FI80146C

FI80146C - Foerfarande och anordning foer maetning av avstaondet mellan malskivorna vid en raffinoer.

Info

Publication number: FI80146C
Application number: FI864443A
Authority: FI
Inventors: Juhani Kaernae; Heikki Pahlman
Original assignee: Yhtyneet Paperitehtaat Oy
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1990-04-10
Also published as: FI864443A; AU597744B2; DE3773194D1; AU8074687A; NO172526B; US4878020A; EP0290487A1; FI80146B; FI864443A0; NO882906L; ATE67430T1; NO172526C; NO882906D0; JPH01501093A; WO1988003054A1; EP0290487B1; CA1274878A

Description

80146 MENETELMÄ JA LAITE JAUHIMEN TERÄVÄLIN MITTAAMISEKSI - FÖRFA-RANDE OCH ANORDNING FOR MÄTNING AV AVSTÄNDET MELLAN MALSKIVOR-NA VID EN RAFFINÖR.

5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite jauhimen terien välisen etäisyyden mittaamiseksi, jossa menetelmässä toiseen terään sijoitetun käämin avulla synnytetään magneettikenttä, jonka ainakin osittain annetaan kulkea toisen terän kautta.

10 Esim. kiekkojauhimen terävälien mittaamisella on lähinnä kaksi tarkoitusta. Ensinnäkin pyritään ennalta ehkäisemään esim. jauhimen joustosta, sen kulumisesta ym. tekijöistä aiheutuva tahaton kiekkojen lähestyminen ja lopulta yhteen iskeytyminen, koska arvokkaat kiekot kuluvat tällä tavalla nopeasti ja voi-15 vat helposti myös rikkoontua käyttökelvottomiksi. Toisaalta terävälin mittaus antaa arvokasta tietoa itse prosessista ja voidaan esim. nähdä, mikä teräväli antaa halutun lopputuloksen ja säätää terävänä lopputuotteen laadun mukaan jo prosessin alkuvaiheessa. Tällöin vältytään aikaavievieviltä kokeiluilta.

20

Kummassakin tapauksessa asetetaan suuria vaatimuksia terävälin mittauslaitteistoon, koska niiden on toimittava suuressa paineessa ja mitattava luotettavasti millimetrin murto-osien suuruisia etäisyyksiä värähtelevässä koneessa. Tunnetut teräväli-25 mittalaitteet perustuvat joko epäsuoraan mittaukseen, anturien käyttöön teräväli-ilmaisimina tai kapasitiiviseen mittaukseen.

»

Epäsuorista mittaustavoista mainittakoon terien aksiaaliliik-keen mittaus. Teräkiekkojen aksiaalinen liike on periaatteessa 30 verrannollinen terävälin koon muuttumiseen kiekkojauhimessa, ja miksei kartiojauhimessakin. Epäluotettavuutta mittaustuloksiin tuo kuitenkin jauhimen jousto vaihtelevien voimien ja paineiden alla, kaikkien osien kuluminen terävälin ja epäsuoran mittauspisteen välillä. Tämäntyyppinen mittaustapa ei 35 myöskään anna tietoa itse teräpintojen kulumisesta eli niiden kunnosta.

2 80146

Toinen tapa mitata terävällä on käyttää teriin upotettuja lä-hestymisantureita, jotka raittaavat toiseen terään asennettuina etäisyyttä vastaterän ja itsensä välillä, kuten on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa 801748. Sekä tässä hakemuksessa esitetyssä keksinnössä että tekniikan tason kuvauksessa 5 on lähtökohtana sileiden pintojen välisen etäisyyden mittaaminen, joka on ongelmallista. Ongelmina esitetyn keksinnön tapauksessa ovat lisäksi terien kuluminen ja siitä johtuvat etäisyyden muutokset. Koska anturit kuluvat eri tavalla kuin terämateriaali, jos kuluvat ollenkaan, nämä anturit eivät osaa 10 huomioida ainakaan sen terän kulumista, johon ne on upotettu.

Kolmas mainittu tapa on mitata terien välistä kapasitanssia ja sen muutoksia, josta saadaan esim. kiekkojauhimessa roottori-ja staattoriterän välinen keskimääräinen etäisyys. Mitattavaan 15 kapasitanssiin kuitenkin vaikuttavat monet muutkin tekijät, kuten jauhettavan puumassan ja laimennusveden kemialliset ominaisuudet. Näinollen tulokset vääristyvät erittäin helposti, eikä käytännön sovellutuksia tästä menetelmästä tiettävästi olekaan markkinoilla. Lisäksi terien välinen kulma on mahdoton 20 mitata pelkästään tällä menetelmällä.

