Optimization of a heatset dryer
Pesonen, Roni (2009)
Tiivistelmä
The objective of the thesis was to examine the possibilities in designing better performing nozzles for the heatset drying oven in Forest Pilot Center. To achieve the objective, two predesigned nozzle types along with the replicas of the current nozzles in the heatset drying oven were tested on a pilot-scale dryer.
During the runnability trials, the pilot dryer was installed between the last printing unit and the drying oven. The two sets of predesigned nozzles were consecutively installed in the dryer. Four web tension values and four different impingement air velocities were used and the web behavior during the trial points was evaluated and recorded. The runnability in all trial conditions was adequate or even good.
During the heat transfer trials, each nozzle type was tested on at least two different nozzle-to-surface distances and four different impingement air velocities. In a test situation, an aluminum plate fitted with thermocouples was set below a nozzle and the temperature measurement of each block was logged. From the measurements, a heat transfer coefficient profile for the nozzle was calculated. The performance of each nozzle type in tested conditions could now be rated and compared. The results verified that the predesigned simpler nozzles were better than the replicas.
For runnability reasons, there were rows of inclined orifices on the leading and trailing edges of the current nozzles. They were believed to deteriorate the overall performance of the nozzle, and trials were conducted to test this hypothesis. The perpendicular orifices and inclined orifices of a replica nozzle were consecutively taped shut and the performance of the modified nozzles was measured as before, and then compared to the performance of the whole nozzle. It was found out, that after a certain nozzle-to-surface distance the jets from the two nozzles would collide, which deteriorates the heat transfer. Työn tarkoituksena oli tutkia mahdollisuuksia suunnitella uudet, tehokkaammat suuttimet Forest Pilot Centerin heatset-uuniin. Tämän saavuttamiseksi pilot-kuivaimessa testattiin kahta tälle suunniteltua suutintyyppiä ja kahta kopiota heatset-kuivaimen nykyisistä suuttimista.
Ajettavuuskokeita varten pilot-kuivain asennettiin painokoneen viimeisen painoyksikön ja heatset-uunin väliin. Uudet suuttimet asennettiin pilot-kuivaimeen vuorotellen, ja koeajossa tarkasteltiin sekä kuvattiin paperiradan käyttäytymistä eri puhallusilman nopeuksilla ja ratakireyksillä. Ajettavuus molemmilla suuttimilla kaikissa koepisteissä oli vähintään riittävä ja jopa hyvä.
Lämmönsiirtokokeissa jokainen suutintyyppi testattiin neljällä puhallusilman nopeudella ja vähintään kahdella puhallusetäisyydellä. Kolme alumiinilevyä valmistettiin yhdistämällä kymmenen alumiinitankoa ja jokaisen keskelle porattiin reikä, johon asennettiin termopari lämpötilan mittausta varten. Koetilanteessa alumiinilevy asetettiin suuttimen alle, ja termoparien lämpötilaa mitattiin koetilanteen ajan. Tuloksista laskettiin suuttimelle lämmönsiirtokerroinprofiili, ja suuttimien suorituskykyä eri olosuhteissa pystyttiin nyt arvioimaan ja vertailemaan. Tulokset osoittivat, että yksinkertaisemmat pilot-kuivaimen omat suuttimet olivat paremmat kuin heatset-uunista kopioidut suuttimet.
Heatset-uunin suuttimissa oli reunoilla rivi vinosuuttimia ajettavuuden parantamiseksi. Nämä kuitenkin saattavat huonontaa lämmönsiirtoa, ja uusi koesarja suunniteltiin tämän tutkimiseksi. Yhdestä kopiosuuttimesta teipattiin umpeen suorasuuttimet ja toisesta vinosuuttimet, ja näillä suoritettiin samanlaiset lämmönsiirtokokeet kuin edellisessä vaiheessa. Tuloksia verrattiin kokonaan auki olevan suuttimen tuloksiin. Huomattiin, että tietyn puhallusetäisyyden jälkeen ilmasuihkut törmäävät toisiinsa ja lämmönsiirto heikkenee.
During the runnability trials, the pilot dryer was installed between the last printing unit and the drying oven. The two sets of predesigned nozzles were consecutively installed in the dryer. Four web tension values and four different impingement air velocities were used and the web behavior during the trial points was evaluated and recorded. The runnability in all trial conditions was adequate or even good.
During the heat transfer trials, each nozzle type was tested on at least two different nozzle-to-surface distances and four different impingement air velocities. In a test situation, an aluminum plate fitted with thermocouples was set below a nozzle and the temperature measurement of each block was logged. From the measurements, a heat transfer coefficient profile for the nozzle was calculated. The performance of each nozzle type in tested conditions could now be rated and compared. The results verified that the predesigned simpler nozzles were better than the replicas.
For runnability reasons, there were rows of inclined orifices on the leading and trailing edges of the current nozzles. They were believed to deteriorate the overall performance of the nozzle, and trials were conducted to test this hypothesis. The perpendicular orifices and inclined orifices of a replica nozzle were consecutively taped shut and the performance of the modified nozzles was measured as before, and then compared to the performance of the whole nozzle. It was found out, that after a certain nozzle-to-surface distance the jets from the two nozzles would collide, which deteriorates the heat transfer.
Ajettavuuskokeita varten pilot-kuivain asennettiin painokoneen viimeisen painoyksikön ja heatset-uunin väliin. Uudet suuttimet asennettiin pilot-kuivaimeen vuorotellen, ja koeajossa tarkasteltiin sekä kuvattiin paperiradan käyttäytymistä eri puhallusilman nopeuksilla ja ratakireyksillä. Ajettavuus molemmilla suuttimilla kaikissa koepisteissä oli vähintään riittävä ja jopa hyvä.
Lämmönsiirtokokeissa jokainen suutintyyppi testattiin neljällä puhallusilman nopeudella ja vähintään kahdella puhallusetäisyydellä. Kolme alumiinilevyä valmistettiin yhdistämällä kymmenen alumiinitankoa ja jokaisen keskelle porattiin reikä, johon asennettiin termopari lämpötilan mittausta varten. Koetilanteessa alumiinilevy asetettiin suuttimen alle, ja termoparien lämpötilaa mitattiin koetilanteen ajan. Tuloksista laskettiin suuttimelle lämmönsiirtokerroinprofiili, ja suuttimien suorituskykyä eri olosuhteissa pystyttiin nyt arvioimaan ja vertailemaan. Tulokset osoittivat, että yksinkertaisemmat pilot-kuivaimen omat suuttimet olivat paremmat kuin heatset-uunista kopioidut suuttimet.
Heatset-uunin suuttimissa oli reunoilla rivi vinosuuttimia ajettavuuden parantamiseksi. Nämä kuitenkin saattavat huonontaa lämmönsiirtoa, ja uusi koesarja suunniteltiin tämän tutkimiseksi. Yhdestä kopiosuuttimesta teipattiin umpeen suorasuuttimet ja toisesta vinosuuttimet, ja näillä suoritettiin samanlaiset lämmönsiirtokokeet kuin edellisessä vaiheessa. Tuloksia verrattiin kokonaan auki olevan suuttimen tuloksiin. Huomattiin, että tietyn puhallusetäisyyden jälkeen ilmasuihkut törmäävät toisiinsa ja lämmönsiirto heikkenee.