FI87836C - Foerfarande foer maetning av formning av en fiberbana vid en pappersmaskins banformningsdel - Google Patents

Description

1 87836

Menetelmä kuiturainan muodostumisen mittaamiseksi paperikoneen rainanmuodostusosalla

Keksinnön kohteena on menetelmä kuiturainan muodos-5 tumisen mittaamiseksi paperikoneen rainanmuodostusosalla, jossa menetelmässä kuiturainan paksuutta mitataan ultra-äänimittalaitteella lähettämällä ultraäänisignaaleja kui-turainaan sen paksuussuunnassa ja rekisteröimällä heijastuneiden pulssien avulla kuiturainan paksuuden vaihtelua. 10 Paperikoneen viiraosalla eli rainanmuodostusosalla kuiturainan ollessa vielä ainakin osittain kuitumassaseok-sena eli juoksevassa muodossa esiintyy turbulenssia, joka vaikuttaa olennaisesti muodostuvan kuiturainan laatuun ja muodostumiseen. Massan tullessa viiraosan alkuun siitä vä-15 littömästi ryhdytään poistamaan vettä niin, että kuitumas-sa teoriassa tasaisesti muuttuu kuivemmaksi ja vähitellen huopautuu kuitujen sitoutuessa toisiinsa kiinteäksi rai-naksi, Joka tämän jälkeen johdetaan puristin- ja kuivatus-osiin kuivan rainan aikaansaamiseksi. Viiran liikkuessa ja 20 koneen käydessä tapahtuu kuitenkin, että vedenpoiston tapahtuessa viiran toiselta puolelta yläpuolen ollessa avoimena kuitumassassa esiintyy värähtelyä, joka aikaan saa kuiturainassa turbulenssia ja siten viiralla olevan kuiturainan paksuusvaihteluita. Turbulenssi on tietyllä tavalla 25 välttämätöntä, jotta kuiturainan kuidut pääsevät paremmin tarttumaan toisiinsa ja siten muodostamaan lujan ja kiinteän rakenteen. Joissakin tapauksissa voimakas turbulenssi liian myöhäisessä vaiheessa saattaa aiheuttaa häiriötä ja rikkoa jo huopautuneen rainan rakennetta, mitä konetta 30 säätämällä pyritään estämään. Jotta tiedettäisiin, minkälainen turbulenssi missäkin kohdassa rainaa on ja miten rair · on muodostunut, on se selvitettävä jollakin tavalla. Käytännössä on pyritty pelkästään selvittämään viiraosalla esiintyvää turbulenssia muun rainanmuodostuksen jäädessä 35 huomioon ottamatta. Turbulenssin selvittämiseen on tyypil- 2 37836 lisesti käytetty sekä valokuvaamista, videokuvaamista että ultraäänimittaamista, joilla kaikilla on jollakin tavalla voitu turbulenssin ilmenemistä osoittaa. Valokuvauksen ja videokuvauksen avulla nähdään, miltä turbulenssi tietyssä 5 kohdassa näyttää ja voidaan saada jonkinlainen kuva siitä mikä turbulenssi on tietyssä kohdassa. Sen sijaan turbulenssin voimakkuudesta ja voimakkuusvaihteluista ei näillä menetelmillä voida selvää kuvaa saada, koska niissä ei ole mitään mahdollisuutta saada selvää mitattavissa olevaa 10 suuretta, jonka perusteella vertailua voitaisiin tehdä muiden turbulenssikohtien suhteen. Näin ollen nämä menetelmät jäävät vain lähinnä yleiskuvan saamiseen soveltuviksi. Ultraäänimittauksessa puolestaan mitattavaan rai-naan kohdistetaan viiran alapuolelta ultraäänisignaali, 15 joka kulkee kuitumassan läpi ja ilmaisee rajapinnoista heijastuessaan eri rajapintojen sijainnin, jolloin niistä voidaan mitata turbulenssin vaihtelut. Tällöin voidaan, mikäli lukemaa seurataan mittarista ja lukuarvot muistetaan nähdä pienin ja suurin paksuus rainassa kyseisellä 20 kohdalla eli voidaan nähdä turbulenssin aikaansaama vaihtelu. Tämän menetelmän heikkoutena on se, että minimi- ja maksimiarvojen tietäminen ei välttämättä selvitä, minkälaista turbulenssi on ja, miten kuitumassa kyseisessä kohdassa käyttäytyy. Tällöin arviot tehdään ääriarvojen pe-25 rusteella ja sen seurauksen säätö saattaa pahentaa tilannetta sen sijaan, että se parantaisi sitä. Myöskään käytetyillä mittaustavoilla ei ole kyetty selvittämään muuta rainanmuodostumista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sel-30 lainen menetelmä turbulenssivaihtelujen ja rainanmuodos-tuksen mittaamiseksi, jonka avulla voidaan luotettavasti määritellä, minkälainen turbulenssi tietyssä kuitumassan kohdassa on, ja, jolla saadaan selvä luotettava kuva tur-bulenssivaihtelusta sekä haluttaessa lisäksi rainan huo-35 pautumisesta. Tämä saadaan keksinnön mukaisesti aikaan si- 3 87836 ten, että kussakin mittauskohdassa suoritetaan mittaus useita kertoja ennalta määrätyn mittausjakson aikana, että kutakin kuiturainan jonkin rajapinnan ilmaisevaa paksuus-arvoa ilmaisevien mittausten lukumäärä lasketaan ja että 5 kyseisessä mittauskohdassa määritellään rainanmuodostumis-profiili kunkin mitatun paksuuden ja kutakin paksuutta vastaavien mittausten lukumäärän perusteella.

