FI106974B - Pumpun ohjausjärjestelmä ja menetelmä pumpun ohjauksessa - Google Patents

Description

106974

Pumpun ohjausjärjestelmä ja menetelmä pumpun ohjauksessa

Keksinnön kohteena on pumpun ohjausjärjestelmä ja menetelmä pumpun ohjauksessa. Erityisesti keksinnön kohteena on nesteen poistoon käytettävän imupumpun ohjausjär-5 jestelmä ja menetelmä kyseisen pumpun ohjaamiseksi. Keksinnössä käytettävää imu-pumppujärjestelmää voidaan käyttää mm. paperi-, kartonki- ja sellunkuivatuskoneilla sekä mm. erilaisilla sellutehtaan imusuotimilla ja -pesureilla. Yleisesti ottaen keksinnön mukainen pumpun ohjausjärjestelmä on sovellettavissa kaikkiin kohteisiin, joissa kaasua, nestettä tai niiden seosta imetään rei’itetyn tai viiramaisen pinnan läpi.

10

Erilaisten imujärjestelmien käyttö suodatuksen ja saostuksen apuvälineenä on yleisesti tunnettua paitsi paperi- ja puunjalostusteollisuudessa, myös esimerkiksi kaivos- ja lan-noiteteollisuudessa. Imujärjestelmiä käytetään sekä erilaisten viirasuodattimien ja -saostimien, joiksi paperi-, kartonki- ja sellun kuivatuskoneetkin voidaan katsoa, että 15 erilaisten imukiekko- tai imurumpusuotimien yhteydessä. Jo vanhastaan on tunnettua käyttää imujärjestelmänä imujalkaa, jossa ns. imujalkaan, olennaisesti pystysuoraan putkeen, virtaavan suodoksen paino synnyttää tarvittavan alipaineen. Koska imujalan kehittämän alipaineen suuruutta on käytännöllisesti katsoen mahdotonta säätää, on otettu käyttöön erilaisia tyhjöpumppuja, joista yleisimmäksi on tullut ns. vesirengas-20 pumppu. Vesirengaspumppu kehittää tyypillisesti vakioalipaineen. Kuitenkin vesiren-gaspumpun imukykyä on mahdollista säätää,mikä perustuu siihen, että kyseisen pumpun kapasiteetti on myös vakio Toisin sanoen päästämällä säädettävän venttiilin kautta lisäilmaa pumppuun voidaan muuttaa pumpun imukohteesta vetämän kaasun määrää.

» ..*·* 25 Viimeisimpänä imulaitevaihtoehtona on markkinoille tullut ns. suurnopeustyhjö-pumppu, »· · • \· joka itse asiassa on kaasun pumppaukseen sovellettu keskipakopumppu, jonka käyttöä « paperinvalmistuksen vedenpoistossa kuvataan Fl patentissa 97244. Kyseisessä julkai- • · sussa käsitellään mm. ongelmaa, joka syntyy siitä, kun paperikoneen kudos, huopa tai « · · J,: · viira, pyrkii tukkeutumaan ajan mittaan. Toisin sanoen kudoksen permeabiliteetti muut- 30 tuu sen käyttöiän mukana. Julkaisussa kyseinen ongelma ratkaistaan siten, että, kun • · · . tiedetään, kuinka paljon nestettä imukohteesta, esimerkiksi imulaatikosta tai ryhmästä « ·« imulaatikkoja, olisi poistettava, mitataan kyseisestä imukohteesta poistettavan nesteen ....: määrää, verrataan sitä tavoitearvoon ja säädetään imujärjestelmän toimintaa vastaa- vasti. Tämä tapahtuu helpoimmin säätämällä tyhjöpumpun pyörintänopeutta, koska ..· 35 esimerkiksi pyörintänopeuden lisääminen kasvattaa sekä tyhjöpumpun tilavuusvirtaa « · · n 106974 että alipainetasoa. Toisena säätövaihto-ehtona esitetään sekä pyörintänopeuden että alipainepumpun tuotoksen eli tilavuus-virran säätämistä.

Eräänä ongelmana kyseisessä julkaisussa esitetyssä ratkaisussa on se, että järjestel-5 mään kuuluu mekaaninen laite, virtausmittari, jonka pohjalta järjestelmän toimintaa ohjataan. Kyseinen laite on paitsi lisäinvestointi myös arka vaurioille, ainakin pidempiaikaisessa käytössä, jolloin koko paperinvalmistuksen tai muun vastaavan prosessin tarkkuus vaarantuu. Lisäksi pelkän virtausmittarin käyttö ei anna mitään lisäarvoa järjestelmään, vaan muut mielenkiintoiset seikat, kuten esimerkiksi imukohteen, huovan 10 tai vastaavan kunnonseuranta, huovanvaihtotarpeen selvittäminen jne. jäävät edelleen haaveeksi.

US 4,329,201 käsittelee viiralla olevasta rainasta tapahtuvaa vedenpoistoa. Vedenpos-toon voidaan käyttää julkaisun mukaan mm. keskipakoistyhjöpumppua. Julkaisussa Ki-15 vatulle idealla on ominaista pyrkiä käyttämään vakioalipainetta vedenpoistoon. Tähän päästään julkaisun mukaan sillä, että vedenpoistolaitteisiin kuuluu kaksi vedenpoistopd-kea, joiden yli viira kulkee. Uuden viiran kyseessä ollessa käytetään ainoastaan toista \e-denpoistoputkea, mutta alipaineen kasvaessa kyseisessä putkessa avataan toinen putki ja kohdistetaan imulaitteen imu myös toisen putken kautta viiralle. Julkaisun mukaisessa 20 ratkaisussa käytetään myös säätöventtiiliä, joka yhdessä tyhjönsäädön kanssa pitää imulaitteisiin kohdistuvan alipaineen vakiona. Julkaisussa mainitaan myös, kuinka viiran viipymäaikaa kunkin imuputken kohdalla voidaan tarvittaessa kasvattaa joko lisäämällä , , imuputkessa olevan imuraon viiran liikesuunnan suuntaista leveyttä tai hidastamalla viiran kulkunopeutta.

• · · · 25 • · • ·

Toisin sanoen, julkaisussa pyritään ottamaan huomioon viiran elinaikana sen permeabil- • « teetissa tapahtuvat muutokset joko lisäämällä imulaitteita, muuttamalla näiden imuleveyttä • · · • · tai muuttamalla imuaikaa.

• · · .···. 30 US 4,466,873 käsittelee edellisen julkaisun tavoin paperikoneen tasoviiraosan vedan- • · • · · .···. poistoa. Tämän patentin laitteistossa käytetään säädettävänopeuksista tyhjöpumppua, « · · .· . joka voi olla myös keskipakoistyhjöpumppu. Laitteistolla pyritään ohjaamaan vedenpos- • · · toa kahdessa jaksossa niin, että ensimmäisen jakson aikana pumpun kierrosnopeus p-. * detään vakiona, jolloin pumppu kehittää riittävän alipaineen rainan vedenpoistoon. Viiran • · : *·· 35 vähitellen tukkeutuessa alipaine imulaatikoissa kasvaa. Kun alipaine viimeisessä imulaa- • · 3 106974 tikossa on kohonnut ennaltamäärättyyn arvoon, ohjausyksikkö määrää tyhjöpumppua alentamaan pyörintänopeutta niin, että alipaine pysyy jatkossakin edellä mainitussa mä<-simi-arvossaan.

5 Vaikka julkaisun mukainen ratkaisu ottaakin huomioon viiran tukkeutumisen tuomat vä-kutukset, ei se opeta kahden vastuskäyrän syöttöä ohjausyksikköön eikä tietenkään nä-den käyttöä niin, että viiran käyttöikä voidaan haluttaessa optimoida.

US patenttijulkaisu 4,518,318 käsittelee sähkömoottorin ja siihen kiinnitetyn keskipalo-10 pumpun ohjausta erilaisissa käyttötilanteissa. Useammassa kohtaa julkaisussa otetaan esimerkiksi keskuslämmitysjärjestelmien pumput, joiden toimintaa, lähinnä pyörimisnopeutta, ohjataan suhteessa vesipattereissa oleviin termostaattiventtiileihin. Julkaisussa luvataan, kuinka pumpun ohjausyksikköön on syötetty nostokorkeus - tilavuusvirtakoa-dinaatistoon sekä pumpun vakiokierros-nopeuskäyrät että ns. modulaatiokäyrät. Mocli-15 laatiokäyrä on käyrä, jonka mukaisesti nostokorkeus ja tilavuusvirta muuttuvat pumpun kierrosnopeutta muutettaessa.

