JP4245272B2 - 製紙用パルプ精製機制御装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、精製機の相対回転要素の位置を制御するための改良された製紙用パルプ精製機装置および方法に関する。
【０００２】
［背景技術］
製紙用パルプ、さとうきびの搾り殻、絶縁または繊維ボード材料、綿等のセルロース繊維は、組をなす相対回転棒と溝要素との間で繊維を機械的に擦ることからなる精製動作を共通して受ける。例えば、円板式精製機においては、これらの要素は、それらの作業表面を画定する環状配列棒および溝パターンを有する板から共通してなり、棒および溝は回転要素の軸からほぼ半径方向にまたはしばしば環状パターンの中心への半径に角度を付けて延びているので、原料はパターンの中心からその外周への経路をたどる。円板式精製機は、単独または双円板式に一般に製造される。前者の場合、ロータの作業面は、環状板または環状を形成する一連の円弧板からなるステータに相補的な作業面と共に共同作業をするように環状精製機板または１組の円弧精製機板からなる。双円板式精製機においては、ロータはステータの１対の対向する相補的作業面と共同する作業面を両側に設けられ、その作業面は単独の円板式精製機と同じ形式の構造になっている。
【０００３】
プラグまたはコーン形式を含めた上述した製紙用パルプ精製機は、精製機負荷を制御し、かつ、精製された製紙用繊維を制御するために、その他の理由で相対回転部材の位置および間隔の制御を必要とする。プラグ式の精製機は、Ｓｔａｅｇｅ等に特許された米国特許第２，６６６，３６８号に示され、他方、二重入口式精製機は、Ｈｙｗａｒｄに特許された米国特許第３，５０６，１９９号に示されている。
【０００４】
伝統的には、互いに関して１つの相対移動精製機要素のマイクロメータ移動を生じる精製機の制御は、電子機械装置を有する制御装置によって達成された。駆動制御はモータ負荷、変化する電圧もしくは電力因子、またはパルプ量に応答してＨｙｗａｒｄに示されているような電気的または電子的なものでもよいが、究極的な駆動は歯車減速または高比率機械的位置決め機構によってなされる。この点において、Ｂａｘｔｅｒに特許された米国特許第２，９８６，４３４号を参照しなければならない。この特許は、ステータ要素およびロータ要素の軸方向位置が正確に決定されかつ維持される二重入口半径方向円板式精製機および減速歯車を示す。運転の目的のために、ロータ部材の相対位置を制御することが必要なばかりではなく、板摩耗補償および軸受摩耗またはその他のパラメータの補償をするために対の回転および静止精製機板間の全間隔を制御することが必要である。上述したように、このような補償は、機械的もしくは電子機械的歯車または機械的減速式調節をかいしてなされた。
【０００５】
要素の整合の主な設定変化をなすことを除いて、使用中に回転部材の回転中心がずらされ、調節され、または補償される有効な手段はなかった。したがって、固定部材に対する回転部材の運転関係について精密な幾何学的制御が、運転中に十分になされなかった。代表的には、新規な精製機は全公差のプラスマイナス千分の１または２インチまで製造されるが、これらの精製機の多くは千分の１０から２０インチまたはそれ以上の整合はずれで実際には運転している。このような不整合はパルプ量の低減を生じる。また、ロータが非回転または固定要素間で浮きかつその位置を見い出させることが、二重円板式精製機において現在の慣行である。このような構造の成功は、液圧平衡の維持に依存するが、実用の観点からはこのようなロータは、ロータ要素がステータ精製機要素に実際に接触する限界位置間を前後に動く傾向にある。
【０００６】
［発明の開示］
本発明は、相対回転部材の正確な配置または位置が決定され、運転中に制御されかつ維持される改良された精製機装置および方法に関する。これは、本発明においては、ロータを支持しかつ位置決めするためのおよび／または１またはそれを超えるステータ要素をロータに関して位置決めするための磁気軸受の使用によって達成される。
【０００７】