Keksinnön olennainen ajatus on, että mittaus suoritetaan, kuten normaali ultraäänimittaus, mutta ultraääni-10 pulssien avulla mitattujen ainakin osittain kuitumassa-seoksen muodossa olevan kuiturainan eri paksuusarvojen perusteella luokitellaan kuiturainan ylimmän pinnan tai jonkin sen erillisen rajapinnan muodostavan osan paksuus tai -vaihtelu samalla, kun tietyn paksuusarvon mukaisten 15 mittaustulosten lukumäärä lasketaan, jolloin saadaan selville, miten suuria turbulenssivaihteluja kyseisessä mittauskohdassa esiintyy, ja, kuinka paljon minkäkin suuruusluokan vaihteluita esiintyy, tai vastaavasti, kuinka suuri on jo huopautuneen kerroksen paksuus. Tällöin mittauskoh-20 dalle voidaan piirtää paksuuden ja sen esiintymisen lukumäärän perusteella rainanmuodostumisprofiili, joka ilmaisee edullisimmin sekä kyseissä kohdassa olevan turbulenssin luonteen ja voimakkuuden että rainanmuodostusosan loppupäässä rainan huopautumisasteen ja siinä mahdollisesti 25 esiintyvät häiriöt. Tämän menetelmän mukaisella tavalla voidaan koko rainanmuodostusosan turbulenssivaihtelut ja huopautuminen mitata ja tämän jälkeen säätää vastaavasti rainanmuodostusosan vedenpoistoa ja muita säädettäviä piirteitä niin, että saadaan mahdollisimman hyvä ja laa-30 dultaan optimaalinen raina.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti paperikoneen rainan-muodostusosaa eli formeria, 35 kuvio 2 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista 4 87836 mittauslaitteistoa, kuviot 3a ja 3b esittävät kaavamaisesti mittausta ja mittauksen periaatetta, kuvio 4 esittää kaavamaisesti mittauksen avulla 5 saatua turbulenssiprofiilia ja kuvio 5 esittää kaavamaisesti erästä tulostusmallia mittausarvojen havainnollistamiseksi.

Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty paperikoneen tai vastaavan alkupää, jossa on perälaatikko 1, josta kui-10 turaina syötetään kuitumassaseoksen muodossa leveänä suih kuna viiralle 2, joka kääntyy telan 3 ympäri kulkemaan pe-rälaatikosta 1 poispäin rainanmuodostusosalle 4. Rainan-muodostusosalla 4 kuiturainasta poistetaan vettä viiran 2 alapuolella sijaitsevilla vedenpoistoelimillä, joita ovat 15 m.m. foilit 5 ja imulaatikot 6. Tässä vettä poistuu kuiturainasta poistuu samalla, kun sen kuidut vähitellen tarttuvat toisiinsa ja sen vesipitoisuus vähenee, jolloin rai-nanmuodostusosan 4 loppuosassa on lopputuloksena huopamai-nen raina. Viira 2 johdetaan edelleen rainanmuodostusosan 20 4 loppupäässä telojen 7 ja 8 ympäri kiertämään takaisin perälaatikolle 1 samalla, kun muodostunut raina siirtyy imutelan 9 avulla puristusosan viiralle 10 ja jatkaa siten kulkuaan paperikoneen muihin osiin. Kuiturainan tullessa perälaatikosta 1 viiralle 2 ja sen ollessa edelleen olen-25 naisesti nestemäisenä seoksena siinä esiintyy turbulenssia, johon vaikuttavat sekä foililistat 5 että imulaatikot 6 ja tämä turbulenssi aikaansaa toisaalta kuitujen sekoittumisen ja tarttumisen toisiinsa, mutta väärässä kohdassa oleva liian voimakas turbulenssi saattaa puolestaan rikkoa 30 kuitujen väliset sidokset heikentäen valmiiksi huopautu-neen rainanosan lujuutta ja muita ominaisuuksia. Jotta turbulenssi voitaisiin säätää mahdollisimman sopivaksi tuotteen valmistamisen ja ominaisuuksien kannalta, on tarpeen tietää minkälainen turbulenssi rainanmuodostusosalla 35 4 missäkin kohdassa sijaitsee.

