内部几何形状改进的杨克式烘缸

摘要

本发明涉及一种包含圆筒形壳体(10)的杨克式烘缸(1)，所述圆筒形壳体(10)具有中心部分(11)、第一与第二末端部分(12、13)和纵轴(101)。所述圆筒形壳体(10)在内表面(14)处设置有多个周向凹槽(15)。所述汽缸(1)另外包含分别固定到所述圆筒形壳体(10)的所述末端部分(12、13)的第一与第二缸盖(20、30)。更确切地说，所述壳体(10)包含分别定位于所述第一和第二末端部分(12、13)处的第一与第二组周向末端凹槽(15a、15b、15'a、15'b)以及定位于所述中心部分(11)处的第三组周向凹槽。具体地说，所述第一组和第二组的所述凹槽的宽度比定位于所述中心部分的所述周向凹槽的宽度大，以便在操作条件下均匀地分布负荷。

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产纸和类似产品的机器领域，且具体地说，涉及改进的烘缸(也称为杨克式汽缸)结构，具体地说，内部几何形状改进的杨克式汽缸。

背景技术

正如众所周知，造纸厂提供了使用网前箱将纤维素纤维和水的混合物以及有时不同类型的添加剂分布在成形织物上。以此方式，通过离心力来排出确定量的水，从而提高存在于成形织物上的干燥混合物层含量。

然后通过一系列步骤来减少混合物层的更多织物和/或毛布之间的水含量，直到获得允许通道穿过干燥截面的一致性。这通常至少包含杨克式烘缸，也称为“杨克式汽缸”以及馈送热空气的干燥炉罩。具体地说，将处理过的湿纸网铺设在杨克式汽缸的外表面上，而杨克式烘缸的内部是通过例如引入蒸汽来加热。杨克式烘缸内部产生的蒸汽与通过干燥炉罩吹向纸的热空气一起促使铺设在外表面上的湿纸网渐渐地干燥。当实现了期望的干燥值时，借助于刮刀或刮浆刀或借助于张力(根据所期望的产品，具体地说，皱纹纸或光滑纸)从杨克式烘缸的外表面去除纸网。

杨克式烘缸基本上包含其间安放有圆筒形壳体的两个缸盖或端壁。每个缸盖固定有轴承轴颈，所述轴承轴颈在操作条件下安装于相应轴承上。壳体内部安装有中空轴杆。缸盖和/或壳体设置有至少2个检查孔，工作人员至少通过检查孔来进入汽缸以便定期进行正常或特别的保养介入。

杨克式汽缸的组成元件(即，缸盖、壳体、轴承轴颈等)可以通过将铸铁熔融来获得且可以通过螺栓连接来固定。

或者，杨克式汽缸可以由钢制成。在这种情况下，两个缸盖可以借助于螺栓或更通常借助于焊珠固定到圆筒形壳体。

对于由铸铁制成和由钢制成的杨克式汽缸来说，圆筒形壳体具有设置有周向凹槽的内表面。这些凹槽被布置成收集冷凝液，所述冷凝液是为了将已经引入杨克式烘缸内部的蒸汽的气化潜热向外部传递而形成。

通常，周向凹槽的深度对于壳体的所有长度而言均相同。就此而言，参见例如文献WO2008/105005。

相反，在WO2014/077761中，公开了一种钢制杨克式烘缸，其包含在相对侧与2个缸盖借助于相应焊珠固定的圆筒形壳体。所述圆筒形壳体具有设置有周向凹槽的内表面。更确切地说，周向凹槽的深度从更外部的凹槽向更内部的凹槽逐渐递增，即，圆筒形壳体的厚度递减。所述文献中解释了这种几何形状使得杨克式汽缸的制造简化。

现有技术中已经大量使用的这种技术方案(例如以本申请的相同申请人的名义在意大利专利IT276295和IT277281中公开)使得汽缸对其在操作条件下所受到的应力的耐受性提高，且同时简化了制造(相对于其它已知的解决方案来说)。

尽管如此，已提出的解决方案有很多缺点。

在操作条件下，杨克式汽缸受到高应力，主要是由于已经引入的蒸汽的高温所致的热弹性应力、压力应力、压缩力以及由于在汽缸围绕旋转轴旋转期间起作用的离心力所致的应力。通常，在缸盖与壳体之间的接触区段处记录到的热弹性应力和压力应力的值均最高。这决定了需要定期进行控制以便验证结构失效不存在，然而这会导致杨克式汽缸的使用寿命缩短。

