FI96454C - Laite ja menetelmä lasikuidun valmistukseen käytetyn suutinpesän lämpötilan ohjaamiseksi - Google Patents

Description

1 96454

Laite ja menetelmä lasikuidun valmistukseen käytetyn suu-tinpesän lämpötilan ohjaamiseksi

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mu-5 kaista laitetta lasikuidun valmistukseen käytetyn suutin-pesän lämpötilan ohjaamiseksi ja patenttivaatimuksen 7 johdannon mukaista menetelmää lämpötilan tasapainottamiseksi mainitussa suutinpesässä.

Eräs menetelmä lasikuitujen valmistamiseksi on 10 päästää sula lasi jalometallia olevan suutinpesän aukkojen läpi ja ohentaa tuloksena olevat sulat lasinorot kuiduiksi. Metallinen suutinpesä muodostaa säiliön, joka täytetään sulalla lasilla. Suutinpesän pohja määrittelee useita aukkoja, joiden läpi sula lasi vedetään mekaanisin 15 keinoin. On edullista kuumentaa suutinpesä tasaiseen lämpötilaan tasaisten lasikuitujen valmistuksen helpottamiseksi ja varmistamiseksi. Ensisijainen suutinpesän kuumen-nusmenetelmä on päästää suuri sähkövirta kulkemaan sen kautta.

20 Tuotettujen kuitujen halkaisija riippuu lasin koos tumuksesta, lasin lämpötilasta, suutinpesän lämpötilasta, lämpötilaolosuhteista suutinpesän alapuolella, jotka vaikuttavat sulien lasikuitujen jäähtymisnopeuteen, sekä jännityksestä, joka tuodaan kuituihin niiden mekaanisella 25 ohentamisella. Prosessin tarkoituksena on tuottaa useita *' halkaisijaltaan yhdenmukaisia lasikuituja, mikä puolestaan tuottaa yhdenmukaiset pakkausten painot. Yleensä käytetään suutinpesiä, joissa on monta osaa, ja vakion ja tasaisen lämpötilan ylläpitämisen sellaisen moniosaisen suutinpesän 30 kunkin osan yli on havaittu olevan tärkeä näkökohta halkaisijaltaan tasalaatuisten kuitujen valmistuksessa.

Erilaisia malleja on ehdotettu ohjaamaan lämmön tuomista moniosaisen suutinpesän yksittäisiin osiin, jotta kukin osa toimii vakaasti samassa yhteisessä lämpötilassa. 35 , Esimerkiksi US-patentissa 4657572, joka on myönnetty 14.4.1987, lämpötila tasapainotetaan moniosaisessa suutin- 2 96454 pesässä suuntaamalla virrankulkua toisaalle suutinpesän osasta, joka toimii asetuspistettä korkeammassa lämpötilassa, asetetun lämpötilan kehittämiseksi ja ylläpitämiseksi. Tässä järjestelmässä yksittäisten suutinpesän osien 5 lämpötilan tunnustelu toteutetaan tunnustelemalla suutinpesän osien resistanssin muutosta sekä laskemalla lämpötila ja lämpötilan poikkeama asetuspisteestä.

Toinen laite lämpötilan tunnustelemiseksi on selitetty US-patentissa 4594087. Siinä useita termopareja on 10 sijoitettu eri kohtiin pitkin suutinpesää ja siten tuotetaan keskimääräinen lämpötilalukema. Pari tyristoreja syöttää virtaa ohjattavasti suutinpesän kummankin puoliskon kautta halutun lämpötilan ylläpitämiseksi.

US-patentti 4024336 selittää jaetun suutinpesän 15 ohjaimen, joka on jossain määrin samanlainen kuin edellä mainittu laite. Tässä käytetään hyväksi kahta lämpötilaa tunnustelevaa komponenttia. Ensimmäinen ohjaa ensimmäistä ohjainta, joka säätää koko suutinpesälle syötettyä tehoa, kun taas toinen lämpötila-anturi ja toinen ohjain säätävät 20 kahteen suutinpesän osaan meneviä suhteellisia virtoja ohjaamalla kahta säädettävää kokoaaltoimpedanssilaitetta päästämään virtaa suutinpesän puolikkaisiin.

US-patentissa 4546485 pitkin suutinpesää sijoitetut useat termoparit tuottavat keskimääräisen lämpötilan, jota 25 käytetään ohjaamaan ja ylläpitämään virran kulkua ja siten “ suutinpesän lämpötilaa. Manuaalisesti asetettavaa säädet tävää impedanssilaitetta voidaan säätää ohjaamaan suutinpesän puolikkaiden suhteellisia lämpötiloja yhtäläisen läpivirtauksen kehittämiseksi ja ylläpitämiseksi.

30 Eräs ensimmäisistä tarkasteltavista asioista, jonka eteen joudutaan minkä tahansa lasikuitusuutinpesän lämpötilan ohjainlaitteen tapauksessa, on lämpötilan tunnuste-lulaitteen valinta. Tässä sovellutuksessa yleisesti käyttökelpoisiksi tunnustetut ovat termoparit, infrapunamit-35 taus, ts. koskettamatta tapahtuva lämpötilan mittaus, sekä resistanssin mittaus.

