DE3801815C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor­ richtung zum Abführen von Kondensat aus einem rotierenden dampfbeheizten Trockenzylinder oder der­ gleichen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Vorrichtungen dieser Art werden bevorzugt in Trocken­ zylindern der Trockenpartie einer Papierherstellungs­ maschine zum Trocknen einer Papierbahn verwendet.

Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt und werden als "rotierende Siphons" bezeichnet. Diese speziellen Konfigurationen haben dem sogenannten "stationären Siphon" gegenüber den Vorteil, daß zwischen dem umlaufenden Trockenzylinder und dem Siphon keine Relativbewegung stattfindet. Somit kann die lichte Weite des Einlaßspaltes zwischen dem Saugmundstück und der Zylinder-Innenwand durch Abstandshalter dauerhaft gleichmäßig und klein gehalten werden. Folglich wird die Kondensatschicht an der Innen­ wandung des Trockenzylinders dauerhaft dünn. Dies ergibt einen guten Wärmeübergang vom Dampf zur Mantelfläche des Trockenzylinders und zwar für alle Betriebszustände.

Für "rotierende Siphons" sind unterschiedliche Kon­ zeptionen, insbesondere im Hinblick auf das der Innenwandung des Zylindermantels gegenüberliegende Saugmundstück bekannt.

Aus der DE-OS 35 35 315 ist ein rotierender Siphon bekannt, bei dem dem Saugmundstück ein zusätzlicher, als Dampfblasleitung ausgebildeter Seitenkanal zugeordnet ist, um der sogenannten Überflutung des Trockenzylinders entgegenzuwirken.

Aus der US-PS 30 34 225 ist ein Saugmundstück in Form eines Tellers, aus der US-PS 29 93 282 ein solches in Form einer Glocke bekannt. Die US-PS 28 92 264 zeigt ein Saugmundstück mit einer trichterförmigen Saugschnauze, die sich in Umlaufrichtung öffnet; das Saugmundstück selbst ist dabei am Ende eines halbkreisförmigen Kondensatsteigrohrs befestigt, dessen das Saugmundstück tragendes Ende etwa koaxial zur Innenwandung des Zylindermantels verläuft. Aus der US-PS 32 64 754 schließlich ist ein Saugmundstück bekannt, das die Form einer flachen Düse hat, deren schlitzförmige Einlaßöffnung sich parallel zur Umlaufrichtung erstreckt und in deren Einlaßbereich Schrägflächen vorgesehen sind, die in achsparalleler Richtung zur Innenwandung des Zylindermantels geneigt sind und das Einströmen des Kondensats begünstigen.

Ein ähnlich wirkende Kondensat-Leiteinrichtung, die als eine im Inneren des Saugmundstückes befindliche Zwischenwand ausgebildet ist und zur Umlenkung des Kondensats in das Kondensatsteigrohr dient, ist in der genannten US-PS 29 93 282 offenbart. Zur Verbesserung der genannten Umlenkwirkung ist der Querschnitt der Kondensat-Leiteinrichtung gemäß der US-PS 43 84 412 keilförmig, gemäß DE-OS 34 14 605 dagegen ungefähr kegelförmig gestaltet.

Ziel dieser bekannten Konstruktion ist es, die Transportwirkung des Dampfes auf das Kondensat und damit die Förderleistung im Kondensatsteigrohr zu erhöhen. Diese Transportwirkung basiert prinzipiell darauf, daß im Inneren des Trockenzylinders ein höherer Dampfdruck eingestellt wird als im Kondensatsteigrohr einschließlich dem Saugmundstück, so daß ständig ein Teil des von außen zugeführten Dampfes durch den rotierenden Siphon nach außen strömt, wobei dieser Dampf sich mit der zu fördernden Menge des Kondensats mischt und dieses somit nach außen abtransportiert.

