FI110333B - Sovitelma monitelakalanterin värähtelyjen vaimentamiseksi - Google Patents

Description

110333

Sovitelma monitelakalanterin värähtelyjen vaimentamiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen sovitelma useita kovista kuumennettavista teloista ja pehmeistä teloista koostuvia telanippejä käsittävän monitelakalanterin runkovärähtelyjen vaimentamiseksi.

Paperinjälkikäsittelyyn on kehitetty suoraan paperikoneen 10 yhteyteen soveltuvia on-line moninippikalantereita. Syyt näiden kalantereiden tarpeeseen ovat lisääntyneet tehokkuusvaatimukset ja se, että nopean ja leveän nykyaikaisen paperikoneen tuotannon käsittelyyn tarvittava erillisten superkalantereiden määrä olisi niiden 15 käyttönopeusrajoitusten takia noussut suureksi. Niinpä on kehitetty uudentyyppisiä kalantereita, joilla telapinnoitteiden ja telojen kuormitusjärjestelyjen parannusten avulla päästään niin suuriin käyttönopeuksiin, että moninippikalanteri voidaan liittää suoraan 20 paperikoneeseen. Haluttaessa järjestelyä voidaan käyttää ; · kartonkikoneissakin, mutta niiden tuotantonopeudet ovat /*; alhaisempia, joten käyttönopeusrajoitukset eivät kartongin valmistuksessa ole ongelma.

• · ... 25 Kun moninippikalanterin nopeus nostetaan yli 1000 m/min, • # kalanterin rungon alimmat ominaistaajuudet osuvat helposti . koneen tuotantonopeusalueelle. Tällöin on vaarana tietyillä .···, nopeuksilla ilmenevä resonanssivärähtely. Koska rungon ' ominaistaajuutta ei voida muuttaa rajattomasti lisäämällä • · 3 0 sen jäykkyyttä tai massaa, värähtelyt on hallittava joko ’!* nopeutta muuttamalla, mitä ei tuotanto-oloissa voida : sallia, tai vaimentamalla rungon värähtelyjä tai 110333 2 muuttamalla aktiivisesti sen ominaistaajuutta. Moninippikalanterien runkojen värähtelyjen vaimentamiseen ei kuitenkaan ole olemassa käyttökelpoisia ratkaisuja.

5 Pyörivien koneiden värähtelyjen vaimentaminen ja niiden syntymisen estäminen on ollut aina yksi koneenrakennuksen keskeisiä ongelmia. Keskeistä ongelman ratkaisussa on osien ja koneen kokonaisuuden hyvä tasapainoitus, mutta sen avulla voidaan värähtelyjä poistaa muuttuvissa tuotanto-10 olosuhteissa vain tiettyyn rajaan saakka. Erityisesti paperi- ja kartonkikoneissa syntyy suuri määrä jaksollisia herätteitä, joihin ei voida tasapainoituksella vaikuttaa ja jotka saadaan esille vasta koneen ollessa tuotantokäytössä. Niinpä värähtelyjen vaimentamiseksi ja estämiseksi onkin 15 kehitetty erilaisia ratkaisuja, joista mainittakoon dynaamiset ja energiaa absorboivat vaimentimet.

Dynaamisissa vaimentimissa värähtelevän koneenosan yhteyteen sovitetaan varren päässä liikkuva massa, jonka värähtelytaajuus viritetään rakenteen ominaistaajuudelle, . . 20 jolloin se värähdelleessään kompensoi itse rakenteen värähtelyjä. Energiaa absorboivissa vaimentimissa kahden .’]! liikkuvan osan väliin sijoitettu vaimennin jarruttaa osien liikettä ja muuttaa niiden liike-energiaa lämmöksi, jolloin >fii; resonanssivärähtelyä ei pääse syntymään.

.···. 25

Suomalaisessa patentissa FI 971864 ja rinnakkaisessa eurooppalaisessa hakemuksessa 1 025 695 on kuvattu .··. menetelmä ja laitteisto värähtelyjen vaimentamiseksi paperikoneessa. Tässä menetelmässä pyörivän telan 30 laakeripesään kiinnitetään jousen avulla paino, jonka etäisyyttä laakeripesästä voidaan säätää. Paino ja jousi • ·* muodostavat dynaamisen värähtelijän. Laakeripesän 110333 3 värähtelyt mitataan ja painon etäisyyttä laakeripesästä muuttamalla värähtelyjä voidaan kompensoida asettamalla dynaamisen värähtelijän ominaistaajuus samaksi kuin ongelmallinen herätetaajuus. Tällä laitteella ja 5 menetelmällä voidaan hallita telojen värähtelyjä ja se on edullisimmillaan kahden nipin muodostavan telan värähtelyjen hallinnassa. Menetelmä ei kuitenkaan sinällään vaikuta laitteen rungon värähtelyihin ja monitela-kalantereihin sovellettaessa mittauspiirien ja 10 värähtelijöiden määrä kasvaa suureksi. Värähtelyjen mittaaminen ja säädön kohdistaminen oikeaan värähtelijään saattaa myös olla vaikeaa, koska jokaisesta telanipistä voi syntyä eritaajuista värähtelyä, joka johtuu koneen rakenteita pitkin ja summautuu muihin herätteisiin.

