FI72158B - Foerfarande foer maetning av helhetstrycket av en i inloppslaodan i en pappersmaskin stroemmande massasuspension och slutet regleringssystem foer tillaempande av foerfarandet - Google Patents

Description

72158

Menetelmä paperikoneen perälaatikossa virtaavan massa-suspension kokonaispaineen mittaamiseksi ja menetelmää soveltava suljettu säätöjärjestelmä Förfarande för mätning av helhetstrycket av en i inlopps-ladan i en pappersmaskin strömmande massasuspension och slutet regleringssystem för tillämpande av förfarandet

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen perälaatikolla massasus-pensiovirtauksen kokonaispaineen mittaamiseksi, jossa menetelmässä perälaatikon virtauskanavaan on sovitettu anturit, joilla havaitaan massasuspension paineita.

5

Lisäksi keksinnön kohteena on keksinnön jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaista mittausmenetelmää soveltava suljettu säätöjärjestelmä perälaatikon kokonaispaineen ja siitä riippuvien suureiden kuten perä-laatikon virtausnopeuden, huulisuihkun nopeuden, virtaaman ja/tai 10 retention säätämiseksi.

Ennestään tunnetusti perälaatikon paine mitataan massasuspension vir-tauskanavan seinämään kiinnitetyllä anturilla. Epäkohtana on ollut se, että ennestään tunnetusti sovitetut anturit mittaavat vain staattisen 15 paineen. Tunnetusti mainitut anturit sijoitetaan yleensä perälaatikon huulikanavaan. Koska erityisesti hydraulisilla perälaatikoilla virtausnopeus paineen mittauskohdassa on merkittävä, tavallisesti n. 1 - 2 m/s, muodostuu huulisuihkun nopeuden pohjana käytetettävä painearvo virheelliseksi, koska siitä puuttuu dynaamisen paineen osuus. Tämän virheen 20 suuruus riippuu virtaamasta ja ylähuulen asemasta. Tästä on seurauksena se epäkohta, että perälaatikon huuliaukosta purkautuvan suihkun ja viiran nopeuksien suhdetta ei voida pitää muuttuvissa olosuhteissa halutun suuruisena. Tämä epäkohta on tuotu korostetusti esille etenkin paperitehtaiden edustajien taholta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä ilmenneiden epäkohtien välttäminen ja sellaisen kokonaispaineen mittausmenetelmän aikaansaaminen, joka on toteutettavissa verraten yksinkertaisin laitejärjestelyin.

25 2 72158

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mittausmenetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että kokonaispaineen siis staattisen ja dynaamisen paineen summan mittaamiseksi menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat vaiheet: 5 mitataan sinänsä tunnetusti massasuspension virtauskanavasta virtaus-suunnassa riittävän kaukana toisistaan olevista pisteistä paineet, mitataan perälaatikon huuliaukon korkeus ja ylähuulen vaaka-asema tai 10 muut vastaavat huuliaukon geometriset suureet, mainittujen painemittausten mittaussignaalit sekä huuliaukon geometriaa kuvaavat mainitut mittaussignaalit syötetään prosessorille, joka sinänsä tunnettujen laskukaavojen perusteella sopivasti laskee ja tulostaa koko-15 naispaineen mittaustuloksen.

Keksinnön mukaiselle säätöjärjestelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainitulla prosessorilla laskettu kokonaispainetta kuvaava signaali ohjataan säätösignaaliksi paineensäätimelle, jolle 20 säätimele syötetään tietokoneliitännästä tai muusta vastaavasta paineen asetusarvo ja että mainitulla säätäjällä ohjataan toimilaitteita, jotka säätävät massasuspension syöttöpumpun moottoria tai muuta vastaavaa massasuspensiovirtauksen paineeseen vaikuttavaa laitetta.

25 Keksinnön mukaisesti mitatun kokonaispaineen p avulla säädetään esimerkiksi massasuspension syöttöpumpun pyörimisnopeutta tai muuta vastaavaa säätävää laitetta. Keksinnön menetelmä voidaan toteuttaa esimerkiksi mikroprosessorin avulla, johon syötetään kahdesta eri kohdasta mitattujen paineiden sekä huuliaukon b ja ylähuulen vaaka-asennon L mittaussig-30 naalit. Mainitut mittaukset suoritetaan riittävän tihein aikavälein samoin kuin tarvittavat laskutoimitukset kokonaispaineen p laskemiseksi niin, että paineensäätöjärjestelmä saadaan toimimaan riittävän nopeasti ja muutenkin moitteettomasti.

