DE2917765A1 - Duese fuer einen lufttrockner - Google Patents
Duese fuer einen lufttrocknerInfo
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Description
•3--
29ή7765
Dipl.-Ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R, Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent München
2. Mai 1979
B 9657/case 26269/TP/es
VALMET OY Helsinki / Finnland
Düse für einen Lufttrockner
$0**45/1013
Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070
Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804
Beschreibung
Gegenstand der Erfindung ist eine Düse für einen Schwebetrockner, mit der ein trocknender und tragender Unterdruckgasstrom
auf eine zu trocknende Bahn gerichtet wird und die Düse aus einem Düsenkasten besteht, an dessen einer Seite
sich ein Düsenspalt befindet, der einerseits vom Strömungsvorderblech und andererseits von der Düsenkammervorderwand
begrenzt wird, die sich als bogenförmige Strömungsfläche fortsetzt, an die eine die Tragfläche der Düsenkonstruktion bildende
ebene Wand des Düsenkastens anschließt.
Gasblasende Vorrichtungen werden bei Maschinen für die Herstellung und Veredlung von Papier zur berührungslosen
Reinigung, Trocknung und Stabilisierung der Bahn verwendet. Bei den genannten Funktionen wird das zu blasende Gas mit
Hilfe verschiedener Düsenvorrichtungen ein-oder beidseitig auf die zu behandelnde Bahn gerichtet, wonach das Gas für die
Neuverwendung vor der nächsten Düse abgesaugt wird.
Die bisher bekannten Trockner auf der Basis der berührungslosen Bahnbehandlung werden aus einer Reihe von Düsen
gebildet, aus denen ein die Bahn tragender und trocknender Gasstrom auf sie gerichtet wird. Die bekannten Düsen
dieser Trockner können in zwei Gruppen aufgeteilt werden, nämlich in Überdruckdüsen und Unterdruckdüsen. Die Funktion der Überdruckdüsen
beruht auf dem sog. Luftkissenprinzip, bei dem der Luftstrahl einen statischen überdruck zwischen Anlage und Bahn erzeugt. Zu den
Unterdruckdüsen zählen die sog. Airfoil-Düsen, die die Bahn an sich saugen
und den Lauf der Bahn stabilisieren. Die auf die Bahn einwirkende Zugkraft beruht bekanntlich auf dem mit der Bahn
gleichlaufenden Gasstromfeld, das zwischen Bahn und tragender Fläche der Düsen, der sog. Tragfläche, statischen Unterdruck
bildet. Sowohl bei über- als auch Unterdruckdüsen wird oft der sog. Coanda-Effekt zur Führung der Luft in eine ge-
wünschte Richtung verwendet.
Die bekannten Überdruckdüsen richten scharfe Luftstrahlen
im wesentlichen gegen die Bahn. Ein Luftstrahl
.5 dieser Art verstärkt die Wärmeübertragung am Auftreffpunkt
von Strahl und Bahn auf sehr starke Weise, wodurch eine ungleichmäßige
Verteilung der Wärmeleitzahl in Längsrichtung der Bahn verursacht wird, wodurch Qualitätsschäden an der
zu behandelnden Bahn auftreten können. Ein zusätzlicher Nachteil beim Betrieb der Überdruckdüsen besteht darin, daß
diese wegen des Überdrucks nicht für einseitige Bahnbehandlung eingesetzt werden können.
Bezüglich der die vorliegende Erfindung betreffenden
Patentliteratur wird auf folgende Patentschriften hingewiesen:
US-Pat. Nr. 3587 177 und 3 711 960, FI-Pat. Nr* 42522
und DE-Offenlegungsschrift 2 020 430.
Das technische Niveau der vorliegenden Erfindung wird am besten aus der US-Patentschrift..3 587 177 deutlich, für
deren Unterdruckdüsenkonstruktion im wesentlichen charakteristisch ist, daß der sich auf der Seite der Anlaufkante der
Tragfläche öffnende Düsenspalt so bis an die mit der Vorderkante der Tragfläche verbundene bogenförmige: Strömungsführungsflache
geführt wird, daß die auf dem Coanda-Effekt basierende Strömung der bogenförmigen Führungsflache ganz
bis zu deren Auslaufkante folgt, wobei sich die Strömung in
die Richtung der Bahn gedreht hat. Der Nachteil bei dieser Düse ist eine von der nächsten nach der Tragfläche folgenden
Blasung herrührende relativ niedrige Wärmeleitzahl zwischen Strömung und Bahn und, daß die Blasung in Richtung der
Bahn versucht aus dem davorliegenden Ansaugeraum schon gekühltes Trocknungsgas zu ejektieren, wobei die Temperaturdifferenz
zwischen Bahn und Trocknungsgas verkleinert und damit die Wärmeleitfähigkeit verringert wird, die bekanntlich
$08045/10
Ι dem Produkt aus Temperaturdifferenz und Wärmeleitzahl proportional
ist. Bei der in Frage stehenden bekannten Düse ist ein weiterer Nachteil noch der, daß der Abstand der Bahn von
der Tragfläche relativ klein (ca. 2-3 mm) ausfällt, wodurch die Gefahr besteht, daß sich die Bahn an die Düsenfläche anlegt,
was Bahnrisse und/oder Verschmutzung der Düsenflächen zur Folge hat.
