FI124766B - Menetelmä kuiturainan käyristymän hallitsemiseksi ja kuiturainakoneen kuivatusosa - Google Patents

Description

Menetelmä kuiturainan käyristymän hallitsemiseksi ja kuiturainakoneen kuivatusosa

Keksinnön kohteena on menetelmä kuiturainan käyristymän hallitsemiseksi kuiturainakoneen kuivatusosassa, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa; - rainaa kuivataan johtamalla se ainakin yhden yksiviiravientiryhmän läpi siten, että rainan alapinta tulee kulloinkin sylinterin kuumennettua pintaa vasten, - raina johdetaan päällepuhalluskuivaimen läpi, jossa suoraan rainan yläpintaa kohti puhalletaan kuumaa ilmaa tai höyryä, minkä jälkeen - raina johdetaan viimeisen yksiviiravientisen vetoryhmän läpi, jossa rainan alapinta tulee sylinterin pintaa vasten.

Keksinnön kohteena on myös kuiturainakoneen kuivatusosa, joka käsittää ainakin yhden yksiviiravientiryhmän, jossa kuivatettavan rainan alapinta saatetaan kosketukseen sylintereiden kuumennetun pinnan kanssa, yksiviiravientiryhmää seuraa-van päällepuhalluskuivaimen, jossa kuumaa ilmaa tai höyryä puhalletaan rainan yläpintaa kohti, sekä päällepuhalluskuivainta seuraavan viimeisen yksiviiravientisen vetoryhmän, j ossa rainan alapinta tulee sylinterin pintaa vasten.

Sylinterikuivatus on toistaiseksi vielä yleisin käytössä oleva paperi- tai kartonki-rainan kuivatusmenetelmä. Sylinterikuivatuksessa kuivatettava raina viedään viiran painamana kuivatussylinterin pinnan yli, jolloin rainan sylinteriä vastaan oleva puoli kuumenee ja kuivuu tehokkaammin kuin rainan toinen puoli. Nykypäivän nopeissa koneissa on siirrytty käyttämään rainaa hyvin tukevaa yksiviiravientiä, jolloin kussakin kuivatusryhmässä vain yksi ja sama puoli rainasta joutuu kosketukseen kuivatussylintereiden kuumennetun pinnan kanssa ja kuivuu siten tehokkaammin kuin toinen puoli rainasta. Paperirainan toispuoleinen kuivatus korostuu vielä entisestään, kun kaikki kuivatussylinteriryhmät on sovitettu kuivaamaan rainan samaa puolta. Toispuoleisesti kuivattu paperi pyrkii arkkina käyristymään, mikä aiheuttaa suuria ongelmia paperin jatkokäsittelyssä.

Paperin käyristyminen johtuu kuivatuksen paperin rakenteeseen synnyttämistä jännitystiloista. Jännitystilojen ero eri kerroksissa eli jännitysgradientti johtuu kuivumiskutistumista, jotka vaikuttavat, kun paperin ensimmäinen puoli on kuivunut ennen toista puolta. Rainan kuivuessa kuidut alkavat kutistua veden poistumisen seurauksena. Jos rainan molempia puolia ei kuivata samalla nopeudella, puolien välille syntyy kosteusero. Aluksi voimakkaammin kuivuva puoli kutistuu enemmän, mutta kun kuivaamista jatketaan, myös toinen puoli kuivuu ja kutistuu lopulta enemmän kuin ensimmäinen puoli. Tästä on seurauksena paperin käyristyminen sitä puolta kohti, joka kuivui viimeksi. Toisin sanoen paperi yleensä käyristyy siten, että viimeksi kuivuneesta puolesta tulee kovera.

Julkaisusta FI 114932 B tunnetaan menetelmä ja laite paperirainan kuivatuksen optimoimiseksi, jossa puristinosalta tuleva paperiraina johdetaan ainakin yhden kuivatussylinteriryhmän läpi, jossa paperiraina kuivataan keskimäärin yli 70 %:n, edullisesti yli 75 %:n kuiva-ainepitoisuuteen. Tämän jälkeen paperiraina johdetaan kuivatusta säätävään laitteeseen, jossa rainan kuiva-ainepitoisuus säädetään halutuksi. Kuivatusta säätävä laite käsittää lineaarisen kuivatusosan, jossa on ainakin yksi rainan poikki ulottuva päällepuhalluslaatikko ja ainakin yksi rainan poikki ulottuva alipainelaatikko, jotka muodostavat väliinsä rakomaisen tilan, jonka läpi paperiraina johdetaan viiran tukemana. Päällepuhalluslaatikosta puhalletaan ilma- tai höyry suihkuja kohti rainaa sen kulkiessa rakomaisen tilan läpi.

