FI89085B - Regleringsfoerfarande foer en pappersmaskins pressparti - Google Patents

Description

89085 Säätömenetelmä paperikoneen puristinosalla Regleringsförfarande för en pappersmaskins pressparti 5

Keksinnön kohteena on säätömenetelmä paperikoneen puristinosassa, eten-10 kin ns. suljetussa puristinosassa, jossa on sileäpintainen puristinte-la, paperirainan irrotuksen hallitsemiseksi mainitulta puristintelalta, jossa menetelmässä mitataan rainan irrotusjännitystä suoraan tai välillisesti irrotusvedon irtoamiskulman ja/tai irrotusvedon tulo- ja lähtö-puolen välisen nopeuseron avulla ja näin aikaansaatua mittaustulosta 15 käytetään säädössä takaisinkytkentäsignaalina.

Paperikoneessa käytetään yleisesti ns. suljettuja puristinosia, joissa keskitelan yhteyteen muodostuu yksi tai yleensä useampia puristinnippe-jä. Esimerkki tällaisesta ennestään tunnetusta puristinosasta on haki-20 jän tavaramerkillä "Sym-Press II" markkinoima puristinosa, jonka sileäpintainen keskitela, joka on muita puristinteloja suurempiläpimittainen tela, on tavallisesti tehty kivestä, yleensä graniitista. Graniitti on epähomogeenisena, pienen vetolujuuden omaavana luonnonmateriaalina koneenrakennuksessa varsin ongelmallinen. Jos granittitelaa haluttaisiin 25 lämmittää, on sen lämpötilasta riippuvat muodonmuutokset epälineaarisia ja vaikeasti ennustettavia.

Graniitilla puristintelamateriaalina on suhteellisen hyvät rainan tartunta- , siirto- ja irrotusominaisuudet, mistä ainakin osittain sen suo-30 sio johtuu. Irrotusominaisuuksissa on kuitenkin parantamisen varaa varsinkin valkaisemattomilla paperilaaduilla.

Ennestään tunnetusti raina irrotetaan vapaana tukemattomana vetona puristimen mainitun keskitelan pinnalta. Tämä vapaa veto on varsin 35 kriittinen paperikoneen toiminnan kannalta. Ko. vapaassa vedossa käytetään nopeuseroa, joka venyttää rainaa, mistä on seurauksena tietyt epäkohdat. Lisäksi mainittu vapaa veto muodostaa katkoille alttiin ongelmakohdan paperikoneessa.

2 89085

Esillä olevaan keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan FI-patentteihin 47797 ja 71367, FI-patenttihakemuksiin 770610 ja 803021 sekä SE-patenttiin 48115. Näistä viitejulkaisuista voidaan useimmista yleisesti todeta, että niissä on esitetty järjestelyjä, joilla rainan 5 tai sileän pinnan lämpötila asetetaan tietylle tasolle tarkoituksena useimmiten puristintelan vedenpoistotehon maksimoiminen muiden reunaehtojen sallimissa rajoissa. Em. viitteissä ei ole esitetty eikä ymmärretty sileäpintaisen puristintelan pinnan lämpötilan säädön vaikutusta telapinnan ja irrotettavan paperirainan väliseen adheesioon eikä mai-10 nittujen tekijöiden vaikutusta paperirainan irrotuskulmaan tai irrotus-jännitykseen.

Tekniikan taso ei ole tarjonnut tehokkaita keinoja, joilla olisi voitu hallita sileäpintaiselta keskitelalta tapahtuvaa rainan vapaata vetoa. 15 Graniitin edellä mainitut epäedulliset ominaisuudet ovat osaltaan rajoittaneet mainitun vapaan vedon hallintaa.

Rainan vapaa veto on muodostunut entistä suuremmaksi ongelmakohdaksi paperikoneiden nopeuksien yhä entisestään noustessa ja sen vuoksi, että 20 paperikoneella valmistetaan usein erilaisia paperilaatuja, joiden adheesio kivitelan pintaan on erilainen, mistä johtuu vaihteluita rainan tarvittavaan irrotusjännitykseen.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi säätömenetelmä, jossa pape-25 riradan irtoamista puristimen keskitelan sileältä pinnalta voidaan entistä paremmin hallita.

Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen edellä mainittu radan irtoamisen säätömenetelmä, jossa radan irrotusjännitys voidaan 30 asettaa optimaaliseksi paperiradan kuiva-ainepitoisuudesta, aineen pintaenergiasta ja paperikoneen nopeudesta riippumatta.

