DE3630561A1 - Regelungssystem fuer die ventilation der trockenhaube einer papiermaschine - Google Patents
Regelungssystem fuer die ventilation der trockenhaube einer papiermaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem für die Ven
tilation einer Papiermaschinentrockenhaube, mit dem sowohl
der der Haube zugeführte Ersatzluftstrom als auch der aus der
Haube abgeleitete Abluftstrom gemessen und geregelt wird und
in dem Verfahren das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur
der Abluftströmung gemessen wird.
In an sich bekannter Weise wird über der Trockenpartie
einer Papiermaschine ein Mantel, d. h. eine Haube verwendet,
aus welcher Abluftventilatoren einen nötigen Abluftstrom ab
saugen, mit dem das aus dem zu trocknenden Papier verdampfte
Wasser abgeführt wird. Der dem Abluftstrom entsprechende
Ersatzluftstrom wird in geeigneter Weise vorgewärmt in die
Haube eingespeist. Wird die Abluftmenge mit 100% angesetzt,
führt man der Haube ca. 50-60% als Ersatzluft zu, wobei der
Rest, d. h. 40-50%, aus in die Haube strömender Leckluft
besteht, die insbesondere aus den Kellerräumen sowie durch
die Ein- und Austrittsöffnungen der Papierbahn zuströmt.
In den Abluftkanälen kommen an sich bekannte Wärme
rückgewinnungssysteme zum Einsatz.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein neues automatisches
Regelungssystem für die Luftströme einer Papiermaschinen-
Trockenhaube zu schaffen derart, daß die Ventilation fort
laufend optimal arbeitet, was im allgemeinen ein möglichst
hohes im Rahmen der Haubenkonstruktionen zulässiges Feuch
tigkeitsniveau der Abluft bedeutet, selbst wenn sich die
bei Produktionsungleichmäßigkeiten der Papiermaschine ver
dampfenden Wassermengen verändern. Dieses Ziel wird aus
drücklich aus energiewirtschaftlichen Gründen angestrebt.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht in der
Schaffung eines solchen Regelungssystems, bei dem die Druck
differenz zwischen Innen- und Außenseite der Haube konstant
bleibt. Dadurch wird ein besseres Feuchtigkeitsprofil der
Bahn als vorher erreicht und ein guter Zustand der Hallenluft
sowie ein kleinerer Energieverlust im Maschinensaal als bis
her erzielt. Die Differenz zwischen dem inneren und äußeren
Druck der Haube variiert in Höhenrichtung von positiv bis
negativ aufgrund des sog. durch Schornsteineffekt aufge
schichteten Luftdruckes. Das Niveau, bei dem die genannte
Druckdifferenz null ist und bei dem keine Leckströmung in
die Haube hinein und nicht aus der Haube heraus erfolgt,
wird als 0-Niveau bezeichnet. Somit ist die Luft bestrebt,
unterhalb dieses 0-Niveaus in die Haube einzuströmen und
dementsprechend oberhalb des 0-Niveaus aus der Haube auszu
strömen. Im allgemeinen wird angestrebt, das betreffende
0-Niveau auf eine Höhe von ca. 2 m über Fußbodenniveau des
Maschinensaales zu regeln, denn auf dieser Höhe befinden
sich die Öffnungen, durch welche die zu trocknende Papier
bahn in die Haube hinein- und aus der Haube herausgebracht
wird. Mit der erfindungsgemäßen 0-Niveau-Regelung auf die
genannte Höhe wird angestrebt, in den schwierig abzudich
tenden Ein- und Austrittsöffnungen der Bahn auftretende
Luftströmungen zu verhindern.
Bei bisher bekannten manuellen Regelungssystemen für
Trockenhauben-Ventilationen von Papiermaschinen mußte die
Höhe des 0-Niveaus bei Veränderungen der Maschinengeschwin
digkeit oder der zu erzeugenden Verdampfung im allgemeinen
über Handsteuerung neu "getrimmt" werden.