Ao. julkaisussa käsiteltävänä ongelmana ovat tehohäviöt silloin, kun virtausolosuhteita verkostossa muutetaan. Tähän esitetään ratkaisuksi pumpun pyörintänopeuden muutfe- 20 mistä virtausolosuhteiden mukaan. Julkaisu opettaa yksityiskohtaisesti palstan 4 riviltä 30 alkaen, kuinka pumppausjärjestelmä on mitoitettu virtausmäärälle Qx ja nostokorkeudelle

Hx, jotka siis vastaavat tilannetta, jossa keskuslämmitysputkiston kaikki termostaattivert- tiilit ovat auki. Osakuormatapauksissa, joissa siis venttiileitä on kuristettu tai suljettu pum- ; pun tulisi toimia käyrän Hr(Q) mukaan. Tämä on ohjelmoitu pumpun ohjausyksikköön s- • · · 25 ten, että esimerkiksi useampien venttiilien sulkeuduttua paine (=nostokorkeus) putkista- • · · • ·. sa kasvaa ja vastaavasti tilavuusvirta pienenee, mikäli pumpun pyörintänopeus pysyy \a- kiona. Toisin sanoen kuviossa kaksi mennään vakiokierrosnopeuskäyrää vasemmalle.

• · · *;!;* Pumpun ohjausjärjestelmään on syötetty kytkentäpisteitä kullekin vakionopeuskäyrälle « « * *** niin, että esimerkiksi järjestelmän paineen kohotessa pistettä 57 vastaavaan arvoon jär- ... 30 jestelmä ohjaa pumpun käyttömoottoria laskemaan kierrosnopeuttaan. Vastaavalla 6- • · ;;;* valla ohjausjärjestelmä osaa ohjata pumpun nostamaan kierrosnopeuttaan, mikäli osa- ';' kuormatapauksessa jokin tai joitakin venttiilejä avataan.

I ·

Toisin sanoen edellä käsitellyt US patentit 4,329,201 ja 4,466,853 käsittelevät paperirä-35 nan vedenpoistoon ja viiran muuttumiseen liittyviä asioita, mutta eivät ratkaise niitä käy- » · • · • · · 4 106974 tämällä hyväksi pumpun ominaiskäyrästöä. Jälkimmäisessä näistä kahdesta julkaisusta ainoastaan tiedetään ja käytetään hyväksi pumpun imun ja pyörimisnopeuden välistä rip-puvuutta. US patentissa 4,518,318 ja DE julkaisussa 196 18 462 käsitellään puolestaan ominaiskäyrästön hyväksikäyttöä, mutta sekä eri tavalla että eri tarkoitusta varten kuin 5 seuraavassa lähemmin kuvatussa keksinnössämme.

Seuraavassa imupumppujärjestelmän käyttöä kuvataan tarkemmin esimerkinomaisesti paperikoneen tyhjöjärjestelmän yhteydessä. Sekä tekniikan tason mukaisten erilaisten imupumppujärjestelmien että esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän ja imu-10 pumppujärjestelmän käyttökohteet jakautuvat periaatteessa kahteen ryhmään.

Ensimmäisessä ryhmässä imukohteessa on sekä kudos että massarata. Näissä tapauksissa virtausvastus samalla massalla ajettaessa on lähes vakio riippumatta huovan vastuksesta, koska massaradan vastus on määräävä. Virtausvastus muuttuu merkittä-15 västi silloin, kun paperilajia vaihdetaan. Perinteinen käyttötapa on määrittää kullekin paperilaadulle vakioalipainetaso, jota sitten ajon aikana pyritään seuraamaan. Tyypillisiä imukohteita ovat paperi-, kartonki-ja sellun kuivatuskoneen rainan muodostusosan tasoimulaatikot, erilaiset imutelat muodostusosalla ja puristinosalla sekä erilaiset tyh-jösuotimet sellutehtaan kaustisoinnissa ja mm. lannoite-ja perusmetalliteollisuudessa.

20

Toisessa ryhmässä imukohteessa on pelkkä kudos. Tällöin virtausvastus kasvaa kudoksen ikääntyessä likaantumisen ja kudoksen kokoonpuristumisen takia. Tyypillisiä imukohteita ovat mm. paperikoneen huovankunnostuksen imulaatikot.

: Näillä paperikoneen puristinosalle sijoittuvilla imulaatikoilla poistetaan vettä kudoksesta • · · 25 imemällä sen läpi ilmaa. Huovankunnostuksella on kolme päätehtävää: • · · : ·* 1) vedenpoisto (osa kudoksessa olevasta vedestä on siirtynyt paperiradasta kudokseen [ * puristinosalla), • · e 2) puhdistus (osa vedestä on peräisin pesusuihkuista, joilla puhdistetaan kudosta), ja 3)

• · I

*·’ * ylläpitää kudoksessa tasainen kosteusprofiili koneen poikkisuunnassa.

30 Perinteisesti tällaisissa käyttökohteissa on tyhjöpumppua käytetty siten, että tyhjöpum- • · *;;;' pulla kudoksen läpi imetään vakiotilavuusvirta, jolloin alipainetaso kasvaa kudoksen ···* ikääntyessä. Tämäntyyppinen ajotapa saadaan automaattisesti syrjäytystyyppisellä ·.*·· tyhjöpumpulla, esim. nesterengaspumpulla.

« « « · • « · 106974

Huovankunnostuksen tavoitteena ei kuitenkaan ole vedenpoiston maksimointi kudoksesta, koska liian kuiva kudos ei toimi kunnolla puristinnipissä tapahtuvassa vedenpoistossa. Imulaatikolla kudoksen läpi imettävä ilmamäärä valitaan siten, että kudokseen jää sopiva kosteussuhde. Kosteusuhde on kudoksessa olevan veden painon 5 suhde kudoksen painoon. Liian suuri ilmavirtaus johtaa liian alhaiseen kosteussuhtee-seen ja liian pieni ilmavirtaus vastaavasti liian suureen kosteussuhteeseen. Käytännössä on kuitenkin huomattu, että edellä kuvatulla vakiotilavuusvirtaan perustuvalla ajotavalla ei päästä optimaaliseen kosteussuhteeseen, vaan kosteussuhde vaihtelee jopa haitallisessa määrin.

10

Mainittuun ongelmaan erääksi ratkaisuksi on osoittautunut tapa säätää huovankunnostuksen alipainetasoa mittaamalla kudoksen kosteutta imulaatikon jälkeen ja pyrkiä pitämään kosteus haluttuna säätämällä tyhjöpumpun pyörimisnopeutta ja tuottopistettä.

15 Toinen ongelmaan ratkaisun tuova mahdollinen tapa on mitata imulaatikolta poistuvaa vesimäärää sekä suihkuvesien määrää ja pyrkiä sen avulla arvioimaan huovan kosteus ja tarvittava alipaine. Ongelmaksi kuitenkin tulee puristinnipissä rainasta huopaan siirtyvän vesimäärän arviointi, mikä ei kuitenkaan ole läheskään samaa luokkaa oleva ongelma kuin vakiotilavuusvirtaan perustuvalla ajotavalla kosteussuhteeseen jäävät 20 vaihtelut.

Pyrittäessä optimaaliseen ajotapaan paperi- tai vastaavilla koneilla siinä tilanteessa, että imukohteessa on sekä kudos että massarata, toimitaan tekniikan tason mukaisesti 4 4 ’ ·' siten, että vettä poistetaan suoraan massasta imemällä ilmaa massan ja kudoksen läpi.

• · · •;*j 25 Paperikoneella tavoitteena on poistaa vettä massasta niin paljon kuin mahdollista en- • · · ; ·[ nen kuivatusosaa, koska mekaanisen vedenpoiston (puristaminen ja imeminen) kus- ] * tannus on vain noin neljäsosa kuivatusosalla tapahtuvan vedenpoiston kustannuksista.

• · ·

Vedenpoiston tulee kuitenkin tapahtua asteittain. Ensimmäisissä imukohteissa, eli • · · *·* * kohteissa, joissa rata on kosteimmillaan, ei voida käyttää liian korkeaa alipainetasoa, 30 koska tällöin massarata tiivistyisi liikaa ja vedenpoisto heikkenisi myöhemmissä vai- • · - heissä. Perinteisesti alipainetaso on pyritty pitämään vakiona kussakin imukohteessa.

• · ··/’ Valittu alipaine riippuu ajettavasta massalaadusta.

« «· *: : Vakionopeuksisilla nesterengastyhjöpumpuilla alipainetasoa säädetään alipaineen 35 säätöventtiilillä, jolla päästetään tarvittava määrä ulkoilmaa imujärjestelmään. Tällainen « • · • · 6 106974 säätötapa on erittäin ongelmallinen sen tuhlatessa energiaa, koska tyhjöpumpun kapasiteetista osa käytetään ulkoilman pumppaamiseen.

