СПОСОБ ВНЕШНЕЙ СУШКИ БУМАГИ НА БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОМ ЦИЛИНДРЕ Российский патент 2011 года по МПК D21F5/02 

Изобретение относится к области бумажной промышленности и может быть использовано при сушке бумаги на сушильных цилиндрах.

Известны способы: внешней сушки бумаги на сушильном цилиндре [1, 2]. При этом дополнительная внешняя сушка бумаги проводится струями воздуха, подаваемого из коллектора, расположенного по радиусу сушильного цилиндра. Также известен способ внешней сушки бумаги нагретыми струями до температуры 500°С [3] - прототип. Однако недостатком этих способов является снижение коэффициента теплоотдачи, теплового потока и оптимальности сушки за счет формирующегося по образующей цилиндра осушиваемой бумаги ламинарного пограничного слоя испаряющейся влаги. Это приводит к снижению производительности машины, перерасходу пара для внутренней сушки и перерасходу воздуха на внешнюю сушку.

Технической задачей изобретения является повышение интенсивности внешней сушки, повышение производительности сушильной части бумагоделательной машины, снижение расхода пара на внутреннюю сушку и снижение расхода воздуха на внешнюю сушку.

Техническая задача достигается следующим образом. Способ внешней сушки бумаги на бумажном цилиндре, включающий подачу осушиваемой бумаги на сушильный цилиндр, подачу пара во внутреннюю полость цилиндра, подачу воздуха в воздушный коллектор с радиальным колпаком, обращенным к поверхности сушильного цилиндра, подачу струй воздуха через отверстия колпака, облегающего образующую цилиндра, отличается тем, что выходящие на влажную поверхность цилиндра струи воздуха подвергаются акустическому воздействию от газоструйного акустического излучателя, при этом рабочим газом газоструйного акустического излучателя является непосредственно воздух, используемый в воздушном коллекторе, подаваемый в сопло газоструйного излучателя и далее в резонатор, а частота акустических наложенных колебаний составляет 100-4000 Гц.

Данный интервал частот обусловлен следующим. При частоте более 4000 Гц резко увеличивается длина резонатора, что приводит к значительному увеличению габаритных размеров. А при частоте менее 100 Гц невозможно изначально изготовить резонатор.

На фиг.1 показано образование ламинарного пограничного слоя испаряющейся влаги при воздействии внешних струй воздуха. Здесь 1 - внешняя поверхность гильзы сушильного цилиндра; 12 - ламинарный пограничный слой испаряющейся влаги; 4 - выходные сопла; 11 - струи воздуха.

Тепловой поток от поверхности бумаги с учетом ламинарного пограничного слоя при испарении влаги от поверхности равен [2]

где α - коэффициент теплоотдачи от струи к поверхности;

Т_а и T_s - температуры, соответственно, подаваемых струй и поверхности бумаги (см. фиг.1);

где T_ƒ - температура внешней поверхности ламинарного слоя;

C_ρν - теплоемкость паров влаги;

А - открытая поверхность бумаги;

m_eν - скорость движения пленки или скорость испарения.

По данным [2] наличие фактора испарения и ламинарного пограничного слоя (фактор Е) снижает величину теплового потока, а следовательно, и скорость сушки более чем на 10%.

Использование в данном изобретении газоструйного акустического излучателя обеспечивает наложение акустических колебаний на подаваемые к поверхности цилиндра струи воздуха. Наличие акустических колебаний вблизи поверхности осушиваемой бумаги создает соответствующие колебательные движения в ламинарном слое испаряющейся влаги. Эти колебательные движения приводят к локальным разрушениям целостности ламинарного слоя, обеспечивают уже непосредственный контакт воздушных струй к поверхности бумаги, что в соответствии с формулами (1) и (2) увеличивает теплоотдачу от поверхности бумаги к подаваемым струям воздуха. Поэтому можно предположить, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно соответствует критерию «новизна».

Тем самым ускоряется процесс сушки, повышается производительность машины и снижение требуемого расхода пара на внутреннюю сушку.

Конструкция и параметры газоструйного акустического излучателя описаны в [2].

В данном случае преимуществами газоструйного акустического излучателя являются использование в качестве рабочего генерирующего газа непосредственно воздуха, используемого для внешней сушки бумаги.

Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства, представленного на фиг.2. Оно включает гильзу сушильного цилиндра 1, осушиваемую бумагу 2, струйный коллектор 3, выходные сопла 4, газоструйный акустический излучатель 5.

В свою очередь, газоструйный акустический излучатель состоит из подводящего воздух трубопровода 6; сопла 7; резонатора 8; рефлектора 9; трубопровода от газоструйного акустического излучателя к воздушному коллектору 10.

Устройство работает следующим образом. Осушиваемая бумага 2 подается на поверхность вращающегося сушильного цилиндра 1. Воздух для внешней сушки подается по трубопроводу 6 и через сопло 7 подается в резонатор 8, генерируя акустические колебания с частотой 100-4000 Гц. Отражаясь от рефлектора 9, акустические колебания по трубопроводу 10 подаются в коллектор 3 и далее через выходные сопла 4 со струями, атакующими внешнюю поверхность бумаги, воздействуют на эту внешнюю поверхность, способствуя колебательному движению и разрушению ламинарного пограничного слоя испаряющейся влаги. Это, в свою очередь, приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи и теплового потока от осушиваемой бумаги к воздушным струям.