Kuten selityksen alussa on todettu, on keksinnön kohteena sellainen säätömenetelmä, jossa mitataan rainan irrotusjännitystä suoraan tai 35 välillisesti irrotusvedon irtoamiskulman ja/tai irrotusvedon tulo- ja lähtöpuolen välisen nopeuseron avulla ja näin aikaansaatua mittaustu- 3 89085 losta käytetään säädössä takaisinkytkentäsignaalina. Keksinnön menetelmälle onkin pääasiallisesti tunnusomaista se, että yllä määritellyn takaisinkytkentäsignaalin perusteella säädetään mainitun sileäpintaisen puristintelan pinnan lämpötilaa, ja että mainitun säädön avulla vaiku-5 tetaan mainitun telapinnan ja irrotettavan paperirainan väliseen adheesioon ja sitä kautta asetetaan paperirainan irrotuskulma ja/tai irrotusjännitys optimialueelle.

Esillä oleva keksintö perustuu siihen havaintoon, että paperirainan ja 10 sileän telapinnan, josta raina on tarkoitus irrottaa, keskeisen rajapinnan lämpötila vaikuttaa rainan kuiva-ainepitoisuuteen, kontaktissa olevien materiaalien pintaenergioihin, veden viskositeettiin, mitkä parametrit puolestaan vaikuttavat paperiradan sekä siinä olevan veden ja sileän telapinnan väliseen adheesioon. Mainittujen parametrien keski-15 näiset riippuvuudet selvittämällä, hallitsemalla ja telapinnan lämpötilaa tämän tiedon perusteella keksinnön säätöjärjestelmällä säätämällä saadaan paperiradan irrotusjännitys asetettua hyvinkin vaihtelevissa toimintaolosuhteissa sopivaksi. Näin ollen keksinnössä voidaan eri paperilaatuja ajettaessa ja paperikoneen eri nopeuksilla säätää telan 20 sileän pinnan lämpötila tiettyyn asetusarvoon, joka antaa optimaalisen rainan irrotuksen ja ajettavuuden kulloinkin käytetyllä rainan laadulla ja konenopeudella.

Keksinnön mukainen säätömenetelmä varustetaan takaisinkytkennällä, 25 jossa rainan käyttäytymistä irrotusvedossa tarkkaillaan joko visuaalisesti, optisilla tai paikantuntevilla detektoreilla. Mainitussa takai-sinkytkennässä voidaan käyttää mittaussignaalina tai säätösignaalina kuivatusryhmän ja puristimen välistä rainan nopeuseroa tai erillistä mittaustelaa, jolla ratajännitystä voidaan mitata.

30

Keksinnön mukaista säätömenetelmää soveltaen sellaisessa puristimessa, jossa käytetään puristimen keskitelana tai vastaavana muuna sileäpin-taisena telana, jolta paperiraina tahdotaan irrottaa, metallilla, keräämillä tai näiden seoksilla päällystettyä pääasiallisesti metalli-35 valppaista telaa, valurautatelaa tai päällystämätöntä metallitelaa, joka on järjestetty säädettävillä lämmityslaitteilla lämmitettäväksi.

4 89085 Lämmitys voi tapahtua telan sisäpuolelta ja/tai ui- kopuolelta ainakin osittain ennestään tunnettuja tekniikkoja soveltaen.

Keksintöä ei ole mitenkään rajoitettu käytettäväksi paperikoneiden sul-5 jettujen puristinosien keskitelalta tapahtuvassa rainan irrotuksen yhteydessä, vaan keksintö soveltuu ja on tarkoitettu yleensä puristimen sileäpintaiselta, siis muultakin kuin keskitelalta, tapahtuvan rainan irrotuksen hallintaan.

10 Keksintöä sovelletaan edullisesti ympäristössä, jossa keskitelan tai vastaavan sileän pinnan lämpötilaprofiili järjestetään säädettäväksi telan aksiaalisuunnassa. Tällä menettelyllä voidaan irrotusjännityksen jakautumaa rainan poikkisuunnassa asettaa optimaaliseksi ja ehkäistä irrotusviivan käyristymistä rainan reuna-alueella ja täten estää yleen-15 sä rainan reuna-alueilta alkavat ratakatkot.

Erityisen korostuneesti keksinnön edut tulevat esille ohuilla paperi-laaduilla, joilla keksinnön avulla voidaan mainitussa vapaassa vedossa tapahtuvia rainan katkoja olennaisesti vähentää.

20

Eräissä tapauksissa voidaan keksinnön ansiosta mainittua vapaata vetoa lyhentää tai siirtyä jopa käytännöllisesti katsoen suljettuun vientiin puristinosalta kuivatusosalle.

25 Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisesti keksinnön fysikaalista taustaa sekä sen eräitä toteutusesimerkkejä viittaamalla oheisten piirustusten kuvioiden esityksiin.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti ennestään tunnettua suljettua puristin-30 osaa, jossa on keksinnön menetelmää soveltavat laitteet.

Kuvio 2 esittää puristinosan jälkipäätä ja rainan vapaan vedon geometriaa ja sen eri parametreja.

35 Kuvio 3 havainnollistaa veden viskositeetin ja pintajännityksen riippuvuutta lämpötilasta.

5 89035

Kuvio 4 esittää kaaviollisesti keksinnön soveltamiseen soveltuvaa in-duktiokuumennuslaitteen periaatetta konesuunnassa nähtynä.