Tämän tekniikan tason mukaisen paperikoneteknologian kohdalla vesirengaspump-5 ujen käyttöön perustuvat imujärjestelmät ovat ylipäätänsä perustuneet teknologiaan, jossa imupumpun aikaansaamaa alipainetta tai ainakin sen avulla poistettavan veden määrää säädetään kokemusperäisesti. Esimerkiksi paperikoneen tasoviiraosalla ali-painetasoa on perinteisesti säädetty massaradan kiillon mukaan. Tämä on tapahtunut siten, että paperikoneen käyttäjä kokemuksensa pohjalta tietää, missä vaiheessa taso-10 viiraosuutta massaradan kiillon tulisi alkaa samentua. Kiillon samentuminen tarkoittaa käytännössä sitä, että massaradan pinnassa ei enää ole yhtenäistä vesifilmiä, vaan veden määrä radassa on vähentynyt niin paljon, että lähes kaikki vesi mahtuu radan sisälle. Paperikoneen huovan alkaessa tukkeutua pitenee radan kiiltävä osuus, jolloin koneenkäyttäjä tietää, että alipainetasoa olisi lisättävä halutun nestemäärän imemiseksi 15 radasta. Tällainen ohjaustapa ei kuitenkaan ole paras mahdollinen, koska se vaatii tarkkaa seurantaa eikä siitä huolimatta ole tarkin mahdollinen tapa seurata nesteen-poistoa. Tämä seurantatapa ei myöskään anna selvää merkkiä siitä, koska paperikoneen kudos olisi vaihdettava, vaan vaihtaminen suoritetaan taaskin kokemusperäisesti useimmiten kudoksen käyttöikään perustuen. Toisin sanoen kullekin kudokselle on 20 määritetty käytännön kestoikä, jonka kuluttua kudos vaihdetaan riippumatta sen todellisesta kunnosta.

Keksinnön mukaisessa imujärjestelmässä sovellettavalla säädettävänopeuksisella kes-; ·' kipakotyhjöpumpulla alipainetasoa voidaan säätää pumpun pyörimisnopeutta muutta- • ♦ · •••J 25 maila, jolloin halutun alipaineen kehittämiseksi tarvittava teho optimoituu ja tehonkulu- ♦ · 1· : ·1 tus alenee alipainetason ollessa alempi kuin tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa.

• · • · • · · V.1 Eräs keksinnön mukaisista optimaalisimmista ajotavoista tällaisessa järjestelmässä on • ·· *·1 1 mitata paperirainan kosteutta puristinosan jälkeen ennen kuivatusosaa ja pyrkiä kuiva- 30 ainepitoisuuden maksimointiin säätämällä alipainetta kaikissa imukohteissa samanai- ··· kaisesti. Sopiva alipainetaso kussakin imukohteessa ja alipaineiden suhde eri imu- « « 1 \· kohteiden välillä voidaan hakea esimerkiksi oppivan ohjausjärjestelmän ja sumean lo- ·:1· giikan avulla.

* « · • » « P1462; Horo et ai.

· « 4 • ♦ 1 4 106974

Toinen tapa säätää vedenpoiston toimintaa, on mitata poistuvia vesimääriä, esimerkiksi Fl patentissa 97244 esitetyllä tavalla, ja säätää alipainetasoja sen mukaan. Oleellista on, että ei pyritä maksimoimaan yksittäisen imukohteen veden poistumaa, vaan kaikista imukohteista yhteensä poistuvaa vesimäärää.

5

Keksinnön mukaiselle imujärjestelmälle ja sen yhteydessä sovellettavalle menetelmälle on lisäksi ominaista, että sitä pystyy soveltamaan myös kudoksen kunnonvalvontaan. Kuten jo edellä todettiin kudoksen permeabiliteetissa tapahtuu muutoksia kudoksen käytön aikana sekä kudoksen tukkeutumisen että kokoonpuristumisen takia. Permeabi-10 liteetissa tapahtunut riittävän suuri muutos mahdollisesti yhdessä muiden, esim. radan ja/tai kudoksen kosteusmittaustulosten kanssa kertoo kudoksen vaihtotarpeesta.

Eräänä toisena kudoksen kunnonvalvontaan liittyvänä seikkana keksintömme antaa mahdollisuuden kudoksen trendiseurantaan (kudoksen elinaikainen seurantamittaus), 15 joka antaa mahdollisuuden vertailla erilaisia kudoksia ja auttaa näin löytämään parhaan mahdollisen kudostyypin kuhunkin käyttökohteeseen. Toisin sanoen keksintömme antaa mahdollisuuden vertailla esimerkiksi eri valmistajien paperikonekudoksia tai eri materiaalia olevia paperikonekudoksia samoin kuin erilaisten kudosten soveltuvuutta erilaisille massoille.

20

Keksintö antaa myös mahdollisuuden imujärjestelmästä mitattujen pumppua ja sen toimintaa koskevien tietojen ja järjestelmään syötetyn uuden pumpun ominaiskäyrästön perusteella seurata pumpun toimintakuntoa, esim. likaantumista ja hälyttää tästä.

I « t · · • ••ϊ 25 Uusi keksinnön mukainen imupumppujärjestelmä, joka koostuu jo em. Fl patentissa ·· · • · · • ·* 97244 käsitellystä kierroslukusäädettävästä imupumpusta, imukohteesta sekä mittaus- φ * ’ ja ohjausjärjestelmästä, korjaa muun muassa edellä esitetyt tekniikan tason järjestel- • · • · · ’·*·* mien puutteet sekä pyrkii optimoimaan erilaisten käyttökohteiden vedenpoiston. Kek- • · · • · · . *·* ‘ sinnössä käytettävälle imupumppujärjestelmälle on ominaista, että käytetään hyväksi 30 erilaista imupumpun käytöstä saatavaa informaatiota, kuten esimerkiksi pumpun pyö- • M « · - *···* rintänopeutta, pumpun ottamaa tehoa, pumpun vääntömomenttia jne.

Tekniikan tasona mainittakoon patenttijulkaisu US-A- 4 108 574, jossa esitetystä ratkai-·"*: susta on tullut tunnetuksi pumppu, jota käytettäessä määritetään pumpusta kaksi virta- 35 ukseen vaikuttavaa muuttujaa, esimerkiksi teho, pyörintänopeus ja/tai pumpun yli vallit- • · · 8 106974 seva paine-ero. Kun nämä tiedot on koeajotilanteessa yhdistetty mitattaviin tilavuusvir-tatietoihin, saadaan pumpulle ominaiskäyrästö, jonka perusteella ei enää varsinaisessa käyttötilanteessa tarvitse mitata pumpun tilavuusvirtaa, vaan se saadaan käyttämällä hyväksi edellä mainittuja kahta virtaukseen liittyvää muuttujaa, tässä tapauksessa esi-5 merkiksi pumpun tehoa ja pyörintänopeutta. Menemällä tarkasteluissa hieman pidemmälle on julkaisussa päästy siihen, että pumppua voi käyttää esimerkiksi puunjalostusteollisuuden massojen “sakeusmittarina”, koska sakeus on yksi virtaukseen vaikuttava muuttuja, joka voidaan koeajosarjojen perus-teella määrittää muiden virtaukseen vaikuttavien muuttujien avulla. Kyseisessä julkaisussa selitetään pumpulta saatavan into formaation lisäkäsittelyä hyvin yksityis-kohtaisesti ja sillä tavalla, että se soveltuu monilta osiltaan myös tämänkertaisessa keksinnössämme sovellettavaksi ottaen luonnollisesti huomioon keksintömme mainitusta US patentista selkeästi eroavat tavoitteet ja lähtökohdat.

15 Kyseinen julkaisu kuitenkin puhuu ensinnäkin pelkästään nesteiden käsittelystä. Toiseksi julkaisu ei millään muotoa puutu siihen, mitä pumpun imupuolella tapahtuu. Ainoa seikka, mitä pumpun imupuolelta tarvitaan on “lähtöarvo” pumpun kehittämälle paine-erolle.

20 Ominaista esillä olevan keksintömme mukaiselle järjestelmälle sovellettuna esimerkiksi paperikoneen yhteyteen on, että käyttötilanteessa pumpun ohjaus-/keskusyksikköön on taltioitu imupumpun ominaiskäyrästö esimerkiksi muodossa, jossa alipaine-tilavuusvirta-koordinaatistoon on piirretty käyräparvet sekä pumpun kierrosnopeudelle että pumpun momentille tai teholle, jonka ominaiskäyrästön perusteella mittaustulok-,·. 25 sista (esimerkiksi pumpun kierrosnopeus ja momentti tai teho) lasketaan pumpattavan ilman virtaama. Ilmavirtaaman ja mitatun alipainetason perusteella saadaan edelleen » · lasketuksi imulaatikon päällä olevan kudoksen tai kudoksen ja paperiradan yhteinen « · permeabiliteetti. Näin voidaan seurata ajan funktiona kudoksessa tai paperiradassa ta- • · « . ·; ·. pahtuvia tiiveysmuutoksia ja tehdä tarvittavia muutoksia prosessissa tai kudoksen kun- • · · 30 nostuksessa automaattisesti.