Yllämainittujen ongelmien lisäksi kaikissa yllämainituissa menetelmissä on kalibrointivaikeudet, koska kalibrointiin tarvittavien mittauspisteiden absoluuttinen sijainti tai sijainti 25 teriin nähden muuttuu ajan mittaan jatkuvasti.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite terävälin mittaamiseksi jauhimessa, joista yllämainitut haitat on poistettu. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mu-30 kaiselle menetelmälle tunnusomaista se, että mittaus suoritetaan käyttäen jauhinterien todellista terävällä mittauskoh-teena mittaamalla ainakin yhden terähampaan tai vastaavan yhteyteen muodostetun käämin aiheuttama magneettivuo terävälin yli siten, että kahden vastakkain olevan hampaan välisen raon 35 yli kulkeva vuo ilmaistaan ainakin jomman kumman mainituista hampaista ympäröivällä käämillä, johon indusoitunut tl 3 80146 signaali tulkitaan mainittujen hampaiden välistä etäisyyttä ilmaisevaksi suureeksi.

Keksinnön tuomat merkittävimmät edut ovat: 5 - Jauhinterien varsinaisia kriittisiä osia käytetään terävälin mittaukseen, mikä antaa todellisen arvon terien kuluneisuudesta ja jauhimen joustoista huolimatta. Tarkka mittaustapa luo myös edellytykset järkevästi hyödynnettävälle monipiste-mittaukselle, jolla terien asentojen vinous toisiinsa nähden 10 on määritettävissä.

- On huomattava, että koska keksinnön mukainen mittaus perustuu magneettikentän mittaukseen, ei terien välissä olevat aineet (vesi, puuhake) vaikuta mittaustuloksiin, koska ne eivät ole magneettisesti johtavaa ainetta.

15

Keksinnön eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että magneettikenttää generoivaan käämiin syötetään kolmioaaltojännitettä.

20 Tällaisesta, helposti muokattavissa olevan signaalin amplitudista voidaan lukea terävälien etäisyys amplitudiin kääntäen verrannollisena suureena.

Keksinnön eräälle toiselle edulliselle sovellutusmuodolle on 25 tunnusomaista se, että mittalaitteen kalibrointi suoritetaan mittaamaalla vastaavat signaalitasot terien ollessa keskinäisissä ääriasennoissaan, ja tallentamalla muistiin mainitut signaalitasot.

30 Tunnetun tekniikan mukaisissa laitteita rasittava kalibroinnin vaikeus on keksinnön mukaisessa ratkaisussa poistunut osaksi absoluuttisen mittaustavan ansiosta, osaksi yllä selostetun sovellutusmuodon mukaisen elektroniikan hyväksikäytön ansiosta.

35 Keksinnön muille edullisille sovellutusmuodoille on tunnuso maista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

4 80146

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkin avulla viittamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuv. 1 esittää keksinnön erästä edullista sovellutusmuotoa, 5

Kuv. 2 esittää magneettivuon tärkeimpien reittien kenttäviivat kuvion 1 mukaisessa tapauksessa.

Kuv. 3 esittää keksinnön erästä toista edullista sovellutus-10 muotoa,

Kuv. 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen ohjauselektroniik-kaa lohkokaavion muodossa.

15 Kuv. 5 esittää keksinnön mukaisen käämin sijoitusta kiekkojau-himen terään.

Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkaus kiekkojauhimen terien ulkokehän kohdalta. Kuvion mukaisessa tilanteessa kahden terä-20 kiekon hampaat on sijoitettu kohdakkain. Roottorin ja staatto-rin taustalevyt on merkitty viitenumeroilla 1 ja 2, vastaavasti. Samoin roottori- ja staattoriterät on merkitty vastaavasti numeroin 3 ja 4. Toiseen terään, tässä tapauksessa staattori-terään 4, on erään sen hampaan 7 ympärille työstetty syvennyk-25 set 7a ja 7b. Hampaan 7 ympäri on sitten muodostettu käämi 5, johon johdetaan kolmioaaltojännitettä. Käämi pakottaa aiheuttamansa magneettivuon kulkemaan mahdollisimman tehokkaasti kentässä olevan magnetoituvan kappaleen, tässä tapauksessa käämin sisään jäävän jauhinterän hampaan 7 kautta.

30

Mikäli roottori- ja staattorien taustalevyt 1,2 ovat esim. ku-lumisominaisuuksiltaan riittävän lähellä itse terämateriaalia, voidaan käämit sijoittaa myös taustalevyjen kohtiin A tai B, jotka muodostavat teräkiekon ulkokehän. Tästä on se etu, että 35 käämit ovat hyvin käsillä esim. huoltoa varten.