5 87836

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen mittauslaitteisto, jossa on ultraäänianturi 11, joka on kytketty signaalinkäsittelylaitteeseen 12, jossa ultraäänen heijas-tumapulssien perusteella määritellään, kuinka paksu kuitu-5 raina mittaushetkellä oli ja näin ollen mittaussignaalien perusteella voidaan määritellä, mikä on pienin kuiturainan paksuus ja vastaavasti, mikä on suurin kuiturainan paksuus sekä, mikä paksuusvaihtelu kuiturainassa mittauskohdalla on riippumatta siitä, onko kuituraina osittain tai koko-10 naan kuitumassaseoksen muodossa. Signaalinkäsittelylaite 12 on edelleen kytketty tietojenkeruutietokoneeseen 13, jossa mitattujen rainanpaksuuksien perusteella lasketaan tiettynä mittausaikana, minkälaisia paksuuksia on mitattu ja kuinka monta kertaa kukin paksuusmitta on mittausaikana 15 mitattu, jolloin saadaan profiili turbulenssin käyttäytymisestä sekä mahdollisesti huopautuneen rainan paksuus tietyssä mittauskohdassa. Tietojenkeruutietokone 13 puolestaan on kytketty esimerkiksi tavalliseen mikrotietokoneeseen 14, jossa mitattujen arvojen perusteella muodoste-20 taan tulostuskäyrät, joista graafisesti ilmenee erilaisia seikkoja, kuten esimerkiksi turbulenssiprofiili. Edelleen mikrotietokone 14 voidaan kytkeä piirturiin 15, joka tulostaa mittauksen perusteella tehtyjen käyrien kuvat ja tarvittaessa myös halutun määrän numeerisia arvoja.

25 Kuvioissa 3a ja 3b on esitetty kaavamaisesti mit taustilanne suurennettuna sekä, kuinka mittausarvot sig-naalikäsittelylaitteessa periaatteessa muodostetaan. Ai-nakin osaksi kuitumassasuspensioo muodossa oleva kuituraina 16 liikkuu viiran 2 mukana ultraäänianturin 11 ohi, 30 jolloin siihen lähetetään mittaussignaali ja heijastuneen pulssin perusteella mitataan senhetkinen kuiturainan paksuus hx. Mittaus suoritetaan tietyn määrämittaisen mittaus-jakson ajan, jolloin saadaan riittävä määrä pulsseja vaihtelujen ilmaisemiseksi tilastollisilla perusteilla.

— 35 Kuviossa 3b on esitetty, kuinka tietynlainen mit- 6 87836 taustulos saadaan aikaan, jolloin kuviossa 3b vaakasuunta esittää mittausaikaa t ja pystysuuntaan mitattua rainan paksuutta hx. Kun mittaus alkaa otetaan kustakin mittaus-pulssista pl - pn sen aikana mitattu rainan paksuus hO -5 hn, jolloin esimerkiksi ensimmäisessä pulssissa pl saadaan rainan paksuudeksi h8, toisessa pulssissa p2 saadaan rainan paksuudeksi h4, kolmannessa pulssissa p3 saadaan rainan paksuudeksi h3, neljännessä pulssissa p4 saadaan rainan paksuudeksi h7 jne. Tällä tavalla voidaan jokaisen 10 mittauspulssin tuloksena määritellä, mihin korkeusluokkaan rainan paksuus hx mittaushetkellä sijoittuu ja eri paksuus-luokkien ilmenemismäärät lasketaan tiedonkeruutietokoneen 13 avulla niin, että mittausajan kuluessa saadaan selville kuinka monta pulssia kutakin rainan paksuusluokkaa kohti 15 on tullut. Kun kaikki mittauskohdat on mitattu, mikä käytännössä useimmiten tarkoittaa, että mitataan turbulenssi-kuva rainanmuodostusosan 4 pituussuunnassa useista peräkkäisistä kohdista, mutta sen sijaan viiran poikkisuunnassa vain yhdestä viiran reunasta tietyn matkan päässä olevasta 20 kohdasta, siirretään tiedot tiedonkeruutietokoneelta 13 mikrotietokoneelle 14, jossa siitä muodostetaan graafinen esitys.

