IT8224367A1 - Metodo per controllare il processo di sfibratura in uno sfibratore a magazzino - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

METODO PER CONTROLLARE IL PROCESSO DI SFIBRATURA IN UNO SFIBRATORE A MAGAZZINO ""

RIASSUNTO

Metodo per controllare un processo di sfibratura in uno sfibratore a magazzino in cui una carica di legno in almeno un magazzino viene premuta contro una mola rotante per mezzo di un pistone di pressione che si sposta nel magazzino. A intervalli prefissati si calcola la quantit? apparente di polpa prodotta in punti di misura separati della corsa del pistone/e il consumo specifico di energia calcolato sulla base di questa quan__ tit? di polpa viene confrontato con un valore di riferimento del consumo specifico di energia. Il processo di sfibratura viene regolato in funzione della deviazione del consumo specifico di energia da un valore di riferimento. La compattezza del materiale nel magazzino durante la corsa del pistone viene presa in considerazione nella regolazione della sfibratura, correggendo la quantit? apparente di polpa prodotta calcolata, in funzione della variazione della densit? del materiale da sfibrare, in modo che le variazioni della finezza della polpa prodotta in punti separati di misura del pistone vengano mantenute le minime possibili durante la corsa del pistone.

(Figura 8).

DESCRIZIONE

La presente invenzione s? riferisce ad un metodo di regolazione del processo di sfibratura in uno sfibratore a magazzino,in cui una carica di legno in almeno un magazzino viene premuta mediante un pistone di pressione che si muove nel magazzino contro una mola rotante,metodo di regolazione in cui si calcola la quantit? apparente di polpa prodotta a intervalli prefissati in punti di misura separati, della corsa del pistone ed in cui il consumo specifico di energia calcolato sulla base della detta quan tit? di polpa viene confrontato con un valore di ri ferimento del consumo specifico di energia e lo svolgimento della sfibratura viene controllato in base alla deviazione di detto consumo specifico di energia dal valore di riferimento? in modo da eseguire la sfibratura con un consumo specifico di energia che rimanga il piu? costante possibile durante l'intera corsa del pistone.

La polpa meccanica di legno viene prodotta in generale nei cosiddetti sfibratori a magazzino; in cui delle cariche di legno nei magazzini vengono premute per mezzo di un pistone di pressione comandato da un cilindro di comando, contro una mola rotante. La mola viene spruzzata con acqua per ottenere il necessario raffreddamento/ lubrificazione e rimozione della polpa prodotta.

E' generalmente noto che la produzione di p?lpa meccanica e* instabile a causa ?i molti fattori che variano occasionalmente, tali fattori sono per esempio le variazioni nella qualit? dimensione e umidit? dei tondelli, la pulizia della superficie della mola, la qualit? della mola, il tipo della sua superficie (superficie di affilatura) la smussatura della superficie della mola, e la forza con cui i tondelli vengono premuti contro la mola. L'instabilit? d? luogo tra le altre cose a variazioni nella consistenza,qualit? e finezza della polpa. Come misura della finezza e' stato convenzionalmente impiegato il cosiddetto valore C.S.F., che tiene conto molto bene di molte caratteristiche della polpa da una parte,del consumo specifico di energia dall'altra. Il consumo specifico di energia (SEC) e' ottenuto dividendo l'energia impiegata durante un certo periodo di tempo per la quantit? di polpa prodotta nello stesso periodo. In generale, maggiore e' il SEC e piu' fine risulta la polpa, e piu' basso e' il valore C.S.P. della polpa.

Pinora per.controllare gli sfibratori a magazzino si sono impiegati dei metodi bacati sul controllo della pressione o della potenza o della velocit?. Impiegando il metodo di controllo della pressione, la pressione idraulica che agisce sul cilindro di comando del pistone, viene mantenuta co_ stante durante tutto il processo di sfibratura. Impiegando il metodo di controllo della potenza, la potenza necessaria per far ruotare la mola viene mantenuta costante/ed infine se si impiega il?metodo di controllo della velocit?^viene mantenuta costante la velocit? del pistone.

