JP2020002522A - ストック運動量からエネルギを再生するための調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙、ティッシュ、ボード等の製造中におけるエネルギ再生のためのシステム及び方法の提供。【解決手段】成形ローラ（１１０）により駆動される成形ワイヤ（１３２）から噴射される水は、ガイドプレート（１５０）によりタービン（１４０）へ方向付けられ得る。ガイドプレートは、ガイドプレートの終端縁をタービンの入口ポイントにアラインメントするように調整可能であり得る。成形ローラからタービンへの流れの円滑な移行を可能とするように、ガイドプレートの角度が調整可能であり得る。タービンの位置が調整可能であり得る。ガイドプレート及び／又はタービンは、モジュラー的に取付けられ得る（例えば、ガイドプレートがガイドプレートモジュールの一部であり、及び／又はタービンがタービンモジュールの一部である）。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、紙製品の製造中に利用されたエネルギの再生に関する。

紙、ティッシュ、ボード、及び他のセルロースをベースとする製品は、懸濁液（例えば、水中のセルロース、以下ではストック（紙料））から製造されることが多い。ヘッドボックスは、リードローラを中心として駆動される成形ワイヤループ（例えば、多孔性ワイヤメッシュ又はクロス）と、典型的には成形ローラを中心として駆動される織物ループ（例えば、フェルト又は他の成形ワイヤ）との間にストックを射出し得る。（例えば、ヘッドボックス、成形ワイヤ、織物又はローラを介して）ストックに適用される力は、水を成形ワイヤに通過させて成形ワイヤと織物との間にセルロースウェブを形成する。

大量の高速の水が、成形ワイヤを通過する際にストックから排出される。このストックからエネルギを再生することは、製紙効率を向上させるであろう。ＵＳ特許第６，３９８，９１３号は、ストックに与えられる運動エネルギをタービンを介して回復させる、抄紙機成形セクションにおけるエネルギ再生のための構成と方法を記載している。しかしながら、このような従来技術の再生装置は、いくつかの製紙工程（例えば、異なるヘッドボックス位置、ヘッドボックスの幾何的構成、ローラ径等）、ストック組成、ストック量、織物速度等に容易に適合しない。そのため、これらのシステムは、次善のエネルギ回復効率しか得られない。異なる流れ条件及び製紙装置に対する適合性は、製紙効率を改善するであろう。

「名目上」は実行可能に思われる多くの設計は、現実の世界において本格的に実際に実施すると所望のようにはいかない。重力による変形によって部品が移動し、これにより「名目上」の所望の配置が現実の配置でなくなることがある。噴射力が部品を変形させることがある。例えば、プレートは、衝突流体の作動前は単独の形状を有し得るが、水ジェットにより変形を受けると異なる形状を有し得る。

製紙中にストックに与えられる運動エネルギは、タービン（例えばバンキ・タービン）を備えたエネルギ生成のための装置を使用して生成され得る。成形ワイヤを介して水が噴射されると、水はガイドプレートの使用によりタービンまでガイドされ得る。調整ガイドプレート及び／又は調整タービン配置により、製紙設備に対する装置のアラインメント（整列）が可能となる。適切なアラインメントは、製紙プロセスの正味エネルギ消費を減少させつつ噴射されたストックから再生されるエネルギ量を増加させ得る。いくつかの実施形態は、装置の取付け、アラインメント、及び／又はメンテナンスを容易にし得る（例えばタービンモジュールやガイドプレートモジュールを有する）モジュラーシステムを備えている。

種々の態様により、製紙機械の成形セクションからエネルギを再生するための装置が提供されている。製紙機械は、リードローラを中心として駆動される成形ワイヤループと、成形ローラを中心として駆動される織物ループと、成形ワイヤ及び織物又は織物ループにより作製された移動サンドイッチ体にストックを射出するように構成されたヘッドボックスと、を備え得る。装置は、発電機に連結されたタービンと、成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように成形された湾曲ガイドプレートと、を備え得る。ガイドプレートは、タービンに近接する終端縁において終端し得る。アクチュエータがガイドプレートに連結され得るとともに、旋回軸がガイドプレートに連結され得る。

アクチュエータ及び旋回軸は、終端縁のタービンに対する位置、及び、（例えば、タービンに近接するガイドプレートの終端面の）ガイドプレートのタービンに対する角度のうちの少なくとも一方を調整するように動作可能であり得る。アラインメントにより、噴射された水の流れからタービンへの運動量移行効率が向上され得る。アクチュエータ及び旋回軸は、ガイドプレートを、タービンを回転させることなく水がタービンを「通り過ぎる（バイパスする）」バイパス位置に配置するように動作し得る。このような構成は、タービンの調整又はメンテナンス中、製紙機械の継続動作を提供するように利用され得る。

いくつかの例において、エネルギを製紙機械から再生するための装置は、発電機に連結されたタービンを備えたタービンモジュールと、ストックから成形ワイヤを介して噴射された水をタービンへと方向付けるように成形された湾曲ガイドプレートを備えたガイドプレートモジュールと、を備え得る。ガイドプレートモジュールはタービンモジュールから分離可能としてもよく、これにより、ガイドプレートのタービンに対するアラインメントを変更することなくガイドプレートモジュールを取外したり交換したりすることが容易となる。いくつかの例において、ガイドプレートモジュールとタービンモジュールとは、モジュール取付台によって連結される。モジュール取付台は、一方のモジュールの他方のモジュールに対する取外し可能な取付けを提供し、これによりガイドプレートモジュールとタービンモジュールとの間の（例えば１方向以上における）調整機能が可能とされる。

エネルギ再生装置と製紙機械とをアライン（整列）させる方法は、エネルギを製紙機械から再生するための装置を準備する工程と、製紙機械を動作させる工程と、ガイドプレート及び／又はタービンを調整する工程と、ガイドプレート及び／又はタービンを、任意のヘッドストック射出量において発電機により生成される電気量を最大にする位置に固定する工程と、を備え得る。ガイドプレート及び／又はタービンは、製紙プロセスの効率を最大にする（例えば、タービンにより生成される電力の、（例えばヘッドボックス、リードローラ、成形ローラ等を介して）ストックに与えられる電力に対する比率を最大にする）位置に固定され得る。

いくつかの実施形態において、製紙機械は、成形セクション（例えば、ヘッドボックス、成形ローラ、リードローラ、成形ワイヤ及び織物）と、ヘッドボックスにより射出されたストックからエネルギを再生する装置と、を備え得る。

実際の使用前において、実施形態と他の装置との差が、最新のコンピュータ支援による設計やモデリングツールがなくては明白でない場合がある。当業者はこのようなツールを徹底的に（典型的には排他的に）設計のために使用する（例えば、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ、Ｐｒｏ‐Ｅ、Ｃａｔｉａ、Ａｕｔｏｃａｄ等）。設計の挙動（及び設計に対する変化の挙動）は、構造体に代表的な負荷を与えてこのような負荷の構造体に対する影響を算出するコンピュータを使用したモデリングツール（例えば、有限要素法：ＦＥＭ）を使用することにより予測され得る。このようなモデルは、使用中の装置の挙動を予測し得る。

大型で高価な、且つ複雑な装置について、特に周囲環境との複合的な反応（例えば、障壁に衝突する車）を受ける装置について、コンピュータによるモデリングは、その製造及び始動前に（この時点で、貧弱な設計の悪影響は破壊的であり得る）、所望の設計を特定する唯一の方法であろう。本明細書に記載される種々の実施形態は、これらの装置を（従来技術における又は以後の）他の装置と比較するためにコンピュータ支援ツールの使用を必要としている。このようなツール（例えば、ＣＡＤ、ＦＥＭ）の使用は、当業者の能力の範囲内である。例示的な市販のパッケージには、ＡＮＳＹＳ、Ａｂａｑｕｓ、ＮＡＳＴＲＡＮ、ＣＯＭＳＯＬ、ＬＳ Ｄｙｎａが含まれる。

本文書は、２０１４年７月１日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するためのガイドプレートの形状」を発明の名称とするスウェーデン特許出願番号１４５０８１２−１号、及び２０１４年７月２日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するためのガイドプレートの形状」を発明の名称とするスウェーデン特許出願番号１４５０８２３−８号の優先権を主張するとともに参照によりこれらを本明細書に組み入れたものとする。本文書は、２０１５年７月１日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するための調整装置」を発明の名称とする国際出願番号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号に関するとともに参照によりこれを本明細書に組み入れたものとする。

いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置の実施を示す図。 いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置を示す図。 いくつかの実施形態によるタービン取付台を示す図。 いくつかの実施形態による、ガイドプレートの例示的なアラインメントを示す図。 いくつかの実施形態による、第１機械の代表的な実験結果を示す図。 一実施形態による、２つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図。 一実施形態による、２つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図。 いくつかの実施形態による、内部にガイドプレートの旋回ポイントが配置され得る成形セクションの好適な領域を示す図。 ＦＥＭシミュレーション中の変形を画定するために使用されるいくつかの代表的な特定ラインとともに、一実施形態によるガイドプレートを示す図。 一実施形態による、図８に示すラインのモデリングされた挙動を示すために使用される座標系を示す図。 （実際の作動条件における実際の紙機の衝突水の速度及び量からの）一実施形態による重力負荷と噴射力負荷の両方を受けたガイドプレート８５０の、（ＡＮＳＹＳを使用して生成された）モデリングされた変形のプロットを示す図。 いくつかの実施形態による、衝突水による噴射負荷を原因とする予測される変形を示す図。 いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてＡＮＳＹＳを用いてモデリングされた変形を示す図。 いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてＡＮＳＹＳを用いてモデリングされた変形を示す図。 いくつかの実施形態による、ガイドプレートとタービンとの間の代表的な距離を示す図。

本明細書に記載されるシステム及び方法は、製紙中のエネルギの再生を可能にし得る。製紙中にストックに与えられる運動エネルギは、発電機に連結されたタービンにより再生され得る。水が成形ワイヤを介して噴射されると、水はガイドプレートの使用によりタービンへ案内され得る。タービンにより再生されるエネルギを最大にすべく、調整ガイドプレート及び／又は調整タービン配置が提供され得る。調整ガイドプレートは、ヘッドボックス出口サイズ、ヘッドボックス位置、ヘッドボックス角度、成形ワイヤ速度、ストック量、ストック組成、ストック速度等における差に対応可能である。ガイドプレートを、ストックからタービンへの運動量の移行を最大にするような態様で調整することにより、エネルギ再生効率が改善され得る。エネルギ再生を最大化するには、ガイドプレートを、非常に高い確度及び／又は精度（例えば、数ｍｍ以内、特に１ｍｍ以内、０．５℃より良好な角度的精度）で位置決めする必要がある。

調整タービン配置は、タービンが成形ローラから（例えば径方向に）、及びヘッドボックスから（例えば角度的に）最適な距離において位置決めされ得るように、異なるサイズの成形ローラ及び織物／ワイヤ速度に対応可能である。いくつかの実施形態は、ガイドプレートモジュールと、モジュラー様式で取り外し可能に取付けられたタービンモジュールとを備え、これによりガイドプレートモジュールが、タービンモジュールから取り外され得る、及び／又はタービンモジュールに対して（例えば、横方向に、縦方向に）調整され得る。

図１は、いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置の実施を示す。図１は、エネルギ再生装置２００を有する製紙機械１００の成形セクションを示す。本明細書の目的のために、製紙機械１００は、ティッシュ、ボード、及び／又は液体（例えば水）を当該液体に分散させた粒子（例えばセルロース）の懸濁液から抽出することにより製造される他の製品を製造するための機械であり得る。

例示的な製紙機械１００は、ストック１０８を受容し且つ射出するように構成されたヘッドボックス１０１を有し得る。成形ローラ１１０は、以下で織物１３２と記載する成形織物をガイドし得る。いくつかの成形ローラは、７００乃至２０００ｍｍを含み、１０００乃至１９００ｍｍを含み、約１２００乃至１８５０ｍｍを含む、５００乃至２５００ｍｍの直径を有している。リードローラ１２０は、成形ワイヤ１３０をガイドし得る。成形ワイヤ１３０及び織物１３２は典型的にはループとして配置され、これらは成形ワイヤ１３０及び織物１３２の移動ループとしての連続「サンドイッチ体」を形成するようにともに出現し、これにヘッドボックス１０１がストック１０８を射出する。サンドイッチ体が成形ローラ１１０の周囲を移動するにつれて、成形ワイヤ１３０と織物１３２との間にセルロースウエブを残しつつ、水がサンドイッチされたストックから噴射される。サンドイッチ体は、リードローラ１２２において分離され得る。その後、脱水されたストックのウエブが更に加工され得る。

いくつかの実施形態において、エネルギ再生装置２００は、タービン１４０と調整ガイドプレート１５０とを有している。ガイドプレート１５０は、（成形ワイヤ１３０を介して噴射された）水をタービン１４０へガイドする。タービン１４０は、電気を生成する発電機１６０に連結され得る。

エネルギ再生装置は、調整ガイドプレートと、調整タービンと、モジュラーシステムのうちの１つ以上を含み得る。モジュラーシステムにおいて、ガイドプレートはガイドプレートモジュールの一部として実現され、タービンはタービンモジュールの一部として実現され、ガイドプレートモジュールはタービンモジュールに取外し可能に取付けられる。いくつかの実施形態は、これらの特徴のいくつかを組み合わせる。いくつかの実施形態は、これらの特徴のうちの１つのみを有する。ここで示される例示的な説明は、説明を目的とするものである。図示の図１において、ガイドプレート１５０は、ガイドプレート１５０及び旋回軸２２０を作動するように構成されたアクチュエータ２１０によって調整され得る。

ガイドプレート１５０は硬性（例えば実質的に剛性）であり得る。ガイドプレート１５０は可撓性であり得る。ガイドプレートは、可能な限り硬性であるように設計され得るが、それでもわずかに（例えば重力や水ジェット負荷により）変形する。いくつかの態様において、所望の形状及び配置からの逸脱は、有限要素モデリングを使用して推定され、機械の動作に際して（及びガイドプレートが水ジェットによって「押されて」いるときに）ガイドプレートが適切にアラインメントされるようにガイドプレートはこの逸脱に対応して調整される。いくつかの実施形態において、ガイドプレート１５０は装置の種々の部品によりわずかに変形するのに十分なほど可撓性であるが、成形ローラから噴射された噴霧水により実質的に変形しないように十分に硬性である。いくつかの例において、ガイド面が、噴射された水がこのガイド面を偏向させるのに十分なほどの可撓性を有しており、これにより、ガイドプレートに衝突する水の運動量によって少なくとも部分的に制御される形状が形成される。一実施形態において、アクチュエータ及び旋回軸は、ガイドプレートの曲率を変化させるように構成可能である。この場合、アクチュエータ及び旋回軸は、重力及び衝突する水ジェットのうちの少なくとも一方により与えられる力に対して（抵抗するように）、ガイドプレートに前もって負荷を加えるように動作可能である。

最新の演算ツールを利用して使用中の装置の動作、及び設計変更の動作変更にもたらす影響を予測することが有利である、或いは必要である。効率的なエネルギの取得には、特にガイドプレートの終端縁に対する非常に正確なガイドプレートの形状及び位置決めが必要とされる。（例えばＡＮＳＹＳを使用した）ＦＥＭシミュレーションは、重力による負荷や（噴射されたストックの）衝突する水ジェット等を組み込んで、最適な形状及び位置決めを特定し得る。設計はモデリングされ得るとともに、性能が推定され得る。設計が変更されて（明らかに改良されて）、そして変更された設計がモデリングされて設計変更が性能を改善したかどうかが確定され得る。このようなプロセスは、「試行錯誤」に基づくように見える場合があるが、ここで「ターゲット」として特定される基準を使用することによりこのようなプロセスは顕著に加速され得る。例えば、衝突角度に対する制約がモデリングに容易に組み込まれ得る。そして、（例えば、特定の成形セクション幾何的構成に従って）このような制約を満たすガイドプレートを迅速に設計するために、当該制約が使用され得る。

異なる製紙機械は、異なる動作条件（例えば、ストック／セカンドの量、ストック濃度、ストック内のファイバの種類、リサイクルファイバ％の％（例えば、インク除去されたリサイクルペーパーの％）、ファイバー組成（例えば、樺、モミ、トウヒ、松）、ファイバー長さ、織物／ワイヤ速度、種々のローラの角速度、ワイヤの種類、織物の種類等）を有し得る。異なる機械は、異なる幾何的パラメータを有し得る。例えば、（任意の幅の機械について）ヘッドボックス出口間隙のサイズ１０２は、機械によって異なる（例えば、５−２５ｍｍを含み、６−１８ｍｍを含み、９−１４ｍｍを含み、１２−１３ｍｍを含む、２乃至３０ｍｍの間）。リードローラ及び成形ローラに対するヘッドボックス１０１の位置１０６（例えば、ヘッドボックス出口間隙から成形ワイヤと織物とによって形成される「サンドイッチ体」までの距離）は変化し得る。ヘッドボックス角度１０４は変化し得る。成形ローラ、リードローラの直径、及びこれら２つのローラの互いに対する位置は変化し得る。

これらの条件やパラメータの変化は、成形ワイヤ１３０を介して噴射される水流（又はスプレー）の速度、位置、及び／又は形状を変え得る。これらの特性における変化に対応するように、調整ガイドプレート１５０は、ストック１０８からタービン１４０への運動エネルギの移行を最大にするような態様で調整され得る。このため、装置２００は、ガイドプレート１５０の調整（また、いくつかの例においてタービン１４０の位置の調整）を介して、任意の製紙機械の詳細事項、プロセス、及びストックに合わせて「チューニング」され得る。