35 Keksinnön menetelmässä saadaan tarvittaessa mitatuksi myös tarkasti perälaatikon huulivirtaama q, jonka perusteella esimerkiksi retentio paperikoneella on ennestään tunnettuja menetelmiä tarkemmin laskettavissa .

3 72158

Etuna on keksinnössä myös se, että eräillä paperikoneilla käytetty kallis magneettinen määrämittari perälaatikon syöttöputkessa voidaan korvata keksinnön mukaisella mittausmenetelmällä.

5 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

Kuvio 1 esittää konesuuntaista pystypoikkileikkausta paperikoneen perä-10 laatikosta ja sen yhteydessä olevaa keksinnön mukaista mittausjärjestelyä lohkokaaviona.

Kuvio 2 esittää kuviota 1 suuremmassa mittakaavassa perälaatikon huuli-osaa ja siihen sovitettuja eri antureita sekä keksinnön menetelmään 15 liittyviä huuliosan mittoja.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetty perälaatikko on sinänsä tunnettu ja sen rakennetta ja toimintaa selostetaan seuraavassa keksinnön taustaksi vain lyhyesti. Jalustan 11 varassa olevassa perälaatikossa on jakotukki 10, 20 johon massasuspensiovirtaus F tuodaan pumpun 40 syöttämän massaputkien 41,42 ja 44 sekä sihdin 43 kautta. Jakotukin 10 etuseinämään avautuu jakoputkisto 13, jonka kautta massasuspensiovirtaus kulkee tasauskam-mioon 15. Tasauskammion 15 jälkeen seuraa turbulenssigeneraattori 16, jossa olevan reikäsarjan 17 kautta massasuspensiovirtaus sopivan mikro-25 turbulenttina purkautuu huulikanavaan 20. Tasauskammiosta 15 on yhteys ilmasäiliöön 14, jonka ilmatyyny V toimii massasuspension painevaihte-luja vaimentavana ilmatyynynä. Tasauskammion 15 yhteydessä massasus-pensiolla on vapaa pinta S.

30 Huulikanava 20 rajoittuu alahuuliseinämän 18 ja ylähuuliseinämän 19 välille. Alahuuliseinämä 18 on kiinteä ja ylähuuliseinämä 19 on laitteilla 22 käännettävissä takareunansa yhteydessä olevan nivelen 23 ympäri huuliaukon A korkeuden b säätämistä varten. Ylähuuliseinämän 19 nivel 23 on kiinnitetty luistiin 23', joka on laitteilla 21 siirrettä-35 vissä huulen vaakasuoran dimension L säätämistä varten. Ylähuulipalkin 26 etuseinämään 27 on kiinnitetty kärkilista 28, joka ulottuu mitan s 4 72158 ylähuuliseinämän 19 sisäpinnan alapuolelle huuliaukon A kohdalla. Perä-laatikon huuliaukon A kautta massasuspensiosuihku purkautuu sopivalla nopeudella rintatelan 24 ylikulkevalle viiralle 25.

5 Seuraavassa selostetaan kuvioon 1 viitaten keksinnön mukaisen mittausmenetelmän pääperiaatteet ja sen toteuttamiseksi tarvittavat mittaus-, säätö- ja tietojenkäsittelylaitteet. Perälaatikosta purkautuvan massa-suspension huulisuihkun nopeus saadaan kaavasta 10 v = Φ *y 2p/p ' (1) missä p = kokonaispaine, siis staattisen ja dynaamisen paineen summa huulikanavassa 20 15 p = massasuspension tiheys ja φ = häviökerroin.

Ennestään tunnetusti on paineenmittaus suoritettu vain esim. kuvioon 2 merkitystä pisteestä 2. Kuten sanottu, mainitulla tunnetulla mittaus-20 tavalla ei mittaukseen ole saatu mukaan paineen dynaamista komponenttia, mistä on aiheutunut huomattava mittausvirhe.

Keksinnön mukaisesti mitataan paineet joko pisteistä 1 ja 2 tai pisteistä 2 ja 3 sinänsä tunnetuilla paineantureilla 31,32 ja 33.

25 Kuvion 1 mukaisesti mitataan antureilla 31 ja 32 paineet p^ ja p£.

Lasketun paine-eron Δρ^ = Pj “ P2 avulla saadaan lasketuksi huuli-kanavan 20 tilavuusvirtaama q. Lisäksi mitataan huuliaukko b ja ylä-huulen vaaka-asema L. Mainittujen suureiden hetkellisten arvojen perusteella lasketaan hetkellinen kokonaispaine p = p£ + p^^iq.b.L) .