Allgemein gesehen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Unterdruckdüse für einen Schwebetrockner zu schaffen,
bei der die im vorstehenden beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Grundlage der Erfindung waren die physikalischen Tat-Sachen,
die z. B. aus dem Literaturhinweis D. W. Mc Glaughlin, I. Greber The American Society of Mechanical Engineers, Advances
in Fluids 1976, "Experiments on the Separation of a Fluid Jet from a Curved Surface", Seiten 14-29 hervorgehen.
Dieser Literaturhinweis erklärt die Ablösungsmechanismen eines Strömungsstrahls von einer bogenförmigen Wand und dies
beeinflussende einzelne Parameter. Bezüglich der vorliegenden Erfindung sind die Ergebnisse wesentlich, die aus der
graphischen Darstellung der Fig. 5 auf Seite 21 der Bezugsliteratur hervorgehen, in der eine Kurvenschar im Koordinatensystem
dargestellt ist, bei dem der Ablösungswinkel als Ordinate und die Reynoldszahl als Abszisse aufgetragen sind. Als
Parameter der Kurvenschar ist das Verhältnis =■ = Verhältnis
ti
der Düsenspaltbreite zum Biegeradius der Fläche. Aus diesen Untersuchungsergebnissen wird deutlich, daß bei den in der
Düsenkonstruktion auftretenden Strömungsparametern der Anliegewinkel y im allgemeinen zwischen 45-70° liegt.
Um die im vorstehenden beschriebenen und später genauer erklärten Ziele zu erreichen, ist für die Erfindung im wesentliehen
charakteristisch, daß der Düsenspalt in Gasströmungs-
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richtung vor der Anlaufkantenebene der bogenförmigen Führungsfläche
liegt und, daß das Verhältnis von Breite des Düsenspalts und Biegeradius der genannten Führungsfläche bei
den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten so gewählt ist, daß sich die Gasströmung von der bogenförmigen Führungsfläche im wesentlichen vor deren Auslaufkante ablöst.
Wenn der Düsenspalt erfindungsgemäß in Strömungsrichtung
öffnend vor der bogenförmigen Führungsfläche angeordnet
wird, folgt die Strömung der bogenförmigen Führungsfläche
somit entsprechend den genannten Untersuchungsergebnissen unter ca. 45-70°, womit sie sich wesentlich vor der Auslaufkante
der Führungsfläche von dieser ablöst. Damit hat der Geschwindigkeitsvektor der Gasströmung an deren Ablösungsstelle
bezüglich der Bahn eine bedeutende senkrechte Geschwindigkeitskomponente,
die den für die Erfindung wesentlichen wichtigen Effekt zur Folge hat, daß die Turbulenz in der Grenzschicht
zwischen der Bahn und der Gasströmung besser wird und die Wärmeleitzahl somit wächst.
Auch ist bekannt, daß der Turbulenzgrad der Strömung nach dem Austritt aus dem Düsenschlitz mit wachsender Entfernung
steigt. Somit wird erfindungsgemäß mit der von der Bahn entfernten Düse gegenüber den bekannten Düsen ein höherer
Turbulenzgrad an der Oberfläche der Bahn erreicht, was aus diesem Grunde auch ein Wachsen der Wärmeleitzahl zur Folge
hat. Aus der genannten,bezüglich der Bahn senkrechten Geschwindigkeitskomponenten
ergibt sich auch der Vorteil, daß das Ejektieren von kälterer Luft aus dem vorgelagerten Absaugeraum
verringert wird und damit auch die Temperaturdifferenz zwischen Bahn und Gasstrom wächst. Somit hat die erfindungsgemäße
Anordnung einen günstigen Einfluß auf beide Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen, d. h. sowohl
auf die Wärmeleitzahl als auch auf die Temperaturdifferenz.