本明細書に記載の実施形態は、種々の異なる成形セクション構成（例えば、半月成形体、Ｖａｌｍｅｔ ＡＢにより提供されるＤＣＴ成形セクション、双ワイヤ成形体等）により実施され得る。

図２は、いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置を示す。装置２００’は、噴射された水をタービン１４０へ方向付けるように構成された調整ガイドプレート１５０を備えている。ガイドプレート１５０は、アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０により位置決めされる。これらは、旋回ポイント２１１と、旋回ポイントをガイドプレート１５０に連結するブラケット、ブレース、リンク、又は他の固定具と、を備え得る。アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０は、ガイドプレート１５０を、（水から）タービン１４０への運動量の移行を最適化する位置へ移動させるように調整され得る。アクチュエータ２１０は、（例えば、ＰＭＣ Ｓｗｅｄｒｉｖｅにより提供されるような）主ねじアクチュエータを備え得る。例示的なアクチュエータは、２０ｋＮより大きい作動力を含む、更に又は３０ｋＮより大きい作動力を含む、１０ｋＮより大きい作動力を、約３メートルのタービン幅を有する製紙機械及び２つの（横方向に配置された）アクチュエータを有するガイドプレートに対して、提供し得る。いくつかの実施形態において、複数のアクチュエータ（例えば、２、３、４又は６個のアクチュエータ）が使用される。総計作動力は、（例えば重力及び衝突する水ジェットによる）ガイドプレートの予測される負荷のシミュレーションを利用することにより決定され得る。総計作動力は、３０ｋＮを越えることができ、４０ｋＮ、５０ｋＮ、６０ｋＮを超える、更に又は８０ｋＮを超えるものを含む。

アクチュエータ及び／又は旋回軸は、ガイドプレートを、水をタービンから離れるように方向付ける「バイパス位置」に位置決めするように操作され得る。このような構成により、紙機を作動させつつ、タービンの変更及び／又はメンテナンスを実施することが可能とされ得る。

ガイドプレート１５０の最適なアラインメントは、ガイドプレートから成形ローラに「跳ね返る」水の量を最小にし得る、且つタービンに流入するときの水の速度を最大にし得る、（例えば水からガイドプレートそれ自体への）摩擦損失を最小にし得る、且つタービンへの運動量移行を最大にする角度において水をタービンに方向付け得る、且つ（例えばガイドプレートとリードローラ１２０との間で）ガイドプレートを通り過ぎる水の「オーバーシュート（飛び過ぎ）」を最小にし得る、且つタービンに流入する水の量を最大にし得る。

アクチュエータ２１０は、スクリュー駆動アクチュエータと、ウォームギアと、ソレノイドと、ギア及びピニオンと、空気式アクチュエータと、等を備え得る。アクチュエータ２１０は、ガイドプレート１５０を（タービン１４０に対する）方向２１２において移動させるように伸長され得るとともに後退され得る。

（タービン１４０に最も近接して配置される）終端縁１５２は、タービン１４０に近接したガイドプレート１５０の一部であり得る終端面１５３に関連付けられ得る。アラインメント終端面１５３は、噴射された水をタービンに画成し得る、及び／又は方向付け得る。終端面１５３は、終端面法線１５４により定義され得る（ガイドプレート１５０が湾曲していても、終端縁１５２付近で定義され得る）。終端縁１５２は、（ガイドプレート１５０により案内される）水流がタービン１４０に、タービンへのエネルギ移行を最大にする（タービン軸からの）径方向距離において流入するように位置決めされ得る。水は、（タービンのブレードの外周における）接線付近でタービンに衝突し得るが、タービンを外れたりタービンから逸れたりすべきではない。終端縁１５２から離れるときの水流の典型的な厚さ（例えば５−４０ｍｍであり、７−３５ｍｍを含み、８−３０ｍｍを含み、１２−２５ｍｍを含み、１８−２０ｍｍを含む）に対して、アクチュエータ２１０は、終端縁１５２の位置決めに対する１ｍｍより良好な許容値、そして好適には終端面法線１５４の角度に対する５度より良好な値を提供することができ、５度より良好な値は、１度を含み、０．５度を含み、０．１度を含む。

アクチュエータ２１０は、ガイドプレート１５０が終端縁１５２を接線方向に方向２１６においてタービン１４０に近づくようにまたこれから離れるように移動させることを許容する装置を有し得る。アクチュエータ２１０は、旋回ポイント２１１（例えば、角度２１４の領域に亘って移動可能であるとともに特定の角度において固定可能なヒンジ）を有し得る。これにより、アクチュエータ２１０は回転しつつ、ガイドプレート１５０を方向２１６においてタービン１４０に対して移動させ得る。アクチュエータ２１０それ自体は、スクリューやウォームギア等の第２アクチュエータ（図示せず）により回転され得る。アクチュエータ２１０は、先端縁１５６を角度変位２１８の範囲に亘って移動させるようにガイドプレート１５０を調整し得る。

旋回軸２２０は、ガイドプレート１５０がアクチュエータ２１０により作動されると、ガイドプレート１５０が（例えば角度を以て、また、いくつかの例においては横方向に）移動することを許容し得る。旋回軸２２０は、旋回ポイント２１１を介した回転変位２２２（すなわち旋回）に対応し得る。いくつかの実施形態において、旋回ポイント２１１の位置は、方向２２４及び／又は方向２２６において、典型的には、＋／−２０ｍｍを含む＋／−３０ｍｍの範囲内で調整され得る。旋回軸２２０は、（例えば、方向２２４及び／又は２２６において）シム、位置決めねじ、又は他の固定可能な位置決め装置（図示せず）を用いて調整され得る。このような調整により、（例えば、アクチュエータ２１０に対応するように）ガイドプレート１５０の先端縁１５６の位置の調整をすることが提供され得る。いくつかの実施例において、アクチュエータ２１０は、終端縁１５２をタービン１４０に対してアラインメントするように調整され、旋回軸２２０は、先端縁１５６を成形ローラ及び／又はリードローラ（図１）に対してアラインメントするように調整される。（例えば、旋回ポイントを堅固にクランプする）ロックダウン機構が、旋回ポイントを所望の位置において当該位置に最小の「遊び」を以て（好適には遊びを有することなく）「ロックダウン」するように使用され得る。（例えば複数のボルトを有する）例示的なロックダウン機構は、旋回ポイントを、所望の位置から５０ミクロン、特には１０ミクロン、特には１ミクロンを越えない逸脱範囲においてロックダウンし得る。

選択的に横方向移動（例えば２１６、２２４、２２６）と組み合わせた（例えば方向２１２における）作動及び旋回（例えば２１４、２２２）を提供することにより、装置２００／２００’を種々の異なる機械の幾何的構成や作動条件に適合させることを可能としつつ、多種多様なガイドプレートの位置が創出され得る。

いくつかの実施例において、アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０は、ガイドプレート１５０の曲率を変えることなく、ガイドプレート１５０を位置決めするように作動され得る。いくつかの実施例において、アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０は、（例えば方向２２４及び／又は２２６における調整を利用して）ガイドプレート１５０の曲率を変化させるように作動され得る。

設置とメンテナンスを容易にすべく、エネルギ再生装置（例えば装置２００’）は、ガイドプレートモジュール２１０とタービンモジュール２５０とを使用して実現され得る。部品をモジュール式で取付けることにより、ガイドプレートそれ自体を再びアラインメントする必要なく（又は再アラインメントが必要としても最小限で）、異なるモジュールを容易に分離したり再び取付けたりすることができる。モジュラー的な取付けは、ガイドプレート１５０及びタービン１４０の（例えば、成形ローラに対する、及び互いに対する）独立した位置決めを容易にし得る。

ガイドプレートモジュール２１０は、（例えば一体部品における）ガイドプレート１５０とアクチュエータ２１０と旋回軸２２０とを有し得る。終端縁１５２及び先端縁１５６の位置決め、及びガイドプレート１５０の角度は、アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０によって決定され得る。そして、これらの部品全ては、ガイドプレートモジュール２１０として一体化されて、このガイドプレートモジュール２１０はタービンモジュール２５０上に（又は一体に）取付けられ得る。

いくつかの実施形態において、図２に示すように、ガイドプレートモジュールとタービンモジュールは、モジュール取付台を介して連結されている。タービンモジュールとガイドプレートモジュールは、モジュール取付台を使用せずに連結され得る。図２において、モジュール取付台２５２が、ガイドプレートモジュール２１０をタービンモジュール２５０に連結している。モジュール取付台２５２は、ガイドプレート２１０のタービンモジュール２５０に対する（例えば＋／−２０ｍｍを含む＋／−４０ｍｍの範囲に亘る）横方向及び／又は縦方向変位を提供し得る。モジュール取付台２５２は、位置決めねじと、ウォームギアと、１以上のシム等を備え、モジュール同士の互いに対する移動可能且つ固定可能な位置決めを提供し得る。