5 80146

Kuviossa 2 on piirretty katkoviivoin magneettivuon kulkeminen kuvion 1 mukaisessa tapauksessa. Huomataan, että jokaisen hampaan kohdalle muodostuu terien muodon johdosta ilmavälillä varustettu sulkeutuva magneettipiiri. Kokonaisvuo kulkee käämii-5 lä varustetun hampaan kautta. Vuo palaa takaisin kaikkien muiden magneettisessa kytkennässä olevien hampaiden kautta, joita terässä on suuri määrä. Käämi 5 vastaa rautasydämisen muuntajan ensiökäämiä, jonka indusoima vuo aiheuttaa jännitteen toiseen käämiin 6, eli muuntajan toisiokäämiä vastaavaan käämiin. 10 Käämit 5,6 eivät kuitenkaan toimi muuntajana jäljempänä selitettävistä syistä. Käämit 5,6 voivat olla yksi ja sama käämi.

Magneettivuo 0 on verrannollinen magneettipiirin permeanssiin: 15 0 = N · i* = Ν·ΐ·Ρ (1) <i j ossa

Ns ensiökäämin kierrosluku 20 is käämin virta /io*=Permeabili teetti A= vuon läpäisemän aineen pinta-ala (is teräväli (tässä tapauksessa)

Ps permeanssi 25

Kuvion 1 mukaisessa kytkennässä voidaan piirin permeanssi jakaa kahteen komponenttiin: p = Ho-Ah + ^o*n,Ah (2) 30 6 6 jossa s yksittäisen terähampaan pinta-ala.

Yhtälössä (2) on jätetty raudan vaikutus pois. Komponentit edusta-35 vat päävuon lävistämän ilmavälin permeanssia ja muiden hampaiden (n kpl) kautta palaavan vuon ilmavälien permeanssia.Koska permeanssi on reluktanssin käänteisarvo saadaan: P= i + (3)

R n-R

6 80146 josta seuraa, että P —► -pp, kun n —* 00 Tämän mukaan siis vain käämihampaan 7 kohdalla oleva ilmaväli 5 on ratkaiseva.

Käämin 6 vastaanottama vuo on kääntäen verrannollinen teräham-paiden 7 ja 8 väliseen etäisyyteen <f, koska suurempi etäisyys kasvattaa magneettista reluktanssia eli vastusta magneettivuon 10 kulkemassa suljetussa piirissä. Keksintö perustuukin nimenomaan siihen oivallukseen, että terähampaiden hyväksikäyttö magneettipiirin muodostajina ja yhden tällaisen magneettipiirin vuomuutosten tunnistaminen itse hampaassa 7 antaa sellaisen kenttävoimakkuuden ja tarkkuuden, joka on mitattavissa 15 ilman niitä haittoja, jotka esiintyvät tasomaisten pintojen välisessä etäisyysmittauksessa. Lisäksi mitataan koko ajan todellista terävällä, koska terähampaiden väliset etäisyyden-muutokset heijastuvat mittauksissa suoraan, muutoksien syistä (jauhimen sisäiset joustot, kuluminen) riippumatta.

20

Jauhimen roottorin pyöriessä staattoriin nähden muuttuu luonnollisesti magneettipiirin vuo jaksollisesta, koska hampaiden välinen magneettivastus eli reluktanssi on pienimmillään, kun hampaat ovat täysin vastakkain, jolloin vuo vastaavasti on 25 suurimmillaan. Tämä maksimiarvo on varsinainen mittaustulos, ja se on helposti erotettavissa esim. suodatuksella tai huip-puarvoilmaisimella.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön erästä toista sovellutusmuotoa, 30 jossa käämitys 9 on tehty kahden terähampaan välisessä urassa pitkittäin. Käämitys aiheuttaa samanlaisen magneettipiirin kuin edellisessäkin tapauksessa, kuten vuoviiva 10 osoittaa. Tämän vuo on tunnistettavissa ja mitattavissa samalla tavalla kuin kuviossa 1 on esitetty. Uutena piirteenä kuviossa 3 on 35 ns. oikosulkukäämi 11, jolla estetään vuon kulkemista sen ge-nerointialueesta ulos. Käämiin 11 indusoituu vuon johdosta virta, joka puolestaan pienentää käämin kautta kulkevaa mag- I! 7 80146 neettikenttää. Lisäksi ilmenee kuviosta 3, että terät voivat myös muodostua erillisistä lohkoista 12,13, jotka esim. ovat yksitellen vaihdettavissa.