Kuvio 5 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukaisen induktiokuumen-5 nuslaitteen toteutusesimerkkiä.

Kuvio 1 esittää kaaviollisena sivukuvana hakijan "Sym-Press II" (TM) puristinosaa, jossa on sovellettu keksinnön mukaista säätösysteemiä. Aluksi selostetaan keksinnön taustaksi kuviossa 1 esitetyn puristinosan 10 ennestään tunnettu yleisrakenne. Paperiraina W suotautetaan paperikoneen muodostusviiralla 50, josta raina W irrotetaan viiran 50 viiran imutelan 51 ja viiran vetotelan 52 välisellä alaviistolla juoksulla irrotuskohdassa P ja siirretään pick-up-telan 53 imuvyöhykkeellä 53a pick-up-huovalle 55, jonka alapinnalla raina V siirretään ensimmäiseen 15 vettä poistavaan puristlnnippiin N2.

Ensimmäinen nippi N3 muodostuu puristinimutelan 54 ja onsipinnalla 57 varustetun alapuolisen puristintelan 56 välille. Nipin Nx kautta kulkee kaksi huopaa, nimittäin johtotelojen 58 ja 59 ohjaama alahuopa 60 ja 20 pick-up-huopa 55, joka toimii ensimmäisessä nipissä N3 ylähuopana. Ensimmäisen nipin Nx jälkeen raina W seuraa puristinimutelan 54 imu-vyöhykkeen 54a vaikutuksesta ylätelaa 54 siirtyen toiseen vettä poistavaan puristinnippiin N2, joka muodostuu em. puristinimutelan 54 ja sileällä pinnalla 10' varustetun keskitelan 10 välille. Keskitelan 10 25 halkaisija Dj on olennaisesti suurempi kuin muiden puristintelojen 54,56,61 halkaisijat. Tämän ansiosta keskitelan 10 ympärille mahtuu eri laitteita mm. keksinnössä sovellettavat lämmityslaitteet 20,80,100. Imutela 54 imusektorilla 54a on höyrylaatikko 81, joka vaikuttaa rainan W ulkopintaan kohottaen rainan W ja siinä olevan veden lämpötilaa veden 30 viskositeettia pienentäen.

Toisen nipin N2 olennaisesti keskitelan 10 vastakkaisella puolella on kolmas vettä poistava puristinnippi N3, jonka kautta kulkee puristin-huopa 65 johtotelojen 63 ja 64 ohjaamana. Nipin N3 teloina ovat keski-35 tela 10 ja onsipinnalla 62 varustettu puristlntela 61.

6 89085

Keskitelan 10 sileän pinnan 10' adheesio-ominaisuudet ovat sellaiset, että raina toisen nipin N2 jälkeen seuraa keskitelan 10 pintaa 10'. Keskitelan 10 alapuolisella vapaalla sektorilla on kaavari 69, joka pitää telapinnan 10' puhtaana ja irrottaa hylkyyn menevän paperirainan 5 telapinnalta 10'. Keskitelan 10 pinnalta 10' raina irrotetaan irrotus-kohdassa R vapaana vetona W0 ja siirretään kuivatusviiralle 70, jonka silmukka on tuotu mahdollisimman pienen välin päähän telan 10 pinnasta 10' johtotelan 66 ohjaamana. Johtotelan 66 jälkeen on kuivatusviiran 70 silmukan sisällä imulaatikot 67, jotka varmistavat, että raina W tart-10 tuu kuivatusviiraan 70 ja siirtyy luotettavasti kuivatusosalle, jonka ensimmäistä kuivatussylinteriä tai vastaavaa lead-in-sylinteriä on merkitty viitenumerolla 68.

Seuraavassa selostetaan kuvioon 2 viitaten rainan W irrotusta keskite-15 lan 10 sileältä pinnalta 10' ja siirtämistä vapaana vetona tai W2 kuivatusviiralle 70. Kuviossa 2 on vedon W2 irrotuskulmaa merkitty 91:llä ja vastaavaa irrotuskohtaa R1:llä. Toisen vedon W2 irrotuskulmaa merkitty ö2:lla ja irrotuskohtaa R2:lla. Vapaiden vetojen Wx ja W2 irro-tusjännityksiä on merkitty Tjillä ja T2:lla.

