DE2007082C3 - Vorrichtung zur Regelung der Stoffentnahme bei dem Naßteil von Papiermaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Stoffentnahme bei dem Naßteil von Papiermaschinen mit je einer Zuführleitung für Frischstoff und Stoffwasser zu einer Mischpumpe, deren Antrieb von dem gemessenen Stoffstand (Ist-Wert) und der vorgegebenen Maschinengeschwindigkeit (Soll-Wert) abhängt, und einem in die Frischstoffzuleitung eingreifenden Stellglied. Derartige Vorrichtungen mit geschlossenem Stoffauflaufkasten sind beispielsweise bekannt aus der Zeitschrift "Allgemeine Papierrundschau" 1961, S. 15, und der Zeitschrift "Das Papier" 1962, S. 56 und 57.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden Niveau oder Druck im Einlaufkasten geregelt. Das Stellglied dieser Regelung greift in die Zufuhr des Gemisches aus Frischstoff und Stoffwasser zum Einlaufkasten ein. Bei der aus der Zeitschrift "Allgemeine Papierrundschau" 1961, S. 15, bekannten Vorrichtung besteht das Stellglied für die Niveauregelung aus einem Stoffregelschieber, der parallel zur Mischpumpe liegt. Der Soll-Wert der Regelung ist von der Maschinengeschwindigkeit abhängig. Bei der aus der Zeitschrift "Das Papier", 1962, bekannten Vorrichtung liegt der Stoffregelschieber entweder in dem Hauptstrom zum Stoffauflauf oder in der Rücklaufleitung zum Saugstutzen der Pumpe. In beiden Fällen handelt es sich um eine Mischpumpenregelung der eingangs genannten Art. Es wird lediglich statt der Pumpendrehzahl die Stoffzufuhr durch ein verstellbares Ventil gesteuert. Diese Vorrichtungen dienen dazu, eine konstante Suspensionsmenge im Auflaufkasten und ein konstantes Flächengewicht der Papierbahn während des weiteren Arbeitsverlaufes zu erhalten.

Bei den bekannten Vorrichtungen werden Störungen in der Zufuhr der Mischung zum Stoffauflaufkasten erst bemerkt, wenn eine Störung in der Qualität des fertigen Papiers eingetreten ist. Eine relativ kleine Variation in der Frischstoffzufuhr ergibt nämlich eine relativ große Variation in der Stoffkonzentration und damit des Flächengewichtes der Papierbahn. Als Größenbeispiel kann genannt werden, dass eine zeitweise Änderung des Frischstoff-Flusses um 1% eine zeitweise Änderung der Stoffkonzentration um 2% in absoluten Werten ergibt. Will man verhindern, dass die Variation der Stoffkonzentration plus-minus 0,5% nicht überschreiten soll, so darf die entsprechende Variation im Frischstoffzufluß nicht größer als plus-minus 0,25% sein. Mit den bekannten Vorrichtungen ist dies nicht erreichbar. Dies liegt daran, dass die bekannten Vorrichtungen auf einer Regelung mit herkömmlichen Durchflußmessern basieren, deren Genauigkeit nur gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eventuelle Störungen der Frischstoffzufuhr und damit des Stoffgemisches so frühzeitig erfasst und behoben werden, dass es zu keinem nennenswerten Ausstoß fehlerhaften Papieres kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Zuführleitung für Frischstoff ein nach dem Prinzip des Druckabfalles arbeitendes Messgerät zur Feststellung der Durchflußmenge (Ist-Wert) angeordnet ist, das unter Berücksichtigung des durch die Papiergeschwindigkeit gebildeten Soll-Wertes sowie des Stoffstandes in dem Stoffauflaufkasten den als das Stellglied dienenden Antrieb der Stoffpumpe beeinflusst. Nach einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranordnung des Antriebes für die Stoffpumpe als Soll-Wert ein Signal zugeführt wird, das proportional dem Gesamtdruck im Einlaufkasten ist. Dieser Druck entspricht dem Flüssigkeitsdruck oder dem Druck eines Luftpolsters in dem Kasten oder auch einem kleineren Druck beim Arbeiten unter Vakuum bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Die erforderliche Genauigkeit bei der Messung der Durchflußmenge in der Zuleitung des Frischstoffes kann durch Messung des Druckunterschiedes zwischen dem maximalen und minimalen Druck in einem verhältnismäßig kurzen Venturirohr oder durch Messen des Druckabfalls über einer zweckmäßig angeordneten Drosselstelle erreicht werden, in der die Relation der Strömungsgeschwindigkeit zur Netzstärke der Papiermasse hinreichend hoch ist, ohne dass Kavitationserscheinungen auftreten. Die "Netzstärke" des Stoffes ist ein Maß für seine Konzentration und hängt von der Faseranzahl pro Flächeneinheit ab.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine sehr hohe Genauigkeitskontrolle und eine sehr hohe Regelgeschwindigkeit. Dadurch, dass gemäß der Erfindung die Frischstoffkontrolle an die Stoffpumpe verlegt wird, wird erreicht, dass bei auftretenden Fehlern von dem Messgerät in der Suspensionsleitung ein Fehlersignal geliefert wird. Ohne dieses Signal würde eine Änderung der Stoffqualität schnell eine Störung im Auflaufkasten verursachen. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird ein Fehler in der Stoffqualität schnell und einfach in Form eines Druckabfalls in der Frischstoffleitung gemessen und entsprechend schnell durch die Steuerung der Frischstoffpumpe beseitigt. Diese Fehler werden somit im wesentlichen ausgeglichen, ehe der Regelkreis an der Mischpumpe beeinflusst wird, so dass dieser Regelkreis ausschließlich für die Niveau- und Druckkontrolle im Auflaufkasten ausgenutzt werden kann.

An Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Zum Aufbringen der Stoffsuspension auf ein Transportband 11, z. B. auf ein Sieb oder auf einen mit einem Sieb überzogenen Zylinder dient in üblicher Weise ein Auflaufkasten 12, in den die Suspension durch eine auf der Einlaufseite angeordnete Mischpumpe 13 hineingepumpt wird, der Druck oder das Niveau der Flüssigkeit im Auflaufkasten wird gemessen, das Niveau dann, wenn der Auflaufkasten nicht vom Atmosphärendruck getrennt ist. Der Mischpumpe 13 wird durch eine Stoffpumpe 17 Stoffsuspension über eine Drosselstelle zugeführt, z. B. über ein Venturirohr 18. Der Druckabfall über der Drosselstelle wird auf übliche Weise gemessen, die Meßsignale für diesen Druckabfall werden über eine Leitung 20 einer Steueranordnung 19 für den Antriebsmotor 21 der Stoffpumpe 17 zugeführt. Der Motor 21 kann ein thyristorgesteuerter oder auf ähnliche Weise steuerbarer Gleichstrommotor oder ein Wechselstromkommutatormotor oder auch ein hydraulischer Antriebsmotor sein, bei dem die Druckmittelzufuhr und somit auch die Drehzahl des Motors gesteuert werden kann. Das Meßsignal bildet in Form eines Druckabfalls an der Drosselanordnung 18 einen Ist-Wert für die Durchflußmenge. Die Drehzahl des Motors 21 wird nach einem Sollwert geregelt, der von der Maschinengeschwindigkeit und eventuell auch vom Flächengewicht der Papierbahn bestimmt wird.

Man kann an Stelle der Geschwindigkeitssteuerung des Motors 21 einen Motor für eine konstante Drehzahl verwenden und eine zusätzliche Drosselstelle 22 für den Stoff-Fluß vorsehen, die einstellbar ist und nach Änderung ihrer Einstellung auch einen geänderten Druckabfall über der Drosselanordnung 18 ergibt.

Die Geschwindigkeit am Ende der Bahn, hier schematisch durch eine Walze 37 angedeutet, wird mit einem Tachometergenerator 38 gemessen, dessen Ausgangssignal in einem Quadrierungsorgan 39 quadriert wird, dessen Ausgangssignal wiederum proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit ist. Mit einem Proportionierungsorgan, z. B. mit einem Potentiometer 29 wird eine geeignete Stoffdosierung eingestellt, z. B. ein gewünschtes Flächengewicht und dieses Dosierungs-(Flächengewichts-)signal wird durch eine Leitung 30 der Steueranordnung 19 zugeführt und bildet den Soll-Wert für den Druckabfall über der Drosselanordnung 18, wobei dieser Wert also bei geänderter Motordrehzahl oder geänderter Drosselung und somit geänderter Dosierung des Stoffes zur Papiermaschine entsprechend geregelt wird. Das Soll-Wert-Signal ist also proportional dem Quadrat der Bahngeschwindigkeit (kleines Ny[hoch]2 und ändert sich also bei geänderter Maschinengeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit kleines Ny[tief]1 des Transportbandes bzw. Siebes 11, die nicht ganz der Bahngeschwindigkeit entspricht, wird mittels eines Tachometergenerators 24 oder auf andere übliche Art am Antrieb 25 des Bandes gemessen. Von diesem Meßorgan erhält man ein Signal, das proportional zur Geschwindigkeit des Siebes 11 ist. Das Signal wird über die Verbindung 26 einem Quadrierungsorgan 27 zugeführt, dessen Ausgangssignal somit proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit kleines Ny[tief]1 ist (V[tief]1[hoch]2).

