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Diese
Erfindung betrifft ein verbessertes Papierstoffrefinersystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren für die Steuerung der Position
der relativ rotierenden Elemente eines Refiners gemäß Definition
durch Anspruch 7.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zellulosehaltige
Fasern, wie z.B. Papierstoff, Bagasse, Isolations- oder Hartfaserplattenmaterialien,
Baumwolle und dergleichen werden gewöhnlich einem Raffinationsverfahren
unterworfen, welches aus dem mechanischen Abreiben der Faser zwischen
Gruppen relativ rotierender Stangen- und Nutenelementen besteht.
Bei einem Refiner z.B. vom Scheibentyp bestehen diese Elemente gewöhnlich aus
Platten mit ringförmig
angeordneten Stab- und Nutenmustern, welche ihre Arbeitsflächen bestimmen,
wobei sich die Stangen und Nuten im allgemeinen radial zur Achse
des Rotationselementes erstrecken oder häufiger unter einem Winkel zum
Radius zur Mitte des Kranzmusters, so daß sich der Stoff seinen Weg
von der Mitte des Musters zu seinem äußeren Umfang erarbeiten kann.
Scheibenrefiner werden gewöhnlich
sowohl als Einzel- als auch als Doppelscheibenrefiner hergestellt.
Bei ersteren weist die Arbeitsfläche
des Rotors eine kranzförmige
Refinerplatte oder eine Gruppe von Segmentrefinerplatten für das Zusammenwirken
mit einer komplementären
Arbeitsfläche
auf dem Stator auf, der auch eine kranzförmige Platte oder eine Reihe
von Segmentplatten, die einen Kranz bilden, aufweist. Bei einem
Doppelscheibenrefiner wird der Rotor auf beiden Seiten mit Arbeitsflächen versehen,
die mit einem Paar von gegenüberliegenden,
komplementären
Arbeitsflächen auf
dem Stator zusammenwirken, wobei diese Arbeitsflächen dieselbe Konstruktion
haben wie bei einem Einzelscheibenrefiner.
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Papierstoffrefiner
entsprechend der Beschreibung und mit dem Stopfen- oder Kegeltyp
erfordern die Steuerung der Position und Beabstandung der relativ
rotierenden Teile zwecks Steuerung der Refinerleistung sowie zur
Steuerung der Qualität des
raffinierten Papierfaserproduktes unter anderen Gründen. Ein
Refiner vom Stopfentyp ist in der US-Patentschrift 2,666,368, Staege
et al., gezeigt, während
eine Steueranordnung für
einen Refiner vom Doppeleinlaßscheibentyp
in der US-Patentschrift 3,506,199, Hayward, gezeigt ist.
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Traditionell
wurde die Steuerung von Refinern, welche zu der Mikrometerbewegung
eines sich relativ bezüglich
des anderen bewegenden Refinerelementes führt, durch Steuerungssysteme
bewältigt, die
elektromechanische Antriebe haben. Während die Steuerung der Antriebe
elektrisch oder elektronisch sein kann, wie in der US-Patentschrift
Hayward gezeigt ist, erfolgt der letztliche Antrieb unter Ansprechen
auf die Motorlast, eine sich verändernde
Spannung oder Leistungsfaktoren oder Stoffqualität durch und über ein
Untersetzungsgetriebe oder eine mechanische Positionieranordnung
mit hohem Verhältnis.
In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentschrift 2,986,434,
Baxter, Bezug genommen, welche einen Radialscheibenrefiner mit doppeltem
Einlaß und
das Untersetzungsgetriebe zeigt über
welche die axiale Position der Stator- und Rotorelemente genau bestimmt
und gehalten werden kann. Für
einen guten Betrieb ist es nicht nur notwendig, die relative Position
der Rotorteile zu steuern, sondern es ist auch notwendig, den Gesamtabstand
zwischen Paaren von rotierenden und stationären Refinerplatten zu steuern,
um Plattenabrieb zu kompensieren und/oder Lagerabrieb oder andere
Parameter auszugleichen. Wie gesagt, wurden solche Kompensationen über mechanische
oder elektromechanische Getriebe- oder mechanische Untersetzungseinstellungen
vorgenommen.
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Es
gab keine wirksamen Mittel, durch welche das Drehzentrum des rotierenden
Teils bei der Benutzung geschoben, eingestellt oder kompensiert
werden kann, außer
durch größere Einrichtungsveränderungen
bei der Ausrichtung der Komponenten. Dementsprechend waren während des
Betriebes eine präzise
geometrische Steuerung über
und zwischen dem Laufverhältnis
des Rotations- zum stationären Teil
niemals ganz zur Verfügung.
