PL203763B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania wełny mineralnej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania wełny mineralnej drogą odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego za pomocą przędzarki kaskadowej i zbierania włókien jako wełny.

W znanych sposobach przę dzarka kaskadowa obejmuje sekwencję górnego (lub pierwszego) rotora i kolejnego (lub drugiego) rotora i ewentualnie innych kolejnych rotorów (takich jak trzeci i czwarty rotor). Każ dy rotor obraca się wokół innej zasadniczo poziomej osi, w kierunku obrotów przeciwnym do kierunku obrotów kolejnego lub każdego kolejnego sąsiedniego rotora w sekwencji rotorów. Różne osie poziome są tak ustawione, że roztopiony materiał, który jest wylewany na górny rotor jest następnie kolejno zrzucany na obwodową powierzchnię kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora i włókna są wyrzucane z kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora i ewentualnie również z górnego rotora.

Włókna zbiera się poprzez ich porywanie w strumieniu powietrza, który przenosi je z przędzarki i umieszcza jako siatkę z wełny na porowatym przenośniku, przez który jest zasysany strumień powietrza. Wełną mogą być niezwiązane kłaczki lub częściej jest to nietkana siatka zawierająca środek wiążący i siatkę włókien, często po poprzecznym połączeniu warstw, tworząca płaty, następnie poddawana zagęszczaniu i utwardzaniu w celu utwardzenia środka wiążącego i utworzenia związanego wyrobu z wełny mineralnej.

Podczas rozwłókniania roztopionego materiału w przędzarce kaskadowej zawsze powstają trzy główne rodzaje materiału, a mianowicie włókna, śrut i odpady. Włókna są to włókna o właściwościach pożądanych dla wytworzenia wełny mineralnej. Śrut składa się z bardzo grubych cząstek, które są porywane z włóknami i przenoszone przez włókna do wełny. Śrut wpływa na zwiększenie masy wełny (i zużycie roztopionego materiału), nie przyczyniając się znacząco do uzyskania pożądanych właściwości wełny. Odpady jest to materiał włóknisty lub niewłóknisty, który nie jest porywany w strumieniu powietrza i który opada z przędzarki w dół i zbiera się w zbiorniku odpadów, z którego jest pobierany do odzysku w piecu, gdzie jest ponownie topiony. Jeżeli powietrze porywające nie będzie odpowiednie, do zbiornika może opadać wełna dobrej jakości, stając się odpadem.

Do czynników wpływających na wyrób otrzymywany w dowolnym szczególnym sposobie należą wielkość każdego rotora, prędkość każdego rotora (i stąd pole przyspieszenia każdego rotora), względne położenie rotorów, miejsce uderzenia roztopionego materiału na górnym rotorze (włącznie z łączną powierzchnią uderzenia oraz obwodowym i osiowym poł o ż eniem tej powierzchni), wł asności lepkościowe roztopionego materiału (na przykład lepkość roztopionego materiału w chwili uderzenia o górny rotor i zmiana lepkoś ci roztopionego materiału w miarę jego przemieszczania się w trakcie sposobu) oraz prędkość roztopionego materiału (tzn. objętość roztopionego materiału na jednostkę czasu) wylewanego na górny rotor.

W związku z powyższym, przez dobór odpowiednich warunków rozwłókniania spośród tych zmiennych, można wpływać na wyrób wytwarzany w sposobie. Stąd, na przykład, dobrze wiadomo, że na wymiary włókien (włącznie zarówno z wartościami średnimi, jak i rozrzutem średnicy i długości), jak i na ilość śrutu ma wpływ odpowiedni dobór położenia, wielkości i prędkości każdego z rotorów, znaczące zmiany własności lepkościowych roztopionego materiału, prędkości i miejsca uderzenia roztopionego materiału na górny rotor oraz powierzchni uderzenia na górnym rotorze.

Niewielkie zmiany położenia i/lub wielkości i/lub kształtu powierzchni uderzenia i/lub własności lepkościowych roztopionego materiału i/lub prędkości roztopionego materiału mogą nie wywoływać znaczących zmian wymiarów włókien, jednakże mają duży wpływ na model rozwłókniania, a mianowicie na wzajemne proporcje włókien, śrutu i odpadów oraz na rozkład wytwarzania włókien na obwodzie przędzarki kaskadowej.

Naturalnie, pożądany jest dobór warunków rozwłókniania pod kątem maksymalizacji zbieranych włókien i minimalizacji śrutu i odpadów. Również pożądane jest, aby w trakcie sposobu prędkość formowania się włókien w każdym punkcie wokół przędzarki kaskadowej pozostawała, na ile tylko to jest możliwe, stała, po to aby można było zaprojektować całe urządzenie i sterować jego pracą zapewniając optymalne osiągi. Na przykład, powietrze służy zazwyczaj do wspomagania rozwłókniania, jak również do porywania włókien i zazwyczaj nakładany jest środek wiążący. Konieczne jest wcześniejsze wybranie ilości doprowadzanego powietrza i nakładanego środka wiążącego w każdym miejscu wokół przędzarki i tego wyboru należy dokonać na podstawie przewidywanej ilości włókien formujących się w danym miejscu. Jeżeli, na przykład, włókna są formowane głównie z jednej strony urządzenia,

PL 203 763 B1 a doprowadzenie zarówno powietrza, jak i środka wiążącego zapewniono przy zało żeniu, że włókna będą formować się równomiernie na całym obwodzie przędzarki kaskadowej, może wystąpić znaczna niesprawność urządzenia i/lub pogorszenie jakości wyrobu.

W związku z tym, podczas rozruchu sposobu znaną praktyką jest, że operator dobiera główne warunki rozwłókniania (w szczególności wielkość i prędkość każdego z rotorów oraz ogólną charakterystykę roztopionego materiału i jego ilość), a następnie dokonuje drobnych zmian warunków głównych i podrzędnych w celu uzyskania wybranego (tj. zadanego) modelu rozwłókniania, bez znaczącej zmiany wymiarów włókien. Warunkami podrzędnymi, na które należy wpływać, aby uzyskać zadany model rozwłókniania, są głównie powierzchnia uderzenia i miejsce uderzenia, własności lepkościowe roztopionego materiału i prędkość roztopionego materiału.