30 Näin saadun kokonaispaineen p avulla säädetään esimerkiksi syöttöpumpun 40 pyörimisnopeutta tai muuta vastaavaa säätävää laitetta.

Vaihtoehtoisesti pisteestä 1 tapahtuvan painemittauksen sijaan voidaan ottaa piste 3, joka on sopivimmin sellaisessa kohdassa, jossa mittaus-35 kanavan 20 korkeus h^ poikkeaa mahdollisimman paljon mittauspisteen 2 vastaavasta korkeudesta 72158

Seuraavassa selostetaan kuvion 1 lohkokaavioon viitaten keksinnön mukaisen mittausmenetelmän pääperiaatteet. Edellä mainitut suureet L, b ja s mitataan asentoantureilla CT^, GT2, GT^ ja 34 ja näin saadut mittaustulokset L, b ja s syötetään prosessorille 35. Prosessoriin 35 5 on yhdistetty kiinteiden mittatietojen ja prosessitietojen käsittely-yksikkö 38, joka kirjoittimen 37 kautta syöttää tarpeelliset tiedot prosessorille 35. Prosessoriin 35 on yhdistetty näyttölaite 36, josta voidaan lukea paine, virtaama, huulisuihkun nopeus, retentio ja mahdollisesti muut mittaustiedot. Paineantureilla ΡΤ^, PT2* 31, 32 pis-10 teistä 1 ja 2 mitatut paineet p^ ja P2 ja mahdollisesti paineanturilla PDT mitattu paine-ero Δρ^ syötetään prosessorille 35.

Prosessorilta 35 saadaan kokonaispaine p myöhemmin tarkemmin selostettavien laskukaavojen perusteella. Kokonaispainetta p kuvaava mittaussig-15 naali syötetään paineen säätimeen PC, johon syötetään myös tietokone- liitännästä P tai vastaavasta saatava paineen asetusarvo p . Säätäjästä PC saadaan paine-erosta p - PQ riippuva säatösignaali e, joka ohjaa toimilaitetta 39. Toimilaite 39 säätää massapumpun 40 moottoria. Täten on aikaansaatu suljettu säätöjärjestelmä, jolla voidaan pitää haluttuna 20 ja asetusarvon p^ mukaisena mainittu kokonaispaine p ja sitä kautta esim. huulisuihkun nopeus voidaan säätää halutun suuruiseksi.

Seuraavassa selostetaan tarkemmin painemittauksia sekä kokonaispaineen laskentaa.

25

Kokonaispaineen laskennassa tarvitaan seuraavia huulikanavan 20 geometrisiä mittoja: b = huuliaukko 30 L = ylähuulen vaaka-asento L ja b ovat molemmat muuttuvia suureita. Lisäksi tarvitaan kärkilistan 28 ulottuman mitta s, joka syötetään prosessorille 35 esim. kirjoittimen 37 avulla, s-mittaa ei normaalikäytössä muuteta. Tosin huuliprofiilia 35 kärkilistan 28 avulla säädettäessä se muuttuu, mutta niin vähän, ettei 6 72158 näillä muutoksilla ole merkitystä seuraavassa esitettäviin kokonaispai-neen laskelmiin. Haluttaessa s-mittakin voidaan lukea suoraan laskenta-yksille siirtymä-antureilta, jotka on kiinnitetty kärkilistaan 28.

5 Kokonaispaineen laskennassa tarvitaan vielä virtauskanavan 15,20 kor-keusmittoja mittauspisteiden 2 ja kohdilla. Merkitään näitä tuilla ja hailia vastaavasti. Nämä molemmat mitat muuttuvat mainittuja L:ää, b:tä ja s:ää muutettaessa ja tälle riippuvuudelle on alkeisgeometrian avulla johdettavissa lausekkeet: 10 ^2 = ^2 peräl.geometria) (2) ^3 = ^3 ^»b,s Peräl.geomertia) (3)

Asiantuntijalle on selvää miten ko. riippuvuudet (2) ja (3) saadaan 15 matemaattisen kaavan muotoon ja miten prosessori 35 ohjelmoidaan ne laskemaan.

Painemittaukset tehdään sopivimmin perälaatikon sivuseiniin kiinnitetyillä antureilla 31,32 ja 33, jolloin ne mittaavat staattista painetta 20 virtauskanavassa (15,20). Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää pisteistä 1 ja 2 mitattuja paineita p^ ja Ρ2 tai pisteistä 2 ja 3 mitattuje paineita Ρ2 ja P3· Tarkimpaan tulokseen päästään jos mitataan paine p2 sekä paine-ero Δρ^2 pisteiden 1 ja 2 välillä tai paine p2 ja paine- ero ΔΡ23 pisteiden 2 ja 3 välillä.

