FI104209B - Laitteisto värähtelyjen vaimentamiseksi paperikoneympäristössä - Google Patents

Description

104209

Laitteisto värähtelyjen vaimentamiseksi paperikoneympäristössä Anläggning för att dämpa vibrationer i pappersmaskinmiljö m 5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty laitteisto värähtelyjen vaimentamiseksi paperikoneympäristössä.

Paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa värähtelyt muodostavat erään 10 huomattavan jatkuvasti kasvavan ongelman kun nopeudet koko ajan kasvavat. Mahdollisia värähtelylähteitä on paperikoneissa useita kuten esim. telat ja sylinterit, jotka käsittävät huomattavalla nopeudella pyörivän erittäin suuren massan. Telojen värähtelyt pyritään eliminoimaan sillä, että telat valmistetaan suurella mittatarkkuudella, jonka lisäksi ne vielä tasapainotetaan.

15

Nykyisissä paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa käytetään kuitenkin enenevässä määrin pehmeällä pinnoitteella varustettuja teloja, jotka saattavat käytettäessä muodostaa huomattavan värähtelylähteen. Tällaisia teloja käytetään esimerkiksi puristimissa, kalantereissa, päällystyskoneissa, liimapuristimissa, superkalante-20 reissä ja vastaavissa, joissa mainittu pehmeällä pinnoitteella varustettu tela muodostaa nipin toisen telan kanssa. Nipin läpi johdetaan paperiraina ja mahdollisesti huopa, viira tai vastaava. Kun tällaisessa nippitelaratkaisussa ajon aikana nipin läpi kulkee viiran, huovan tai rainan sauma, huomattavia epäpuhtauksia tai jotain muuta sellaista, joka aiheuttaa huomattavan muutoksen nipin läpi kulkevan radan paksuudessa, joutuu 25 pinnoite joustamaan, jolloin pinnoite toimii värähtelyn herättävänä jousena.

Esimerkiksi liimapuristimessa ja liimapuristintyyppisessä päällystyslaitteessa nippi ^ · muodostetaan kahden telan avulla siten, että toinen nippitela on asennettu laakeripesi-, en avulla suoraan kyseisen laitteen runkorakenteeseen, kun taas vastakkainen tela on 30 asennettu laakeripesistään kuormitusvarsiin, jotka on nivelöity koneen runkorakenteeseen. Tällöin alkaa etenkin kuormitusvarsiin asennettu tela värähdellä, jolloin pehmeäpintaisen telan pinnoite muokkautuu, minkä seurauksena värähtely voimistuu 2 104209 ja tela alkaa resonoida. Tällaisessa tilanteessa yksi värähtelytaajuus muodostuu yleensä amplitudiltaan selvästi hän kai im maksi, jolloin tilanne voidaan hoitaa dynaamisella vaimentimella, joka viritetään kyseiselle ongelmalliselle herätetaajuudelle. Dynaaminen vaimennin pystyy vaimentamaan hyvin kapean taajuuskaistan ja kyseisen 5 kapean taajuuskaistan ulkopuolella oleviin herätteisiin dynaamisella vaimentimella ei ole vaikutusta.

Puristimilla, joissa puristinnippi voi muodostua kahden kovapintaisen telan tai kovapintaisen ja päällystetyn telan väliin puristinnippi ja puristinnipin läpi kulkeva 10 puristinhuopa voivat aiheuttaa ongelmallisia värähtelyjä. Puristinhuovan saumakohta ja puristinhuopaan sitoutunut vesi voivat aiheuttaa sellaisen epäjatkuvuuskohdan puristinhuopaan, joka aiheuttaa puristimen värähtelyä. Tällöin puristinrakenteeseen syntyy teloista johtuva suuremmalle taajuudelle asettuva värähtely ja puristinhuovasta johtuva pienemmälle taajuudelle asettuva värähtely. Tällaisessa tilanteessa vain 15 yhdelle kapealle taajuusalueelle viritetty dynaaminen vaimennin vaimentaa ainoastaan kyseiselle taajuusalueelle asettuvan ongelmallisen herätetaajuuden ja muut ongelma-taajuudet jäävät vaimentamatta.