5 Kuviossa 4 esitetään keksinnön mukaisen terävälimittausjärjestelmän ohjauselektroniikkaa. Kuten jo yllä todettiin syötetään generoiviin käämeihin 5,9 kolmioaaltojännitettä. Tämä sen vuoksi, että terämateriaali ei ole erityisen hyvä ferromagneettinen aine mm. sen vuoksi, että siitä ei voida tehdä kide-10 suunnattua, kuten esim. kylmävalssatut muuntajalevyt useimmiten ovat. Tästä johtuen sekä sopivalla käämien kierrosluvun valinnalla vuo käytännössä pyrkii kyllästymään nopeasti, mikä aiheuttaa magneettisen piirin derivoivan toiminnan. Siten tällaisessa tilanteessa esim. käämeistä 5 ja 6 sekä terästä 4 15 muodostuu derivaattori eikä muuntajaa. Jos syöttöjännite tällöin on kolmioaaltomaista, muodostuu toisiopuolen ulostulosignaalin käyrämuodoksi jatkokäsittelyn kannalta edullinen kant-tiaalto, jonka amplitudi on kääntäen verrannollinen terävälin <f suuruuteen. Kuten aiemmin todettiin, voidaan käämillä 5 sekä 20 generoida että ilmaista magneettikenttää samanaikaisesti, jolloin erillistä käämiä 6 ei tarvita. Kuvion 4 kytkentä ei tästä olennaisesti muutu.

Kuviossa 4 kolmioaaltogeneraattori 14 syöttää kolmioaaltoa 25 käämiin 5. Muuntajakytkennän toisiokäämin 6 ulostulosignaali on edellä sanotun mukaisesti kanttiaaltoa, jota tasasuunnataan tasasuuntaajassa 15. Tasasuunnattu signaali Ui viedään erotu-selimeen 16, joka vähentää magneettipiirin hajavuon ja muun kytkennän pohjakohinan U2 signaalista , jolloin tuloksena on 30 signaali U3. Tämä signaali vielä korjataan terämateriaalin ja -mallin mukaan valitulla kertoimella piirissä 17 siten, että piirin ulostulo suoraan kuvaa terävällä df. Mainittu kerroin huomioi myös terävälin arvon (S ja vastaavan kanttiaallon amplitudin välisen riippuvuuden epälinearisuuden siten, että 35 ulostulona oleva <f-arvo on suoraan ja lineaarisesti riippuvainen terävälistä, mikä tekee mahdollisen jatkokäsittelyn mahdollisimman helpoksi. Ulostulosignaali voi olla joko binääri- 8 80146 nen tai analoginen. Piiri 17 voi käytännössä muodostua mikroprosessorista, jonka etuina on helppo korjauskertoimien muokattavuus ja monipuoliset jatkokäsittelymahdollisuudet.

5 Pohjakohinan U2 määritys ja samalla laitteen kalibrointi tapahtuu automaattisesti (ei skaalausta tai vertailupisteiden hakemista) siten, että jauhimen terät ajetaan etäälle toisistaan, esim huoltotoimenpideasentoon, ja annetaan laitteen mitata tätä "ääretöntä" terävällä vastaavaa signaalia. Saatava 10 signaali eli pohjajännite U2, joka edustaa lähinnä magneettikentän hajavuota, talletetaan pitopiiriin 18, jotta se todellisten mittausten yhteydessä voidaan vähentää mittasignaalis-ta. Kalibrointiin kuuluu vielä terien ajo yhteen nollaetäisyy-delle, joka antaa kytkennälle tiedon terätyypin ominaisesta 15 nolla-asentosignaalista. Tämän avulla voidaan muodostaa ja tarkistaa piiriin 17 talletettua korjauskerrointa.

Tällä tavoin voidaan edullisesti keksinnön mukaista laitetta skaalata ja kalibroida, ja koska mittausmenetelmä on tunteeton 20 terävälin muutoksien syihin ja terävälissä olevan aineen laatuun ja määrään, ei kalibrointia yleensä tarvitse tehdä kuin kerran terien asennuksen yhteydessä.

Lopuksi esitetään kuviossa 5 todellista tilannetta, jossa te-25 rälohkoon 19 on jyrsitty urat 20 ja käämien kiinnityspaikat 21 yksittäisen terähampaan 22 ympärille. Käämit ruuvataan kiinni kohdista 21 terän läpi menevillä ruuveilla, jonka jälkeen niiden päälle valetaan kestävä muovikerros.