309845/1013
Der positive Einfluß des Ablösens der Gasströmung von der Oberfläche der Düse kann weiter verstärkt werden durch
Beschleunigung der trocknenden Mediumsströmung in dem Raum
zwischen der Tragfläche und der Bahn. Diese Beschleunigung wird zweckmäßig durch Verkleinerung der Strömungsquerschnittsfläche
des Mediums in genanntem Raum durch tiberquerung der Tragfläche in einem kleinen Winkel in Laufrichtung erreicht.
Versuchsmäßig wurde festgestellt, daß der Vorteil erzielt wird, wenn der Winkel zwischen 0,5-10° liegt.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht auch darin,
daß der Abstand zwischen Bahn und Tragfläche der Düse größer gehalten werden kann, und zwar so, daß er im wesentlichen ungefähr
halb so groß wie der Abstand wird, der bei Verwendung von zweiseitigem Blasen zwischen die Tragflächen konstruktiv
günstig erreicht wird. Dies trägt seinerseits zur Erhöhung der Stabilität der Bahn und zur Verminderung der Gefahr ihrer
Berührung mit den Tragflächen der Düse bei.
Als durch die Erfindung gegebener konstruktiver Vorteil kann weiter noch erwähnt werden, daß wenn der Düsenspalt
vor der bogenförmigen Führungsfläche und nicht im Bereich dieser angeordnet wird, kann der Düsenspalt von ebenen
Flächen begrenzt und die Düsenspaltbreite somit in Querrichtung zur Bahn sehr gleichmäßig gehalten werden. Daraus folgt
der Vorteil, daß die durch die ungleichmäßige Verteilung der Düsenspaltfläche verursachten Strömungsungleichmäßigkexten
und die daraus folgenden Schwankungen der Wärmeleitfähigkeit
gering bleiben.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel,
auf das die Erfindung jedoch in keiner Weise begrenzt ist, ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen aus mehreren in Laufrichtung
der Bahn gesehen hintereinanderliegenden Düsen bestehenden Schwebetrockner als Querschnittdarstellung
von der Seite gesehen.
Fig. 2 zeigt als Querschnittdarstellung einen erfindungsgemäßen
Düsenoberteil und für dessen Geometrie bezüglich der Erfindung wichtige Parameter.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Düse in axonometrischer Darstellung.
Nach Fig. 1 wird der Schwebetrockner aus hintereinanderliegenden Düsen 10a, 10b, 10c, 1Od usw. gebildet. Die Düse
1 0 besteht aus der Kastenkonstruktion 12, die nach Fig. 2
und 3 Rückwand 12a, Bodenwand 12b , Vorderwand 12c, bogenförmigen
Führungsteil 12d sowie Deckelteil 12e und Vorderblech
13 hat. Die Düse 10 schließt in sich den Raum 11 ein. Die
obere Fläche des Deckelteils 12e wird als Tragfläche 20 bezeichnet.
Das Trocknungsgas wird vom Kanal 14 in den Raum 11 und
von dort gemäß Fig. 2 und 3 als Strömung a durch die im Vorderblech 12c befindlichen Strömungsöffnungen 16 in den zwischen
Vorderwand 12c und Vorderblech 13 gebildeten Raum 15
geführt, der sich als Düsenspalt 16 fortsetzt. Durch den
Düsenspalt 16 entströmt der Trocknungsgasstrom b in den Raum
zwischen Bahn Y und Tragfläche 20. Nach der Tragfläche 20 schwenkt die Strömung in Richtung Pfeil C in die Zwischenräume
21 der Düsen 10 und weiter in den Gasaustrittskanal (nicht dargestellt). Die im vorstehenden genannten Strömungsfelder stabilisieren sich im bestimmten Abstand H der Bahn Y
von der Tragfläche 20.
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-ΙΟΙ Obwohl in Fig. 1 die Düsen 10 nur auf einer Seite von
Bahn Y angeordnet dargestellt sind, muß hervorgehoben werden, daß die erfindungsgemäße Düsenkonstruktion auch in Schwebetrocknern
ausgeführt werden können, in denen Düsen auf beiden Seiten der Bahn angeordnet sind.
