NO336439B1 - Fremgangsmåte og anordning for varmeherding og stabilisering av tekstiler anvendt i papirfremstillingsmaskiner - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte og anordning for varmeherding og stabilisering av tekstiler anvendt i papirfremstillingsmaskiner.

Bakgrunn

Dagens papirfremstillingsprosesser omfatter normalt følgende hovedprosesstrinn:

- massetilvirkning; separere cellulosefibre i trematerialet fra hverandre for å danne frie cellulosefibre suspendert i en væskefase, - papirvelling; overføre cellulosefibrene til en vannfase og tilsette papirdannende tilsetningsstoffer så som for eksempel fyllstoff, limingsmiddel, fargestoff etc. for å danne papirvellingen, - papirforming; spre og fordele papirvellingen utover en formingstekstil for å drenere vannet fra vellingen og danne en papirhane, - papirpressing; kompaktere og konsolidere papirbanen ved å presse den for å fjerne vann fra papirbanen, og - overflatefinish; tørke og ferdigstille papiret ved for eksempel belegning, kalandrering, konvertering etc.

Formålet med papirpressingen er å fortsette dreneringen av vann initiert i papirformingstrinnet, gi papiroverflaten en tekstur og konsolidere papirbanen. Dette oppnås vanligvis ved å overføre papirbanen etter papirformingstrinnet fra formings-tekstilen til en pressfilt (også kjent som presstekstil) som bærer papirbanen inn i en press-seksjon i papirfremstillingsmaskinen. I press-seksjonen vil papirbanen som er understøttet av pressfilten, bli sendt en eller flere ganger gjennom en pressnippe dannet mellom to pressvalser som klemmer vann ut av papirbanen og inn i pressfilten, og komprimerer papirbanen for å konsolidere den og påføre en overflatetekstur.

Papirbanen er skjør og nokså fuktig med typisk innhold på rundt 20 vekt% fiber og 80 vekt% vann etter formingstrinnet. Dette stiller et sett krav til egenskapene til pressfilten så som for eksempel å beskytte arket mot strekk eller oppriving under presstrinnet i den ene eller flere passeringer gjennom pressnippene, fremskaffe den ønskede tekstureringen av papirbanens overflate men unngå uønsket preging, inneha den nødvendige vannabsorberingskapasiteten og være i stand til å holde på vannet som klemmes ut av papirbanen under pressingen osv. I tillegg krever behovet for lang levetid og utmerket papirkvalitet at pressfilten har er bestandig mot strekking, deformering under kompaktering, slitasje, og varme- og kjemisk aktivitet forbundet med press-seksjonen i papirfremstillingsmaskiner.

For å oppnå alle disse egenskaper er pressfilter vanligvis satt sammen av to komponenter, en lastbærende grunntekstil og et lag batt festet til grunntekstilen. Konvensjonelle pressfilter i bruk i dag er vanligvis lagd av en eller flere lag syntetiske mono- eller multifilamenttråder vevd sammen til konvensjonelle endeløst vevde utforminger, flatvevde lagdelte utforminger (laminerte tekstiler), eller sømtekstiler (eng: seam fabric). Batten festes til grunntekstilen ved nåling eller annen egnet metode.

Kjent teknikk

Før den produserte pressfelten blir sendt ut til kundene og installert i en papirfremstillingsmaskin blir den utsatt for en varmebehandling for å varmeherde trådene i den vevde grunntekstilen. Varmebehandlingen utføres vanligvis i kombinasjon med et vasketrinn for å fjerne oljerester fra trådenes overflater etter vevingen. Varmeherdingen av pressfilten vil forbedre tekstilens skjærmodul og dimensjonsstabilitet til grunntekstilen, og medføre stressreduksjon i den vevde strukturen.

Fra Sabit Adanur [1] er det kjent en apparatur og fremgangsmåte for å varmeherde en pressfilt som omfatter to valser over hvilke den endeløse pressfilten som skal behandles monteres. En valse er en strekkvalse med justerbar posisjonering av dens rotasjonsakse for å påføre et strekk i pressfilten og den andre valsen er utstyrt med midler for å varme opp valsen til en temperatur hvor trådene i grunntekstilen blir mykere, normal rundt 160 - 180 °C. The oppvarmede valsen vil overføre varme til det areal av pressfilten som er i kontakt med valsen slik at trådene til grunntekstilen blir varmeherdet ved gjentatte passeringer over den oppvarmede valsen som en følge av den kombinerte virkningen til den anvendte temperaturen og strekket.

Et problem med denne fremgangsmåte er at siden varmeherdingen av pressfilten er en satsvis prosess som behandler en pressfelt av gangen, er det nødvendig å avkjøle varm valsen etter å ha behandlet en pressfilt for å muliggjøre demontering og fjerning av den varmeherdete pressfilten og å montere opp en neste pressfilt som skal behandles. Dette gir at varmvalsen blir intermitterende oppvarmet og avkjølt mellom dens driftstemperatur for varmeherding og for fjerning/påmontering pressfilter. Grunnet valsens store masse, ofte rundt 20 metriske tonn, medfører den intermitterende oppvarmingen og avkjølingen en betydelig energibyrde.

En annen faktor som bidrar til energibyrden er at pressfilten fuktes av en vannsprut før varmeherdingen for å mykgjøre fibrene i trådene til grunntekstilen og for å fjerne rester fra trådenes overflater etter vevingen. Vannspruten medfører imidlertid et overskudd av vann på grunn av hel eller delvis metning av hulromsandelen til battlaget med flytende vann, slik at en betydelig andel av det påførte vannet må fjernes ved fordamping for å tørke pressfilten før varmeherdingen. Dette problem blir forsterket av den relativt store hulromsandelen i battlag som medfører en dårlig varmeoverføringshastighet fra overflaten til den oppvarmede varmvalsen til battlaget til pressfilten. En maskin med oljeoppvarmede valse(r) vil typisk forbruke rundt 1000 kWh med energi for å varmeherde en pressfilt av typisk størrelse (bredde 14 m og lengde 30 m), og prosessen vil ta rundt 2 timer.