20

Yleisesti voidaan todeta, että mitä pienempi irrotuskulma Θ on, sitä suurempi on tarvittava irrotusjännitys T. Irrotusjännityksen T puolestaan määrää kuivatusviiran 70 nopeuden v2 ja keskitelan 10 pinnan 10' nopeuden v: erotus eli ns. vetoero Δν - v2 - v2 (vx - rainan nopeus pu-25 ristinosalla ennen irroitusta, v2 — rainan nopeus kuivatusosan alussa). Yleensä Δν/ν1 on alueella Δν/νχ — 1 %...3 %. Ratajännitys eli irrotus-jännitys T voidaan laskea Jasper Mardon'in mukaan seuraavasti: WE + Ws 30 T--+ (1 + c) mv2 (1)

1 - cosQ

35 μν 0,95

Ws - 8.42 [uv/(-)] (2) a 40 7 89085 joissa T - ratajännitys θ - irtoamiskulma 5 WE - radan venymätyö Ws - irrotus työ £ - venymä m - massa v — nopeus 10 u - viskositeetti a — pintaenergia

Esitetyistä kaavoista (1) ja (2) selviää keksinnön kannalta seuraavat olennaiset seikat. Kun rainan W ja telapinnan 10' välisen kosketuspin-15 nan lämpötila nousee, irrotusjännitys T pienenee, koska viskositeetti u pienenee ja pintaenergia a myös pienenee, mikä osaltaan johtaa siihen, että irtoamistyö Ws (kaava (2)) pienenee ja kuiva-ainepitoisuus kasvaa (viimemainitun johdosta termi mv2 pienenee).

20 Kuviossa 3 on esitetty veden viskositeetin ja pintajännityksen riippuvuus lämpötilasta. Kuten havaitaan pintajännitys alenee olennaisesti lineaarisesti lämpötilan kasvaessa, kun taas viskositeetti alenee lämpötila-alueella 0°C-80°C hyvin jyrkästi ja sen jälkeen pääasiallisesti samassa suhteessa kun pintajännitys lämpötilan kasvaessa alenee.

25

Kuviosta 3 samoin kuin edellä esitetyistä yhtälöistä (1) ja (2) on pääteltävissä, että telapinnan 10' lämpötilan kasvaessa rainan W tela-pinnalta 10' irrotukseen tarvittava ratajännitys T pienenee eli raina W irtoaa helpommin korkeammissa lämpötiloissa telapinnalta 10'.

30

Edellä esitettyjä riippuvuuksia käytetään keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä hyväksi varustamalla se takaisinkytkennällä, jossa rainan W käyttäytymistä irrotusvedossa W0 tarkkaillaan joko visuaalisesti tai optisilla tai paikantuntevilla detektoreilla. Mainitussa takaisinkyt-35 kennässä voidaan käyttää telan 10 pinnan lämpötilaa säätävänä signaalina kuivatusryhmän ja puristimen välistä rainan nopeuseroa tai erillisellä mittaustelalla mitattua ratajännitystä T.

8 89085

Keksinnön sovellusympäristössä keskitelana 10 käytetään yleensä metal-livaippaista telaa, sopivimmin ferromagneettista ainetta olevaa telaa, siis sellaista telamateriaalia joka on konstruktiivisesti ja käytön kannalta edullisempaa kuin kivimateriaali.

5

Esillä olevassa keksinnössä on käytetty aktiivisesti hyväksi edellä selvitettyä ratajännityksen T ja telapinnan 10' lämpötilan välistä, yleensä käänteistä riippuvuutta. Tässä tarkoituksessa on kuvion 1 mukaisesti keskitelan 10 pinnan 10' yhteyteen nippien N2 ja N3 välille 10 sijoitettu höyrylaatikko 80, johon johdetulla höyryllä Sln vaikutetaan rainan W ja siinä olevan veden lämpötilaan ja viskositeettiin sekä välillisesti myös telan 10 pinnan 10' lämpötilaan.

Kuvion 1 mukaisesti on ennen irrotuskohtaa R olennaisesti keskitelan 10 15 pyörimiskeskiön kautta asetettuun vaakatasoon sijoitettu induktiiviset kuumennuslaitteet 20, jotka vaikuttavat kosketuksettomasti ilmavälin V kautta pääasiallisesti telapinnan 10' ohuen pintakerroksen lämpötilaan.

Kuvion 1 mukaisesti telan 10 sisälle syötetään putken 91 ja yhteen 90 20 kautta lämmitysväliainetta Fin, joka otetaan telasta ulos (Fout) saman yhteen 90 tai vastakkaisen tela-akselin yhteydessä olevan toisen yhteen (ei esitetty) ja putken 92 kautta. Lämmitysväliaineen kierrätys- ja lämmityslaitteita on kuvioon 1 merkitty kaaviollisesti lohkolla 100.

25 Vaikka kuviossa 1 on esitetty kolmet eri laitteet 20;80 ja 100 keskitelan 10 pinnan 10' ja rainan W lämmittämiseksi vapaan vedon W0,Wl(W2 vetojännityksen T.T^Tj hallitsemiseksi, nimittäin höyrylaatikko 80, induktiiviset kuumennuslaitteet 20 ja lämmitysväliaineen lämmitys- ja kierrätyslaitteet 90,91,92 ja 100, ei käytännössä näitä kaikkia keinoja 30 yleensä tarvitse käyttää samalla kertaa yhdessä sovelluksessa.