Diese auf der besonderen Ausbildung der Saugmundstücke und gegebenenfalls auf der Anordnung von zusätzlichen Dampflöchern basierenden bekannten Konzeptionen bzw. Konstruktionen haben sich in der Praxis im großen und ganzen bewährt und durchgesetzt. Dabei wird bisher auch in Kauf genommen, daß die zur zuverlässigen Entwässerung des Zylinderinnenraums notwendigen Mengen an Dampf aufgrund des erforderlichen relativ hohen Differenzdrucks zwischen Zylinderinnenraum und Kondensatsteigrohr sehr groß sind.

Ausgehend vom Gegenstand der obengenannten DE-OS 34 14 605 besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, die zur Entwässerung eines mit einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ausgestatteten Trockenzylinders - bei gleichbleibender Entwässerungsleistung und unveränderter Betriebssicherheit - erforderliche Dampfmenge zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Ausgangspunkt dieser Lösung liegt in der Erkenntnis, daß auf das im Kondensatsteigrohr fließende Dampf-Kondensat-Gemisch infolge des rotierenden Systems eine Coriolisbeschleunigung in Richtung zur einen Steigrohrwandung einwirkt. Daraus resultiert bei den bekannten Konstruktionen eine Entmischung von Kondensat und Dampf mit der Folge, daß an der einen Steigrohrwandung ein Wasserfilm hochkriecht, und daß zwischen diesem Wasserfilm und der gegenüberliegenden Steigrohrwandung ein Freiraum entsteht, durch den der Dampf frei strömen kann. Der Entwässerungseffekt basiert hierbei darauf, daß der genannte (einseitige) Wasserfilm durch Oberfächenreibung zwischen dem Kondensat und dem Dampf mitgeführt wird. Jedoch ist hierbei der Dampfverbrauch - wie bereits erwähnt - relativ groß.

Um diese negative Auswirkung der Coriolisbeschleuni­ gung zu kompensieren, wird der vorliegenden Er­ findung gemäß vorgeschlagen, dem in das Kondensat­ steigrohr einströmenden Dampf-Kondensat-Gemisch einen Drehimpuls (Drall) aufzuprägen. Es ist zu erwarten, daß hierbei die mit dem durch das Kondensatsteigrohr strömenden Dampf mitge­ führte Kondensatmenge wesentlich größer ist als nach dem vorbeschriebenen Beispiel, so daß eine betriebssichere Entwässerung des Trockenzylinders mit einer wesentlich geringeren Dampfmenge als bisher erreichbar ist.

Praktische Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leit­ einrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche, die drei spezifizierte Konstruktionsbeispiele auf der Grundlage einfacher geneigter Leitbleche - vgl. Ansprüche 2 bis 4 -, eines konischen Einsatzes mit geneigten Leitblechen - vgl. Ansprüche 5 bis 7 -, und eines Schraubenwendels - vgl. Ansprüche 8 bis 11 - zum Gegenstand haben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch einen Trockenzylinder einer Papierherstellungsmaschine im Längs­ schnitt;

Fig. 2 eine Schemadarstellung zur Erläuterung des Einflusses der Coriolisbeschleunigung auf das Kondensat in einem Kondensatsteig­ rohr nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkung der Leiteinrichtung auf das im Kondensatsteigrohr fließende Kondensat;

Fig. 4a eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leitein­ richtung (gemäß Schnittlinie A-A nach Fig. 4b);

Fig. 4b eine Schnittdarstellung des Ausführungs­ beispiels nach Fig. 4a (gemäß Schnitt­ linie B-B nach Fig. 4a);

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leitein­ richtung (analog Schnittlinie A-A nach Fig. 4b);

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Leitein­ richtung (analog Schnittlinie A-A nach Fig. 4b).