Hakijan Fl-patenttihakemuksessa 971864 on esitetty menetelmä ja laitteisto väräh-20 telyn vaimentamiseksi paperikoneessa tai paperin jälkikäsittelylaitteessa. Menetelmäs-; sä käytetään dynaamista vaimenninta, joka käsittää värähtelevään kohteeseen jousen avulla ripustetun lisäpainon. Menetelmässä mitataan jatkuvasti värähtelevän kohteen värähtelytaajuuksia yhdellä tai useammalla värähtelyanturilla. Värähtelyan-turin mittaussignaalit vahvistetaan vahvistimella ja syötetään värähtelyanalysaattoril-25 le, joka tunnistaa ongelmallisen herätetaajuuden ja muuttaa kyseisen ongelmallisen . herätetaajuuden säätösignaaliksi. Säätösignaali syötetään säätölaitteelle, jolla muutetaan dynaamisen vaimentunen jousen jousivakiota ja/tai dynaamisen vaimenti-men massaa dynaamisen vaimentunen ominaistaajuuden saamiseksi olennaisesti samaksi kuin ongelmallinen herätetaajuus.

30 3 104209 US-patentissa 4,420,371 on esitetty värähtelevässä perälaatikossa käytettävä värähtely vaimennin. Patentissa on esitetty perälaatikko, johon on sovitettu kolme erillistä värähtelyvaimenninta. Perälaatikon takaosaan asennettu ensimmäinen vä-rähtelyvaimennin vaimentaa konesuuntaiset värähtelyt, perälaatikon päälle asennettu 5 toinen värähtelyvaimennin vaimentaa pystysuuntaiset värähtelyt ja perälaatikon sivulle asennettu kolmas värähtelyvaimennin vaimentaa vaakatasossa konesuuntaan nähden poikkisuuntaiset värähtelyt. Konesuuntaiset värähtelyt vaimentava ensimmäinen värähtelyvaimennin muodostuu kolmesta yhteiselle alustalle asennetusta erillisestä värähtelyvaimentimesta, joista kukin muodostuu molemmista päistään em. alus-10 taan kiinnitetystä tangosta ja tangon keskiosaan kiinnitetystä painosta ja jotka kukin on viritetty eri taajuudelle erisuuruisella painolla. Yksi em. konesuuntaiseen värähtelyyn tarkoitetuista värähtelyvaimentimista viritetään ongelmallisten värähtelytaajuuksien keskipisteeseen, toinen värähtelyvaimennin viritetään keskipisteen alapuolelle ja kolmas värähtelyvaimennin viritetään keskipisteen yläpuolelle, jolloin voi-15 daan kattaa suurempi alue kuin pelkästään yhdellä värähtelyvaimentimella.

• · *

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan laitteisto, jolla voidaan vaimentaa useita eri taajuusalueella olevia ongelmallisia värähtelyjä dynaamisen vaimentimen avulla.

20 , Keksinnön mukaisen laitteiston pääasialliset tunnusmerkit on esitetty patenttivaati- muksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnössä mitataan värähtelevän systeemin värähtelytaajuuksia yhdellä tai 25 useammalla värähtelyanturilla. Värähtelyanturin mittaussignaalit vahvistetaan vahvistimella ja syötetään värähtelyanalysaattorille, joka tunnistaa ongelmalliset herätetaa-juudet ja muuttaa kyseiset ongelmalliset herätetaajuudet säätösignaaleiksi, jotka s säätölaitteen välityksellä ohjaavat dynaamista vai men n intä. 1

Keksinnöllä voidaan vaimentaa useita eri taajuuskaistalle asettuvia värähtelyjä.

Keksinnön mukainen laitteistoa on rakenteeltaan ja toteutustavaltaan erittäin yksinker- 104209 4 täinen ja se voidaan yksinkertaisin toimenpitein liittää olemassa oleviin rakenteisiin vaimentamaan värähtelyjä. ,

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin 5 viittaamalla.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviokuva eräästä tunnetusta dynaamiseen vaimentimeen perustuvasta vaimenninlaitteistosta.

10 Kuviossa 2 on esitetty kaaviokuva usealla taajuuskaistalle esiintyvästä värähtelystä

Kuviossa 3 esitetty kaaviokuvana eräästä toisesta tunnetusta dynaamiseen vaimentimeen perustuvasta vaimenninlaitteistosta.

15 Kuviossa 4 on esitetty kaaviokuvana keksinnön mukainen dynaamiseen vaimentimeen perustuva vaimenninlaitteisto.

Kuviossa 5 on esitetty kaaviokuvana keksinnön mukaisen vaimentimen värähtelyku-vio.