Kuten edellä on jo alustavasti selvinnyt ei keksinnön säätömenetelmää soveltaessa puristimen keskitelana tai vastaavana sileäpintaisena muuna telana käytetä graniittitelaa eikä muutakaan kivitelaa, vaan metallil-35 la, keräämillä tai näiden seoksella päällystettyä metallivaippaista telaa, valurautatelaa tai päällystämätöntä metallitelaa, joka on konst- 9 89085 ruktiivisesti edullisempi kuin luonnonmateriaalia oleva kivitela. Me-tallitelan 10 tai vastaavan pinta 10' on lämmitettävissä keksinnön kannalta optimaaliseen lämpötilaan ilman hallitsemattomia muutosilmiöitä.

5

Keksinnön yhteydessä voidaan edullisesti käyttää keskitelana 10 sellaista synteettistä puristintelaa, joka on esitetty hakijan FI-patent-tihakemuksessa n:o 853544 tai n:o 854748, joissa esitetyn mukaisesti telan pintaenergia voidaan valita perustasoltaan keksinnön kannalta 10 sopivaksi rainan W ja telapinnan 10' välinen adheesio ja irrotustapah-tuma huomioonottaen.

Edellä esitetyn höyrylaatikon 80 asemesta tai sen lisäksi voidaan käyttää säteilykuumenninta esim. infrapunakuumenninta, jotka ovat raken-15 teeltaan sinänsä tunnettuja ja joiden eräs rakenne-esimerkki selviää esim. hakijan FI-patenttihakemuksesta n:o 861086 tosin infraleiju-kuivattimen yhteydessä sovellettuna.

Kuviossa 1 esitetyn telan 10 sisällä kierrätettävällä (Fin-Fout) lämmi-20 tysväliaineella tapahtuvan kuumennuksen lisäksi voidaan käyttää sähköisiä kuumennuslaitteita, kuten vastuskuumennusta tai induktiivista kuumennusta. Eräs esimerkki telan sisäisistä kuumennuslaitteista, jotka soveltuvat keksinnön yhteydessä käytettäviksi, on esitetty hakijan FI-patentissa n:o 69 151, jossa esitetyin laittein myös lämpötilajakau-25 tumaa telan 10 aksiaalisuunnassa voidaan hallita.

Keskitelan kuumentamiseen ennen viimeistä nippiä N3 voidaan käyttää joko höyrylaatikkoa 80, infrakuumennusta ja/tai induktiivista kuumennusta. Keskitelan 10 sisäpuolisessa kuumennuksessa voidaan käyttää joko kier-30 rätettävää väliainetta, kuten höyryä tai vettä ja/tai sähköistä kuumennusta, kuten induktiivista kuumennusta tai resistiivistä kuumennusta. Rainan W irrotuskohdan R alueella telan 10 säädettävinä kuumennuslaitteina voidaan käyttää joko infrapunakuumennusta ja/tai induktiivista kuumennuslaitetta 20.

35 10 89085

Seuraavassa selostetaan kuvioihin 4 ja 5 viitaten induktiiviset kuumen-nuslaitteet 20, jotka ovat tämänhetkisen arvion mukaisesti keksinnön edullisimmat säätömenetelmän toteutuksessa sekä tehokkuuden että säätöjä lämmitysvaikutuksen poikkisuuntaisen profiilin säätömahdollisuuden 5 kannalta.

Kuviossa 4 esitetty sileäpintainen 10' puristintela 10 on tela, jolta raina W irrotetaan. Tela 10 on sileä- ja kovapintainen 10' ja sillä on sylinterimäinen vaippa, joka on tehty sopivasta ferromagneettisesta ai-10 neesta, joka on valittu telan lujuusominaisuudet ja keksinnön mukainen induktiivinen ja sähkömagneettinen kuumennus huomioonottaen. Tela 10 on laakeroitu keskiakselinsa K-K ympäri pyöriväksi päätyjensä 11 ja akse-litappiensa 12 välityksellä. Akselitapeilla 12 on laakerit, jotka on sovitettu laakeripesiin. Laakeripesät on kiinnitetty telan kannatusrun-15 koon, joka on alustan varassa.

Telan 10 sisätilaan, voidaan sovittaa sinänsä tunnetut taipumakompen-sointi tai -säätölaitteet, joille jää keksinnön ansiosta hyvin tilaa, koska telan 10 sisätilassa ei tarvitse välttämättä käyttää nestemäisel-20 la väliaineella toimivia tai muita vastaavia kuumennuslaitteita, joita kuitenkaan ei ole poissuljettu tämän keksinnön yhteydessä käytettävinä laitteina.