15 Moninippikalantereissa teloja on pystyttävä vaihtamaan helposti ja nopeasti ja laakeripesiin kiinnitettävät laitteet hidastavat ja vaikeuttavat vaihtoa. Tämänkin syyn takia menetelmän soveltaminen moninippikalantereihin ei välttämättä ole edullista.

. . 20

Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa 0 819 638 ja ·*’! rinnakkaisessa kanadalaisessa patenttihakemuksessa 2 210 * ♦ # 935 on kuvattu kiinnirullain, jonka painotelan värähtelyjä vaimennetaan kahdella eri tavalla. Kuvatussa kiinni-,>··, 25 rullaimessa painotela on tela, jota puristetaan kiinni- rullaimella rullattavan rullan pintaa vasten ja jonka ympäri rullattava paperi kiertää. Painotelan tulee painua tarkasti määrätyllä voimalla rullan pintaa vasten ja sen asemaa säädetään telan laakeripesiin vaikuttavilla 30 sylintereillä, jotka voivat olla paineilma- tai hydraulisylintereitä. Yhdessä suoritusmuodossa • ·' laakeripesään tai sen rinnalle sijoitetaan teline, jolla on 110333 4 sylinterien väliin sijoitettu liikkuva massa. Sylinterit ja massa muodostavat värähtelijän, joka voidaan mitoittaa vaimentamaan esiintyviä värähtelyjä. Toisessa suoritusmuodossa laakeripesään kiinnitetään painesylinteri, jonka 5 painelinjoissa on kuristus sylinterin liikkeen vaimentamiseksi . Painesylinterinä voidaan käyttää myös painotelan kuormitussylinteriä, jota kuristetaan sopivalla tavalla. Tässä julkaisussa kuvatut vaimennustavat soveltuvat aktiivisesti liikkuvan painotelan värähtelyiden 10 eliminoimiseen, mutta niillä ei ole suoraan vaikutusta koneen rungon värähtelyihin eikä tällaisessa kiinni-rullaimessa rungon värähtelyt olekaan ongelmallisia. Julkaisussa kuvattu vaimennin soveltuu asennettavaksi vain vaaka-asentoon ja kiinteälle alustalle liikkuvaksi, koska 15 muutoin sen massa aiheuttaisi ylimääräistä kuormitusta telojen kannattimiin ja laakeripesiin. Kuormitussylinterien kuristusta ei taas esimerkiksi moninippikalantereissa voida käyttää, koska värähtelytaajuudet ovat niin suuria, että tällainen vaimennustapa ei ehdi reagoida, vaan saattaa jopa 20 lisätä värähtelyherkkyyttä.

* · • · ' · lit ·;' Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, > · · ;;/ jonka avulla monitelakalanterin rungon värähtelyjä voidaan ainakin vähentää yksinkertaisella tavalla.

25 < ·

Keksintö perustuu siihen, että monitelakalanterin runkoon . liitetään ainakin yksi vaimennin, joka käsittää ainakin > · ...( yhden energiaa absorboivan vaimenninelementin ja joka ’’’ vaimennin on kiinnitetty ainakin yhdestä kohtaa kalanterin :it;' 30 ylimmän telan yläpuolelle.

i Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle sovitelmalle 110333 5 on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

5

Vaimentamalla rungon resonoivalla ominaistaajuudella olevat herätteet ja rungon värähtely kalanterin ajettavuutta voidaan huomattavasti lisätä. Nyt käytön aikana ei tarvitse välttää resonanssitaajuudella esiintyviä herätteitä 10 aiheuttavia nopeuksia ja nopeutta muutettaessa resonanssi-kohtien ohittaminen ei aiheuta värähtelyä ja laatumuutoksia paperiin. Runkovärähtelytasoa on mahdollista alentaa oleellisesti jo yhdellä oikein mitoitetulla ja oikein sijoitetulla vaimentimella, joten keksintöä on helppo 15 soveltaa uusiin ja jo toiminnassa oleviin kalantereihin.

