FI115248B - Laitteisto hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi paperin tai sellun valmistus- tai jatkojalostuskoneessa - Google Patents

Description

! 175248

Laitteisto hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi paperin tai sellun valmistus-tai jatkojalostuskoneessa

Anläggning för att dämpa vibrationer i en konstruktion som är stödd 5 eller uppburen medelst en hydraulisk kraftanordning i en maskin för framställning eller vidarebehandling av papper eller cellulosa

Keksinnön kohteena on laitteisto hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun 10 rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi paperin tai sellun valmistus- tai jatkojalostuskoneessa, jossa värähtelevä rakenne on tuettu tai kannatettu alustaan, koneen runkoon tai vastaavaan tukirakenteeseen ainakin hydraulisen voimalaitteen, etenkin hydraulisylinte-rin välityksellä, jonka painetilaan tai painetiloihin paineväliaine johdetaan venttiilin tai vastaavan venttiilistön kautta, jolloin laitteisto on varustettu värähtelevään rakentee-15 seen asennetulla, värähtelyä mittaavalla anturilla, joka on sovitettu tuottamaan värähtelyn mukaista mittaussignaalia, sekä säätö- ja ohjausyksiköllä, joka on sovitettu vastaanottamaan anturin tuottaman mittaussignaalin ja muuntamaan sen ohjaus-/säätösignaal(e)iksi, jonka/joiden mukaisesti laitteisto on jäljestetty vaimentamaan vä- • · ·* f *. | rähtelevästä rakenteesta hydraulisylinteriin välittyvää värähtelyä.

20 • > :‘ : Paperin j a sellun valmistus j a j atkoj alostuskoneissa värähtelyt muodostavat erään varsin ·...· huomattavan ongelman ja nykyisissä jäjjestelmissä pyrittäessä jatkuvasti suurempiin V : nopeuksiin, ovat värähtelyongelmat tulleet entistäkin selvemmin esiin. Mahdollisia ► · » * * t V * värähtelylähteitä näissä koneissa on useita ja eräitä huomattavimpia niistä ovat telat ja 25 sylinterit, jotka käsittävät huomattavalla nopeudella pyörivän erittäin suuren massan.

* * » • ·’ On tietenkin selvää, että teloja ja sylinterejä valmistettaessa niiden mittatarkkuus pyri- ;·* tään saamaan mahdollisimman hyväksi ja lisäksi ne tasapainotetaan värähtelyjen eli- . ·’ minoimiseksi. Esimerkiksi paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa käytetään ,· kuitenkin runsaasti pehmeällä pinnoitteella varustettuja teloja, jotka saattavat käytettä- :· 30 essä muodostaa erittäin huomattavan värähtelylähteen. Tällaisia teloja käytetään esi- : : merkiksi on-line ja off-line kalantereissa, päällystyskoneissa, liimapuristimissa, super- 115248 2 kalantereissa 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 5 sellaista, joka aiheuttaa huomattavan muutoksen nipin läpi kulkevan radan paksuudessa, joutuu pinnoite joustamaan, jolloin pinnoite toimii värähtelyn herättävänä jousena. Esimerkkinä tällaisesta voidaan tuoda esiin liimapuristimet ja liimapuristintyyppiset päällystyslaitteet, joissa nippi muodostetaan kahden telan avulla siten, että toinen nippi-tela on asennettu laakeripesien avulla suoraan kyseisen laitteen runkorakenteeseen, kun 10 taas vastakkainen tela on asennettu laakeripesistään kuormitusvarsiin, jotka on nivelöi-ty koneen runkorakenteeseen. Tällöin alkaa etenkin kuormitusvarsiin asennettu tela värähdellä, jolloin pehmeäpintaisen telan pinnoite muokkautuu, minkä seurauksena värähtely edelleen voimistuu ja tela alkaa resonoida. Tällaisissa sovelluksissa on väräh-I telyt yleensä hoidettu ja eliminoitu siten, että koneen ajonopeutta muuttamalla on haet- 15 tu sellainen ajonopeus, että kyseisellä ajonopeudella värähtely ei enää voimistu, vaan alkaa vaimentua. Värähtelyongelmat ovat täten estäneet tiettyjen nopeuksien käyttämisen.

