FI112874B - Menetelmä liikkuvan paperi- tai kartonkiradan kireyden säätämiseksi - Google Patents

Description

112874

Menetelmä liikkuvan paperi- tai kartonkiradan kireyden säätämiseksi - För-farande för regiering av spänningen hos en rörlig pappers- eller kartongbana

Keksinnön kohteena on menetelmä liikkuvan paperi- tai kartonkiradan kireyden sää-5 tämiseksi radan luovuttavan telan ja radan vastaanottavan telan välillä telojen veto-nopeuksien eron avulla.

Menetelmä on sovellettavissa erityisesti paperi- tai kartonkikoneella tapahtuvasssa jatkuvatoimisessa radan valmistusprosessissa. Paperikoneella tarkoitetaan seuraa-vassa selostuksessa paperi- tai kartonkikonetta tai muuta vastaavaa radan valmista-10 vaa laitteistoa. Vastaavasti puhuttaessa paperista tai paperiradasta tarkoitetaan soveltuvilta osin myös kartonkia.

Yleensä paperikoneella liikkuva paperirata on ensimmäisen kerran ilman erillisen kudoksen tukea vapaan vedon alaisena koneen puristinosan keskitelalta irrotuksessa ja siirrettäessä rata joko seuraavalle puristimelle tai kuivatusosalle. Telalta irrotuk-15 sessa syntyvä ratajännitys saadaan aikaan vetoerolla vapaan välin muodostavien telojen välillä siten, että tavanomaisessa tilanteessa radan vastaanottava tela pyörii luovuttavaa telaa nopeammin. Tavanomaisessa tilanteessa puristinosan keskitelalta irrotuksessa vetoero on luokkaa 1,5-4,5 % ajonopeudesta.

Paperiradan irtoaminen telalta ei yleensä tapahdu tangentiaalisesti vaan irrotuskoh-20 dan tangentin ja irtoavan radan väliin muodostu irrotuskulma, joka on fysikaalisten ; ja kemiallisten ilmiöiden kautta sidoksissa irrotustapahtumaan. Yleisesti ottaen irro- ; ’ : tuskulma on seuraus telan pinnan ja enemmän tai vähemmän tarttuvan radan välises- ‘: tä adheesiosta. Ratakireyttä lisättäessä vetoeroa kasvattamalla irrotuskulma tavalli- ;'; . sesti pienenee ja ratakireyttä vähennettäessä se vastaavasti kasvaa.

25 Vetoerojen seurauksena paperirataan jää pysyvää venymää, ja liiallinen venymä voi vaikeuttaa paperikoneen ajettavuutta esimerkiksi puristin- ja kuivatusosalla tapahtu-* vina katkoina. Toisaalta liian pieni telojen välinen vetoero voi vaikeuttaa radan ajet- : *. tavuutta paperikoneella esimerkiksi keskitelalla rynkkäämisen muodossa.

' Tavallisesti radan kulkua seurataan tarkkailemalla silmämääräisesti irrotuskulmaa ja : 30 paperiradan irtoamisen rauhallisuutta, ja vetoeroa säädetään tehtyjen havaintojen pe- . rusteella. Nykyisin on myös käytössä laseretäisyysmittareita radan irrotuskohdan seuraamiseksi etäisyysmittalukeman avulla. Vetoeron säädön perustana on tällöin silmämääräisesti sopivaksi katsottu irrotuskohta ja etäisyysmittauksen tuloksia käy- 2 112874 tetään pitämään valittu irrotuskohta muuttumattomana. On myös käytössä automatisoituja järjestelmiä, joissa videomonitoroinnin avulla irtoamiskohta asetetaan sopivaa vetoeroa vastaavaan kohtaan, joka pidetään sitten vakiona.

Koska pelkästään visuaaliseen havaintoon perustuva irrotuskulman arviointi on sub-5 jektiivista, sen avulla ei pystytä hallitsemaan parhaalla mahdollisella tavalla irrotus-tapahtumaan vaikuttavia lukuisia tekijöitä. Silmämääräisesti valitut sopivat irrotus-kohdat ovat lisäksi paperikoneiden rakenteiden erilaisuuden ja lasermittalaitteen sijoituksesta riippuvan etäisyysmittalukeman vuoksi vain konekohtaisia. Tämä on ollut esteenä lasermittauksen tulokseen perustuvassa irrotustapahtuman vertailussa eri 10 paperikoneiden välillä.

