CN104271223B - 用于操作具有至少一个旋转轴的装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作具有至少一个旋转轴(5)的装置(1)的方法，所述至少一个旋转轴(5)包括作用于装置(1)中待处理材料的功能部件(7)，所述装置(1)包括充注孔(15)和具有可调整下边缘(13)的出口孔(9)，并且所述材料连续地通过装置(1)从充注孔(15)输送到出口孔(9)，所述方法包括下面的步骤：(a)测量用于该至少一个旋转轴(5)的负载数据以确定轴负载，(b)如果轴负载超出了指定的最大负载，则降低出口孔(9)的下边缘(13)和/或减少供应的材料的量，或者如果轴负载小于指定的轴负载时，则向上移动出口孔(9)的下边缘(13)和/或增加供应的材料的量。

Description

用于操作具有至少一个旋转轴的装置的方法
本发明基于用于操作具有至少一个旋转轴的装置的方法，该至少一个旋转轴包括作用于该装置中待处理的材料的功能部件，该装置包括充注孔和具有可调整下边缘的出口孔，并且通过该装置将材料连续地从充注口孔输送到出口孔。
具有至少一个旋转轴的装置是例如反应器(尤其是捏合反应器)、捏合机、圆盘式干燥机或桨式干燥机。捏合反应器和桨式干燥机被用于例如被用作超吸收剂的聚(甲基)丙烯酸酯的生产中。然而，该捏合机或干燥机还可以被用于任何其它所需的方法中。
根据安装在轴上的功能部件的性质(例如捏合钩(kneading hook)、桨叶或盘)和装置中待处理的产品，力作用于该功能部件。尤其是在粉状固体或颗粒状固体或高粘度液体的情况下，这些力是比较高的。这可能导致由于过大的力而损坏该功能部件，从而可能导致该功能部件断裂。断裂的功能部件产生其它的损伤,甚至可能导致装置故障。
本文中作用于功能部件的力除了依赖于材料的性质和功能部件的性质之外，还依赖于装置中的充注水平。充注水平越高，作用于功能部件的力就越大。装置中的充注水平通常是轴的转速、被充注到装置中的原材料的量和从装置中排放的原材料的量的结果。充注孔是常规提供用于添加的，所述充注孔例如被布置在装置壳体中的轴的上方。产品的排放通常通过排放孔进行，所述排放孔可例如采用堰的形式。
例如在WO2006/034853中公开了具有旋转轴、并具有用于添加原材料的充注孔和具有用于排放产品的排放孔的混合捏合机，所述旋转轴上具有本文中作为功能部件引入的捏合杆。在所述文献中公开的装置被用于生产聚(甲基)丙烯酸酯。
目前使用的混合捏合机的问题是通常在具有恒定的原材料供应的情况下操作该混合捏合机，尤其是在非均匀反应的情况下，如果在捏合装置中实施反应时，可能导致轴上负载的波动。在干燥机中干燥过程中的波动可能相应地还导致轴负载的变化。
因此，本发明的目的是提供用于操作具有至少一个旋转轴的装置的方法，在本方法中可调整轴上的负载使得可以避免对轴的损伤。
通过用于操作具有至少一个旋转轴的装置的方法实现所述目标，该至少一个旋转轴包括作用于该装置中待处理的材料的功能部件，该装置包括充注孔和具有可调整下边缘的出口孔，并且通过该装置将材料连续地从充注口孔输送到出口孔，所述方法包括下面的步骤：
(a)测量用于该至少一个旋转轴的负载数据以确定轴负载，
(b)如果轴负载超出了指定的最大负载，则降低出口孔的下边缘和/或减少供应的材料的量，或者如果轴负载小于指定的轴负载时，则向上移动出口孔的下边缘和/或增加供应的材料的量。
轴负载超出了指定的最大负载时降低出口孔的下边缘同样减少装置中最大的充注水平，因为该装置中高于出口孔的下边缘的材料被排放。通过减少供应的材料的量实现相同的作用。充注水平低导致轴上负载低，因此以此方式可减少过高的轴负载并可避免或至少减少轴的损伤。如果轴负载降到低于指定的轴负载，则可以向上移动出口孔的下边缘，从而增加整体充注水平。增加充注水平还可通过增加供应的材料的量来实现。以此方式，除了避免轴损伤，还在每种情况下可设置最大的可能充注水平从而实现通过该装置的最大可能的吞吐量。