Il 3 96454

Kuhunkin edellä mainituista lämpötilan mittausmenetelmistä liittyy etuja ja haittoja. Esimerkiksi nykyinen termopariteknologia tuottaa äärimmäisen tarkan lämpötilan mittauksen. Lasikuidun valmistukseen käytettyjen suutin-5 pesien toimintalämpötiloissa, ts. 1370 °C:n (2500 °F) ympärillä, termopareilla on kuitenkin suhteellisen lyhyt elinikä. Sitäpaitsi ne mittaavat lämpötilaa vain yhdessä pisteessä, ja koska ne on yleensä kiinnitetty suutinpesän ulkopuolelle, on olemassa äärellinen aikaviive sulan lasin 10 lämpötilan muutoksen ja suutinpesän lämpötilan muutoksen sekä sen termoparilla tapahtuvan tunnustelun välillä. Inf-rapunasäteilyn avulla tapahtuvan lämpötilan mittauksen menetelmiä, vaikka ne ovat tarkkoja, ovat johtaneet harhaan virtaavat sulan lasin norot ja ahtaat olosuhteet suutin-15 pesän alla johtuen jäähdytysripasuojuksista (engl.: fin shieldings) ja muista lämpötilanohjauslaitteista.

Lämpötilan tunnustelu ja ohjaus resistanssin mittauksella on ehkä tähän sovellutukseen parhaiten sopiva lähestymistapa, mutta myöskään siitä ei puutu haittateki-20 jöitä. Esimerkiksi, koska järjestelmä tunnustelee suutinpesän resistanssia virran kulkiessa sen läpi, järjestelmä on altis tehonsyötön kohinalle ja muille paikallisesti kehittyville häiriöille. Olettaen, että ohjausjärjestelmä säätää virtaa, joka kulkee koko suutinpesän eri osien 25 läpi, täytyy sitäpaitsi ryhtyä toimiin, joilla estetään säädettyjä virtoja häiritsemästä resistanssien mittausta.

Edellä olevasta tekniikan tason kuvauksesta ja tarkastelusta käy selville, että parannukset moniosaisten lasinmuokkaussuutinpesien lämpötilan ohjauksen alalla 30 ovat, eivät ainoastaan toivottavia, vaan myös mahdollisia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaisempien laitteiden ja menetelmien parantaminen. Tähän päästään keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnus-35 merkkiosassa, ja menetelmällä, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosan tunnusmerkit.

9645^ 4

Keksinnön mukainen suutinpesän lämpötasapainon ohjain tunnustelee lasikuidun valmistuksessa käytetyn moniosaisen suutinpesän kunkin osan lämpötilaa termopareilla tai resistanssin (jännitehäviön) mittausmenetelmillä sekä 5 säätää sähkötehoa, jota syötetään koko suutinpesään ja joka kulkee sen läpi, ja sähkötehoa, jota syötetään lisäksi kaikkiin muihin paitsi yhteen suutinpesän yksittäisistä osista kunkin suutinpesän osan pitämiseksi halutussa ase-tuspistelämpötilassa.

10 Järjestelmässä, jossa käytetään N termoparia kiin nitettyinä N suutinpesän osaan, N-l termopariohjainta ja teholähdettä syöttää lisätehoa N-l osan ohjaamiseksi samalla, kun N:s termopari, ohjain ja teholähde ohjaavat sähkötehon syöttämistä koko N osan muodostamaan suutinpe-15 sään ja siten sen lämpötilaa ohjaten siten tehokkaasti Nznnen suutinpesän osan lämpötilaa.

Resistanssin (jännitehäviön) mittausmenetelmiä voidaan myös käyttää samalla tavoin moniosaisen suutinpesän N yksittäisen osan lämpötilan ohjaamiseen tunnustelemalla 20 jännitehäviötä kunkin N osan yli ja ohjaamalla sähkötehon lisäsyöttöä kuhunkin N-l osaan asetuspisteeseen nähden tunnusteltujen poikkeamien mukaisesti sekä tunnustelemalla jännitehäviötä Nznnen osan yli ja ohjaamalla sähkötehon syöttöä koko N osan muodostamaan suutinpesään asetuspis-25 teeseen nähden tunnustellun poikkeaman mukaisesti ohjaten siten tehokkaasti Nznnen suutinpesän osan lämpötilaa. Tässä järjestelmässä virtaa syötetään sivusta lisäsyöttönä N-l osaan ja jännitehäviötä tunnustellaan tehonsyötön vaihtuvien jaksojen aikana tarkan tunnustelun ja oikean 30 ohjauksen varmistamiseksi.

Keksinnössä on siten aikaansaatu suutinpesän lämpö-tasapainon ohjain lasikuidun valmistuksessa käytetyn moniosaisen suutinpesän kunkin yksittäisen osan lämpötilan säätämiseksi ja ylläpitämiseksi.

I! . 96454 5

Keksinnössä on lisäksi aikaansaatu laite lasikuidun valmistuksessa käytetyn moniosaisen suutinpesän yksittäisten osien lämpötilan tunnustelemiseksi ja lisäsähkötehon syöttämiseksi kaikkiin muihin paitsi yhteen suutinpesän 5 osaan kunkin suutinpesän osan lämpötilan säätämiseksi ja pitämiseksi halutussa asetuspisteessä.

On myös aikaansaatu moniosaisen lasinmuokkaussuu-tinpesän ohjain, joka tunnustelee N suutinpesän osan lämpötilaa ja ohjaa sähkötehon lisäsyöttöä N-l osaan sekä 10 sähkötehon virtaamista kaikkien N osan kautta.

Keksinnön muut tarkoitukset ja edut selviävät seu-raavasta ensisijaisten sovellutusmuotojen kuvauksesta ja liittyvistä piirustuksista, joista:

Kuvio 1 on kaavakuva keksinnön mukaisesta moniosai-15 sen suutinpesän ohjaimesta, jossa käytetään termopareja lämpötila-antureina;

Kuvio 2 on kaavakuva moniosaisen lasinmuokkaussuu-tinpesän ohjaimesta, jossa käytetään resistanssin (jännitehäviön) mittaamiseen perustuvia menetelmiä lämpötilan 20 tunnusteluun;

Kuvio 3 on kaavio, joka esittää lasikuidun valmistukseen käytetyn moniosaisen suutinpesän sähköisiä ominaisuuksia, ja

Kuvio 4 on kaavio lasikuidun valmistukseen käyte-25 tylle moniosaiselle suutinpesälle tarkoitetusta ohjaimes ta, jossa käytetään resistanssin (jännitehäviön) mittaamiseen perustuvia menetelmiä lämpötilan tunnusteluun sekä limitetysti tapahtuvaa tunnustelua ja virran lisäsyöttöä.