いくつかの実施例において、タービン１４０のメンテナンスは、単独ユニットとしてのガイドプレートモジュール２１０を取り外すことにより容易とされ得る。ガイドプレートモジュール２１０はモジュール取付台２５２から分離され得る、及び／又はモジュール取付台２５２はタービンモジュール２５０から分離され得る。次いで、ガイドプレート１５０の（タービン１４０に対する）従前のアラインメントがガイドプレートモジュールの再取付け後も維持されるように、ガイドプレートモジュール２１０が（タービンモジュール２５０に対して）元の位置に戻され得る。したがって、再アラインメント又は「再チューニング」の必要性が最小限とされ得る、又は排除され得る。いくつかの実施形態（図示せず）は、ガイドプレートモジュールと、タービンモジュールとを有するが、ガイドプレートモジュールは調整ガイドプレートを有さない。「ダミーモジュール」が、（例えば）タービンではない機械部品モジュールを備え得る。製紙機械は、タービンを付加することでその後アップグレードされ得るダミーモジュールを備え得る。

図３は、いくつかの実施形態によるタービン取付台を示す。エネルギを製紙機械１００（図１）から再生するための装置２００”は、調整タービン１４０を備え得る。装置２００”の製紙機械への適合を容易にするために、タービン１４０は、タービン１４０の位置決めを介して異なるサイズの成形ローラ及び／又は成形ワイヤ速度に対応するように調整され得る。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレート及び調整タービンを提供する。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレートを有さない調整タービンを提供する。装置２００”は、モジュール式の部品（例えば、モジュール取付台を使用してタービンモジュールに連結され得る、又は連結されないガイドプレートモジュール２１０）を有して実現され得る。

タービン１４０は、１つ以上の位置決め機構３１０、３２０、３２０’（これらは一体に及び／又は別箇に調整され得る）を使用して調整可能であり得る。例示的な実施形態において、位置決め機構は、装置であってタービンがこれに沿って摺動又は移動する装置（例えば、レール、シム、位置決めねじ、ウォームギア等）と、タービンを機構に沿った所望位置に保持する係止機構と、を含み得る。第１機構３１０に沿った位置は、タービン１４０を方向３１２において（＋／−４０ｍｍを含み、＋／−３０ｍｍを含み、＋／−２０ｍｍを含み、＋／−１０ｍｍを含む、典型的には＋／−５０ｍｍの範囲内で成形ロールに近づくように又は離れるように）移動させるように選択され得る。第２機構３２０及び／又は３２０’に沿った位置は、タービン１４０を鉛直方向において（例えば、方向３２２において、＋／−４０ｍｍを含み、＋／−３０ｍｍを含み、＋／−２０ｍｍを含み、＋／−１０ｍｍを含む、典型的には＋／−５０ｍｍの範囲内で）移動させるように選択され得る。

任意の成形ローラ直径及び予測される成形ワイヤ速度に応じてタービン位置を調整することにより、タービン１４０は、運動量移行を最適化する（成形ローラからの）径方向距離及び（ヘッドボックスからの）角度距離に位置決めされ得る。例えば、水とガイドプレートとの相互作用に関わる摩擦損失を最小にするように、タービン１４０はヘッドボックス１００に近接して配置され得る。しかしながら、水が成形ローラから成形ローラに沿った角度位置において噴射されないと水がタービンを通り過ぎてしまうため、タービン１４０はヘッドボックス１０１から十分に離間して配置されるべきである。

図４は、いくつかの実施形態による、ガイドプレートの例示的なアラインメントを示す。装置（例えば２００、２００’、２００”）を包囲するシュラウドすなわちカバー４０１のウィンドウ４００が、ガイドプレート（例えばガイドプレート１５０）をアラインメントするために使用され得る。ユーザは、ウィンドウ４００を覗いてガイドプレートをアラインメントすることができる。いくつかの例において、（ウィンドウ４００越しの）カメラが、ガイドプレートとタービンの画像を表すデジタルデータを含む信号を生成する。このようなデータは、画像処理ソフトウエア及びガイドプレートをアラインメントする（例えば、アクチュエータを計測センサから受領したデータに応じて操作する）閉ループアラインメントソフトウエアを有する記憶媒体に連結されたプロセッサ（図示せず）によって利用され得る。ソフトウエアは、（例えばガイドプレートをアラインメントする）方法を実施するようにプロセッサにより実行可能な命令を有し得る。いくつかの例において、カメラデータ、位置データ、電気出力データ、及び／又は他のデータを受領し、現実の位置と所望の位置との差を算出し、ガイドプレートを当該差が減少する方向において（例えば、ガイドプレート及び／又はタービンに連結されたギアモータにより）作動して配置し直すことにより、ガイドプレートはアラインメントされ得る。

タービン１４０からの出力（例えば、発電機１６０により一定のストック流において生成される電力）が、ガイドプレート１５０をアラインメントするように使用され得る。アラインメント処理により、ストック１０８から再生されるエネルギを最大にする、及び／又は種々の部品に対する摩耗及び／又はダメージを最小にする配向において、ガイドプレート１５０が位置決めされ得る。

図４において、ガイドプレート１５０の概略的アラインメント、及びストック１０８（図１）から噴射される水流１０８’に対する例示的な影響が示されている。衝突する水１０８’のプレート側４１０と水１０８’の空気側４２０とが、タービン１４０に衝突する水１０８’の流れ（又は平面）の内側及び外側境界を画成し得る。プレート側４１０からタービン１４０へ延在するラインは、タービン１４０の（例えば図示しないブレードの）外周に、タービン１４０上のポイント４１２において交差し得る。ポイント４１２は、水１０８’のプレート側がタービン１４０に接触すると予測されるポイントを描写し得る。ポイント４１２は、接線４１４及び法線４１６を有し得る。

接線４１４とプレート側４１０（すなわちプレート側４１０からポイント４１２への延長線）との間の角度４１８は、衝突する水１０８’のプレート側に対する衝突角度４１８を画成し得る。衝突角度４１８は、法線４１６と終端面法線１５４との間の角度により画成され得る。角度４１８は、２０乃至３０度を含み、２１乃至２８度を含み、２２乃至２６度を含み、約２４度を含む、１５乃至３５度であり得る。

成形ワイヤ１３０によるストック１０８のフィルタリングから生じた水１０８’は、成形ローラ１１０（図１）の角度回転のスパンに亘って噴射され得る。ストック１０８の成形ワイヤ／織物による「サンドイッチ体」への射出後、噴射は、典型的には、２０−５０度を含み、２５−４５度を含む、１０−６０度の回転度に亘って発生し得る。水１０８’は、ガイドプレート１５０に衝突し、そしてガイドプレート１５０によってタービン１４０へとガイドされ得る。ガイドプレートは、プレート側４１０付近の水１０８’の濃度が空気側４２０の水の濃度よりも高くなるようにしてアラインメントされ得る。

空気側４２０とプレート側４１０との間の距離は、水１０８’の流れの厚さを画成し得る。この厚さは、ヘッドボックス出口間隙サイズ１０２より（１５−２５％を含み、１８−２２％を含む）１０−３０％大きい場合がある（これは空気が水１０８’に含まれるからである）。ある機械１００において、空気側４２０とプレート側４１０との間の距離は、７−３５ｍｍを含み、８−３０ｍｍを含み、１２−２５ｍｍを含み、１８−２０ｍｍを含む、５−４０ｍｍであり得る。衝突する水の流れの厚さは、タービン１４０に到着する流れの、タービン１４０における異なる径方向及び角度位置をもたらし、これは効率に影響を与え得る。ガイドプレート１５０のアラインメントはこの効率を改善するであろう。

水１０８’の流れの厚さ（例えば、プレート側４１０と空気側４２０との間の距離）により、タービン１４０に到着する水１０８’の空気側の角度位置は、プレート側のそれから異なることとなる。例えば、水１０８’の空気側４２０は、タービン１４０に、接線４２４及び法線４２６を有し得るポイント４２２において接触し得る。接線４２４と衝突する水１０８’の空気側の方向との間の衝突角度４２８は、水流の空気側に対する「アタック角度」を画成し得る。また、終端面法線１５４と法線４２６との間の衝突角度４２９は、衝突する水流１０８’の空気側４２０に対する「アタック角度」を画成し得る。角度４２９は、角度４２８と実質的に同一であり得るが、異なっていてもよい（例えば、水の空気側がプレートから水のプレート側とわずかに異なる角度で離れている場合）。

衝突角度４２８及び／又は４２９は、衝突角度４１８より小さい場合がある。衝突角度４２８及び／又は４２９は、５乃至２０度を含み、８乃至１６度を含み、１０乃至１４度を含み、約１２度を含む、０乃至２５度であり得る。

衝突角度４１８、４２８及び４２９は、水１０８’からタービン１４０への運動量の移行を最大にするように選択され得る。いくつかの実施形態において、ガイドプレート１５０は、水１０８’がタービン１４０を「外す」ことがないようにという制約の下で、衝突角度を最小にするように調整される。小さい衝突角度は運動量移行を増大させるが、衝突角度が小さすぎると、水１０８’がタービン１４０から（内方ではなく）外方に噴射されてしまったり、水１０８’の一部がタービンのブレードに運動量を与えることなくタービン１４０を通り過ぎてしまったりすることになる場合がある。