Tela 10 on järjestetty induktiivisesti ja sähkömagneettisesti pyörre-25 virroilla kuumennettavaksi siten, että telan 10 pinnan 10' lämpötilaa tämän kuumennuksen ansiosta nostetaan huomattavan korkealle, yleensä n. 70°C-100°C:een. Induktiivisen kuumennuksen toteuttamiseksi telan 10 tuntumaan sen aksiaalisuuntaan samaan vaakariviin keskenään on järjestetty rautasydämen osasydämiä 201,202. . ·20„. Nämä osasydämet 20n muodos-30 tavat magneettikenkälaitteen 20, johon kuuluu lisäksi magnetoimiskela 30 tai kullakin osasydämellä oma kelansa (ei esitetty). Induktiivinen kuumennus suoritetaan kosketuksettomasti niin, että rautasydämen ja telan 10 pinnan 10' väliin jää pieni ilmaväli V, jonka kautta rautasydämen magneettivuot sulkeutuvat telan 10 vaipan kautta aiheuttaen siel-35 lä kuumennusvaikutuksen.

i n 89085

Kuvioiden 4 ja 5 mukaisesti kaikilla osasydämillä 201...20N (N - 16) on yhteinen magnetoimiskela 30, jossa kuvion 5 mukaisesti on kaksi kierrosta ja kuvion 5 mukaisesti vain yksi kierros.

5 Kukin osasydän 20n erikseen on järjestetty siirrettäviksi telan 10 radiaalitasossa aktiivisen ilmavälin V suuruuden ja samalla lämmitys-tehon säätämistä varten. Tässä tarkoituksessa on kukin osasydän kiinnitetty nivelöidysti runkoon. Osasydänten 20n siirtäminen voidaan järjestää erilaisilla mekanismeilla. Mainitut ilmavälit voivat yleensä 10 vaihdella esim. välillä n. 1....100 mm. Ilmavälien mekaanisten säätölaitteiden osalta, joiden rakennetta tässä yhteydessä ei ole esitetty, viitataan hakijan em. FI-patenttihakemukseen n:o 833589.

Keksinnön säätömenetelmän toteutuksen sähköteknisen taustan osalta 15 todetaan seuraavaa. Kun sähköä johtavaan materiaaliin järjestetään muuttuva magneettikenttä, materiaalissa tunnetusti syntyy pyörrevirta-ja hysteresishäviviöitä ja materiaali lämpenee. Pyörrevirtojen teho (P) riippuu magneettikentän voimakkuudesta (B) ja magneettikentän muuttumistaajuudesta (f) seuraavasti 20 P - B2 · f2 (3)

Telalla 30 synnytetty vaihteleva magneettikenttä sulkeutuu rautasydämen otsapinnan ja ilmavälien V välitse telan 10 vaipan kautta. Tämä mag-25 neettikenttä indusoi telavaipan 10 pintakerroksen pyörrevirtoja, jotka telavaipan 10 suuren resistanssin vuoksi synnyttävät lämpöä. Vaippaan 10 indusoituvien pyörrevirtojen jakautuminen telan säteen suunnassa x noudattaa lakia 30 Ix - Iee-*/<r (4)

Ix en virtatiheys syvyydellä x telan vaippapinnasta 10' laskien, I„ virrantiheys vaipan 10 pinnalla 10’ ja a tunkeutumissyvyys. Tunkeutu-missyvyydeksi on määritelty syvyys, jossa virtatiheys on laskenyt 1/e-35 osaan pinnan virtatiheydestä I„. Tunkeutumissyvyydellä saadaan lauseke 12 89085 σ = -L J 1Q7P Jl (5) 2π >| fp Qs missä 5 ρ — aineen ominaisresistanssi, f - magnetoimisvirran taajuus ja μ — aineen suhteellinen permeabiliteetti.

Lauseke osoittaa, että taajuuden kasvaessa tunkeutumissyvyys pienenee. 10 Terästä kuumennettaessa sekä sähkönjohtavuus että permeabiliteetti pienenevät lämpötilan kasvaessa.

Keksinnössä säätömenetelmän toteutuksessa käytetään yleensä lämmitystehoja, jotka ovat luokkaa 1-30 kW/m. Kuten tunnettua mitä pienempi ilma-15 väli V on, sitä suurempi osaa kelan 30 kautta laitteeseen johdetusta sähkötehosta siirtyy kuumennettavaan telan vaipaan 10.

Kuvion 5 mukaisesti induktiokelaa 30 syöttävä sähköteho otetaan 50 Hz:n kolmivaiheverkosta (3 x 380 V). Tasasuuntaajalla 33 muutetaan vaihto-20 sähkö tasasähköksi, joka sinänsä tunnetulla tehoelektroniikkaan perustuvalla vaihtosuuntaajalla muutetaan joko vakiotaajuiseksi tai vaihtu-vataajuiseksi (fs) vaihtosähköksi. Rautasydämen 20 osasydänten 201...20N asennon säätö voidaan, esim. kuviossa 5 esitetyllä automaattisella suljetulla säätöjärjestelmällä. Säätömoottoreina toimivat askelmoottorit 25 29, jotka saavat säätösignaalinsa säätöjärjestelmästä 42. Säätöjär jestelmää ohjaa anturilaite 41, joka on esim. lämpötilan mittauslaite, jolla mitataan useista eri kohdista telan 10 akselisuunnassa K-K telan pintälämpötilojen Toi · ·T0k lämpötilojen oloarvot. Jos säätöjärjestelmään 42 kuuluu asetusarvoyksikkö, jolla voidaan asettaa telan 10 akse-30 Iin K-K suuntainen lämpötilaprofiili sen mukaisesti, että saadaan optimaalinen rainan W irrotus.