Viitaten nyt kuvioon 1 siinä kuvataan järjestelmä 30 moniosaisen suutinpesän lämpötilan ohjaamiseksi ja yllä pitämiseksi virran lisäsyötön avulla ja käyttäen termopareja lämpötila-antureina, ja sitä merkitään yleisesti viitenumerolla 10. Järjestelmä 10 sisältää mineraali- tai lasikuidun valmistukseen käytetyn suutinpesäkokonaisuuden 35 12, joka on jaettu kolmeen osaan: ensimmäiseen tai vasem- . 96454 manpuoleiseen osaan 14, toiseen tai keskiosaan 16 ja kolmanteen tai oikeanpuoleiseen osaan 18. On huomattava, että keksinnön kuvaus kolmiosaisen suutinpesän yhteydessä on tarkoitettu havainnollistavaksi esimerkiksi. Todellinen 5 osien lukumäärä moniosaisessa suutinpesässä, jota keksinnön yhteydessä voidaan käyttää, voi helposti ja vaivattomasti olla enemmän tai vähemmän kuin tässä kuvatut kolme osaa.

Sähkötehoa koko moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 10 12 kautta syötetään johdinparin 20 ja 22 kautta, jotka on liitetty moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden vastakkaisiin päihin ja kytketty ensimmäisen tehomuuntajan 24 toisiokää-miin. Ensimmäisen tehomuuntajän 24 ensiökäämille syötetään sähkötehoa ensimmäiseltä verkkolaitteelta 26. Ensimmäinen 15 verkkolaite 26 on tyypillisesti puolijohdetekniikalla ohjattu laite, joka on kytketty sähkötehon lähteeseen joh-timilla 28 ja saa ohjaussignaalin ohjausjohtimelta 30. Ensimmäinen verkkolaite 26 säätää antonsa voimakkuutta ensimmäiselle tehomuuntajalle 24 ohjausjohtimelta 30 saa-20 mansa ohjaussignaalin mukaisesti.

Ohjaussignaalin ohjausjohtimelle 30 tuottaa ensimmäinen prosessinohjain 32, joka saa jännitesignaalin johdinta 34 pitkin ensimmäiseltä termoparilta 36, joka on kiinnitetty moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 keski-25 osaan 16. Ensimmäinen prosessinohjain 32 voi olla saman-* lainen tai samankaltainen kuin ohjainmallit 6810 tai 6403, joita valmistaa Electronic Control Systems, Fairmont, West Virginia, tai kuin Leeds and Northrupin ohjain Emax V. On huomattava, että vaikka ensimmäinen termopari 36 tunnuste-30 lee vain moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 keskiosan 16 lämpötilaa, se tuottaa jännitesignaalin muodossa datan, . joka viime kädessä ohjaa sähkötehon syöttämistä koko suu- tinpesäkokonaisuuteen 12. Tällaisena ensimmäisen verkkolaitteen 26 kapasiteetti voi olla tyypillisesti noin 10 ja 35 35 kW sähkötehon välillä.

9645* 7

Toinen termopari 46 tuottaa signaalin johtimella 48 toiselle prosessinohjaimelle 50, joka suositeltavimmin samanlainen kuin edellä mainittu ensimmäinen prosessinohjain 32. Toisen prosessinohjaimen 50 anto toimitetaan pitkin 5 ohjausjohdinta 52 toiselle verkkolaitteelle 54. Toinen verkkolaite 54 voi olla samankaltainen tai samanlainen kuin Electronic Control Systemsin malli 7702, ja se kykenee virtalähteenä syöttämään noin 30 ampeeria jännitteen-alennusmuuntajan ensiökäämiin, joka muuntaja antaa toisio-10 virtaa noin 100 ampeeria. Toinen verkkolaite 54 ohjaa sähkötehon syöttämistä johtimilta 28 toisen tehomuuntajan 56 ensiökäämille. Toisen tehomuuntajän 56 toisiokäämin anto toimitetaan pitkin johtimia 60 ja 62 moniosaisen suutin-pesäkokonaisuuden 12 ensimmäisen osan 14 vastakkaisiin 15 päihin.

Samanlainen kokonaisuus tunnustelee lämpötilaa ja tuottaa sähkötehon ohjauksen moniosaisen suutinpesäkoko-naisuuden 12 kolmannelle osalle 18. Se sisältää kolmannen termoparin 66, joka tunnustelee kolmannen osan 18 lämpöti-20 laa ja tuottaa jännitesignaalin johdinta 68 pitkin kolmannelle prosessinohjaimelle 70. Kolmas prosessinohjain 70 on suositeltavimmin samanlainen kuin prosessinohjaimet 32 ja 50. Kolmannen prosessinohjaimen 70 anto toimitetaan ohjaus johdinta 72 pitkin kolmannelle verkkolaitteelle 74, 25 joka ohjaa sähkötehon syöttämistä kolmannen tehomuuntajan *· 76 ensiökäämille, joka muuntaja puolestaan syöttää sähkö tehoa toisiokäämiltään kolmannen suutinpesän osan 18 vastakkaisiin päihin johdinparin 80 ja 82 kautta. Kolmas verkkolaite 74 on suositeltavimmin samanlainen kuin toinen 30 verkkolaite 54.

