FI68723C - Dysa foer svaevtork - Google Patents

Description

•AWT·! ΓΒ1 M1. KUULUTUSjULKAISU , p „ 0 , LJ <Ί1' UTLÄGG Nl NGSSKRIFT 0 0 fZ0 9»ιΛ\» C (45) Patentti myönnetty 10 10 1985 J Patent oeddelat (51) Kv.lk.*/lnt.CI.4 F 26 B 13/20 SUOMI — FINLAND (21) patenttlhakemuI — P»tentan*6knlng 781375

(22) Hakemispäivä— Ansöknlngsdag qL f)C 7S

* ' (23) Alkupäivä — Giltlghetsdag 0^.05.78 (41) Tullut Julkiseksi — Blivit offentlig ^ η^

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipä,™ ja kuui.juik.isun pvm.- ,p’

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad 4Ö .uo .03 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird prioritet (71) Valmet Oy, Punanotkonkatu 2, 00130 Helsinki 13, Suomi-Finland(FI) (72) Yngve Lindström, Turku, Suomi-Finland(FI) (7*0 Forssdn 6 Salomaa Oy (5*0 Leijukuivattimen suutin - Dysa för svävtork

Keksinnön kohteena on leljukuivattimen suutin, jolla kuivatettavaan ralnaan kohdistetaan kuivattava ja kannattava alipaineinen kaasuvirtaus ja joka suutin käsittää suutinkotelon, jonka toisella sivulla on suutinrako, joka rajoittuu toisaalta virtauksen etulevyyn ja toisaalta suutinkananion etuseinämään, joka jatkuu kaarevana virtauksen ohjauspintana ja edelleen kansiosana.

Kaasun puhallukseen perustuvia laitteita käytetään paperin valmistus- ja jalostuskoneilla rainan kosketuksettomaan puhdistukseen, kuivatukseen ja stabilointiin. Näissä edellä mainituissa toiminnoissa puhallettava kaasu johdetaan erilaisten suutinlaitteiden avulla käsiteltävän rainan toiselle tai molemmin puolin, jonka jälkeen kaasu imetään pois uudelleen käytettäväksi ennen seuraavaa suutintä.

Ennestään tunnetut rainan kosketuksettomaan käsittelyyn perustuvat kuivat-timet muodostuvat joukosta suuttimla, joista rainaan kohdistetaan sitä kannattava ja kuivattava kaasuvirtaus. Kyseisten kuivattimien tunnetut suuttimet 2 68723 voidaan jakaa kahteen ryhmään, nimittäin ylipainesuuttimiin ja alipainesuut-timiin.

Esillä olevaan keksintöön liittyvän ja sitä sivuavan tekniikna tason osalta viitataan seuraaviin patenttiviitteisiin US 3 549 070, US 3 587 177, US 3 711 960, FI-pat. 42522, FI-hak. 3441/71, DE-AS 1 129 444, DE-AS 2 020 430 ja GB-pat. 1 443 679.

Patentissa US 3 549 070 on esitetty erilaisia ylipainesuuttimia, joissa puhallus tapahtuu suutinlaatikoiden molemmilta puolilta. Suihkut on suunnattu viistosti toisiaan kohti tai kohtisuoraan rainaa vasten.

FI-hakemuksessa 3441/74 esitetyt suuttimet ovat myös ylipainesuuttimia ja puhallus tapahtuu samalla tavalla kuin US 3 549 070 mukaisissa suuttimissa.

GB-patentin 1 443 679 kohteena on rainan kannatukseen tarkoitettu puhallus-laatikko. Puhallus tapahtuu laatikon kummaltakin reunalta ja ilma poistuu laatikon keskikohdalla olevien aukkojen kautta. Puhallussuihkut on suunnattu jonkin verran toisiaan kohti.

DE-AS 1 129 444 on esitetty kankaiden käsittelyyn tarkoitettu ylipainesuu-tin, jonka suihkut puhaltavat kohtisuoraan käsiteltävää kangasralnaa vasten. Suuttimien väliin on sijoitettu muotokappaleita, joiden tarkoituksena on jakaa suuttimesta tuleva suihku kahteen toisilleen vastakkaissuuntaiseksi suihkuksi.