• ·

Hydraulisesti, esimerkiksi hydraulisylinterien avulla tuetun värähtelevän rakenteen 115248 3 ΐ ί

Paperikoneympäristössä on edelleen tunnettua vaimentaa värähtelyjä hydrauli-sylintereillä tuetun värähtelevän lisämassan avulla. Tästä esimerkkeinä voidaan mainita US-patentti 5 096 541 ja EP-hakemusjulkaisu 819 638. Näissä kummassakin tapauksessa mitataan rakenteen värähtelyä ja mittaussignaalilla ohjataan lisämassaa tukevia 5 hydraulisylintereitä, joilla kyseisen lisämassan värähtelyä halutulla tavalla vaimennetaan. Näiden julkaisujen mukaisissa järjestelmissä toteutuu näin ollen suljetun säädön periaate, joskin järjestelmässä ei vaikuteta suoraan itse värähtelevään rakenteeseen, vaan epäsuorasti liikkuvan lisämassan kautta.

10 Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan uudenlainen ratkaisu hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi paperin tai sellun valmistus- tai jatkojalostuskoneessa. Tämän toteuttamiseksi on keksinnölle pääasiassa tunnusomaista, että hydraulisylinterin yhteyteen on sijoitettu ainakin yksi omaa tilavuuttaan muuttava piezosähköistä materiaalia oleva elin, joka on 15 kytketty suoraan säätö- ja ohjausyksikköön ja sovitettu muuttamaan tilavuuttaan paine-pulssien aikaansaamiseksi sylinterin painetilaan/painetiloihin säätö- ja ohjausyksiköltä saamansa/saamiensa sähköis(t)en ohjaus-/säätösignaali(e)n mukaisen, värähtelyyn nähden vastakkaisen herätteen perusteella.

» · • * · * «· * · : 20 Keksinnön merkittävin etu ja parannus olemassa oleviin järjestelmiin nähden on siinä, •,' · että keksinnössä saadaan aikaan aktiivinen ja takaisinkytketty säätö, joka toimii myös : · erittäin nopeasti. Tämä toiminnan nopeus on puolestaan saatu aikaan sillä, että vaimen- v * nuksella vaikutetaan välittömästi ja suoraan sinne, missä hydraulisen voimalaitteen ’ * käyttövoima syntyy. Keksinnöllä saadaan aikaan hydrauliseen voimalaitteeseen eli hyd- 25 raulisylinteriin haluttu nopea sylinterivoima huomattavasti suuremmalla käyttöalueella ' ja pienemmin häviöin kuin tapahtuu hydraulisylinterin venttiiliä ohjaamalla. Keksinnön > · ’ _ · ‘ muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskoh- , * täisestä selostuksesta.

;· 30 Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin : “': viittaamalla.

115248 4

Kuvio 1 esittää kaaviomaisena periaatekuvana hydraulisesti tuettua värähtelevää rakennetta, joka on varustettu keksinnön mukaisella laitteistolla värähtelyn vaimentamiseksi.

5 Kuvio IA on osittain kuviota 1 vastaava esitys keksinnön mukaisen laitteiston vaihtoehtoisesta sovellusmuodosta.

Kuvio IB esittää kuviota IA vastaavalla tavalla erästä toista vaihtoehtoista sovellus-muotoa keksinnön mukaisesta laitteistosta.

10

Kuvio 2 on kaaviomainen esitys värähtelyn amplitudista ajan funktiona havainnollistaen esimerkinomaisesti keksinnön mukaisella laitteistolla aikaansaatavaa värähtelyn vaimennusta.