Kuviossa 4 on kaavamaisesti mittaustuloksena saatava mikrotietokoneen kuvaruudulle tulostettavissa oleva 25 rainanmuodostusprofiili, jolloin asteikossa vaakasuuntai sella akselilla merkitty nollasta alkaen rainan paksuus ja pystyakselilla n merkitty kyseisen paksuuden ilmaisevien pulssien lukumäärä mittausaikana. Rainanmuodostusprofiili ilmaisee rainanmuodostusosan alkupäässä pelkästään turbu-30 lenssinvaihtelua, mutta sen loppupäässä sekä turbulenssin-vaihtelua että huopautuneen rainan paksuuden ja myös sen vaihtelua. Käyrä on esitetty mitattujen ja laskettujen lukumäärien perusteella muodostettujen arvojen verhokäyrä-nä, joka kuvaa selvästi turbulenssin esiintymistä ja sitä, 35 minkälaiset paksuusvaihtelut rainassa kyseisellä mittaus- 7 37836 kohdalla Ilmenevät.

Kuviossa 5 on puolestaan esitetty kaavamaisesti keksinnön mukainen graafinen esitystapa, jossa kuvion taustalla on kaavamaisesti mittakaavaan tehty kuva 17 mit-5 tauksen kohteena olleesta rainanmuodostusosasta oikeassa mittasuhteessa sekä siinä olevista fOileista ja imulaati-koista. Samoin kuvioon on merkitty perspektiivinomaisesti katkoviivoilla 18a-18n kohdat, joissa ultraäänimittaukset on rainanmuodostusosalla 4 tehty. Edelleen kuviossa 5 on 10 perspektiivisesti esitetty kultakin mittauskohdalta kuvion 4 mukaiset rainanmuodostusprofiilin ilmaisevat verhokäyrät Tl-Tn, jotka ilmaisevat, minkälainen ja minkä suuruinen turbulenssi ja mahdollisesti rainan huopautuminen kussakin mittauskohdassa on ilmennyt. Tämän perusteella voidaan 15 määritellä, mitkä ovat rainan paksuuden minimi ja maksimiarvot kussakin kohdassa ja vastaavasti niiden perusteella on verhokäyrien perspektiivisesti esitetyllä perustasolla eli paksuuden hx suuntaisella tasolla esitetty viivoitettu pinta-ala-kuvio 19, joka ilmaisee rainan turbulenssivaih-20 telut rainanmuodostusosan pituudella sekä vastaavalla tavalla viivoitettu pinta-ala-kuvio 20, joka ilmaisee rainan huopautumisen vaihtelut rainanmuodostusosan pituudella. Tällöin voidaan esimerkiksi nähdä, että turbulenssivaihte-• lut kuvion 5 osoittamassa tilanteessa pienenevät rainan- :.j.‘ 25 muodostusosan 4 keskikohdalla ja vastaavasti sen jälkeen jälleen lisääntyvät voimakkaasti. Tämä merkitsee, että rainanmuodostusosan loppuosassa on todennäköisesti liian voimakas turbulenssi ja sen seurauksena rainan kuitujen sidokset löystyvät tai irtoavat, jolloin huopautunut raina 30 välillä rikkoutuu ja seurauksena on lujuudeltaan heikompaa rainaa. Kuvion mukaisen tuloksen perusteella voidaan rai-nanmuodostusosaan säätää niin, että turbulenssi saadaan mahdollisimman hyvin halutun muotoiseksi, jolloin mittaamalla muodostuneen rainan lujuusarvot ja muut ominaisuudet — 35 voidaan tietyn rainanmuodostusosan turbulensslkuvion op- 8 37836 timimuoto määritellä ja jatkossa säätää se vastaavasti aina mahdollisimman lähelle tällä tavalla mittaamalla saatua optimikuviota. Kuviossa 5 on edelleen esitetty numerolla 21 käyrä, joka ilmaisee kuiturainan kosteussuhdetta 5 eli lukuarvoa kg vettä/kg kuitua, jolloin samalla saadaan myös kuvaa siitä, miten raina muodostuu ja nähdään, milloin raina alkaa huopautua.

