FI86773C - Foerfarande foer maetning och reglering av koncentrationen hos en fibersuspension samt anordning foer genomfoerande av foerfarandet - Google Patents

Description

86773

Menetelmä kuitususpension sakeuden mittaamiseksi ja säätämiseksi sekä laite menetelmän suorittamiseksi Tämä keksintö koskee kuitususpension sakeuden mittaamista ja säätämistä etenkin massa- ja paperiteollisuudessa, vaikkakin keksintöä voidaan käyttää muilla aloilla, kuten esimerkiksi jätelietteiden, turvesuspensioiden, vuorivillasuspensioiden jne. kuiva-ainepitoisuuden mittaamiseen.

Kuitususpensioiden sakeuden mittaamisessa voidaan erottaa kolme pääryhmää antureita, nimittäin leikkuuvoima-anturit, optiset anturit ja anturit, jotka toimivat massan sakeudesta johtuvilla painehäviöiden muutoksilla tai virtausnopeuden muutoksilla. Lisäksi löytyy joitakin vähemmän tärkeitä ryhmiä. Leikkuuvoima-periaatteella toimivat anturit voidaan jakaa kahteen pääryhmään, nimittäin pyörivät ja staattiset anturit.

Tämän keksinnön mukainen anturi voidaan sopivasti sijoittaa staattisten antureiden ryhmään, vaikkakin on olemassa tietyt periaatteelliset erot verrattuna muihin ryhmään kuuluviin. Arkikielellä antureita kutsutaan staattisiksi eli kiinteiksi antureiksi, hain eviksi, siipiantureiksi sekä eviksi. Staattiset anturit kilpailevat vähäisessä määrin pyörivien kanssa johtuen siitä, että viimemainituilla tavallisesti on parempi mittaustarkkuus, suurempi herkkyys, pienempi virtausherkkyys, lyhyempi kuollut aika jne. Käyttäjät sijoittavat ensisijaisesti staattisia antureita paikkoihin, joissa suorituskyvylle asetetut vaatimukset eivät ole kovin suuria.

Tähän asti tunnetut staattiset anturit käsittävät evän, lehden, joka on sijoitettu massavirtaukseen ja niveltyvästi ripustettu. Ripustuksen muodostaa useimmiten jonkinlainen laakerointi sekä tiivistys väliainetta vastaan. Johtuen virtausnopeudesta putki-johdossa kohdistuu evään leikkuuvoimamomentti, joka muutetaan vakioiduksi ulostulosignaaliksi, pneumaattinen tai sähköinen.

2 86773

Momentinmuuttajat toimivat joko matkatasapainoperiaatteen tai voimatasapainoperiaatteen mukaan. Evän virtausta päin suunnattu etureuna leikkaa siis kuituvirtauksen läpi antaen leikkuu-voimamomentin. Koska toimintaperiaate edellyttää, että väliaine on liikkeessä, havaitaan helposti, että tietty ei-haluttu virtausherkkyys esiintyy. Valmistajat ovat yrittäneet ratkaista tämän pulman turvautumalla enemmän tai vähemmän teennäisiin evän muotoiluihin. Näiden yritysten tulokset vaihtelevat, mutta yleisenä käsityksenä on, että virtauksesta riippuvuus on eräs kolmesta ryhmälle kokonaisuutena hallitsevasta pulma-alueesta. Tulokseksi on muodostunut, että valmistajat ilmoittavat suhteellisen kapeat virtausalueet, 0,5-3 m/s esiintyy ja jossakin tapauksessa niinkin kapea kuin 0,3-1,5 m/s, joilla antureita voidaan käyttää. Saadakseen tällä alueella olevan virtauksen on putki-johto joissakin tapauksissa laajennettava tai supistettava kar-tiomaisesti, mikä tekee asennuksen huomattavasti kalliimmaksi. Seuraava pulma-alue johtuu myös mittausperiaatteesta,sillä evät vaativat tavallisesti suhteellisen paljon tilaa ja 100 mm läpimittaisessa putkijohdossa ne täyttävät 80-95 % putkijohdosta. Putkijohtoon muodostuva tulppa tai suurehkot kiinteät esineet, jotka kulkevat kuituvirtauksen mukana, vahingoittavat vähän väliä evää ja sen ripustusta. Evän etureunaahan ei voida suojata liian lähelle evää sijoitetuilla poikkeuttajilla, koska mittaustulosta tällöin vaarannetaan. Pienehkö poikkeuttaja, joka suojaa evän ripustusakselia, sisältyy kuitenkin tavallisesti rakenteeseen. Tehokkaat valmennusjärjestelmät tekevät tietyt valmisteet vähemmän värähtelyherkiksi kuin toiset.