25

Kokonaispaineen laskenta suoritetaan seuraavasti: a) Mittauspisteet 1 ja 2 virtaustekniikan lakien mukaan 30 P1 - p2 = Δρ12 = k · q2 (4) missä k virtaushäviökerroin, joka voidaan kokeellisesti määrittää q = tilavuusvirtaama/koneen leveysmetri.

tl 7 72158

Ylläolevasta kaavasta saadaan ratkaistuksi mitattujen paineiden tai paine-eron perusteella: , φΣ(5) 5 Vk y k

Perälaatikon kokonaispaine p saadaan kaavalla 10 P - P2 + P2dyn* (6) missä ^2dyn = dynaaminen paine pisteessä 2 ja se saadaan kaavalla 15 fjdyn !c '(hj (7) missä 2Q p = virtaavan paperimassa tiheys = kanavakorkeus mittauspisteessä 2.

Kun edellä olevat kaavat yhdistetään saadaan kokonaispaineen lausekkeeksi 25 o · Δρι2 p(p1 " p2^ p = P2 +--“2 = P2 + .. .2 (8) 2k · ^2 2k · b) mittauspisteet 2 ja 3 ^ Pisteissä 2 ja 3 esiintyvien paineiden välille voidaan kirjoittaa seuraava kaava p2 + p2dyn * p3 + p3dyn + «V <9) 8 721 58 missä P2 = m*tatut staattiset paineet pisteissä 2 ja 3 ^dyn ^a ^3dyn = ^ynaam^set paineet pisteissä 2 ja 3 /\pf = kitkapainehäviö pisteiden 2 ja 3 välillä, mikä 3 aiheutuu pääasiassa kanavan seinämien aiheuttamasta virtausvastuksesta.

ΔΡ^ voidaan esittää muodossa . 2 10 iAPr = *r ' (10) i. - missä k^ = virtaamasta riippumaton häviökerroin, joka voidaan kokeellisesti määrittää.

15

Edellisen perusteella saadaan kokonaispaineen lausekkeeksi P2 ~ P3_ _ . Ap23_ p = p2 + P2dyn = P2+/M2 = P2 f (n) 20 tai P2 - Pj Δρ23 P' ”3 * ^ 'P3 + P3 * /v? (12> 25 ’ 1 -y *

Jompaa kumpaa edellä esitetyistä paineista p voidaan käyttää, sopivimmin kuitenkin ensinmainittua.

30 Kokonaispaineen arvoa p, on se sitten saatu kohdassa a) tai b) esitetyllä tavalla verrataan kokonaispaineen p asetusarvoon pQ (ts. arvoon, jolle tiedetään saatavan haluttu huulisuihkun nopeus v ja mahdollisen poikkeaman perusteella säädetään painetta, yleisemmin muuttamalla pumppua 40 käyttävän moottorin pyörimisnopeutta.

9 72158

Kun kokonaispaine p on saatu lasketuksi jollakin edellä mainituista tavoista, voidaan laskea huulisuihkun nopeus v: v = Φ ·'" ί 2p/p ' (13) 5 missä φ = kitkahäviökerroin mittauspisteestä huulisuihkuun, ja se voidaan määrittää kokeellisesti.

10 Edellä on esitetty miten virtaama q voidaan mittausten perusteella laskea. q:n avulla lasketaan haluttaessa edelleen paperikoneen kokonais retentio kaavalla v · m · k (14) R = - 15 q . c missä c = massasulpun sakeus perälaatikossa v = paperin nopeus rullaimella 20 m = paperin kuivaneliömassa k - paperin kutistumiskerroin poikkisuunnassa paperikoneella

Sakeus c saadaan laskentasysteemiin joko on-line sakeusmittarilta tai laboratoriosta syötettynä mittausarvona, v on jatkuvasti mitattava 25 suure samoinkuin m. < on syötettävä manuaalisesti prosessorille 35.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkin vuoksi selostetuista.

