FI60261C - Oevertrycksmunstycke foer behandling av banor - Google Patents

Description

E3^*l mi «..KUOI-UTUSJULKAISU ,Λ,/1

«Η* [B] (11) UTLÄGON1 NOSSKRIFT 6UZ6T

(^) Patent meddelat ^ (51) Kv.ik.Vci.3 D 21 J 5/18. B 65 H 17/32, F 26 B 13/20 SUOMI — FINLAND (21) P*t*nttih*k*imi* — PttMtaMttknlng 800989 (22) Htkemlipllvl — AnaBknlngtdag 28.03«8θ (23) Alkuptlvt—Glltighttidtg 28.03*80 (41) Tullut |ulklMksl — Bllvlt offentllg Patentti· ja rekisterihallitus ,,,. , ,, , _ . ^ * , (44) Nihtivlk»!pinon ja kuuL|ulkil«un pvm. — _ _Q 0.

Patent· och registerstyrelsen ' Arnokin utlagd och utUkrifUn publicired 31*Oo.ol (32)(33)(31) Pyydetty otuolkiu*—Begird prioritit (71) Valmet Oy, Punanotkonkatu 2, 00130 Helsinki 13» Suomi -Finland (FI) (72) Vesa Koponen, Turku, Yngve Lindström, Turku, Suomi-Finland(FI) (7*0 Forssan & Salomaa Oy (5*0 Ylipainesuutin rainojen käsittelyyn - Overtryckemunstycke för behandling av banor

Keksinnön kohteena on ylipainesuutin rainojen käsittelyyn, joka suutin käsittää suutinlaatikon, jonka yhteydessä on kaksi vastakkaista suutinrakoa, jotka sijaitsevat suutinlaatikon sisäseinien ja ulkoseinän rajoittaman tilan yläosassa.

Keksinnön kohteena oleva suutin on tarkoitettu paperi- ym. jatkuvien rainojen kosketuksettomaan kannatukseen ja käsittelyyn kuten esim. kuivaukseen, lämmitykseen tai jäähdytykseen.

Kaasun puhallukseen perustuvia laitteita käytetään yleisesti paperin valmitukses-sa ja jalostuksessa. Em. laitteissa puhallettava kaasu johdetaan erilaisten suut-timien avulla rainan toiselle tai molemmille puolille, jonka jälkeen kaasu imetään pois uudelleen käytettäväksi tai poistettavaksi.

Ennestään tunnetut rainan kosketuksettomaan käsittelyyn perustuvat laitteet muodostuvat joukosta suuttimia, joista rainaan kohdistetaan sitä kannattava ja kuivattava kaasuvirtaus. Kyseisten laitteiden ennestään tunnetut suuttimet voidaan jakaa kahteen ryhmään: ylipainesuuttimiin ja alipainesuuttimiin, joista ylipaine- 2 60261 suuttimien toiminta perustuu ilmatyynyperiaatteelle ja alipainesuuttimet vetävät rainaa puoleensa ja stabiloivat rainan kulun. Rainaan kohdistuva vetovoima perustuu tunnetusti rainan kanssa yhdensuuntaiseen kaasun virtauskenttään, joka muodostaa staattisen alipaineen rainan ja suuttimen kannatuspinnan välille.

Sekä yli- että alipainesuuttimissa käytetään yleisesti ns. coanda-ilmiötä ilman johtamiseksi haluttuun suuntaan.

Tunnettujen alipainesuuttimien rainaan kohdistuva voima on verraten pieni, mistä syystä näitä suuttimia ei voida käyttää raskaiden rainojen käsittelyyn eikä tapauksissa, missä rainan kireys on alhainen. Alipainesuuttimia käytetäänkin yleensä laitteissa, joiden pituus ei ylitä 5 m:ä ja joiden molemmin puolin on sijoitettu johtoteloja rainan tukemiseksi.

Ylipainesuuttimien rataan kohdistama voima on verraten suuri. Ylipainesuuttimilla voidaankin käsitellä raskaita ja täysin kiristämättömiä rainoja. Tunnetut yli-painesuuttimet kohdistavat kuitenkin teräviä suihkuja olennaisesti kohtisuoraan rainaa vastaan aiheuttaen näin epätasaisen lämmönsiirtokertoimen jakauman radan pituussuunnassa, mikä usein aiheuttaa laatuvahinkoja käsiteltävälle rainalle.

Ennestään tunnettujen ylipainesuuttimien puhallus on myös epästabiili niin, että puhallussuihku saattaa kääntyä esimerkiksi radan kulun vaikutuksesta suoraan pu-hallusaukosta suuttimien väliseen imutilaan aiheuttaen näin lämmönsiirtokertoimen laskun ja epästabiilin rainan kulun.

Esillä olevan keksinnön perustana oleva tekniikan taso selviää esimerkiksi US-patenttijulkaisusta n:o 3 549 070 sekä SE-patenttijulkaisuista n:ot 341 870 ja 352 121. Näissä julkaisuissa on esitetty suuttimia, joissa coanda-vaikutuksen avulla on pyritty saamaan puhallussuihkut kääntymään rainan suuntaisiksi. Koska suihkujen lähtösuunnat muodostavat 90° kulman rainan kanssa, suihkut eivät ehdi kääntyä rainan suuntaisiksi, ennen kuin ne irtoavat suuttimen ohjauspinnasta.