Fra DE 199 41 593 er det kjent en teknisk tekstil beregnet for bruk i papirfremstillingsmaskiner og som er lagd av enkelttvunnede syntetiske tråder. De enkelttvunnede trådene, som kan være lagd av polyamid, blir varmebehandlet for å varmeherde spinnet før de blir anvendt i tekstilet. Varmeherdingen involverer temperaturer i området fra 70 til 240 °C, og varmen kan tilføres i form av varmluft, varmtvann eller damp.

Fra US 4 718 257 er det kjent en fremgangsmåte og apparatur for kondisjonering av kabler eller flettverk lagd av syntetiske fibre ved hjelp av damp, nærmere bestemt filamenter og fibre av akrylnitrilpolymerer med minst 40 vekt% akrylnitrilenheter, eventuelt etter krymping. Problemet som søkes løst er å fremskaffe en egnet kondisjoneringsapparatur for den kontinuerlige tørrspinningsprosessen som stabiliserer krympingen, reduserer sammentrekningen forårsaket av strekkeprosessen, og som fjerner restmengder av spinneløsemiddelet. Målsetningen oppnås, i en damptett kondisjoneringsapparatur, ved at det syntetiske fibermaterialet på et roterende perforert belte blir utsatt for damp superopphetet i minst to trinn til en temperatur mellom 105 og 150 °C og at det er en oppholdstid i kondisjonerings-innretningen på mer enn 3 minutter.

GB 844 320 omtaler en apparatur for fullstendig forkrymping og damping av en tekstil, spesielt strikket tekstil, før produksjon av sluttprodukter av denne, så som strikkevarer. Apparatet for damping og forkrymping av tekstiler før produksjon av sluttprodukter av denne omfatter i kombinasjon en første dampbehandlingsenhet, en første tørkeenhet anordnet til å motta tekstilen fra første dampbehandlingsenhet, en andre dampbehandlingsenhet anordnet til å motta tekstilen fra den første tørke-enheten, en andre tørkeenhet anordnet til å motta tekstilen fra den andre damp-behandlingsenheten og oppvarmingsmidler forbundet med den andre tørkeenheten. Driften av apparaturen i henhold til oppfinnelsen inkluderer i hovedsak å passere tekstilen som har blitt utsatt for virkningen av for eksempel en konvensjonell dampkalander over en første tørkeenhet ved ordinær temperatur and deretter dampbehandle tekstilen en gang til og til slutt tørke den dampbehandlede tekstilen ved hevet temperatur i den andre tørkeenheten.

WO 01/36547 omtaler en fremgangsmåte og apparatur for tørking av en våt papirhane liggende på et gassugjennomtrengelig endeløst belte. Tørkingen oppnås ved at superhetet damp oppvarmet til en temperatur i området 200 - 600 °C blåses ned mot papirbanen slik at den varmes opp og dets vanninnhold fordamper.

US 4 753 015 omtaler en fremgangsmåte og apparatur for varmebehandling av en filt som er oppspent over to valser ved å blåse varmluft gjennom filten når den passerer gjennom en varmesone. Varmesonen dannes av en boks i kontakt med en side av filten og som blåser ut varmluft som dermed tvinges til å strømme gjennom filten. Dette sikrer en homogen oppvarming av filten i hele dens bredde.

Oppfinnelsens målsetning

Hovedmålsettingen med foreliggende er å fremskaffe en energieffektiv og mindre tidkrevende fremgangsmåte for å varmeherde en tekstil med forbedret kontrollerbarhet over prosessen og som gir økt produktkvalitet.

En annen målsetning med oppfinnelsen er å fremskaffe en apparatur for utøvelse av fremgangsmåten.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse er basert på erkjennelsen at damp er et utmerket medium for samtidig overføring av varme og fuktighet til fibrøse materialer slik at ved først å anvende mettet damp til å forvarme og fukte fibrene og trådene i tekstilen og deretter å anvende overhetet damp til å oppnå den påkrevde fuktighet og temperatur til trådene i tekstilen, kan den påkrevde varmeherding og kondisjonering av fibrene i tekstilen oppnås ved betydelig mindre energiforbruk og betydelig kortere prosesseringstid enn hva kjente fremgangsmåter oppnår.

I et første aspekt gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte for å varmeherde en tekstil med lengde A og bredde B, A > B, hvor fremgangsmåten omfatter: - passere tekstilen i langsgående retning over et første og andre bæreelement plassert i avstand C fra hverandre, hvor C < A, og - påføre tekstilen en strekkraft i langsgående retning mens den henger mellom det første og andre bæreelementet,

hvor fremgangsmåten ytterligere omfatter:

- utsette en første sone av tekstilen lokalisert mellom de to støtteelementene, hvor den første sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, for en strøm av mettet damp med et trykk fra 101,4 til 120,0 kPa og temperatur fra 100 til 130 °C som sendes gjennom den delen av tekstilen som befinner seg i den første sonen, og - utsette en andre sone av tekstilen lokalisert nedstrøms for den første sonen og mellom de to støtteelementene, hvor den andre sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, for en strøm av overhetet damp med et trykk fra 101,4 til 120,0 kPa og temperatur fra 160 til 200 °C som sendes gjennom den delen av tekstilen som befinner seg i den andre sonen.

I et andre aspekt gjelder oppfinnelsen en innretning for å varmeherde en tekstil med lengde A og bredde B, A > B, hvor innretningen omfatter:

- et første (2a) og andre (2b) støtteelement plassert i avstand C fra hverandre,

hvor C < A, og

- et bevegelses- og strekkesystem som kan passere tekstilen i langsgående retning over støtteelementene med kontrollert hastighet og strekk,

karakterisert vedat innretningen ytterligere omfatter:

- en første dampboks (3) som omslutter tekstilen i en første sone lokalisert mellom de to støtteelementene, hvor den første sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, og hvor den første dampboksen omfatter: - et innløp (4) for injisering av mettet damp ved en første ende av den første dampboksen som vender mot en plan overflate til tekstilen, - et utløp (5) for uttak av kondensat og brukt damp i en andre ende motstående til den første enden til dampboksen, og - en åpning (6) med fleksibel forsegling (7) på hver av to motstående sidevegger til den første dampboksen som tillater tekstilen å passere gjennom det indre av den første dampboksen mellom innløpet (4) og

utløpet (5),

og

- en andre dampboks (10) som omslutter tekstilen i en andre sone lokalisert nedstrøms for den første sone og mellom de to støtteelementene, hvor den andre sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, og hvor den andre dampboksen omfatter: - et innløp (11) for injisering av overhetet damp ved en første ende av den andre dampboksen som vender mot en plan overflate til tekstilen, - et utløp (12) for uttak av brukt damp i en andre ende motstående til den første enden til dampboksen, og - en åpning (13) med fleksibel forsegling (14) på hver av to motstående sidevegger til den første dampboksen som tillater tekstilen å passere gjennom det indre av den første dampboksen mellom innløpet (11) og utløpet (12).