发明内容

于是，本发明的一个目的是提供一种杨克式烘缸，其相对于现有技术的杨克式汽缸而言，在操作条件下允许应力(具体地说，热弹性应力、压力应力和离心力所产生的应力)更均匀地分布，从而提高汽缸的性能和使用寿命。

这些和其它目的是由根据本发明的杨克式烘缸或杨克式汽缸实现，所述杨克式烘缸或杨克式汽缸包含：

-具有中心部分、第一与第二末端部分以及纵轴的圆筒形壳体，所述圆筒形壳体在内表面处设置有多个周向凹槽；

-固定到所述圆筒形壳体的所述第一末端部分的第一缸盖或端壁；

-就所述圆筒形壳体而言安放在所述第一缸盖的相对侧的第二缸盖或端壁，所述第二缸盖固定到所述壳体的所述第二末端部分；

-固定到所述第一缸盖的第一轴承轴颈；

-固定到所述第二缸盖的第二轴承轴颈；

-安装于所述圆筒形壳体内部且连接到所述第一缸盖和所述第二缸盖的中空轴杆；

所述周向凹槽包含：

-分别定位于所述第一末端部分和所述第二末端部分的第一组与第二组周向末端凹槽，每组周向末端凹槽至少包含第一与第二周向凹槽，其中相对于所述第二周向凹槽，所述第一周向凹槽定位于高于所述中心部分的距离处；

-定位于所述中心部分处的第三组周向凹槽；

所述杨克式烘缸的主要特征在于，所述第一组和所述第二组的所述周向凹槽的宽度比定位于所述中心部分处的周向凹槽的宽度更宽。

具体地说，根据本发明的技术方案允许负荷在操作条件下得到均匀的分布。

优选的是，所述第一组和所述第二组的周向凹槽具有从中心部分向圆筒形壳体的第一和第二末端部分递减的深度。

在本发明的一个实施例中，所述第一和所述第二末端组凹槽中的每一组至少包含第一周向凹槽、第二周向凹槽和第三周向凹槽，其定位于距所述第一或第二缸盖递增的距离处。

优选的是，周向凹槽具有呈弧形轮廓的末梢，所述末梢具有预定的曲率半径。

具体地说，第一和第二末端组凹槽中的周向凹槽的末梢的曲率半径r大于定位于圆筒形壳体的所述中心部分处的周向凹槽(即所述第三组的周向凹槽)的末梢的曲率半径r"，即r>r"。

有利的是，周向凹槽具有根据预定功能而从中心部分向第一或第二末端部分递减的深度。

具体地说，第一组和第二组的第一和第二周向凹槽的末梢的曲率半径r设定在9.5mm与10.5mm之间。在一个优选实施例中，曲率半径r是10mm。

具体地说，每个末端组凹槽中的每一和第二周向凹槽的宽度l1和l2可以设定在19mm与21mm之间，例如可以等于20mm。

具体地说，每个末端组凹槽中的第三周向凹槽的宽度l3可以设定在12mm与14mm之间，例如可以等于12.8mm。

具体地说，可以在第一组和第二组周向末端凹槽中的每一个与第三组凹槽之间设置一组中间凹槽。

优选的是，中间凹槽组仅包含一个凹槽。

有利的是，中间组中的凹槽或每一个凹槽的宽度等于中心部分的凹槽的宽度。具体地说，中间组的凹槽或每一个凹槽的深度d可以设定在与其相邻的第一或第二末端组周向凹槽的深度与第三组周向凹槽的深度之间。

有利的是，定位于圆筒形壳体的中心部分的周向凹槽的末梢(即，属于第三组)具有曲率半径r"设定于6mm与7mm之间的弧形轮廓。在一个优选实施例中，曲率半径r"等于6.4mm。因此，中心部分的凹槽的宽度l可以设定在12mm与14mm之间，例如可以等于12.8mm。

具体地说，中间组的周向凹槽或每一个周向凹槽具有曲率半径r″′设定在6mm与7mm之间的末梢。在一个优选实施例中，中间组的周向凹槽或每一个周向凹槽的曲率半径是6.4mm。