Należałoby sądzić, że po osiągnięciu zadanych wartości wyżej wymienionych parametrów w celu uzyskania zadanego modelu rozwłókniania, osiągnięta zostanie stabilność procesu wytwarzania. Niestety, stabilności tej nie uzyskuje się, gdyż w praktyce występują samorzutne zmiany warunków. Dlatego też, pomimo iż lepkość roztopionego materiału pozostaje zasadniczo stała, równa wartości zadanej (o ile nie wystąpią jakieś duże celowe zmiany w piecu dostarczającym roztopiony materiał), nieuchronnie występują samorzutne wahania wokół zadanej lepkości roztopionego materiału. Na przykład, w typowym sposobie temperatura roztopionego materiału może się odchylać o ± 2,5% lub ± 1,5%, a korzystnie nie wię cej niż o ±0,7% (np. o ±10°C od zadanej temperatury 1500°C), co prowadzi do ±8% zmian lepkości roztopionego materiału (np. ±0,8P wokół zadanej wartości 9,6P) lub czasem większej (np. ±10% lub ±15%). Zróżnicowanie surowców może tworzyć dodatkowe odchylenia od wartości zadanej. Podobnie, pomimo iż prędkość roztopionego materiału będzie pozostawać zasadniczo stała i równa zadanej, będą występować samorzutne, drobne wahania wokół zadanej prędkości roztopionego materiału. Wahania mogą wynosić na przykład ±15% lub czasami więcej (np. ±20% lub ±25%). Z uwagi na te wahania i ze względu na ryzyko samorzutnego tworzenia się klinkieru na wylocie roztopionego materiału (co powoduje zakłócenia modelu przypływu na wylocie roztopionego materiału), nie można uniknąć wahań miejsca i powierzchni uderzenia na górnym rotorze.

Z powodu tych i innych przyczyn w znanym trybie pracy przędzarki kaskadowej, samorzutne zmiany są nieuniknione.

Wpływ poszczególnych zmian warunku rozwłókniania na proces rozwłókniania jest bardzo złożony.

Na każdym rotorze przędzarki kaskadowej występuje równowaga między roztopionym materiałem przylegającym do rotora (i który zazwyczaj przywiera do zastygłego materiału już przylegającego do rotora) i roztopionym materiałem wyrzucanym z rotora w postaci włókien, śrutu lub odpadów. Wynika z tego, że nawet gdyby cały materiał roztopiony uderzył w górny rotor w jednym punkcie, ze stałą prędkością i o stałej lepkości (co razem jest niemożliwe), nadal pozostałby pewien rozrzut przepływu roztopionego materiału z pierwszego rotora na drugi rotor. W praktyce, model ten jest nawet jeszcze bardziej rozproszony w wyniku nieuniknionego rozrzutu miejsca i powierzchni uderzenia na pierwszym rotorze. Model przepływu z górnego rotora na drugi rotor prowadzi nieuchronnie do jeszcze bardziej rozproszonego modelu przepływu z drugiego rotora na następny rotor (jeżeli taki rotor istnieje) i tak dalej. Wahania wokół zadanej prędkości roztopionego materiału i zadanych własności lepkościowych roztopionego materiału są przyczyną dalszych trudności w określeniu przewidywanego modelu przepływu.

Przez bardzo długi czas uważano, że ilość wełny zebranej w jednostce czasu podlega wahaniom z powodu zmienności ilości roztopionego materiału dostarczanego na górny rotor oraz pewnej części, który spada jako odpad. Wełna gromadzi się na poruszającym się przenośniku, z czego wynika, że jeżeli przenośnik, na którym zbiera się wełna, porusza się ze stałą prędkością, wystąpi zróżnicowanie ciężaru zebranej wełny przypadającego na jednostkę powierzchni.

Z powyższych powodów, przez wiele lat znane było regulowanie prędkości kolektora w odpowiedzi na prędkości wytwarzania wełny. Na przykład, około czterdzieści lat temu zaproponowano regulowanie prędkości przenośnika i prędkości nakładania środka wiążącego w odpowiedzi na zmiany łącznego zapotrzebowania mocy przędzarki, jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki US-A-2888060 oraz w Ingenioren z 15 sierpnia 1962 r., strony 449 - 453. Jeżeli włókna z dwóch lub większej liczby przędzarek są zbierane na pojedynczym kolektorze, prędkość pojedynczego kolektora jest regulowana w odpowiedzi na łączne zapotrzebowania mocy takich dwóch lub większej liczby przędzarek.

PL 203 763 B1

Ten sposób kompensowania zmienności procesu wytwarzania wełny jest normalną praktyką. Również normalną praktyką jest to, że operator ręcznie kontroluje proces wytwarzania i polegając na własnym doświadczeniu ręcznie reguluje warunki rozwłókniania, takie jak punkt uderzenia, starając się utrzymać stałą wydajność i stały model rozwłókniania na tyle, na ile jest to możliwe i rozsądne. Jednakże w sposób nieunikniony wiąże się to ze znacznym upływem czasu między podjęciem działania regulującego, a zmianą wydajności i/lub modelu rozwłókniania.

W japońskim opisie patentowym JP-A-04175240 ujawniono, że znane układy regulacji prędkości dostarczania roztopionego materiału do przędzarki nie są wystarczająco dokładne. W celu uzyskania większej kontroli nad prędkością dostarczania roztopionego materiału do przędzarki, proponuje się zróżnicowanie prędkości dostarczania roztopionego materiału w odpowiedzi na zmiany obciążenia silnika elektrycznego (tj. zapotrzebowania mocy silnika) napędzającego drugi rotor (tj. pierwszy z kolejnych rotorów) lub zmiany średniego zapotrzebowania mocy wszystkich silników.

Ujawniono inne próby zmieniania charakterystyki ilościowej (ciężaru zebranej wełny ze śrutem włącznie) i/lub jakościowej (wymiary włókien i/lub ilość śrutu) procesu rozwłókniania na przędzarce.

Na przykład, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki US 3159475 ujawniono, że można uzyskać różne rezultaty przez zmianę położenia rotorów. Rozwiązanie to jest niekorzystne ze względu na konieczność zmiany osiowego położenia rotorów w trakcie sposobu i jest, w każdym przypadku, nieefektywne, jeżeli chodzi o reagowanie na samorzutne drobne zmiany sposobu.

W europejskim opisie patentowym EP-B-560866 i mię dzynarodowej publikacji patentowej nr WO92/10436 zaproponowano przesuwanie górnego rotora względem strumienia roztopionego materiału i przesuwanie innych rotorów względem siebie, opisano tam również, że można regulować prędkość obrotową poszczególnych rotorów. Wydaje się, że uważano, iż zmiany kombinacji ciężaru roztopionego materiału na rotorze i siły uderzenia świeżego materiału roztopionego dochodzącego na rotor stanowią wskaźnik zmienności sposobu oraz że można zmieniać położenia koła w celu uwzględnienia wynikowych zmian promieniowo liniowego obciążenia osi rotora.

Ten nacisk na zmiany promieniowo liniowego obciążenia wskazuje zależność od odchyleń łożysk magnetycznych rotorów ujawniona w europejskim opisie patentowym EP-A-560866. Propozycje te jednakże nie będą skuteczne jako reakcja na samorzutne zmiany sposobu i, w każdym przypadku, wydają się raczej niewykonalne.