その構造は、軸方向および半径方向制御によって双円板式精製機の二重精製装置を通る流れを均等化することを許す。それは、ロータ集合体および／またはステータ集合体の外部制御ループによって軸方向位置を制御し、これら要素の位置直接制御および精製機運転の増大された安定性を与えるように、制御可能な電磁軸受に特徴を有する。
【０００８】
半径方向電磁軸受は、円周方向のギャップを均等に維持し、かつ、要素の最適整合が維持され、円錐形の要素の場合に同心状に維持される手段を与える。それらは、必要に応じて、非対称運転条件が維持されることを許す。
【０００９】
追加の利点として、協同する軸方向および半径方向磁気軸受の使用が、それらが軸方向ロータ向き、同時にステータ面に関する角度向きを与える従来の装置に対して２つの新たな自由度を与える。
【００１０】
さらに、本発明は、精製機が軸方向および半径方向磁気軸受の組合せを使用することによって与えられるような制御の普遍性の理由によって異なる濃度または異なる精製度のパルプを処理するように設計され、または修正されてもよい精製機装置および方法を提供する。したがって、精密な幾何学的制御を必要とする処理装置が能力の点で増強される。処理制御の増加は、繊維損傷を最少にし、すなわち繊維処理率を増加する効果を有する。双円板式装置における１対のギャップを通る流れが、動力、吸引等に関して十分に均等化される。板調節における増加した精度が可能になり、また、より大きい回転降下率が可能になる。
【００１１】
制御装置において、ロータの位置は、当該技術において周知のギャップ測定技術、すなわち、ギャップが所望のギャップまたはギャップ範囲を維持するようにロータおよび／または１もしくはそれを超えるステータを制御する信号を与えるように測定される技術を使用することによって、１またはそれを超えるステータ要素に関して向きを与えられる。また、パルプ量のオンライン計測が制御パラメータとして採用されてもよい。
【００１２】
機械的および保守の観点から、従来の軸受保守が排除される。磁気軸受それ自体は、従来の機械的軸受に対しては常に元凶であり問題でもあった水分混入に対して高度の耐久性があり、精密なボールまたはローラ軸受を急激に破損する小さい固体の混入に対しても耐久性がある。さらに、調節可能な実質的範囲の観点から、極めて精密な製造および加工公差から解放される。現場調整および運転調整は、コンピュータの適当なソフトウエアによって維持される。
【００１３】
したがって、位置制御のための１またはそれを超える磁気軸受を採用する製紙用パルプ精製機を提供することが、本発明の重要な目的である。単独の磁気軸受が、精製機の性能を実質的に改良するように用いられてもよい。
【００１４】
本発明の別の目的は、製紙用パルプ精製機がより正確に制御され、かつ、位置決め制御のために広く用いられる位置決め要素の機械的低減が排除されるかまたは単純化される装置および方法を提供することである。
【００１５】
さらに別の目的は、ほとんどまたはすべての従来のスラストおよび荷重支持軸受および要素が排除され、かつ、半径方向もしくは軸方向またはその組合せ磁気軸受に置き換えられる上述した装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、双円板式精製機等のギャップ幅が流れの均等化された状態で正確に維持される動作の精製機および方法を提供することである。
【００１７】
［発明を実施するための最良の形態］
本発明の好適実施例を示す図面を参照して、双円板式精製機は概略形体で示されている。この精製機は、Ｓｅｉｆｆｅｒ等に特許された米国特許第４，１７１，１０１号にもとづいてつくられてもよい。その開示内容がここで参照される。双円板式精製機は本発明の原理を示すように用いられているが、本発明は単独式円板式精製機、Ｓｔａｅｇｅ等に特許された米国特許第２，６６６，３６８号に示されたプラグ式Ｊｏｒｄａｎ精製機またはその他の円錐形式精製機にも適用されうることは理解されるであろう。
【００１８】
