DE69813955T2

DE69813955T2 - Vorrichtung zur Absorption von Druckpulsationen in einem Papierzellstoff

Info

Publication number: DE69813955T2
Application number: DE69813955T
Authority: DE
Inventors: Hideki Nishi-ku Hirooka; Toshimi Nishi-ku Tajima; Tetsuo Mihara-shi Makino; Mamoru Takasago-shi Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: EP0889163A3; EP0889163A2; EP0889163B1; JPH1112974A; US5997693A; DE69813955D1; JP3377721B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Ausführen einer aktiven Absorption von niederfrequenter Druckpulsation in einem Papierstoff-Leitungssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Stand der Technik der oben genannten Art wird mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
6 zeigt schematisch eine Papierstoffströmung, die durch einen Dämpfer (attenuator) läuft, der im Stand der Technik weit verbreitet angewandt wird. Papierstoff wird in ein Hauptrohr 03 durch eine Gebläsepumpe 01 über ein Sieb 02 eingespeist, um durch einen Dämpfer 04 zu fließen, der auf halbem Weg der Hauptleitung 03 angeordnet ist, und um in einen Stoffauflauf 08 einzutreten, und wird dann auf ein Sieb 09 aufgespritzt, um einen Papierformungsvorgang zu beginnen, und wird über einen stromabwärtigen Entwässerungsprozess und Trocknungsprozess, der nicht dargestellt ist, zu Papier geformt.
Der Dämpfer 04 besteht aus einem Abschnitt des Hauptrohrs 03, und einer Luftkammer 05, die vom Hauptrohr 03 durch eine Membran 06 getrennt ist, etc. Die Luftkammer 05 steht in Verbindung mit einem Volumentank durch einen Durchgang 07, so dass Druck in der Luftkammer 05 gleich einem mittleren Druck im Hauptrohr 03 durch einen nicht dargestellten Controller eingestellt wird.
Somit wird der Druck in dem Hauptrohr 03, wenn eine Pulsation auftritt, die höher ist als der mittlere Druck im Hauptrohr 03, höher als der Druck in der Luftkammer 05, und die Membran 06 wird niedergedrückt. Im Ergebnis wird der Papierstoff in der Menge, die der Volumenzunahme im Hauptrohr 03 infolge der Verschiebung der Membran 06 entspricht, absorbiert, und eine Strömungsabweichung in dem Hauptrohr 03 des in den Stoffauflauf 08 strömenden Papierstoffs wird vermindert.
Wenn eine Pulsation auftritt, die kleiner ist als der mittlere Druck im Hauptrohr, wird die Membran 06 nach oben gedrückt und die Pulsation absorbiert. Das heißt, der Dämpfer nach dem Stand der Technik ist eine Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung vom passiven Typ, bei der die Pulsation durch einen Differentialdruck zwischen dem Druck im Hauptrohr 03 und dem Innendruck der Luftkammer 05 absorbiert wird.
Auch in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 1(1989)-298291 (EP-A-0335343) ist eine Vorrichtung offenbart, bei der Wasser in eine Papierstoffleitung eingeleitet wird und die Strömungsrate dieses Wassers gesteuert wird, wodurch eine Pulsation in der Papierstoffleitung absorbiert wird.
Ein Umriss dieser Vorrichtung ist in 7 gezeigt, wobei ein Druckmesser 016 stromab eines Verbindungspunkts einer Papierstoffleitung 015 und einer Wasserzuführleitung 014 angeordnet ist, und ein Ventil 011 durch ein vom Druckmesser 016 abgenommenes Drucksignal geöffnet und geschlossen wird, womit die Strömungsrate des in die Papierstoffleitung 015 von der Wasserzuführleitung 014 strömenden Wassers gesteuert wird. Es sei hier erwähnt, dass eine Pulsation von 1 bis 50 Hz durch diese Vorrichtung absorbiert werden kann.
Bei dieser Vorrichtung ist es jedoch nötig, wenn eine niederfrequente Pulsation von 1 Hz oder weniger zu absorbieren ist, eine große Wassermenge zuzuführen, und es besteht die Möglichkeit, dass es zu einer Variation der Konsistenz des Papierstoffs in der Leitung kommt. Es kann deshalb festgestellt werden, dass eine Absorption der niederfrequenten Pulsation sehr schwierig sein wird.