Jos vetoeron säätö toteutetaan vakioimalla irrotuskohta, kuten tähän saakka on menetelty, voi ratakireys silti vaihdella, mikä aiheuttaa vastaavasti vaihtelua paperin tietyissä laatuominaisuuksissa. Jos ratakireys olisi säädetty halutulle tasolle, nämä ongelmat olisivat vältettävissä. Ratakireyslähtöinen vetoeronsäätö ei ole kuitenkaan 15 ollut mahdollista, koska käyttökelpoista on-line-menetelmää kireyteen vaikuttavien eri parametrien huomioimiseksi kireyden säädössä ei ole tunnettu.

Samasta syystä paperin valmistuksen aiempien prosessivaiheiden reaaliaikaisten ja kvantitatiivisten muutosten arvioiminen radan kulun perusteella ei ole ollut mahdollista.

20 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa radan kulun silmämääräisen seu- : rannan tarve ja parantaa paperikoneen ajettavuutta ja saatavan paperin tai kartongin j laatua perustamalla paperi- tai kartonkiradan kireyden säätö siihen sidoksissa olevan irrotuskulman seurantaan. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu sellaisesta yhdistelmästä, että menetelmässä seurataan kulmaa, jossa rata irtoaa luovuttavalta 25 telalta, käyttäen radan sivulle sijoitettua etäisyysmittaria, jonka mittaama etäisyys radasta on ennalta määrätty funktio irrotuskulmasta, säädön perustuessa haluttua ra-: dan kireyttä vastaavaan irrotuskulman asetusarvoon, jolloin säätö tapahtuu saatta- ,, : maila rata liikkeeseen ensimmäisellä telojen välisellä nopeuserolla, mittaamalla tätä , , vastaava radan etäisyys irrotuskulman määräämiseksi ja tarpeen mukaan kasvatta- 30 maila tai supistamalla telojen nopeuseroa, kunnes haluttu irrotuskulman asetusarvo on saavutettu, ja että lisäksi radan kireysprofiilin määrittämiseksi irrotuskulma mitataan etäisyysmittarin avulla useammasta eri kohdasta radan poikkisuunnassa.

Radan irrotuskulma, joka on radan ja sen irtoamiskohtaan telalle piirretyn tangentin välinen kulma, riippuu paitsi radan kireydestä, myös muista muuttuvista paramet- 3 112874 reistä, kuten ajonopeudesta ja paperi- tai kartonkilajikohtaisista tekijöistä, esim. radan neliöpainosta. Keksinnön perusajatuksena on näiden huomioonottaminen perustamalla radan kireyden säätö haluttuun, kvantitatiivisesti määritettävään irrotuskul-maan, joka haetaan ja jota ylläpidetään etäisyysmittausten avulla. Tunnetun subjek-5 tiivisesti asetetun irrotuskohdan asemesta oikea irrotuskulma on keksinnön mukaan etsittävissä ja ylläpidettävissä automaattisesti niin, ettei visuaalista havainnointia silmin tai valvontamonitorin kautta lainkaan tarvita. Vastaavalla tavalla keksinnössä voidaan reagoida ajo-olosuhteissa ajon aikana tapahtuviin muutoksiin, joissa radan kireys joko pidetään entisellään tai sen annetaan hallitusti muuttua.

10 Etäisyysmittarina käytetään edullisesti laser-etäisyysmittaria, jonka antamasta lukemasta irrotuskulma on saatavissa kahdella eri tavalla: (a) mittaustapahtuman geometrisesta järjestelystä matemaattisesti laskemalla tai (b) määrittämällä etäisyyslu-keman ja irrotuskulman suhde kokeellisesti esim. käyttämällä radan kulkua simuloivia ohuita jäykkiä levyjä sekä mittaamalla kulmamittarilla irrotuskulma eri irro-15 tuskohdissa telalla ja laser-etäisyysmittarilla niitä vastaavat etäisyyslukemat.

Radan kireysvaihtelut heijastuvat irrotuskulman muutoksina. Yleisesti irrotuskulma kasvaa radan kireyden pienentyessä, ajonopeuden sekä neliömassan noustessa ja päinvastoin. Tästä tapahtumasta on johdettu matemaattisia kaavoja, joita käyttäen ratakireys on laskettavissa muista mainituista parametreistä. Mikään nimenomainen 20 ratakireyttä kuvaava kaava ei kuitenkaan rajoita esillä olevaa keksintöä.

.,,.' Luovuttavan ja vastaanottavan telan välistä pyörimisnopeuden eroa eli ns. vetoeroa : : käytetään radan kireyden hallintaan. Lisäämällä vastaanottavan telan nopeutta suh- 1; * teessä luovuttavan telan nopeuteen vapaassa välissä oleva rata kiristyy ja päinvas- • ’. . toin. Vetoero vastaa paperiin tai kartonkiin syntyvää venymää. Tästä tapahtumasta 25 on johdettu matemaattisia kaavoja, jotka eivät kuitenkaan rajoita esillä olevaa keksintöä.