Kaikki edellä käsitellyissä julkaisuissa esitetyt suuttimet ovat ylipainesuuttimia (float-suuttimia). Ylipainesuuttimien toiminta perustuu ns. ilma-tyynyperiaatteelle. Suuttimista purkautuvat ilmasuihkut synnyttävät staattisen ylipaineen suuttimen kantoplnnan ja rainan väliseen tilaan. Rainaan kohdistuu teräviä ilmasulhkuja, mikä aiheuttaa suuria paikallisia vaihteluja rainan pituussuuntaisessa lämmönsiirrossa. Ylipainesuuttimia ei voida käyttää rainan yksipuoliseen käsittelyyn eikä sellaisten tuotteiden käsittelyyn, joihin voi syntyä laatuvahinkoja epätasaisen lämmönsiirron seurauksena. Edellä esitettyä asiaa havainnollistaa patentin GB 1 443 679 kuvio 9.

3 68723

Keksinnön kohteena olevan alipainesuuttimen (foil-suuttimen) toiminta perustuu rainan kanssa yhdensuuntaiseen kaasun virtauskenttään, joka vetää rainaa puoleensa ja stabiloi rainan kulun määrätylle etäisyydelle suutti-men kantopinnasta. Alipainesuuttimen aiheuttamassa kaasuvirtauksessa lämmönsiirto rainan pituussuunnassa on tasaista, joten alipainesuuttimet soveltuvat arkojenkin materiaalien käsittelyyn. Samoin niitä voidaan käyttää rainan yksipuoliseen käsittelyyn.

Alipainesuuttimet ovat olleet jo kauan tunnettuja, mutta niissä on ollut tiettyjä myöhemmin selviäviä epäkohtia.

Esillä olevan keksinnön perustana oleva lähin tekniikan taso selviää esim. USA-patenttijulkaisusta 3 587 177, jonka mukaisen alipainesuuttimen rakenteelle on ominaista se, että suuttlmen kantopinnan tuloreunan puolelle avautuva suutinrako ulotetaan kantopinnan etureunaan liittyvälle kaarevalle virtauksen ohjauspinnalle siten, että coanda-ilmiöön perustuva virtaus saadaan seuraamaan kaarevaa ohjausplntaa aina sen jättöreunaan saakka, jolloin virtaus on kääntynyt rainan suuntaiseksi. Epäkohtana tässä suuttlmessa on kan-topintaa seuraavasta puhalluksesta johtuen suhteellisen alhainen virtauksen ja rainan välinen lämmönsiirtokerroin ja se, että rainan suuntainen puhallus pyrkii ejektoimaan edellisestä imutilasta jo jäähtynyttä kuivatuskaasua täten alentaen rainan ja kuivatuskaasun lämpötilaeroa ja siten lämmönsiirtokykyä, joka on tunnetusti verrannollinen lämpötilaeron ja lämmönsiirtokertoimen tuloon. Kyseisessä tunnetussa suuttlmessa on epäkohtana vielä se, että rainan etäisyys kantopinnasta muodostuu verraten pieneksi (n. 2-3 mm), jolloin on olemassa vaara, että ralna ottaa kiinni suutlnpintaan, mistä on seurauksena rainan katkot ja/tai suutinpintojen likaantuminen.

Yleisesti ottaen esillä olevan keksinnön tarkoituksena on sellaisen alipai-neisen leijukuivattimen suuttimen aikaansaaminen, jossa vältetään edellä esitetyt epäkohdat.