Som brukt heri, betyr begrepet «tekstil» et hvilket som helst papirfremstillings-maskinklede anvendt i formingsdelen av papirfremstillingsmaskinen, og kan inkludere for eksempel formingstekstiler, pressfilter, tørkefilter etc. Tekstilen kan være vevd, strikket, ikke-vevd eller annen kjent eller tenkbar tekstil egnet for bruk i papirformingsseksjonen i en papirfremstillingsmaskin. Tekstilen er vanligvis formet som en rektangulær duk med lengde A og bredde B og kan være enkeltlags, tolags eller et hvilket som helst annet antall lag egnet for bruk i kjente og tenkbare papirfremstillingsmaskiner.

Begrepet «passere tekstilen i langsgående retning over et første og andre

bæreelement» som brukt heri betyr at tekstilen beveges over hele dens lengde fra en første ende til den motstående enden over disse to bæreelementene. Dermed vil hele tekstilen, i det minste nesten hele tekstilen, bli utsatt for å bli opphengt under et vist strekk mellom de to bæreelementene og dermed eksponert for dampbehandlingen i

den første og andre sonen. Begrepet «langsgående retning» som anvendt heri betyr en retning som er parallell med den korteste avstanden mellom de to bæreelementene. Begrepet «endeløst belte» som brukt heri referer til tekstilen i tilfeller

hvor den er lukket i seg selv og former et flatt belte som kan monteres over et par valser. I dette tilfellet vil valsene utgjøre bæreelementene. Hastigheten til tekstilen i langsgående retning kan være i området fra 0,1-1,0 m/s, alternativt fra 0,1 - 0,8 m/s, fra 0,2 - 0,7 m/s, eller 0,2 - 0,5 m/s.

Som brukt heri betyr begrepet «første sone» et virtuelt plan i umiddelbar nærhet over og i parallell med den ytre plane overflaten til tekstilen som er opphengt mellom de to bæreelementene. Det virtuelle planet til den første sonen kan med fordel ha et mer eller mindre rektangulært tverrsnitt som dekker en viss lengde (i langsgående retning) og minst hele bredden B (for å tillate tekstilen å passere gjennom sonen) til tekstilen som er opphengt mellom de to bæreelementene. Posisjonen til det virtuelle planet som utgjør den første sonen er fiksert i forhold til de to bæreelementene slik at når tekstilen settes i bevegelse i langsgående retning, vil en seksjon av beltet kontinuerlig passere gjennom området under det virtuelle planet som utgjør den første sonen. I praksis vil den første sonen være den del av tekstilen som er inne i den første dampboksen.

Som brukt heri betyr begrepet «andre sone» et virtuelt plan i umiddelbar nærhet over og i parallell med den ytre plane overflaten til tekstilen som er opphengt mellom de to bæreelementene. Det virtuelle planet til den andre sonen kan med fordel ha et mer eller mindre rektangulært tverrsnitt som dekker en viss lengde (i langsgående retning) og minst hele bredden B (for å tillate tekstilen å passere gjennom sonen) til tekstilen som er opphengt mellom de to bæreelementene. Posisjonen til det virtuelle planet som utgjør den andre sonen er fiksert i forhold til de to bæreelementene slik at når tekstilen settes i bevegelse i langsgående retning, vil en seksjon av tekstilen kontinuerlig passere først gjennom området under det virtuelle planet som utgjør den første sonen, ut av denne sone og deretter gjennom området under det virtuelle planet som utgjør den andre sonen. I praksis vil den andre sonen være den del av tekstilen som er inne i den andre dampboksen.

Begrepet «mettet damp» som brukt heri betyr en gassholdig fase av vann i likevekt med opphetet vann, dvs. damp som ikke er varmet opp over kokepunktstemperaturen til vann ved det aktuelle trykk. Temperaturen til mettet damp ved det omgivende atmosfæretrykket vil derfor være nær 100 °C og kan være opp til 130 °C, alternativt i et av de følgende områdene; 110 - 120 °C, 105 - 115 °C, og 105 - 110 °C. Trykket til den mettede dampen kan være i et av de følgende områdene; 101,4 to 120,0 kPa, 101,4 to 115,0kPa; 101,5 to 110,0kPa, og 101,5 to 105,0 kPa, hvor enheten kPa er 10<3>Pascal. Mettet damp vil umiddelbart danne kondensert vann på en hvilken som helst overflate som har en temperatur under vannets kokepunkt ved det aktuelle trykk.

Begrepet «overhetet damp» som brukt heri betyr damp som har en høyere temperatur enn kokepunktstemperaturen til vann ved det aktuelle trykk. Overhetet damp vil derfor være undermettet og kan normalt ikke danne kondens ved kontakt med en overflate. Overhetet damp vil i stedet tendere til å fordampe vann på den eksponerte overflaten. Overhetet damp kan derfor benyttes til å samtidig justere fuktighetsinnholdet i tekstilen og å varme opp fibrene i grunntekstilen til den nødvendige temperaturen for å oppnå varmeherding. Den nødvendige temperaturen for å oppnå varmeherding vil avhenge av hvilket materiale trådene i grunntekstilen er lagd av, men vil for konvensjonelle pressfilter som anvendes i dag være i et av de følgende områdene; 160 - 200 °C, 170- 190 °C, and 175 - 185 °C. Det kan og tenkes å anvende overmettet damp utenfor disse temperaturområder om det benyttes tekstiler med tråder som trenger en varmeherdingstemperatur utenfor disse områdene. Trykket til den overhetede dampen kan være i et av de følgende områdene; 101,4 to 120,0 kPa, 101,4 to 115,0kPa; 101,5 to 110,0kPa, og 101,5 to 105,0 kPa, hvor enheten kPa er 10<3>Pascal.