Juuri kuvatut osat, jotka liittyvät ensimmäiseen • suutinpesän osaan 14, ja ne, jotka liittyvät kolmanteen suutinpesän osaan 18, muodostavat suljetun silmukan ohjausjärjestelmän, joka syöttää sivusta lisäsyöttönä sopi-35 van virran vastaavaan suutinpesän osaan vasteena tunnus- 9645* 8 teltuun lämpötilan poikkeamaan asetuspisteestä. Edellä kuvatut osat (ensimmäinen verkkolaite 26, ensimmäinen pro-sessinohjain 32, termopari 36 ja niihin liittyvät kytkennät) toisaalta muodostavat koko moniosaisen suutinpesäko-5 konaisuuden 12 kautta kulkevan sähkötehon ohjauksen.

Viitaten nyt kuvioihin 2, 3 ja 4 kuvataan moniosaisen suutinpesän lämpötilan ohjausjärjestelmän toinen so-vellutusmuoto, ja sitä merkitään yleisesti viitenumerolla 100. Moniosaisen suutinpesän lämpötilan ohjausjärjestel-10 mässä 100 käytetään monia samoja osia, erityisesti sähkötehon ohjaamiseen käytettyjä osia, joita käytettiin kuviossa 1 kuvatussa ensimmäisessä järjestelmässä 10, ja se toimii tietysti samanlaisen suutinpesän yhteydessä. Järjestelmä 100 sisältää mineraali- tai lasikuidun valmistuk-15 seen käytettävän moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12, joka on jaettu kolmeen osaan: ensimmäiseen tai vasemmanpuoleiseen osaan 14, toiseen tai keskiosaan 16 ja kolmanteen tai oikeanpuoleiseen osaan 18. On huomattava, taas kerran, että tämän keksinnön sovellutusmuodon kuvaaminen 20 kolmiosaisen suutinpesän yhteydessä on pelkästään esimerkin omaista ja havainnollistavaa ja että keksintöä voidaan haluttaessa käyttää sellaisten moniosaisten suutinpesien yhteydessä, joissa on osia enemmän tai vähemmän. Järjestelmä 100 sisältää myös parin johtimia 20 ja 22, jotka on 25 liitetty moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 vastakkai-' siin päihin ja toimittavat sille sähkötehoa ensimmäisen tehomuuntajan 24 toisiokäämiltä. Ensimmäisen tehomuuntajan 24 ensiökäämille toimitetaan sähkötehoa ensimmäiseltä verkkolaitteelta 26. Ensimmäinen verkkolaite 26 ohjaa säh-30 kötehon syöttämistä johtimilta 28 moniosaiselle suutinpe-säkokonaisuudelle 12 ohjausjohtimelta 30 tulevan ohjaussignaalin mukaisesti.

Järjestelmä 100 sisältää samalla tavoin toisen verkkolaitteen 54, joka saa ohjaussignaalin toiselta oh-35 jausjohtimelta 52 samoin kuin sähkötehon johtimilta 28, ja ohjaa sähkötehon toimittamista toisen tehomuuntajan 56 *

II

9645* 9 ensiökäämille. Toisen tehomuuntajan 56 toisiokäämi on kytketty johdinparin 60 ja 62 kautta ensimmäisen suutinpesän osan 14 vastakkaisiin päihin. Järjestelmä 100 sisältää samalla tavoin kolmannen verkkolaitteen 74, jolle toimite-5 taan ohjaussignaali kolmatta ohjausjohdinta 72 pitkin ja sähköteho johtimilta 28 ja joka ohjaa sähkötehon toimittamista kolmannen tehomuuntajan 76 ensiökäämille. Kolmannen tehomuuntajan 76 toisiokäämi on kytketty kolmannen suutinpesän osan 18 vastakkaisiin päihin johdinparin 80 ja 10 82 kautta.

Järjestelmä 100 eroaa edellä tarkastellusta järjestelmästä 10 seuraavilla tavoilla. Se sisältää lisäksi suutinpesän lämpötasapainon ohjaimen 102, joka toimittaa ohjaussignaalit ohjausjohtimia 30, 52 ja 72 pitkin vastaa-15 vasti ensimmäiselle verkkolaitteelle 26, toiselle verkkolaitteelle 54 sekä kolmannelle verkkolaitteelle 74. Suutinpesän lämpötasapainon ohjain 102 ottaa myös vastaan neljä jännitesignaalia johtimilta 104, 106, 108 ja 110.

Ero johtimilla 104 ja 106 olevien jännitteiden välillä 20 edustaa jännitehäviötä ensimmäisen suutinpesän osan 14 yli, ero johtimien 106 ja 108 jännitteiden välillä edustaa jännitehäviötä toisen suutinpesän osan tai keskiosan 16 yli ja ero johtimien 108 ja 110 jännitteiden välillä edustaa jännitehäviötä kolmannen suutinpesän osan 18 yli. Jär-25 jestelmä 100 sisältää myös virtamuuntajan 112, jonka en-siökäämi on jommassa kummassa johtimessa 20 tai 22, jotka liittyvät pääasiallisen sähkötehon syöttämiseen moniosaiselle suutinpesäkokonaisuudelle 12. Virtamuuntaja 112 tunnustelee virtaa, joka kulkee koko moniosaisen suutinpesä-30 kokonaisuuden 12 kautta. Virtamuuntajan 112 toisiokäämiin indusoitunut virtasignaali on kytketty tarkkuusvastukselle 114, jolla tavoin tuotetaan ohjausjohtimille 116 jännite-signaali, joka on kytketty suutinpesän lämpötasapainon ohjaimelle 102.