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 11 bezeichneter Trocken­ zylinder dargestellt, der in bekannter Weise einen Zylindermantel 12 und an jedem Ende einen Zylinder­ deckel mit einem dazugehörigen hohlen Lagerzapfen 13 bzw. 15 aufweist. Der Trockenzylinder 11 kann mit Dampf beheizt werden, der durch den einen Lagerzapfen 15 hindurch in das Innere des Trockenzylinders zugeführt wird. Das sich im Zylinder bildende Kondensat wird mit Hilfe eines Kondensatsteigrohrs 14 und eines zur Drehachse 10 des Trockenzylinders 11 koaxialen Auslaßrohrs 14a aus dem Zylinder entfernt. Das Konden­ satsteigrohr 14 erstreckt sich - gerade oder gebogen - ungefähr in radialer Richtung von der Innenwand des Zylindermantels 12 zur Zylinder-Drehachse 10. Das koaxiale Auslaßrohr 14a ist mittels einer Halterung 16 am Lagerzapfen 13 befestigt und erstreckt sich durch diesen hindurch nach außen. Das aus dem Kondensat­ steigrohr 14 und dem Auslaßrohr 14a sich zusammen­ setzende Kondensatsaugrohr ist starr im Trockenzylinder 11 befestigt und rotiert gemeinsam mit diesem.

Am radial äußeren Ende des Kondensatsteigrohrs 14 (also in der Nähe der Innenwand des Zylindermantels 12) hat das Kondensatsteigrohr 14 ein Saugmundstück 17. Dieses hat die Form einer Glocke oder einer Kappe mit einer der Innenwand des Zylindermantels 12 zugewandten (runden oder eckigen) Ansaugöffnung. Am Saugmundstück 17 kann eine - nicht dargestellte - Saugschnauze vorgesehen werden, die sich in Umlaufrichtung des Trocken­ zylinders bzw. des Saugmundstücks 17 öffnet. Die Ränder dieses Saugmundstücks 17 verlaufen in einem geringen Abstand von der Innenfläche des Zylindermantels 12, so daß zwischen dem Saugmundstück 17 und dem Zylinder­ mantel 12 ein geringer Einlaufspalt für das Kondensat und den Dampf gebildet ist.

Fig. 2 zeigt den Trockenzylinder 11 gemäß Fig. 1 in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie C nach Fig. 1 zur Erläuterung des Einflusses der Coriolisbeschleunigung b_c auf das Dampf-Kondensat-Gemisch im Kondensatsteigrohr 14 bei den bisherigen Konstruktionen.
Der Zylindermantel 12 des Trockenzylinders 11 dreht sich zusammen mit dem Kondensatsteigrohr 14 um die Dreh­ achse 10 mit der Umfangsgeschwindigkeit U. Aufgrund dieses rotierenden Systems entsteht eine senkrecht zur Achse des Kondensatsteigrohrs 14 gerichtete Coriolisbeschleunigung b_c, die auf das über das Saug­ mundstück 17 eintretende Dampf-Kondensat-Gemisch wirkt. Da die Kondensat-Partikel eine wesentlich größere Masse aufweisen als die Dampf-Partikel, ist auch die an jedem Partikel angreifende Coriolis­ kraft F_c beim Kondensat viel größer als beim Dampf. Das Kondensat K wird in Richtung Corioliskraft F_C an den bezüglich der Umlaufrichtung vorderen Bereich der Steigrohrwandung verdrängt. Somit strömt der in das Kondensatsteigrohr 14 einströmende Dampf D über das Kondensat K hinweg, ohne es in ausreichendem Maße mitzuschleppen.

Fig. 3 zeigt die genannten Strömungsverhältnisse schema­ tisch anhand des dargestellten Querschnitts des Konden­ satsteigrohrs 14 - wie sie sich mit einer erfindungsge­ mäßen Leiteinrichtung ergeben.