Claims (9)

72158 10

1. Menetelmä paperikoneen perälaatikolla massasuspensiovirtauksen (F) kokonaispaineen (p) mittaamiseksi, jossa menetelmässä perälaatikon vir-tauskanavaan (15,20) on sovitettu anturit (31,32;32,33), joilla havaitaan massasuspension paineita, tunnettu siitä, että kokonais- 5 paineen siis staattisen ja dynaamisen paineen summan mittaamiseksi menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat vaiheet: mitataan massasuspension virtauskanavasta (15,20) virtaussuunnassa (F) riittävän kaukana toisistaan olevista pisteistä (1,2,3) paineet (Pj>P2* 10 ?2*P3’^ 12*^3 *^^23^ ’ mitataan sinänsä tunnetusti perälaatikon huuliaukon (A) korkeus (b) ja ylähuulen (19) vaaka-asema (L) tai muut vastaavat huuliaukon (A) geometriset suureet, 15 mainittujen painemittausten mittaussignaalit (p^»P2»P2’*,3’*)2,‘^12’*>3’ sekä huuliaukon (A) geometriaa kuvaavat mainitut mittaussignaalit (L,b) syötetään prosessorille (35), joka sinänsä tunnettujen laskukaavojen (11,12) perusteella sopivasti laskee ja tulostaa kokonaispaineen (p) 20 mittaustuloksen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä mitataan jatkuvasti tai sopivin välein tai muuten syötetään prosessorille (35) huuliaukon (A) kärkilistan (28) 25 etäisyystieto (s) perälaatikon huulikanavan (20) yläsetnämästä (19).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittausmenetelmä, tunnet-t u siitä, että menetelmässä mitattujen suureiden (P^»P2»P2,P3’^2’ ^12’^3’/^23’ L,b,s) avulla lasketaan prosessorilla (35) huulisuihkun 30 nopeus (v), retentio (R) ja/tai massasuspension virtaama (q) sinänsä tunnettujen laskukaavojen (1,13,IA) perusteella ja että mainittu tai mainitut mittaustulokset näytetään tai tulostetaan mainittuun prosessoriin (35) liitetyllä näytöllä (36) ja/tai kirjoittimella (37). 35 II 11 72158

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että painemittaukset suoritetaan perälaatikon tasaus-kammiosta (mittauspiste 1) ja perälaatikon huulikanavasta (20) (mittauspiste 2) niin, että mainitut paineet (ρ^,ρ2) tulevat mitatuiksi perä- 5 laatikon turbulenssigeneraattorin (16,17) molemmin puolin.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mittausmenetelmä, t u n -n e t tu siitä, että painemittaukset (ρ2»Ρβ) suoritetaan antureilla (32) perälaatikon huulikanavan (20) massasuspension virtauksen (F) 10 suunnassa alkupäässä (mittauspiste 2) ja loppupäässä (mittauspiste 3) anturein (33).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että mainitut mittauspisteet (2,3) on siten valittu, että huuli- 15 kanavan (20) korkeus (t^) massasuspension virtaussuunnassa (F) edellisessä mittauspisteessä (2) on olennaisesti suurempi kuin vastaava korkeus (h^) jälkimmäisessä mittauspisteessä (3).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mittausmenetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että painemittaukset (p^»P2;?2 ’P3) suoritetaan perä- laatikon virtauskanavan (15,20) pystysivuseiniin kiinnitetyillä paine-antureilla.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mittausmenetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että menetelmässä käytetään mikroprosessoria, johon syötetään mainitut mittaustiedot (p^»P2»P3»Ap^2»h>h»s) Ja johon mikroprosessoriin (35) on liitetty näyttölaite (36) ja/tai kirjoitin (37), jonka viime mainitun kautta kiinteät mittatiedot ja muut mahdolliset prosessitiedot syötetään mikroprosessorille (35) ja että mikroprosesso-30 rista saadaan kokonaispainetta (p) kuvaava signaali.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaista mittausmenetelmää soveltava suljettu säätöjärjestelmä perälaatikon kokonaispaineen (p) ja siitä riippuvien suureiden kuten perälaatikon virtausnopeuden (V) , huuli- 35 suihkun nopeuden (v), virtaaman (q) ja/tai retention (R) säätämiseksi, tunnettu siitä, että mainitulla prosessorilla (35) laskettu kokonaispainetta kuvaava signaali (p) ohjataan säätösignaaliksi paineen- 12 721 58 säätimellä (PC), jolle säätimelle syötetään tietokoneliitännästä (P) tai muusta vastaavasta paineen asetusarvo ja että mainitulla säätäjällä (PC) ohjataan toimilaitteita (39), jotka säätävät massasuspension syöttöpum-pun (40) moottoria tai muuta vastaavaa massasuspensiovirtauksen (F) pai-5 neeseen vaikuttavaa laitetta. Il 7215 8