Tekstilen vil ha en temperatur relativt nær omgivelsenes lufttemperatur når den entrer den første sonen, og har dermed en temperatur betydelig lavere enn kokepunktet til vann. Dette medfører at mettet damp som kommer i kontakt med overflaten til fibrene til tekstilen kondenserer inntil at fibrene er varmet opp til vannets kokepunkttemperatur. Varmeenergien som trengs for å varme opp fibrene til vannets kokepunkttemperatur er vanligvis tilstrekkelig til å danne en film av fritt vann på fibrenes overflate som vil ha en fuktingseffekt på fiberoverflaten og en smøringseffekt som vil redusere kreftene som trengs for å strekke og stabilisere tekstilen. Vannabsorbsjonen vil også mykgjøre fibrene og ytterligere bidra til å redusere den påkrevde strekkraften.

En fordel med å anvende mettet damp til å fukte og varme opp tekstilen er at varmeoverføringen fra en mettet dampfase til en fast fase (fibrene) er meget rask og effektiv, og at dampen trenger lett inn i tekstilen og strømmer gjennom fiberlagene og når dermed fibrene i alle lag i tekstilen effektivt. Den mettede dampen vil dermed varme opp tekstilen inne i den første sonen på en langt raskere og mer energieffektiv måte enn tidligere kjente løsninger basert på å benytte varmvalser for oppvarming.

En ytterligere fordel med å anvende mettet damp er at energien som trengs for å varme opp fibrene til kokepunktet ofte er tilstrekkelig til å medføre overskudds-kondensasjon av damp som danner en vannstrøm gjennom tekstilen i den første sonen. Denne vannstrøm vil, på grunn av den kombinerte effekten av den relativt varme temperaturen og strømmende vann, danne en skylleffekt som renser fibrenes overflate for smørerester fra produksjonen av fibrene (fiberekstruderingen). Denne skylleeffekt kan i en alternativ utføring av oppfinnelsen forsterkes ved å inkludere en tilleggsdusj av mettet damp fra et sett dyser lokalisert over tekstilen i den første sonen for å sikre at praktisk talt hver eneste fiber varmes opp til vannets kokepunkt og blir maksimalt fuktet av kondensert damp.

I tilfeller hvor en behandler pressfilter vil fibrene både i battlaget og i grunntekstilen til pressfilten ha en temperatur like under vannets kokepunkt (ved det aktuelle trykk) og være mettet på fuktighet når den forlater den første sonen. Det kan være fordelaktig å inkludere et tykkelseskomprimeringstrinn av f ib er struktur en i pressfilten som et første elastisitetsbehandlingstrinn før entring av den andre sonen og strekkeprosessen (varmeherdingen). Denne komprimering kan i en alternativ utføring oppnås ved et par pressvalser plassert nedstrøms for den første sonen og oppstrøms for den andre sonen, dvs. mellom de to dampbehandlingstrinnene.

Fuktighetsinnholdet til tekstilen etter at den har forlatt den første sonen er normalt høyere enn nødvendig, både med hensyn på smøreeffekten under varmeherdingen og med hensyn på kundespesifikasjoner på den ferdige tekstilen. Det er derfor nødvendig å redusere fuktighetsinnholdet før behandlingen av tekstilen avsluttes. Det unødvendig høye fuktighetsinnholdet er ikke et trekk kun forbundet med fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse. Tidligere kjente fremgangsmåter basert på bruk av varmvalser involverer fukting av tekstilen ved hjelp av flytende vann som resulterer i et større overskudd av fuktighet enn i foreliggende fremgangsmåte. Dermed vil bruk av mettet damp for å varme opp og fukte fibrene utgjøre en fordel over kjent teknikk ved at dette gir energibesparelse i form av redusert behov for fordamping av overskuddsvann fra tekstilen.

En ytterligere fordel med denne oppfinnelse kommer ved å fordampe overskuddsvann fra fiberoverflatene ved å benytte en strøm av overhetet damp som sendes gjennom tekstilen. Dette trekket gir en effektiv og rask mekanisme for samtidig fordamping av overskuddsvann og oppvarming til varmeherdingstemperaturen av praktisk talt samtlige fibre i samtlige lag som befinner seg i den andre sonen som følge av at den overhetede dampen trenger inn i tekstilen.

Den overhetede dampen vil i praksis bli kjølt ned til eller nært til dens metnings-temperatur under passeringen gjennom tekstilen i den andre sonen. Dette gir en fordel ved at en enkelt dampforsyning kan anvendes for å forsyne overhetet damp til den andre sonen (andre dampboks) og deretter gjenbruke dampen som mettet damp i den første sonen (første dampboks). Dette kan oppnås ved å forbinde utløpet for brukt damp fra den andre sonen (andre dampboks) med innløpet for damp til den første sonen (første dampboks).

Det kan være en fordel å inkludere midler for å overvåke/måle temperaturen til tekstilen inne i og/eller som forlater den andre sonen, og å anvende temperaturinformasjonen til å regulere matehastigheten og/eller temperaturen til den overhetede dampen som sendes til den andre sonen (andre dampboks). Det er forestilt å inkludere varmevekslere eller hvilket som helst annet kjent eller tenkbart middel for å regulere temperaturen til den overhetede dampen som sendes gjennom det endeløse beltet ved den andre sonen. Det kan også være en fordel å inkludere midler for å overvåke fuktighetsinnholdet i tekstilen som forlater den andre sonen og midler for å regulere matehastigheten og temperaturen til den overhetede dampen i henhold til det målte fuktighetsinnholdet. Denne regulering kan utføres i henhold til behovet for både den korrekte varmeherdingstemperaturen og fuktighetsinnhold.