Während
in typischer Weise neue Refiner auf plus oder minus 1 oder 2 Tausendstel
eines Zollgesamtauslaufes (im Sinne der fehlenden Maßhaltigkeit)
oder Toleranz hergestellt werden, laufen die meisten dieser Refiner
tatsächlich
von 10 bis zu 20 oder mehr Tausendstel eines Zoll aus dem Abgleich
bzw. aus der Ausrichtung. Ein solches fehlendes Ausrichten führt zu einer
Verringerung der Stoffqualität.
Auch ist es bei Doppelscheibenrefinern laufende Praxis, für den Rotor
die Möglichkeit
vorzusehen, zu schwimmen und seine Position zwischen nichtrotierenden
oder Statorelementen selbst zu finden. Der Erfolg solcher Anordnungen
hängt von
der Beibehaltung der hydraulischen Balance ab, vom praktischen Gesichtspunkt her
neigen solche Rotoren aber zum Schwingen nach vor und zurück zwischen
Grenzpositionen, in welchen die Rotorelemente tatsächlich mit
den Statorveredelungselementen in Berührung kommen können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist demgemäß Aufgabe
der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, durch
welche ein Papierstoffrefiner genauer gesteuert werden kann und
mit welchen mechanische Untersetzung bei gewöhnlich für die Positioniersteuerung
verwendeten Positionierelementen eliminiert oder vereinfacht werden
kann.
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Eine
weitere Aufgabe ist die Schaffung eines oben erwähnten Systems, bei dem die
meisten oder alle der herkömmlichen
Schub- und Lasttragelager und Komponenten eliminiert und durch magnetische Radial-
oder Axialschublager oder eine Kombination ersetzt werden können.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Refiners und
eines Betriebsverfahrens, bei welchem die Spaltbreiten bei einem
Doppelscheibenrefiner oder dergleichen in einem ausgeglichenen Fließzustand
genau gehalten werden können.
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Die
Erfindung stellt ein verbessertes Refinersystem gemäß Anspruch
1 und ein Steuersystem gemäß Anspruch
7 zur Verfügung,
durch welche die genaue Aufstellung oder Positionierung der relativ
rotierenden Teile während
des Betriebes bestimmt, gesteuert und gehalten werden kann. Dies
wird bei dieser Erfindung durch die Verwendung magnetischer Lager
zum Stützen
und Positionieren des Rotors und/oder für das Positionieren einer oder
mehrerer der Statorkomponenten bezüglich des Rotors bewerkstelligt.
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Diese
Erfindung stellt einen Papierstoffrefiner zur Verfügung, der
ein oder mehrere magnetische Lager für die Positionssteuerung verwendet. Ein
einziges magnetisches Lager kann verwendet werden, um eine erhebliche
Verbesserung für
die Leistung des Refiners zu schaffen.
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Die
Anordnung erlaubt den Ausgleich des Flusses über ein Doppelraffinationssystem
eines Doppelscheibenrefiners sowohl mittels axialer als auch radialer
Steuerung. Sie bietet steuerbare elektromagnetische Lager, um die
axiale Position mittels einer äußeren Steuerschleife
des Rotoraufbaues und/oder des Statoraufbaues zu steuern, wodurch eine
direkte Steuerung der Position dieser Bestandteile vorgesehen und
die Stabilität
des Raftinationsbetriebes erhöht
wird.
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Die
radialen elektromagnetischen Lager halten eine Gleichmäßigkeit
der Spalte in Umfangssinn bei und sorgen für ein Mittel, durch welches
eine optimale Ausrichtung der Bestandteile oder eine Konzentrizität im Falle
konischer Elemente gehalten werden kann. Sie geben auch die Möglichkeit,
gewünschtenfalls
asymmetrische Laufbedingungen beizubehalten.
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Als
zusätzlichen
Vorteil schafft die Verwendung von gleichzeitigen Axial- und Radialmagnetlagern
zwei neue Freiheitsgrade für
das herkömmliche System
insofern, als sowohl die axiale Rotorausrichtung als auch gleichzeitig
die Winkelausrichtung bezüglich
einer Statorebene vorgesehen werden.
