Teräksisen kuivatussylinterin halkaisijan kasvattaminen

Abstract

Kuivatusosa on paperikoneen suurin osa ja se viekin noin 60 % koko koneen pituudesta. Suuren kokonsa lisäksi kuivatusosa käyttää jopa 75 % koko paperikoneen kuluttamasta energiasta. Yleisin paperi- ja kartonkikoneiden kuivatusosalla käytetty kuivausmenetelmä on sylinterikuivatus, jossa kuivausprosessiin osallistuu enimmillään jopa 150 kappaletta kuivatussylintereitä. Kuivatusosan korkean energiankulutuksen, pituuden ja hinnan vuoksi sen rakennetta on pyritty kehittämään ja optimoimaan mahdollisimman paljon vuosien saatossa. Kuivatussylinterit ovat perinteisesti valmistettu valuraudasta, mutta teräksiset kuivatussylinterit ovat yleistyneet viimevuosina, koska ne tarjoavat paremman kuivatustehon kuin valurautaiset verrokkinsa. Valuraudasta ja teräksestä valmistettujen kuivatussylintereiden maksimihalkaisijaksi on aikojen saatossa vakiintunut tietty mitta, jota on pidetty optimaalisena maksimihalkaisijana kuivatussylinterille.

Tässä työssä keskityttiin selvittämään, voitaisiinko paperikoneen kuivatusosasta saada tehokkaampi, lyhyempi ja edullisempi, jos siirryttäisi valmistamaan suurempihalkaisijaisia teräksisiä kuivatussylintereitä. Työssä tutkittavalle uudelle maksimihalkaisijalle asetettiin maksimiarvo perustuen sen valmistettavuuteen ja kuljetettavuuteen. Työssä keskityttiin tutkimaan teräksisen kuivatussylinterin halkaisijan kasvattamisen vaikutuksia itse teräksisen kuivatussylinterin rakenteeseen, sen kuljettamiseen ja kuivatusosan geometriaan. Työssä tutkittiin myös halkaisijan kasvattamisen vaikutuksia teräksisen kuivatussylinterin ja kuivatusosan kustannuksiin sekä selvitettiin millaisia investointeja ja toimenpiteitä toimeksiantajan tulisi tehdä, jotta suurempia teräksisiä kuivatussylintereitä voitaisiin alkaa valmistamaan.

Suurempihalkaisijaisen teräksisen kuivatussylinterin rakenteen selvittämisessä käytettiin apuna 3D-mallinnusohjelmaa sekä toimeksiantajan käytössä olevaa lujuuslaskentapohjaa, jonka avulla rakenteelle voitiin suorittaa FEM-analyysi. 3D-mallinnusohjelmaa käytettiin hyödyksi myös selvitettäessä suurempihalkaisijaisen teräksisen kuivatussylinterin mahtuvuutta erilaisiin kontteihin kuljetusta varten. Kuivatusosan geometrian selvittämiseen käytettiin hyödyksi toimeksiantajan kuivatusosan simulointia varten tarkoitettua ohjelmaa, jolla pystyttiin selvittämään halkaisijan kasvattamisen vaikutukset kuivatusosan sylinterimäärään, kuivatustehoon ja pituuteen. Kustannuksien laskemisessa ja vertailussa käytettiin hyödyksi toimeksiantajan laskentapohjia, joilla pystyttiin arvioimaan halkaisijan kasvattamisen vaikutuksia teräksisen kuivatussylinterin ja itse kuivatusosan hintaan.