Kun vaimennin sijoitetaan keksinnön mukaisella tavalla, se ei häiritse kalanterin huoltoa ja käyttöä ja vaimentimen vaikutus on tehokas. Keksinnön yhden edullisen suoritusmuodon mukaan vaimennustehoa vahvistetaan vipumekanismin , , 20 avulla, koska moninippikalantereissa värähtelytaajuus on tavallisesti vain kymmenesosamillimetrej ä. Tällä tavoin ”! saadaan erityisesti energiaa absorboivia vaimentimia « f käytettäessä vaimentimen liike suuremmaksi, jolloin sen » vaimennusteho on suurempi kuin pelkällä värähtelyn 25 amplitudilla toimivalla vaimentimella.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirus-tusten avulla.

* > 30 Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön suoritusmuotoa kaaviokuvana.

110333 6

Kuvio 2 on yksityiskohta kuviosta 1.

Kuvio 3 esittää kuvion 2 yksityiskohdan toista suoritusmuotoa.

Kuvio 4 esittää keksinnön kolmatta suoritusmuotoa.

Kuvio 5 esittää keksinnön neljättä suoritusmuotoa.

Kuvio 6 esittää keksinnön viidettä suoritusmuotoa.

Monitelakalanterit käsittävät useista teloista koostuvan telaryhmän l,joka on sovitettu pystysuoraksi pinoksi. Telaryhmä 2 on sovitettu toiselta puolelta avoimeen runkoon 1, joka käsittää tavallisesti kaksi samanlaista telojen päihin sovitettua runkopuolikasta. Telaryhmän telojen järjestys ja kuormitustapa vaihtelevat kalanterityypin mukaan kuten telojen ripustus kalanterirunkoonkin. Eri kalanterityyppejä ei kuvata tässä tarkemmin, mutta yleisimmin käytössä olevista tyypeistä mainittakoon . h OPTILOAD-, JANUS CONCEPT- ja superkalanterit.

‘ I Kalanterirungon 1 on näissä kaikissa kalanterityypeissä edullista olla avoin, koska niiden pehmeitä polymeeri- tai kuituteloja joudutaan kulumisen takia vaihtamaan "·' suhteellisen usein ja telanvaihdon on oltava nopeata.

Yksinkertaisin telaryhmän kuormitustapa on puristaa koko telaryhmää 2 ryhmän alle sijoitetulla kuormitus-1 sylintereillä 4. Tällöin ylin tela voi olla sovitettu kiinteän laakeripesän varaan. Koska runko 1 on avoin, siihen muodostuu kuormitusvoimista taivutusjännitys. Runko 1 on kiinnitetty alapäästään tehdashallin lattiaan jäykästi, jolloin taivutuksen suurin siirtymä ja 110333 7 värähtelyjen suurin amplitudi osuu rungon yläosaan. Tämä pitää paikkansa muillakin telojen kuormitustavoilla,joiden suhteen viitataan eri kalanterityyppeihin. Tässä esitetty kuormitustapa on ainoastaan viitteellinen ja tarkoitettu pelkästään keksinnön havainnollistamiseksi.

Rungon 1 yläosaan on sovitettu sen korkeimmalle kohdalle ja vastakkaiselle puolelle telaryhmää 2 nähden vaimennin 5 - 9. Vaimennin on esitetty yksityiskohtaisemmin kuviossa 2.

Vaimennin kiinnittyy runkoon 1 kiinnityskappaleen 5 välityksellä. Kiinnitys voi olla irrotettava tai kiinteä.

Kiinnityskappaleeseen 5 on liitetty kiinteästi taivutustanko 6, jonka ympärillä on värähtelevä massa 7.

Taivutustangon 6 vapaa pää on liitetty kalanterin runkoon sisäisellä vaimentimella 8 ja jousella 9. Näillä elimillä voidaan kuvata myös taivutustangon 6 ominaisuuksia.

Sisäinen vaimennin ja jousi voivat olla myös värähtelevän massan 7 ja kiinnityskohdan 5 välissä. Sisäinen vaimennin on energiaa absorboiva vaimennin kuten viskovaimennin tai kumista tai viskoelastisesta materiaalista valmistettu vaimennin. Jousi voi olla taivutustangon sisäinen .“I jousivakio tai erillinen jousielementti. Tällaisen • · · vaimentimen taajuuden säätö tehdään muuttamalla massan 7 etäisyyttä LI kiinnityskohdasta 5. Viritys voidaan tehdä vaimenninta asennettaessa tai automaattisesti ajon aikana • · värähtelymittauksen perusteella, jolloin massan etäisyyttä ((i>: muutetaan, kunnes saavutetaan pienin värähtelytaso.