Alussa ilmoitettiin, että pyörivät anturit antavat paremman herkkyyden sakeuden muutoksille. Tämä on yleisesti omaksuttu tosiasia ja tärkein syy siihen, että suurempaa kilpailua ryhmien välillä ei esiinny. Pyörivien anturien suurempi suhteellinen nopeusero tunnistajän ja kuituverkoston välillä antaa tunnista-jan vähäisestä suuruudesta huolimatta korkeamman momenttitason, joka vuorostaan antaa paremman herkkyyden ja paremman signaali/ kohinasuhteen. Tämä tulee erityisen selväksi alhaisilla sakeuk-silla. Kun staattisia antureita voidaan käyttää 1,5-1,75 %:n

II

3 86773 sakeuteen asti, voivat pyörivät usein mitata alhaisella sakeus-alueella 0,8-1 %. Jotta pyörivien ja staattisten antureiden vertailu tulisi oikeudenmukaiseksi on myös mainittava, että staattisen anturin hinta on 3-4 kertaa alhaisempi kuin pyörivän.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi menetelmä ja uusi laite alussa mainitun tapaisia mittauksia varten, jolloin poistetaan tavanomaisissa staattisissa antureissa esiintyvät rajoitukset ja epäkohdat. Tämä tarkoitus saavutetaan sen johdosta, että keksinnön mukainen menetelmä ja laite ovat saaneet oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyt tunnusmerkit.

Esillä olevan keksinnön ansiosta saadaan aikaan menetelmä ja laite kuitususpension sakeuden mittaamiseksi ja säätämiseksi, jolloin verrattuna toisiin, ennestään tunnettuihin staattisiin antureihin on mainittava seuraavat edut, nimittäin että evä kattaa vain pienehkön osan putken läpimitasta ja on täysin sen eteen sijoitetun poikkeuttajan suojaama, virtauksesta riippuvuus tulee pienemmäksi johtuen täysin peittävästä poikkeuttajasta, evän oma suhteellinen liike kuituverkostoon nähden mahdollistaa virtauksen nopeusalueen jatkamisen alaspäin, virtausalueeksi tulee tietyillä sakeusalueilla 0,15-5 m/s (evän pituuden ollessa 0,15 m), aktiivinen evä antaa suuremman herkkyyden sakeuden muutoksille sakeusalueella 1,5-3 %, ja että värähtelyherkkyys on pieni sen ansiosta, että evä on aktiivinen hyvin lyhyenä aikana, 0,04-2,0 % kokonaisajasta, ja lepoasennossaan se on magneettivoiman lukitsema, sekä että liikkuvien osien lukumäärä on pienempi kuin muissa antureissa.

Keksintö esitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää osittain leikattuna esillä olevan keksinnön mukaista laitetta asennettuna putkijohtoon, kuva 2 esittää kaaviollista sivukuvaa kuvassa 1 esitetystä optisesta lukemishaarukasta, kuva 3 esittää evää sivusta katsottuna, 86773 4 kuva 4 esittää kuvassa 3 esitettyä evää alhaalta katsottuna, kuva 5 esittää leikkausta viivaa A-A pitkin kuvassa 3 esitetyn evän läpi, kuva 6 esittää sivusta katsottuna keksinnön mukaisen evän vaihtoehtoista sovellutusmuotoa, kuva 7 esittää kuvassa 6 esitettyä evää alhaalta katsottuna, kuva 8 esittää leikkausta viivaa B-B pitkin kuvassa 6 esitetyn evän läpi, kuva 9 esittää sivusta katsottuna esillä olevan keksinnön mukaisen evän vaihtoehtoista sovellutusmuotoa, kuva 10 esittää leikkausta viivaa C-C pitkin kuvassa 9 esitetyn evän läpi, kuva 11 esittää sivusta katsottuna esillä olevan keksinnön mukaisen evän vaihtoehtoista sovellutusmuotoa, kuva 12 esittää alhaalta katsottuna kuvassa 11 esitettyä evää.