Konieczność brania pod uwagę zmiany prędkości poszczególnych rotorów rozwłókniających i/lub względnego położenia poszczególnych rotorów rozwłókniających w trakcie rzeczywistego procesu rozwłókniania nie jest wygodna, również nie jest wygodna konieczność funkcjonowania w oparciu o łożyska magnetyczne w celu monitorowania zmian obciążenia liniowego osi rotorów.

W europejskim opisie patentowym EP-A-622341 i mię dzynarodowej publikacji patentowej WO99/42413 ujawniono wykorzystanie kamer do monitorowania rzeczywistych osiągów przędzarki wewnątrz komory przędzalniczej. Stąd propozycje te mają na celu zapewnienie reakcji na samorzutne zmiany sposobu.

W europejskim opisie patentowym EP-A-622341 kamera monitoruje rzeczywiste miejsce uderzenia, i gdy kamera zaobserwuje, że to miejsce uderzenia odchyla się od zadanego, zadane miejsce przywraca się przez, na przykład, przesunięcie całej przędzarki.

W międzynarodowej publikacji WO99/42413 kamera kontroluje jedynie górną część przędzarki, a wynikowy obraz służy do automatycznego ustawiania powierzchni uderzenia przez automatyczne przesuwanie wylotu materiału roztopionego względem górnego rotora. W międzynarodowej publikacji patentowej WO99/42413 odnotowano, że dobranie punktu uderzenia w sposób minimalizujący ilość śrutu powoduje maksymalizację ilości odpadów i odwrotnie, stąd też pożądany jest kompromis.

Regulacja sposobu za pomocą kamery jest o tyle niekorzystna, że wymaga zainstalowania kamery w niesprzyjającym środowisku w pobliżu przędzarki. Niekorzystne jest również to, że w polu widzenia kamery znajduje się jedynie środowisko w pobliżu górnej przędzarki i nie obejmuje rzeczywistych procesów zachodzących w innych miejscach przędzarki. Ponadto, niekorzystne jest również to, że kamera pozwala jedynie na częściową i wizualną obserwację tego, co już się zdarzyło, w związku z czym nie zapewnia dokładności pełnej regulacji, co byłoby pożądane.

W praktyce, nawet w najlepiej regulowanych znanych procesach przę dzarki kaskadowej, nadal występują znaczne samorzutne wahania wydajności i jakości, w związku z czym należy sądzić, iż znaczna część tych zmian jest spowodowana zmiennością modelu rozwłókniania wokół rotorów i wynikającymi z tego wahaniami ilości i jakości wyrobu.

PL 203 763 B1

Na przykład, jeżeli sposób uruchamia wykwalifikowany operator zgodnie z własnym najlepszym osądem i gdy kontrola wzrokowa wskazuje, że sposób przebiega spokojnie, w wyniku szczegółowej analizy ustalono, że w rzeczywistości w okresach, na przykład, 15 lub 30 minut prawdopodobne są wahania mocy zużytej przez przędzarkę do wyprodukowania jednostki ciężaru wełny tak duże jak 10% lub nawet 20%. W związku z tym, w dziennym cyklu pracy mogą wystąpić znaczne różnice mocy zużytej na wyprodukowanie jednostki ciężaru wełny.

Ponadto, jakość wyrobu będzie się zmieniać. Na przykład, w wełnie może występować nierównomierność koncentracji środka wiążącego, spowodowana tym, że w otoczeniu przędzarki środek wiążący jest nakładany w sposób ciągły, również wówczas, gdy występują samorzutne zmiany modelu rozwłókniania. Podobnie, występować może zróżnicowanie rozkładu włókien w wełnie, ponieważ przepływ powietrza zbierającego włókna pozostaje stały, niezależnie od zmian modelu rozwłókniania, co może spowodować, że wełna dobrej jakości spada do zbiornika odpadów i tym samym staje się odpadem poddawanym recyklingowi. Może to również powodować, że pewna część wełny może przemieszczać się przez komorę zbierającą drogą odbiegającą od idealnej, co w konsekwencji prowadzi do ryzyka niepożądanego gromadzenia się wełny, a nawet jej utwardzenia wewnątrz komory, co również prowadzi do niejednorodności wyrobu końcowego. Również ilość śrutu spadająca do zbiornika odpadów jest zmienna.

W związku z powyższym, pożądana byłaby możliwość lepszego sterowania procesami zachodzącymi w przędzarce kaskadowej w celu poprawienia zarówno wyników (korzystnie zarówno zapotrzebowania mocy na jednostkę ciężaru wełny, jak i ilości roztopionego materiału na jednostkę ciężaru wełny), jak i jakości wełny (zarówno w odniesieniu do struktury i rozkładu włókien, jak i rozkładu środka wiążącego).

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania wełny mineralnej przez formowanie włókien mineralnych drogą odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego i zbieranie włókien jako wełny, przy czym sposób realizuje się w sekwencji napędzanych rotorów, które napędza się każdorazowo wokół innej, zasadniczo poziomej osi w kierunku obrotów przeciwnym do kierunku obrotów sąsiedniego rotora lub każdego sąsiedniego rotora w tej sekwencji rotorów, przy czym materiał roztopiony wylewa się na górny rotor i następnie narzuca kolejno na powierzchnię obwodową kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora z wyrzucaniem włókien, z tym że kolejny rotor lub każdy kolejny rotor napędza się z zadaną wcześniej prędkością, przy czym stosuje się rotory o zadanej wielkości i usytuowaniu w ustalonym wzajemnym położeniu, i wylewa się materiał roztopiony o zadanych właściwościach lepkościowych z zadaną prędkością z wylotu materiału roztopionego na powierzchnię uderzenia na górnym rotorze, przy czym środek powierzchni uderzenia tworzy z poziomem kąt α równy 30 - 70°, charakteryzuje się tym, że monitoruje się stosunek momentów obrotowych, przy czym stosunek momentów obrotowych jest stosunkiem momentu obrotowego na co najmniej jednym rotorze obracającym się z ustaloną prędkością do momentu obrotowego na co najmniej jednym innym rotorze obracającym się z ustaloną prędkością i zmniejsza lub eliminuje się odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych poprzez zmianę położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora i/lub położenia górnego rotora względem kolejnego (drugiego) rotora.