図４において、ガイドプレートの幾何的構成により、プレート側４１０における水１０８’は、タービン１４０に、空気側４２０の水の角度位置よりも早い角度位置で到達する（タービン１４０は時計方向に回転し得る）。いくつかの実施形態において、ガイドプレートは、空気側４２０の水が（プレート側４１０の衝突角度よりも大きい衝突角度で）先に到達するようにアラインメントされ得る。

調整ガイドプレートは、衝突する水流１０８’の正確に制御されたアラインメント（これは水の「シート」又は「平面」としての３次元において表され得る）を提供し得る。制御されたアラインメントは、水１０８’からタービン１４０への運動量の移行を最大にしつつ、エネルギが製紙プロセスから再生される効率を増大させ得る。エネルギ移行を最大にするように、ガイドプレート１５０は、典型的にはタービン１４０に非常に近接して配置される。例えば、タービン１４０に最も近接した終端面１５３のポイント（例えば、ガイドプレートの「後隅部」）は、タービン１４０のブレードから、２ｍｍ未満を含み、０．５乃至１．５ｍｍを含む、５ｍｍ未満にあり得る。このような近接配置について、ガイドプレートのアラインメントは非常に重要である。

実施例１
図５は、いくつかの実施形態による、第１製紙機械の代表的な実験結果を示す。図５は、製紙機械の一部として動作する代表的な装置２００について、角度４１８の関数としての（例えば発電機の電気出力に基づく）「電力変換効率」をプロットしたものである。本実施形態において、角度４１８＝２４．３度において、最大効率（５０％）が計測された。しかしながら、わずかに小さい角度４１８（２４．１度）では、効率は（４３％と）かなり減少した。本例において、角度４１８（衝突する水がタービン１４０にぶつかる角度）における比較的小さい変化が、効率に関して比較的大きい変化をもたらし、ガイドプレートのタービンに対する正確なアラインメントの重要性が確認された。

実施例２
図６Ａ及び６Ｂは、一実施例による、２つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図である。図６Ａは、ガイドプレートの２つの異なる位置を示す。ガイドプレート６５０は第１位置にあり、ガイドプレート６５０’は第２位置にある。本例において、２つの位置の差は、アクチュエータ（図示せず）及び旋回ポイント２１１（２つの旋回ポイント位置が２１１、２１１’として示される）の調整によるものであった。これら２つの旋回ポイント位置の差は、鉛直方向において２．６ｍｍ、及び水平方向において１０．７ｍｍであった。また、ガイドプレート６５０のサイズは、先端縁１５６と終端縁１５２との間において９２０ｍｍであった。アクチュエータ（図示せず）も、終端縁のタービンに対する位置が両構成において同一であるように調整された。

製紙機械を両構成において作動させて、２つの異なるガイドプレート位置について電力出力を計測した。電力出力は、電力変換効率を算出するために使用した。図６Ｂは、２つのガイドプレート位置の間の電力変換効率における顕著な変化を示す。２５．１度の入射角を有するガイドプレート（位置）６５０について、電力変換効率は５２．７％であった。２４．２度の入射角を有するガイドプレート（位置）６５０’について、効率は４９％であった。機械のサイズとタービン（２．９ｍ）幅に対して、これは、３．８ｋＷの電力出力の差（典型的な家に供給するのに略十分な電力）に相当するものであった。したがって、比較的小さいと思われる位置の変化が、電力変換効率に大きい変化をもたらすことがわかった。つまり、ガイドプレートを位置決めする高度に正確且つ精密な装置は、最大のエネルギ効率を獲得するために必要とされるミリメートルレベルの精密さを提供する。

いくつかの例において、入射角の好適な範囲が特定され得る。いくつかの例において、図５と６Ｂとの比較に示されるように、「理想的」な角度は機械により異なり得る。図６Ｂのデータを生成するように使用された機械の成形セクションは、図５のデータを生成するように使用された機械の成形セクションと異なっていた。これらの成形セクションは、わずかに異なるローラの幾何的構成を有していた。図６Ｂのデータのために使用されたガイドプレートは、図５のデータのために使用されたガイドプレートよりわずかに長かった。

図７は、いくつかの実施形態による、内部にガイドプレートの旋回ポイントが配置され得る成形セクションの例示的な領域を示す。流入する水がガイドプレートを「通り過ぎる（シュートオーバーする）」可能性を減じるために、ガイドプレートの先端縁は、リードローラと成形ローラとの間の接合領域に比較的「深く入り込む」ように配置され得る。また、終端縁は、典型的にはタービンにできるだけ近接して（例えば、約０．５乃至１．５ｍｍ）配置される。このような制約を受けるガイドプレートの調整は、典型的には、ガイドプレートを成形ローラ（又はワイヤ）やリードローラ、又はタービンに至らせることなく、（流入する水ジェットに対する）所望のガイドプレートの幾何的構成の達成を必要とする。

いくつかのシステムにおいて、旋回ポイント２１１の最適な位置は、リードローラ、成形ローラ及び成形ワイヤに接触する可能性を最小にしつつ最大範囲の調整可能性を提供する成形セクションの幾何的構成に応じて、選択され得る。旋回ポイント位置の例示的な領域を図７に示す。成形ワイヤは、典型的には当領域の境界（例えば、上方の境界）を画成する。

半径７１０を有するリードローラについて、旋回ポイントは、リードローラの中心から距離７２０を置いて配置され得る。距離７２０は、半径７１０の約１０８％乃至２５０％であり、半径７１０の特には約１１０％乃至２３０％、特には約１６０％乃至２２４％、特には約１６５％乃至２１４％である。

半径７３０を有する成形ローラについて、旋回ポイントは、成形ローラの中心から距離７４０を置いて配置され得る。距離７４０は、半径７４０の約１０８％乃至２００％、半径７３０の特には約１２０％乃至１６０％、特には約１３５％乃至１４５％である。

図８は、ＦＥＭシミュレーション中の変形を画定するように使用されるいくつかのの代表特定ラインとともに、一実施形態によるガイドプレートを示す。本例において、ガイドプレート８５０は、縮尺模型である。ライン１３１０は、先端縁１５６に近接するガイドプレートの横断方向に亘ってガイドプレート上に延びている。ライン１３２０及び１３３０は、水をタービンに方向付けるガイドプレートの終端縁においてガイドプレート上に延びている。ライン１３３０は、終端縁１５２に近接して配置されている。ライン１３２０は、ガイドプレートの上方数センチメートルに配置されている。いくつかのガイドプレートについて、（例えば、ライン１３２０からライン１３３０への）終端部は、ガイドプレートの中央部の曲率より大きい曲率を有し得る。本例におけるように、終端部は平面状であり得る。終端部は、４乃至１０ｃｍを含み、６乃至９ｃｍを含む、約３乃至１５ｃｍであり得る。ライン１３１０、１３２０、及び１３３０は、以下のＦＥＭシミュレーションにおける代表的な変形を特定するように使用されるであろう。

実施例３
図９Ａは、一実施形態による、図８に示すラインのモデリングされた挙動を示すために使用される座標系を示す。図９Ａにおいて、（本例においてＡＮＳＹＳを使用する）有限要素モデルが、いくつかの実施形態による変形モデリングに使用された。図９Ａは、ライン１３１０、１３２０及び１３３０におけるシミュレーションされた図８からの変形を表すために使用される座標を示す。ガイドプレートの各部分（先端及び終端）において、関連する座標系は、ガイドプレート表面に接するｘ方向（正の数が「下方」を指す）と、（その部分の）当該表面に直交するｙ方向と、を備えている。表面は湾曲しているため、これらの座標系は「方向を変える」。したがって、ライン１３１０に対する正のｘ値は、（ライン１３２０及び１３３０に対する）負のｙ値と同様の方向における変形を表す。（ライン１３１０）に対する正のｙ値は、ライン１３２０及び１３３０に対する正のｘ値と同様の変形を表す。ガイドプレート１３５０は、ボックスセクションとバックシートとを利用する。

図９Ｂは、（実際の作動条件における実際の紙機の衝突水の速度及び量からの）一実施形態による重力負荷と噴射力負荷の両方を受けたガイドプレート８５０の、（ＡＮＳＹＳを使用して生成された）モデリングされた変形のプロットを示す。ライン１３１０の変形／変位は、ｘ方向において２ｍｍを越えない、すなわち成形ローラから「離れている」。ライン１３１０の変形／変位は、負のｙ方向において（すなわち図９Ａにおいて「上方に」）４ｍｍを越えない。ライン１３２０及び１３３０の変形／変位は、負のｘ方向において（すなわち図９Ａにおいて「上方に」）１．５ｍｍを越えない。ライン１３２０及び１３３０の変形／変位は、負のｙ方向において（すなわち機械方向に対して「下方に」）１．１ｍｍを越えない。