: Ratakireys on siten laskettavissa jostakin irrotuskulman sisältävästä kaavasta ja ver- : rattavissa tavoitearvoon, mitä tietoa käytetään edelleen vetoerojen säädössä. Täy dennyksenä voidaan käyttää vetoeron ja kireyden riippuvuuden sisältävää kaavaa.

30 Mikäli paperin ominaisuuksissa on merkittäviä profiilipoikkeamia, näkyvät ne usein irrotuskohdan muutoksina radan poikkisuunnassa. Erityisesti paperiradan reuna-alueet ovat alttiita profiilivirheille. Kun keksinnön mukaan edellä kuvatulla tavalla määritetään ratakireys useista poikittaisista pisteistä, saadaan selvitettyä paperiradan 4 112874 kireysprofiili. Tämä voidaan toteuttaa joko usealla etäisyysmittarilla tai yhtä etäi-syysmittaria kääntämällä eri mittauspisteisiin.

Eräänä keksinnön erityisenä etuna on mahdollisuus irrotuskulmaa seuraamalla valvoa paperi- tai kartonkiradan käsittelyvaiheita, jotka tapahtuvat prosessissa seuran-5 takohdan edellä. Tällä tavoin voidaan valvoa ja/tai ohjata esim. paperikoneen mas-saosaston sekä märkäpään toimintaa. Esimerkiksi muutokset jauhatuksessa, suihku/-viirasuhteessa ja/tai täyteainepitoisuudessa näkyvät muutoksina irrotuskulmassa, ja ko. parametreja voidaan mitata tai korjata irrotuskulmasta tehtyjen havaintojen perusteella.

10 Keksinnön sovellutusten suhteen viitataan vielä oheisiin epäitsenäisiin vaatimuksiin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkkien avulla ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaavamaisesti paperiradan kulkua telojen välillä ja irrotuskulman mittausjärjestelyä, 15 kuva 2 on kaaviokuva vetoerojen säädöstä irrotuskulman perusteella, kuva 3 esittää graafisesti irrotuskulmaa etäisyysmittarin lukemasta teoreettisesti laskettuna funktiona eräässä esimerkkitapauksessa, kuva 4 esittää graafisesti irrotuskulman kokeellisesti määritettyä riippuvuutta etäi-. syysmittarin lukemasta eräässä esimerkkitapauksessa.

: 20 Kuvassa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen irrotuskulman mittausjärjestely.

Laitteistoon kuuluuvat paperiradan luovuttava tela 1, jonka pyörimisnopeus on vl, ; vastaanottava tela 2, jonka pyörimisnopeus on v2, tukikudos 3, paperirata 4, jonka eri asentoja 4a ja 4b vastaavat irrotuskulmat aa ja ab sekä vastaavat irrotuskohtien tangentit 5a ja 5b, sekä laseretäisyysmittari 6, josta saatava lasersäde 7 mittaa mat-25 kan paperiradan eri pisteistä 8a ja 8b ja välittää etäisyysmittauksen tuloksen 9 edelleen automaatiojärjestelmään.

. Kuvassa 2 on esitetty eräs keksinnön mukainen vetoerojen säätöjärjestelmä. Järjes telmään kuuluu etäisyysmittauksen tulos 9, automaatiojärjestelmään 10 syötetyt laskentakaavat, sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmä 11 sekä telojen käyttölaitteet 12. Esi-30 merkissä käytetyt laskentakaavat ovat seuraavat:

Irrotuskulman laskenta etäisyysmittauksen tuloksesta 5 112874 α = F(L) jossa α - irrotuskulma L = etäisyysmittauksen tulos 5 F() = funktio

Ratakireyden laskenta irrotuskulman avulla: ^ W 2 T = -+ m v 1 - cos(a) jossa 10 T = ratakireys W = irrotustyö telapinnalta m = paperiradan neliömassa v = ajonopeus 15 Ratakireyden laskenta vetoeron avulla: T = ΓηΕ((ε-ε0)η+ η(ε-ε0)), n * 1 jossa E = paperin kimmomoduuli : n = eksponentti • 20 η = viskoottisuutta kuvaava termi : ε = paperiradan venymä = v2-V[ = Av = telojen nopeusero : ε0 = j ähmettynyt venymä • = derivaatta * 0, kun vapaa väli on pitkä 25 Laskentakaavojen sisältämät termit ovat ammattimiehen määritettävissä paperify-siikassa käytetyin menetelmin. Lisäksi esitetyt kaavat ovat vain esimerkkeinä irro-* ' tuskulman ja vetoeron kytkemisestä ilman, että ne rajoittaisivat keksintöä.