降低或升高出口孔的下边缘甚至在向装置中添加材料的速率恒定的情况下也允许设置充注水平。
在一个优选的实施方案中，通过可移动的堰形成出口孔的下边缘，并且为了降低出口孔的下边缘，向下移动堰，并且为了向上移动出口孔的下边缘，向上移动堰。配备有堰的出口孔此处可被布置在装置的端面或在装置的侧面。该出口孔优选地位于在轴向方向上装置的与充注孔相对的侧面上。
该装置的壳体通常是圆柱体因此能够确保发挥功能。此处端面可以是平坦的结构或弯曲的结构。此处端面的形状还取决于装置中的压力水平。在压力下操作装置的情况下，盖子是例如弯曲的结构。
配备在出口孔的下边缘的堰通常被构造成与围绕着堰的壳体相同的几何形状。在堰安装在壳体侧面上的情况下，该堰例如同样是弯曲的，从而可以在壳体的内部或壳体的外部上移动。例如，可为此目的使壳体具有导轨，堰可在该导轨中移动。当该堰被置于该装置的端面时，如果封闭端面的盖形成了平面，则可例如将堰同样地构造成平板。
为了防止材料自堰的侧面从装置中泄漏出来，使堰相对于装置密封也是有利的。为此目的可使用不阻碍堰移动的任何需要的密封件。
如果该装置中处理的材料属于粗颗粒性质，可选地不需要密封，因为材料甚至经过窄缝隙也不能从装置中漏出。当在装置中处理固体时，密封尤其不是绝对必要的。然而，如果在装置中处理液体时，根据液体的粘度，密封是必备的。尤其是在低粘度液体的情况下，必须提供密封件以避免液体能够通过堰形成的缝隙从装置中漏出。
由于根据本发明的方法尤其是用于高粘度材料或固体材料，因此通常可免除堰的密封。
由于轴上的负载取决于大量的参数，因此有必要检测轴上的负载。为此目的，在步骤(a)中测量关于该至少一个旋转轴的负载数据以确定轴负载。该测量的负载数据可包括，例如，轴的转速、用于驱动轴的电动机的功率和轴的偏移值。可检测这些数据中仅一个或者检测两个或更多个。尤其有利的是检测所有三个测量值。
在轴负载增加的情况下，轴的转速例如下降。由于例如在更高的充注水平或例如当生产交联的聚合物时更高的交联并由此产生更高的粘度的情况下轴上更大的负载(即，必须由轴施加的更大的力)，更大的力被传递到功能部件上从而以此方式使轴慢下来。如果轴的圆周速度保持恒定，则必须增加驱动功率。因此还可记录驱动功率以确定轴负载。用于驱动轴以维持恒定转速的增加的电动机功率是更高的轴负载的指示。轴上更高的负载还可能额外地导致轴的偏移的增加，因此，还可记录轴偏移的值以确定轴上的负载。
如果要检测轴的转速，本领域技术人员已知的任何所需的速度传感器均适合于此目的。本文中速度传感器优选地安装在壳体外部的轴上。本文中可将该速度传感器布置在轴的驱动端上或在远离驱动装置的轴的一端上。在壳体外部布置速度传感器的优点是，在这种情况下该速度传感器不会被装置中存在的材料损伤。除了将该速度传感器设置在轴的一端之外，或者还可——尤其是当使用空心轴时——在轴的内部容纳该速度传感器。在这种情况下，需要一个轴贯通装置(feedthrough)，通过该轴贯通装置将该速度传感器引入到该轴的内部。然而，优选地，将该速度传感器布置在轴外部的轴一端处。
如果要检测用于驱动该轴的电动机功率，在这种情况下还可使用可检测电动机功率的任何所需的传感器。为此目的尤其可直接在轴驱动装置上检测吸收功率。例如，通过检测电压和电流强度可记录并计算电动机功率。
如果检测转速，除了检测轴的转速之外，还可记录电动机的转速。例如，可为此目的使用电动机中提供的速度传感器。如果轴的转速降低，电动机的转速也会下降。轴的转速和电动机的转速是彼此直接耦合的。