Kuvassa 1 esitetään esillä olevan keksinnön mukaista anturi-laitetta osittain leikattuna asennettuna putkijohtoon, joka laite käsittää suspensioon niveltyvästi ripustetun, kääntyvän evän. Evä 1 on pienempi kuin staattisissa antureissa ja täyttää vain 30-40 % putken läpimitasta 100 mm läpimittaisessa johdossa. Koko evän 1 etureunaa 16 suojaa virtaviivainen poikkeuttaja 2, joka sijaitsee evän 1 edessä katsottuna virtauksen suunnassa. Magneettijärjestelmän 3 muodossa oleva voimajärjestelmä on sovitettu aktivoimaan evä 1 ripustusakselin 6 välityksellä niin, että evä 1 voi kääntyä laakeroinnin 4 ympäri. Evän 1 vapaa pää eli takareuna 8 suorittaa matkan A-B tietyn ajan kuluessa. Evän 1 tarvitsema aika tämän kulmaliikkeen suorittamiseen on väliaineen sakeuden parabolinen funktio. Esillä olevan keksinnön mukainen anturilaite toimii kuten havaitaan leikkuuvoima-periaatteen mukaan, mutta evällä 1 on oma liikkeensä eikä se ole riippuvainen virtauksesta putkijohdossa jotta syntyisi leik-kuuvoimia. Kun kulmapoikkeama A-B on päättynyt, vaihdetaan magneettijärjestelmän 3 virran navat ja evän 1 vapaa pää eli takareuna 8 suorittaa matkan B-A, siis palaa lähtöasemaan.

5 86773

Evä 1 suorittaa yhdestä iskusta sekunnissa (1,0 Hz) yhteen iskuun joka viides sekunti (0,2 Hz).

Piirustuksessa esittämättä jätetty elektroninen vahvistinyksikkö mittaa siirtymän A-B ajan optisen lukemishaarukan 5 avulla, joka sisältää IR-hohtodiodin 9 ja ilmaisimen 10, jonka kidan 11 yli kulkee ripustusakselille 6 kiinnitetty säteen katkaisija 7. Vahvistimen laskuyksikkö laskee yhteen esimerkiksi viisi aikaa ja muodostaa näistä viidelle suoritetulle poikkeamalle edustavan keskimääräisajan. Jokaista uutta poikkeamaa varten vähennetään ensimmäinen viidestä ajasta ja lisätään uusi aika, mikä antaa juoksevan ajan keskimääräisen arvon muodostamisen yhden poikkeaman ajasta. Magneettijärjestelmä 3 sijaitsee ripustus-akselin 6 vapaassa päässä 12 ja se muodostuu mittauslaitteen koteloon 13 kiinnitetystä magneettipesästä 14 yhteistoimintaa varten ripustusakselin 6 vapaaseen päähän 12 sovitetun uppo-kelan 15 kanssa evän 1 kääntymisliikkeen laakeroinnin 4 ympäri aikaansaamiseksi. Optinen lukemishaarukka 5 on myös kiinnitetty koteloon 13 ripustusakselin 6 vapaan pään 12 alueelle. Evän 1 laakerointi 4 sijaitsee välittömästi evän 1 ripustusakselilla 6 olevan etupään vieressä ja laakeroinnin 4 ja ripustusakselin 6 vapaan pään 12 väliin on sovitettu mekaaniset iskunpituuden rajoituselimet 17, 18 ripustusakselin 6 kiertymisliikkeen pysäyttämiseksi .

Mainitun ajan keskiarvon ilmaisee vahvistinyksikkö vakioituna ulostulosignaalina, esimerkiksi 0,20 mA tai 4-20 mA.

Ajan mittaus suoritetaan todellisuudessa iskun osalla, jolloin säteenkatkaisija 7 katkaisee valonsäteen lukemishaarukan 5 haarojen välissä. Säteenkatkaisijalla on leveys, joka vastaa 50-80 % suuruista osaa kokonaisiskusta. Tämä johtuu siitä, että mahdollinen takaisinponnahdus magneettijärjestelmän saavuttaessa pääteasemansa voisi antaa virheellisen signaalin, jos säteen-katkaisija vastaisi iskun kokonaispituutta tai olisi liian lähellä tätä. Magneettijärjestelmän 3 iskun kokonaispituus on noin 4 mm. Magneettijärjestelmä sijaitsee noin 100 mm päässä 6 86773 laakeroinnista 4. Täten matka A-B, jonka evän 1 vapaa pää eli takareuna 8 suorittaa, tulee noin 8 mm pitkäksi jos etäisyys laakeroinnista 4 on noin 200 mm. Mittausaika vaihtelee tietenkin voimakkaasti evän 1 muotoilusta, mitattavan väliaineen, säteenkatkaisijän ym. tyypistä riippuen. Tyypillisiä mittaus-aikoja on 2-20 m/s.