Si e' tuttavia constatato che quando vengono impiegati questi metodi di regolazione, si hanno delle notevoli fluttuazioni dei valori C.S.E. della polpa. La quantit? totale di polpa prodotta, quando si utilizzano questi metodi di regolazione, e' composta di porzioni di polpa istantaneamente eterogenee anche se il valore medio C.S.E. e' corretto e corrispondente a quello desiderato. La situazione e' svantaggiosa sia per il controllo del processo che per la uniformit? di qualit? della polpa.

Dato che una misura sicura del valore C.S.F. richiede tempo e deve essere eseguita in labora__ torio e poich?1 certi strumenti di misura che de__ vono essere accoppiati al processo sono adatt?bili solamente in modo insoddisfacente,per avere un controllo rapido ed accurato, recentemente sono stati fatti degli sforzi per ottenere un controllo automatico del SEC.

In linea di principio e* semplice eseguire un controllo SEC. Si deve misurare la quantit? di polpa prodotta e la quantit? di energia impie__ gata in un certo periodo di tempo, in base a queste misure si calcola il SEC,e poi dei valori di tara__ tura,calcolati in base alle caratteristiche operative note,devono essere trasmessi al controllore della pressione idraulica o della potenza di rotazione della mola o della velocit? del pistone, a seconda del metodo di regolazione impiegato.

Non ci sono problemi in pratica per misurare l'energia impiegata. Si e* visto invece che esistono problemi^per misurare e stimare in modo suf__ ficientemente sicuro la quantit? di polpa prodotta.

Un modo e' di misurare la quantit? di polpa prodot__ ta moltiplicando la portata della polpa per la consistenza (densit? della polpa). La misura della portata pu?' essere eseguita senza difficolt?/ma una misura continua della densit? della polpa,per esempio immediatamente dopo la sfibratura,e* in pratica senza una soluzione. Un altro modo e' di misurare la quantit? di polpa prodotta moltiplicando il volume spostato dal pistone per la densit? del materiale caricato nel magazzino. Il volume spostato nel magazzino pu?' essere misurato seguendo il movimento del pistone e ci?' pu?' essere fatto per mezzo di strumenti che seguono e registrano il movimento del cilindro idraulico, per esempio. La densit? media basata su lunghe esperienze, per esempio 294 kg/m^ nel caso di legno di abete, e1 stata considerata come la densit? di una carica di materiale. Nei metodi di controllo finora impiegati per mantenere costante il SEC, la densit? della carica e' stata mantenuta costante da una corsa di sfibratura all?altra e nell?ambito di una stessa corsa. Tale metodo di controllo e' noto per esempio dalla pubblicazione 1980 PROCESS CONTROL CONFERENCE, Sezione Tecnica OPPA, Montreal 17 - 19 Giugno, pagine da 121 a 133? che contiene un articolo intitolato "Il Sistema di controllo SCS per il controllo dei processi di produ_ zione di polpa meccanica^ In questo articolo viene descritto un equipaggiamento di controllo in cui per scopi di controllo viene misurato il consumo specifico di energia di un processo di sfibratura. Ci?' e' eseguito misurando il SEC apparente per mezzo di un elemento di misura che segue il movimento del pistone.

Si e' tuttavia visto che le proposte finora esistenti per effettuare un cosiddetto controllo SEC,hanno dato luogo a risultati piuttosto imprecisi e non sono state in grado di rendere minime le fluttuazioni del valore C.S.P. della polpa. Una parziale ragione di ci? e' che ? periodi di misura e controllo sono lunghi;per esempio diversi minuti.

Lo scopo della presente invenzione e? di fornire un metodo di controllo che elimini gli svantaggi sopra menzionati e che renda possibile rendere il SEC il piu* costante possibile durante l'intera corsa di sfibratura s di minimizzare le fluttuazioni nel valore C.S.F. della polpa prodotta. Questo scopo viene ottenuto col metodo secondo l'in_ venzione che e* caratterizzato dal fatto che il valore apparente della polpa prodotta viene corretto in base alla densit? del materiale che deve essere sfibrato nei detti punti di misura della corsa del pistone .