Keksinnön perustana ovat olleet ne fysikaaliset tosiseikat, jotka selviävät esim. viitteestä 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", sivut 14-29. Tämä viite selvittää virtaussuihkun irtautumismekanismeja kaarevasta seinämästä ja siihen vaikut- 4 63723 tavia eri parametrejä. Esillä olevan keksinnön kannalta ovat olennaisia ne tulokset, jotka selviävät viitteen sivun 21 fig. 5:n graafisesta esityksestä, jossa on esitetty käyräparvi koordinaatistossa, jossa on pystyakselina ir-

toamiskulma, vaaka-akselina Reynoldsin luku. Käyräparven parametrina on suhde W

_ = suutinraon leveyden suhde pinnan kaarevuussateeseen. Näistä tutkimustuloksista selviää, että suutinrakenteissa esiintyvillä virtausparametrilla seuraamiskulma γ on yleensä välillä 45-70°.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin tarkemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on tunnusomaista se, että suutinrako sijaitsee sinänsä tunnetusti kaasun virtaussuunnassa ennen kaarevan ohjauspinnan tuloreunan tasoa ja että suutinraon leveyden ja mainitun ohjauspinnan kaarevuussäteen suhde on esiintyvillä kaasunvirtausnopeuksilla siten valittu, että kaasunvirtaus irtoaa kaarevasta ohjauspinnasta olennaisesti ennen sen jättöreunaa.

Seuraavassa luetellaan keksinnön mukaisen alipainesuuttimen etuja tunnettuihin suuttimiin verrattuna: - turbulenssi ja lämmönsiirto kaasuvirtauksesta rainaan on suurempi - kylmän ilman ejektoltuminen edellisen suuttimen poistotilasta on vähäisempää, koska rainaan nähden kohtisuora nopeuskomponentti toimii esteenä - rainan ja suuttimen kantopinnan välinen etäisyys on suurempi, jolloin kantopintakosketuksen vaara pienenee.

Kun keksinnön mukaisesti suutinrako järjestetään avautumaan virtauksen tulosuunnassa ennen kaarevaa ohjauspintaa, niin tällöin virtaus seuraa edellä mainittujen tutkimustulosten mukaisesti n. 45-70° kaarevaa ohjauspintaa, joten se irtoaa siitä huomattavasti ennen ohjauspinnan jättöreunaa. Täten kaasunvirtauksen nopeusvektorilla on sen irtoamiskohdassa huomattavan suuri rainaan nähden kohtisuora nopeuskomponentti, mistä on seurauksena se keksinnön kannalta olennaisen tärkeä vaikutus, että turbulenssi paranee rainan ja kaasun virtauksen välisessä rajakerroksessa ja täten lämmönsiirtokerroin kasvaa.

On myös tunnettua, että virtauksen turbulenssiaste kasvaa suutinraosta purkautumisen jälkeen etäisyyden kasvaessa. Näin ollen saavutetaan keksinnön mukaisesti rainasta etäännetyllä suutime11a tunnettuihin suuttimiin nähden 5 68723 korkeampi turbulenssiaste rainan pinnassa, mistä on seurauksena myös tästä syystä lämmönsiirtokertoimen kasvu. Mainitusta rainaan nähden kohtisuorasta nopeuskomponentista on seurauksena myös se etu, että kylmemmän ilman ejek-toituminen edellisestä poistotilasta pienenee ja täten kasvaa myös rainan ja kaasuvirtauksen välinen lämpötilaero. Näin ollen keksinnön mukaisella järjestelyllä on edullinen vaikutus molempiin lämmönsiirtokykyyn vaikuttaviin tekijöihin, siis sekä lämmönsiirtokertoimeen että lämpötilaeroon.

Kaasusuihkun suuttimen pinnasta irtoamisen positiivista vaikutusta voidaan edelleen tehostaa kiihdyttämällä kuivattavan väliaineen virtausta kantopinnan ja rainan välisessä tilassa. Tämä kiihdytys aikaansaadaan sopivasti pienentämällä väliaineen virtauspoikkipinta-alaa mainitussa tilassa poikkeuttamalla kantopintaa rainan kulkusuunnasta pienellä kulmalla. Kokeellisesti on havaittu etua saavutettavan kun kulma on välillä 0,5-10°.

Tärkeänä etuna keksinnössä on myös se, että rainan ja suuttimen kantopinnan välinen etäisyys saadaan suuremmaksi, vieläpä niin, että se tulee olennaisesti noin puoleksi siitä etäisyydestä, joka konstruktiivisesti on edullista saada aikaan käytettäessä kaksipuolista puhallusta kantopintojen välille.