同样可使用本领域技术人员已知的能够检测偏移的任何所需的传感器来检测轴的偏移。例如，为此目的可使用可在轴一端检测距离轴向位置的轴偏离的传感器。
为了测量轴偏移，可例如使用两个彼此径向偏离的测量转换器(transducer)以检测该偏移。本文中尤其优选地使用两个彼此径向偏离90°的测量转换器。使用彼此径向偏离的测量转换器使得可在两个不同方向上确定偏离。可在此基础上确定距离轴向位置的轴的整体偏离。如果仅使用一个测量转换器，不能检测尤其是轴向位置相对于该测量转换器的测量方向为横向的情况下距离轴向位置的偏离，因为在这种情况下传感器和轴之间的距离保持恒定。
在另一个实施方案中，通过确定轴端之间的距离和基于所述距离的变化确定轴的偏移来确定偏移值。在轴偏移的情况下，在一侧轴端之间的距离增加，而在另一侧轴端之间的距离减小。以此方式，从轴端之间的距离可直接确定偏移。
优选地，提供用于执行该方法的控制单元。该控制单元可以是适合控制装置的任何需要的计算机可编程控制单元。该控制单元是例如个人计算机。
优选地，该控制单元被配置成可向其提供负载数据。在该控制单元中，将该负载数据与指定的最大负载比较，并且如果超出了最大负载，则该控制单元使得向下移动该出口孔的下边缘和/或减少供应的材料的量。如果轴负载低于最大负载，则可向上移动该出口孔的下边缘以实现最大可能的吞吐量。或者本发明还可增加供应的材料的量。为了移动该出口孔，限定出口孔的堰可例如被驱动机(例如伺服电动机)驱动。该控制单元向该驱动机发送适当的信号，引起出口孔的下边缘在每种情况下的适当方向上移动。
为了避免出口孔的下边缘因为轴上的负载超出或低于最大负载而连续地交替向上或向下移动，还有利的是额外提供最小负载，低于最小负载时出口孔的下边缘开始向上移动。假设负载既没有超出最大负载也没有低于最小负载，则出口孔的下边缘可保持在原位。或者，在此情况下供应的材料的量相应地不变。
如果仅检测了一个用于测量该至少一个旋转轴的负载数据的值，则可由该单个值表示最大负载或最小负载。如果，例如，仅检测了轴的转速，则最大负载表示轴的最小转速且最小负载表示轴的最大转速。如果转速降至低于轴的最小转速，则已经达到了轴的最大负载并且向下移动出口孔的下边缘。如果超出了指定的最大转速，则已经达到了最小负载并且再次向上移动堰的下边缘。
相应地，如果检测了用于驱动轴的电动机功率，当超出指定的最大电动机功率时，超出了最大负载并且必须向下移动出口孔的下边缘和/或必须减少供应的材料的量。如果该电动机功率降至低于指定的最小电动机功率，则相应地再次向上移动出口孔的下边缘和/或增加供应的材料的量，因为在此情况下负载已经降到低于最小负载。
此外，在检测到轴偏移的情况下，可指定最大偏移。如果超出指定的最大偏移，则在这种情况下也超出了最大负载，因此向下移动堰的下边缘和/或减少供应的材料的量。此外，可指定最小偏移，在低于最小偏移时负载已经降到了低于轴上最小负载并且在此情况下向上移动出口孔的下边缘和/或增加供应的材料的量。
如果检测了两种或更多种负载数据，则可例如为每种负载数据分别指定最大值和最小值，例如如上文对于轴偏移、电动机功率和轴的转速所述那样，如上文所述在超出或降到低于所述值之一的情况下，分别移动出口孔的下边缘。然而，作为替代也可在此情况下结合测量的负载数据以形成一个参数。在此情况下需要确定适合形成参数的算法，例如通过适合的测试。
以表示轴负载的方式确定参数。如果超出了最大指定轴负载，则又向下移动堰的下边缘和/或减少供应的材料的量，并且如果负载降到低于最小轴负载，则向上移动堰的下边缘和/或增加供应的材料的量。