20

Kuviossa 1 dynaaminen vaimennin on asennettu värähtelevään kohteeseen, eli tässä tapauksessa telan 1 laakeripesään 2. Dynaaminen vaimennin käsittää värähtelevään kohteeseen 2 jousen 3 avulla ripustetun massan 4. Jousena toimii laakeripesään 2 kiinnityselinten 5 avulla jäykästi asennettu tanko 3. Tanko 3 on lisäksi varustettu 25 ulkokiertein ja se on asennettu olennaisesti vaakatasoon laakeripesään 2. Massana toimii kiekon muotoinen paino 4, jossa on sisäkierteillä varustettu reikä, jonka avulla paino 4 on sovitettu tangon 3 ulkokierteille. Painoa 4 voidaan siirtää tangon 3 pituussuunnassa pyörittämällä siten, että painon 4 etäisyys a tangon 4 kiinnityspisteestä * laakeripesässä 2 on säädettävissä.

30 5 104209 Tällaisella dynaamisella vaimentimella on yksi vapausaste ja se voidaan mitoittaa perusyhtälöllä: ' k/m = Ω2, 5 jossa k on jousen, eli tässä tapauksessa tangon 3 jousivakio, m on painon 4 massa ja Ω on värähtelevän kohteen, eli laakeripesän 2 kulmanopeus.

Dynaamisen vaimentunen vaikutus perustuu siihen, että vaimentunen ominaistaajuus 10 viritetään samaksi kuin ongelmallinen herätetaajuus. Kuvion tapauksessa tangon 3 jousivakio on kääntäen verrannollinen tangon 3 pituuden kolmanteen potenssiin, joten vaimentimen ominaistaajuutta voidaan säätää säätämällä painon 4 etäisyyttä a tangon kiinnityspisteestä laakeripesässä. Kun etäisyyttä a muuttamalla vaimentimen ominaistaajuus on saatu samaksi kuin ongelmallinen herätetaajuus, lakkaa laake-15 ripesä 2 tärisemästä ja vastaavasti tangossa 3 oleva paino 4 alkaa täristä. Tällöin .. dynaaminen vaimennin kehittää herätteelle vastakkaisessa vaiheessa olevan yhtä * suuren voiman, jolloin itse koneen värähtely lakkaa.

Kuvion 1 ratkaisussa dynaamisen vaimentimen säädettävyys on toteutettu siten, että 20 laakeripesä 2, jonka värähtelyä halutaan vaimentaa, on varustettu värähtelyanturilla v · 6. Värähtelyanturi 6 lähettää signaalia, joka vahvistetaan vahvistimella 7 ja välite tään edelleen värähtelyanalysaattorina toimivalle tietojenkäsittelylaitteelle 8, joka suodattaa ja analysoi värähtelytaajuudet ja etsii taajuuksista ongelmalliset herätetaa-juudet. Kun ongelmalliset herätetaajuudet on saatu selville tietokone 8 laskee etäisyy-25 den a siten, että dynaamisen vaimentimen ominaistaajuus osuu samaan kohtaan kuin ongelmallinen herätetaajuus. Tämän jälkeen tietojenkäsittelylaite 8 ohjaa dynaamisen vaimentimen painoon 4 liittyvää säätölaitetta 9, joka siirtää painoa 4 tangolla 3. Säätölaite 9 on edullisesti esimerkiksi askel moottori. Laitteisto käsittää näin ollen suljetun säätöpiirin, joka jatkuvasti mittaaja analysoi värähtelyttä ja tämän perus-30 teella säätää dynaamisen vaimentimen ominaistaajuutta.

6 104209

Kuviossa 2 on esitetty kaaviokuva esim. puristinosalla esiintyvästä värähtelystä. Kuviosta nähdään, että ongelmallisia värähtelytaajuuksia fj, f2, f3 on useita. Tämä voi johtua siitä, että värähtelevässä systeemissä on useita laitteita, jotka värähtelevät eri taajuuksilla. Esim. puristinosalla puristintelat muodostavat erään värähtely-5 lähteen ja puristinhuovan epäjatkuvuuskohtien kulkeutuminen puristinnipin läpi muodostaa erään toisen värähtelylähteen. Näiden värähtelytaajuudet eroavat toisistaan ja siten systeemiin muodostuu useita ongelmallisia värähtelytaajuuksia. Esim. liimapuristimissa telat muodostavat erään merkittävän värähtelylähteen, mutta koko värähtelevän systeemin ominaistaajuus ei kuitenkaan välttämättä ole sama kuin 10 värähtelyn aiheuttavan telan pyöri mi staaj uuden monikerta (useimmiten näin ei ole asianlaita).