重力負荷による変形は、設置の際に適合され得る。例えば、ガイドプレートは、成形ローラ、リードローラ及びタービンに対して設置されアラインメントされ得る（すなわち重力負荷を受けた状態で）。これに対し、噴射力による変形は機械の始動と作動を必要とするが、これは装置が所望通りに機能するという確信なしにすべきではない。ＦＥＭシミュレーションは、形状、所望の動作をもたらすと期待されるサイズ及び取付構成を決定するために利用され得る。

実施例４
図１０は、いくつかの実施形態による、衝突水による噴射負荷を原因とする予測される変形を示す。典型的に、効率は、特にガイドプレートを可能な限り薄くすることと組み合わせて、ガイドプレートの終端縁の「最も近接した」又は「最も後方の」隅部をタービンに非常に近接させて位置決めすることにより、向上され得る。このような位置決めには、操作中にガイドプレートとタービンとが互いに不用意に接触しないという確信が必要である。図１０は、ガイドプレートの形状及び位置に対する噴射力の影響を、ライン１３１０、１３２０及び１３３０（図８）と図９Ａの座標系を使用して示す。（ライン１３２０及び１３３０により表される）終端部の予測される変形は、ｘ方向において（タービンに向かって「下方に」）０．１２ｍｍを越えず、負のｙ方向において（タービンに向かって「下流に」）０．１５ｍｍを越えない。これらの値は、設置に際して終端部をオフセットするために利用され得る。これらの値は、性能が妨害されたり設備がダメージを受けたりするほどにはガイドプレートの形状が操作中に（噴射力を介して）大きくは変化しない、という確信を強くするものであろう。

これらのラインは、（２つの）取付ポイントの位置に関連する、プレート全域の「波状」輪郭を示す。ボックスセクションの大きい厚さが、この波状形状を小さくするように利用され得る。より多くの取付ポイント（例えば、３個、４個更には６個の取付ポイント）もこの波状形状を小さくし得る。図９Ｂと図１０とを比較すると、ガイドプレートの形状についてのＦＥＭシミュレーションの重要性が明らかになる。先端部については、重力負荷が評価され得る。噴射流がなければ、先端部は自重により「垂れ下がる」。これは、噴射流の一部が先端縁を「通り過ぎる」原因となり得る。しかしながら、先端部に接触した噴射流は、当該部分を「持ち上げる」。これにより、先端縁がリードローラに接触し得る。最適なガイドプレートの形状は、変形することなく衝突する水を他の部品へと捕捉しつつ、所望の衝突角度を維持してタービンへの効率的なエネルギ移行をもたらすものであろう。

終端部に対して、噴射力は（重力負荷と比較して）顕著な変形をもたらし得る。このような構成において、ＦＥＭシミュレーションは、機械を始動させる前に（タービンに対する）終端縁の実際の位置を予測するのに不可欠な場合がある。

実施例５
図１１Ａ及び１１Ｂは、いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてＡＮＳＹＳを用いてモデリングされた変形を示す。図１１Ａは、噴射負荷と重力負荷の組合せを示すとともに、４．３１ｍｍの（先端縁１５６を有する）先端部の（噴射の実施前及び実施後の）最大変形を示す。図１１Ｂは、ガイド表面自体の後側（プレートを強化するように使用された補強ビームのウエブが示されている）が見えるようにバックプレートが除去された状態の、噴射負荷のみを原因とするガイドプレートの変形及び変位を示す。図１１Ｂは、「応力を受けていない」形状及び位置（これは図面において誇張された変位を使用した「シャドゥ」として示されている）に対して算出された変形及び変位を比較している。したがって、変形及び変位は、理解しやすいように描写を誇張してある。ガイドプレートの全体的な曲率はわずかに減少し得る（負荷を受けたガイドプレートはより「弓形」である）。そして、ガイドプレートの先端縁はわずかに「下流に」移動している。また、横方向に屈曲する「波状形状」が示されている。しかしながら、全体的な変形は、０．５４ｍｍを越えない。

図１２は、いくつかの実施形態による、ガイドプレートとタービンとの間の代表的な距離を示す。図１２は、終端「縁」１５２についての更なる詳細を呈している。これは「縁」と記載され得るけれども、（例えば、水圧により縁が「丸まること」を防ぐように）終端縁１５２は典型的にはかなりの厚さを有している。図１２において、ガイドプレート１２５０は、「直近の部分」１２１０（すなわち、プレートがタービンに接触した場合に、タービンに接触するであろうガイドプレートの一部分）を有する終端縁１５２を備えている。本明細書に記載の調整機構、設計及びモデリング方法を利用することにより、ガイドプレートは、（確信を持って）タービンに非常に近接して位置決めされ得る。典型的な設備において、ガイドプレートの直近の部分（１２１０）とタービンとの間の距離（１２２０）は、４ｍｍ未満、特には０．７５乃至２ｍｍを含む０．５乃至３ｍｍ未満である。縁１５２の厚さ１２３０は、０．４−４ｍｍを含む、１−３ｍｍを含む、１．５−２．５ｍｍを含む、５ｍｍ未満であり得る一方、ガイドプレート１２５０は２ｍｍの厚さを有している。使用中の終端縁の典型的な予測される（０．５ｍｍまでの）変形により、プレートとタービンとの間に約１ｍｍの「バッファ」が残されるであろう。ガイドプレートの「接触表面」からタービンまでの典型的な距離は、２乃至４ｍｍを含み、約３．２乃至３．８ｍｍを含む、１．５乃至５ｍｍであり得る。距離１２２０及び厚さ１２３０は、（とりわけ）タービンに移行中の水のフィルムの予想される厚さ（例えば、図４の水１０８’のプレート側４１０と空気側４２０との間の距離）に応じて選択され得る。このような距離は、代表的な動作条件（例えばヘッドボックスの流量、圧圧力、ストックの組成、ガイドプレートの幾何的構成、及びローラの幾何的構成）における成形セクションのコンピュータによるシミュレーションを利用して決定され得る。

（使用中の）予測された形状又は位置からの逸脱は、重大なダメージの原因となり得る。このため、位置及び形状に対するこのように精密な許容差を達成するには、典型的には、コンピュータにより実現された設計及びモデリング技術が必要である。このようなツールは当業者には容易に入手可能である。ＦＥＭ方法が、幾何的構成（例えば、アクチュエータと旋回軸との連結部の個数やサイズ）、連結部間の離間距離、ボックスのサイズ及び形状、金属の厚さ等を設計するように利用され得る。このような幾何的構成をモデリングして、（使用中に）負荷を与えられたときのガイドプレートの実際の形状を予想し得る。噴射された水が実際に所望の角度で衝突することを保証するように、実際の形状が（例えば、衝突角度に対する）所望の制約と比較され得る。したがって、エネルギ効率を最大としつつ、（例えば不用意な接触を原因とする）ダメージを受ける可能性を最小にし得る。

実施形態は、本明細書に記載の特徴を全てを又はその一部を包含する必要はない。本発明に記載の種々の特徴は、互いに独立して、及び／又は組み合わせて実現され得る。これらの特徴の明白な組合せは、他の実施形態からのこれらの特徴のうちのいずれかを省くことを妨げない。

図面及び要約書を含む本明細書全体の著作権は、スウェーデン王国のカルルスタードのＶａｌｍｅｔ ＡＢにより保護されている。

上述の説明は説明のためのものであり、限定的なものではない。本発明の多くの変形例が、本開示を精査することにより当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、上述の説明を参照して決定されるものではなく、同等物の全範囲と共に添付請求項を参照して決定されるべきものである。

設置とメンテナンスを容易にすべく、エネルギ再生装置（例えば装置２００’）は、ガイドプレートモジュール２０９とタービンモジュール２５０とを使用して実現され得る。
部品をモジュール式で取付けることにより、ガイドプレートそれ自体を再びアラインメントする必要なく（又は再アラインメントが必要としても最小限で）、異なるモジュールを容易に分離したり再び取付けたりすることができる。モジュラー的な取付けは、ガイドプレート１５０及びタービン１４０の（例えば、成形ローラに対する、及び互いに対する）独立した位置決めを容易にし得る。

ガイドプレートモジュール２０９は、（例えば一体部品における）ガイドプレート１５０とアクチュエータ２１０と旋回軸２２０とを有し得る。終端縁１５２及び先端縁１５６の位置決め、及びガイドプレート１５０の角度は、アクチュエータ２１０及び旋回軸２２０によって決定され得る。そして、これらの部品全ては、ガイドプレートモジュール２０９として一体化されて、このガイドプレートモジュール２０９はタービンモジュール２５０上に（又は一体に）取付けられ得る。