在本发明的一个实施方案中，轴上的最大负载和可选地轴上的最小负载被存储在可写的存储器装置中。在这种情况下，由该装置的使用者指定该最大负载和可选地最小负载，并且例如设置为所执行的方法和可选地所需吞吐量的函数。或者，还可为最大负载和可选地最小负载指定固定的水平。例如，这可通过将最大负载和可选地最小负载存储在不可重写的存储器装置中而实现。或者，在此情况下还可将最大负载和可选地最小负载指定为用于控制装置的计算机程序中的固定值。
如果最大负载和可选地最小负载是使用者可设置的，则还有利的是额外为最大值指定最大可设置水平。本文中该最大可设置水平是必须在任何情况下都不能超出的最大负载。例如，如果使用者指定了大于最大水平的最大负载，则可输出错误消息，因此可纠正输入。或者，在这种情况下还可将最大负载固定在各自的最大水平。这将防止使用者指定可能导致轴损伤的最大负载。
在本发明的另一个实施方案中，在向上移动出口孔的下边缘的情况下，指定轴负载，达到该轴负载时向上移动出口孔的下边缘和/或增加供应的材料的量，所述轴负载小于指定的最大负载并且在指定了最小负载时则所述轴负载大于最小负载。这确保了直到达到最大可能点才向上移动出口孔的下边缘和/或设置了供应材料的最大量，并且在向上移动和/或增加供应材料的量完成时可能已经超出了最大负载，因此有必要立即向下移动出口孔的下边缘和/或减少供应的材料的量。本文优选地，可由使用者将一达到即使得向上移动出口孔的下边缘的轴负载指定为执行该方法的一个函数。尤其是，以此方式可设置该装置的最大充注水平和因此的最大需要吞吐量。
根据本发明的方法操作的具有至少一个旋转轴的装置优选是捏合机或桨式干燥机。如果该装置是捏合机，则该捏合机优选地包括多于一个轴，例如两个轴。在这种情况下，轴已经安装在它们的捏合杆上，例如，该捏合杆被构造成相互啮合。以此方式可实现装置中存在的材料的捏合。本文还可能改变两个旋转轴上的捏合杆的个数和/或以不同速度驱动该轴。
如果该装置包含多于一个轴，则优选地为每个轴测量负载数据。为了避免轴损伤，在一个轴上的轴负载超出指定的最大负载的情况下立即向下移动该出口孔的下边缘。
如果该装置是桨式干燥机，则该桨式干燥机通常包括一个旋转轴。然而，可能在这种情况下该桨式干燥机也可包含多于一个旋转轴。
在一个尤其优选的实施方案中，该装置用于生产聚(甲基)丙烯酸酯。在这种情况下，该装置例如为混合捏合机，被用作使原材料反应以生成聚(甲基)丙烯酸酯。在捏合反应器中产生的聚(甲基)丙烯酸酯然后在桨式干燥机中干燥。
所得聚(甲基)丙烯酸酯被用作例如卫生产品中的超吸收剂。
在图中示出本发明的一个示例性实施方案，其中：
图1是在出口孔的区域中具有旋转轴的装置的截面，
图2是具有带可移动下边缘的出口孔的装置的侧面视图的示意性表示。
图1示出在出口孔的区域中具有可调整的出口孔的装置的截面。
装置1包括包围了轴5的壳体3。功能部件7被安装在该轴上。功能部件7可以例如如图中所示，是桨式干燥机的桨叶。或者，该功能部件还可能例如是捏合杆或盘。如果功能部件7是盘或桨叶，则它们还可被构造成具有流经内部的温度控制介质的空心部件。在这种情况下，轴5优选地同样是空心轴，温度控制介质流经该空心轴。
在装置1中的功能部件7的帮助下，存在于装置1中的材料被循环或被彻底地捏合并且同时被从充注孔(未示出)输送到出口孔9。在本文所示的实施方案中，出口孔9位于壳体3的侧面。
在本文中所示的实施方案中，壳体3是圆柱体结构并且包围具有功能部件7的轴5。壳体3的圆柱体设计确保了装置1尽可能发挥功能。
为了设置出口孔9，在出口孔9的下边缘包括可调整的堰11。本文的可调整的堰11被调节适合于壳体3的圆柱体几何形状。然而，还可以考虑能够使得出口孔9的下边缘13移动的堰11的任何其它所需设计。