• « I < «

« I

, , Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti tallennetaan pumpun ohjaus- '' /keskusyksikön muistiin imukohteen vastusfunktio eli niinsanottu vastuskäyrä. Vastus- ’ funktio tallennetaan kahdessa eri tilanteessa. Ohjaus-/keskusyksikön muistiin tallenne- 35 taan ensiksikin sellainen vastusfunktio f,, joka käsittää lähtötilanteen, jossa huopakudos F1462; Horo et ai.

• · 9 106974 tai suodatinmateriaali, jonka läpi väliainetta imetään pumpulla, on uusi ja tukkeutumaan. Keksinnön mukaisesti tallennetaan keskusyksikön muistiin myös sellainen vastus-käyrä eli vastusfunktio f2, joka käsittää muuten samat vastuskompo-nentit, mutta nyt materiaali, jonka läpi imetään, kuten kudos tai suodatinmateriaali, on sellainen, joka on 5 ollut käytössä ja tukkeutunut. Mainittuja vastusfunktioita seurataan imupumppujärjes-telmän käytön aikana suhteessa pumpun toimintapisteeseen (kierrosnopeus, sillä saavutettu alipainetaso pumpun imupuolella ja alipainetasolla saavutettu pumpattavan aineen virtausmäärä, esimerkiksi m3/aikayksikkö). Pumpun toimintapisteeksi sanotaan vastuskäyrän ja pyörimisnopeuskäyrän leikkauspistettä. Pumppua pyritään siten Ohio jaamaan niin, että sen toimintapiste pysyy sallitulla (vastusfunktioiden kuvaajien välisellä) alueella tilavuusvirta- alipaine- koordinaa-tistossa. Pumppua voidaan ohjata myös niin, että toimintapisteen mukaan säädetään esimerkiksi paperikoneen kudoksen puhdistusta (eli esimerkiksi vastuskäyrän noustessa liikaa voidaan pesusuihkujen käyttöä tehostaa tai ottaa useampia pesusuihkuja käyttöön) ja/tai säädetään pumpun kierros-15 nopeutta ja kudoksen tukkeutumisen myötä lisätään pumpun kierrosnopeutta.

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti voidaan eri huopatyyppi-en vastusfunktiot fa, fb, fc... tallentaa pumpun ohjaus-/keskusyksikön 100 muistiin ja pumpun keskusyksikön muistista voidaan kyseiset tallennetut funktiot fa, fb, fc... ottaa 20 käyttöön aina vaihdettaessa huopatyyppiä. Luonnollisesti voidaan tallentaa myös vas-tusfunktioparit, siis vastusfunktiot sekä uudelle että tukkeutuneelle huovalle. Eri huopien kohdalla voidaan suorittaa myös huopatyyppien välistä pitkäaikaista trendiseurantaa ja voidaan myös kyseisen trendiseurannan perusteella valita sopivin huopa kullekin pa-peri-/kartonkimassalle.

e < • ♦ 25 * * · ♦ ·

Keksinnön mukaiselle imupumpun ohjausjärjestelmälle ja menetelmälle imupumpun • · • · : säädössä on tunnusmerkillistä se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

• · • · · • · · • 1

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa on esitetty 30 keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja, joihin keksintöä ei ole tarkoitus kuitenkaan yksinomaan rajoittaa.

« « P1462; Horo et ai.

« · · . Kuviossa 1A on esitetty keskipakotyhjöpumpun tuottokäyrä, ns. ominaiskäyrä. Vaaka- . akselilla on esitetty tilavuusvirta ja pystyakselilla saavutettu alipainetaso pumpun imu- . 35 puolella. Kuvaajat G1, G2, G3 ovat vääntömomenttikäyriä ja kuvaajat D1, D2, D3 ovat 10 106974 kierrosnopeuskäyriä. Tietyllä vääntömomentilla ja tietyllä kierrosnopeudella saavutetaan tietty virtausmäärä ja edelleen tietty alipainetaso.

Kuviossa 1B on esitetty pumpun tuottopisteen määräytyminen havainnollisesti koor-5 dinaatistossa, jossa vaaka-akselilla esitetään imupumpun tilavuusvirta ja pystyakselilla alipainetaso pumpun imupuolella. Koordinaatistoon on piirretty edellä mainittujen vas-tusfunktioiden kuvaajat f, ja f2 sekä pumpun tuottopisteen siirtymän kuvaaja E.

Kuviossa 1C on esitetty havainnollisesti keksinnön mukainen imupumppu ja siihen liit-10 tyvät keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaiset säätö-/mittauslaitteet.

Kuviossa 2A on esitetty keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukainen järjestelmä esimerkinomaisesti paperikoneen huovankunnostuksen imulaatikon yhteydessä.

15

Kuviossa 2B on esitetty kuvion 2A tyyppinen järjestelmä esimerkinomaisesti paperikoneen ns. viiraosan imulaatikon yhteydessä, jossa paperikoneen huopa ja massarata yhdessä muodostavat vastuksen, jota keksinnön mukaisessa järjestelmässä seurataan.

20 Kuviossa 2C on esitetty keksinnön erään kolmannen edullisen suoritusmuodon mukainen imupumppujärjestelmä esimerkinomaisesti selluloosateollisuuden imusuotimen yhteyteen järjestettynä.

Kuviossa 2D on esitetty lohkokaavioesityksenä keksinnön mukaisen imupumppu-25 järjestelmän toiminta.

« · « · • · · • · · • ·

Kuviossa 1A on esitetty imupumpun tuotto- eli ominaiskäyrä koordinaatistossa, jossa • · vaaka-akselilla on imupumpun tuotto eli tilavuusvirta (kaasuvirta imupumpun läpi) ja • · · pystyakselilla imupumpun kehittämä alipaine. Imupumppu 10 on edullisesti keskipako- • · · 30 tyhjöpumppu. Kuviossa on esitetty sekä vakionopeuskäyrät D1, D2, D3... että vakio-. · , momenttikäyrät G1, G2, G3.... Kuten kuviosta nähdään, löytyy tietylle vääntömomen- .···. tillejä pyörimisnopeudelle lähes aina yksikäsitteinen leikkauspiste. Suorittamalla koe- • # olosuhteissa tilavuusvirta-ja alipainemääritykset vaihtelemalla sekä pumpun pyörimis- * nopeutta että pumpun momenttia (tai haluttaessa tehoa) voidaan pumpun ohjaus- 35 /keskusyksikön muistiin syöttää kuvion 1A mukainen ominaiskäyrästö. Pumpun 10 • ·

Pl462; Horo et ai.

106974 tuottopiste (tilavuusvirta ja tyhjötaso) voidaan tämän jälkeen määrittää mittaamalla pelkästään pumpun 10 momentti (tai teho) ja pyörimisnopeus eli sen kierrosnopeus.

Käytännön olosuhteissa voidaan edelleen mitata pumpulla saavutettava todellinen tyh-5 jötaso, jonka perusteella pumpun tuottopiste voidaan tarkistaa ja todeta, onko pumpun toiminta muuttunut esimerkiksi kulumisen tai likaantumisen seurauksena.

Pumpun tuottokäyriä voidaan tarvittaessa korjata mittaamalla edelleen imettävän väliaineen kuten ilman lämpötilaa ja kosteutta, koska ne vaikuttavat tuottoarvoihin sinänsä io tunnetulla tavalla.

Kuviossa 1B näytetyn esitystavan mukaisesti tyhjöpumpun tuottopisteen määrää jo edellisestä kuviosta tutussa koordinaatistossa imujärjestelmän vastuskäyrä f yhdessä pyörimisnopeuden D kanssa. Tuottopiste asettuu pyörimisnopeuden kuvaajan D ja 15 vastuskäyrän f leikkauspisteeseen. Vastuskäyrän f muoto riippuu siitä, kuinka paljon imujärjestelmä läpäisee ilmaa eri tyhjötasoilla. Vastuskäyrän muotoon eli virtausvastukseen vaikuttavat paperikoneella mm. paperiradan ja kudoksen virtausvastukset, put-kistohäviöt, putkistossa mahdollisesti olevan säätöventtiilin asento jne. Esimerkiksi uuden (puhtaan ja kuohkean) huovan vastuskäyrä ^ on loivasti kohoava käyrä. Sille on 20 ominaista, että pieni tyhjötason kasvu lisää tilavuusvirtaa reilusti. Vanhan (tukkeutuneen ja kokoonpuristuneen) huovan vastuskäyrä f2 on jyrkempi, jolloin pieni tyhjötason kasvu lisää tilavuusvirtaa vain vähän.

Kuviossa 1B kuvaajat f, ja f2 esittävät siis mainittuja imujärjestelmän vastuskäyriä. Ku- t · 25 vaaja f, esittää vastuskäyrää uudelle läpäisevälle materiaalille ja f2 on vanhan tukkeu-* · • « · · tuneen materiaalin, kuten huovan, vastuskäyrä. D1, D2, D3 ovat eri kierrosnopeus- • · • · käyriä. Kuviossa on havainnollisesti esitetty tuottopisteen muuttumista materiaalin ikääntyessä kuvaajalla E1. Jotta sama virtausmäärä saavutettaisiin, joudutaan nosta- » · maan pumpun pyörimisnopeutta.