Korzystnie wybiera się wstępnie prędkość i wielkości kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora, położenie kolejnego (drugiego) rotora względem każdego innego kolejnego (trzeciego lub czwartego) rotora, położenie górnego rotora względem kolejnego (drugiego) rotora, prędkość obrotową górnego rotora, wielkość i/lub kształt i/lub położenie powierzchni uderzenia, zadaną prędkość materiału roztopionego i zadane właściwości lepkościowe materiału roztopionego, przy czym jako zadany stosunek momentów obrotowych stosuje się stosunek momentów obrotowych, przy którym jest osiągany zadany model rozwłókniania, a zmniejszenie lub wyeliminowanie dowolnego odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych powoduje zmniejszenie lub wyeliminowanie dowolnego odchylenia modelu rozwłókniania od zadanego modelu rozwłókniania.

Korzystnie, zmniejszenie lub wyeliminowanie odchylenia stosunku momentów obrotowych realizuje się automatycznie.

Ponadto korzystnie, odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych zmniejsza się lub eliminuje się przez zmianę kąta α.

PL 203 763 B1

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, dla każ dego z rotorów przę dzarki kaskadowej stosuje się zadaną prędkość obrotową i zadane położenie względem wszystkich innych rotorów, przy czym odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od wartości momentów obrotowych zmniejsza się lub eliminuje się przez zmianę kąta α.

Przędzarkę kaskadową utrzymuje się korzystnie w stałym położeniu, a kąt α zmienia się przez przemieszczanie wylotu materiału roztopionego w kierunku poprzecznym do osi górnego rotora.

Korzystnie stosuje się przędzarkę mającą górny rotor i kolejny drugi, trzeci i czwarty rotor, przy czym jako stosunek momentów obrotowych ustala się stosunek momentów obrotowych na trzecim i czwartym rotorze i/lub stosunek momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze i/lub stosunek momentów obrotowych na pierwszym i drugim rotorze do momentu obrotowego na czwartym rotorze.

Ponadto korzystnie, moment obrotowy na górnym rotorze utrzymuje się w obrębie ustalonego zakresu i/lub stosunek momentu obrotowego na górnym rotorze do momentu obrotowego na jednym lub większej liczbie innych rotorów utrzymuje się w obrębie ustalonego zakresu.

W korzystnej postaci każdy rotor napędza się silnikiem przypisanym temu rotorowi, a moment obrotowy monitoruje się przez monitorowanie zapotrzebowania mocy rotora.

Korzystnie monitorowane zapotrzebowanie mocy stanowi wartość statystycznie znaczącą, obliczaną automatycznie na podstawie kolejnych, zasadniczo chwilowych obserwacji zapotrzebowania mocy silnika.

Pole przyspieszenia górnego rotora wynosi korzystnie co najmniej 30 km/s² i pole przyspieszenia kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora jest większe niż pole przyspieszenia górnego rotora.

Korzystnie kąt α reguluje się w zakresie 40° - 65°.

Ponadto korzystnie, środek wiążący rozpyla się na włókna wytwarzane w przędzarce odśrodkowej, zanim zostaną zebrane jako wełna.

Jak zostanie szczegółowo wyjaśnione poniżej, monitorowanie stosunku momentów obrotowych wymaga monitorowania wartości momentu obrotowego na jednym lub większej liczbie kolejnych rotorów oraz wyrażania monitorowanych wartości momentów obrotowych na kolejnych rotorach jako stosunku, przy czym w układach, w których pierwszy rotor również obraca się z wybraną wcześniej prędkością, moment obrotowy na pierwszym rotorze może być również uwzględniany w stosunku momentów obrotowych (jak wyjaśniono poniżej).

Stosując znaną terminologię układów regulacji, monitorowany stosunek momentów obrotowych można uważać za „wartość regulowaną, zaś wartość pożądaną można uważać za „wartość zadaną.

Monitorowanie łącznego momentu obrotowego całej przędzarki lub momentu obrotowego tylko jednego rotora, jak we wcześniejszych rozwiązaniach, pozwala regulować wydajność pomimo dużej zmienności ilości roztopionego materiału. Jednakże nie pozwala na ulepszoną regulację ilości i jakości uzyskiwanych w wynalazku dzięki monitorowaniu stosunku momentów obrotowych i następnie wykorzystywanie go do regulowania określonych warunków na górnym rotorze (w szczególności położenia powierzchni uderzenia). Wynalazek umożliwia regulację mającą na celu kompensowanie wydawałoby się drobnych wahań sposobu, które, z czego obecnie zdano sobie sprawę, mogą mieć duży wpływ na efektywność i jakość.

Wynalazek umożliwia znacznie szybsze reagowanie na odchylenie od warunków zadanych oraz, w szczególności, może umożliwić automatyczną, zasadniczo natychmiastową reakcję na odchylenia od warunków zadanych. Wynalazek pozwala reagować na odchylenia od łącznych warunków zadanych, wpływających na ogólny wynik sposobu, w miejsce reakcji na odchylenie tylko jednego z warunków (mianowicie utrzymanie wybranego wcześniej położenia powierzchni uderzenia).

Wynalazek może być również wykorzystywany do rozruchu sposobu (na podstawie wartości zadanych znanych z poprzednich cykli pracy), jednakże jest on szczególnie pożądany do regulacji umożliwiającej zasadniczo natychmiastowe, automatyczne przywracanie zadanego modelu rozwłókniania, po wstępnym ręcznym ustawieniu tego modelu (co nieco przypomina działanie układu regulacji prędkości samochodu zwanego „cruise control”).

Regulacja, którą umożliwia wynalazek, pozwala regulować model rozwłókniania, na przykład prędkość i położenie miejsca, w którym włókna formują się z każdego rotora, z uwzględnieniem długości i średnicy włókien włącznie. Wynalazek pozwala również regulować wydajność, dzięki czemu pozwala zwiększyć opłacalność zebranej wełny. W szczególności, bez regulacji będącej przedmiotem wynalazku, łączna moc (tj. suma mocy wszystkich silników) potrzebna do wytworzenia jednostki masy zebranej wełny w trakcie sposobu nieuchronnie będzie się wahać i oczywiście pożądane jest zmniejszenie odchylenia standardowego do możliwie jak najmniejszej wartości. Uzyskać można

PL 203 763 B1 również zmniejszenie ilości odpadów i śrutu. Wynalazek pozwala uzyskać znaczne zmniejszenie zapotrzebowania mocy i roztopionego materiału, przewyższające wyniki osiągalne w normalnych procesach regulacji.

Wynalazek daje również inną korzyść w układzie dwóch (lub większej liczby) przędzarek ustawionych obok siebie, dostarczających włókna na jeden przenośnik zbierający. Pożądane jest, aby wytworzona siatka była możliwie jak najbardziej równomierna na swojej szerokości, jednakże zmiany modeli rozwłókniania i wydajności poszczególnych przędzarek oznaczają, że mogą wystąpić wahania na szerokości. Lepsza regulacja uzyskiwana dzięki wynalazkowi pozwala zminimalizować te wahania.