35 Kuvio 3 on sähköinen kaavio, joka esittää esimer kiksi suutinpesäkokonaisuuden 12 kaltaisen moniosaisen 96454 10 suutinpesän sähköisiä ominaisuuksia. Koska lasikuidun valmistukseen käytetty moniosainen suutinpesä kuumennetaan sähköisesti perustuen suutinpesän metallin resistanssiin sellaisen kuumennuksen tuottamisessa, sitä voidaan esittää 5 sarjalla vastuksia. R14 edustaa moniosaisen suutinpesäko-konaisuuden 12 ensimmäisen tai vasemmanpuoleisen osan resistanssia, R16 edustaa suutinpesäkokonaisuuden 12 toisen tai keskiosan 16 resistanssia ja R18 edustaa suutinpesäkokonaisuuden kolmannen tai oikeanpuoleisen osan 18 resis- 10 tanssia. Kukin näistä resistansseista muuttuu, kun suutinpesän yksittäisten osien lämpötila muuttuu.

Suutinpesän lämpötasapainon ohjaimen 102 toiminnan tekemiseksi ymmärrettäväksi esitetään nyt lyhyt selitys toiminnan teoriasta.

15 Lasikuidun valmistukseen käytettävässä suutinpesäs- sä käytettyjen materiaalien, tyypillisesti metallien, resistanssin ja lämpötilan suhteet voidaan esittää seuraavasti :

Rn = Rs [1 + a(TN - Ts)], jossa: 20 Rn = suutinpesän osan N hetkellinen resistanssi,

Rg = suutinpesän N:nnen osan resistanssi asetuspis-telämpötilassa Ts, TM = suutinpesän osan N hetkellinen lämpötila,

Ts = asetuspistelämpötila sekä 25 a suutinpesämateriaalin resistanssin lämpötila- " kerroin.

Käsiteltävänä olevassa kolmiosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 tapauksessa suutinpesän kokonaisresistanssi RX2 voidaan esittää: 30 RX2 = RX4 + RX6 + ^18*

Suutinpesässä kulkeva virta 112 on sama kussakin * osassa, koska ne on kytketty sarjaan. Koska jännite Ohmin lain mukaan on resistanssi kertaa virta, saadaan riippuvuus: 35 . · ^12^12 55 ^12^14 + ^12^16 + ^12^18

II

tai 1X 9645<ä E12 = E14 + E16 + E18 · Tämä on tietysti totta silloin, kun mitään virran lisä-syöttöä ei ole.

5 Siten erot johtimien 104 ja 106, 106 ja 108 sekä 108 ja 110 välisissä potentiaaleissa edustavat vastaavasti jännitehäviöitä ensimmäisen suutinpesän osan 14, toisen suutinpesän osan 16 ja kolmannen suutinpesän osan 18 yli seurauksena virran I12 kulkemisesta suutinpesän osien re-10 sistanssien R läpi. Jännite-ero johtimien 104 ja 110 välillä edustaa jännitehäviötä yli koko moniosaisen suutin-pesäkokonaisuuden 12.

Kuten edellä on selitetty, minkä tahansa lähellä asetuspistelämpötilaa toimivan suutinpesän osan N resis-15 tanssin ja lämpötilan välinen suhde saadaan kaavasta:

Rn Rs U + α(τ« - Ts>] Jännitehäviö E„ suutinpesän B osan N yli on virta kertaa resistanssi, toisin sanoen:

En = IBRn = "* ®( 1*n " · 20 Suutinpesän osan lämpötilan ohjaamiseksi muodoste taan poikkeamasignaali XN riippuvuudesta: XN = CIB - KE„, missä C ja K ovat vakioita.

Sijoittamalla viimeistä edellinen yhtälö edellä 25 olevaan yhtälöön saadaan: XN = CIB - KIbRs [1 + a( TN - Ts) ].

Kun suutinpesän osa on oikeassa tai asetuspisteen lämpötilassa, TK = Ts ja poikkeama voidaan ilmaista: XN = CIB - KIBRg.

30 Koska poikkeamasignaali on asetuspistelämpötilassa nolla, niin: K = C/Rs.

Kuitenkin, kun lämpötila suutinpesän osalla ei ole sama kuin asetuspistelämpötila, niin: 35 , , TN ψ Ts TN = Ts + öTH.

9645^ 12

Yhtälöksi saadaan: XN = CIB - KIbRs [1 + a(Ts + ύΤ„ - Ts)].

Sijoittamalla K = C/Rg edellä olevaan yhtälöön saadaan: XN = KIBRsaQTN.

5 Koska K, a ja Rs ovat vakioita, tämä voidaan ilmaista: XN = MIbOTn, missä M on vakio.

Tämä poikkeamasignaali on lineaarinen pienillä T:n vaihtelualueilla.

10 Viitaten jälleen kuvioihin 2 ja 3 ja erityisesti kuvioon 4 kuvataan suutinpesän lämpötasapainon ohjain 102 samoin kuin siihen liittyvät järjestelmän 100 sähköiset osat. Kuvion 4 suutinpesän lämpötasapainon ohjainta 102 kuvaavan osan tarkastelu paljastaa, että siinä kolme kes-15 kenään olennaisesti samanlaista piiriosaa, jotka liittyvät ensimmäiseen, toiseen ja kolmanteen suutinpesän osaan 14, 16 ja 18, sekä tiettyjä lisäkytkentöjä. On huomattava, kuten edellä on todettu, että suutinpesän lämpötasapainon ohjainta 102 voidaan käyttää suutinpesälle, jossa on mikä 20 tahansa määrä osia, ja että voidaan käyttää useampia tai harvempia piiriosia vastaten suutinpesän osien lukumäärää.