Das Dampf-Kondensat-Gemisch erhält beim Eintreten in das Saugmundstück bzw. in das Kondensatsteigrohr 14 aufgrund der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung einen Drehimpuls, der es mit einer definierten Drall-Geschwindigkeit V_D in das Kondensatsteigrohr 14 einströmen läßt. Wenn nun unter der Coriolis-Beschleunigung b_c eine Entmischung des Dampf-Kondensat-Gemisches stattfindet und das Kondensat K sich an den (bezüglich der Umfangsrichtung) vorderen Bereich 14a der Steigrohrwand anlegt, so ver­ bleibt das Kondensat K nicht mehr (wie bisher) dort, sondern es strömt in Richtung zum hinteren Bereich 14b der Steigrohrwand. Auf diesem Weg wird es durch die Corioliskraft F_C von der Wand abgelöst (Pfeil P) und somit vom Dampf wirksamer als bisher mitgeführt, weil wieder eine Vermischung von Dampf und Kondensat statt­ findet.

Aufgrund theoretischer Überlegungen wird unter der An­ nahme, daß die Geschwindigkeitsvektoren der Strömungs­ geschwindigkeit V_D des Dampfes im Kondensatsteigrohr 14 und des Drehimpulses V_R senkrecht zueinander gerichtet sind, eine Relation von

V_D ≈ 0,27 V_R

für sinnvoll gehalten.

Die Fig. 4a und 4b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Leit­ einrichtung in zwei Schnittdarstellungen, und zwar in Fig. 4a gemäß Schnittlinie A-A nach Fig. 4b und in Fig. 4b gemäß Schnittlinie B-B nach Fig. 4a.

In Fig. 4a ist ein Teil des Kondensatsteigrohrs 14 mit dem kappenartigen Saugmundstück 17 dargestellt, das praktisch als Zulauftrichter für das Kondensatsteig­ rohr 14 wirkt. Das Saugmundstück 17 ist fest mit dem Kondensatsteigrohr 14 verbunden und hat an seinem dem Zylindermantel 12 gegenüberliegenden Rand einen umlaufenden Ringwulst 19, der zum Zylindermantel hin einen den Einlaufspalt bildenden Abstand hat. Im Bereich zwischen dem Zylindermantel 12 und der Innenseite des Saugmundstücks 17 sind über den Umfang verteilt drei Leitbleche 20 vorgesehen, die relativ zu gedachten Radiallinien geneigt oder gemäß Fig. 4b gekrümmt sind. Damit erhält das in den Einlaufspalt einströmende Dampf-Kondensat- Gemisch einen bestimmten Drall; das Dampf-Kondensat- Gemisch strömt spiralförmig durch das Kondensatsteig­ rohr 14. Die Richtung der Neigung oder Krümmung der Leitbleche 20 ist beliebig, d. h. man kann einen Drall im oder gegen den Uhrzeigersinn erzeugen. Die Leitbleche 20 schließen einseitig am Ringwulst 19 an und erstrecken sich bis zu etwa dem halben Durch­ messer ins Innere des Saugmundstücks 17; am Zylinder­ mantel 12 selbst können die Leitbleche 20 unmittel­ bar anliegen.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Leit­ einrichtung analog zur Schnittlinie A-A nach Fig. 4b.

Kondensatsteigleitung 14, Saugmundstück 17 und Zylinder­ mantel 12 sind gleichermaßen wie nach Fig. 4a aufein­ ander abgestimmt.

Die Leiteinrichtung selbst besteht aus einem pyrami­ dalen oder kegelstumpfförmigen Körper 21, der mit seiner größeren Grundfläche dem Zylindermantel 12 gegenüberliegt und der über seine Mantellinie ver­ teilt eine Mehrzahl - z. B. vier - analog zum Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 4 geneigte Leitbleche 20 aufweist. Der konische Körper 21 ist koaxial zum Kondensatsteigrohr 14 angeordnet und liegt mit den bündig angesetzten Leitblechen 20 unmittelbar am Zylindermantel 12 an. Dieser aus konischem Körper 21 und den Leitblechen 20 bestehende Einbaukörper ist über die freien Eckbereiche der Leitbleche 20 mit der Innenwandung des Saugmundstücks 17 verbunden.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Leit­ einrichtung, ebenfalls analog zur Schnittlinie A-A nach Fig. 4b.