Wynalazek opiera się w części na tym, że uświadomiono sobie, iż można połączyć trzy oddzielne zjawiska, aby uzyskać pożądany wynik regulacji sposobu.

Pierwsze zjawisko polega na tym, że stosunek momentów obrotowych (na jednym lub na większej liczbie kolejnych rotorach lub, ewentualnie, również na górnym rotorze, jeżeli górny rotor ma wybraną z góry prędkość i wielkość) może być wskaźnikiem w przypadku kilku ważnych zjawisk. Jednym z niech jest rozwłóknianie, włącznie z ogólnym modelem rozwłókniania, uzyskiwanym w rzeczywistości, gdy występują niewielkie wahania lepkości i/lub prędkości materiału roztopionego bliskie zadanej wartości, która powinna być stała, i/lub gdy występują zmiany powierzchni i/lub miejsca uderzenia. W wyniku tego, przywrócenie rzeczywistego (lub monitorowanego) stosunku momentów obrotowych w danym sposobie do zadanego stosunku momentów obrotowych, o którym na podstawie wcześ niejszych doświadczeń dotyczących danego sposobu wiadomo, że jest wskaźnikiem danego wyniku, na przykład wybranego modelu rozwłókniania, pozwala zasadniczo przywrócić wybrany wynik.

Drugie zjawisko polega na tym, że wprawdzie zmiany rozwłókniania mogą wystąpić nawet pomimo tego, że miejsce i powierzchnia uderzenia pozostają bez zmian, stosunek momentów obrotowych można regulować zmieniając jedynie miejsce uderzenia i/lub prędkość obrotową górnego rotora i/lub położenie górnego rotora względem pierwszego kolejnego rotora. Stosunek ten zmienia się wyłącznie przez zmianę miejsca uderzenia.

Trzecie zjawisko polega na tym, że zmiany te (w szczególności korzystna zmiana wielkości i/lub położenia powierzchni uderzenia) mogą być wykorzystywane nie tylko w celu reagowania na samorzutne i niepożądane zmiany wielkości i/lub położenia powierzchni uderzenia (na przykład z powodu klinkieru w wylocie roztopionego materiału), ale również pozwalają skutecznie reagować na samorzutne odchylenia własności lepkościowych i/lub prędkości roztopionego materiału wokół zasadniczo stałych wartości zadanych.

Wynalazek dotyczy głównie regulacji sposobu, w którym główne warunki rozwłókniania są wybierane z góry przez dobranie prędkości i wielkości każdego z kolejnych rotorów i względnego położenia kolejnych rotorów, jeżeli kolejnych rotorów jest więcej niż jeden, oraz przez dobranie typu materiału roztopionego. W praktyce, jest bardzo korzystne, aby wszystkie rotory, włącznie z górnym rotorem, poruszały się z wybraną wcześniej prędkością, miały wybraną wcześniej wielkość oraz wybrane wcześniej położenie względem siebie. Parametry włókien (takie jak średnica i długość) uzyskanych w wynalazku są w związku z tym zazwyczaj regulowane wstępnie głównie przez wstępny dobór wielkości, prędkości i położenia rotorów (oraz wybór typu materiału roztopionego i prędkości materiału roztopionego) i wynalazek jest następnie stosowany do zapewnienia optymalnej regulacji wytwarzania włókien o tych parametrach.

W zwią zku z tym, wynalazek, co jest jego zaletą , jest stosowany do bardzo waż nej regulacji wymaganej jako reakcja na samorzutne odchylenia od zadanych własności lepkościowych materiału roztopionego i/lub zadanej prędkości materiału roztopionego i/lub powierzchni lub miejsca uderzenia występujących samorzutnie podczas sposobu.

Jeżeli jednakże wystąpi znaczne odchylenie jednej lub większej liczby parametrów, poziom regulacji, jaki zapewnia wynalazek, może okazać się niedostateczny i w takim przypadku dla nadania warunkom rozwłókniania nowych wartości zadanych potrzebna może być interwencja operatora (lub inny układ regulacji automatycznej), po czym wynalazek można zastosować do dalszej regulacji sposobu.

W związku z tym, w zakres wynalazku wchodzą wszystkie sposoby, w których wykorzystuje się określoną regulację w odniesieniu do wartości zadanej przez okres stosowania, nawet jeżeli w trakcie sposobu trwającego kilka godzin na pewnym etapie konieczne może być przywrócenie wartości zadanych lub regulowanie sposobu inną metodą.

Na przykład, sposób może przebiegać zadowalająco przy wcześniej wybranych prędkościach rotorów i/lub typie lub prędkości materiału roztopionego i pożądana może być zmiana prędkości rotorów

PL 203 763 B1 lub materiału roztopionego lub zmiana prędkości materiału roztopionego na inne bez zatrzymywania procesu wytwarzania, przy czym zmiany te są na tyle duże, że wynalazek nie może ich skompensować. W takiej sytuacji w celu przejścia na regulację nowego sposobu wystarczy jedynie zmienić algorytm regulacji starego sposobu (np. dla pewnych prędkości rotorów) na algorytm regulacji odpowiedni dla nowego sposobu (np. dla nowych prędkości rotorów).

Wynalazek może być również wykorzystywany na etapie rozruchu sposobu, gdy wartości zadane są znane z algorytmu regulacji opartego na wcześniejszym doświadczeniu lub znajomości działania tego samego lub podobnego urządzenia. W takim sposobie, algorytm regulacji może być taki, że regulacja polega na reakcji na dane dotyczące, na przykład, skutków zmian prędkości materiału roztopionego i/lub lepkości materiału roztopionego, co umożliwia dobranie dla nich odpowiednich wartości zadanych. Jednakże korzystnie prędkość i lepkość materiału roztopionego są wybierane wcześniej i mają wartoś ci równe wartoś ciom zadanym, które są zasadniczo stał e w takim sensie, ż e ich rzeczywiste odchylenia są na tyle małe, że sposób może być prawidłowo regulowany (w odpowiedzi na zmiany stosunku momentów obrotowych) jedynie przez zmianę położenia powierzchni uderzenia i/lub położenia lub prędkości górnego rotora.

Wynalazek ma szczególną wartość, gdy wartości zadane otrzymuje się we wstępnym etapie, w którym jest ustalany żądany model rozwłókniania dla materiał u roztopionego, który ma mieć zasadniczo stałą prędkość i lepkość, a następnie wynalazek wykorzystuje się do utrzymywania tego modelu, pomimo występujących pewnych wahań prędkości i/lub lepkości materiału roztopionego lub powierzchni lub miejsca uderzenia.