L'invenzione e' basata sull'osservazione che la densit? del materiale caricato che e' premuto dal pistone contro la mola/cambia man mano che procede la corsa del pistone. Delle misure eseguite hanno dimostrato che quando la mola viene ruotata con potenza costahte, la velocit? del pistone in generale diminuisce e che quando il pistone viene mosso con velocit? costante la potenza occorrente per la rotazione in generale cresce, ci?* che indica che la densit? del materiale caricato cresce. Ci?' e' comprensibile in quanto i tondelli caricati sotto l'influenza della forza del pistone vengono serrati tra di loro e contro la superficie della mola.

Una comprensione di base di questa inven_ zione che serve per controllare il processo di sfibratura in modo da mantenere costante il consumo specifico di energia, e' di prendere in considerazione i fenomeni sopra menzionati di compattazione del materiale durante la corsa di sfibratura. Secondo questo metodo,,la quantit?,di polpa che viene prodotta nelle differenti fasi della corsa del pistone pu?* essere calcolata impiegando una densit? e ffettiva variabile della carica man mano che procede la corsa,invece di calcolare la quantit? di polpa prodotta nelle differenti fasi della corsa impiegando la stessa densit? media inalterata.

La quantit? di polpa prodotta calcolata in questo modo f corrisponde meglio alla realt? e cosi* il SEC calcolato in quel momento per mezzo della detta quantit? di polpa calcolata,d? un quadro piu* veritiero della necessit? di regolazione del processo di sfibratura in modo da mantenere il SEC il piu' costante possibile. Se il SEC segue meglio il valore di riferimento durante la corsa del pistone,la variazione del valore C.S.P. della polpa pure diminuisce. L'invenzione e? descritta dettagliatamente qui di seguito con riferimento ?i disegni allegati, in cui:

- la figura 1 e* uno schema di uno sfibra^ tore adatto per eseguire il metodo di regolazione secondo l'invenzione,

- la figura 2 e' uno schema per illu_ strare la misura della posizione del pistone?

-la figura 3 e? un diagramma che rappresenta il coefficiente di densit? della carica in funzione della posizione del pistone?

- la figura 4 e1 un diagramma che illustra un esempio di coefficiente di densit? della carica,

- la figure 5? 6 e 7 sono dei diagrammi che rappresentano la dipendenza del valore C.S.F. della polpa dal valore SEC apparente, dal valore SEC effettivo e dal valore SEC corretto in base alla densit? della carica, ed infine

la figura 8 e? uno schema che rappresenta un equipaggiamento di misura per eseguire il metodo di controllo secondo l?invenzione.

Lo sfibratore rappresentato nella figura 1, che preferibilmente e' del tipo che opera sotto pressione continua, comprende un corpo 101, una mola sfibratrice 102 rotante e montata sul corpo, e due magazzini 103 che si trovano da parti opposte della mola. Un pistone di pressione 105 opera in ogni magazzino ed e* mobile per mezzo di un cilin_ dro idraulico 104- Un cassone di caricamento verticale che non e? rappresentato nella figurale* disposto sopra ogni magazzino per eseguire nel magazzino la carica di legno. Una pioggia d'acqua e' spruzzata sulla mola sfibratrice mediante gli ugelli 107-Un pozzetto 108 e' disposto sotto la mola per la polpa in sospensione e si ha un tubo di uscita dal pozzetto per avviare la polpa all'ulteriore lavora__ zione.

Dapprima si esaminer? una situazione in cui si impiega una regolazione della velocit? ed in cui si impiega un solo magazzino.

Come detto sopra il consumo specifico di energia per la sfibratura e* uguale all'energia (w) che e' spesa durante un certo periodo, diviso per la quantit? di polpa prodotta (M) durante lo stesso periodo. L'energia spesa e? uguale alla potenza all'albero (P) del motore di azionamento della mola^moltiplicato per il tempo (t). Perci?* nel periodo di tempo esaminato t, che pu?' essere di 15 secondi si ha

La quantit? di polpa prodotta (M) e' uguale al volume spostato dal pistone moltiplicato per la densit? del materiale caricato nel magazzino? Perci?' nel periodo di tempo esaminato t, si ha

in cui

La figura 2 rappresenta la posizione del pistone di pressione durante la sfibratura.

