein Zwischenraum Wenn die in Laufrichtung der Bahn hintere Kante der

zwischen zwei benachbarten Düsen verbleibt der grö- 20 als Düsenlippe wirkenden Fläche 9 avr.reichend gerun-Se,-als die Weite einer Düse ist, 50 daß durch abweeh- dei ist, um einen Coanda-Effekt zu er*cu?en, folgt die selndes Anordnen der Düsen oberhalb und unterhalb Luft der Krümmung, wie es in F i g. 4 dargestellt ist und der Bahn die Steuerung der Bahn möglich ist und eine versucht die Bahn nach oben in einem wellenförmigen unmittelbare Störung zwischen den auf die entgegenge- Muster abzuheben, welches in einem Trockner mit mehsetzten Seiten der Bahn auftreffenden Luftströmungen 25 reren Düsen auf jeder Seite der Bahn dazu führt, daß die vermieden wird. gewünschte ebene Bewegung der Bahn und die Steue-

Die Luftkammer 5 jeder Luftdüse 4 hat nach dem rung der Bahn durch die nächste nachfolgende Luftdüse wiedergegebenen Ausführungsbeispiel einen im allge- auf der anderen Seite gestört werden, meinen rechteckigen Querschnitt mit einer Austrittsöff- Diese Schwierigkeit wird durch Verwendung einer

nung in Form eines Schlitzes 7, der sich über die volle 30 scharfen Kante 13 an der Hinterkante der als Düsenlip-Länge der Kammer von einer Kante zur anderen er- pe wirkenden Fläche 9, wie es in F i g. 5 wiedergegeben streckt ist, behoben. Dadurch wird der Coanda-Effekt im we-

Der Schlitz 7 ist zwischen einem nach innen geboge- sentlichen vermieden.

nen Flansch 8 der als Düsenlippe wirkenden Fläche 9 Bei einer scharfen Hinterkante 13 neigt die Luft dazu,

der Kammer 5 und einer nach innen gebogenen winkeli- 35 der Bahn 1 zu folgen, wenn sie den Raum 12 zwischen gen Düsenplatte 10 ausgebildet, die den benachbarten der als Düsenüppe wirkenden Fläche 9 und der Bahn 1 Kantenteil der entsprechenden Seite 11 der Kammer 5 verläßt

bi'det Die nächste benachbarte Luftkammer 5 mit einem

Die Platte 10 verläuft im allgemeinen tangential zur Düsenschlitz 7 ist von der Hinterkante 13 um ein Stück gekrümmten Oberfläche des Düsenflansches 8, ohne 40 entfernt, das wesentlich größer als die Breite der Luft-Riiot^hf _a..fHpn R,„_m rUc cm;»,.., 7 ,.„:.„i,_m ;u„™ kammer ist, um einen gleichmäßigen Zwischenraum zu

Rücksicht auf den Raum des Schlitzes 7 zwischen ihnen.

Die Fläche 9 jeder Kammer 5 ist flach und erstreckt sich parallel zur allgemeinen Ebene der Bahn 1 unter Bclassung eines Zwischenraumes 12, der annähernd der Weite des Düsenschlitzes 7 entspricht

Das optimale Verhältnis der gesamten freihängenden Länge der als Düsenüppe wirkenden Fläche 9 in Richtung entgegengesetzt der Dahnbewegung zur Schlitzweile zur Erzielung günstiger Trocknung der Bahn mit

schaffen, durch welchen die mit hoher Geschwindigkeit über die Kante 13 austretende Luft aus der T.-ockenzo-ηε abgezogen werden kann.

Die Bahn 1 wird auf ihrem Lauf über den Raum 14 zwischen zwei benachbarten Düsen 4 durch eine Düse 4 auf der anderen Seite der Bahn geführt, wie es durch die wechselweise Anordnung der Düsen bestimmt ist Die unter der Hinterkante 13 austretende Luft ge

minimaler Leistung und bei Luftgeschwindigkeiten in 50 langt in den Raum 14 und gibt die Bahn 1 frei, so daß sie der Größenordnung von etwa 5000 m/min liegt allge- dann der Lagekontrolle durch die Luftdüse auf der anmein bei annähernd 60.

Die praktische Weite des Schlitzes 7, die im allgemeinen dem Zwischenraum 12 entspricht, sollte im Bereich von 1 mm bis 3,2 mm liegen.

Die praktische PS-Leistung, die erforderlich ist, um

die notwendige Luftströmung zu erzeugen liegt zwischen 3 PS/m² bis 8 PS/m² der Bahn in der Trockenzo-

deren Seite der Bahn ausgesetzt ist.