Kondensatsteigleitung 14, Saugmundstück 17 und Zylinder­ mantel 12 sind ebenfalls - entsprechend Fig. 4 - auf­ einander abgestimmt. Die Leiteinrichtung besteht hier aus einem Schraubenwendel 22, der koaxial in das Kondensat­ steigrohr eingesetzt und hier fixiert ist. Dieser Schraubenwendel 22 besteht aus einem axial verwundenen flachen Rechteckprofil, das mit seinem freien Ende am Zylindermantel 12 anliegt und das über die gesamte Länge des Kondensatsteigrohrs 14 reichen kann. Mit dieser Konstruktion ergeben sich am Eingang des Konden­ satsteigrohrs 14 gegebenenfalls über dessen gesamte Länge zwei drehimpulsbeaufschlagte getrennte Strömungen des Dampf-Kondensat-Gemisches.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Abführen von Kondensat aus einem rotierenden dampfbeheizten Trockenzylinder oder dergleichen, insbesondere einem Trockenzylinder einer Papierherstellungsmaschine, mit einem mit dem Trockenzylinder rotierenden Kondensatsteigrohr (14), das über ein koaxiales Auslaßrohr (14a) durch einen Lagerzapfen des Trockenzylinders nach außen geführt ist und sich bis zur Innenwandung des Zylindermantels erstreckt, wo es ein Saugmundstück (17) aufweist, mit einer Saugöffnung, die mit der Innenwandung des Zylindermantels einen Einlaßspalt bildet sowie mit einer im Saugmundstück (17) befindlichen Kondensat-Leiteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leiteinrichtung (20; 20′; 22) wenigstens eine Umlenkfläche aufweist, welche das in das Kondensatsteigrohr (14) einströmende Dampf-Kondensat-Gemisch in Rotation um die Achse des Kondensatsteigrohres versetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leiteinrichtung aus einer Mehrzahl äquidistant am Umfang des Saugmundstücks (17) angeordneter gekrümmter oder (relativ zu gedachten Radiallinien) geneigter Leitbleche (20) besteht (Fig. 4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einem kappenartigen Saugmundstück (17), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (20) am Außenrand des Saugmundstücks (17) anschließen (Fig. 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (20) unmittelbar an der Innenwandung des Zylindermantels (12) anliegen (Fig. 4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leiteinrichtung durch einen koaxial zum Kondensatsteigrohr (14) angeordneten konischen Körper (21) gebildet ist, der über eine Mehrzahl äquidistant am Umfang verteilter, gekrümmter oder (relativ zu gedachten Radiallinien) geneigter Leitbleche (20′) mit dem Saugmundstück (17) verbunden ist, und dessen größere Grundfläche der Innenwandung des Zylindermantels (12) gegenüberliegt (Fig. 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (20′) so dimensioniert sind, daß sie seitlich über die Grundfläche des konischen Körpers (21) überstehen (Fig. 5).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (20′) und die Grundfläche des konischen Körpers (21) bündig verlaufen und unmittelbar an der Innenwandung des Zylindermantels (12) anliegen (Fig. 5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leiteinrichtung durch eine koaxial im Saugmundstück (17) angeordnete Schraubenwendel (22) gebildet ist, die in den unteren Bereich des Kondensatsteigrohres (14) hineinragt (Fig. 6).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwendel (22) aus einem axial verwundenen flachen Rechteckprofil besteht (Fig. 6).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwendel (22) unmittelbar an der Innenwandung des Zylindermantels (12) anliegt (Fig. 6).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwendel (22) über die gesamte Länge des Kondensatsteigrohrs (14) reicht.