Kuviossa 3 esitetyn tunnetun dynaamiseen vaimentuneen perustuvan laitteiston säätöpiiri vastaa kuviossa 1 esitettyä säätöpiiriä. Dynaamisen vaimentimen jousi 3b 15 käsittää tangon, joka on asennettu ja kiinnitetty laakeripesään 2 kuvion 1 esitystä ... vastaavalla tavalla. Dynaamisen vaimentimen paino 4b koostuu säiliöstä ja siinä olevasta nesteestä, jonka määrää säädetään pumpun 21 ja venttiilin 22 avulla. Pumppaamalla lisää nestettä varastosäiliöstä 23 painon 4b muodostavaan säiliöön voidaan painon 4b massaa kasvattaa ja päinvastoin. Säätölaite 9 ohjaa näin ollen 20 saamansa säätösignaalin perusteella kyseistä pumppua 21 ja venttiiliä 22 painoon 4a liittyvässä säiliössä olevan nesteen määrän muuttamiseksi. Tällöin kyseessä on pelkästään dynaamisen vaimentimen massan 4b säätö. Kuvion 3 tapauksessa voidaan ajatella että myös painon 4b etäisyys a tangon 3b kiinnityspisteestä on säädettävissä.

25

Kuviossa 4 esitetty keksinnön mukainen dynaamiseen vaimentuneen perustuva vai-menninlaitteisto eroaa kuvion 1 laitteistosta lisäpainojen suhteen. Keksinnön mukaisessa laitteessa on kolme lisäpainoa 4j, 42, 43 yhden sijaan. Kolmella lisäpainolla varustetussa dynaamisessa vaimentimessa on kolme vapausastetta ja kolme ominaistaa-30 juutta. Usean vapausasteen vaimentamattoman systeemin liikeyhtälöt ovat muotoa: 4» 7 104209 [M] {*} + [K] {x} = (P(t)} missä [M] on massamatriisi, {x} on kiihtyvyysvektori, [K] on jäykkyysmatriisi, {x} ’ on siirtymävektori ja {P(t)} on ulkoinen voimavektori.

5

Kuvion 4 suoritusmuodossa lisäpainojen 41? 42, 43 massat pidetään vakiona, mutta lisäpainojen 4j, 42, 43 massat eivät välttämättä ole yhtä suuret. Säädön tarkkuuden kannalta saattaa olla edullista valita lisäpainojen 4() 42, 43 massat siten, että lähinnä tangon 3 kiinnityspistettä olevan ensimmäisen lisäpainon 4| massa on suurin, toisen 10 lisäpainon 42 massa on toiseksi suurin ja kolmannen lisäpainon 43 massa on pienin.

Kuvion 4 mukaista dynaamista värähtelyvaimenninta säädetään periaatteessa samalla tavalla kuin kuvion 1 mukaista dynaamista vaimenninta. Värähtelevän kohteen värähtelyjä mitataan ainakin yhdellä värähtelyanturilla 6, mittaussignaalit vahviste-15 taan vahvistimella 7, jonka jälkeen ne johdetaan tietojenkäsittelylaitteeseen 8 lasken-... taa varten. Tietojenkäsittelylaitteessa 8 määritetään mittaustulosten perusteella ne kolme ongelmallisinta herätetaajuutta, jotka halutaan vaimentaa. Tämän jälkeen tietojenkäsittelylaitteella 8 lasketaan kunkin lisäpainon 4,, 42, 43 etäisyys a1( a2, a3 tangon 3 ki i n n i ty spi steestä siten, että dynaaminen vaimennin virittyy em. ongelmalli-20 sille taajuuksille. Kun etäisyydet a,, a2, a3 on määritetty t i etoj en käsi ttel y lai te 8 antaa - vastaavat ohjauskäskyt säätölaitteille 9j, 92, 93, jotka säätävät lisäpainot lasketuille etäisyyksille aj, a2, a3. Kun lisäpainot 4,, 42, 43 on säädetty oikealle kohdalleen kukin lisäpaino 4j, 42, 43 lukitaan paikalleen, jonka jälkeen dynaaminen vaimennin värähtelee halutulla kolmella ominaistaajuudella ja vaimentaa värähtelevän kohteen 25 vastaavat kolme ongelmallista taajuutta.