具体地说，第一组和第二组的第一周向凹槽(即，最接近于缸盖的凹槽)具有设定在25mm与27mm之间的深度d1。在一个优选实施例中，深度d1是26mm。

有利的是，第一组和第二组的第二周向凹槽具有设定在30mm与32mm之间的深度d2。在一个优选实施例中，深度d2是31mm。

在本发明的一个实施例中，第三组的周向凹槽具有设定在32mm与34mm之间的深度dc。在一个优选实施例中，深度dc等于33mm。

有利的是，中间组的周向凹槽或每一个周向凹槽具有设定在31mm与33mm之间的深度。在一个优选实施例中，中间组的凹槽或每一个凹槽的深度是32mm。

具体地说，按同轴位置安装于圆筒形壳体内部的中空轴杆具有基本上圆筒形形状。更确切地说，中空轴杆的每个末端通过例如螺栓连接来连接到相应的轴承轴颈。

有利的是，提供固定到第一缸盖的第一轴承轴颈和固定到第二缸盖的第二轴承轴颈。

具体地说，在使用时，每一个轴承轴颈的一个末端容纳于相应缸盖的孔中，而相对末端安装于轴承内。

更确切地说，每个轴承轴颈通过螺栓连接来固定到相应的缸盖和中空轴杆的相应末端。

有利的是，第一和第二缸盖对接焊接到圆筒形壳体。

附图说明

本发明现参照附图，通过其具有说明性而非限制性的示例性实施例的以下描述进行展示，其中：

-图1用图解方式描绘根据本发明的杨克式汽缸的改进结构的纵向截面图；

-图2用图解方式描绘根据本发明的杨克式汽缸的周向凹槽的趋势；

-图3描绘了图2的杨克式烘缸的周向凹槽的放大图；

-图4到8描绘了对根据本发明的杨克式汽缸的改进结构进行有限元分析的结果。

具体实施方式

正如图1中用图解方式所描绘，根据本发明的杨克式烘缸1包含具有纵轴101的圆筒形壳体10以及固定到圆筒形壳体10的相对末端12和13的第一缸盖20和第二缸盖30或端壁。

在一个有利实施例中，每个缸盖20、30包含朝向杨克式烘缸1的内部降低的中心部分21、31，以及通过连接部分23、33连接到中心降低部分21、31的末端部分22、32。其可以是基本上扁平的或曲面的，即基本上凹形的。在连接部分23、33处，缸盖20、30可以设置有至少一个检查孔25，例如2个检查孔。这些检查孔确保了在装配或保养操作期间，人员可以安全地工作。在一个可能的实施例中，具有2个检查孔的每个缸盖的每个连接部分按180度定位。

具体地说，每个检查孔25具有管形。呈管形的检查孔25允许简化和改进整个结构的动态平衡且有助于人员进入杨克式汽缸1内部。检查孔的管状入口另外增强了缸盖的结构刚度且因此增强了整个杨克式汽缸的结构刚度。

杨克式烘缸1另外包含固定到第一缸盖20的第一轴承轴颈70和固定到第二缸盖30的第二轴承轴颈80。轴承轴颈70和80可以借助于螺栓连接来固定到相应缸盖。具体地说，在使用时，每个轴承轴颈70、80的第一末端容纳于相应缸盖20或30的孔中，且相对末端安装于轴承75或85内。

在圆筒形壳体10内部，中空轴杆40相对于圆筒形壳体同轴定位且在第一末端41处借助于螺栓连接而连接到第一缸盖20，且在与第一末端相对的第二末端42处连接到第二缸盖30。中空轴杆40的每个末端41、42然后借助于螺栓固定到相应的轴承轴颈70、80。

正如众所周知，圆筒形壳体10在内表面14处设置有多个周向凹槽15，为了将已经引入杨克式烘缸1内部的蒸汽的气化潜热向外部传递而形成的冷凝液收集于所述周向凹槽中。

根据本发明，周向凹槽15在理想上可以分成定位于第一末端部分12处的第一组周向末端凹槽，例如包含2个周向凹槽15a和15b；定位于第二末端部分13处的第二组周向末端凹槽，在图2所示的情况下，其还包含2个周向凹槽15'a和15'b；以及定位于壳体10的中心部分11处的第三组周向凹槽，其包含预定数目个凹槽15"。更确切地说，第一组和第二组的周向凹槽的宽度比定位于中心部分11处的周向凹槽15"的宽度l更宽。中心部分11的周向凹槽15"(即属于第三组)优选所有都相等，即其所有都具有相同的宽度和相同的深度。

优选的是，第一组和第二组的至少周向凹槽具有弧形轮廓。根据本发明，第一组和第二组的周向凹槽的末梢呈弧形且具有曲率半径r，所述曲率半径r高于定位于圆筒形壳体的中心部分处的周向凹槽15"的曲率半径r"，即r>r"。