15 Kuvio 1 esittää siis täysin kaaviomaisesti keksinnön mukaista laitteistoa hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi sekä laitteiston toimintaperiaatetta. Kuviossa 1 on värähtelevää rakennetta merkitty viitenumerolla 1. Hydraulista voimalaitetta, jolla värähtelevä rakenne 1 on tuettu tai kannatettu ' : ’ ·. i alustan B, esim. koneen rungon tai vastaavan tukirakenteen suhteen, on kuviossa mer- j \. 20 kitty viitenumerolla 10. Hydraulinen voimalaite on kuvion 1 esityksessä hydraulisylin- : “.: teri 10. Värähtelevä rakenne 1 on kytketty hydraulisylinterin 10 männän 11 varteen 12 _: ja paineväliaine on johdettu hydraulisylinterin 10 painetiloihin männän Ilja sylinterin . : ensimmäisen päädyn 13 sekä vastaavasti männän Ilja sylinterin toisen päädyn 14 väli- ν' ·’ siin tiloihin paineliitäntöjen 15,16 kautta.

25 / Värähtelevä rakenne 1 on jokin paperin tai sellun valmistus- tai jatkojalostuskoneessa ' · ‘ oleva rakenne, esimerkiksi tela tai sylinteri tai vastaava, joka koneen käydessä värähte- ;* lee. Tähän värähtelevään rakenteeseen on asennettu anturi 2, esim. kiihtyvyysanturi . ,: mittaamaan rakenteen 1 värähtelyä. Anturi 2 tuottaa värähtelyä kuvaavan mittaussig- 30 naalin 4, joka on johdettu laitteistoon kuuluvaan säätö- ja ohjausyksikköön 3. Teknii- : ” ’: kan tason mukaisissa ratkaisuissa säätö- ja ohjausyksikkö 3 on aikaisemmin muuntanut 5 115243 mittaussignaalin 4 hydraulisylinterin 10 venttiilille 6 meneväksi ohjaussignaaliksi 7, jota kuviossa 1 on merkitty katkoviivoin. Aikaisemmissa, tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa näin ollen värähtelevän rakenteen 1 värähtelyn mukaisesti ohjattiin hydraulisylinterin 10 venttiiliä 6 siten, että mitatun värähtelyn perusteella venttiilin 6 avulla 5 muutettiin hydraulisylinterin 10 painetilojen paineita värähtelyn eliminoimiseksi. Tekniikan tason ratkaisuissa kyse oli näin ollen myös suljetusta säädöstä, mutta tällä säätö-tavalla ei pystytty hallitsemaan nopeita värähtelyjä mm. venttiilin hitauden sekä venttiilin 6 ja sylinterin 10 välisten letkujen aiheuttamien joustojen ja häviöiden vuoksi.

10 Esillä olevassa keksinnössä kyseessä on nopeasti toimiva aktiivinen takaisinkytketty säätö, jolla vaikutetaan juuri sinne, missä sylinterin 10 käyttövoima syntyy. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tämä on toteutettu siten, että sylinterin 10 sisään on sijoitettu elin tai elimet, jolla/joilla muutetaan sylinteripainetta sylinterin painetilan/painetilojen j tilavuutta muuttamalla. Kuvion 1 esimerkissä tämä sylinteripainetta muuttava elin on j 15 sylinterin mäntään 11 liitetty piezosähköistä materiaalia oleva välikerros 17. Kyseinen piezosähköistä materiaalia oleva välikerros 17 muuttaa tilavuuttaan saamansa ohjaus-ja säätösignaalin 5 mukaisesti. Säätö- ja ohjausyksikkö 3 muuntaa näin ollen anturilta 2 tulevan mittaussignaalin 4 piezosähköistä materiaalia olevalle välikerrokselle 17 mene- vaksi ohjaus- ja säätösignaaliksi 5. Tällä ohjauksella aiheutetaan näin ollen värähtele- : 20 vän rakenteen 1 värähtelyyn nähden vastakkainen heräte piezosähköistä materiaalia > · ‘. j olevaan välikerrokseen 17, jolloin näiden yhteisvaikutus vaimentaa värähtelyä ja edul- t' lisimmin poistaa sen kokonaan. Keksinnön mukaisessa järjestelyssä täten värähtelevän rakenteen 1 värähtelyn perusteella ei ohjata sylinterin 10 venttiiliä 6, vaan sylinterin 10 \ hydrauliikan ohjaus toteutetaan täysin itsenäisenä toimenpiteenä. Piezosähköistä mate- 25 riaalia olevaan välikerrokseen 17 johdetuilla ohjaus- ja säätösignaaleilla 5 saadaan täten : .* männän 11 tilavuutta muutettua, mikä aiheuttaa painepulsseja sylinterin 10 painetila- vuuteen.