* * .···, Oleellista on, että vaimennin viritetään kalanterin rungon ti\ ominaistaajuudelle asennettaessa tai rakennemuutosten jälkeen.

» · * I i · » t · · • ·’ Kuviossa 3 on esitetty heilurivaimennin, jossa I » « I » * > 110333 8 taivutustanko on korvattu nivelellä 10 kiinnitys-kappaleeseen liitetyllä tangolla 6. Jousi 8 ja sisäinen vaimennin 9 on kiinnitetty nivelen 10 ja massan 7 väliselle tangon 6 osalle ja ne liittyvät kalanterin runkoon 1.

Massan etäisyys nivelestä on LI ja jousen sijaintikohdan L2. Tässäkin tapauksessa massan paikka voi olla asettavissa käsin tai automaattisesti kuten jousen 8 paikkakin. Tässä ratkaisussa myös jousen etäisyyttä L2 voidaan käyttää vaimentimen virittämiseen. Tässäkin sisäinen vaimennin 9 on visko tai viskoelastinen vaimennin.

Edellä kuvatun kaltaisten vaimentimien toimintaa säädellään seuraavasti. Vaimentimen ominaistaajuus säädetään vaimennettavan rakenteen resonoivan ominaistaajuuden kohdalle, jolloin tällä alueella olevan herätteen voimistuminen saadaan estettyä tai oleellisesti vaimennettua. Valmennussuhdetta voidaan säätää muuttamalla vaimennettavan rakenteen värähtelevän efektiivisen massan Me ja vaimentimen värähtelevän massan m suhdetta m/Me ja . . sisäistä vaimennusta muuttamalla voidaan vaikuttaa ...* vaimentimen laajakaistaisuuteen.

.*··. Edellä kuvatun kaltaisen vaimentimen toimivuutta kokeiltiin 6-telaisessa OPTILOAD-kalanterissa. Kalanterin rungon .*·. taajuusfunktio mitattiin ilman vaimennninta, ja vaimentimen kanssa, jolloin ilman vaimenninta saatiin taajuusvaste piikin tasoksi al/Fe = Ι,ββχΙΟ'4 ja vaimentimen kanssa al/F *". = 0,4xl0'4, jossa ai on kiihtyvyys (acceleration) ja Fe on dynaaminen voima (excitation force) Vaimennetun rakenteen ,··, värähtelytaso laski neljäsosaan vaimentamattomasta I I » rakenteesta.

• · · 110333 9

Koska kalanterin runkovärähtelyjen amplitudit ovat varsin pieniä, vaimentimen toimintaa on edullista tehostaa. Kuvion 4 suoritusmuodossa vaimennustehoa on kasvatettu välitysvivulla 11. Välitysvipu 11 on kiinnitetty kalanterin runkoon 1 sen yläosaan nivelellä 12 tai nivelen tapaan toimivalla joustavalla kiinnityksellä tai kiinteästi. Tanko 11 suuntautuu ensin ulospäin kalanterin rungosta ja sitten rungon 1 suuntaisesti alaspäin. Tangon 11 vastakkainen pää on kiinnitetty runkoon 1 lähellä lattiatasoa sisäisen vaimentimen ja jousen välityksellä. Vaihtoehtoisesti tanko voidaan kiinnittää rakennukseen tai muuhun kiinteään kohteeseen, jonka värähtelyamplitudi ei ole merkittävä kalanterin yläpään värähtelyihin nähden. Kiinnityskohtien välillä vaimentimen välitysvipu on kiinnitetty rakennukseen tai apurunkoon nivelellä 14 tai konstruktiivisesti nivelenä toimivan joustavan rakenteen avulla. Välitysvivun avulla voidaan tehostaa vaimentimen toimintaa, koska sen avulla sisäisen vaimentimen liikkeeksi saadaan välitysvivun pituuksien suhteiden määräämä liikematka. Jos . . kiinnityspisteen 12 ja nivelpisteen 14 välinen matka on LI

ja vastaavasti nivelpisteen 14 ja sisäisen vaimentimen ; («t etäisyys L2, niin vaimentimen liikkeen amplitudi on L2/L1 kertaa kiinnityspisteen liikkeen amplitudi. Tällainen värähtelymatkan kertominen on erittäin oleellista, koska ,···. moninippikalanterien värähtelyamplitudit ovat erittäin pieniä, vain muutamia millimetrin kymmenesosia, jolloin ;*·; ilman liikematkan kertaamista energiaa absorboivan ·”: vaimentimen teho jäisi pieneksi. Tässäkin välitysvivun : kiinnityskohta on kalanterin rungossa ylimmän telan akselin keskilinjan yläpuolella, jolloin jo rungon värähtelyamplitudi on suurin mahdollinen. Tällainen vaimennin leikkaa värähtelyjä laajalla kaistalla.