L'entit? delle cariche varia per esempio secondo la variazione della forma e delle dimensioni dei tondelli^,e secondo la variazione della disposizione dei tondelli nel magazzino. Quando il pistone all'inizio della corsa di sfibratura,viene pre_ muto contro i tondelli, la variazione della entit? della carica deriva dal fatto che la posizione ini_ iale Xa del pistone quando inizia la sfibratura varia per diversi caricamenti. Questa posizione pu?* essere misurata per esempio mediante un "pulse encoder" che segue il movimento del pistone. D'altra parte la posizione finale del pistone e' sempre la medesima e perci?' questa posizione e? considerata come un punto zero con cui la posizione del pistone viene confrontata,e cosi l? posizione media Xt del pistone viene definita nel periodo in esame e viene calcolata una posizione relativa media Xs t del pistone in questo modo

La posizione Xt media del pistone pu?* essere definita per esempio misurando la posizione di esso a met? del periodo esaminato. In alternativa la posizione del pistone pu?' essere misurata all'inizio ed alla fine del periodo esaminato e poi si calcola la media. Se si desiderarla posi? zione del pistone pu?' essere misurata in diversi punti e la esatta posizione media pu?' essere calcolata con diversi metodi matematici.

La figura 3 illustra come esempio la dipendenza del coefficiente K di densit? della carica dalla posizione relativa del pistone. Il coefficiente di densit? della carica,che corrisponde alla posizione relativa del pistone per ogni periodo t viene ottenuto da una curva. Il coefficiente di densit? pu?* naturalmente venire espresso in qualsiasi modo rispetto alla posizione ed al movimento del pistone e ci? fornisce con una sufficiente precisione il valore del coefficiente Kt. Per esempio si pu?* prendere come valore di confronto la posizione assoluta del pistone nel magazzino, o lo spazio percorso dal pistone tiel magazzino dopo che e? iniziata la sfibratura, e cosi' via.

Il SECt che corrisponde al periodo in esame t pu?* ora venire calcolato dalle formule (I) e (II) in precedenza date. Se il SECt differisce dal valore di riferimento,si eseguir? una correzione della velocit? del pistone in modo da aggiustare il SEC al valore di riferimento. Nei seguenti periodi presi in esame verranno eseguite le medesime misure e calcoli nrendendo in considerazione la va_ riazione della dehsit? della carica e si eseguir? una correzione della velocit? del pistone, la regola base e' che quando aumenta la velocit? diminuisce il SEC, cio? il consumo specifico di energia.

In questo modo e* possibile prendere in considerazione le variazioni della densit? della carica durante la corsa del pistone (in generale circa 5-20 minuti durante la sfibratura (per esempio con intervalli di 15 secondi),e cosi* eseguire le necessarie correzioni nella velocit? del pisto_ ne in modo che il SEC rimanga il piu' costante pos_ sibile e quindi anche le variazioni del valore C.S.F. della polpa rimangano durante la sfibratura le minime possibili. Un procedimento in cui il con_ trollo del SEC e' stato eseguito mediante un controldelia

lo/velocit? del pistone e' stato .- descritto qui soprali controllo del SEC secondo l'invenzione pu?' essere in modo corrispondente eseguito mediante un controllo della potenza, ed in questo caso il valore di riferimento della potenza viene variato per mantenere un SEC costante (quando la potenza aumenta il SEC diminuisce). In alterna^ tiva,il controllo del SEC pu?* essere eseguito impiegando un controllo della pressione, ed in questo caso il valore di riferimento della pressione idraulica del cilindro idraulico viene cambiato (quando la pressione aumenta il SEC diminuisce).

In aggiunta a questi metodi un metodo di regolazione pu?' essere preso in pratica considerazione, in cui una valvola di controllo della pressione del cilindro idraulico di comando del pistone viene aggiustata direttamente sulla base della deviazione del SEC per cui il SEC diminuisce quando la valvola e' aperta e vice versa?

Le Tabelle 1 e 2 riportate nelle pagine seguenti illustrano una analisi di due corse di sfibratura quando il processo viene regolato per mezzo di un cosiddetto controllo di potenza o per mezzo di un controllo di velocit?. I campioni sono stati raccolti durante circa 30 secondi a intervalli di 1 minuto, ed il tempo di ritardo dalla mola al punto di campionamento e? stato di circa 10 secondi. La durata delle corse di sfibratura erano di 11 e 18 minuti. Si e' usato nelle Tabelle un valore empirico Dw = 294 kg/m3 come densit? media della carica nei magazzini durante la sfibra_ tura.