ί ·

Kuviossa IA on esitetty vaihtoehtoinen ratkaisu kuviossa 1 kuvatulle laitteistolle ja 30 kuvioon 1 nähden kuviossa IA kuvattu ratkaisu eroaa siten, että mäntään 11 ei ole jär-: j estetty tilavuuttaan muuttavaa elintä, vaan tässä sovellusmuodossa tilavuuttaan muut- 6 1 1 5248 tavat elimet 17a, 17b on sovitettu sylinterin 10 painetilojen päihin ja kiinnitetty sylinterin päätyihin 13, 14. Nämä tilavuuttaan muuttavat elimet 17a, 17b ovat myös edullisimmin piezosähköistä materiaalia olevia välikerroksia, joiden tilavuutta muuttamalla saadaan sylinterin 10 painetilojen sylinteripaineita muutettua. Säätö-ja ohjausyksiköltä 5 3 kyseisille piezosähköistä materiaalia oleville välikerroksille 17a, 17b meneviä ohjaus- ja säätösignaaleita on kuviossa IA merkitty viitemerkinnöin 5a, 5b.

Kuviossa IB esitetty keksinnön sovellusmuoto poikkeaa aikaisemmin esitetyistä siinä, että tässä esimerkissä tilavuuttaan muuttava elin on sijoitettu sylinterin 10 ulkopuolelle, 10 kuitenkin siten, että tilavuuttaan muuttava elin sijaitsee sylinterin 10 yhteydessä. Tätä on kuviossa IB havainnollistettu kahdella vaihtoehtoisella tavalla, joista ensimmäisen tavan mukaan tilavuuttaan muuttava elin 17c on sijoitettu männän varteen 12. Tällöin säätö- ja ohjausyksiköltä 3 tilavuuttaan muuttavalle elimelle menevää säätö- ja ohjaussignaalia on kuviossa merkitty viitemerkinnällä 5c. Toisen tavan mukaan voidaan tila-15 vuuttaan muuttava elin 17d sijoittaa sylinterin 10 kiinnityselimiin sylinterin ulkopuolelle, jolloin sinne säätö- ja ohjausyksiköltä 3 menevää säätö- ja ohjaussignaalia on kuviossa IB merkitty viitemerkinnällä 5d. Muilta osin kuvion IB esitys vastaa aiemmin selostettuja keksinnön suoritusmuotoja. Kuvion IB mukaisella ratkaisulla saadaan ai-: ·.: kaan olennaisesti sama vaikutus kuin kuvioiden 1 ja 1A esimerkeillä, joissa tilavuuttaan

j ·.. 20 muuttavat elimet 17, 17a, 17b oli sijoitettu sylinterin 10 sisäpuolelle. Myös kuvion IB

* · • 'l tapauksessa tilavuuttaan muuttavat elimet 17c, 17d ovat edullisimmin piezosähköistä :,,, · materiaalia.