Zur Erreichung der im vorstehenden genannten Ziele und
zur Eliminierung der genannten Nachteile ist für die Erfin
dung im wesentlichen charakteristisch, daß das Regelungssy
stem aus zwei Regelkreisen besteht, von denen mit dem ersten
Regelkreis das Feuchtigkeitsniveau der Abluftströmung gemes
sen und durch Beeinflussung der Abluftmenge deren Feuchtig
keitsniveau mit einer Sollwerteinheit auf einen vorgegebenen
Wert geregelt wird, und daß mit dem zweiten Regelkreis des
Regelungssystems der 0-Punkt der Differenz von Innendruck und
Außendruck der zu ventilierenden Haube, d. h. das sog. 0-Ni
veau der Haube, auf konstanter Höhe gehalten wird indem die
vom ersten Regelkreis geregelte Abluftmenge gemessen und der
Sollwert der Ersatzluftmenge des zweiten Regelkreises auf
einen im voraus bestimmten (Fig. 2) und in den Regelkreis
eingeleiteten oder gespeicherten, dem konstanten 0-Niveau
der Haube entsprechenden Wert eingestellt wird.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein
in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestelltes Aus
führungsbeispiel, auf dessen Einzelheiten die Erfindung
jedoch nicht begrenzt ist, ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Regelungssystems als
Blockschema.
Fig. 2 zeigt einen vorab von Hand gemessenen Abluft
strom als Funktion des Ersatzluftstromes bei
einem auf einer bestimmten konstanten Höhe
gehaltenen 0-Niveau der Haube.
Nach Fig. 1 wird der Ersatzluftstrom, d. h. die Luft
strömung m 1 durch einen Kanal 11 ins Innere der Haube des
Mehrzylindertrockners einer Papiermaschine gebracht. Im
Inneren der Haube 10 befinden sich im allgemeinen zwei Reihen
dampfbeheizter Trockenzylinder 35 über welche die Papierbahn
W abwechselnd knieförmig verläuft. Das Einführen der Bahn W
in die Haube 10 ist mit W in bezeichnet und der Austritt
entsprechend mit W out.
Der Zuluftkanal 11 verzweigt sich in acht Teilkanäle
11 a und 11 b, welche die Zuluft aus Blaselementen 11 zweck
mäßig in das Innere der Haube 10 verteilen. Im Luftkanal 11
ist ein Ventilator 12 angebracht, der die Zuluft durch einen
Wärmeaustauscher 13 fördert, mit dem der Zuluft die geeignete
Temperatur gegeben wird. Im Luftkanal 11 befindet sich eine
Regelklappe 14, deren Stellung über einen Anschluß 17 mit
einem zweiten Regler 19 beherrscht wird. Im Zuluftkanal be
findet sich hinter der Regelklappe 14 ein die Zuluftströmung
m 1 messender Durchflußmeßgeber mit Umformer 15, wobei der
Durchflußmeßgeber z. B. nach dem Prinzip der Differenzdruck
messung arbeitet. Der Umformer 15 des Durchflußmeßgebers ist
mit einer Verbindung 16 an den genannten Regler 19 gekoppelt.
Der Abluftkanal 18 ist am oberen Teil der Haube 10 an
geschlossen. Der Abluftstrom m 2 läuft durch eine Wärmerück
gewinnungsvorrichtung (LTO) 25. Hinter der Vorrichtung 25 be
findet sich im Luftkanal eine Regelklappe 26, die von einem
ersten Regler 30 über einen Anschluß 27 gesteuert wird. Hin
ter der Regelklappe 26 befindet sich im Luftkanal 18 ein
Abluftventilator 28, dessen druckseitiger Kanal 29 ins Freie
geleitet ist. Mit der Abluftströmung m 2 wird das in der Haube
10 aus der Bahn W verdampfte Wasser abgeführt.
Im Abluftkanal 18 ist ein Meßgeber mit Umformer 22 für
die Abluftströmung m 2, ein Feuchtigkeitsmeßgeber mit Umformer
23 für die Abluftströmung sowie ein Meßgeber mit Umformer 24
für die Temperatur (Trockentemperatur) der Abluftströmung
angebracht. Der Meßgeber mit Umformer 24 der Abluftströmung
m 2 ist über eine Verbindung 21 an den Regler 19 gekoppelt,
mit dem die Strömung m 1 der Zuluft beherrscht wird. Die von
den Umformern 23 und 24 der Temperatur- und Feuchtigkeits
geber des Abluftstromes erhältlichen Meßsignale werden über
Verbindungen 36 und 37 zum Regler geleitet, mit dem über die
Verbindung 27 die Regelklappe 26 des Abluftströmungskanals 18
beherrscht wird. Der erste Regler 30 und der zweite Regler 19
sind konstruktiv und/oder funktionell wenigstens in gewissem
Umfang integrierbar.
Die Funktion des zweiten Reglers 19 wird erfindungsge
mäß von der Einheit 20, z. B. Mikroprozessor, gesteuert, in
dessen Speicher die im voraus bestimmte, in Fig. 2 gezeigte
Kurve k 1, die für die Funktion des erfindungsgemäßen Rege
lungssystems wesentlich ist, als Tabelle oder zu berechnende
Funktion gespeichert ist. An den ersten Regler 30 ist über
Anschlüsse 31 und 32 eine Feuchtigkeitssollwert-Regeleinheit
33 gekoppelt.