Es ist anzumerken, dass in 7 die Bezugsziffer 012 ein Steuerelement zum Betätigen des Ventils 011 bezeichnet, die Bezugsziffer 013 ein Servoventil bezeichnet, die Bezugsziffer 017 einen elektronischen Regler zum Übertragen eines Befehls des Druckmessers 016 bezeichnet, die Bezugsziffer 018 einen Wassertank bezeichnet, die Bezugsziffer 019 einen Betriebsöltank bezeichnet, und die Bezugsziffer 020 einen Stoffauflauf bezeichnet.
Um einen sehr stabilen Betrieb einer Papiermaschine zu erhalten, ist es im allgemeinen nötig, ein Druckpulsationsniveau innerhalb ± 0,5 bis ± 1% oder weniger eines durchschnittlichen Drucks in einem Bereich von 0,01 bis 100 Hz zu halten. Bei einer gewöhnlichen Papierherstellungsanlage kann jedoch ein so strenges zulässiges Druckpulsationsniveau kaum sichergestellt werden, selbst wenn die Gestaltung eines Rohrleitungssystems hierfür mit großer Sorgfalt vorgenommen wird.
Bei niedrigerer Frequenz einer Druckpulsation wird die Strömungsvariation im allgemeinen größer und der Absorptionsbetrag von Papierstoff am Dämpfer nimmt zu. Da der Dämpfer eine Struktur aufweist, um eine Variation in der Strömungsrate des Papierstoffs unter Verwendung einer Membran zu absorbieren, um eine Pulsation von niederer Frequenz, speziell von 1 Hz oder weniger, zu absorbieren, ist es notwendig, eine Fläche und eine Verdrängungsmenge der Membran zu vergrößern, es bestehen jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Struktur, des Installationsraums, etc., und folglich wurde eine Pulsations-Absorptionsleistung von 1 Hz oder weniger unweigerlich gesenkt, und darüber hinaus ist eine Pulsationsabsorption von 1 Hz oder weniger nicht nur einfach infolge solcher einrichtungsbezogener Gründe, sondern auch von einem funktionalen Standpunkt her sehr schwierig gewesen.
Eine weitere vorbekannte Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist in US-A-4308095 offenbart.
ABRISS DER ERFINDUNG
Angesichts solcher technologischer Notwendigkeiten und Probleme bei dem oben erwähnten Stand der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung eines aktiven Typs bereitzustellen, die einen Pulsationsdruck von Papierstoff erfassen kann und ihn dementsprechend sicher selbst in einem niederfrequenten Bereich steuern kann.
Um eine solche Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung bereit, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung wird ein Teil des Papierstoffs aus der Hauptleitung über die Bypass-Leitung extrahierbar gemacht, und der Papierstoff-Pulsationsdruck in der Hauptleitung wird an dem Verzweigungspunkt, von dem aus die Extraktion vorgenommen ist, oder an dessen stromaufwärtiger Seite erfasst, wodurch die Steuerpumpe für die Bypass-Leitung gesteuert wird und die Menge an auf diese Weise in die Bypass-Leitung extrahiertem Papierstoff geregelt wird, wodurch die Druckpulsation des Papierstoffs genau und präzise absorbiert wird, und speziell die Druckpulsation in dem niederfrequenten Bereich stark reduziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung nach obiger Darstellung bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Dämpfer vom Membrantyp an der stromaufwärtigen Seite oder einer stromabwärtigen Seite des Verzweigungspunkts der Umgehungsleitung und der Hauptleitung vorgesehen ist.