図１に示す双円板式精製機１０は、ハウジング１２を有し、１対の対向精製機円板セット１６、１７を半径方向面に支持する中央ロータ１５を支持する。これらのセットは、精製機ギャップ２０、２１を画定するようにステータに支持された対向精製機円板セット１８、１９とそれぞれ協同する。単独の入口２５は、ロータ１５を通る適当な通路２６を設けることによって半径方向内側位置から精製機円板セットの両者に供給してもよい。代案として、精製機への別個の入口が上記米国特許第４，１７１，１０１号における参照番号２０、２１によって表されたようなものとして設けられてもよい。共通の出口２８は、精製機ギャップ２０、２１からおよびハウジング１２によって画定された共通室２９からの精製されたパルプを受けるように形成される。
【００１９】
精製機円板セット１８は、ハウジング１２の壁に固定され、他方、反対の非回転精製機円板セット１９は軸方向位置決め非回転ハウジング部材３０に装着される。ロータ１５は、電気駆動モータ３５によって駆動される入力シャフト３２に接続されかつそれによって駆動される。駆動モータ３５は、シャフト３２に直接に連結されるか、または可撓もしくはユニバーサル・カップリングをかいして連結されてシャフト３２がモータ３５のシャフトからある程度分離して整合指向される。代案として、モータ３５は、シャフト３２にベルト連結されてもよい。
【００２０】
好適実施例においては、１対の半径方向式磁気軸受４０、４２は、ハウジング内にシャフト３２を支持する。軸受４０、４２は、ロータ１５およびロータ軌道の整合を制御する。
【００２１】
第１軸方向磁気軸受４４は、シャフト３２に結合または装着された電機子４５を含む。軸受４４は、シャフトの軸方向位置を制御し、それにより各精製ギャップ２０、２１の精製幅を制御する。この手段によって、均等化された出力状態が維持されるか、または逆に制御された非均等化された状態が精製機内に維持される。
【００２２】
精製機ギャップ２１および精製機円板セット１８、１９間の総計間隔が、磁気軸受４４およびその電機子４５と同じに構成された追加の軸方向スラスト磁気軸受４８およびその電機子４９によって可動ステータ・ハウジング部材３０の軸方向位置を調整することによって、制御される。ギャップ・ピックアップ５０は、精製機ギャップを測定し、その信号を与えるように用いられてもよい。
【００２３】
制御可能磁気軸受は、３００，７００−１０ｔｈ Ａｖｅｎｕｅ Ｓ．Ｗ．，Ｃａｌｇａｒｙ，Ａｌｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａ Ｔ２Ｒ０Ｂ３に所在のＲｅｖｏｌｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．から供給されているようなものでもよい。また、少なくとも半径方向軸受４２および軸方向磁気軸受４４は、米国特許第５，５１４，９２４号または米国特許第５，３８６，１６６号に示されるもののような半径方向およびスラスト制御を与える単独の二重目的磁気軸受によって置き換えられてもよい。さらに、当業者は、運転クリアランスおよびギャップがピックアップ５０のようなものによって測定され、かつ軸方向および半径方向ならびに傾斜を含むロータ１５の位置が制御器６０によって制御され、それによって半径方向軸受４０、４２を適切に制御する制御器６０を含む制御装置を入手できることは理解されるであろう。半径方向磁気軸受は、米国特許第５，５６５，７２２号、同第５，５３０，３０６号、同第５，３４７，１９０号に示されている。
【００２４】
軸方向軸受４４は、各対向したステータ部材に関してロータ１５の相対軸方向位置を画定するように半径方向支持軸受４０、４２と組み合わせて用いられてもよく、他方、第２軸方向磁気軸受４８は可動ハウジング部材３０を位置決めするように用いられてもよい。
【００２５】
したがって、精製機ロータを支持し、ロータの手動、遠隔、コンピュータ制御運動低下手段を位置決めする通常の複雑な機械構造が排除されることがわかるであろう。同様に、１またはそれを超える可動精製機壁を移動または位置決めするための機構が排除されるか単純化される。また、本発明の装置は、精製機装置において初めて駆動シャフトの半径方向運転位置または軸方向向きが精製機性能を最適化するように使用中または運転中に変えられるので、広範囲の運転および制御を与える。
【００２６】