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Außerdem stellt
die Erfindung ein Refinersystem und ein Verfahren zur Verfügung, durch
welche der Refiner auf Prozeßstoffe
unterschiedlicher Konsistenzen oder unterschiedlicher Veredlungsgrade
aufgrund der Allgemeinheit der Steuerung maßgeschneidert oder modifiziert
werden kann, wie durch die Verwendung einer Kombination magnetischer
Axial- und Radiallager vorgesehen wird. Entsprechend ist das Leistungsvermögen der
Prozeßgerätschaft,
durch welche eine präzise
geometrische Steuerung erforderlich ist, weiterentwickelt. Die Erhöhung der
Prozeßsteuerung
hat die Wirkung der Minimierung der Faserbeschädigung oder Weiterentwicklung
der Faserverarbeitungsgeschwindigkeit. Der Fluß durch ein Paar von Spalten
bei einem Doppelscheibensystem kann bezüglich Leistung, Zug oder dergleichen
voll ausgeglichen werden. Eine erhöhte Genauigkeit bei der Platteneinstellung
ist möglich, und
größere Turndown-Verhältnisse
sind möglich.
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Bei
einem Steuersystem kann die Position eines Rotors bezüglich eines
oder mehrerer Statorelemente durch Verwendung an sich bekannter
Spaltmeßtechniken
ausgerichtet werden, wobei der Spalt oder die Spalte gemessen werden
können,
um ein Signal für
die Steuerung des Rotors und/oder eines oder mehrerer der Statoren
für das
Halten eines gewünschten
Spaltes oder Spaltbereiches vorzusehen. Es kann auch eine Online-Messung
der Stoffqualität als
Steuerparameter verwendet werden.
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Vom
mechanischen und Wartungsstandpunkt wird die herkömmliche
Lagerwartung eliminiert. Magnetlager selbst sind gegen Wasserverunreinigung
hochwiderstandsfähig,
was immer eine Bedrohung und ein Problem bei herkömmlichen
mechanischen Lagern ist, und sie sind widerstandsfähig gegen
die Verunreinigung mit kleinen Feststoffen, welche ein Präzisionskugel-
oder Rollenlager schnell zerstören
kann. Im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden merklichen Einstellbereich
können
die extrem genaue Herstellung und die Bearbeitungstoleranzen gelockert
werden. Über
eine geeignete Software an dem Computer können Feldeinstellungen und
Laufeinstellungen gehalten werden.
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Diese
und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, der anliegenden Zeichnung und den anliegenden Ansprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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Die
Zeichnungsfigur veranschaulicht eine schematische Ansicht eines
Doppelscheibenrefiners und Steuersystems gemäß dieser Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezogen
auf die Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt,
ist ein Doppelscheibenrefiner in schematischer Form gezeigt. Dieser
Refiner kann gemäß der Patentschrift
US 4,171,101 von Seiffert
et al. hergestellt werden, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier
eingeschlossen wird. Zwar ist ein Doppelscheibenrefiner verwendet,
um die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen, es versteht
sich aber, daß die
Erfindung auch auf einen Einzelscheibenrefiner oder einen Jordan-Refiner
vom Stopfentyp angewendet werden kann, wie er in der US-Patentschrift
2,666,368 von Staege et al. gezeigt ist oder auf andere Kegelrefiner.
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Der
Refiner 10 der 1 hat also ein Gehäuse 12 und
haltert einen zentralen Rotor 15, der auf seinen radialen
Flächen
ein Paar von einander gegenüber
zugewandten Refinerscheibengarnituren 16 und 17 trägt. Diese
Gruppen oder Garnituren wirken jeweils mit zugewandten Refinerscheibengarnituren 18 und 19 zusammen,
die auf dem Stator getragen werden, um dazwischen Refinerspalte 20 und 21 zu bestimmen.
Ein Einzeleinlaß 25 kann
beide Refinerscheibengarnituren aus einer radial inneren Position dadurch
versorgen, daß ein
geeigneter Durchgang 26 durch den Rotor 15 oder
alternativ separate Einlässe
zu dem Refiner vorgesehen sein können,
wie durch die Bezugszahlen 20 und 21 in der Patentschrift '101 dargestellt ist.
Ein gemeinsamer Auslaß 28 ist
gebildet, um den veredelten Papierstoff aus den Refinerspalten 20 und 21 und
aus der durch das Gehäuse 12 gebildeten
gemeinsamen Kammer 29 aufzunehmen.