Stąd, korzystnym sposobem wynalazku jest sposób, w którym wełna mineralna jest wytwarzana przez wytwarzanie włókien mineralnych przez odśrodkowe rozwłóknianie roztopionego materiału mineralnego za pomocą przędzarki kaskadowej jak opisano powyżej oraz zbierania włókien jako wełny, przy czym sposób obejmuje wstępny etap otrzymywania zadanego modelu rozwłókniania z przędzarki odśrodkowej przez wybranie jednej lub większej liczby stałych prędkości i wielkości jednego lub każdego kolejnego rotora, stałego położenia kolejnego (drugiego) rotora względem każdego innego kolejnego rotora, położenia górnego rotora względem kolejnego (drugiego) rotora, prędkości obrotowej górnego rotora, zadanej prędkości materiału roztopionego, zadanych własności lepkościowych materiału roztopionego oraz wielkości i/lub kształtu i/lub położenia powierzchni uderzenia. Po uzyskaniu zadanego modelu rozwłókniania jest wyznaczany zadany stosunek momentów obrotowych na jednym lub większej liczbie kolejnych rotorów (oraz, ewentualnie, na górnym rotorze, jeżeli ten obraca się z wybraną z góry prędkością), gdy uzyskuje się ten zadany model rozw łókniania, a stosunek momentów obrotowych na jednym albo większej liczbie kolejnych rotorów jest monitorowany. Podczas dalszego wykonywania sposobu trwającego, na przykład, od 1/2 lub 1 godz. do 4 lub 8 godz. lub dłużej, wszelkie odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych są zmniejszane lub eliminowane przez zmianę wielkości powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora i/lub położenia górnego rotora względem drugiego rotora, przez co zmniejszenie lub wyeliminowanie odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych powoduje zmniejszenie lub wyeliminowanie odchyleń modelu rozwłókniania od zadanego modelu rozwłókniania.

W zwią zku z tym, w tym aspekcie wynalazku wybrany model rozwł ókniania jest ustalany (automatycznie lub ręcznie) i nieuniknione zmiany tego modelu rozwłókniania spowodowane drobnymi wahaniami prędkości materiału roztopionego, własności lepkościowych materiału roztopionego i/lub położenia powierzchni uderzenia są kompensowane przez monitorowanie i kompensowanie odchyleń stosunku momentów obrotowych.

Różnice między monitorowanym i zadanym stosunkiem momentów obrotowych można wykorzystać, w całości lub części, do ręcznej regulacji sposobu. Jednakże korzystnie różnice między monitorowanym i zadanym stosunkiem momentów obrotowych automatycznie wykorzystuje się do zapewnienia automatycznej regulacji sposobu. W związku z tym, korzystnie w sposobach wynalazku, zadany model rozwłókniania jest ustalany na etapie wstępnym, a następnie regulacja sposobu typu „cruise control”, jaką zapewnia wynalazek, dalej reguluje sposób automatycznie albo aż do jego zakończenia (np. przez od 1 do 8 godzin lub dłużej), albo do chwili, gdy wystąpi tak duże odchylenie jednego z warunków, że wynalazek nie jest zdolny lub może nie być zdolny przywrócić pożądanego modelu rozwłókniania. Na przykład, stosuje się wówczas korzystnie automatyczny lub ręczny układ korygujący lub sygnał alarmowy sygnalizujący, na przykład, że rzeczywista wartości prędkości materiału roztopionego i/lub lepkości materiału roztopionego i/lub rzeczywiste miejsce lub powierzchnia uderzenia różnią

PL 203 763 B1 się zbyt dużo od wybranych wcześniej wartości zadanych lub odchylenia wybiegają poza wcześniej określony zakres.

Wynalazek ma nie tylko tę zaletę, że utrzymuje proces wytwarzania w zgodności z wybranym sposobem rozwłókniania lub bliski wybranemu sposobowi rozwłókniania, niż byłoby to możliwe przy zastosowaniu regulacji automatycznej lub ręcznej, ale również zapewnia lepszą ogólną sprawność energetyczną sposobu (liczoną na jednostkę masy wełny) niż możliwa do uzyskania na podstawie prostej zależności między łącznym momentem obrotowym a prędkością przenośnika, na przykład jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki US-A2888060.

Stosunek momentów obrotowych, który jest najpierw wybierany, a następnie monitorowany, musi być wskaźnikiem względnego obwodowego rozkładu włókien w przędzarce kaskadowej, a nie jedynie łącznej masy wytworzonych włókien. Stosunek momentów obrotowych może uwzględniać momenty obrotowe na różnych kolejnych rotorach (jeżeli jest ich co najmniej dwa) lub, jeżeli górny rotor ma wcześniej wybraną wielkość i prędkość, może to być stosunek momentu obrotowego na górnym rotorze do momentu obrotowego na kolejnym rotorze. W stosunku momentów obrotowych można uwzględniać sumę momentów obrotowych na co najmniej dwóch rotorach, z których każdy obraca się z wcześ niej wybraną prę dkoś cią .

Jeżeli ilość materiału roztopionego spadająca na rotor jest stała, to na moment obrotowy wpływa głównie ta ilość, której nadawane jest przyspieszenie odśrodkowe wyrzucające ją z powierzchni w postaci, na przykład, drobnych włókien lub śrutu. W praktyce jednakże występują samorzutne wahania prędkości materiału roztopionego spadającego na górny rotor i samo zsumowanie momentów obrotowych na wszystkich rotorach nie daje żadnych wskazówek odnośnie względnego rozkładu materiału roztopionego i rozwłókniania na poszczególnych rotorach. Informację taką można natomiast uzyskać znając względne momenty obrotowe na różnych rotorach, a w szczególności znając stosunki momentów obrotowych. Stąd też, monitorując stosunek momentów obrotowych na dwóch (lub większej liczbie) rotorach możliwe jest monitorowanie zakresu i typu przyspieszenia odśrodkowego materiału roztopionego wyrzucanego z jednego lub większej liczby rotorów względem jednego lub większej liczby innych rotorów.

W praktyce, utrzymywanie wartoś ci stosunku momentów obrotowych równego dokładnie wartości zadanej zazwyczaj nie ma zasadniczego znaczenia. Zazwyczaj wystarcza taka regulacja sposobu, aby odchylenie standardowe od średniej (tzn. od wartości zadanej) zostało znacząco zmniejszone. Na przykład, w trakcie normalnego sposobu odchylenie standardowe może wynosić 10%, 15% lub więcej, i w zwią zku z tym wynalazek bę dzie cenny, jeż eli pozwoli zmniejszyć odchylenie standardowe do poziomu, na przykład, poniżej 10%, korzystnie poniżej 7%, 5% lub jeszcze mniej.