• · · 30 . · · ·. Huovan ikääntyessä keskipakotyhjöpumpun tilavuusvirta alenee, jos sen pyörimis- . · · ·. nopeus pidetään vakiona, koska virtausvastus huovan läpi kasvaa. Jos tilavuusvirta • · * • . halutaan pitää vakiona tai nostaa suuremmaksi, pitää pumpun 10 pyörimisnopeutta j nostaa. Tätä esittää esimerkinomaisesti käyrä E1, jonka mukaisesti pumpun kierros- 35 nopeuden kasvattaminen lisää sekä alipainetasoa että tilavuusvirtaa. Tässä esimer- ♦ · ... P1462; Iloro et ai.

12 106974 kissä on lähdetty siitä, että huovan tukkeutuessa tarvitaan sekä suurempi alipainetaso että suurempi tilavuusvirta huovan kosteussuhteen tai rainan sakeuden säilyttämiseksi. Käytännössä tilanne voi olla myös sellainen, että pelkkä alipaineen kasvattaminen riittää pyrittäessä olennaisesti vakiosuuruiseen vedenpoistoon, jolloin pumpun kierros-5 nopeuden nostaminen pitää tilavuusvirran vakiona. Pumpun 10 tuottopistettä voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä säätää huovan eliniän aikana. Kyseinen säätö voidaan toteuttaa keksinnön mukaisesti mittausten (esimerkiksi huovasta poistuva vesimäärä, radan kosteus) perusteella. Kuviossa 1B esitetty kudoksen vastuskäyrä mitataan muuttamalla pumpun pyörimisnopeutta ja mittaamalla sen tuotto eli tilavuusvirta eri 10 pyörimisnopeuksilla. Käytännössä, keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, mittaus tehdään uudelle kudokselle sen ominaisuuksien eli vastuskäyrän määrittämiseksi. Tekemällä vastaavat mittaukset eri materiaalia oleville ja/tai eri valmistajien kudoksille voidaan eri kudoksia vertailla keskenään. Kun mitataan vanhalle ja tukkeutuneelle huovalle vastaava vastuskäyrä, voidaan kyseistä tietoa käyttää ilmoittamaan pa-15 penkoneen käyttöhenkilöstölle huovan vaihtotarpeesta. Lisäksi järjestelmään on mahdollista lisätä huovan käytönaikainen kunnonvalvonta, jolloin ao. valvonta ilmoittaa, mikäli huovan kunnossa tapahtuu jotain odottamattomia muutoksia kesken normaalin käyttöiän.

20 Mikäli käytössä ei kaikissa imukohteissa (tai kaikilla koneilla) ole em. jatkuvaan mittaukseen perustuvaa säätömenetelmää, voidaan edullinen ajotapa määrittää esim. yhdellä koneella tarkoilla mittauksilla tai muuhun kokemukseen perustuen. Oleellista on, että tyhjöpumpun tuottopistettä täytyy muuttaa (eli nostaa alipainetasoa) huovan käyt- '.'. töiän aikana kokonaisvedenpoiston optimoimiseksi, useimmiten maksimoimiseksi, ja * · 25 huovan eliniän pidentämiseksi.

Il·· • · · • · · • ♦ ♦ ·

Tuottopisteen muuttaminen, edullisesti huovankunnostuksessa, huovan ikääntyessä voidaan säädettävänopeuksisella keskipakotyhjöpumpulla toteuttaa esimerkiksi seu- • · raavasti: • · · 30 1) Vakiotilavuusvirta . · · ·. Ennalta mitatun tuottokäyrän perusteella tiedetään, mikä pyörimisnopeus- . ·. vääntömomentti -pari vastaa haluttua tilavuusvirtaa. Mittaamalla jatkuvasti pumpun * . pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia ja muuttamalla pyörimisnopeutta tarvittaessa voidaan ylläpitää haluttu tilavuusvirta.

• · « « *... P1462; Horo et ai.

• · 13 106974 2) Pyörimisnopeuden nosto ajan funktiona tulee kyseeseen etenkin tilanteissa, joissa ei ole käytettävissä tarkempaa mittauskalustoa, esimerkiksi huovan kosteutta mittaavaa anturia, vaan on uskottava siihen, että huovan tukkeutuminen tapahtuu lineaarisesti eli tasaisesti kasvatettava pyörimisnopeus kompensoi huovan tukkeutumisen riittävällä 5 tarkkuudella. Toki huovan tukkeutuminen voi olla myös ei-lineaarista suhteessa aikaan, jolloin siis myöskään pyörimisnopeuden muutoksen ei kuulu olla koko huovan elinikää vakio tiettynä ajanjaksona, vaan mahdolliset erilaiset muutokset voidaan ennalta ohjelmoida ohjaus-/keskusyksikköön.

3) Alipainetason nosto ajan funktiona tulee kyseeseen etenkin tilanteissa, joissa ei ole io käytettävissä tarkempaa mittauskalustoa, esimerkiksi huovan kosteutta mittaavaa anturia, vaan on uskottava siihen, että huovan tukkeutuminen tapahtuu lineaarisesti eli tasaisesti kasvatettava alipainetaso kompensoi huovan tukkeutumisen riittävällä tarkkuudella. Toki alipainetasoon tehtävien muutoksien ei tarvitse olla koko huovan elinikää vakioita tiettynä ajanjaksona, vaan mahdolliset erilaiset muutokset voidaan ennalta oh- 15 jelmoida ohjaus-/keskusyksikköön.

4) Vapaavalintainen tuottopisteen siirtymäkäyrä

Kun tunnetaan kutakin tuottopistettä vastaava pyörimisnopeus-vääntömomentti -pari, voidaan pumppu ohjelmoida seuraamaan haluttua tuottopisteen siirtymäkäyrää. Siirtyminen käyrällä tuottopisteestä toiseen tapahtuu sitä mukaa, kun kudoksen vastus-20 käyrä muuttuu. Vaihtoehto 1) on tämän erikoistapaus, jossa siirtymäkäyrä on pystysuora viiva tilavuusvirta-alipaine koordinaatistossa. Tuottopisteen siirtymäkäyrä voi olla lineaarinen, jana, paraabeli tai murtoviiva. Toisin sanoen siirtymäkäyrä voi olla toisen tai korkeamman asteen funktion kuvaaja kyseisessä tilavuusvirta-alipaine- koor-v, dinaatistossa.

‘ 25 ··.·. Toisin sanoen, optimaalinen toimintapisteen siirtymäkäyrä E määritetään jossakin imu- • « kohteessa esim. paperikoneessa mittaamalla poistuvaa vesimäärää ja/tai massaradan « · tai kudoksen kosteutta ja säätämällä samalla pumpun 10 pyörimisnopeutta optimaali- • · · sen poistuvan vesimäärän tai kudoksen kosteuden saavuttamiseksi ja tallentamalla • · · 30 imupuolen vastusfunktion f muuttuessa optimaaliset toimintapisteet ohjaus- .·«·, /keskusyksikön 100 muistiin. Edellä kuvatulla tavalla mittaamalla määritetty optimaali- « · .···. nen toimintapisteen siirtymäkäyrä skaalataan eri imukohteisiin esimerkiksi paperiko- • # neella imulaatikon vapaan virtauspinta-alan ja kudoksen nopeuden mukaan sopivassa ] suhteessa • · 35 *. ,4 IM 462; Horo et ai.

• t 106974

Kuviossa 1C on esitetty pumpun 10 rakenne ja instrumentointi. Pyörimisnopeudeltaan säädettävä imupumppu 10 on rakenteeltaan esimerkiksi oheisen kuvion mukainen kes-kipakotyhjöpumppu, jonka pääosat ovat moottori 11, moottorin akselille 12 asen-nettu juoksupyörä 13, spiraalipesä 14 sekä laakerointi 15. Pumpun 10 moottorin 11 pyörimis-5 nopeutta säädetään taajuusmuuttajalla 16, josta voidaan mitata mm. pumpun 10 pyörimisnopeutta sekä vääntömomenttia (tai tehoa).