本発明の利点は、低コストの改良されたパルプ量、増大された処理の均等性、低減された板の摩耗、広い運転融通性、改良された生産性を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく双円板式精製機および制御装置の概略構成図である。

Claims (9)

1. 精製されるべきスラリを受ける入口と精製されたスラリの排出出口とを有し、少なくとも１つのロータ精製機要素を支持するロータ・シャフトを有し、少なくとも１つのステータ精製機要素を備えたステータを有し、スラリが前記入口から前記排出出口へ動く間に精製される精製機ギャップを前記ロータ精製機要素と共に画定する回転式精製機装置において、前記ロータ・シャフトを回転自在に支持しかつ前記ステータ精製機要素に関する前記ロータ精製機要素の運転位置を特定する磁気軸受と、前記精製機ギャップを制御するように前記磁気軸受を制御する手段とからなる回転式精製機装置。
2. 前記ロータ・シャフトの軸方向運転位置を制御する磁気軸受手段と、前記ロータ・シャフトの半径方向位置を制御する手段とを含む複数の前記磁気軸受からさらになる請求項１に記載の回転式精製機装置。
3. 前記磁気軸受は、前記ロータ・シャフトを回転自在に支持しかつ前記ロータ精製機要素の半径方向位置を特定する１対の半径方向制御自在電磁軸受と、前記ロータ精製機要素の軸方向位置を制御するように配置された少なくとも１つの軸方向制御自在磁気軸受とを含む、請求項２に記載の回転式精製機装置。
4. 前記磁気軸受の各々に共通の制御器と、前記制御器上にあって前記精製機ギャップの信号を与えるギャップ・ピックアップとからさらになり、前記ギャップ・ピックアップは前記制御器に接続され、これにより前記制御器は前記精製機ギャップ信号にもとづいて前記磁気軸受を制御するように動作する、請求項３に記載の回転式精製機装置。
5. 前記ロータ精製機要素に関して前記ステータ精製機要素の位置を制御するように装着された追加の磁気軸受からさらになる、請求項２に記載の回転式精製機装置。
6. シャフトに装着されたほぼ半径方向に延びる精製機要素を含むロータを有するハウジングを含み、該ハウジングは前記のほぼ半径方向に延びる精製機要素の軸方向両側に装着された１対の非回転精製機要素をさらに有し、該非回転精製機要素は製紙用原料が精製中に通過する前記のほぼ半径方向に延びる精製機要素のギャップを画定し、製紙用原料が前記精製機要素のギャップに供給される前記ハウジングにつながる入口と、精製された製紙用原料が前記ハウジングから流れる出口とを前記ハウジングがさらに有する製紙用原料を精製する回転式精製機装置において、前記のほぼ半径方向に延びる精製機要素の半径方向および軸方向について前記ハウジングに関して前記シャフトを支持する少なくとも１対の磁気軸受と、前記非回転精製機要素に関して前記のほぼ半径方向に延びる精製機要素の所望の軸方向および半径方向の整合を特定するように前記磁気軸受を制御する制御手段とからなる回転式精製機装置。
7. 少なくとも１対の非回転離間精製機板とロータとを有し、該ロータは前記非回転離間精製機板間に装着されかつそれらの間で製紙用原料を精製するように回転自在な精製機板を有する製紙用原料精製機を制御する方法であって、磁気軸受を用いてハウジング内で回転するように前記ロータを支持すること、前記回転自在な精製機板と少なくとも１つの前記非回転離間精製機板との間の精製機ギャップを測定すること、所定の回転軸に前記ロータを支持するように前記磁気軸受を制御することからなる方法。
8. 磁気軸受を用いて前記非回転離間精製機板に関して半径方向に前記ロータを制御すると同時に前記非回転離間精製機板に関して軸方向に前記ロータを制御することからさらになる請求項７に記載の方法。
9. 前記製紙用原料精製機は前記非回転離間精製機板のうちのいくつかを支持する少なくとも１つの可動ステータ壁を有し、前記精製機ギャップを変えるように前記ロータに関して軸方向に前記可動ステータ壁を磁気軸受を用いて位置決めすることからさらになる請求項８に記載の方法。

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