一旦轴负载超出指定的最大负载(这通常在过高的充注水平情况下发生)，堰11的下边缘13被向下移动。这样扩大了在底部的出口孔9并且装置1中的充注水平降低了。这样减少了轴上的负载。如果该轴负载降到低于指定的最小值，则可向上移动出口孔9的下边缘13并且因此升高装置1中的充注水平。这样允许更大的吞吐量并且因此最大程度地利用了装置1。在达到轴5上的最大负载前就应该终止向上移动出口孔9的下边缘13以避免损伤轴5。
图2是具有可移动的出口孔的装置的示意性侧面视图。
除了出口孔9之外，装置1还包括充注孔15。通过充注孔15添加待在装置1中处理的材料。例如，如果装置1是干燥机，则可以是待干燥的材料，或者可以是要在捏合机中被捏合在一起的原材料或其它材料。如果该装置是混合捏合机，例如如用于产生聚(甲基)丙烯酸酯，则其为通过充注孔15添加并反应生成聚(甲基)丙烯酸酯的原材料。此外，可提供本文中未示出的其它充注孔，通过该充注孔可例如添加添加剂。
为了能够操作装置1，提供具有驱动装置17的轴5。驱动装置17通常是电动机。
通过例如检测驱动装置7的转速或驱动装置7的功率可以检测轴负载。这些数据被提供给控制单元19。在控制单元19中，将检测的数据与指定的最大值和可选的指定的最小值比较。当超出指定的最大值时，向用于堰11的驱动机发送信号并且向下移动堰11，从而向下移动出口孔的下边缘13。相应地，当该值降到低于指定的最小值时，通过向上移动堰11以向上移动出口孔9的下边缘13。为此目的，控制单元19例如向可移动堰11的驱动机发送信号。
以此方式，可设置每种情况下的装置1中的理想的充注水平，在此充注水平下仍可避免轴的损伤。
附图标记列表
1 装置
3 壳体
5 轴
7 功能部件
9 出口孔
11 堰
13 下边缘
15 充注孔
17 驱动装置
19 控制单元

Claims (5)

1.一种用于操作具有至少一个旋转轴(5)的装置(1)的方法，所述至少一个旋转轴(5)包括作用于装置(1)中待处理材料的功能部件(7)，所述装置(1)包括充注孔(15)和具有可调整下边缘(13)的出口孔(9)，并且所述材料连续地通过装置(1)从充注孔(15)输送到出口孔(9)，所述方法包括下面的步骤：
(a)测量用于该至少一个旋转轴(5)的负载数据以确定轴负载，其中所述负载数据包括轴(5)的转速、用于驱动轴(5)的电动机的功率和轴(5)的偏移值，并且其中通过确定轴端之间的距离来确定所述偏移值，并且在所述距离的变化的基础上确定轴(5)的偏移，
(b)如果轴负载超出了指定的最大负载，则降低出口孔(9)的下边缘(13)和/或减少供应的材料的量，或者如果轴负载小于指定的轴负载，则向上移动出口孔(9)的下边缘(13)和/或增加供应的材料的量。
2.根据权利要求1中所述的方法，其中，出口孔(9)的下边缘(13)通过一个可移动的堰形成，并且为了降低出口孔(9)的下边缘(13)，向下移动堰(11)，并且为了向上移动出口孔(9)的下边缘(13)，向上移动堰(11)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述最大负载和指定的一旦达到就向上移动出口孔(9)的下边缘(13)和/或增加供应材料的量的轴负载被存储在用于调整出口孔(9)的下边缘(13)的控制单元(19)中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述具有至少一个旋转轴(5)的装置(1)是捏合机或桨式干燥机。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述装置(1)用于生产聚(甲基)丙烯酸酯。
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