Suutinpesän lämpötasapainon ohjain 102 ottaa signaali johtimilta 104 ja 106 vastaan jännitesignaalit, jotka edustavat jännitteitä ensimmäisen suutinpesän osan 14 kum-25 massakin päässä. Signaalit johtimilta 104 ja 106 on kytketty ensimmäiselle differentiaalivahvistimelle 122. Differentiaalivahvistin 122 laskee eron näiden kahden jänni-tesignaalin välillä ja tuottaa annon ensimmäiselle synkroniselle demodulaattorille 124. Samalla tavoin johtimilla 30 106 ja 108 olevat jännitesignaalit, jotka edustavat jän nitteitä suutinpesän keskiosan 16 kummassakin päässä, tuodaan toiselle differentiaalivahvistimelle 142, ja sen an-tosignaali toimitetaan toiselle synkroniselle demodulaattorille 144. Jännitesignaalit johtimilta 108 ja 110 tuo-35 daan kolmannen differentiaalivahvistimen 162 ottoihin, ja

II

964 13 sen anto toimitetaan kolmannelle synkroniselle demodulaat-torille 164. Synkroniset demodulaattorit 124, 144 ja 164 kokoaaltotasasuuntavat tarkasti niille tuodut vaihtovir-tasignaalit.

5 Jännitteet moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 kummassakin päässä esiintyvät johtimilla 104 ja 110, ja ne tuodaan neljännelle differentiaalivahvistimelle 182. Neljännen differentiaalivahvistimen 182 anto ohjaa nollakohdan ilmaisinta 184, joka tuottaa suutinpesän lämpötasapai-10 non ohjaimessa 102 käytetyn perusohjaussignaalin. Nolla-kohdan ilmaisimen 184 tasavirta-anto on pulssijono, joka edustaa moniosaiselle suutinpesäkokonaisuudelle 12 toimitetun sähkötehon siniaallon (vaihtovirran) nollia tai nollakohdan ylityksiä. Tämä pulssijono toimitetaan jokaiselle 15 synkronisista demodulaattoreista 124, 144 ja 164 johtimella 168, ja se ohjaa vastaavilta differentiaalivahvistimilta 122, 142 ja 162 tulevien vahvistettujen jännitehäviö-signaalien tasasuuntausta. Pulssijono toimitetaan myös kahdellajakajapiirille 188. Kahdellajakajapiiri 188 tuot-20 taa pulssijonon ohjausjohtimelle 190, jolla on yksi pulssi johtimen 186 jokaista kahta pulssia kohti. Pulssijono ohjaus johtimella 190 ohjaa ensimmäistä paria nopeita, suosi-teltavimmin elektronisia kytkimiä 126 ja 166, jotka kytkevät ajoittain maahan vastaavilta synkronisilta demodu-25 laattoreilta 124 ja 164 johtimilla 128 ja 168 tulevat ta-sasuunnatut antosignaalit. Pulssijono johtimella 190 toimitetaan myös invertterin 192 ottoon. Invertterin 192 anto ohjausjohtimella 194 on siten pulssijono, joka on vastakkaisessa vaiheessa ohjausjohtimen 190 pulssien suhteen. 30 Tämä vastakkaisessa vaiheessa oleva pulssijono ohjaa toista paria nopeita, suositeltavimmin elektronisia kytkimiä 196 ja 200. Kytkimet 196 ja 200 kytkevät ajoittain maahan ohjausjohtimilla 52 ja 72 olevat signaalit vuoroin sallien ja vuoroin estäen ohjaussignaalien pääsyn vastaaville 35 verkkolaitteille 54 ja 74. On huomattava, että koska oh- 14 9645* jausjohtimella 190 olevat pulssit ovat invertoituja tai vastakkaisessa vaiheessa ohjausjohtimella 194 oleviin pulsseihin nähden ensimmäisen kytkinparin 126 ja 166 avaaminen ja sulkeminen vuorottelevat tai ovat vastakkaisessa 5 vaiheessa toisen kytkinparin 196 ja 200 avaamisen ja sulkemisen kanssa.

Johtimilla 116 esiintyvä jännite on, kuten on todettu, suoraan verrannollinen suutinpesän virtaan. Tämän jännitteen vahvistaa neljäs differentiaalivahvistin 210. 10 Neljännen differentiaalivahvistimen 210 anto syötetään toiselle nollakohdan ilmaisimelle 212 sekä myös neljännelle synkroniselle demodulaattorille 214. Käyttämällä vir-tasignaalille erillistä nollakohdan ilmaisinta, mahdollinen vaihesiirto virtasignaalin ja jännitesignaalin välillä 15 eliminoidaan. Neljännen synkronisen demodulaattorin 214 anto siirretään pitkin johdinta 216, joka on kytketty nopealle kytkimelle 218, joka kytkee antosignaalin maahan, kun ohjausjohtimella 190 esiintyy pulssi.

Siirtyen jännitehäviöön liittyvien kytkentöjen 20 osiin, tasasuunnatut (tasasähkö) signaalit johtimilla 128, 148 ja 168 tuodaan vastaaville operaatiovahvistimille 130, 150 ja 170. Operaatiovahvistimissa 130, 150 ja 170 on vastaavasti takaisinkytkentäpiirit 132, 152 ja 172. Takaisin-kytkentäpiirit 132, 152 ja 172 helpottavat vastaavasti 25 operaatiovahvistimien 130, 150 ja 170 vahvistuksen asettamista, kuten helposti ymmärretään. Takaisinkytkentäpiirit 132, 152 ja 172 asettavat vakiot a, Rs ja K. Koska kunkin piirin reitillä on erillinen asetettava takaisinkyt-kentäpiiri, kukin niistä voidaan räätälöidä toiminnalli-30 silta ominaisuuksiltaan yksilölliseksi.