Pumpun 10 mittaukset voidaan järjestää esimerkiksi mainitun kuvion 1C mukaisesti. Kuvioon merkityt mittaukset ovat 10 Pl Imupuolen alipaineen mittaus

Tl Imuilman lämpötilan mittaus

Ml Imuilman kosteuden mittaus EI(S) Pumpun pyörimisnopeuden mittaus EI(X) Pumpun vääntömomentin mittaus 15

Kuviossa 2A on esitetty keksinnön mukainen imupumppujärjestelmä liitettynä esimerkinomaisesti paperikoneen imulaatikon yhteyteen. Kyseinen imupumppu-järjestelmä käsittää pyörimisnopeudeltaan säädettävän imupumpun 10, edullisesti suurnopeus-pumpun ja edullisimmin suurnopeuskeskipakotyhjöpumpun, joka on liitetty imukana-20 vaan 17, joka imukanava on edelleen liitetty vedenerottimeen 18. Pumpun 10 avulla imetään vedenerottimeen 18 sen sisäpuoliseen tilaan 19 alipaine ja edelleen vedenerottimeen 18 johdetaan veden ja kaasun seosta imukanavan 20 kautta imulaa-tikolta 21, joka on paperikoneen/kartonkikoneen kudosta H1 vasten. Vedenerottimessa : ·' veden ja kaasun seos jaetaan olennaisesti vedettömään kaasujakeeseen ja veteen, • · · .··: 25 joista kaasujae imetään kanavan 17 kautta imupumppuun 10 ja sen kautta pois järjes- • · · • · · ί ·1 telmästä.

• · • · • · · *·1♦1 Kudoksesta, kuten paperi- tai kartonkikoneen huovasta H1, imetään veden ja kaasun • ·♦ • · · *·1 1 seosta imulaatikon 21 sisäpuoliseen tilaan imulaatikon 21 listojen 21a1, 21a2... välisten 30 rakojen kautta. Vesi siirretään edelleen alipaineen avulla vedenerottimeen 18 sen sisäi- • · *···1 seen tilaan 19, josta vesi poistetaan poistokanavan 18a kautta. Imulaatikon 21 avulla ♦ · · ···1 poistetaan myös huovan päälle sijoittuvasta massaradasta M vettä. Tällöin massarata « M on paperikoneen tai kartonkikoneen kudosta, kuten viiraa H1 vasten ja vedenpoisto ·:·1: tapahtuu massaradasta viiran H1 läpi imulaatikon 21 sisäpuoliseen tilaan ja edelleen • · • · · • · 106974 edellä mainittuun vedenerottimeen 18. Vedenpoistoa voidaan haluttaessa säätää esimerkiksi ei-esitetyin säätöventtiilein.

Kuvion 2A mukainen järjestelmä käsittää kuvion 1C esityksessä esitetyt mittausanturit, 5 joista tarvitaan ainakin pyörimisnopeuden ja pumpun momentin (tai vaihtoehtoisesti tehon) mittatieto. Kyseisten anturien antama tieto syötetään pumpun keskus- /ohjausyksikön 100 muistiin, johon on myös tallennettu kuviossa 2A esitetty huovan H1 vas-tuskäyrä f, eli vastusfunktio huovan ollessa uusi ja käyttämätön. Edullisesti ohjaus-/keskusyksikön muistiin on tallennettu myös tukkeutuneen huovan vastuskäyrä f2.

10 Vastuskäyrä f, on tallennettu siten keskusyksikön 100 muistiin, että pumppua on ajettu eri kierrosnopeuksilla ja kuhunkin kierrosnopeuteen liittyvä saavutettu alipaine pumpun imupuolella pumpun ja huovan välissä ja alipaineeseen liittyvä imetty kaasumäärä m3/min on tallennettu keskusyksikön 100 muistiin. Ohjaus-/keskusyksikön 100 antaman ja edellä mainittuihin mittatietojen ja yksikön muistissa olevien tietojen avulla muutetaan 15 edelleen pumpun pyörimisnopeutta ohjaus-/keskusyksikön 100 määräämällä tavalla.

Ajettaessa paperikonetta/kartonkikonetta keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti mitataan jatkuvasti pumpun 10 pyörimis- eli kierrosnopeutta sekä sillä saavutettua alipainetasoa ja virtausmäärää. Keksinnön mukaisesti voidaan pyöri-20 misnopeutta lisätä virtausmäärän pienentyessä tai päinvastoin, jolloin pumppu saa ohjauksensa keskusyksiköltä 100 mittaustiedon perusteella ja esimerkiksi huovan alkaessa tukkeutua keskusyksikkö nostaa pumpun pyörimisnopeutta ja siten siirtää pumpun tuottopistettä hallitusti niin, että itse paperin valmistusprosessiin ei aiheudu huovan al-kavasta tukkeutumisesta haittoja. Paperin laatu pysyy hyvänä, koska veden poistomää-25 rä huovasta pidetään hallittuna edullisesti olennaisesti vakiona koko paperinvalmistus- • · · · prosessin ajan.

• · • · 9

Mitattaessa paperikoneen/kartonkikoneen uuden kudoksen kuten huovan H1 tai viiran • · vastusfunktio f„ voidaan kyseisen funktion vastuskäyrä mitata myös pumpun toiminta-30 ajan eli esim. paperikoneen/kartonkikoneen käytön aikana, jolloin vastusfunktio käsit-_.*··. tää paitsi huovan aikaansaaman vastuksen myös muut vastukset, kuten massaradan, .·*·. venttiilien tai toisen huovan aiheuttaman vastuksen. Olennaista on, että suoritettaessa tällöin vertailu, tulee vertailu suorittaa myös sellaiseen tukkeutuneeseen huopaan H1, • « joka käsittää yhteydessään vastaavat vastuskomponentit, kuten massaradan, venttiilit • · . 35 tietyissä säätöasennoissa, putkistot jne. Keksinnölle on olennaista, että järjestelmässä « · • ·» 1 P1462; Horo et ai.

106974 seurataan paperikoneen kudoksen tilaa sen käytön aikana ja suoritetaan mainittuun seurantaan perustuen pumpun 10 pyörimisnopeuden säätöä ja/tai suoritetaan huovan vaihto mainittuun seurantaan perustuen.

5 Kuviossa 2B on esitetty keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto. Kuvion 2B suoritusmuodossa mitataan ja tallennetaan vastusfunktiot f, ja f2 paperi-/kartonkikoneen ajoti-lanteessa, jossa massarata M on paperikoneen kudosta H1 vasten.

Kuviossa 2C on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen imu-10 pumppujärjestelmä suodatinmateriaalin H2 yhteydessä. Kuviossa on esitetty kaa-viomaisesti imurumpusuodinta 30, jonka revitetyn tai viiramaisen pinnan H100 alle järjestettyihin suodoslokeroihin 32 kohdistetaan imu imupumpulla 10. Menettely pumpun 10 ohjauksessa on vastaava kuin kuvioissa 2A ja 2B esitetyissä suoritusmuodoissa eli paperikoneen kudoksen läpi tapahtuvaan nesteen poistoon tarkoitetuissa suoritusmuo-15 doissa.

Kuviossa 2C esitetyllä tavalla imupumppu 10 imee nestettä materiaalin H2 läpi, joka on edullisesti suodatusmateriaalia ja suodatettava aine sijaitsee suodatusmateriaalin toisella puolella tilassa F. Myös tässä suoritusmuodossa voidaan suodatinmateriaalin H2 20 vastuskäyrä mitata suodattimen käytön aikana ensin, kun suodatin on uusi. Vastus-käyrään eli materiaalin H2 liittyvä alipaine pumpun imupuolella ja siihen liittyvä virtaus-määrä sekä pumpun pyörimisnopeusriippuvuudet on ajettu keskusyksikön 100 muistiin ja vastaavasti tukkeutuneen suodattimen vastaavat tiedot. Myös tässä suoritusmuo- /. *. dossa pumppua, sen nopeutta, voidaan säätää mittausten avulla saatujen toimintapis- • « 25 tetietojen perusteella ja kun saavutetaan tietty ei-sallittu toimintapiste, antaa keskusyk- • · · · sikkö tästä hälytyksen, jolloin pumppu pysäytetään ja suodatin on puhdistettava, kun- • · nostettava tai vaihdettava. Pumpun sallittua toiminta-aluetta on uuden materiaalin H2 vastuskäyrän f, sekä tukkeutuneen materiaalin H2 vastuskäyrän f2 välinen alue. Pum- » · pulla imettävä materiaali voi olla ilmaa, kaasua, nestettä tai näiden seosta, suodatuk- 30 sessa se on aina kaasu-nesteseos. Näin ollen keksinnön yleisimmässä suoritusmuo- .···. dossa ei pumpun imemää materiaalia ole rajoitettu esimerkiksi pelkästään ilmaan.

• » · • * · • · • · · * . Kuten jo edellä esitetystä käy ilmi keksinnön mukaista imupumppujärjestelmää voidaan • » , käyttää muuallakin kuin paperiteollisuudessa. Mm. erilaisilla tyhjösuotimilla nostetaan • « . 35 kuitumassan tai lietteen sakeutta monissa eri teollisuusprosesseissa. Suotimet voivat • * • · • « · ... 1U 462; Horo et ai.