D.W. Mc Glaughinen ja I. Greberin tutkimuksessa "Experiments on the Separation of a Fluid Jet from a Curved Surface". The American Society of Mechanical Engineers, Advances in Fluids, 1976, onkin osoitettu, että suuttimesta purkautuva suihku kykenee irtaantumatta seuraamaan kaarevaa pintaa 45°-70° suutinraken-teissa esiintyvillä virtausparametreillä, eikä 70° seuraamiskulmaa voida ylittää. Irronnut suihku törmää rainaan aiheuttaen lämmönsiirtokertoimen huipun törmäys-kohdassa, jonka jälkeen suihku hakeutuu suutinten väliseen imutilaan jättäen suuttimen suutinrakojen välisen tilan, ns. suuttimen "kantopinnan" kohdan käsittelemättä, mistä on seurauksena olematon lämmönsiirto tällä kohdalla.

3 60261

Irtoava suihku on myös epästabiili niin, että se saattaa kaatua esim. rainan kulun vaikutuksesta suoraan suuttimien väliseen imutilaan törmäämättä lainkaan käsiteltävään rainaan. Tällöin puhallettu kaasu ei lainkaan kosketa rainaa ja lämmönsiirto alenee. Tätä ilmiötä on myös kuvattu US-patenttijulkaisussa n:o 3 549 070. Tällainen labiilisti käyttäytyvä kaasusuihku aikaansaa, paitsi alentuneen lämmönsiirtokertoimen, myös häiriöitä radan kulkuun, mikä vuorostaan usein aiheuttaa rainan kiinniottamisen suutinpintoihin.

US-patenttijulkaisussa n:o 3 452 447 esitetyssä suutinkonstruktiossa ei käytetä coanda-ilmiötä lainkaan suihkujen ohjaamiseksi, vaan tässä tapauksessa suutin-rako on rakennettu niin, että suihku on jo valmiiksi suunnattu, kun se purkautuu suutinraosta. Suuresta rataa kohtisuoraan vastaan olevasta virtauskomponen-tista sekä suutinrakojen välisen tilan ylipaineisuudesta johtuen tämän viitteen mukainen suutin käyttäytyy samalla tavalla kuin edellä mainitut ennestään tunnetut suuttimet, mikä lämmönsiirtomittauksissa helposti on todettavissa.

Keksinnön tarkoituksena on sellaisen ylipainesuuttimen aikaansaaminen, jossa edellä kosketellut epäkohdat vältetään. Tähän ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että suutinraot on sijoitettu suuttimen kantopintaan nähden siten, että kaasu-suihkut seuraavat irtaantumatta kantopintaa suutinrakojen väliin muodostuvaan syvennykseen asti, että kaasusuihkujen seuraamiskulma on enintään n. 70° ja että mainittu syvennys on mitoitettu toimimaan rauhoitustilana, jossa vastakkaisiin suuntiin virtaavat kaasusuihkut kohtaavat toisensa muodostaen rainan kulkusuunnassa huomattavalle matkalle ulottuvan rainaa kannattavan ilmatyynyn.

Keksintömme mukaisessa suuttimessa on edellä kuvattujen suuttimien puutteet - puhallussuihkujen kaatuminen ja lämmönsiirtokertoimen voimakas lasku suuttimien välissä - pystytty välttämään. Suutinrako sijoitetaan kaarevalle suutin-pinnalle niin, että suihku seuraa irtaantumatta suutinpintaa, joka kaareutetaan niin, että suutinrakojen väliin muodostuu syvennys, ns. rauhoitusalue, jossa vastakkaisiin suuntiin virtaavat suihkut kohtaavat toisensa muodostaen rainan pituussuunnassa pitkälle matkalle ulottuvan rainaa kannattavan ilmatyynyn. Lämmönsiirtokerroin saadaan keksinnön ansiosta myös suutinrakojen välissä verraten hyväksi. Koska rainaan ei kohdistu teräviä ilmasuihkuja ja koska suihkujen kaatuminen täydellisen suuntauksen ansiosta on estetty, rainan kulku saadaan keksinnön mukaisia suuttimia soveltaen tasaiseksi ja lepattamattomaksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisessa kuviossa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

4 60261

Kuvio 1 esittää aksonometrisena kuvantona suuttimen erästä esimerkkitoteutusta. Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen suuttimen geometriaa.