Die *nrbulente Strömung der Luft in Berührung mit der Bahn 1 und der Fläche 9 führt zu einem Wärmeübergang auf die Bahn, welche eine Verdampfung der Feuchtigkeit aus der Bahn mit hoher Geschwindigkeit zur Folge hat

Im allgmeinen hängt die für einen gegebenen Wärmeübergang oder Trocicnungseffekt erforderliche Leistung Im allgmeinen gilt innerhalb praktischer Grenzen, ω von der Reyrioldsschen Zahl zur Wiedergabe der Turdaß je höher die Temperatur der aus der Düse kommen- bulenz und dem L/D-Verhältnis ab, wobei L die '.ünge den Luft ist, um so niedriger die Leistung für eine gege- ' ~ ' - · -■ - - - . .

bcnc Geschwindigkeit der Luftströmung in Berührung mit der Bahn zu sein braucht, jedoch um so höher die Leistung, die für einen gegebenen Trocknungseffekt erforderlich wird.

Im allgemeinen gilt im Arbeitsbereich des Systems, daß, je größer die Länge der als Düsenlippe wirkenden

der Fläche 9 in Richtung der Bahnbewegung und D den Abstand zwischen der Fläche 9 und der Bahn 1 bedeuten.

Die graphische Darstellung nach Fig.3 der Zeichnungen zeigt das L/D-Verhältnis auf der Abszisse und die Mengenströmungsgeschwindigkeit oder den Leistungsbedarf auf der Ordinate für zwei Reynoldssche

Zahlen in den Kurven A und B, wobei der für die Anwendung der Erfindung praktischste Bereich wiedergegeben ist. Die Kurve A gilt für eine Reynoldssche Zahl von !0 000 und die Kurve B für eine Reynoldssche Zahl von 5000.

Aus den Kurven kann man erkennen, daß die günstigsten Bedingungen für den niedrigsten Leistungsverbrauch bei einem L/D-Verhältnis zwischen etwa 40 und 100 mit einer Reynoldsschen Zahl im allgemeinen unterhalb 10 000 vorhanden sind. Für eine Reynoldssche Zahl ι ο von 4000 wird die unterste Leistung bei einem L/D-Verhältnis von etwa 65 benötigt.

Es ist günstig, als Leistungszahl unter 3.00 zu bleiben, da der Nutzeffekt rapide mit steigendem Leistungsverbrauch abfällt. In pro m² verbrauchter Leistung in PS ausgedrückt sollte der Wert in der Praxis zwischen 3 und 8 liegen.

Bei der wiedergegebenen Luftdüse gibt es einen Verlust an Luftgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Verlassen des Schlitzes in der Größenordnung von etwa 300m/min für jeweils 1,6 mm lauflängs der gekrümmten Düse, bis die Luft den Raum 12 zwischen der Bahn und der flachen Oberfläche 9 erreicht und sich auf der anderen Seite der Luftkammer 5 fortsetzt.

Die turbulente Luft trifft auf die Bahn 1 auf und gibt bei der Aufnahme von Feuchtigkeit von der Bahn Wärme ab. In diesem Verfahren kühlt sich die Luft ab und verliert Geschwindigkeit, wenn sie sich aus dem Raum 12 in Richtung Abzug bewegt.

Die optimale Luftgeschwindigkeit am Düsenschlitz 7 liegt im allgemeinen über 7900m/min, obwohl unter anderen günstigen Bedingungen auch eine Geschwindigkeit von lOOOm/min zufriedenstellend sein kann.

Die exakte Schlitzweite ist hauptsächlich eine Sache der praktischen Betrachtung des erforderlichen L/D-Verhältnisses und der verfügbaren Luftgeschwindigkeiten.

Bei der Konstruktion eines Trockners sind verschiedene Faktoren vorgegeben, wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Bahn, die ungefähre Menge der von ihr zu entfernenden Feuchtigkeit, die allgemeinen Raumforderungen für den Trockner, die verfügbaren Leistungen, die verfügbaren Luftgeschwindigkeiten und die Möglichkeiten für die Erwärmung der Luft auf die gewünschte Arbeitstemperatur.

Wenn die Anfangsgegebenheiten festliegen, ist es möglich durch eine einfache Formel die annähernden Zahlen und Größen der benötigten Luftdüsen, die günstigste Reynoldssche Zahl und den Abstand L für die Fläche 9 und die Weite D für den Schlitz zu bestimmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Düsentrockner zum Trocknen von bewegten Papierbahnen mit wenigstens einer als Schlitzdüse ausgebildeten Luftdüse auf wenigstens einer Seite der Papierbahn, bei welcher der Düsenmund an seiner einen Seite in eine Düsenlippe ausläuft, die zunächst gerundet ist und dann über eine größere Länge parallel zur Papierbahn verläuft und aus der die Trokkenluft mit einer Geschwindigkeit über 1000 m/min austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Düsenlippe das 40- bis 90fache, vorzugsweise das 60fache der im wesentlichen dem Abstand der Papierbahn (1) von der Düsenlippe (9) gleichen Weite (D) des Düsenschlitzes (7) beträgt, daß der Luftdurchsatz durch die Schlitzdüse so groß ist, daß die Luft mit einer Reynoldszahl von 4000 bis 8000, vorzugsweise 5000 bis 7000, austritt, und daß die DüseBlröpe (9) in einer scharfen Kante (13) endet