« t * * 106974 olla tyypiltään esimerkiksi rumpu- tai kiekkosuotimia. Tyhjöpumpun kannalta tällainen prosessi on verrattavissa paperikoneen kudos+massarata -tapaukseen. Suotimella on tavoitteena poistaa massasta nestettä niin paljon, että päästään haluttuun kuiva-ainepitoisuuteen. Optimaalinen ajotapa on tällöin mitata kuiva-ainepitoisuutta suotimen 5 jälkeen ja säätää alipainetta sen mukaan.

Kuviossa 2D on havainnollistettu keksinnön mukaisen imupumppujärjestelmän käyttöä. Lohkokaavioesityksessä vaiheessa a) mitataan ja tallennetaan pumpun 10 ohjaus- tai keskusyksikön 100 muistiin pumpun 10 imupuolen ominaisvastusfunktio f, eli ns. vasto tuskäyrä pumpun eri pyörimisnopeuksilla imun tapahtuessa uuden vasta käyttöönotetun materiaalin H1, H2 läpi. Näin ollen tietyllä kierrosnopeudella tallen-netaan saavutettu alipainetaso pumpun imupuolella ja alipainetasoa vastaava saavu-tettu virtaus-määrä esimerkiksi m3/min. Vaiheessa b) tallennetaan pumpun 10 keskus-yksikön 100 muistiin tukkeutuneen materiaalin H1, H2 ominaisvastusfunktio eli vastuskäyrästö f2.

15 Vaiheessa c) määritetään keskusyksikön 100 mikroprosessorilla ylipäätänsä ne toiminta-alueet; tyhjötaso ja sitä vastaava virtausmäärä, joissa sallitaan laitteiston toiminta. Vaiheessa d) määritetään hälytysrajat eli ne arvoparit eli ne toimin-ta-alueet, joissa järjestelmä ja pumppu ei saisi toimia, jolloin mainitun hälytyksen perusteella voidaan vaihtaa kudos. Mikäli vastuskäyrä nousee f2:n yläpuolelle, ei pyörimisnopeuden muu-20 toksella päästä sieltä enää pois, vaan ainoana mahdollisuu-tena on vaihtaa tai kunnostaa paperi- tai kartonkikoneen kudos tai suodattimen viirapinta tai rei’itetty pinta.

Imupumppujärjestelmän toiminnan aikana mitataan pumpun vääntömomenttia ja pum- _ v. pun nopeutta, jolloin pumpun ominaiskäyrästön ollessa tallennettuna pumpun 10 ohja- • * 25 us-/keskusyksikön muistiin, voidaan kyseisten mitattujen tietojen perusteella laskea » ·« · pumpun 100 mikroprosessorilla, tai ulkopuolisella prosessorilla suoraan kutakin vään- • · tömomenttia ja pumpun kierrosnopeutta vastaava alipainetaso pumpun imupuo-lella ja . kyseiseen alipainetasoon liittyvä virtausmäärä. Pumpun vääntömomentti-käyrien ja • · pyörimisnopeuskäyrien leikkauspisteistä voidaan laskea pumpun 10 toimintapisteissä * 30 toteutunut alipainetaso ja sitä vastaava virtausmäärä.

* * * 9 · I « 9 9 9 . ” \ Näin voidaan verrata pumpun kulloistakin toimintapistettä sallittuihin toimintapisteisiin ja aa» • . suorittaa hälytykset ja/tai pumpun ohjaus mainittuun toimintapistetietoon sekä tämän • · , jälkeiseen vertailuun perustuen.

> m t • · . 35 • » • ·

• M

P1462; Horoetal.

e » • · * 9

Claims (27)

18 106974 Kuviossa 2A, 2B ja 2C ajettaessa vastusfunktioita pumpun ohjaus-/keskusyksikön 100 muistiin on mahdollisuus tallentaa alipaine-virtausmääräparit koneen muistiin mittaamalla kutakin pumpun pyörimisnopeutta vastaava alipaine ja siihen liittyvä virtausmää-rä. On mahdollista myös suorittaa mainittu muistiintallentaminen siten, että mitataan 5 kyseiset tiedot ainoastaan tietyissä pisteissä ja muodostetaan kyseisiä pisteitä approksimoiva funktio esimerkiksi jollakin numeerisella menetelmällä. Tällöin mittapisteitä voi olla tietty rajallinen määrä ja kuitenkin voidaan muodostaa funktio, jonka jatkuva kuvaaja kulkee kyseisten mittapisteiden ja arvoparien kautta. Muodostettu funktio on polynomifunktio, jonka aste määräytyy käytettyjen mittapisteiden (arvoparien; alipaine; 10 virtausmäärä) perusteella. On myös muistettava, että edellä on esitetty vain muutamia keksinnön edullisia suoritusmuotoja ilman minkäänlaista pyrkimystä siihen, että keksintömme olisi rajattu ainoastaan mainittuihin suoritusmuotoihin. Siten, vaikka edellä on puhuttu pelkästään ali-15 painetasosta, keksintöön kuuluvat myös tilanteet, joissa tyhjöpumpun imemää kaasua ei palautetakaan suoraan ulkoilmaan, vaan johonkin kohteeseen, joka muodostaa vas-tapaineen, jolloin oikeampi termi olisi puhua pumpun yli vallitsevasta paine-erosta. Toisin sanoen termi ‘alipaine’ hakemuksessa tulee ymmärtää pumpun kehittämäksi alipaineeksi riippumatta siitä, mihin paineeseen (ulkoilmanpaine tai pumpun poistopuolen 20 vastapaine) sitä verrataan. Tällaisessa tapauksessa on luonnollista varustaa sekä pumpun imu- että poistopuoli paineanturilla pumpun yli vallitsevan paine-eron määrittämiseksi. : ·' Kuten edellä esitetystä huomataan on kehitetty aivan uusi tapa pumpun toiminnan oh- • · · • ••J 25 jäämiseksi. Edellä kyseisestä tavasta on esitetty vain muutamia edullisia suoritusmuo- • · · « · · : ·* toja, joilla ei millään muotoa pyritä rajoittamaan keksintöä siitä, mikä on esitetty oheisis- * * sa patenttivaatimuksissa. • · • · * • · » • · • ·· • · ♦ • · ·

30 Patenttivaatimukset ··· • · « · • · » • · » « · ···' 1. Nesteen poistoon rei’itetyn tai viiramaisen pinnan läpi käytettävän imupumpun ohjausjärjestelmä, johon järjestelmään kuuluu imukohteeseen kytketty kierrosno- •"'t peudeltaan säädettävä imupumppu (10) ja ainakin laitteet mainitun imupumpun (10) • · * * • · ♦ « « 1 » • ♦ • · «M 19 106974 toiminnan ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu lisäksi laitteet imu-pumpun (10) toimintapisteen määrittämiseksi sekä ohjaus-/keskusyksikkö (100), johon imupumpun (10) ominaiskäyrästö on tallennettu, ja mainitut imupumpun (10) toimintapisteen määritystiedot on syötetty, 5 jolloin imupumpun (10) imupuolen vastusfunktio (f,), jonka vastusfunktion (f,) kuvaama imuvastus muodostuu ainakin imupuolen imukohteesta (H1, H2), josta tai jonka läpi imetään väliainetta, kuten esimerkiksi kaasua, nestettä tai niiden seosta, määritetään muuttamalla imupumpun (10) pyörimisnopeutta ja tallentamalla ohjaus-/keskusyksikköön imupumpun toimintapisteitä eri pyörimisnopeuksilla 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että keskusyksikön (100) muistiin on tallennettu lisäksi pumpun imupuolen toinen vastus-funktio (f2), jonka kuvaama imuvastus muodostuu ainakin imukohteesta (H1, H2), jonka läpäisevyys on käytössä muuttunut, ts. imukohde on tukkeutunut. 15

3 Patenttivaatimuksen 2 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että pumpun toimintapistettä ohjataan niin, että toimintapiste sijaitsee mainittujen keskusyksikön (100) muistiin tallennettujen vastusfunktioiden (^ ja f2) rajaamalla sallitulla toiminta-alueella, jolloin kukin vastusfunktio (f) esittää tietyllä pumpun pyörimisnopeudella saa- 20 vutettua pumpun imupuolen alipainetta ja sillä saavutettua väliainevirtausta (ainemäärä/aikayksikkö) imukohteesta (H1, H2).