Kuvioiden 1 ja 2 mukainen suutin käsittää suutinlaatikon, jonka sisätilasta 10 aukkojen 11 kautta puhallettava kaasu johdetaan suuttimen sivutiloihin 12 ja 13, jotka rajoittuvat suuttimen sisäseinämien 14,15 ja ulkoseinämien 20 ja 21 väliin. Sisäseinämät 14 ja 15 kaartuvat yläosastaan toisiaan kohti esim. olennaisesti ympyrän kaaren (säde R^) muotoisesti ja tämän jälkeen esim. olennaisesti ympyrän kaaren (R2) muotoisesti. Täten muodostuu kantopinta 16, jonka yli raina W kulkee suuntaan B (etäisyydellä Δ). Suuttimen ulkoseinämien 20,21 toisiaan kohti suuntautuvat tasomaiset osat 22,23 rajoittavat yhdessä sisäseinämän 14 ja 15 kaarevien osien (säde R^) kanssa suutinraot 17 ja 18. Suutinraot 17 ja 18 sijaitsevat sopivimmin seinämien 14 ja 15 kaarevilla osilla kulman oC alueella. Kulma oc on suutinraoista 17 ja 18 purkautuvien kaasusuihkujen lähtösuunnan s^ ja rainan W tason välinen kulma sekä samalla kaasusuihkujen ohjauspinnan kaareutumiskulma suutinrakojen 17,18 suulta alkaen tasolle L-L saakka. Kuviteltu taso L-L samalla rajoittaa alapuolellensa syvennyksen 19, joka toimii keksinnön mukaisesti rauhoi-tustilana, jossa vastakkaisiin suuntiin virtaavat kaasusuihkut v^ kohtaavat toisensa muodostaen huomattavalle matkalle rainan W kulkusuunnassa B ulottuvan rai-naa W kannattavan ilmatyynyn. Syvennyksen 19 kohdalla kantopinnan 16 kaarevuussäde R2 on sopivimmin olennaisesti suurempi kuin ohjauspintojen kaarevuussäde R^.

Keksinnössä on olennaista se, että edellä mainittu kulma oC on valittu niin, että virtausten p^ irtaantumista kaarevalta pinnalta 16 ei tapahdu ennenkuin suihkut v^ ovat kääntyneet täysin rainan W suuntaisiksi. Syvennyksen 19 alueella toisiaan kohti virtaavat suihkut v^ kohtaavat toisensa ja kantopinnan 16 yläpuolelle muodostuu verraten laaja rainaa W kannattava ilmatyyny. Lämmönsiirtokerroin pysyy syvennyksen 19 kohdalla syntyvän pyörteen ansiosta hyvänä myös suutinrakojen 17 ja 18 välisellä alueella.

- Edellä mainittu ohjauspintaan liittyvä kulma oC on enintään 70° ja sopivimmin n. 40°...60°.

Kuvioon 2 on merkitty suuttimen keskipystytaso A-A, joka kulkee kantopinnan 16 syvennyksen 19 pohjan kohdalla. Kuvioissa esitetyn ylipainesuuttimen rakenne on symmetrinen keskitasonsa A-A suhteen. Tietenkin keksintö voidaan toteuttaa myös epäsymmetrisillä ratkaisuilla tietyissä erikoistapauksissa.

Claims (5)

5 60261 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

1. Ylipainesuutin rainojen käsittelyyn, joka suutin käsittää suutinlaatikon, jonka yhteydessä on kaksi vastakkaista suutinrakoa (17,18), jotka sijaitsevat suutinlaatikon sisäseinien (14,15) ja ulkoseinän rajoittaman tilan (12,13) yläosassa, tunnettu siitä, että suutinraot (17,18) on sijoitettu suuttimen kantopintaan (16) nähden siten, että kaasusuihkut (v^) seuraavat irtaantumatta kantopintaa (16) suutinrakojen (17.18) väliin muodostuvaan syvennykseen (19) asti, että kaasusuihkujen (v^) seuraamiskulma (a) on enintään n. 70° ja että mainittu syvennys (19) on mitoitettu toimimaan rauhoitustilana, jossa vastakkaisiin suuntiin virtaavat kaasusuihkut (v^) kohtaavat toisensa muodostaen rainan (W) kulkusuunnassa (B) huomattavalle matkalle ulottuvan rainaa (W) kannattavan ilmatyynyn.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ylipainesuutin, tunnettu siitä, että suihkujen lähtösuunnan (s^) ja rainan (W) kulkusuunnan välinen kulma (a) on välillä n. 40...70°.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ylipainesuutin, jonka suutinrakojen (17.18) ulkosuut sijaitsevat suutinlaatikon seinämän kaarevalla (R^) ohjaus-pinnalla, tunnet tu siitä, että mainittujen kaarevien (R^) ohjauspinto-jen jälkeen kantopinta (16) kaartuu suutinlaatikon sisätilaan (10) päin jatkuvasti ja juoheasti, sopivimmin olennaisesti ympyrän kaaren (R^) muotoisesti.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ylipainesuutin, tunnettu siitä, että kantopinnan (16) kaarevuussäde (R2) mainitun syvennyksen (19) kohdalla on olennaisesti suurempi kuin suutinrakojen (17,18) jälkeen seuraavan ohjaus-pinnan kaarevuussäde (R^).

5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen ylipainesuutin, tunnettu siitä, että suuttimen rakenne on symmetrinen keskitasonsa (A-A) suhteen.