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Die
Refinerscheibengarnitur 18 ist auf einer Wand des Gehäuses 12 fest
angebracht, während die
gegenüberliegende,
nicht rotierende Refinerscheibengarnitur 19 auf einem axial
positionierbaren, nicht drehenden Gehäuseteil 30 angebracht
ist. Der Rotor 15 ist mit einer Eingangswelle 32 verbunden und
wird von dieser angetrieben, die ihrerseits von einem Elektromotor 35 angetrieben
wird. Der Antriebsmotor 35 kann direkt an die Welle 32 oder über eine flexible
oder Universalkupplung angekoppelt sein, um der Welle 32 die
Möglichkeit
zu geben, zu einem gewissen Grad separat von der Welle des Motors 35 einer
Ausrichtung oder Orientierung unterworfen zu werden. Alternativ
kann der Motor 35 an die Welle 32 gekoppelt sein.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
haltert ein Paar von radialen Magnetlagern 40 und 42 die Welle 32 in
dem Gehäuse.
Die Lager 40 und 42 steuern die Ausrichtung der
Ebene des Rotors 15 und der Rotorkreisbahn.
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Das
erste axiale magnetische Lager 44 weist eine Armatur 45 auf,
die mit der Welle 32 verbunden ist und den Schub der Welle 32 aufnimmt.
Das Lager 44 steuert die axiale Position der Welle und
steuert dadurch die Veredelungsbreite der entsprechenden Veredelungsspalte 20 und 21.
Durch diese Mittel kann ein ausgeglichener Ausgangszustand gehalten werden
oder umgekehrt, ein gesteuerter, unausgeglichener Zustand in dem
Refiner beibehalten werden.
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Der
Refinerspalt 21 und der Gesamtabstand zwischen den Refinerscheibenarmaturen 18 und 19 wird
durch Regeln der Axialposition des beweglichen Statorgehäuseteils 30 durch
ein zusätzliches
Magnetlager 48 für
Axialschub und seine Armatur 49 gesteuert, welche denselben
Aufbau haben kann wie das Lager 44 und seine Armatur 45.
Eine Spaltabtasteinrichtung oder -aufnahme 50 kann zur
Messung und Schaffung eines Signals des Refinerspaltes verwendet
werden.
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Die
steuerbaren magnetischen Lager können
solche sein, wie sie von Revolve Technology, Inc., 300, 700-10.
Avenue S. W., Calgary, Alberty, Canada T2R 0B3 geliefert werden.
Auch können
mindestens das Radiallager 42 und das axiale Magnetlager 44 durch
ein einziges Mehrzweckmagnetlager ersetzt werden, welches sowohl
radiale als auch Schubsteuerung vorsieht, wie z.B. in den US-Patentschriften
5,514,924 oder US 5,386,166 gezeigt ist. Ferner versteht es sich
für den
Fachmann, daß Steuersysteme
zur Verfügung
stehen, einschließlich
einer Steuereinrichtung 60, durch welche die Laufspiele und
Spalte z.B. durch die Aufnahme 50 gemessen werden können, und
die Position des Rotors 15, einschließlich axial, radial und Kippung
oder Neigung, können
von der Steuereinrichtung 60 gesteuert werden, wodurch
in zweckmäßiger Weise
die Radiallager 40, 42 gesteuert werden. Steuersysteme
für magnetische
Radiallager sind in den US-Patentschriften 5,565,722, 5,530,306
und 5,347,190 gezeigt.
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Das
Axiallager 44 kann in Kombination mit den radialen Wellenstützlagern 40, 42 verwendet werden,
um die relative Axialposition des Rotors 15 bezüglich jedes
der gegenüberlie genden
Statorteile zu bestimmen und zu lokalisieren, während das zweite magnetische
Axiallager 48 verwendet werden kann, um das bewegbare Gehäuseteil 30 zu
positionieren.
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Man
erkennt deshalb, daß der
gewöhnliche komplizierte
mechanische Aufbau zur Halterung eines Refinerrotors und das Positionieren
des Rotors von Hand, von Ferne oder computergesteuerte Mittel zur
Bewegungsverringerung eliminiert wurde.
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Ähnlich kann
die mechanische Einrichtung zum Bewegen oder Positionieren einer
oder mehrerer der beweglichen Refinerwände eliminiert oder vereinfacht
werden. Das System dieser Erfindung sieht auch einen weiteren Betriebs-
und Steuerbereich vor, da zum ersten Mal bei einem Refinersystem
die radiale Laufposition oder axiale Ausrichtung der Antriebswelle
bei der Benutzung und während des
Betriebes verändert
werden können,
um die Refinerleistung zu optimieren. Die Vorteile dieser Erfindung
schließen
eine verbesserte Stoffqualität
bei geringeren Kosten, erhöhte
Gleichförmigkeit
der Behandlung, verringerten Plattenabrieb, eine weitere Betriebsflexibilität und verbesserte
Produktivität
ein.