Automaatiojärjestelmässä 10 lasketaan paperiradan kireys T irrotuskulman y ’ α funktiona. Neliömassa m ja ajonopeus v sekä irrotustyö W voivat muuttua paperi- ' - ' 30 lajikohtaisesti, joten ne voidaan määrittää myös lajikohtaisesti. Vetoero on säädettä vissä laskentatuloksen avulla lajikohtaisen kireysasetuksen mukaisesti. Vetoero voi-; : daan säätää myös lajikohtaisen irrotuskulma-asetuksen mukaisesti. Mikäli huomioi daan irrotuskulmamittauksesta saatu paperiradan kireys ohjeena vetoeron sisältäväs- 6 112874 sä kireyslaskennassa, voidaan edellä mainittua laajemmin huomioida paperiradan dynaaminen käyttäytyminen.

Paperikoneen märkäpään toiminnan muutokset näkyvät usein irrotuskulman vaihteluina. Tämä mahdollistaa keksinnön mukaisen irrotuskulman on-line-seurannan 5 hyödyntämisen märän pään toimintojen tarkkailussa sekä säädössä.

Kuvassa 3 on esitetty esimerkki irrotuskulman eräiden teoreettisten funktioiden laskentatuloksista. Kuvaaja El on eksponenttisovitus ja kuvaaja E2 on lineaarisovitus.

Kuvassa 4 on esimerkki irrotuskulman kokeellista määrityksestä. Pisteet Rl ovat mitatut pisteparit laser-etäisyysmittarilla mitatusta etäisyydestä ja kulmamittarilla mal-10 lineen avulla mitatusta irrotuskulmasta. Kuvaaja El on eksponenttisovitus ja kuvaaja E2 on lineaarisovitus mitatuille pisteille Rl.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön sovellutukset eivät rajoitu edellä esimerkkeinä esitettyyn vaan voivat vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

15

Claims (9)

1. 7 112874
2. 1. Menetelmä liikkuvan paperi- tai kartonkiradan (4) kireyden säätämiseksi radan luovuttavan telan (1) ja radan vastaanottavan telan (2) välillä telojen vetonopeuksien eron avulla, tunnettu sellaisesta yhdistelmästä, että menetelmässä seurataan kulmaa 5 (a), jossa rata (4) irtoaa luovuttavalta telalta (1), käyttäen radan sivulle sijoitettua etäisyysmittaria (6), jonka mittaama etäisyys (8) radasta on ennalta määrätty funktio irrotuskulmasta, säädön perustuessa haluttua radan kireyttä vastaavaan irrotuskul-man asetusarvoon, jolloin säätö tapahtuu saattamalla rata liikkeeseen ensimmäisellä telojen (1,2) välisellä nopeuserolla, mittaamalla tätä vastaava radan etäisyys irro-10 tuskulman määräämiseksi ja tarpeen mukaan kasvattamalla tai supistamalla telojen nopeuseroa, kunnes haluttu irrotuskulman asetusarvo on saavutettu, ja että lisäksi radan (4) kireysprofiilin määrittämiseksi irrotuskulma (a) mitataan etäisyysmittarin avulla useammasta eri kohdasta radan poikkisuunnassa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että radan etäisyys 15 (8) mitataan lasersäteellä (7).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että funktio, jonka mukaan irrotuskulma (a) riippuu mitatusta radan etäisyydestä (8) määritetään empiirisesti telojen (1,2) välille eri kulmiin sijoitetusta, rataa simuloivasta mallineesta tehtyjen etäisyysmittausten avulla. :. 20 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : radan (4) kireyttä lisätään kesken ajon kasvattamalla telojen (1, 2) välistä nopeus- | eroa, kunnes etäisyysmittarilla (6) todettava irrotuskulma (a) on saavuttanut uuden, aikaisempaa pienemmän asetusarvon.
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ra-25 dan (4) kireyttä vähennetään kesken ajon supistamalla telojen (1,2) välistä nopeus- eroa, kunnes etäisyysmittarilla (6) todettava irrotuskulma (a) on saavuttanut uuden, . aikaisempaa suuremman asetusarvon. 1 Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ra- : ; dan (4) neliömassan tai ajonopeuden muuttuessa irrotuskulmaa (a) suurennetaan tai 30 pienennetään telojen (1,2) välisen nopeuseron säädöllä radan kireyden pitämiseksi vakiona. 8 112874
6. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että luovuttava tela (1), jolta irrotuskulma (a) määrätään, on paperikoneen puristinosan keskitela.
7. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 radan (4) kireydestä riippuvan irrotuskulman (a) muutoksia seuraamalla valvotaan käsittelyvaiheita, jotka kohdistuvat rataan mainittujen telojen edellä.
8. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että irrotuskulman (a) perusteella ohjataan paperikoneen märkäpään toimintaa. 10