Nach Fig. 2 ist die Breite des Düsenspalts 16 mit W bezeichnet und Düsenspalt 16 öffnet sich in Ebene B zur Vorderwand
12c der Düsenkammer. Von der Ebene B setzt sich die Vorderwand 12c der Düsenkammer im wesentlichen eben bis zur
Ebene C fort, wo die bogenförmige Führungsfläche 12d beginnt,
die bis zum Punkt E geht, wo der ebene Deckelteil 12e der Düsenkammer beginnt. Die Strömung am ebenen Wandteil zwischen
den Ebenen B und C, nach Fig. 2 durch Strecke S bezeichnet;
und am darauffolgenden Sektor T ist durch gestricheltgezeichnete
Pfeile dargestellt. Basierend auf den Coanda-Effekt folgt die aus dem Düsenspalt 16 austretende
Strömung der bogenförmigen Führungsfläche 12d im Sektor *?,.der
wie vorher beschrieben zwischen 45°...70 schwankt. Damit löst sich die Strömung im Punkt D von der bogenförmigen Führungsfläche
12d in einer Phase ab, bei der der Geschwindigkeitsvektor ν der Strömung bezüglich Bahn Y eine bedeutend große
senkrechte Geschwindigkeitskomponente ν hat. Naturgemäß ist, wenn Winkel ψ größer als 45° ist, die in Richtung der Bahn Y
liegende Geschwindigkeitskomponente ν der Strömung größer als die dazu senkrechte Geschwindigkeitskomponente V .
Nach Fig. 2 bildet die Tragfläche 20 mit der Laufebene
der Bahn Y einen kleinen Winkel oL . Erfindungsgemäß kann die
Größe des Winkels o( innerhalb der Grenzen 0,5...10° variieren.
Zweckmäßig beträgt die Größe des Winkels oi. ca. 2°.
Aufgrund des Winkels o( streckt sich die bogenförmige Führungsfläche
12d über weniger als 90 in Konstruktionen aus, bei denen die Vorderwand 12c der Düsenkammer senkrecht zur
Laufebene der Bahn Y steht, was erfindungsgemäß jedoch in
keiner Weise erforderlich ist. Mit den Bezeichnungen von Fig. 2 ist U +/3 = 90°, wenn die Wand 12c senkrecht zur Laufebene
der Bahn Y steht. Die Größe des ebenen Teils S nach
dem Düsenspalt kann variieren. Als ein günstiges Auslegungsbeispiel wird dargestellt, daß 2 χ S t& R ist. Auch ein wesentlich
kleineres Maß S kann in einigen Fällen zur Anwendung
kommen. Der gemäß Fig. 2 eingetragene mittlere Abstand
H zwischen Bahn Y und Tragfläche 20 kann gegenüber bekannten Düsenkonstruktionen weiterhin wesentlich vergrößert werden,
so daß Hä*4...6 mm beträgt.
so daß Hä*4...6 mm beträgt.
Leerseite
Claims (4)
- Patentansprüche1 . Düse für einen Schwebetrockner, mit der ein trocknender und tragender ünterdrückgasstrom (b) auf eine zu trocknende Bahn (Y) gerichtet wird und die Düse aus einem Düsenkasten (12) besteht, an dessen einer Seite sich ein Düsenspalt (16) befindet, der einerseits vom Strömungsvorderblech (13) und andererseits von der Düsenkammervorderwand (12c) begrenzt wird, die sich als bogenförmige Strömungsleitfläche (12d) und weiter als Deckelteil (12e) fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenspalt (16) in Gasströmungsrichtung vor der Anlaufkantenebene (C) der bogenförmigen. Führungsfläche (12d) liegt und daß das Verhältnis von Breite (W) des Düsenspalts und Biegeradius (R) der genannten Führungsfläche bei den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten (v) so gewählt ist, daß sich die Gasströmung von der bogenförmigen Führungsfläche (12d) im wesentlichen vor deren Auslaufkante (E) ablöst.
- 2. Schwebetrocknerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Laufebene der Bahn (Y) und Tragfläche (20) der Düse einen kleinen, innerhalb der Grenzen 0,5...10 liegenden, zweckmäßig ca. 2° betragenden Winkel (oO bilden.
- 3. Schwebetrocknerdüsenkonstruktion nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (s) der Austrittsebene (B) des Düsenspalts von der Anlaufkante (C) der Führungsfläche (12d) von seiner Größenordnung her ca. halb so groß ist wie der Biegeradius (R) der bogenförmigen Führungsflache (12d).
- 4. Schwebetrocknerdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Düsenspaltbreite (W) zum Biegeradius (R) der Führungsfläche so ist, daß sich die Strömung bei den auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten9099*5/101?von der bogenförmigen Führungsfläche (12d) in einem Winkel von ψ a 45-70° ablöst, der im wesentlichen kleiner ist als der Zentrumswinkel (/3) der bogenförmigen Führungsfläche (12d)90M46/1O13
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