Edellä selityksessä ja piirustuksissa on keksintöä selostettu vain esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään 10 tavalla sidottu siihen. Tietojenkeruutietokone 13 voi olla paitsi erillinen yksikkö myös normaaliin tietokoneeseen kuten mikrotietokoneeseen liittyvä kiinteä yksikkö ja tietokone 14 voi olla jopa rakennettu ja suunniteltu tällaista mittaustoimintaa varten. Samoin signaalinkäsittelyosa 15 12 voi muodostua joko erillisestä laitteesta tai tietoko neeseen kiinteästi kuuluvasta yksiköstä, jolloin yksinkertaisemmassa toteutusmuodossa laitteisto on yksi yksikkö, johon mittausanturit 11 kiinnitetään. Mittaustuloksena saatavien tietojen käsittely ja niiden muuttaminen graafi-20 seen muotoon voidaan tehdä eri tavoin, jolloin tulos voidaan esittää halutulla tavalla, vaikkakin kuvion 5 mukainen rainanmuodostusosan mittasuhteisiin liittyvä perspektiivinen esitystapa on hyvin edullinen ja havainnollinen tähän tarkoitukseen. Rainanmuodostusprofiili voidaan muo-25 dostaa ilmaisemaan vain turbulenssiprofiili tai vastaavasti pelkästään huopautuneen rainan paksuus tai kuten edellä on esitetty haluttaessa molemmat. Paperikoneella on tässä patenttihakemuksessa ja patenttivaatimuksissa tarkoitettu sekä paperikonetta, kartonkikonetta muuta vastaavalla ta-30 valla kuiturainaa muodostavaa konetta, jossa raina syötetään viiran päälle ja vesi poistetaan rainanmuodostusosal-la pelkästään sen alapuolelta.

Claims (11)

1. Menetelmä kuiturainan (16) muodostumisen mittaamiseksi paperikoneen rainanmuodostusosalla, jossa me- 5 netelmässä kuiturainan (16) paksuutta (hx) mitataan ult-raäänimittalaitteella (11) lähettämällä ultraäänisignaa-leja kuiturainaan (16) sen paksuussuunnassa ja rekisteröimällä heijastuneiden pulssien avulla kuiturainan (16) paksuuden (hx) vaihtelua, tunnettu siitä, että 10 kussakin mittauskohdassa suoritetaan mittaus useita kertoja ennalta määrätyn mittausjakson aikana, että kutakin kuiturainan (16) jonkin rajapinnan ilmaisevaa paksuusar-voa ilmaisevien mittausten lukumäärä lasketaan ja että kyseisessä mittauskohdassa määritellään rainanmuodostu-15 misprofiili (Tl-Tn) kunkin mitatun paksuuden (hl-hn) ja kutakin paksuutta (hl-hn) vastaavien mittausten lukumäärän perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan 10 - 180 sekun- 20 tia pitkänä aikajaksona.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan ennalta määrätyn mittauspulssimäärän mukaisena aikajaksona.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mene- 25 telmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan rainanmuodostusosalla (4) ennalta määrätyissä kohdissa viiran (2) kulkusuunnassa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaustulos mää- 30 ritellään kutakin mitattua paksuutta (hl-hn) kohti ilmennyttä mittausten lukumäärää (n) vastaavien janojen kärki-... en kautta kulkevana verhokäyränä.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitatut paksuudet 35 (hx) jaetaan ennalta määrättyihin suuruusluokkiin ja että 10 87 836 kuhunkin suuruusluokkaan kuuluvien paksuusmittausten lukumäärä lasketaan.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan kuitumas- 5 saseoksen muodossa olevan kuiturainan (16) turbulenssi-vaihtelua.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan jo huo-pautuneen kuiturainan (16) paksuutta.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaustulos koko rainanmuodostusosalla (4) ilmaistaan graafisesti kaaviona, jossa on esitetty kaavamaisesti rainanmuodostusosa pituussuuntaisessa mittasuhteessaan ja että rainanmuodostusosan 15 kaavion (17) kunkin mittauskohdan kohdalle on perspektii-visesti piirrettynä kyseiseltä kohdalta mitattuna rainan-muodostusprofiili (Tl-Tn).

9 87836

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssivaihtelu ja huo-20 pautuneen kuiturainan (16) paksuus esitetään erillisinä vaihteluidensa minimi- ja maksimiarvojen välisinä pintoina rainanmuodostusprofiilin (Tl-Tn) perspektiivisellä pohjatasolla.

11 :17336