Kuviossa 5 on esitetty kuvion 4 mukaisen dynaamisen vaimentimen kolme ominaisvä-j rähtelymuotoa. Kussakin kuvassa on esitetty ominaisvärähtelymuodon toisen ääri- laidan verhokäyrä. Kuviossa 5B on esitetty dynaamisen vaimentimen alimpaa omi-30 naistaajuutta kuvaava tilanne. Kaikki kolme lisäpainoa 4t, 42, 43 värähtelevät samassa vaiheessa, jolloin ensimmäisen lisäpainon 4{ värähtelyamplitudi on pienin ja 8 104209 kolmannen 43 lisäpainon värähtelyamplitudi on suurin. Kuviossa 5C on esitetty dynaamisen vaimentunen keskimmäistä ominaistaajuutta kuvaava tilanne. Kolmas lisäpaino 43 värähtelee tässä eri vaiheessa kuin ensimmäinen 4j ja toinen 42 lisäpaino. Kuviossa 5D on puolestaan esitetty dynaamisen vaimentunen suurinta ominaistaa-5 juutta kuvaava tilanne, jossa toinen lisäpaino 42 värähtelee eri vaiheessa kuin ensimmäinen 4j ja kolmas 43 lisäpaino.

Kuviossa 4 esitetyllä yksinkertaisella kolmella lisäpainolla 4j, 42, 43 varustetulla dynaamisella vaimentimella voidaan vaimentaa kolme ongelmallista värähtelytaajuut-10 ta. Lisäämällä lisäpainojen määrää lisätään myös dynaamisen vaimentunen ominaistaajuuksia.

Keksinnössä voidaan myös käyttää kuviossa 3 esitettyä dynaamista vaimenninta, jolloin tangon 3b varaan asennetaan useita nestesäiliöstä muodostuvia lisäpainoja 4b. 15 Tällöin voidaan säätää kunkin lisäpainon 4b massaa etäisyyksien sijaan tai sekä ... lisäpainojen 4b massaa että lisäpainojen etäisyyttä tangon 3b kiinnityspisteestä.

Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viittaamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuvioissa 20 esitettyjä esimerkkejä, vaan keksinnön eri sovellusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (2)

1. Laitteisto värähtelyjen vaimentamiseksi paperikoneympäristössä dynaamisen vaimentimen avulla, joka laitteisto käsittää ainakin yhden värähtelyanturin (6), jolla 5 värähtelevän kohteen värähtelyt mitataan, vahvistinlaitteen (7), joka vahvistaa mittaussignaalin, tietojenkäsittelylaitteen (8), jossa mittaussignaali analysoidaan, ja ainakin yhden säätölaitteen (9), jota ohjataan tietoj en käsi ttel y laitteel la (8) ja jolla säätölaitteella (9) viritetään värähtelevään kohteeseen kiinnitetty dynaaminen vaimennin halutulle ongelmalliselle herätetaajuudelle, tunnettu siitä, että 10 dynaaminen vaimennin käsittää ainakin kaksi yhteiselle tangolle (3) asennettua lisäpainoa (4,, 42, 43), jolloin dynaaminen vaimennin voidaan virittää mainittujen lisäpainojen avulla usealle ongelmalliselle herätetaajuudelle. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että dynaaminen 15 vaimennin käsittää kolme yhteiselle tangolle (3) asennettua lisäpainoa (4,, 42, 43), • : jolloin dynaaminen vaimennin voidaan virittää mainittujen lisäpainojen avulla kol melle ongelmalliselle herätetaajuudelle. « 10 104209

1. Anläggning för att dämpa vibrationer i pappersmaskinmiljö med hjälp av en dynamisk dämpare, vilken anläggning omfattar ätminstone en vibrationsgivare (6), 5 med vilken vibrationerna i det vibrerande objektet mäts, en förstärkningsanordning (7), som förstärker en mätsignal, en databehandlingsanordning (8), i vilken mätsig-nalen analyseras, och ätminstone en regleranordning (9), vilken styrs med databe-handlingsanordningen (8) och med vilken regleranordning (9) en vid det vibrerande objektet fäst dynamisk dämpare avstäms tili en önskad problematisk impulsfrekvens, ίο kännetecknad därav, att den dynamiska dämparen omfattar ätminstone tvä pä en gemensam stäng (3) monterade tilläggsvikter (4j, 42, 43), varvid den dynamiska dämparen kan avstämmas med hjälp av nämnda tilläggsvikter tili flera proble-matiska impulsfrekvenser. is

2. Anläggning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den dynamiska dämparen omfattar tre pä en gemensam stäng (3) monterade tilläggsvikter (4j, 42, 43), varvid den dynamiska dämparen kan avstämmas med hjälp av nämnda tilläggsvikter tili tre problematiska impulsfrekvenser. 20 1 «