Vaihtosuuntaajan 34 teho syötetään sovitusmuuntajan 35 kautta LC-reso-nanssipiiriin. Muuntajassa 35 on sinänsä tunnetusti ensiöpiiri 35a, l! 13 89085 rautasydän 35b ja toisiopiiri 35c. Toisiopiirissä on n kappaletta väli-ulosottoja 451...45n, jotka on kytkettävissä vaihtokytkimen 36 kautta resonanssipiiriin 37, jolla teho syötetään induktiokelaan 30. Tunnetus-tihan sarjaan kytketyn RLC-piirin resonanssitaajuus on laskettavissa 5 kaavasta fz = -L_ (6)

2π y[LC

10 Resonanssissa virta Ir - , missä R on piirin 37 resistanssi.

Lämmitystehon siirron hyötysuhde on parhaimmillaan, kun toimitaan reso-nanssitaajuudella fr. On kuitenkin tehty se havainto, että useistakaan 15 syistä ei ole edullisinta toimia resonanssitaajuudella fr ja/tai yht'aikaa sen molemmin puolin, vaan toimintataajuus valitaan alueilta fai - fyl resonanssitaajuuden fc yläpuolelta tai vastaavasti alueelta fe2 · fy2 resonanssitaajuuden fr alapuolelta. Keksinnön puitteissa mainitut taajuusalueet valitaan sopivimmin seuraavasti: 20 fal. . ,fyl - (1,01. . .1,15) x fr tai fa2. . .fya - (0,85. . .0,99) x fr.

Kuvion 5 mukaisesti RLC-piirissä on käytetty sarjakondensaattoria Ca. Piiri 37 perusviritetään siten, että muuntajan 35 välityssuhdekytki-mellä 36 valitaan niin, että kaavasta (6) laskettu resonanssitaajuus fc 25 asettuu edellä esitettyjen periaatteiden mukaisesti kohdalleen.

Kuviossa 5 on esitetty katkoviivoin rinnakkaiskondensaattori Cr, jota voidaan käyttää sarjakondensaattorin Ca asemesta tai ohella. Resonanssi-taajuus fr rinnakkaisresonanssipiirissä, jonka induktiokäämin (L) resis-30 tanssi on R, lasketaan tunnetusti seuraavasti f =_L_ ,|i - *l£ (7)

' 2π /Πϋ N L

14 89085

Edellä esitetyssä yhtälössä (7) on resistanssista R riippuva kerroin.

Yleensä kuitenkin sarjaresonanssipiiri on edullisempi etenkin säädön ja ohjauksen kannalta.

5

Keksinnön puitteissa resonanssitaajuus valitaan yleensä alueelta fr - 2...35 kHz.

Kelasydänten 20 mitoituksesta sekä telan 10 ja sydänten 20n välisestä 10 ilmaraosta V riippuen on resonanssipiirin induktanssi esim. 8 m:n pituisella telalla 10 luokkaa 10...250 pH. Esimerkiksi, jos L - 60 pH ja fr - 20 kHz saadaan kondensaattorin kapasitanssin arvoksi CB - 1,06 pF.

Tehonsyötön hyötysuhteen pitämiseksi korkeana ja epästabiilisuusilmiöi-15 den siis "ryntäämisvaaran" eliminoimiseksi järjestetään toimintataajuus fs automaattisesti säätyväksi resonanssipiirin 37 impedanssin mukaiseksi niin, että toimintataajuus fB pysyy lähellä resonanssitaajuutta fr, mutta kuitenkin turvallisella etäisyydellä siitä ryntäämisvaara huomioon ottaen, siis kuviossa 6 esitetyillä alueilla fyi-fai tai fy2*f«2· 20

Resonanssipiirin 37 impedanssin mittaus voi perustua esim. piirissä kulkevan virran I mittaukseen. Tätä mittaustapaa havainnollistaa kuviossa 6 lohko 46, josta ohjataan säätösignaali b säätöyksikköön 47, joka muuttaa taajuusmuuttajan 34 taajuutta f, säätösignaalin b perus-25 teella. Toinen vaihtoehtoinen tai virtamittauksen lisäksi käytettävä ko. impedanssin mittaustapa on johtaa säätösignaali c lohkosta 42, josta on saatavissa tieto osasydänten 20n asennosta, siis ilmaväleistä V, jotka pääasiallisesti määräävät ko. impedanssin sen induktanssiin L vaikuttamalla. Eräs vaihtoehtoinen säätötapa on johtaa askelmoottoreis-30 ta 29 takaisinkytkentäsignaali lohkoon 47 ja edelleen vaikuttamaan taajuusmuuttajan 34 lähtötaajuuteen f,.