4 Patenttivaatimuksen 2 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että '. *, keskusyksikön (100) muistiin tallennettu funktio (f,) liittyy käyttämättömään uuteen imu- ( < 25 kohteeseen (H1, H2) ja funktio (f2) käytettyyn kunnostusta, korjausta, puhdistusta tai »•M : ·. ·. va ihtoa vaativaa n imu kohteeseen. « · • · • t

5. Patenttivaatimukseni mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että imu- • · kohteena (H1), josta tai jonka läpi pumppu (10) imee väliainetta, on paperi- tai kar-30 tonkikoneen kudos. » · · • · • · · .···. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että imu- ' . kohteena (H2), josta pumppu (10) imee väliainetta, on suodatinmateriaali, kuten . esimerkiksi rumpusuotimen rei’itetty tai viirapintainen rumpu tai kiekkosuotimen suo- I · . 35 datinsektorin rei’itetty tai viiramainen pinta. • · • · ··· IM462; Horo et ai. • · 7 20 106974

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että pumpun (10) imupuoli on liitetty vedenerottimeen (18), joka vedenerotin (18) edelleen liittyy imulaatikkoon (21) tai vastaavaan, jonka rei’itetyn rai viiramaisen pinnan yli paperi- 5 koneen kudos (H1), huopa, viira tai vastaava (H2) on sovitettu kulkemaan ja että menetelmässä mitataan pumpun (10) imupuolen alipainetasoa, pumpun (10) kierrosno-peutta sekä pumpulla (10) imettävän väliaineen lämpötilaa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu 10 pumppu (10) on yhdistetty vedenerottimen (18) välityksellä imulaatikkoon (21) tai vastaavaan, jolloin imulaatikon (21) pintaa vasten on paperi- tai vastaavan koneen kudos, kuten huopa tai viira ja että pinnan läpi imetään kudoksesta vettä imulaatikon (21) sisäpuoliseen tilaan ja siitä edelleen vedenerottimeen (18), josta vesi poistetaan pois-toyhteen kautta. 15

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että imu-kohteena on paperi- tai vastaavan koneen kudos ja sen päällä oleva massarata.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että imu-20 kohteena on paperi- tai vastaavan koneen kudos, sen päällä oleva massarata ja massaradan toisella puolella oleva kudos.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että « < ·' ;' imukohteena on imusuotimen suodatuspinta. ··· ...i 25 • · · • · « • ·[ 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että * / imukohteena on imusuotimen suodatuspinta ja sen päällä oleva massarata. • φ * • · · • · • · · ’·* * 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että pumpun 30 (10) ohjaus-/keskusyksikön (100) muistiin on tallennettu pumpun (10) imupuolen vas- • · tusfunktio (f), joka käsittää suodatusmateriaalin ja sen yhteydessä olevan suodatetta- ♦ « ···* van aineen, josta nestettä imetään tai että suodatinmateriaalin läpi imetään ilmaa tai » · kaasua, jolloin suodatin toimii ilmasuodattimena tai kaasusuodattimena. • » » · « • · • 35 14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu siitä, että • · t » 106974 pumpun (10) ohjaus-/keskusyksikön (100) muistiin on tallennettu pumpun (10) imu-puolen vastusfunktio, ts. ilmamäärä ja siihen liittyvä alipainetaso ja niihin liittyvä pumpun kierros- nopeus, joka vastusfunktio käsittää yhtenä imuvastuksena paperikoneen kudoksen lisäksi siihen liittyvän massaradan, jolloin arvoparien tallennus keskusyksikön 5 (100) muistiin on tehty koneen ajon aikana massaradan ollessa paperikoneen kudok sen yhteydessä.

16. Menetelmä nesteen poistoon rei’itetyn tai viiramaisen pinnan läpi käytettävän kierrosnopeudeltaan säädettävän imupumpun (10) ohjauksessa, joka pumppu on kyt-10 ketty imukohteeseen (H1, H2), josta tai jonka läpi imupumpulla (10) imetään kaasua, nestettä tai niiden seosta, ja johon pumppuun on liitetty laitteet mainitun pumpun toiminnan ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että pumpun (10) toimintapistettä seurataan oh-jaus-/keskusyksiköllä (100) suhteessa mainitun pumpun (10) ominaiskäyrästöön ja pumpun (10) kierrosnopeustietoon tai vääntömomentti- tai tehotietoon, joista ainakin 15 toiseen mainittu imukohde (H1, H2) aikaansaa muutoksen, ja että mainittua pumpun (10) toimintapistettä säädetään muuttamalla pumpun (10) kierrosnopeutta.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumpun (10) ohjaus-/keskusyksikön (100) muistiin tallennetaan pumpun (10) imupuolen vastusfunk- 20 tio (f1), jossa vastus muodostuu imukohteesta eli ainakin käyttämättömästä uudesta materiaalista (H1, H2), jonka läpi imetään ilmaa tai nestettä ja että pumpun (10) keskusyksikön (100) muistiin tallennetaan lisäksi vertailutiedoksi vastusfunktio (f2), jossa yhtenä imuvastuksena on käytetty läpäisevyydeltään muuttunut, tukkeu-tunut (v; materiaali (H1, H2), jonka läpi imetään ilmaa, nestettä tai näiden seosta, jolloin mainitun ( i 25 käytössä tukkeutuneen materiaalin tiedot ovat vertailutietoja, joiden perus-teella ohjaus-/keskusyksikkö (100) ilmoittaa materiaalin kunnostus- tai vaihtotarpeen. • « 4 • · «

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjaus- • · /keskusyksikön (100) avulla pumpun (10) toimintapiste ohjataan seuraamaan jotakin 30 ennalta valittua siirtymäkäyrää (E) tilavuusvirta-alipaine- koordinaatistossa muutta-.***. maila pumpun (10) pyörimisnopeutta imupuolen vastusfunktion (f) muuttuessa.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimin- . tapisteen siirtymäkäyrä (E) on vakiotilavuusvirtakäyrä eli pystysuora tilavuusvirta- 35 alipaine- koordinaatistossa. IM462; Horo et ai. 22 106974

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimintapisteen siirtymäkäyrä (E) on kahden tai useamman määritetyn tilavuusvirta-alipaine-koordinaatistossa sijaitsevan pisteen kautta kulkeva jana tai murtoviiva. 5

20. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimintapisteen siirtymäkäyrä (E) on toisen tai korkeamman asteen funktion kuvaaja tilavuus-virta-alipaine- koordinaatistossa.

21. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optimaalinen toimintapisteen siirtymäkäyrä (E) määritetään jossakin imukohteessa esim. paperikoneessa mittaamalla poistuvaa vesimäärää ja/tai massaradan tai kudoksen kosteutta ja säätämällä samalla pumpun (10) pyörimisnopeutta optimaalisen poistuvan ve-simäärän/kudoksen kosteuden saavuttamiseksi ja tallentamalla imupuolen vastusfunk-15 tion (f) muuttuessa optimaaliset toimintapisteet ohjaus-/keskusyksikön (100) muistiin.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaamalla määritetty optimaalinen toimintapisteen siirtymäkäyrä skaalataan eri imukohteisiin imu-laatikon (21) vapaan virtauspinta-alan ja kudoksen nopeuden mukaan sopivassa suht- 20 eessa.

23. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imukohteena , , (H1, H2), jonka läpi imetään nestettä tai ilmaa, on suodatinmateriaali, jolloin pumpun i i * ;' (10) ohjaus-/keskusyksikön (100) muistiin tallennetaan kyseiseen materiaaliin liittyvä • M 25 vastusfunktio (f) eli tietyllä pumpun (10) kierrosnopeudella saavutettu pumpun (10) • · · * \ imupuolen alipainetaso ja siihen liittyvä virtausmäärä (m3/min). « · • » ·

24. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumpun (10) • « a ’ ’ yhteydestä mitattava alipaine on pumpun (10) yli vallitseva paine-ero. 30 • t

25. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperi- *;1 koneella kytketään samaan ohjaus-/keskusyksikköön useampia imukohteita, mitataan * i paperirainan kosteutta puristinosan jälkeen ennen kuivatusosaa ja maksimoidaan ' · ” · kuiva-ainepitoisuus säätämällä alipainetta mainituissa kaikissa imukohteissa samanai- 35 kaisesti. • 1 » 1 • 1 « 23 106974

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipainetaso kussakin imukohteessa ja alipaineiden suhde eri imukohteiden välillä haetaan oppivan ohjausjärjestelmän ja sumean logiikan avulla. 5

27. Menetelmä pumpun ohjausjärjestelmän käyttöönottamiseksi, joka ohjausjärjestelmä on tarkoitettu kierrosnopeudeltaan säädettävän pumpun (10) ohjaamiseksi, ja johon järjestelmään kuuluu ainakin laitteet pumpun (10) kierros nopeuden määrittämiseksi, laitteet pumpun tehon tai momentin määrittämiseksi sekä ohjaus- 10 /keskusyksikkö (100), jonka muistiin pumpun (10) ominaiskäyrästö on tallennettu, johon mainitut määritetyt tiedot syötetään ja jolla pumpun (10) toimintaa ohjataan, tunnettu siitä, että mainitun pumpun (10) keskusyksikön (100) muistiin tallennetaan pumpun (!0) imupuolen vastusfunktio (f) siten, että pumppu (10) varustetaan laitteilla sen tilavuusvirran mittaamiseksi, pumpun (10) imupuoli varustetaan laitteilla alipaineen mittaamiseksi, 15 ja että pumpun (10) kierrosnopeus ja/tai momentti määritetään pumpun (10) tilavuusvirran ja/tai imupuolen alipaineen funktiona sopivalla tarkkuudella. 20