Julkaisusta WO 0000693 AI tunnetaan kuivatusosa, jossa ainakin yksi kuivatus-sylintereistä on korvattu imutelalla, jonka yläpuolelle on sovitettu päällepuhal-lushuuva. Rainan käyristymän hallinnan kannalta on edullista, että päällepuhal-lushuuvalla varustettu imutela on sijoitettu kuivatusosan loppuun.

Julkaisusta US 6001421 A tunnetaan kuivatusosa, jossa rainan käyristymää säädetään järjestämällä jälkikuivatusosan viimeiseen sylinteriryhmään ainakin yksi höyrylaatikko ja jäähdytyssylinteri, joka tehostaa höyryn kondensoitumista Tainaan.

Julkaisusta WO 0068499 AI tunnetaan päällepuhallusjärjestely, jossa rainan käyristymän kompensoimiseksi rainaa kohti puhalletaan peräkkäin kuumaa ilmaa ja kylmää ilmaa. Näin ollen tekniikan tasosta on tunnettua käyttää päällepuhalluskuivainta käyristymän säätöön nopeilla paperi- ja kartonkikoneilla. Ratkaisulla saavutetaan tuettu radan kulku, jolloin päänvienti ja ajettavuus ovat erinomaiset. Päällepuhalluksen aikana rainan yläpinnan puolelta tapahtuvalla kuivatuksella vaikutetaan yksipuolisessa kuivatuksessa esiintyvään poikki suuntaiseen käyristymään. Jakamalla päällepuhalluskuivain rainan poikittaisessa suunnassa erillisiin perättäisiin lohkoihin pystytään päällepuhalluksella tehokkaasti säätämään haihdutusta myös rainan poikittaisessa suunnassa. Päällepuhalluskuivainta seuraa tyypillisesti kuivatus-ryhmä, jossa on ainakin yksi kääntötela ja yksi höyrylämmitteinen kuivatussylin-teri. Kuivatustoiminnon lisäksi tämä viimeinen vetoryhmä kiristää rainan päälle-puhalluskuivaimen j älkeen.

Tavallisesti kuivatusosan viimeisissä kuivatussylintereissä käytetään korkeampia höyrynpaineita ja siten korkeampia pintalämpötiloja kuin kuivatusosan alkupuolella. Tämä johtuu siitä, että veden poisto rainasta käy sitä vaikeammaksi, mitä kuivempaa raina on. Toisaalta kuiva raina lämpenee voimakkaasti viimeisten sylinterien pinnalla ja jäähtyy hitaasti, koska haihdutusnopeus putoaa hyvin jyrkästi kuivatusosan lopussa. Tämä on seurausta siitä, että rainassa ei ole enää paljon vettä, joka haihtuessaan jäähdyttäisi rainaa.

Ongelmana tunnetuissa ratkaisuissa on, että päällepuhalluskuivainta seuraavan kuivatusryhmän kuivatussylinterit kasvattavat uudelleen rainan käyristymistaipu-musta, kun lämpöä tuodaan rainan alapintaan yksipuolisella sylinterikuivatuksella.

Keksinnön päämääränä on ratkaista tunnettuun tekniikkaan liittyvät ongelmat. Erityisesti päämääränä on vähentää rainan poikkisuuntaista käyristymistaipurnusta.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Vastaavasti keksinnön mukaiselle kuivatusosalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