Operaatiovahvistinten 130, 150 ja 170 annot syötetään yhtä monesta summaavasta operaatiovahvistimesta 134, 154 ja 174 vastaavan ottoon. Summaavien operaatiovahvistimien 134, 154 ja 174 toiset otot syöttää antosignaali 35 neljänneltä operaatiovahvistimelta 222, jossa on takaisin-

II

96454 15 kytkentäpiiri 224. Takaisinkytkentäpiiri 224 asettaa vahvistuksen, joka on vakio C. Operaatiovahvistimen 222 an-tosignaali edustaa suutinpesäkokonaisuudessa 12 kulkevaa virtaa, ja se viedään signaalijohdinta 226 pitkin kunkin 5 summaavan operaatiovahvistimen 134, 154 ja 174 toiseen ottoon, kuten havaitaan.

Summaavan operaatiovahvistimen 134 anto on poikkea-masignaali:

Xj.4 = ’ 10 Samalla tavoin summaavan operaatiovahvistimen 154 anto on poikkeamasignaali:

Xl6 “ ja summaavan operaatiovahvistimen 174 anto on poikkeama-signaali : 15 X18 “ KIBRsaoT18.

Poikkeamasignaali summaavalta operaatiovahvistimelta 134 viedään sitten PI-asteeseen (engl.: proportional and integral stage) 136, joka laskee positiivisen erosig-naalin PI-arvon. Tämä signaali viedään sitten hakkurille 20 138, jossa signaalia muokataan toisen verkkolaitteen 54 ohjaamista varten. Se osa suutinpesän lämpötasapainon ohjainta 102, joka liittyy suutinpesän toiseen tai keskiosaan 16, sisältää samalla tavoin PI-asteen 156, joka ohjaa hakkuria 158, joka vuorostaan ohjaa ensimmäistä verk-25 kolaitetta 26. Se osa suutinpesän lämpötasapainon ohjai-mesta 102, joka liittyy suutinpesän kolmanteen tai oikeanpuoleiseen osaan 18, sisältää samalla tavoin PI-asteen 176, joka ohjaa hakkuria 178, joka vuorostaan ohjaa kolmatta verkkolaitetta 74. PI-asteet 136, 156 ja 176 sekä 30 hakkurit 138, 158 ja 178 voivat olla yhdistettyinä samoihin yksikköihin, tai niiden tehtävät voidaan hoitaa tyypillisellä kaupallisella prosessinohjaimella, esimerkiksi Electronic Control Systemsin valmistamilla malleilla 6810 tai 6403 tai Leeds and Northrupin mallilla Emax V.

9645^ 16

Ottamatta lukuun selviä eroja, jotka liittyvät lämpötilan tunnusteluun termopareilla järjestelmässä 10 ja lämpötilan tunnusteluun resistanssin (jännitehäviön) mittaamiseen perustuvilla menetelmillä järjestelmässä 100, 5 näiden kahden järjestelmän 10 ja 100 toiminta on olennaisesti samanlaista, ja se kuvataan nyt seuraavassa. Molemmissa järjestelmissä N-l suutinpesän osan prosessinohjai-met säädetään antamaan 50% tehosta manuaalisessa, ts. kiinteillä asetuksilla tapahtuvassa, moodissa. Tämä alus-10 tava asetus varmistaa sen, että kun ohjaimet asetetaan automaattiseen moodiin, ne tuottavat maksimaalisen positiivisen ja negatiivisen säätöalueen lämpötilalle. Seuraa-vaksi pääasiallisen tehonsäätäjän osat (ensimmäinen pro-sessinohjain 32 ja siihen liittyvä verkkolaite 26 järjes-15 telmässä 10 sekä suutinpesän lämpötasapainon ohjaimen 102 osat 142 - 158 ja verkkolaite 26 järjestelmässä 100) säädetään optimin ja moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 tasapainotetun läpivirtauksen saavuttamiseksi. Tämä voidaan toteuttaa millä tahansa menetelmällä mukaan lukien 20 mekaaniset menetelmät, esimerkiksi eväsäädöllä (engl.: fin adjustment) tai vastaavalla, ja se tuottaa olennaisesti yhtäläisen läpivirtauksen ennen kuin järjestelmä asetetaan automaattiseen ohjausmoodiin. Seuraavaksi N-l ohjaimen lämpötilan asetuspisteet, so. ne prosessin osat, jotka 25 ohjaavat vastaavasti toista ja kolmatta verkkolaitetta 54 ! ja 74, säädetään osoittamaan nollaeroa. Tällöin moniosai nen suutinpesäkokonaisuus 12 on nimellisesti tasapainossa ja läpivirtaus ja siten yhteen kerättyjen lasikuitujen pakkauskoko ovat olennaisesti samoja. Lopuksi N-l ohjainta 30 asetetaan automaattiseen moodiin, ja järjestelmät 10 ja 100 toimivat tasapainoisen tilanteen ylläpitämiseksi.

On huomattava, että ensimmäinen tai pääverkkolaite 26 toimittaa olennaisen osan sähkötehosta moniosaiselle suutinpesäkokonaisuudelle 12 sekä ylläpitää moniosaisen 35 suutinpesäkokonaisuuden 12 toisen (Ntnnen) osan 16 asetus- 17 96454 pistelämpötilaa. Toinen ja kolmas verkkolaite 54 ja 74 toimittavat merkittävästi pienemmät määrät sähkötehoa vastaaville suutinpesän osille 14 ja 18 ja virittävät lämpötilaa syöttämällä sivusta lisäsyöttönä käytettävissään 5 olevasta sähkötehosta 0 - 100% tunnustellun lämpötilan tai moniosaisen suutinpesäkokonaisuuden 12 vastaavan osan resistanssin mukaisesti.