Oppfinnelsen kan også inkludere en konvensjonell endelig overflatebehandling av tekstilen ved for eksempel å benytte et sett oppvarmede pressvalser nedstrøms for den andre sonen. Disse valser kan med fordel varmes opp fra samme forsynings-kilde for overhetet damp som forsyner den andre sonen med damp.

En fordel med oppfinnelsen er at den kan enkelt implementeres med eksisterende infrastruktur/innretninger for varmeherding av tekstiler ved at den mekaniske utformingen av de forskjellige komponentene til innretningen i henhold til det andre aspekt av oppfinnelsen er mer eller mindre lik tidligere anvendt utstyr for avsluttende tekstbehandlingsmaskiner. Det nye konseptet vil dermed ikke representere nye utfordringer med hensyn på den mekaniske utformingen til den komplette maskinen, med unntak av dampboksene og deres tilleggsutstyr.

Liste over figurer

Figur 1 er et skjematisk riss av et første utføringseksempel av oppfinnelsen sett fra siden. Figur 2 er et skjematisk riss av et andre utføringseksempel av oppfinnelsen sett fra siden. Figur 3 er et skjematisk riss av et tredje utføringseksempel av oppfinnelsen sett fra siden.

Utføringseksempler av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vil beskrives i større detalj under henvising til utføringseksempler på varmeherding av pressfilter. Dette skal imidlertid ikke forstås som en avgrensing av oppfinnelsens omfang til kun å gjelde pressfilter, foreliggende oppfinnelsen kan i prinsippet behandle enhver form for tekstil.

Første utføringseksempel

Oppfinnelsen i henhold til det andre aspekt er skjematisk illustrert i figur 1, hvor referansenummer 1 referer til pressfilten som er hengt opp under en strekkspenning over to støtteelementer 2a og 2b, vist skjematisk som triangler. Tekstilen settes i bevegelse i retningen som angitt av den store pilen. Tekstilen vil på grunn av dens roterende bevegelse entre første dampboks 3 via åpning 6 som er gjort hovedsakelig gasstett ved fleksibel forsegling 7, og forlate dampboks 3 via åpning 8 med fleksibel forsegling 9. Dampboksen 3 har i en første ende som vender mot den ytre siden til tekstilen et innløp for innføring av mettet damp som tvinges til å passere gjennom tekstilen som befinner seg inne i dampboksen og videre til utløp 5 i motsatt ende av den første dampboksen i forhold til den første enden. Etter å ha forlatt den første dampboksen 3, vil tekstilen entre den andre dampboksen 10 via åpningen 13 med fleksibel forsegling 14 og forlate den andre dampboksen via åpning 15 med fleksibel forsegling 16. Dampboksen 10 har i en første ende som vender mot den ytre siden til tekstilen et innløp 11 for innføring av overhetet damp som tvinges til å passere gjennom den del av tekstilen som befinner seg inne i dampboksen og videre til utløp 12 i motsatt ende av den andre dampboksen i forhold til den første enden.

I figur 1 er innløpene og utløpene til begge dampbokser lokalisert slik at dampen strømmer ned på den ytre overflaten til tekstilet, videre gjennom det og forlater tekstilet fra dets indre overflate. Dette er ikke obligatorisk, dampen kan like gjerne strømme i motsatt retning. Det vesentlige trekket er at dampen tvinges til å strømme gjennom tekstilen fra den ene siden til den andre for å behandle samtlige lag i pressfilten.

Andre utføringseksempel

Et andre utføringseksempel av oppfinnelsen er vist i figur 2. I dette tilfellet er tekstilen en pressfilt 1 som er montert som et endeløst belte over to valser 2a og 2b. Det endeløse beltet settet i roterende bevegelse i retningen indikert av den store pilen. Det endeløse beltet vil på grunn av dets roterende bevegelse entre den første dampboksen 3 via åpning 6 som er gjort hovedsakelig gasstett ved hjelp av fleksibel forsegling 7, og forlate dampboks 3 via åpning 8 med fleksibel forsegling 9. Den første dampboksen 3 er identisk med første dampboks i utføringseksemplet vist i figur 1.

Den andre dampboksen 20 er imidlertid delt i en oppstrøms fuktighetsreduserende seksjon 30 og en oppvarmingsseksjon 29 ved hjelp av delevegg 27 og fleksibel forsegling 28 som separerer det indre rommet til dampboks 20 inn i to rom. Og som vist på figuren, er innløpet 21 for overhetet damp plassert for å forsyne den nedstrøms seksjonen 29 med overhetet damp som tvinges til å strømme gjennom det endeløse beltet i denne seksjonen og ned til nedre del 31 av dampboksen 20. Deretter blir dampen tvunget til å strømme gjennom det endeløse beltet en gang til, men nå gjennom den delen som er under den oppstrøms seksjonen 30 og videre gjennom nedstrøms seksjon 30 og inn i utløp 22.

Oppdelingen av den andre sonen inn i to seksjoner kan oppnås ved å ha både innløpet og utløpet ved samme ende av dampboksen forbundet til hvert sitt av to rom dannet ved å separere det indre rommet til dampboksen mellom innløpene og det endeløse beltet ved hjelp av en skillevegg orientert på tvers av beltes bevegelsesretning og som strekker seg fra enden av dampboksen ned til overflaten til det endeløse beltet. Skilleveggen kan med fordel ha en fleksibel forsegling ved enden som vender ned mot det endeløse beltet for å oppnå en hovedsakelig gasstett lukning mot det endeløse beltet.

Tredje utføringseksempel

Det tredje utføringseksemplet, vist skjematisk i figur 3, er en utføring basert på et konvensjonelt oppsett for rigging, rotering og strekking av pressfilten, hvor pressfilten 101 er montert slik at den danner et endeløst belte over to valser 102a, 102b. Valse 102b er utstyrt med en driverenhet med eksakt hastighets- og strekkspenningskontroll. Pressfilten holdes under en bestemt strekkspenning under varmebehandlingen, eller alternativt, regulert til spesifiserte lengder ved kontrollert strekkvalsebevegelse under rotasjonen av pressfilten. Den lineære hastigheten til pressfilten er typisk 1 m/s eller mindre. Valsene har ingen anordninger for oppvarming eller avkjøling. Den lineære banehastigheten og overhetings-temperaturen kan begge kontrolleres for justering av varmelasten og tørkehastigheten.