Le quantit? effettive di polpa prodotta (quantit? della polpa - . portata x densit?) sono state calcolate e riportate nella colonna (10)delle tabelle in base alle colonne (8) e (9), e le quan_

tit? apparenti di polpa prodotta sono state calcolate in base alla sezione trasversale A del magazzino, alla densit? media Dw,.alla velocit? v del pistone e sono state riportate nella colonna (11).

La media dei valori riportati nella colonna (IO) della Tabella 1 e* 0,853 e la media dei valori riportati nella colonna (11) e' 0,793? Su.questa

base si pu?' calcolare il rapporto tra le

medie delle quantit? effettive ed apparenti di

polpa prodotta. Tale rapporto nel caso della Ta_ bella 1 era 1,076 (controllo di potenza),e nel caso della Tabella 2 era 0,935 (controllo di velocit?).

La posizione relativa del pistone X . e un coefficiente di correzione Kt. della densit? stimato in base alla figura 3? sono stati riporta^ ti nelle colonne 5 e 6 delle Tabelle. La quan_ tit? apparente di prodot a corretta col coeffi_ d ente di densit?, e ' stata riportata nella colonna 12.

Il consumo specifico di energia (SEC) ef__ fettivo, apparente e apparente corretto sono sta_ ti riportati nelle colonne 13, 14 e 15 delle Ta_ belle .

Il rapporto tra la quantit? effettiva 10 e la quantit? apparente 11 di polpa prodotta, e* riportato nella figura 4 in funzione della posi_ zione del pistone, per le due tabelle (controllo potenza e controllo velocit?).

Al fine di rendere piu* facile la soluzione grafica, le curve sono state disegnate proporzionali, moltiplicando i valori calcolati delle due curve per il rapporto fra le medie delle quantit? di polpa/ottenute nella misura in que_ stione. La curva della densit? media adattabile a questi esempi, che e' stata impiegata secondo l'invenzione per definire il coefficiente di den_ si.t?, e' stata disegnata con linea tratteggiata nella figura 4.

Il valore del coefficiente di e

K. corrispondente ad ogni posizione del pistone, valore che e' impiegato quando la quantit? di polpa prodotta viene calcolata con la formula II, e? ottenuto dalla curva.

Il valore SECt per ogni periodo t, valo_ re che e' da confrontare col valore di riferimento del SEC, pu?* essere calcolato secondo la formula I. Il processo di sfibratura e' corrispondentemente aggiustato sulla base della deviazione, cosicch?' il valore di riferimento del SEC pu?' essere raggiunto.

Le figure 5? 6 e 7 rappresentano la dipendenza del CSF della polpa dal SEC apparente, dal SEC effettivo e dal SEC apparente corretto in base alla densit?. La figura 5 mostra che^quan_ do il SEC viene calcolato in un modo noto secondo la formula II senza prendere in considerazione la densit? carica (Kt = 1), la variazione del valore CSF e* forte, anche se si sono fatti tenta_ tivi per mantenere il SEC costante. Per esempio in corrispondenza di un valore SEC 1,2 MWh/t, la va_ riazione del CSF e' tra 70 e 200 mi. La figura 6 mostra che quando il SEC e' calcolata solla base delle attuali circostanze, la variazione del GSF e' solamente tra 120 e 150 mi, per lo stesso va_ lore del SEC (1,2). La figura 7 mostra che quando il SEC e' calcolato con la formula II, ma pren_ dendo in considerazione la variazione della densit? secondo la figura 4, la variazione del CSF e' tra 95 e 170 mi, sempre per lo stesso valore del SEC (1,2). Si noter? che il SEC calcolato secondo l'invenzione, va meglio coi valori CSF e perci?' e' piu' adatto nel controllo della sfibratura/dei SEC calcolati nei modi noti.