Evä 1 voidaan kuten kuvista 3-12 ilmenee muotoilla monella eri tavalla sopiakseen erityyppisiin mitattaviin väliaineisiin. Perustyyppinä pitkäkuituisille suspensioille, joilla on suuri verkoston lujuus, on yksinkertainen evä (yksi siipi), jossa on pituussuuntaiset urat 19 kummallakin puolella, kuvat 3-5.

Urat 19 lisäävät siiven kokonaispintaa ja vähentävät sen painoa. Lisäksi suurenee terien ja reunojen lukumäärä, joiden tulee leikata kuituverkoston läpi, urien lukumäärän mukana. Tämä antaa suhteellisen korkean leikkuuvoimatason.

Lyhytkuituiset suspensiot, joilla on pieni verkoston lujuus, vaativat joskus muunlaisia rakenteita, esimerkiksi kaksoisevän, jossa on pituussuuntaiset urat 19 evien 1 ulkosivussa, kuvat 6-8. Äärettömän pienillä verkoston lujuuksilla voidaan sekä yksinkertainen evä että kaksoisevä varustaa kulhomaisella ala-sivulla 20 mittaussuunnassa katsottuna, kuvat 9-10. Tämä antaa tietyn vedenpoiston suspensiosta evän 1 edessä mittaussuunnassa ja myötävaikuttaa leikkuuvoimatason kohoamiseen. Yhteistä evän 1 kaikille muodoille on, että sen muoto liittyy hyvin poikkeut-tajan 2 muotoon niin, että molemmat yhdessä muodostavat profiilin, joka aiheuttaa virtauksen kuvion mahdollisimman pienen häiriön, kuvat 11-12. Tämä myötävaikuttaa alhaiseen virtauksesta riippuvuuteen. Edellä on mainittu, että esillä olevan keksinnön mukainen anturi ei ole riippuvainen mitattavan väliaineen virtauksesta leikkuuvoimien synnyttämiseksi. On kuitenkin olemassa pienin virtaus, joka on hyväksyttävissä. Tämä vähimmäis-virtaus on 0,15 m/s jos evä 1 aktivoidaan kerran sekunnissa (0,15 m = evän pituus), 0,4 m/s jos evä 1 aktivoidaan kaksi kertaa sekunnissa jne. Koska nopeampaa aktivointia kuin kerran l! 7 86773 sekunnissa ei tarvita, on 0,15 m/s sopiva vähimmäisnopeus virtauksessa. Tällä tavalla varmistetaan, että evä aina leikkaa mitattavan väliaineen edustavan näytteen läpi. Jos evä 1 aktivoidaan nopeammin samalla kun virtauksen nopeus on pieni, seurauksena voi olla, että suspensiossa olevat kuituhöytäleet tulevat syrjäytetyiksi ja korvaantuvat puhtaasti nesteellä, mikä heikentää ulostulosignaalia.

Claims (10)