Tämä on omiaan lisäämään rainan stablilisuutta ja vähentämään sen kosketus-vaaraa suuttimen kantoplntoihin.

Keksinnön tarjoamana konstruktiivisena etuna voidaan vielä mainita se, että kun suutinrako sijoitetaan ennen kaarevaa ohjauspintaa eikä sen alueelle, saadaan suutinrako rajoittumaan tasomaisiin pintoihin ja täten suutinraon leveys hyvin tasaiseksi rainan poikklsuunnassa. Tästä on seurauksena se etu, että suutinraon pinta-alan epätasaisesta jakautumisesta aiheutuvat virtauksen epätasaisuudet ja siitä johtuvat lämmönsiirtokyvyn vaihtelut saadaan vähäisiksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, johon keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu.

Kuvio 1 esittää useista peräkkäisistä suuttimista muodostuvaa leijukuivatinta rainan kulkusuuntaan nähden sivulta katsottuna polkkllelkkauskuvantona.

68723 6

Kuvio 2 esittää poikkileikkauskuvantona keksinnön mukaisen suuttlmen yläosaa ja sen geometrian keksinnön kannalta tärkeitä parametreja.

Kuvio 3 esittää aksonometrisenä kuvantona suuttimen erästä esimerkkitoteu-tusta.

Kuvion 1 mukaisesti leijukuivatin muodostuu peräkkäisistä suuttimista 10a,10b, 10c,lOd jne. Suutin 10 muodostuu kotelorakenteesta 12, jossa kuvion 2 ja 3 mukaisesti on takaseinämä 12a, pohjaseinämä 12b, etuseinämä 12c, kaareva ohjausosa 12d sekä kansiosa 12e ja etulevystä 13. Suutin 10 rajaa sisälleen tilan 11. Kansiosan 12e yläpintaa nimitetään kantopinnaksi 20.

Kuivauskaasu johdetaan kanavasta 14 tilaan 11 ja sieltä kuvioiden 2 ja 3 mukaisesti virtauksena a etulevyssä 12c olevien virtausaukkojen 16 kautta etuseinämän 12c ja etulevyn 13 väliseen tilaan 15, joka jatkuu suutinrakona 16. Suutinraon 16 kautta purkautuu kuivauskaasujen virtaus b rainan Y ja kantopinnan 20 väliseen tilaan. Kantopinnan 20 jälkeen virtaus kääntyy nuolen C suuntaan suutinten 10 väleihin 21 ja edelleen kaasujen poistokanavaan (ei esitetty). Edellä mainitut virtauskentät stabiloivat rainan Y tietylle etäisyydelle H kantopinnasta 20.

Vaikka kuviossa 1 on suuttimia 10 esitetty sijoitetuksi vain rainan Y toiselle puolelle, niin on korostettava sitä, että keksinnön mukaista suutin-rakennetta voidaan soveltaa myös sellaisissa leijukuivattimissa, joissa rainan molemmin puolin on sijoitettu suuttimia.

Kuvion 2 mukaisesti suutinraon 16 leveyttä on merkitty W:llä ja suutlnrako 16 avautuu tasossa B suutinkammlon etuseinämälle 12c. Tasosta B jatkuu suutln-kammion etuseinämä 12c olennaisesti tasomaisena tasolle C, josta alkaa suu-tinkammion kaareva ohjauspinta 12d, joka jatkuu kohtaan E, mistä alkaa suu-tinkammion tasomainen kansiosa 12e. Virtausta suutinkammlon seinämän tasomaisella osalla tasojen B ja C välillä, jota kuvion 2 mukaisesti merkitään janalla s ja sitä seuraavalla sektorilla , on havainnollistettu katkoviivoin piirretyin nuolin. Coanda-ilmiöön perustuen suutinraosta 16 purkautuva virtaus seuraa kaarevaa ohjauspintaa 12d sektorilla , joka edellä esitetyn mukaisesti vaihtelee välillä 45°...70°. Täten tason D kohdalla virtaus irtoaa kaarevasta ohjauspInnasta 12d tilanteessa, jossa virtauksen 68723 7 nopeusvektorilla v on huomattavan suuri ralnaan Y nähden kohtisuora nopeus-komponentti v . Luonnollisesti, jos kulma on suurempi kuin 45°, on virtauksen rainan Y suuntainen nopeuskomponentti vg suurempi kuin siihen nähden kohtisuora nopeuskomponentti v .