Zadane i monitorowane stosunki momentów obrotowych może uwzględniać tylko jeden element (np. pojedynczy stosunek) lub kilka różnych i niezależnych elementów, i wówczas każdy z elementów wartości monitorowanej musi być regulowany względem każdego odpowiadającego mu elementu wartości zadanej. Stosunek momentów obrotowych jest zazwyczaj obliczany, przynajmniej w części, na podstawie momentów obrotowych na kolejnych rotorach (co ma dać wskazówkę odnośnie względnej wydajności głównych rotorów rozwłókniających). Górny rotor jednakże ma zazwyczaj również stałą wielkość i prędkość obrotową, i w takim przypadku, w stosunku momentów obrotowych można również uwzględnić moment obrotowy na górnym rotorze.

Wymagana może być regulacja momentu obrotowego na górnym rotorze w granicach określonych przez zdefiniowaną granicę górną (zazwyczaj wskazującą duży kąt α) i zdefiniowaną granicę dolną (zazwyczaj wskazującą mały kąt α), aby wykluczyć możliwość zadania nieprzydatnej wartości. Jeżeli wartość momentu obrotowego na górnym rotorze nie mieści się w tym zakresie, może zostać wygenerowany sygnał alarmowy.

Przędzarka kaskadowa może się składać wyłącznie z górnego rotora i jednego kolejnego rotora (tzn. drugiego rotora), lecz zazwyczaj stosuje się co najmniej dwa, a najczęściej trzy kolejne rotory. W związku z tym korzystnie przędzarka ma górny (pierwszy) rotor oraz kolejny drugi, trzeci i czwarty rotor. Stosunek momentów obrotowych może obejmować stosunek momentów obrotowych na trzecim i czwartym rotorze. Zamiennie lub dodatkowo stosunek momentów obrotowych może obejmować stosunek momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze. Zamiennie lub dodatkowo stosunek momentów obrotowych może obejmować stosunek momentów obrotowych na drugim i trzecim rotorze. Stosunek momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze ogólnie uznaje się za mający szczególną wartość. Jeżeli przędzarka ma tylko 3 rotory, korzystnie jednym z elementów stosunku jest moment obrotowy na ostatnim (trzecim) rotorze.

PL 203 763 B1

W niektórych przypadkach przydatne jest zsumowanie momentów obrotowych na niektórych, lecz nie na wszystkich, kolejnych rotorach, szczególnie gdy suma jest następnie wykorzystywana do obliczenia stosunku względem jednego lub większej liczby kolejnych rotorów. Na przykład, suma momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze stanowi wskaźnik łącznego rozwłókniania z jednej strony 4-rotorowej przędzarki kaskadowej, zaś moment obrotowy na trzecim rotorze lub suma momentów obrotowych na pierwszym i trzecim rotorze stanowi wskaźnik rozwłókniania z drugiej strony przędzarki kaskadowej. Dlatego też stosunek sumy momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze do sumy momentów obrotowych na pierwszym i trzecim (lub czasami tylko trzecim) rotorze stanowi wskaźnik modelu rozwłókniania po obu stronach przędzarki.

Podobnie, suma momentów obrotowych na trzecim i czwartym rotorze daje wskazówkę odnośnie rozwłókniania na tych rotorach, zaś innym przydatnym stosunkiem momentów obrotowych jest stosunek tych sum do momentu obrotowego na drugim rotorze lub do sumy momentów obrotowych na pierwszym i drugim rotorze.

Korzystnymi stosunkami momentów obrotowych są stosunek momentu obrotowego na czwartym rotorze do momentu obrotowego na drugim lub trzecim rotorze lub do sumy momentów obrotowych na pierwszym i drugim rotorze.

Zostanie przedstawione, że można zaprojektować algorytm regulacji w zależności od wymaganej dokładności i złożoności procesu regulacji. W najprostszej postaci algorytm regulacji będzie, na przykład, regulować sposób jedynie w zakresie wyznaczonym przez górną i dolną wartości momentu obrotowego na górnym rotorze i w wąskim zakresie dla stosunku momentów na dwóch z kolejnych rotorów, przy czym dokładność regulacji można zwiększyć zwiększając liczbę zmiennych występujących w algorytmie regulacji.

Model rozwłókniania będzie zazwyczaj wybierany wcześniej tak, aby z ostatniego rotora (lub z dwóch ostatnich rotorów) wyrzucana była największa ilość włókien, które następnie mogą być wygodnie transportowane dalej w powietrzu nośnym i równomiernie spryskiwane środkiem wiążącym. W zwią zku z tym, monitorowanie stosunku momentu obrotowego na ostatnim rotorze do momentu obrotowego na poprzednim rotorze (w szczególności na drugim rotorze, gdy w kaskadzie występują cztery rotory) umożliwia utrzymywanie ilości włókien wyrzucanych z ostatniego rotora lub rotorów w ilości równej lub bliskiej optymalnej bez ryzyka, że ilość wytworzonych włókien wzrośnie na tyle, że strumień powietrza nośnego nie będzie wystarczający dla przeniesienia włókien na przenośnik zbierający i/lub ilość doprowadzonego środka wiążącego nie zapewni równomiernego rozkładu środka wiążącego w siatce włókien.

Znane procedury regulowania pracy przędzarek kaskadowych, takie jak opisane powyżej, zazwyczaj obejmują dodanie dodatkowego urządzenia monitorującego, takiego jak urządzenie do monitorowania wzrokiem, i zaletą wynalazku jest to, że monitorowanie można prowadzić wyłącznie na podstawie informacji, która w znanych rozwiązaniach i tak są generowane. W szczególności, obecnie znane jest napędzanie rotorów, w każdym szczególnym sposobie, ze stałą prędkością przez silniki przypisane do danego rotora. Zapotrzebowanie mocy każdego silnika (w kW) jest proporcjonalne do momentu obrotowego danego rotora i prędkości kątowej danego rotora, lecz wobec tego, że prędkość kątowa jest wybierana z góry i ma być stała, zapotrzebowanie mocy jest proporcjonalne do momentu obrotowego. W związku z tym, sposób można realizować albo przez monitorowanie zmian zapotrzebowania mocy (w kW) każdego silnika, albo przez obserwowanie zmian momentu obrotowego. Jeżeli dwa rotory są napędzane przez jeden silnik, to zapotrzebowanie mocy tego pojedynczego silnika jest proporcjonalne do sumy momentów obrotowych na obu rotorach.

Alternatywnie, moment obrotowy na rotorze można wyznaczyć za pomocą jakiegoś dodatkowego urządzenia. Zazwyczaj jest to niepotrzebne gdy, korzystnie, każdy rotor jest napędzany przez przypisany mu silnik. Jednakże w niektórych przędzarkach kaskadowych jeden silnik napędza więcej niż jeden rotor. Jeżeli w przędzarce występuje, na przykład, jeden silnik napędzający drugi i czwarty rotor oraz drugi silnik napędzający pierwszy i trzeci rotor i jeżeli stosunkiem momentów obrotowych jest po prostu stosunek momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze do momentów obrotowych na pierwszym i trzecim rotorze, to i w tym przypadku wystarczy polegać na momencie obrotowym na każdym silniku. Zazwyczaj jednakże konieczne jest wyznaczenie momentu obrotowego na każdym rotorze za pomocą, na przykład, zastosowania odpowiedniego miernika momentu obrotowego na każdym rotorze.