更确切地说，在本发明的一个优选实施例中，每个末端组凹槽至少包含第一周向凹槽15a或15'a和第二周向凹槽15b或15'b。更确切地说，相对于同组的第一周向凹槽15a或15'a，第二周向凹槽15b或15'b定位的距离比第一缸盖20或第二缸盖30的距离更高。在本发明的变体中，每个末端组凹槽另外包含第三周向凹槽15c或15'c。在这种情况下，第三周向凹槽15c或15'c距缸盖20、30定位的距离比同组的第一和第二周向凹槽的距离更高。

更详细地说，第一组和第二组的第一和第二周向凹槽15a、15b和15'a、15'b的曲率半径r设定在9.5mm与10.5mm之间，例如r＝10mm。

关于图中所描绘的实例，在第一或第二组周向末端凹槽与所述第三组凹槽之间提供中间组周向凹槽15″′。具体地说，中间组凹槽至少包含宽度l″′等于中心部分11的凹槽15"的宽度l"的周向凹槽，但深度d设定在与其相邻的第一或第二末端组的周向凹槽15b或15'b的深度与第三组的周向凹槽15"的深度之间。在所提供的实施例中，中间组的周向凹槽15″′也具有弧形形状。具体地说，中间组的周向凹槽15″′的末梢的曲率半径r″′可以设定在6mm与7mm之间，优选r″′＝6.4mm。定位于圆筒形壳体的中心部分11的周向凹槽15"的曲率半径r"也可以设定在6mm与7mm之间，优选r"＝6.4mm。

关于第一组和第二组的第一周向凹槽15a和15'a的深度，已经证明理想条件是符合深度d1设定在25mm与27mm之间，优选d1＝26mm。类似地，第一组和第二组的第二周向凹槽15b、15'b优选具有设定在30mm与32mm之间、优选d2＝31mm的深度d2。

在本发明的一个实施例中，中间组的周向凹槽15″′具有设定在31mm与33mm之间的深度d″′，优选的是深度d″′＝32mm。

关于图2中所描绘的实例，前4个凹槽的深度增加，即d">d″′>d2>d1。中心部分11的所有凹槽15"具有相同的深度d"，例如d"＝33mm。

在一个优选实施例中，缸盖20和30、中空轴杆40以及轴承轴颈70和80是由铸铁制成。更确切地说，缸盖20和30借助于螺栓固定到圆筒形壳体10的相应末端。类似地，中空轴杆40的每个末端41、42借助于螺栓固定到相应的轴承轴颈70、80。中空轴杆40的每个末端41、42另外通过螺栓连接来固定到相应的缸盖20、30。圆筒形壳体10可以由铸铁制成或由钢制成。更确切地说，圆筒形壳体10的每个末端11和12通过螺栓连接来固定到相应的缸盖20和30。

为了证明根据本发明的杨克式烘缸相对于现有技术的杨克式汽缸的优势，已经进行有限元分析。

在有限元分析中已经使用ASME标准VIII第2章-版本2010+Ad.2011和ASME II-版本2010+Ad.2011。

已经利用Mathcad 15软件(PTC软件)对轮廓进行参数化。

以下程序已经用于多重物理有限元分析：

-FEMAP V10.3.1(西门子工业公司(Siemens Industry))：模型产生、后处理；

-NEiNastran V10.1(NEi软件公司)：FE分析(非线性静态)。

有限元分析所得的结果描绘于图4到8中。

如果前2个凹槽(即，属于末端组的凹槽)的曲率半径增加到r＝10mm，同时后续的凹槽具有6.4mm的半径，那么获得应力的“胀大”，即，相对于其中前2个凹槽具有等于6.4mm的半径的情形，张力降低。

由于耐受性截面减小，因此壳体10内的深度降低另外阻止了结构弱化。

具体地说，根据图4到8，应注意根据本发明的建设性解决方案使得应力的分布比现有技术的解决方案均匀得多。

事实上，正如所知，在操作条件下，在现有技术的杨克式汽缸中，应力集中于确定的结构点。这决定了随着时间推移，那些区段出现弱化且因此使得汽缸的使用寿命通常会缩短。

结论

归功于根据本发明的凹槽的轮廓，因此具有根据本发明的几何形状的杨克式烘缸有可能克服局部应力增加的问题，从而优化了操作效率且在实践中延长了平均使用寿命。

本发明的前述示例性实施例根据概念性观点如此充分地揭露了本发明，以便其他人通过应用当前的知识而能够在不进一步研究且不偏离本发明的情况下修改和/或适应这类实施例的不同应用，且相应地，因此理解这类适应和修改须被视为等效于具体实施例。因此，实现本文所述的不同功能的方式和材料可以具有不背离本发明领域的不同性质。应了解，本文中所用的措词或术语是出于描述而非限制的目的。