La figura 8 rappresenta una forma di esecuzione per eseguire il metodo secondo l*in__ venzione. Il riferimento 111 indica uno strumento che misura la potenza all'albero della mola. I, riferimenti 112 e 113 indicano dei pulae encoders che misurano la velocit? del pistone per ogni magazzino. I riferimenti 114 e 115 indicano dei manometri che misurano-la pressione idraulica per ogni pistone. I riferimenti 116 e 117 indicano delle valvole di controllo,per mezzo delle quali la pressione idraulica che agisce sul pistone idrau lico di ogni pistone pu?* essere regolata e di conseguenza pu?' essere influenzata la velocit? del pistone e la potenza ?li'albero della mola.

I pulse encoders possono essere del tipo LITTON SERVOTECHRIK, G-70 SSTLB1 - 1000 - 111 - 05??, BRI).

I disegni e le descrizioni qui presentate sono intese/per illustrare l'idea dell'invenzione.

Nei dettagli il metodo secondo l'invenzione pu?* variare, rimanendo sempre nell'ambito delle rivendicazioni. Una forma finale basata su uno studio

piu' approfondito pu?* essere definitevi? pratica

per la curva di densit? rappresentata nella figura 4. Un controllo per un singolo magazzino e* sta_ to descritto sopra come esempio. Quando i due magaz_ zini dello sfibratore lavorano, e' possibile dividere fra i magazzini l'energia fornita alla mola,

per esempio in relazione alle pressioni idrauliche

dei pistoni o secondo un altro modo, e calcolare

le istruzioni di controllo per ogni magazzino separatamente nel modo sopra descritto.

In pratica, e' anche possibile adattare il conturbilo del SEC secondo l'invenzione, in modo

che i due magazzini lavorino nello stesso modo, per cui la produzione di ogni magazzino viene misurata e calcolata come sopra e la produzione totale ottenu_ ta e' impiegata per il calcola del SEC.In questo caso non c'e' bisogno che l'energia fornita alla mola venga divisa tra i magazzini.

Claims (6)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo di controllo di un processo di sfibratura in uno sfibratore a magazzino in cui una carica (106) di legno in almeno un magazzino (103) e' premuto per mezzo di un pistone (105) spostabile nel magazzino contro una mola sfibratrice (102), in cui viene calcolata una quantit? apparente di polpa prodotta a intervalli prefissati (&i tempo) in punti di misura diversi della corsa del pistone, ed in cui il consumo specifico di energia calcolato sulla base della detta quantit? di polpa viene confrontato con un valore di riferimento del consumo specifico .di energia, e l?andamento della sfibratura viene controllato in base alla deviazione di questo consumo specifico di energia da detto valore di riferimento, per fare in modo che il consumo specifico di energia rimanga il piu? costante possibile durante l?intera corsa del pistone, caratterizzato dal fatto che il valore calcolato (12) di tale quantit? apparente di polpa pro?otta viene corretto in base alla densit? (K) del materiale caricato? nei detti punti di misura della corsa del pistone.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto

- che la quantit? effettiva (10) di polpa prodotta viene misurata in punti separati della corsa del pistone e la quantit? apparente (11) di polpa prodotta viene calcolata in base alla sezione trasver_ sale(A)del magazzino, alla posizione del pistone ed alla densit? media stimata Dw della carica,

- che il rapporto tra la quantit? effettiva (10) e la quantit? apparente (il) e' definito dalla posizione del pistone, - che questo rapporto viene utilizzato durante la sfibratura delle cariche seguenti, come coefficiente di correzione delle quantit? apparenti (11) calcolate nei punti di misura della corsa del pistone,

- che un consumo specifico di energia (15) in detti punti di misura e' calcolato sulla base della potenza di sfibratura (2) alla mola e sulla base della quantit? apparente (12) di polpa prodotta cor_ retta dal detto fattore di correzione (Kt), - che viene calcolata la deviazione del consumo specifico di energia (15) dal dato di riferimento, e

- che i valori di taratura dello sfibratore 3ono aggiustati in modo da ridurre tale deviazione, per mantenere costante il con sumo specifico di energia durante l*intera corsa del pistone.

3 Metodo secondo la rivendicazione 2, carate terizzato dal fatto che viene regolato la potenza fornita alla mola.

4. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che viene;regolata la velocit? del pistone.

5. Metodo secondo la rivendicazione 2, carat_ terizzato dal fatto che viene regolata la pressione idraulica del pistone.

6. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che viene regolata una valvola di alimentazione del fluido in pressioni inviato al cilindro di comando del pistone