1. 8 86773
2. 1. Menetelmä suspension, edullisesti kuitususpension, sakeuden mittaamiseksi ja säätämiseksi suspensioon nivelty-västi ripustetun, kääntyvän evän (1) avulla, joka vapaalla päällään eli takareunallaan (8) saatetaan kääntymään kahden pääteaseman (A-B) välillä suspensiossa ennalta määrätyn kulmapoikkeaman (a) aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että evä (1) kääntyy jaksottaisesti ja vakiovoimalla ainakin mittaussuunnassa suspensiossa kahden pääteaseman (A ja B) välillä iskunpituudella yli 1 mm, joka saa evän (1) vapaan pään (8) iskemään suspension kuituverkoston läpi, jolloin ajan mittaus suoritetaan kun evän (1) vapaa pää (8) suorittaa matkan ensimmäisestä pääteasemastaan, lepoasemasta (A), toiseen pääteasemaansa (B), joka aika muodostaa sakeuden parabolisen funktion ja vaihtelee riippuen evän (1) leikkuu-voimavastuksesta kuitususpensiossa sen kulmapoikkeaman aikana ja siten riippuen suspensioon sisältyvän kiinteän aineen konsentraatiosta.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajan mittaus suoritetaan evän (1) vapaan pään (8) kulmapoikkeaman (a) osalla, 50-80 %, joka osa edullisesti sijaitsee pääteasemien (A, B) puolessa välissä.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että evä (1) saatetaan kääntymään elektromagneetti-järjestelmän (3) avulla ripustusakselin (6) välityksellä taajuudella, joka on välillä 1,0-0,2 Hz.
5. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että evän (1) vapaalle päälle eli takareunalle (8) annetaan amplitudi, jonka suuruusluokka on 8 mm, jos etäisyys evän (1) laakerointiin (4) on noin 200 mm. 1 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että evä (1) saatetaan kääntymään kuitususpensiossa tasossa, joka oleellisesti yhtyy evän (1) päätasoon. 9. f, 773
6. 6. Laite suspension, edullisesti kuitususpensioiden, sakeuden mittaamiseksi ja säätämiseksi patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä ja käsittäen suspensioon niveltyvästä ripustetun, kääntyvän evän (1), elimen (3) evän (1) kiertämiseksi ripustusakselin (6) välityksellä laakeroinnin (4) ympäri sekä ajanmittauslaitteen, tunnettu siitä, että elin evän (1) aktivoimiseksi muodostuu elektromagneetti-järjestelmästä (3), joka sijaitsee ripustusakselin (6) vapaassa päässä (12) ja on sovitettu kääntämään evää (1) ja sen vapaata päätä eli takareunaa (8) 1,0-0,2 Hz taajuudella kahden pääteaseman (A-B) välillä kuitususpensiossa aikaansaaden ennalta määrätyn kulmapoikkeaman (a), ja että ajanmittauslaite on sovitettu mittaamaan ajan kulmapoikkeaman (a) ennalta määrätyllä osalla evän (1) siirtyessä ensimmäisestä pääteasemastaan, lepoasemasta (A), toiseen pääteasemaansa (B), joka aika muodostaa sakeuden parabolisen funktion ja vaihtelee riippuen evän (1) leikkuuvoimavastuk-sesta kuitususpensiossa kulmapoikkeamansa (a) aikana ja siis suspensiossa olevien kiinteiden aineiden konsentraatiosta·
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektromagneettijärjestelmä (3) muodostuu mittauslaitteen koteloon (13) kiinnitetystä solenoidimagneetista (14) yhteistoimintaa varten ripustusakselin (6) vapaaseen päähän (12) sovitetun uppokelan (15) kanssa evän (1) kääntymisliik-keen aikaansaamiseksi laakeroinnin (4) ympäri. 1 Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että ajanmittauslaitteen muodostaa elektroninen vahvistinyk-sikkö ajan mittaamiseksi mittauslaitteen koteloon (13) kiinnitetyn lukemishaarukan (5) avulla, joka käsittää IR-valoa emittoivan diodin (9) ja ilmaisimen (10), jonka lukemishaarukan (5) kitaan (11) ripustusakselin (6) vapaaseen päähän (12) kiinnitetty säteenkatkaisija (7) on sovitettu pään (12) kiertyessä katkaisemaan emittoivan diodin (9) valonsäteily. 10 86773
8. 9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että evän (1) laakerointi (4) sijaitsee välittömästi ripus-tusakselilla (6) sijaitsevan evän (1) etupään (16) vieressä, ja että poikkeuttaja (2) sijaitsee evän (1) etupään (16) edessä suojaten tätä ja myötävaikuttaen alhaiseen virtauksesta riippuvuuteen.
9. 10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että evä (1) on pitkänomaisen laatan muotoinen, jonka kummallakin puolella on pitkänomaiset urat (19), joka laatta sopivimmin on varustettu alareunassaan kulhomuodostelmalla (20), mittaussuunnassa katsottuna, leikkuuvoimatason kohottamiseksi .
10. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että evä (1) on jaettu päätasossaan, jonka kaksoisevän vastakkaisissa ulkosivuissa on pitkänomaiset urat (19).