Im folgenden werden die neuen Merkmale der Konstruktion
und der Funktion des erfindungsgemäßen Regelungssystems be
schrieben.
Die Kurve k 1 nach Fig. 2, die in den Speicher der den
zweiten Regler 19 steuernden Einheit 20 eingespeichert ist,
wird manuell gemessen, indem der Abluftstrom m 2 z. B. mit
Hilfe der Regelklappe 26 verkleinert und der Ersatzstrom m 1
z. B. mit Hilfe der Regelklappe 14 derart geregelt wird, daß
sich das genannte 0-Niveau der Haube 10 auf eine bestimmte
gewählte konstante Höhe, z. B. auf 2,0 m Höhe über Fußboden
niveau des Maschinensaales, einstellt. Auf diese im vorste
henden beschriebene Weise sind die Punkte 1, 2 und 3 nach
Fig. 2 bestimmt, deren Funktion die Kurve (Gerade) k 1 ange
nähert ist. Die Kurve k 1 ist seitens der Funktion des erfin
dungsgemäßen Regelungssystems entscheidend und trockenpartie
bezogen. Die Kurve k 1 ist nur durch spezielle Vorausmessungen
exakt bestimmbar. Wenn das 0-Niveau der Haube auf eine ande
re Höhe eingestellt werden soll, muß eine entsprechende an
dere Kurve gemessen werden, die in Fig. 2 als gestrichelte
Kurve k 2 dargestellt ist. In den Speicher der Einheit 20 ist
als Funktion oder Tabelle oder als Tabellen die Kurve k 1
(oder Kurven k 1 und k 2...kn) eingespeichert.
Das erfindungsgemäße Regelungssystem arbeitet wie
folgt. Der Regler 30 hält den Feuchtigkeitsgehalt der Abluft
bei konstant bleibender Ablufttemperatur konstant. Im all
gemeinen wird ein möglichst hoher Feuchtigkeitswert der Ab
luft angestrebt, z. B. ca. 200 g H 2O/kg tL. Die Feuchtigkeit
der Abluftströmung m 2 wird durch Steuerung der Regelklappe 26
des Kanals 18 mit dem Regler 30 und gleichzeitige Messung der
Abluftfeuchtigkeit mit dem Feuchtemesser 23 konstant gehal
ten. Dabei regelt der Regler 30 die Abluftfeuchtigkeit auf
das mit der Sollwerteinheit 33 eingestellte Niveau. Der opti
male Wert der Abluftfeuchtigkeit hängt von der Temperatur der
Abluft ab und deshalb wird das mit dem Thermometer 24 gemes
sene Temperatursignal vom Regler 30 oder direkt vom Thermo
meter über die Verbindung 31 zur Feuchtigkeitsniveau-Soll
werteinheit 33 geleitet, die automatisch den Feuchtigkeits
sollwert als Funktion der Temperatur ändert.
Das Regelungssystem mißt mit demselben Durchflußmesser
22 gleichzeitig den auf das richtige Niveau geregelten Ab
luftvolumenstrom, wobei das diesen beinhaltende Meßsignal
über die Verbindung 21 zum Regler 19 geleitet wird. Der Reg
ler 19 wählt mit Hilfe der in die Einheit 20 gespeicherten
Kurve k₁ als seinen Sollwert einen dem gemessenen Wert des
Abluftstromes m 20 (Fig. 2) entsprechenden Ersatzluftstrom
m 10, der mit dem Regelkreis 14, 15, 16, 17, 19 und 20 reali
siert wird. Als Ergebnis dieser Regelung sucht sich die
Regelklappe 14 des Ersatzluftkanals 11 eine (neue) Stellung,
aufgrund welcher sich das 0-Niveau der Haube 10 auf die von
der Kurve k 1 repräsentierte Höhe, z. B. genannte 2 m, ein
stellt.
Das im vorstehenden beschriebene Regelungssystem wird
wie folgt arbeitend eingesetzt oder derart gesteuert, daß
seine Funktion z. B. für die Dauer von ca. 0,5 h derart fort
gesetzt wird, daß sich die nach einem Riß eintretenden Ände
rungserscheinungen ausgeglichen haben, wonach die Sollwerte
der Regler 19, 30 freigegeben werden, unter Steuerung durch
das Regelungssystem zu gleiten. Dadurch werden nach dem Riß
eintretende Instabilitätseffekte vermieden.
Mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem kann in der
Abluftströmung ein im voraus bestimmter günstiger Feuchtig
keitswert gehalten werden und somit im Inneren der Haube 10
eine durch überhöhte Feuchtigkeitswerte verursachte Wasser
kondensation verhindert werden, die z. B. die Bahn W beschä
digen kann. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß
das ständige Messen des 0-Niveaus der Haube 10 vermieden
wird, welches mühselig und ungenau ist. Bei der Vorausbe
stimmung der Kurve k 1 kann die Messung des 0-Niveaus auf an
mehreren repräsentativen Stellen der Haube 10 durchgeführte
Druckdifferenzmessungen bezogen werden, womit die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit der Messungen verbessert wird.
Claims (6)
1. Regelungssystem für die Ventilation einer Papier
maschinentrockenhaube (10), mit dem sowohl der aus der Haube
abgeleitete Abluftstrom (m 2) als auch der der Haube zuge
führte Ersatzluftstrom (m 1) gemessen und geregelt wird und in
dem Verfahren das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur der
Abluftströmung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelungssystem aus zwei Regelkreisen besteht, von denen mit
dem ersten Regelkreis (23, 24, 26, 27, 30, 31, 32, 33) das
Feuchtigkeitsniveau der Abluftströmung gemessen und durch
Beeinflussung der Abluftmenge (m 2) deren Feuchtigkeitsniveau
mit einer Sollwerteinheit (33) auf einen vorgegebenen Wert
geregelt wird, und daß mit dem zweiten Regelkreis (14, 15,
16, 17, 19, 20, 21, 22) des Regelungssystems der 0-Punkt der
Differenz von Innendruck und Außendruck der zu ventilierenden
Haube (10), d. h. das sog. 0-Niveau der Haube, auf konstanter
Höhe gehalten wird indem die vom ersten Regelkreis geregelte
Abluftmenge (m 2) gemessen und der Sollwert der Ersatzluft
menge (m 1) des zweiten Regelkreises auf einen im voraus be
stimmten (Fig. 2) und in den Regelkreis eingeleiteten oder
gespeicherten, dem konstanten 0-Niveau der Haube (10) ent
sprechenden Wert eingestellt wird.
2. Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zum ersten Regelkreis Temperaturmeßgeräte (20,
37) für die Abluftströmung (m 2) gehören und das von diesen
erhaltene Meßsignal zur Sollwerteinheit (33) des Regelkreises
geleitet (31) wird, um den Feuchtigkeitssollwert des Regel
kreises entsprechend der vorgegebenen Feuchtigkeit-Tempera
tur-Abhängigkeit zu ändern.
3. Regelungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum ersten Regelkreis eine an dessen Regler
(19) gekoppelte Sollwerteinheit (20) gehört, in welche die
Daten über die gemeinsame Abhängigkeit (Fig. 2) von Abluft
strömung und Ersatzluftströmung bei dem gewählten konstanten
0-Niveau der Trockenhaube (10) eingespeichert sind.
4. Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum zweiten Regelkreis mit Druckdifferenz
gebern oder dergleichen arbeitende Meßvorrichtungen (21, 22)
der Abluftmenge (m₂) gehören und das von diesen erhaltene
Meßsignal zur Sollwerteinheit (20) des Regelkreises geleitet
wird, von der der zweite Regler (10) einen veränderlichen,
dem konstanten 0-Niveau der Haube entsprechenden Sollwert
erhält und daß zum zweiten Regelkreis weiter Meßvorrichtungen
(15, 16) für die Ersatzluftmenge (m 1) sowie Regel- und An
triebsvorrichtungen gehören, mit denen die Regelungsklappe
(14) oder dergleichen des Ersatzluftkanals (11) beeinflußt
wird.
5. Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Regelungssystem ausgeführt und/oder
gesteuert wird, derart zu arbeiten, daß nach einer Betriebs
unterbrechung des Trockners die Sollwerte beider Regelkreise
für eine bestimmte Zeit konstant gehalten werden derart, daß
sich die nach der Unterbrechung auf das Regelungssystem ein
wirkenden Änderungserscheinungen ausgleichen können, wonach
die Sollwerte so geschaltet werden, daß sie vom Regelungs
system gesteuert werden.
6. Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Bestimmung der dem konstanten 0-Niveau
der Haube entsprechenden Abhängigkeit (Fig. 2) von Abluft
strom (m 2) und Ersatzluftstrom (m 2) an mehreren repräsenta
tiven Stellen im Inneren der Haube (10) Messungen des in
Frage kommenden 0-Niveaus durchgeführt werden und die auf
diese Weise ermittelten Meßergebnisse als Mittelwert, bei
Bedarf als gewogenes Mittel, verwendet werden.
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