I dette utføringseksempel er den første og andre dampboksen 104, 105 forbundet via rørledning 103 slik at damp som forlater den andre dampboksen 105 kan anvendes som mettet dampforsyning til den første dampboksen 104 for oppvarming i to trinn ved mettet og superhetet damp. Den andre dampboksen er delt opp tre strømningsbaner, hvor første og andre bane er for tørking av veven og den tredje er for varmeherding, ved hjelp av to skillevegger 106 og 107. Mellom første og andre dampboks er det plassert et par kompakteringsvalser 108 for kompaktering pressfilten når den er fuktig og oppvarmet til ca. 100 °C.

Dampen forsynes fra en konvensjonell olje- eller gassfyrt kjel (ikke vist) for produksjon av mettet damp ved 10 bar trykk og 180 °C. Utløpsstrømmene fra dampboksene er både ren og forurenset kondensat, hvor førstnevnte er den største. Kontaminantene stammer først og fremst fra oppstrøms fiber og vevsproduksjon.

Den kalde pressfilten entrer fuktnings- og oppvarmingsseksjonen (første dampboks 104) hvor pressfilten oppvarmes ved damp fra andre dampboks 105. Dampen vil kondensere på fiberoverflatene og fukte overflaten og varme opp så lenge overflatetemperaturen er under 100 °C. Kondenserings- og oppvarmingsprosessen vil pågå til at 100 °C er oppnådd, fiberoverflaten er mettet og et lag med fritt vann er dannet. Varmeoverføringsprosessen er svært effektiv og vil hurtig varme opp veven til 100 °C. Kondensatfilmen vil fukte fiberoverflaten og smøre fibrene og redusere de nødvendige kreftene for å oppnå strekk og stabilisering av pressfilten. Vannabsorbsjon vil også medvirke til ytterligere reduksjon av den nødvendige strekk- og stabiliseringskraften.

Dampforsyningen til oppvarmingsseksjonen (første dampboks 104) blir hovedsakelig trukket ut fra tørkeseksjonen (andre dampboks 105) med en temperatur like over metning, dvs. «lett» overhetet. Den overhetede dampen vil bli avkjølt eller fuktet til metning ved hjelp av et kondensatdusjdysesystem 109. Innfanget luft vil ventileres ut ved toppen av første dampboks ved hjelp av gass-utløp 117. En skillevegg 115 er innsatt slik at en gren av kondensatdusjdysen 109 kan drive av luft fra pressfilten og transportere den opp til utløpet 117. Damptrykket i denne seksjonen er nær atmosfæretrykket (1.05 bar, tilsvarer 106 kPa) med et lite overtrykk for å unngå luftinntrenging. Forseglingslepper ved inngangen og utløpet vil minimalisere damptapet fra dampboksen. Kondensatet vil dreneres fra bunnskålen via en dampfelle og sendt til et behandlingssystem for skittent kondensat (ikke vist).

En viss tykkelseskompresjon av vevstrukturen kan være fordelaktig før eller i kombinasjon med strekkingsprosessen som en første elastisitetsbehandling av pressfilten. Denne kompresjon oppnås ved å kjøre pressfilten gjennom en pressnippe. Valsene 108 er lokalisert i passasjen mellom første og andre dampboks eller alternativt på innsiden av første eller andre dampboks. For den første opsjonen trengs det en annen type forsegling av dampboksen for å unngå damplekkasje. Dermed, etter passering gjennom den første dampboksen 104 vil pressfilten passere gjennom kompakteringsvalsene 108 og deretter entre første strømningsbane i den andre dampboksen 105 med en fuktig overflate og en temperatur nær dampmetning.

Den andre dampboksen 105 forsynes med overhetet damp ved omtrent 180 °C og

1.05 bar trykk for oppstart og trykkontroll via rørledning 112 som er utstyrt med en «Joule-Thomson»-ventil (JT-ventil). Under ordinær drift blir den andre dampboksen 105 forsynt med damp ved omtrent 180 °C og 1.05 bar trykk via rørledning 116 som er utstyrt med en «Joule-Thomson»-ventil (JT-ventil). Tørkedampens temperatur opprettholdes ved ribberørvarmeveksler 113 lokalisert i strømningsbane to. Tørkedampen sirkuleres gjennom pressfilten ovenfra, snus av bunnskålen og resirkuleres i strømningsbane en ved et lite overtrykk skapt av sirkuleringsviftene 114. Denne syklus (strømningsbaner en og to med varmeveksler) vil kontrollere tørkeprosessen. Denne opp- og nedstrøm vil bestemme en viss trykkbalanse for å unngå for sterke trykk på forseglingsleppene. Veven vil forlate tørkeseksjonen med en temperatur nær 100 °C og uten fritt vann på pressfiltens fibre.

Etter tørking vil veven entre strømningsbane tre inne i den andre dampboksen, hvor pressfilten varmes opp fra ca. 100 °C til sluttemperaturen på ca. 165 °C ved hjelp av andrerads ribberørvarmeveksler 116. Veven varmes opp ved konvektiv strømning gjennom veven, noe som er vesentlig på grunn av vevens svært lave konduktive varmeoverføringshastigheter ved tørr tilstand. Denne vevstemperatur er nødvendig for den endelige strekk- og elastisitetsstabilisering av grunntekstilen til pressfilten. Temperaturen er avhengig av hvilke materialer som blir anvendt og kan derfor variere.

Den andre dampboksen 105 vil ha et lett overtrykk for å hindre luftinntrengning.