110333 10

Kuviossa 5 esitetyssä suoritusmuodossa kalanteriin on muodostettu apurunko 15 ja apurungon sekä varsinaisen kalanterin rungon 1 välille on sovitettu useita vaimentimia. Vaimentimia on ainakin yksi, ja useita vaimentimia käytettäessä ainakin yksi niistä sijoitetaan edellä mainitulla tavalla rungon 1 yläosaan.

Vaimenninyksiköt voivat olla vain energiaa absorboivia, esimerkiksi viskovaimentimia, tai niissä voi olla jousielementtejä. Apurunko voidaan sovittaa rungon ulkopuolelle tai se voi olla runkokotelon sisäpuolella.

Kuvion 5 ratkaisussa käytetään pienten amplitudien vahvistamiseksi edullisesti kuviossa 6 kuvattuja vaimennin-elementtejä. Niissä on keinuvipu 16, joka on kiinnitetty nivelellä 18 apurunkoon ja ensimmäisestä päästään tangolla 19 kalanterin runkoon 1 toisesta päästään sisäisen vaimentimen 8 välityksellä kalanterin runkoon 1. Tässä keinuvivun vipusuhteet vahvistavat vaimennustehoa edellä ·_ : kuvatulla tavalla.

: ·. Edellä kuvatuissa esimerkeissä vaimentimet voidaan , kiinnittää muullakin tavoin kalanterin runkoon tai muuhun , rakenteeseen, esimerkiksi rakennuksen runkoon. Oleellista . ··. on kuitenkin se, että ainakin yhden vaimentimen yksi kiinnityskohta on kalanterin rungossa ylimmän telan keskiakselin keskilinjan yläpuolella. Välitysvipu voidaan tukea ulkopuoliseen rakenteeseen, kuten apurunkoon :··. rakennukseen tai muuhun sopivan tukevaan .···, kiinnityspisteeseen.

Claims (10)

110333

1. Sovitelma monitelakalanterin rungon värähtelyjen vaimentamiseksi, joka sovitelma käsittää ainakin yhden vaimentimen, joka käsittää ainakin yhden energiaa absorboivan sisäisen vaimenninelementin tunnettu siitä, että vaimennin on kiinnitetty ainakin yhdestä kohtaa kalanterin ylimmän telan akselin keskilinjan yläpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että vaimennin käsittää tangon (6), jonka pää on kiinnitetty monitelakalanterin runkoon (1) kalanterin ylimmän telan akselin keskilinjan yläpuolelle ja massan (7), joka on sovitettu tankoon välimatkan (L2) päähän kiinnityskohdasta, sekä ainakin yhden energiaa absorboivan vaimenninelementin (8), joka yhdistää tangon ja kalanterin rungon.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sovitelma, tunnettu ·, : siitä, että tanko (6) on kiinnitetty kalanterin runkoon (1) ·. kiinteästi . • I

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen , tunnettu siitä, että ·:··| tanko (6) on kiinnitetty kalanterin runkoon (1) nivelen välityksellä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu - ainakin yhdestä välitysvivusta (11), jonka ensimmäinen pää (12) on kiinnitetty ainakin yhdestä kohtaa kalanterin ylimmän telan akselin keskilinjan ‘ yläpuolelle, i 110333 - ainakin yhdestä energiaa absorboivasta vaimennin-elementistä (8),jonka välityksellä välitysvivun toinen pää on kiinnitetty kiinteään kohteeseen. - ainakin yhdestä nivelen tapaan toimivasta liitoksesta (14), jonka välityksellä välitysvipu (11) on kiinnitetty kiinteään kohteeseen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että välitysvivun toinen pää on kiinnitetty kalanterin runkoon.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että välitysvipu on kiinnitetty vivun päiden väliseltä alueelta laitteen ulkopuoliseen rakenteeseen.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, tunnettu : apurungosta (15) ja ainakin yhdestä vaimentimesta (16), jolla apurunko (15) on yhdistetty kalanterin varsinaiseen • runkoon (1) . ’;··· 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sovitelma, tunnettu : : siitä, että vaimentimia on useita.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 8-9 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että vaimennin käsittää keinuvivun (17), jonka yksi pää on kiinnitetty energiaa absorboivalla vaimenninelementillä (8) kalanterin runkoon (1) ja toinen pää tangon välityksellä samaisen runkoon, sekä nivelellä : päiden väliltä apurunkoon (15). 110333