Kuvion 2 mukaisesti muodostaa kantoplnta 20 rainan Y kulkutason kanssa pienen kulman cX. . Keksinnön mukaisesti voi kulman C* suuruus vaihdella rajoissa 0,5-10°. Sopivimmin kulman c< suuruus on n. 2°. Kulman <·Χ johdosta tulee kaarevan ohjauspinnan 12d ulottuvuus pienemmäksi kuin 90° sellaisissa rakenteissa, joissa suutinkammion etuseinämä 12c on kohtisuorassa rainan Y kulku-tasoon nähden, mikä ei keksinnön mukaisesti kuitenkaan ole mitenkään välttämätöntä. Kuvion 2 merkinnöin </ + » 90° kun seinämä 12c on kohtisuorassa rainan Y kulkutasoon nähden. Suutinraon jälkeisen tasomaisen osan s suuruus voi vaihdella. Eräänä edullisena mitoitusesimerkkinä esitetään, että 2 ' s & R. Olennaisesti pienempääkin mittaa s voidaan käyttää eräissä tapauksissa. Kuvion 2 mukaista merkittyä rainan Y ja kantoplnnan 20 välistä keskimääräistä etäisyyttä H saadaan ennestään tunnettuihin suutinrakenteislin nähden olennaisesti suurenemaan niin, että H c* 4...6 mm.

Keksintö ei kuitenkaan mitenkään rajoitu edellä vain esimerkin vuoksi selostettuihin yksityiskohtiin, vaan on seuraavissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen mukainen.

Claims (4)

68723

1. Leijukuivattimen suutin, jolla kuivatettavaan ralnaan (Y) kohdistetaan kuivattava ja kannattava allpaineinen kaasuvlrtaus (b) ja joka suutin (10) käsittää suutinkotelon (12), jonka toisella sivulla on suutinrako (16), joka rajoittuu toisaalta virtauksen etulevyyn (13) ja toisaalta suutinkammion etu-seinämään (12c), joka jatkuu kaarevana virtauksen ohjauspintana (12d) ja edelleen kansiosana (12e), tunnettu siitä, että suutinrako (16) sijaitsee sinänsä tunnetusti kaasun vlrtaussuunnassa ennen kaarevan ohjauspinnan (12d) tuloreunan tasoa (C) ja että suutinraon leveyden (W) ja mainitun ohjauspinnan kaarevuussäteen (R) suhde on esiintyvillä kaasunvirtausnopeuksilla (v) siten valittu, että kaasunvirtaus irtoaa kaarevasta ohjauspinnasta (12d) olennaisesti ennen sen jättöreunaa (E).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen leijukuivattimen suutin, tunnettu siitä, että rainan (Y) kulkutaso ja suuttimen kantopinta (20) muodostavat pienen, rajoissa 0,5...10° olevan, sopivimmin n. 2°:n suuruisen kulman (oO.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen leijukuivattimen suutinrakenne, tunnettu siitä, että suutinraon lähtötason (B) etäisyys (s) kaarevan ohjauspinnan (12d) etureunasta (c) on suuruusluokaltaan n. puolet kaarevan ohjauspinnan (12d) kaarevuussäteestä (R).

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen leijukuivattimen suutin, tunnettu siitä, että suutinraon leveyden (W) suhde ohjauspinnan kaarevuus-säteeseen (R) on sellainen, että käytettävillä kaasunvirtausnopeuksilla virtaus irtoaa kaarevasta ohjauspinnasta (12d) kulmassa {f 45-70°, joka kulma (if) on olennaisesti pienempi kuin kaarevan ohjauspinnan (12d) keskuskulma (/»·