Das kleines Ny[hoch]2-Signal kann auch über ein zweites Proportionierungsorgan 31 kommen, z.B. ein Potentiometer, das auf einen gewünschten Wert für Psi[hoch]2, dem Quadrat der Auslaufquote, eingestellt wird, d.h. auf das gewünschte Verhältnis zwischen Austrittsgeschwindigkeit und Siebgeschwindigkeit. Ein Ist-Wert für diese Größen kann man aus den Druck- oder Niveausignalen im Auflaufkasten erhalten, die an den Stellen 32 und 33 im Auflaufkasten gemessenen und in der Regelanordnung 34 mit dem Soll-Wert des Potentiometers 31 zu einem Fehlersignal zusammengesetzt werden, das zur Steuerung des Antriebes 35 der Pumpe 13 zum Regeln eines gewünschten Ausstoßdrucks (Pfeil 36) oder der Auslaufquote verwendet wird. Geänderte Bahngeschwindigkeit führt also auch hier zu geändertem Soll-Wert und damit zur Einstellung einer geänderten Pumpendrehzahl.

Das Signal auf der Leitung 28 und/oder die Einstellung des Potentiometers 29 können in gewissen Fällen etwas von dem Wert kleines Ny[hoch]2 abweichen.

Die Pumpe 17 pumpt Frischstoff über die Leitung 23 und das Venturirohr 18 zur Mischpumpe 13, an welche auch die Stoffwasserleitung angeschlossen ist (Pfeil 14). Die Geschwindigkeit des Stoffflusses in der Stoffleitung 23 soll folgender Bedingung genügen: wobei

kleines Ny die Strömungsgeschwindigkeit in m/Sek.,

kleines Tau die Netzstärke des Stoffes in Newton/m[hoch]2 und

kleines Rho die Dichte des suspendierten Mittels (Wassers)

(ung. = 10[hoch]3 kg/m[hoch]3) ist.

Gleichzeitig soll die Reynoldsche Zahl (Re) folgende sein: wobei D der Durchmesser der Meßanordnung in m und kleines Eta die dynamische Viskosität (kg/m/Sek.) ist.

Kavitation in der Meßanordnung soll vermieden werden, das setzt praktisch eine obere Grenze. Der Druckwert über die Drosselanordnung 18 kann auch nach einem Wert geregelt werden, der proportional dem Gesamtdruck in dem Einlaufkasten ist, wobei dieser Druck dem Flüssigkeitsdruck oder dem Druck eines Luftpolsters in dem Kasten 12 entspricht, eventuell einem Unterdruck bei Arbeiten unter Vakuum bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Die Strömungsmessung kann auch auf indirekte Weise erfolgen, indem man die Druckerhöhung über der Pumpe 17 und die Drehzahl des Stoffpumpenmotors 21 mißt und dann diese Werte kombiniert.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Regelung der Stoffentnahme bei dem Naßteil von Papiermaschinen mit je einer Zuführleitung für Frischstoff und Stoffwasser zu einer Mischpumpe, deren Antrieb von dem gemessenen Stoffstand (Ist-Wert) und der vorgegebenen Maschinengeschwindigkeit (Soll-Wert) abhängt, und einem in die Frischstoffzuleitung eingreifenden Stellglied, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (23) für Frischstoff ein nach dem Prinzip des Druckabfalles arbeitendes Messgerät (18) zur Feststellung der Durchflußmenge (Ist-Wert) angeordnet ist, das unter Berücksichtigung des durch die Papiergeschwindigkeit gebildeten Soll-Wertes sowie des Stoffstandes in dem Stoffauflaufkasten (12) den als das Stellglied dienenden Antrieb (21) der Stoffpumpe (17) beeinflusst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranordnung des Antriebs für die Stoffpumpe (17) als Sollwert ein Signal zugeführt wird, das proportional dem Gesamtdruck im Einlaufkasten (12) ist.