При этом подогрев воздуха, подаваемого на внешнюю сушку, способствует интенсификации акустического воздействия, так как с ростом температуры среды скорость распространения звука в этом слое увеличивается пропорционально корню квадратичному из абсолютной температуры среды.

Для усиления акустического воздействия предпочтительно увеличивать акустическое давление подающего воздуха вплоть до получения в выходном сечении сопла акустического излучателя критической скорости звука, что соответствует для воздушной среды минимального давления торможения р_т=1,4-1,6 атм (0,14-0,16 МПа)[4].

Приведем пример реализации изобретения.

Давление торможения воздуха р_в=0,15 МПа и температура торможения Т_в=300 К.

По данным [2] требуемый расход воздуха на внешнюю сушку составит 140,5-150 т/ч.

Тогда при диаметре одного сопла d_c=5 мм площадь его сечения составит .

Принимаем количество сопел на один сушильный цилиндр п_c=180.

Тогда общая площадь сопел соответствует ω_cΣ=n_c·ω_c=180·19,6=3534,3 мм².

По данным [1] распределение скорости на выходе имеющихся сопел составляет до 80 м/с.

Тогда при диаметре сопел d_с=5 мм расход воздуха плотностью ρ=1,2 кг/м³ на одно сопло составит при температуре T_в=300 К и давлении р_в=0,15 МПа (15,3·10³ г/м²).

При общем количестве сопел n_с = 180 получим общий расход на один цилиндр G_вΣ=n_с·G_вс=180·0,21=36,8 кг/с = 132,5 т/ч.

Газоструйный акустический излучатель, исходя из расчета, позволяет получить в выходном сечении сопел критическую скорость при движении торможения p_в=0,15 МПа (см. фиг.2).

Площадь выходного сечения сопел акустического излучателя определяется по формуле [3]

где к_р - расходный коэффициент, равный для воздуха к_р=0,0104.

Тогда

а диаметр выходного сечения сопел акустического излучателя определится из соответственно

В соответствии с рекомендациями [3] определены остаточные параметры газоструйного акустического излучателя.

Диаметр резонатора

d_p=1,5 d_a=1,5·7,14=10,7 мм.

Длина резонатора l_p определена для частоты акустических колебаний ν=950 Гц.

, l_p=25,7 мм

Расстояние между соплом и резонатором l_с.р найдено из соотношения

; .

При этом радиус отражателя R_от = 40 мм.

Таким образом, все параметры газоструйного акустического излучателя рассчитаны.

Изобретение обеспечивает повышение интенсивности внешней сушки, повышение производительности сушильной части бумагоделательной машины при снижении расхода пара на внутреннюю сушку и снижение расхода воздуха на внешнюю сушку.

Источники информации

1. Фляте Д.М. Технология бумаги. Учебник для вузов. М.: Лесн. пром-ть, 1988. - 440 с.

2. Papermaking Science and Technology. Book 9. Papermaking Partz. Drying / Book editor Karlson М., Farpetoy. Helsinki. Finland, 2000. P.496.

3. Лисиенко В.Г., Щелоков Д.М., Ладыгичев М.Г. Топливо: Справочное издание в 3-х книгах. Кн.2 / Под. ред. В.Г.Лисиенко. М.: Теплотехника, 2004. - 832 с.

4. Китаев Б.И., Зобнин Б.Ф., Ратников В.Ф. и др. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учебное пособие / Под ред. А.С.Телегина. М.: Металлургия, 1970. - 528 с.

Изобретение может быть использовано в бумажной промышленности. Способ предусматривает подачу осушиваемой бумаги на сушильный цилиндр, подачу пара в его внутреннюю полость, подачу воздуха в воздушный коллектор с радиальным колпаком, обращенным к поверхности сушильного цилиндра, подачу струй воздуха через отверстия колпака, облегающего образующую цилиндра. Выходящие на влажную поверхность цилиндра струи воздуха подвергаются акустическому воздействию от газоструйного акустического излучателя. Рабочим газом газоструйного акустического излучателя является непосредственно воздух, используемый в воздушном коллекторе, подаваемый в сопло газоструйного излучателя и далее в резонатор. Частота акустических наложенных колебаний составляет 100-4000 Гц. Обеспечивается повышение интенсивности внешней сушки, повышение производительности сушильной части бумагоделательной машины, а также снижение расхода пара на внутреннюю сушку и снижение расхода воздуха на внешнюю сушку. 2 ил.

Способ внешней сушки бумаги на бумагоделательном цилиндре, включающий подачу осушиваемой бумаги на сушильный цилиндр, подачу пара во внутреннюю полость цилиндра, подачу воздуха в воздушный коллектор с радиальным колпаком, обращенным к поверхности сушильного цилиндра, подачу струй воздуха через отверстия колпака, облегающего образующую цилиндра, отличающийся тем, что выходящие на влажную поверхность цилиндра струи воздуха подвергаются акустическому воздействию от газоструйного акустического излучателя, при этом рабочим газом газоструйного акустического излучателя является непосредственно воздух, используемый в воздушном коллекторе, подаваемый в сопло газоструйного излучателя и далее в резонатор, а частота акустических наложенных колебаний составляет 100-4000 Гц.