Das heißt, dass bei der vorliegenden Erfindung die Druckpulsation im niederfrequenten Bereich von der Steuerung unter Verwendung der Umgehungsleitung bzw. Bypass-Leitung abhängt, und die Druckpulsation in dem höherfrequenten Bereich durch den gewöhnlichen Dämpfer vom Membrantyp absorbiert wird. Durch eine solche Unterteilung der Funktion werden jeweilige vorteilhafte Funktionen so kombiniert, dass eine hohe Effizienz der Druckpulsationsabsorption in dem gesamten bei den aktuellen Papiermaschinen angeforderten Bereich durch eine höhere Steuerstabilität erreicht wird und letztendlich kompakt bemessene Einrichtungen hergestellt werden können.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung bereit, die mit den Arbeitsschritten des Extrahierens eines Teils eines Papierstoffs kontinuierlich aus einem Hauptrohr zum Zuführen des Papierstoffs zu einem Papiermaschinen-Stoffauflauf funktioniert, wobei eine Menge des Papierstoffs, der so entsprechend einer Größe eines Pulsationsdrucks in der Hauptleitung zu extrahieren ist, erhöht oder vermindert wird.
Das heißt, in der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu der Rohrleitung des Hauptrohrs zum Zuführen des Papierstoffs zu dem Papiermaschinen-Stoffauflauf eine Rohrleitung zum kontinuierlichen Extrahieren eines Teils des Papierstoffs vorgesehen, und die Menge an so zu extrahierendem Papierstoff wird entsprechend der Größe des Pulsationsdrucks im Hauptrohr erhöht oder vermindert, wodurch die Pulsation des Papierstoffs genau und präzise absorbiert wird und eine Variation im Basisgewicht gering wird, was eine stabile Lieferung von Endprodukten hoher Qualität ergibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine erläuternde Ansicht einer Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung (Dämpfer) unter Verwendung einer Bypass-Leitung und einer Pumpe mit variabler Geschwindigkeit einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine erläuternde Ansicht eines Beispiels eines Rohrleitungssystems, das experimentell gemäß der ersten Ausführungsform der 1 aufgebaut ist,
3 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung eines Versuchsergebnisses mittels der ersten Ausführungsform der 1,
4 eine erläuternde Ansicht einer Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung (Dämpfer), wobei ein niederfrequenter Dämpfer und ein hochfrequenter Dämpfer kombiniert sind, einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung einer Variation der bevorzugten Ausführungsform der 4,
6 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung eines Beispiels nach dem Stand der Technik,
7 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung eines weiteren vorbekannten Beispiels, und
8 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung einer Variation der ersten Ausführungsform der 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung (Dämpfer) einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die 1 beschrieben.
Eine Umgehungs- bzw. Bypass-Leitung 2 geringen Durchmessers ist von einer Hauptleitung 1, die einem Papiermaschinen-Stoffauflauf (nicht dargestellt) Papierstoff zuführt, abgezweigt vorgesehen, so dass eine im wesentlichen konstante Menge des Papierstoffs kontinuierlich in einen Bypass-Tank extrahiert werden kann, wobei die Öffnung eines Ventils eingestellt wird. Auch wird ein Teil des Papierstoffs von dem Bypass-Tank 8 durch eine Steuerpumpe 7 so extrahiert, dass er zu einer stromaufwärtigen Seite des in der Bypass-Leitung 2 angeordneten Ventils zirkuliert wird. Dadurch wird die Strömungsrate in der Bypass-Leitung 2 geregelt und somit die Extraktionsrate von der Hauptleitung 1 geregelt.
Die Steuerpumpe 7 wird über einen Controller 5 und einen Inverter 6 durch ein Signal eines Pulsationsdrucks P₁, der durch einen Druckmesser 3 an einem Verzweigungspunkt der Hauptleitung 1 und der Umgehungsleitung 2 erfasst wird, gesteuert. Der Pulsationsdruck P₁ kann alternativ durch einen Druckmesser 3 erfasst werden, der an einer stromaufwärtigen Seite des Verzweigungspunkts angeordnet ist, wie 10 zeigt.
Das heißt, dass der Steuerpumpe 7 ein Signal mit umgekehrter Phase vermittelt wird, das der Pulsation des so erfassten Pulsationsdrucks P₁ entspricht, und wenn der Pulsationsdruck P₁ größer wird, wird die Drehung der Steuerpumpe 7 so reduziert, dass die Papierstoff-Zuführmenge von dieser in die Bypass-Leitung 2 reduziert wird, was eine Erhöhung der Menge des in der Bypass-Leitung 2 von der Hauptleitung 1 strömenden Papierstoffs ergibt, und die Pulsation in der Hauptleitung 1 wird absorbiert bzw. aufgefangen.