Vaikka yksipuolisen sylinterikuivatuksen aikaansaamaa käyristymää olisi jo kompensoitu päällepuhalluskuivatuksella, on yhä olemassa tarve estää käyristymän palautuminen päällepuhalluksen jälkeen, mikä saadaan aikaan jäljestämällä pääl-lepuhalluksen perään jäähdytetty yksiviiravientinen vetoryhmä, jonka sylinterit jäähdytetään sellaiseen lämpötilaan, että rainan ja sylinterin kohdatessa toisensa sylinteripinnan lämpötila on matalampi kuin rainan lämpötila. Käytäntö on osoittanut, että sylinterikuivatusta seuraava päällepuhallus ei aina yksinään riitä käyristymän hallintaan. Patenttivaatimuksien 1 johdanto-osaa vastaavalla kartonkikoneella tehdyissä koeajoissa on yllättäen havaittu, että päällepu-halluskuivainta seuraavan sylinterin pintalämpötilaa alentamalla on mahdollista tehostaa käyristymän säätöä ja siten saavuttaa alhaisempi poikkisuuntainen käyris-tymä. Kun viimeisessä sylinterissä käytetään alhaista höyrynpainetta, sylinterin pintalämpötila tasaantuu radan lämpötilaan.

Radan kulku käyristymän säätöön käytettävässä päällepuhalluskuivaimessa voi olla esimerkiksi horisontaalinen, kupera tai taitetuista tasomaisista pinnoista koostuva. Käyristymänsäädön kannalta on tärkeää, että päällepuhallus kohdistetaan siihen rainan pintaan, joka ei ole ollut suorassa kosketuksessa kuivatussylinterei-den kanssa. Toinen tärkeä piirre on se, että puhallus kohdistetaan suoraan rainan pintaan ilman välissä olevaa viiraa. Viiran läpi tapahtuva puhallus kasvattaa ener- giankulutusta suoraan rainaan kohdistuvaan puhallukseen verrattuna. Lisäksi synteettisestä materiaalista valmistetuilla viiroilla on rajallinen kestävyys korkeissa lämpötiloissa, mikä rajoittaa päällepuhalluksessa käytettäviä lämpötiloja.

Kun rainan yläpintaan kohdistettua päällepuhallusta seuraa rainan alapinnan vienti kontaktiin jäähdytyssylinterin pinnan kanssa, rainan alapinta jäähtyy sylinterin pintalämpötilaan ja höyryä tiivistyy rainan alapinnalle, mikä edistää jännityksien relaksoitumista ja vähentää rainan käyristymistä. Jäähdytyssylinteriä voidaan jäähdyttää vedellä tai alipaineisella höyryllä. Radan lämpötila päällepuhalluskuivaimessa on noin 100 °C ja rata ehtii jäähtyä noin 75 °C:seen ennen tuloa jäähdytyssylinterille. Jäähdytyssylinterin pinnan yli kulkiessaan rata jäähtyy edelleen. Edullisesti jäähdytyssylinteriin johdetaan lämmittämätöntä käyttövettä, jonka lämpötila on alle 40 °C.

Seuraavaksi keksintöä selostetaan viittaamalla oheiseen kuvioon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus ahtaasti rajoittaa.

Kuviossa on esitetty osa paperi- tai kartonkikoneen kuivatusosasta. Rainan kulkusuunta on kuviossa oikealta vasemmalle. Oikeassa reunassa näkyy osa sylinte-rikuivatusryhmästä 10, joka käsittää viiran 22, joukon höyryllä kuumennettavia kuivatussylintereitä 11, jotka on sijoitettu yläriviin, ja joukon kääntöteloja 12, jotka on sijoitettu alariviin. Raina W on sovitettu kulkemaan kuivatusryhmän 10 läpi kuivatusviiran 22 kuljettamana siten, että kullakin kuivatussylinterillä 11 rainan alapinta A tulee sylinterin 11 pintaa vasten ja kullakin kääntötelalla 12 viira 22 on rainan W ja kääntötelan 12 välissä.