Edellä selostettua taajuuden muuttamiseen perustuvaa säätötapaa voidaan käyttää joko yksinään telan 10 lämpötilaprofiilin säädössä tai ilma-35 välisäädön lisäksi ja ohella parantamaan säädön tarkkuutta ja/tai nopeutta .

is 8 9 O 8 5

Eräissä tapauksissa käyttämällä edellä selostettua taajuuden muutokseen perustuvaa säätötapaa, voidaan jättää kokonaan pois mekaaniset säätölaitteet, jotka vaikuttavat ilmaväliin V. Tällä tavalla voidaan säätöjärjestelmän nopeutta lisätä ja eräissä tapauksissa säädön tarkkuutta 5 parantaa, vaikka tällöin tehonsyötön hyötysuhteesta voidaan joutua jossain määrin tinkimään.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-10 della ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

Claims (10)

16 89085

1. Säätömenetelmä paperikoneen puristinosassa, etenkin ns. suljetussa puristinosassa, jossa on sileäpintainen puristintela (10), paperirainan 5 irrotuksen hallitsemiseksi mainitulta puristintelalta (10), jossa menetelmässä mitataan rainan irrotusjännitystä suoraan tai välillisesti irrotusvedon irtoamiskulman ja/tai irrotusvedon tulo- ja lähtöpuolen välisen nopeuseron avulla ja näin aikaansaatua mittaustulosta käytetään säädössä takaisinkytkentäsignaalina, tunnettu siitä, että 10 tämän takaisinkytkentäsignaalin perusteella säädetään sileäpintaisen puristintelan (10) pinnan (10') lämpötilaa, ja että säädön avulla vaikutetaan mainitun telapinnan (10') ja irrotettavan paperirainan (W) väliseen adheesioon ja sitä kautta asetetaan paperirainan irrotuskulma (Θ) ja/tai irrotusjännitys (T) optimialueelle. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että rainan irtoamiskulma irrotusvedossa mitataan optisilla ja/tai paikantuntevilla detektoreilla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen säätömenetelmä, tunnet - t u siitä, että takaisinkytkennässä käytetään säätösignaalina kuiva-tusryhmän ja puristimen välistä rainan nopeuseroa tai erillisellä mit-taustelalla mitattua ratajännitystä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen säätömenetelmä, tun nettu siitä, että säädetään sileäpintaisen puristintelan (10) lära-pötilaprofiilia telan (10) aksiaalisuunnassa irrotustapahtuman hallitsemista varten.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen säätömenetelmä, tun nettu siitä, että menetelmässä käytetään puristintelan (10) sileän pinnan (10') ulkopuolista kosketuksetonta induktiivista kuumennusta (kuviot 4 ja 5). 17 89085

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että induktiivinen kuumennus kohdistetaan puristintelan (10) pintaan (10') vähän ennen rainan (W) irrotuskohtaa (R).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen säätömenetelmä, jossa käytettä vät induktiiviset kuumennuslaitteet käsittävät kuumennettavan telapin-nan (10') tuntumaan sovitetun sarjan magneettisydämiä (20a-20N) , joilla on kullakin omat tai kaikille sydämille yhteinen magnetoimiskela (30), tunnettu siitä, että kunkin sydämen ilmaväliä (V) lämmitettävän 10 telapinnan (10') kanssa säätämällä ja/tai magnetoimisvirtaa säätämällä ja/tai magnetoimisvirran taajuutta säätämällä säädetään sekä lämmitys -vaikutuksen perustasoa että lämmitysvaikutuksen jakautumaa telan aksi-aalisuunnassa (K-K).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen säätömenetelmä, tun nettu siitä, että menetelmässä käytetään telavaipan ulkopuolista kuumennusta kuten höyrylaatikkoa (80) ja/tai infrasäteilijäkuumennusta.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen säätömenetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että menetelmää sovelletaan paperikoneen sellaisen suljetun puristinosan keskitelalle (10), joka puristinosa käsittää ensimmäisen kaksihuopaisen nipin (Nj^ ja toisen nipin (N2), joka muodostuu puristintelan, sopivimmin puristinimutelan (54) ja mainitun keski-telan (10) välille ja jossa puristusosassa on sopivimmin kolmas puris-25 tinnippi (N3), joka muodostuu mainitun keskitelan (10) yhteyteen ennen rainan (W) irrotuskohtaa (R).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että sileäpintaisen puristintelan (10) yhteyteen 30 sovitetulla höyrylaatikolla (80) ja/tai infrasäteilylaitteilla vaikutetaan puristintelapinnan (10') lämpötilan lisäksi myös rainan (W) lämpötilaan. ie 8 9085