Wenn der Pulsationsdruck P₁ kleiner wird, wird zu einem umgekehrten Vorgang zu dem oben erwähnten übergegangen, so dass die Pulsation absorbiert wird. Es ist anzumerken, dass der Pulsationsdruck P₂, der von einem an der stromabwärtigen Seite des Druckmessers 3 angeordneten Druckmesser 4 erfasst wird, als Wert nach Steuerung bezeichnet wird, der als ein Monitor bzw. Überwachungssignal oder ein Signal zum Steuern des Pulsationsdrucks P₂ verwendet werden kann, so dass er sich Null annähert. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 9 einen Strömungsmesser und die Bezugsziffer 10 bezeichnet ein Pitot-Rohr. Außerdem wird eine überschüssige Menge des Papierstoffs über eine vorbestimmte Menge im Bypass-Tank 8 hinaus zu einer Papierstoff-Zuführquelle (nicht dargestellt) über eine Rückführleitung (nicht dargestellt) zurückgeführt.
Ein Versuchsergebnis, bei dem die Pulsation in der Hauptleitung 1 unter Verwendung der ersten Ausführungsform absorbiert wurde, ist in 3 dargestellt. Dabei zeigt die Horizontalachse die Frequenz der Pulsation in der Hauptleitung 1, und die Vertikalachse zeigt den Pulsationsdruck in der Hauptleitung 1. Außerdem zeigen unterbrochene Linien, die in einem oberen Teil derselben gezeichnet sind, den Druck für den Fall "ohne Steuerung", und durchgezogene Linien in einem unteren Teil derselben zeigen den Druck für den Fall "mit Steuerung". Anhand dieser Figur hat sich ergeben, dass die Pulsation in dem niederfrequenten Bereich von 0,5 Hz oder weniger durch das System unter Verwendung der Steuerpumpe 7 vom Typ mit variabler Geschwindigkeit absorbiert werden kann.
Ferner wird ein Beispiel eines Rohrleitungssystems, das experimentell gemäß der ersten Ausführungsform aufgebaut ist, wobei die Strömungsrate in der Bypass-Leitung pumpengesteuert ist, mit Bezug auf 2 beschrieben. In diesem Beispiel wird Papierstoff mit einer Konsistenz von 1% von einem Tank 40 durch eine Zirkulationspumpe 41 in eine Hauptleitung 31 geliefert, die von einer Größe von 150 A ("A" bedeutet eine Bezeichnung einer Rohrleitung und "150A" bedeutet eine Rohrleitung eines Innendurchmessers, der sehr nahe an 150 mm Ř liegt), und eine Bypass-Leitung 32 einer Größe von 40A ist auf halbem Weg der Hauptleitung 31 vorgesehen, so dass ein Teil des Papierstoffs in der Hauptleitung 31 kontinuierlich in die Bypass-Leitung 32 strömt: Die Strömungsrate in der Hauptleitung 31 wird auf 3 m³/min festgelegt, und die Strömung in der Bypass-Leitung 32 wird im Bereich von 0,05 bis 0,15 m³/min verändert. Ein Druck P₁ vor der Bypass-Leitung 32 (Druck vor Steuerung) und ein Druck P₂ nach der Bypass-Leitung 32 (Druck nach Steuerung) werden durch einen Druckmesser 33 bzw. 34 erfasst, und ein Drucksignal in der Hauptleitung 31 wird unter Verwendung der Drücke P₁ und P₂ aufgenommen. Damit wird entsprechend deren Pulsation eine Steuereinheit 36 aktiv betätigt, wodurch die Strömungsrate in der Bypass-Leitung 32 so gesteuert wird, dass eine Pulsation in der Hauptleitung 31 absorbiert wird.