Kuivatusryhmän 10 perässä on horisontaalinen päällepuhalluskuivain 13, joka käsittää ensimmäisen johtotelan 14 ja toisen johtotelan 15, joiden välisellä matkalla on joukko kannatusteloja 16 ja alipainelaatikoita 23, sekä päällepuhallushuuvan 18, joka on sovitettu johtotelojen 14, 15 välisellä matkalla kannatustelojen 16 ja alipainelaatikoiden 23 yläpuolelle. Rata on sovitettu kulkemaan kuivatusviiran 17 kannattamana alipainelaatikoiden 23 ja päällepuhallushuuvan 18 väliin jäävän rakomaisen tilan läpi. Päällepuhallushuuva 18 on nostettavissa ylös pois kuivatus-viiran 17 päältä ratakatkon tai huollon ajaksi. Päällepuhalluskuivaimen 13 perässä on viimeinen jäähdytetty yksiviiravientinen vetoryhmä 19, joka käsittää viiran 24, alarivissä olevan kääntötelan 20 ja ylärivis-sä olevan jäähdytyssylinterin 21. Viimeinen jäähdytetty vetoryhmä 19 kiristää rainan W päällepuhalluskuivaimen 13 jälkeen ja jäähdyttää rainaa W ennen sen johtamista pois kuivatusosalta. Kun halutaan suurempaa jäähdytystehoa esimerkiksi paksulla kartonkirainalla, viimeisessä vetoryhmässä 19 voi olla useita jääh-dytyssylintereitä 21 ja useita kääntöteloja 20.

Paperi- tai kartonkirainaa kuivataan useissa peräkkäisissä sylinterikuivatusryhmis-sä 10, joista kuviossa on esitetty vain yksi. Kukin kuivatusryhmä 10 käsittää useita höyryllä kuumennettavia kuivatussylintereitä 11 sovitettuina yläriviin ja useita kääntöteloja 12 sovitettuina alariviin sekä viiran 22, jonka tukemana raina W on sovitettu kiertämään kulloinkin sylinteriltä 11 kääntötelalle 12 ja kääntötelalta 12 edelleen seuraavalle sylinterille 11. Edullisesti kaikki kuivatusosan sylinteriryh-mät 10 noudattavat yksiviiravientiä ja ovat alaspäin avoimia siten, että viira 22 painaa rainan W sylinterin 11 kuumennettua pintaa vasten ja kääntötelan 12 yli viira 22 kulkee rainan W ja telan 12 pinnan välissä. Kääntötelat 12 ovat edullisesti ns. Vac-teloja, jotka ovat alipaineella varustettuja, pinnaltaan uritettuja ja revitettyjä teloja. Myös pelkästään rei’ityksellä tai urituksella varustettuja kääntö-teloja voidaan käyttää.

Kun kaikki kuivatusryhmät 10 ovat alaspäin avoimia yksiviiravientiryhmiä, rainaa W kuivataan pääasiassa sen alapinnan A puolelta rainaan sylintereiden 11 pinnasta johtumalla siirtyvän lämmön avulla. Tällainen yksipuolinen kuivatus aiheuttaa tunnetusti kuivatettavaan rainaan W käyristymistaipumuksen. Käyristymistaipu- musta kompensoidaan kuivattamalla rainaa kuivatusosan loppuvaiheessa yläpinnan B puolelta käsin horisontaalisen päällepuhalluskuivaimen 13 avulla. Päällepuhallushuuvan 18 rataa kohti suuntautuva pinta käsittää suuren joukon suutinaukkoja, joista puhalletaan kuumailma- tai höyrysuihkuja kohti rataa. Puhallukset kohdistetaan suoraan rainan yläpintaan B ilman välissä olevaa viiraa. Päällepuhalluskuivaimen 13 kuivatustehoa voidaan säädellä säätämällä rainaa kohti puhallettavien kuumailmasuihkujen lämpötilaa, kosteutta ja/tai nopeutta.

Rainan kulun varmistamiseksi veto on järjestetty kuivatusosan 10 viimeiseen sylinteriin 11 ja viimeiseen kääntötelaan 12, päällepuhalluskuivaimen 13 lopussa olevaan toiseen johtotelaan 15 sekä viimeisen vetoryhmän 19 kääntötelaan 20 ja jäähdytyssylinteriin 21.

Viimeisen viiraryhmän 19 sylinteriä 21 jäähdytetään niin paljon, että radan tullessa sylinterin 21 pinnalle sylinterin 21 pintalämpötila on matalampi kuin rainan W pintalämpötila. Näin sylinteri 21 jäähdyttää tehokkaasti päällepuhalluskuivaimelta 13 tulevaa rainaa ja erityisesti rainan alapintaa A. Sylinteriä 21 jäähdytetään johtamalla sen läpi vettä tai alipaineista höyryä. Edullisesti jäähdytykseen käytetään käyttövettä, jonka lämpötila on alle 40 °C. Rakenteeltaan ja mitoitukseltaan sylinteri 21 voi olla samanlainen kuin höyrylämmitteiset kuivatussylinterit 11.