いくつかの実施形態において、図２に示すように、ガイドプレートモジュールとタービンモジュールは、モジュール取付台を介して連結されている。タービンモジュールとガイドプレートモジュールは、モジュール取付台を使用せずに連結され得る。図２において、モジュール取付台２５２が、ガイドプレートモジュール２０９をタービンモジュール２５０に連結している。モジュール取付台２５２は、ガイドプレートモジュール２０９のタービンモジュール２５０に対する（例えば＋／−２０ｍｍを含む＋／−４０ｍｍの範囲に亘る）横方向及び／又は縦方向変位を提供し得る。モジュール取付台２５２は、位置決めねじと、ウォームギアと、１以上のシム等を備え、モジュール同士の互いに対する移動可能且つ固定可能な位置決めを提供し得る。

いくつかの実施例において、タービン１４０のメンテナンスは、単独ユニットとしてのガイドプレートモジュール２０９を取り外すことにより容易とされ得る。ガイドプレートモジュール２０９はモジュール取付台２５２から分離され得る、及び／又はモジュール取付台２５２はタービンモジュール２５０から分離され得る。次いで、ガイドプレート１５０の（タービン１４０に対する）従前のアラインメントがガイドプレートモジュールの再取付け後も維持されるように、ガイドプレートモジュール２０９が（タービンモジュール２５０に対して）元の位置に戻され得る。したがって、再アラインメント又は「再チューニング」の必要性が最小限とされ得る、又は排除され得る。いくつかの実施形態（図示せず）は、ガイドプレートモジュールと、タービンモジュールとを有するが、ガイドプレートモジュールは調整ガイドプレートを有さない。「ダミーモジュール」が、（例えば）タービンではない機械部品モジュールを備え得る。製紙機械は、タービンを付加することでその後アップグレードされ得るダミーモジュールを備え得る。

図３は、いくつかの実施形態によるタービン取付台を示す。エネルギを製紙機械１００（図１）から再生するための装置２００”は、調整タービン１４０を備え得る。装置２００”の製紙機械への適合を容易にするために、タービン１４０は、タービン１４０の位置決めを介して異なるサイズの成形ローラ及び／又は成形ワイヤ速度に対応するように調整され得る。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレート及び調整タービンを提供する。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレートを有さない調整タービンを提供する。装置２００”は、モジュール式の部品（例えば、モジュール取付台を使用してタービンモジュールに連結され得る、又は連結されないガイドプレートモジュール２０９）を有して実現され得る。

Claims (26)