30 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutus-muodot eivät rajoitu ylläoleviin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Il

Claims

9 80146
1. Menetelmä jauhimen terien välisen etäisyyden (6) mittaamiseksi, jossa menetelmässä toiseen terään (4) sijoitetun 5 käämin (5) avulla synnytetään magneettikenttä, jonka ainakin osittain annetaan kulkea toisen terän (3) kautta, ja jossa mittaus suoritetaan käyttäen jauhinterien todellista terä-väliä mittauskohteena mittaamalla ainakin yhden terähampaan (7) tai vastaavan yhteyteen muodostetun käämin (5) aiheutta-10 ma magneettivuo terävälin yli, tunnettu siitä, että kahden vastakkain olevan hampaan (7,8) välisen raon yli kulkeva vuo ilmaistaan ainakin jomman kumman mainituista hampaista ympäröivällä käämillä (6), johon indusoitunut signaali tulkitaan mainittujen hampaiden välistä etäisyyttä (6) 15 ilmaisevaksi suureeksi.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että magneettikenttää generoidaan ja detektoidaan erillisillä käämeillä (5,6), jotka on käämitty yhden jauhin- 20 terän hampaan ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että magneettikenttää generoidaan käämillä (9), joka on käämitty kulkemaan kahden hampaan välissä olevan 25 uran ja terän takasivun kautta.
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikenttää generoidaan ja detektoidaan erillisillä käämeillä (5,6), joita on käämitty saman 30 jauhinterän hampaan ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikenttää generoidaan ja detektoidaan erillisillä käämeillä, jotka on käämitty saman terän (3,4) 35 taustalevyn (1,2) ulokkeen (A,B) ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta. 10 801 46
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikäämillä generoidun magneettikentän kulkua ohjataan terässä olevien oikosulku-käämien (11) avulla. 5
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhimen terien (3,4) välistä etäisyyttä (6) mitataan useammasta kuin yhdestä kohdasta.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikenttää generoivaan käämiin (5) syötetään kolmioaaltojännitettä.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että magneettikenttää detektoivan käämin (6) ulostulossa mitataan kanttiaallon muotoisen jän-nitesignaalin amplitudia (UI).
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että mittalaitteen kalibrointi suoritetaan mittaamalla vastaavat signaalitasot terien ollessa keskinäisissä ääriasennoissaan, ja tallentamalla muistiin mainitut signaalitasot.
11. Patenttivaatimuksen 1 toteuttamiseen tarkoitettu laite, johon laitteeseen kuuluu ainakin toisessa jauhinterässä (4) oleva käämi (5) magneettikentän synnyttämiseksi ja joka on käämitty ainakin yhden terähampaan (7) tai vastaavan yhteyteen, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu käämi 30 (6), joka on kahden vastakkain olevien hampaiden (7,8) väli sen raon yli kulkevan vuon ilmaisemiseksi käämitty ympäröimään ainakin osittain jompaa kumpaa mainituista hampaista, sekä elektroniikkapiiri (15-18) mainittuun käämiin indusoituneen signaalin tulkitsemiseksi. 35 - 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettikenttää generoiva ja magneettikenttää li 11 80146 detektoiva käämi (5,6) on käämitty yhden jauhinterän (7) hampaan ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta.
13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu 5 siitä, että magneettikenttää generoiva käämi (9) on käämitty kulkemaan kahden hampaan välissä olevan uran ja terän takasivun kautta.
14. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laite, t u n -10 n e t t u siitä, että magneettikenttää generoiva ja magneettikenttää detektoiva käämi (5,6) on käämitty saman jauhinterän hampaan (7) ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta.
15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu 15 siitä, että magneettikenttää generoiva ja magneettikenttää detektoiva käämi (5,6) on käämitty saman terän (3,4) tausta-levyn (1,2) ulokkeen (A,B) ympäri ainakin pitkin osaa sen pituutta.
16. Jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukainen laite, tunnettu siitä, että jauhinterään on asennettu magneettikentän kulkua ohjaava oikosulkukäämi (11).
17. Jonkin patenttivaatimuksen 11-16 mukainen laite, 25 tunnettu siitä, että jauhinterään on asennettu useampia jauhimen terien välistä etäisyyttä (5) useammasta kuin yhdestä kohdasta mitattavia käämipareja (5,6).
18. Jonkin patenttivaatimuksen 11-17 mukainen laite, 30 tunnettu siitä, että magneettikenttää generoivan käämin (5) jännitelähde on kolmioaaltogeneraattori (14).
19. Jonkin patenttivaatimuksen 11-17 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektroniikkapiiri muodostuu 35 tasasuuntaajasta (15), erotuspiiristä (16), muokkauspiiristä (17) sekä taustakohinan pitopiiristä (18). 12 80 1 46