Keksinnön monet erilaiset muunnokset ovat mahdollisia seuraavaksi esitettävien patenttivaatimuksien määrittelemän suojapiirin puitteissa.

Claims (7)

1. Menetelmä kuiturainan käyristymän hallitsemiseksi kuiturainakoneen kuiva-tusosassa, jossa kaikki sylinteriryhmät (10, 19) ovat alaspäin avoimia yksiviira-vientiryhmiä, joissa rainan alapinta (A) tulee sylinterin (11, 21) pintaa vasten, jossa menetelmässä ennen kuivatusosan viimeistä yksiviiravientiryhmää (19) rai-na (W) johdetaan horisontaalisen päällepuhalluskuivaimen (13) läpi, joka käsittää päällepuhallushuuvan (18) sovitettuna puhaltamaan kuumaa ilmaa tai höyryä suoraan kohti rainan yläpintaa (B) rainan kulkiessa kuivatusviiran (17) kannattamana ensimmäisen johtotelan (14), kannatustelojen (16), alipainelaatikoiden (23) ja toisen johtotelan (15) yli, minkä jälkeen raina johdetaan viimeisen yksiviiravienti-sen vetoryhmän (19) läpi, jossa rainan alapinta (A) tulee sylinterin (21) pintaa vasten, tunnettu siitä, että viimeinen ryhmä (19) on jäähdytetty yksiviiravientinen vetoryhmä (19), jonka ainakin yksi jäähdyty s sylinteri (21) jäähdytetään sellaiseen lämpötilaan, että rainan (W) ja sylinterin (21) kohdatessa toisensa sylinteripinnan lämpötila on matalampi kuin rainan lämpötila.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimeinen ryhmä (19) käsittää kuivatusviiran (24), yhden tai useampia jäähdytyssylintereitä (21) ja yhden tai useampia kääntöteloja (20).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdy-tyssylinteriä (21) jäähdytetään johtamalla sen läpi vettä tai alipaineista höyryä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytyssy-linterin (21) läpi johdetaan käyttövettä, jonka lämpötila on alle 40 °C.

5. Kuiturainakoneen kuivatusosa, jossa kaikki sylinteriryhmät (10, 19) ovat alaspäin avoimia yksiviiravientiryhmiä, joissa kuivatettavan rainan alapinta (A) saatetaan kosketukseen sylinterin (11, 21) pinnan kanssa, joka kuivatusosa lisäksi käsittää horisontaalisen päällepuhalluskuivaimen (13) sijoitettuna ennen kuiva- tusosan viimeistä yksiviiravientiryhmää, joka päällepuhalluskuivain (13) käsittää kaksi johtotelaa (14, 15) ja niiden välisellä matkalla kannatusteloja (16) ja ali-painelaatikoita (23), joiden yli raina (W) on sovitettu kulkemaan kuivatusviiran (17) kannattamana, sekä päällepuhallushuuvan (18), joka on sovitettu kannatuste-lojen (16) ja alipainelaatikoiden (23) yläpuolelle puhaltamaan kuumaa ilmaa tai höyryä suoraan rainan yläpintaa (B) kohti ilman välissä olevaa viiraa, jota päälle-puhalluskuivainta (13) seuraa viimeinen yksiviiravientinen vetoryhmä (19), jossa rainan alapinta (A) tulee sylinterin (21) pintaa vasten, tunnettu siitä, että viimeinen yksiviiravientinen vetoryhmä (19) käsittää ainakin yhden jäähdytyssylinterin (21), jonka pinnan lämpötila on matalampi kuin rainan lämpötila rainan (W) ja sylinterin (21) kohdatessa toisensa, jolloin mainittu jäähdytyssylinteri (21) on sovitettu jäähdyttämään rainan alapintaa (A).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kuivatusosa, tunnettu siitä, että viimeinen ryhmä (19) käsittää kuivatusviiran (24), yhden tai useampia jäähdyty s sylintereitä (21) ja yhden tai useampia kääntöteloja (20).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen kuivatusosa, tunnettu siitä, että jäähdytyssylinterin (21) läpi on sovitettu johdettavaksi vettä tai alipaineista höyryä.