1. 製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００、２００’）であって、
   前記製紙機械は、リードローラ（１２０）を中心として駆動される成形ワイヤループ（１３０）と、成形ローラ（１１０）を中心として駆動される織物ループ（１３２）と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック（１０８）を射出するように構成されたヘッドボックス（１０１）と、を備え、
   前記装置は、
   発電機（１６０）に連結されたタービン（１４０）と、
   前記成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように形成されたガイドプレート（１５０、１５０’、６５０、７５０、８５０、１１５０、１２５０）であって、前記タービンに近接する終端縁（１５２）において終端するガイドプレート（１５０、１５０’、６５０、７５０、８５０、１１５０、１２５０）と、
   前記ガイドプレートに連結されたアクチュエータ（２１０）と、
   前記ガイドプレートに連結された、特には調整旋回軸である旋回軸（２２０）と、
   を備え、
   前記アクチュエータ及び旋回軸は、好適には前記ガイドプレートの位置に対する許容差を以て前記ガイドプレートを調整するように動作可能であり、
   前記調整は、
   前記終端縁（１５２）の部分（１２１０）について、当該部分の所望の位置からの、前記タービンに対する前記部分の位置の逸脱が、前記製紙機械のシミュレーションされた動作において、２ｍｍを越えない、好適には１ｍｍを越えない、特には０．５ｍｍを越えないようになされ、且つ
   水を前記タービンに方向付ける前記ガイドプレートの終端面（１５３）に対する、前記終端面からの延長ラインが前記タービンに交差するポイントにおいて前記タービンに接する接線に対する前記終端面の角度（４１８）について、前記シミュレーションされた動作において、前記終端面の所望角度からの逸脱が、１度を超えない、特には０．８度を超えない、特には０．５度を超えない、特には０．１度を超えないようになされる、
   製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００、２００’）。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記ガイドプレートの終端縁（１５２）を有する終端面（１５３）と、
   前記終端縁から前記タービンへの前記終端面の延長部が前記タービンに交差するポイント（４１２）における前記タービンの接線（４１４）と、
   の間の角度（４１８）が、０乃至５０であり、特には５乃至４０であり、特には１０乃至３５度であり、特には１７乃至３０度である、装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記ガイドプレートの終端縁（１５２）を有する終端面（１５３）と、
   前記終端縁から前記タービンへの前記終端面の延長部が前記タービンに交差するポイント（４１２）における前記タービンの接線（４１４）と、
   の間の角度（４１８）が、約１５乃至３５度であり、特には約２３乃至２８度であり、特には約２４乃至２７度であり、特には約２５乃至２６度であり、特には２４．５乃至２５．５度である、装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の装置であって、
   前記ガイドプレートの終端縁（１５２）を有する終端面（１５３）から直近ポイント（４１２）への延長ラインであって、前記直近ポイント（４１２）において前記タービンに交差する延長ラインと、
   前記延長ラインに平行であるとともに前記タービンに接する直近ラインと、
   の間の距離が、４０ｍｍを超えず、３０ｍｍを含み、２０ｍｍを含み、１５ｍｍを含む、装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の装置であって、
   前記旋回ポイント（２１１）の位置は、前記リードローラ（１２０）の中心から距離（７２０）を置いており、
   前記距離（７２０）は、前記リードローラの半径（７１０）の約１０８％乃至２６０％、特には約１１０％乃至２３０％、特には約１６０％乃至２２４％、特には約１６５％乃至２１４％である、装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の装置であって、
   前記旋回ポイント（２１１）の、前記成形ローラ（１１０）の中心に対する位置は、前記成形ローラの半径の約１０８％乃至２００％、特には約１２０％乃至１６０％、特には約１３５％乃至１４５％である、装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の装置であって、
   前記アクチュエータは、１０ｋＮを超える、特には２０ｋＮを超える、特には３０ｋＮを超える作動力を有する主ねじ又はウォームスクリューアクチュエータを備え、
   特に、前記アクチュエータは、３０ｋＮを超える、特には４０ｋＮを超える、特には６０ｋＮを超える総計作動力を有する複数のアクチュエータを備えている、装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の装置であって、
   前記旋回軸は、ロックダウン機構を備えた調整旋回ポイントを有しており、
   前記ロックダウン機構は、前記旋回ポイントのロックダウン位置を、５０ミクロンを越えない、特には１０ミクロンを越えない、特には１ミクロンを越えない逸脱の範囲内で制御するように動作可能である、装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の装置であって、
   前記アクチュエータ及び旋回軸は、前記ガイドプレートの曲率を変化させるように構成可能であり、
   特に、前記アクチュエータ及び旋回軸は、前記ガイドプレートに予め負荷を与えて、重力及び衝突水ジェットのうちの少なくとも一方により与えられる力に抵抗するように動作可能である、装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の装置であって、
    前記アクチュエータ及び旋回軸のうちの少なくとも一方は、終端面（１５３）の前記タービンへの延長部が前記タービンに交差しないように、前記ガイドプレートをバイパス位置に位置決めするように構成可能である、装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置であって、
    ウィンドウ（４００）を更に備え、前記ウィンドウ（４００）を通して前記ガイドプレート（１５０）の前記タービン（１４０）に対する位置が、好適にはデジタルカメラにより決定され得る、装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のガイドプレートであって、
    重力、及び、前記ガイドプレートに前記成形ワイヤを介して噴射されたストックにより前記ガイドプレートに与えられる応力、のうちの少なくとも一方を含む負荷に関するコンピュータによるシミュレーション、特には有限要素モデリングシミュレーションにおいて、
    先端縁（１５６）を備えるとともにこれに近接する前記ガイドプレートの先端部の所望の位置又は形状からの、位置又は形状における最大逸脱が、無負荷の位置における前記先端部の無負荷の形状に比較して、１０ｍｍを越えない、特には５ｍｍを越えない、特には２ｍｍを越えない、特には１ｍｍを越えない、ガイドプレート。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載のガイドプレートであって、
    重力、及び、前記ガイドプレートに前記成形ワイヤを介して噴射されたストックにより前記ガイドプレートに与えられる応力、のうちの少なくとも一方を含む負荷に関するコンピュータによるシミュレーション、特には有限要素モデリングシミュレーションにおいて、
    終端縁（１５２）を備えるとともにこれに近接する前記ガイドプレートの終端部の所望の位置又は形状からの、位置又は形状における最大逸脱が、無負荷の位置における前記終端部の無負荷の形状に比較して、２ｍｍを越えない、特には１ｍｍを越えない、特には０．５ｍｍを越えない、ガイドプレート。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置であって、
    前記タービンは、タービンモジュール（２５０）の内部に配置され、
    前記ガイドプレート、アクチュエータ、及び旋回軸は、ガイドプレートモジュール（２１０）の内部に配置され、前記ガイドプレートモジュールは、前記ガイドプレート、アクチュエータ及び旋回軸を互いに対して固定する一体部を形成しており、
    前記ガイドプレーモジュールを交換するとき、前記終端縁の位置又は前記ガイドプレートの角度を変えることなく前記ガイドプレートを取り外したり交換したりすることを容易にするように、前記ガイドプレートモジュールは前記タービンモジュールから分離可能である、装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置であって、
    前記タービンは、好適には前記成形ローラおよび前記リードローラのうちの少なくとも一方に対して、前記タービンを異なる位置に位置決めするように動作可能である１つ以上の位置決め機構（３１０、３２０、３２０’）を使用して取付けられている、装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれかに記載の装置であって、
    前記製紙機械の動作のコンピュータによるシミュレーションにおいて、
    ガイドプレート（１５０）は、タービン（１４０）に近接した終端面の終端面法線（１５４）を有し、
    タービン（１４０）のブレードの外周に対する終端面（１５３）の投影は、ポイント（４１２）を画定し、前記ポイント（４１２）において、水（１０８’）の流れのプレート側（４１０）がタービン（１４０）に接触すると予想され、
    ポイント（４１２）においてタービン（１４０）は法線（４１６）を有し、
    法線（４１６）と終端面法線（１５４）との間の衝突角度（４１８）は、１５乃至３５度、特には２０乃至３０度、特には２１乃至２８度、特には２２乃至２７度、特には２３乃至２６度、特には２４乃至２５．５度である、装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれかに記載の装置であって、
    ストック（１０８）の成形ワイヤ（１３０）を介したタービン（１４０）への噴射に起因する水（１０８’）の流れは、ガイド表面（１５０）の終端面（１５３）において、空気側（４２０）とプレート側（４１０）との間の、１０乃至３０ｍｍの厚さを有することが予想され、
    タービン（１４０）の外周における、好適にはタービン（１４０）のブレードの外周おけるポイント（４２２）は、空気側（４２０）の水（１０８’）がタービン（１４０）に衝突するポイント（４２２）を画定し、
    タービン（１４０）におけるポイント（４２２）は、接線（４２４）と法線（４２６）とを有し、
    接線（４２４）と空気側（４２０）との間の衝突角度（４２８）、及び、
    法線（４２６）と終端面（１５３）の終端面法線（１５４）との間の衝突角度（４２９）、
    のうちの少なくとも一方は、１乃至２５度であり、１乃至２５度は、５乃至２０度を含み、８乃至１６度を含み、１１乃至１５度を含み、約１２乃至約１４．５度を含む、装置。
18. 製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００’）であって、
    前記製紙機械は、リードローラ（１２０）を中心として駆動される成形ワイヤループ（１３０）と、成形ローラ（１１０）を中心として駆動される織物ループ（１３２）と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック（１０８）を射出するように構成されたヘッドボックス（１０１）と、を備え、
    前記装置は、
    発電機（１６０）に連結されたタービン（１４０）を備えたタービンモジュール（２５０）と、
    前記ストックから前記成形ワイヤを介して噴射された水を前記タービンへ方向付けるように形成された湾曲ガイドプレート（１５０）であって、前記タービンに近接した終端縁（１５２）において終端する湾曲ガイドプレート（１５０）を備えたガイドプレートモジュール（２１０）と、を備え、
    前記ガイドプレートの前記タービンに対する幾何的構成を変更せずに前記ガイドプレートモジュールの取外しや交換が容易となるように、前記ガイドプレートモジュールは前記タービンモジュールから分離可能である、
    製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００’）。
19. 請求項１８に記載の装置であって、
    前記タービンモジュール（２５０）とガイドプレートモジュール（２１０）とは、前記ガイドプレートモジュール（２１０）とタービンモジュール（２５０）との間の調整可能性を提供する取外し可能な取付具を備えたモジュール取付台（２５２）によって連結されている、装置。
20. 製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００”）であって、
    前記製紙機械は、リードローラ（１２０）を中心として駆動される成形ワイヤループ（１３０）と、成形ローラ（１１０）を中心として駆動される織物ループ（１３２）と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック（１０８）を射出するように構成されたヘッドボックス（１０１）と、を備え、
    前記装置は、
    発電機（１６０）に連結されたタービン（１４０）を備えたタービンモジュール（１５０）と、
    前記成形ローラ及び前記リードローラのうちの少なくとも一方に対するタービン（１４０）の位置を調整するように構成された少なくとも１つの位置決め機構（３１０、３２０、３２０’）と、
    前記成形ワイヤを介して噴射された水を前記タービン（１４０）に方向付けるように形成されたガイドプレート（１５０）と、
    を備えている、製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００”）。
21. リードローラ（１２０）を中心として駆動される成形ワイヤループ（１３０）と、
    成形ローラ（１１０）を中心として駆動される織物ループ（１３２）と、
    前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック（１０８）を射出するように構成されたヘッドボックス（１０１）と、
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の装置（２００、２００’、２００”）と、
    を備えた製紙機械。
22. 製紙機械（１００）内でエネルギ再生装置（２００、２００’、２００”）をアラインメントするための方法であって、当該方法は、
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の少なくとも１つの装置を備えた製紙機械（１００）を準備する工程と、
    前記製紙機械を動作させる工程と、
    前記ガイドプレートの位置及び前記タービンの位置のうちの少なくとも一方を調整する工程と、
    前記ガイドプレート及び前記タービンのうちの少なくとも一方を、ヘッドストックの任意の射出量において発電機により生成される電気の量が最大となる位置に、好適には、前記ストックに与えられるエネルギに比較して前記ストックから再生されるエネルギの効率が最大となる位置に、固定する工程と、
    を備えた、製紙機械（１００）内でエネルギ再生装置（２００、２００’、２００”）をアラインメントするための方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記ガイドプレート及び前記タービンのうちの少なくとも一方は、プロセッサにより動作可能なコンピュータにより制御されたアクチュエータにより位置決めされ、
    前記プロセッサは、コンピュータ読み出し可能な非一過性記憶媒体に連結されており、
    前記記憶媒体は、反復閉ループ制御方法を使用して前記ガイドプレート又はタービンを位置決めする前記プロセッサにより実行可能な命令を有しており、
    前記閉ループ制御方法は、
    前記ガイドプレート及びタービンのうちの少なくとも一方の所望の位置を決定する工程と、
    前記ガイドプレート又はタービンの実際の位置を検出するように構成されたセンサから検出データを受領する工程と、
    前記所望の位置と前記実際の位置との差を算出する工程と、
    前記差を減少させるような態様で前記ガイドプレートを調整するように、前記アクチュエータに指示する工程と、
    を備えている、方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記検出データは、前記発電機により生成された電気の総量を含み、
    前記閉ループ制御方法は、前記ガイドプレート及びタービンのうちの少なくとも一方が、前記生成電気の総量が最大となる最終位置に位置決めされるまで、反復的に前記位置を調整し且つ生成電気を検出する、方法。
25. 請求項２４に記載の方法であって、
    前記検出データは、前記装置の少なくとも一部を覆うカバー（４０１）のウィンドウ（４００）を介して撮影するカメラからのデジタルビデオ画像を含み、
    前記プロセッサは、前記ビデオ画像を処理して、前記ガイドプレートの一部、好適には前記ガイドプレートの終端縁（１５２）、前記水流（１０８’）の一部、及び、前記タービン（１４０）の一部、のうちの少なくとも１つを特定するように更に構成されており、
    前記アクチューエータに指示する工程は、
    前記ガイドプレートの前記一部と前記タービンの前記一部との間の距離、及び、前記水流の前記一部と前記タービンの前記一部との間の距離、のうちの少なくとも一方を決定する工程と、
    前記決定された距離と好適な距離との差を算出する工程と、
    前記決定された距離と前記好適な距離との前記差を減少させるような態様で、前記ガイドプレートを調整する工程と、を備えている、方法。
26. 製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００、２００’）であって、
    前記製紙機械は、リードローラ（１２０）を中心として駆動される成形ワイヤループ（１３０）と、成形ローラ（１１０）を中心として駆動される織物ループ（１３２）と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック（１０８）を射出するように構成されたヘッドボックス（１０１）と、を備え、
    前記装置は、
    発電機（１６０）に連結されたタービン（１４０）と、
    前記成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように形成されたガイドプレート（１５０、１５０’、６５０、７５０、８５０、１１５０、１２５０）であって、前記タービンに近接する終端縁（１５２）において終端するガイドプレート（１５０、１５０’、６５０、７５０、８５０、１１５０、１２５０）と、
    前記ガイドプレートに連結されたアクチュエータ（２１０）と、
    前記ガイドプレートに連結された、特には調整旋回軸である旋回軸（２２０）と、
    を備え、
    前記ガイドプレートの直近の部分（１２１０）と前記タービンとの間の距離（１２２０）は、４ｍｍ未満であり、特には約０．５ｍｍ乃至３ｍｍであり、約０．５ｍｍ乃至３ｍｍは０．７５ｍｍ乃至２ｍｍを含む、
    製紙機械（１００）からエネルギを再生するための装置（２００、２００’）。