Pressfiltens utgangsspalte har leppeforseglinger for å minimalisere damplekkasje til omgivelsene. Trykkdifferansen over veven bør være lav for å unngå for sterke trykk fra veven mot forseglingsleppene. Pressfilten vil forlate den andre dampboksen 105 med en temperatur som er nødvendig den definerte strekk og vevsstabilisering

(lengdeøkning) med den utøvde langsgående strekkspenningen. Funksjons-oppsplittingen mellom tørkings- og varmeherdingsprosessen trenger ikke nødvendigvis være nøyaktig kontrollert. Hovedformålet er at veven tørkes og varmes opp i en grad som er nødvendig for den endelige varmeherdingen. De optimale oppvarmings og strekkstørrelsene for vanlig anvendte vevsmaterialer (polyamid, polyester) kan indikere at en gjennomsnittlig fibertemperatur bør ligge i området 160 - 170 °C. Overskuddsdamp og kondensat kan trekkes ut via utløpene 117.

Vevens fibre vil normalt ha smøringsrester på overflaten som stammer fra ekstruderingen av fibrene. Disse restene vil mykgjøres og flytendegjøres ved den første oppvarming og fuktningsprosessen og kan delvis vaskes av ved hjelp av dampkondensatet. Veven blir i dette utføringseksempel ytterligere vasket ved hjelp av et batteri med dampsprøytedyser 109 installert over bredden til dampboksen 104. Typisk dyseinstallasjon kan være 4 dyser per meter lengde, men dette vil avhenge av dysenes sprøytemønster. Mettet damp ved 3-5 bar trykk forsynes fra dampnettverket. Sprøytedysene vil også fjerne andre fremmede substanser. Dampforbruket er 4 - 10 g/s per dyse. Denne dampmengden vil bidra til oppvarmings og fuktningsprosessen i seksjon 1, men vil utgjøre mindre enn 10 % av dampenergibehovet.

Dampboksens varmevekslere mates med damp fra en enkel 10 bar mettet dampkjel. Overhetet damp vil produseres ved å redusere trykket til den mettede dampen fra 10 bar trykk til 1,05 bar ved en J-T-strupeventil, resulterende i en overhetet damp med en temperatur på ca. 180 °C.

Overhetet damp vil ikke mates til dampboksen under normal stabil driftstilstand. Dampstrømmen fra den andre til den første dampboksen vil normalt korrespondere med mengde fordampet fuktighet fra veven i tørkestrømningsbanen. Denne mengde tilsvarer grovt varmeenergien som trengs for å varme og fukte veven i seksjon 1. Hvis dampstrømmen fra den andre dampboksen er for lav, kan ytterligere energi tilføres direkte via 1,05 bar rørledningen 112 til den første dampboksen 104. Hvis energifluksen er for stor må damp tappes av den første dampboksen 104. Den drenerte dampen kan ledes til en dampforbruker utenfor strekkmaskinen.

Pressfilten som forlater dampboksen vil avkjøles til en temperatur under strekkgrensen (eller glassifiseringspunktet) ved kontakt med omgivende luft, eller hvis nødvendig, ved vifter som blåser luft gjennom pressfilten (ikke vist).

Konvensjonelle sluttbehandlingsmaskiner anvender den varme valsen for den endelige overflatebehandlingen av batten på papirsiden til pressfilten. Det tredje utføringseksemplet av oppfinnelsen anvender en dampoppvarmet «varmvals» (ikke vist) for overflatebehandling av pressfilten. Denne varmvalsen vil varme de ytre fibrene til strekktemperaturen under en viss trykkbelastning som vil jevne eller glatte ut battoverflaten. Varmvalsen vil holdes varm hele tiden under drift.

Verifisering av oppfinnelsen

Et estimat av energiforbruket under behandling av en pressfilt i en anordning lik det tredje utføringseksemplet er utført. Lengden på den første og andre sonen var henholdsvis 350 og 400 mm.

Varmeoverføringsestimatet er basert på følgende hoveddata:

Disse data gjelder for typiske pressfilter. Strømningsmålinger er utført med et NebbPerm-instrument. Andre filtdata vil gi andre dimensjoner.

Etter innledende oppvarming av maskinen vil hovedenergiforbruket være:

Sum: 215 kWh

Denne verdien gjelder sluttbehandling av en typisk pressfilt med 14 meters bredde og 30 meters lengde. Energiforbruket avhenger sterkt av det nødvendige vannbehovet for fukting av veven da dette vann vil i stor grad bestemme energibehovet for tørkeenergi. Fuktingsinnholdet til pressfilten er antatt å være 16 % (basert på tørrvekt). Syklustiden vil være ca. 70 minutter inkludert tidsforbruk for montering og demontering av pressfilten.

Referanse

1. Sabit Adanur, "Paper Machine Clothing", Techonomic Publishing Company Inc., Lancaster, Pennsylvania, USA, 1997, p. 170.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for å varmeherde en tekstil med lengde A og bredde B, A > B, hvor fremgangsmåten omfatter: - passere tekstilen i langsgående retning over et første og andre bæreelement plassert i avstand C fra hverandre, hvor C < A, og - påføre tekstilen en strekkraft i langsgående retning mens den henger mellom det første og andre bæreelementet, karakterisert vedat fremgangsmåten ytterligere omfatter: - utsette en første sone av tekstilen lokalisert mellom de to støtteelementene, hvor den første sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, for en strøm av mettet damp med et trykk fra 101,4 til 120,0 kPa og temperatur fra 100 til 130 °C som sendes gjennom den delen av tekstilen som befinner seg i den første sonen, og - utsette en andre sone av tekstilen lokalisert nedstrøms for den første sonen og mellom de to støtteelementene, hvor den andre sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, for en strøm av overhetet damp med et trykk fra 101,4 til 120,0 kPa og temperatur fra 160 til 200 °C som sendes gjennom den delen av tekstilen som befinner seg i den andre sonen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor: - temperaturen til den mettede dampen er i en av de følgende områder; 110 — 120 °C, 105 - 115 °C, og 105 - 110 °C, og - trykket til den mettede dampen er i en av de følgende områder; 101,4 to 120,0 kPa, 101,4 to 115,0kPa; 101,5 to 110,0kPa, og 101,5 to 105,0 kPa.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, hvor: - temperaturen til den overhetede dampen er i en av de følgende områder; 170 - 190 °C og 175 - 185 °C, og - trykket til den overhetede dampen er i en av de følgende områder; 101,4 to 120,0 kPa, 101,4 to 115,0kPa; 101,5 to 110,0kPa, og 101,5 to 105,0 kPa.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor rotasjonshastigheten (dvs. den lineære tekstilhastigheten) er i en av de følgende områder; 0,1-1,0 m/s, 0,1 - 0,8 m/s, 0,2 - 0,7 m/s, and 0,2 - 0,5 m/s.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor dampen som forlater den andre sonen anvendes som kilde for mettet damp til den første sone.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor temperaturen til tekstilen i og/eller som forlater den andre sonen overvåkes, og hvor temperaturinformasjonen anvendes til å regulere matehastighet og/eller temperatur på den overhetede dampen som forsynes til den andre sonen.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor fremgangsmåten ytterligere omfatter et avsluttende overflatebehandlingstrinn av tekstilen ved å sende den gjennom pressnippene til et sett oppvarmede pressvalser nedstrøms for den andre sonen.

8. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av krav 1-7, hvor tekstilen er en av de følgende; formingstekstil, pressfilt, eller tørkefilt.

9. Innretning for å varmeherde en tekstil med lengde A og bredde B, A > B, hvor innretningen omfatter: - et første (2a) og andre (2b) støtteelement plassert i avstand C fra hverandre, hvor C < A, og - et bevegelses- og strekkesystem som er i stand til å la tekstilen passere i langsgående retning over støtteelementene med kontrollert hastighet og strekk,karakterisert vedat innretningen ytterligere omfatter: - en første dampboks (3) som omslutter tekstilen i en første sone lokalisert mellom de to støtteelementene, hvor den første sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, og hvor den første dampboksen omfatter: - et innløp (4) for injisering av mettet damp ved en første ende av den første dampboksen som vender mot en plan overflate til tekstilen, - et utløp (5) for uttak av kondensat og brukt damp i en andre ende motstående til den første enden til dampboksen, og - en åpning (6) med fleksibel forsegling (7) på hver av to motstående sidevegger til den første dampboksen som tillater tekstilen å passere gjennom det indre av den første dampboksen mellom innløpet (4) og utløpet (5), og - en andre dampboks (10) som omslutter tekstilen i en andre sone lokalisert nedstrøms for den første sone og mellom de to støtteelementene, hvor den andre sonen strekker seg minst over hele bredden B til tekstilen og en viss lenge til tekstilen i langsgående retning, og hvor den andre dampboksen omfatter: - et innløp (11) for injisering av overhetet damp ved en første ende av den andre dampboksen som vender mot en plan overflate til tekstilen, - et utløp (12) for uttak av brukt damp i en andre ende motstående til den første enden til dampboksen, og - en åpning (13) med fleksibel forsegling (14) på hver av to motstående sidevegger til den første dampboksen som tillater tekstilen å passere gjennom det indre av den første dampboksen mellom innløpet (11) og utløpet (12).

10. Innretning i henhold til krav 9, hvor - den andre dampboksen (10, 20) ytterligere omfatter: - en skillevegg (29) lokalisert mellom de to motstående sideveggene til den andre dampboksen og som strekker seg fra seg fra første ende av den andre dampboksen ned til den plane overflaten til det endeløse beltet for å separere det indre rommet til dampboksen mellom den første enden og det endeløse beltet i et første rom (29) og et andre rom (30), og - en fleksibel forsegling (28) plassert på den enden av skilleveggen som vender mot den plane overflaten til det endeløse beltet og som danner en hovedsakelig gasstett avstenging mot det endeløse beltet, og - hvor innløpet (4, 21) for injisering av overhetet damp er lokalisert ved den første enden av den andre dampboksen slik at overhetet damp forsynes til første rom (29), og - utløpet (12, 22) for uttrekk av brukt damp fra den andre dampboksen er lokalisert ved den første enden til den andre dampboksen slik at utløpet trekker ut damp fra det andre rommet (30).

11. Innretning i henhold til krav 9 eller 10, hvor innretningen ytterligere omfatter: - et par oppvarmede pressvalser (117) nedstrøms for den andre dampboksen (10, 20, 105) og hvor pressvalsene varmes opp fra samme kilde for overhetet damp som forsyner damp til den andre dampboksen, og - et par for-kompakteringsruller (108) lokalisert mellom den første dampboksen (5, 104) og den andre dampboksen.

12. Innretning i henhold til krav 9, 10 eller 11, hvor - dampen forsynt til den første og andre dampboksen leveres fra en konvensjonell olje- eller gassfyrt dampkjel (109) som leverer mettet damp ved den høyeste etterspurte temperaturen og ved et trykk på 10 bar, og - dampen forsynes ved bruk av rørledninger utstyrt med en strømningskontrollventil og en Joule-Thomson-ventil for å regulere mengde og trykk på dampen som entrer dampboksene.

13. Innretning i henhold til krav 12, hvor den andre dampboksen (10, 20, 105) inkluderer en varmeveksler (113, 116) med et reguleringssystem for kontroll med varmeoverføringshastighetene, og som er lokalisert i strømningsbanen til den overhetede dampen for å tillate regulering av temperaturen til dampen som entrer tekstilen.

14. Innretning i henhold til krav 13, hvor innretningen ytterligere omfatter en måleinnretning for å overvåke temperaturen til det endeløse beltet som forlater den andre dampboksen (10, 20, 105) og som mater temperaturdataene til et reguleringssystem for overvåking og kontrollering av rotasjonshastigheten til det endeløse beltet og strekkspenningen som påføres beltet fra valsene, og/eller regulerings-systemet for kontrollering av varmeovreføringshastighetene som er lokalisert i strømningsbanen til den overhetede dampen i den andre dampboksen.

15. Innretning i henhold til krav 16, hvor den første dampboksen (5, 104) omfatter en eller flere dampkondensatdyser (109).

16. Innretning i henhold til hvilket som helst av krav 8-15, hvor støtteelementene (2a, 2b) er et par valser og veven er et endeløst belte montert over valsene.

17. Innretning i henhold til hvilket som helst av krav 8-16, hvor tekstilen er en av de følgende: formingstekstil, pressfilt, eller tørkefilt.