Erityisesti järjestelmän 100 suhteen ja kuten aikaisemmin on todettu, suutinpesän lämpötasapainon ohjaimen 10 102 lisävirransyöttöä ja erityisesti toisen ja kolmannen verkkolaitteen 54 ja 74 lisävirransyöttöä ei saa esiintyä resistanssin (jännitehäviön) tunnustelun aikana. Nopeat kytkimet 126, 146, 166 ja 200, jotka toimivat vuorottai-sesti sulkevat pois sellaisen tilanteen esiintymisen, joka 15 saattaisi johtaa suutinpesäkokonaisuuden 12 termiseen ryöstäytyrniseen ja siitä seuraavaan vikaantumiseen.

Edellä oleva ensisijaisten sovellutusmuotojen kuvaus ja piirustukset esittävät parhaan keksijöiden tiedossa olevan tavan soveltaa keksintöä käytäntöön. Alan ammat-20 timiehet havaitsevat, että näihin sovellutusmuotoihin voidaan tehdä modifikaatioita ja muutoksia ja käyttää niitä. Tarkoituksena on, että edellä esitetyllä keksinnön kuvauksella ei keksintöä rajoiteta, vaan se rajoitetaan liitteenä olevissa vaatimuksissa esitetyllä tavalla.

25 Lasikuitujen valmistuksessa on toivottavaa tuottaa useita halkaisijaltaan yhdenmukaisia kuituja, mikä tuottaa yhdenmukaisen pakkauskoon. Keksinnön mukainen suutinpesän lämpötasapainon ohjaus helpottaa lasikuidun valmistukseen käytetyn moniosaisen suutinpesän ohjaamista tuottamaan 30 halkaisijaltaan tasaisia kuituja tasapainottamalla ja ylläpitämällä lämpötilaa suutinpesän monissa osissa virran . lisäsyötön avulla.

Claims (11)

18 9645-4

1. Laite lasikuidun valmistukseen käytetyn N osaa käsittävän suutinpesän (12) kunkin osan (14, 16, 18) läm-5 pötilan ohjaamiseksi, joka laite käsittää yhdistelmän N välinettä (36, 46, 66) N-osaisen suutinpesän (12) kunkin osan lämpötilan tunnustelemiseksi, N välinettä (32, 50, 70) vastaavan lämpötilan ohjaussignaalin (30, 52, 72) kehittämiseksi N-osaisen suu- 10 tinpesän (12) kullekin osalle, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi tehonsyöttövälineet (26, 54, 74) virran syöttämiseksi N-osaiseen suutinpesään (12), yksi (26) N:stä tehonsyöttövälineestä syöttää vir- 15 taa N-osaisen suutinpesän (12) kaikkiin osiin vasteena yhteen (30) lämpötilan ohjaussignaaleista, sekä N-l (54, 74) N:stä tehonsyöttövälineestä syöttää virtaa N-osaisen suutinpesän (12) N-lreen osaan vasteena N-lreen (52, 72) lämpötilan ohjaussignaaliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että N lämpötilan tunnusteluvälinettä ovat termopareja (36, 46, 66).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että N lämpötilan tunnusteluvälinettä 25 sisältävät välineet (104, 106, 108) N-osaisen suutinpesän (12) kunkin osan yli olevan jännitehäviön mittaamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että N lämpötilan ohjaussignaalin kehittävää välinettä sisältävät välineet (112) virran mittaami- 30 seksi, jota virtaa yksi Nrstä tehonsyöttövälineestä syöttää.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu lisäksi siitä, että se sisältää lisäksi välineet (146, 200, 126, 166) Nrstä tehonsyöttövälineestä

35 N-l tehonsyöttövälineen toiminnan estämiseksi, kun vastaavat N-l lämpötilaa tunnustelevaa välinettä toimii, sekä 96454 19 N-l lämpötilaa tunnustelevan välineen toiminnan estämiseksi, kun N-l N:stä tehonsyöttövälineestä toimii.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu lisäksi siitä, että se sisältää limitysvälineet 5 (146, 200, 126, 166) N-l lämpötilan tunnusteluvälineen ja N:stä tehonsyöttövälineestä N-l tehonsyöttövälineen aktivoimiseksi ja deaktivoimiseksi vuorotellen ja toisensa poissulkevasti.

7. Menetelmä lämpötilan tasapainottamiseksi lasi-10 kuidun valmistukseen käytetyn N osan käsittävän suutin- pesän (12) kussakin osassa (14, 16, 18), joka menetelmä sisältää vaiheet, joissa: mitataan N-osaisen suutinpesän kunkin osan lämpötila, 15 kehitetään lämpötilan ohjaussignaali (30, 52, 72) N-osaisen suutinpesän kullekin osalle, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheet, joissa: syötetään virtaa N-osaisen suutinpesän (12) kaikil-20 le osille (14, 16, 18) vasteena yhteen (30) lämpötilan ohjaussignaaleista, sekä syötetään virtaa N-osaisen suutinpesän N-l:een (52, 72) osaan vasteena vastaaviin lämpötilan ohjaussignaalei-hin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilan mittausvaihe sisältää N-osaisen suutinpesän (12) kunkin osan yli olevan jännitehäviön tunnustelun ja sellaisen erosignaalin kehittämisen, joka edustaa tunnustellun lämpötilan ja asetus-30 pistelämpötilan välistä erotusta.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, * tunnettu siitä, että lämpötilan mittausvaihe si sältää N-osaisen suutinpesän (12) kunkin osan yli olevan jännitehäviön tunnustelun samalla, kun estetään virran-35 syöttövaihe N-l osaan, sekä jännitehäviön tunnusteluvai-heen estämisen, kun suoritetaan edellämainittua virran-syöttövaihetta. 96454 20