* v · v · Keksinnön mukaisella laitteistolla saadaan aikaan haluttu ja nopea sylinterivoima huo- 25 mattavasti suuremmalla käyttöalueella ja pienemmin häviöin kuin tekniikan tason mu- ► t » <’ ·' kaisesti venttiiliä ohjaamalla. Tätä on pyritty selventämään ja havainnollistamaan kuvi- > » • ‘ on 2 kaavamaisella esityksellä, joka kuvaa värähtelyn amplitudia ajan funktiona. Ku- : ’ vio 2 ei esitä mittaustuloksia kuvion 1 mukaisella laitteistolla, vaan kuvio 2 on tarkoi- : tettu pelkästään havainnollistamaan ja selventämään keksinnön periaatetta. Vaimenta- ; · 30 matonta värähtelyä on kuviossa 2 merkitty viitemerkinnällä a. Koijaussignaalia on vas- :"'; taavasti merkitty viitemerkinnällä b ja vaimentamattoman värähtelyn aja koijaussig- 115248 7 naalin b yhteisvaikutusta eli vaimennettua värähtelyä on merkitty viitemerkinällä c. Kuten kuviossa 2 on pyritty havainnollistamaan, ei keksinnölläkään saada värähtelyä eliminoitua kokonaan, koska ajallisesti korjaussignaalin b ja värähtelyn a välillä on pieni viive. Parannus on kuitenkin merkittävä verrattuna siihen tekniikan tasoon, jossa 5 vaimennus pyrittiin aikaansaamaan venttiiliä 6 ohjaamalla. Mitä pienemmäksi viive saadaan koijaussignaalin ja värähtelyn välillä, sitä paremmin värähtely saadaan vaimennettua.

Edellä on keksintöä selostettu esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viit-10 taamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuvioissa esitettyjä esimerkkejä, vaan keksinnön eri sovellusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (5)

1 1 5248

1. Laitteisto hydraulisen voimalaitteen avulla tuetun tai kannatetun rakenteen värähtelyn vaimentamiseksi paperin tai sellun valmistus- tai jatkojalostuskoneessa, 5 jossa värähtelevä rakenne (1) on tuettu tai kannatettu alustaan, koneen runkoon tai vastaavaan tukirakenteeseen (B) ainakin hydraulisen voimalaitteen, etenkin hydraulisylinterin (10) välityksellä, jonka painetilaan tai painetiloihin paineväliaine johdetaan venttiilin (6) tai vastaavan venttiilistön kautta, jolloin laitteisto on varustettu värähtelevään rakenteeseen (1) asennetulla, värähtelyä mittaavalla anturilla (2), joka on 10 sovitettu tuottamaan värähtelyn mukaista mittaussignaalia (4), sekä säätö- ja ohjausyksiköllä (3), joka on sovitettu vastaanottamaan anturin (2) tuottaman mittaussignaalin (4) ja muuntamaan sen ohjaus-/säätösignaal(e)iksi (5, 5a, 5b), jonka/joiden mukaisesti laitteisto on järjestetty vaimentamaan värähtelevästä rakenteesta (1) hydraulisylinteriin (10) välittyvää värähtelyä, tunnettu siitä, että 15 hydraulisylinterin (10) yhteyteen on sijoitettu ainakin yksi omaa tilavuuttaan muuttava piezosähköistä materiaalia oleva elin (17, 17a, 17b, 17c, 17d), joka on kytketty suoraan säätö- ja ohjausyksikköön (3) ja sovitettu muuttamaan tilavuuttaan painepulssien aikaansaamiseksi sylinterin painetilaan/painetiloihin säätö- ja ohjausyksiköltä (3) saamansa/saamiensa sähköis(t)en ohjaus-/säätösignaali(e)n (5, 5a, 5b) mukaisen, 20 värähtelyyn nähden vastakkaisen herätteen perusteella. • » * · I I · » · · : 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu > I · < · ’·>·' sylinteripainetta ja omaa tilavuuttaan muuttava elin (17) on asennettu välikerroksena < * · ’; ’ _ * (17) hydraulisylinterin mäntään (11). 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut 7. sylinteripaineita ja omaa tilavuuttaan muuttavat elimet (17a, 17b) on asennettu hydraulisylinterin (10) sisään j a kiinnitetty välikerroksina (17a, 17b) hydraulisylinterin * t • päätyihin (13, 14). ·;·’* 30 < I » · · 115248

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu sylinteripaineita ja omaa tilavuuttaan muuttava elin (17c) on asennettu hydraulisylinterin (10) männän varteen (12).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu sylinteripaineita ja omaa tilavuuttaan muuttava elin (17d) on asennettu sylinterin kiinnityselimiin sylinterin (10) ulkopuolelle. » < · •» · • 1 # · • 1 · $ * « · * · • · · • · · 115248 ίο