Es ist anzumerken, dass die Bezugsziffer 38 einen Tank bezeichnet, der für eine bestimmte Zeit den in der Bypass-Leitung 32 strömenden Papierstoff aufnimmt, und die Bezugsziffer 42 eine Rückführpumpe zum Rückführen des Papierstoffs zum Tank 40 aus dem Tank 38 bezeichnet.
Als nächstes wird eine Papierstoff-Druckpulsations-Absorptionsvorrichtung (Dämpfer) einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die oben beschriebene erste Ausführungsform mit dem Dämpfer nach dem Stand der Technik kombiniert.
Das heißt, die erste Ausführungsform, die besonders wirksam bei der Pulsationsabsorption im niederfrequenten Bereich ist, wird als niederfrequenter Dämpfer angewandt, und der durch eine Membran betätigte vorbekannte Dämpfer wird als hochfrequenter Dämpfer angewandt.
4 zeigt ein Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, die so aufgebaut ist, dass ein niederfrequenter Dämpfer 55 mit einer Bypass-Leitung 52 an einer stromaufwärtigen Seite einer Hauptleitung 51 vorgesehen ist, welche sich zu einem Papiermaschinen-Stoffauflauf 57 erstreckt, und ein hochfrequenter Dämpfer 56 stromab hiervon vorgesehen ist.
Fig. 5 zeigt auch ein weiteres Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, die so aufgebaut ist, dass der hochfrequente Dämpfer 56 stromauf und der niederfrequente Dämpfer 55 stromab vorgesehen ist, umgekehrt zu dem obigen Beispiel.
Da die fragliche Pulsationsfrequenz bei einer tatsächlichen Maschine in etwa im Bereich von 0,01 bis 100 Hz liegt, ist das System der vorliegenden Ausführungsform, bei dem der niederfrequente Dämpfer 55 eines aktiven Typs und der hochfrequente Dämpfer 55 eines passiven Typs in Reihe kombiniert sind, in der Lage, die Pulsation im Bereich von 0,01 bis 100 Hz gut zu absorbieren, was der angeforderte Bereich bei der wirklichen Maschine ist.
Durch Anwendung eines solchen Systems in Kombination kann auch der hochfrequente Dämpfer 56 von seiner Funktion im niederfrequenten Bereich entbunden werden, womit seine strukturelle Größe auf die Hälfte oder weniger reduziert werden kann.

Claims

Vorrichtung zur Absorption von Druckpulsation in Papierstoff, mit: – einer Bypass-Leitung (2) zum Extrahieren eines Teils eines Papierstoffs aus einer Hauptleitung (1), die den Papierstoff einem Papiermaschinen-Papierstoffauflauf zuführt, und zum Austragen des extrahierten Teils des Papierstoffs in einen Bypass-Tank (8) und einem Mittel (3, 4, 5, 6) zum Detekieren eines Papierstoff-Pulsationsdrucks (P₁) an einem Verzweigungspunkt der Bypass-Leitung (2) und der Hauptleitung (1) oder an einer stromaufwärtigen Seite desselben, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Steuerpumpe (7) zum Zurückführen einer Teils des extrahierten Papierstoffs in die Bypass-Leitung (2) aufweist, wodurch die Extraktionsrate von Papierstoff aus der Hauptleitung (1) durch die Bypass-Leitung (2) geregelt wird, und dass die Mittel (3, 4, 5, 6) die Menge des Teils des zu der Bypass-Leitung (2) zurückgeführten extrahierten Papierstoffs durch Steuern der Steuerpumpe (7) entsprechend dem in der Hauptleitung (1) detektierten Pulsationsdruck zu steuern vermögen, wodurch die Druckpulsation in der Hauptleitung (1) reduziert wird.
Vorrichtung zur Absorption von Druckpulsation in Papierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Mittel zum Steuern der Steuerpumpe (7) einen Controller (5) und einen Inverter (6) zum Verarbeiten eines Detektionssignals des Pulsationsdrucks (P₁) des Papierstoffs aufweist.
Vorrichtung zur Absorption von Druckpulsation in Papierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfer (56) vom Membrantyp an der stromaufwärtigen Seite oder an der stromabwärtigen Seite des Verzweigungspunkts der Bypass-Leitung (2,52) und der Hauptleitung (1,51) vorgesehen ist.