Jeżeli każdy rotor jest napędzany przez przypisany mu silnik, znane jest, że wahania zapotrzebowania mocy każdego silnika obserwuje się zasadniczo natychmiast jako część normalnej kontroli

PL 203 763 B1 znanego sposobu, dzięki czemu możliwe jest natychmiastowe uzyskanie informacji o zmianach wartości momentu obrotowego bez dodawania dodatkowego sprzętu. Umożliwia to również zasadniczo dokonanie natychmiastowych korekt automatycznie. Stanowi do znaczne ulepszenie dotychczasowych sposobów, w których korekty można wprowadzać zazwyczaj dopiero po obserwacji, wykonanej w trybie nieautomatycznym lub automatycznym, ż e nastą pił a zmiana modelu rozwł ókniania.

W praktyce jednak ż e natychmiastowa (np. w cią gu sekundy od zaobserwowania odchylenia momentu obrotowego) regulacja sposobu często nie jest konieczna lub wręcz jest niewłaściwa. Korzystna jest natomiast regulacja sposobu na podstawie statystycznie znaczących wartości zapotrzebowania mocy (lub momentu obrotowego) obliczanych automatycznie na podstawie kilku kolejnych, zasadniczo natychmiastowych, obserwacji zapotrzebowania mocy (lub momentu obrotowego) danego silnika lub każdego danego silnika. Na przykład statystycznie znacząca wartość może być obliczona automatycznie dla każdego wcześniej określonego przedziału czasu wynoszącego, na przykład, kilka sekund, jedną minutę lub kilka minut i korekty mogą być wprowadzane automatycznie w wybranych przedziałach czasu.

W związku z tym, możliwe jest określenie z góry częstotliwości, z jaką moment obrotowy będzie monitorowany i wykorzystywany do korygowania wszelkich odchyleń od wcześniej wybranej wartości. Stąd, wynalazek umożliwia albo natychmiastową automatyczną korektę, albo częste korekty w odpowiednich odstępach czasu, przy czym te odstępy czasu będą w praktyce zawsze znacznie krótsze niż odstępy czasu stosowane w jakiejkolwiek znanej wcześniej ręcznej regulacji pracy przędzarek kaskadowych.

Nawet jeżeli korekty stosuje się wyłącznie we wcześniej wybranych odstępach czasu, pożądane może być monitorowanie stosunku momentów obrotowych w momencie wprowadzania korekty stosunku momentów obrotowych, w celu ułatwienia szybkiego osiągnięcia wymaganej wartości.

Automatyczne wykorzystanie odchylenia stosunku momentów obrotowych jest stosowane do zmiany warunków na górnym rotorze i tym samym zmniejszenia lub wyeliminowania odchylenia, a zatem zmierza do przywrócenia wybranego modelu rozwłókniania. Korzystnie sposób powoduje przywrócenie zarówno stosunku momentów obrotowych, jak i modelu rozwłókniania zasadniczo do wybranych wcześniej zadanej wartości stosunku momentów obrotowych i zadanego modelu rozwłókniania. Jednakże, nawet jeżeli zasadniczo całkowite przywrócenie modelu rozwłókniania nie jest możliwe (na przykład ze względu na większe zmiany lepkości lub prędkości roztopionego materiału niż zamiany dające się skompensować przez wynalazek), wynalazek nadal jest cenny, ponieważ zazwyczaj pozwala poprawić model rozwłókniania w kierunku początkowego zadanego modelu rozwłókniania, nawet gdy zmiany materiału roztopionego są większe niż zmiany, które może skompensować wynalazek.

Istnieją różne sposoby zmiany warunków na górnym rotorze w odpowiedzi na odchylenia stosunku momentów obrotowych, mające na celu przywrócenie zadanego stosunku momentów obrotowych, i tym samym zadanego modelu rozwłókniania.

Jeden z tych sposobów obejmuje przesunięcie osi górnego rotora względem kolejnego drugiego rotora w kaskadzie, co jednakże powoduje, że górny rotor musi być ruchomy względem pozostałych, a zazwyczaj jest wygodniej, aby wszystkie rotory przędzarki kaskadowej znajdowały się w stałym położeniu względem siebie.

Innym sposobem jest zmiana prędkości obrotowej górnego rotora. Jednakże ogólnie korzystnie łączne zapotrzebowanie mocy lub moment obrotowy przędzarki kaskadowej jest utrzymywane tak blisko stałego poziomu, jak tylko jest to jest rozsądnie możliwe, z czym sprzeczna jest celowa zmiana prędkości obrotowej górnego rotora. W związku z tym, korzystnie górny rotor ma stałą prędkość obrotową.

W związku z tym korzystnym sposobem odpowiedzi na odchylenie stosunku momentów obrotowych jest automatyczna regulacja położenia powierzchni uderzenia na górnym rotorze.

Najważniejszą korektą, jaką można wykonać względem powierzchni uderzenia, jest regulacja kąta α, który jest kątem między środkiem powierzchni uderzenia i poziomem. Kąt ten można zmieniać przesuwając całą przędzarkę kaskadową względem wylotu materiału roztopionego, lecz korzystnie przędzarka kaskadowa pozostaje w stałym położeniu, a kąt α jest zmieniany przez przesuwanie wylotu roztopionego materiału poprzecznie względem osi górnego rotora. Położenie osiowe wylotu również może mieć wpływ na powierzchnię uderzenia i można je zmieniać przez przesuwanie wylotu materiału roztopionego równolegle do osi górnego rotora.

PL 203 763 B1

Wielkość i kształt powierzchni uderzenia może również mieć pewien wpływ na wydajność. Wielkość powierzchni uderzenia oczywiście rośnie w miarę zmniejszania kąta α, lecz dodatkowo kształt strumienia materiału roztopionego (w przekroju poprzecznym) może mieć wpływ na obszar materiału roztopionego na górnym rotorze. Na przykład, w warunkach idealnych, obszar ten zależy od kąta α i pionowego odcinka drogi spadającego materiału roztopionego, ponieważ podczas opadania materiał roztopiony idealnie przyjmuje kształt walca, a promień tego walca maleje w miarę zwiększania drogi spadania. Jeżeli jednakże wylot materiału roztopionego zostanie przypadkowo zablokowany przez klinkier lub jeżeli jego kształt zostanie celowo zmieniony w taki sposób, że powstanie strumień o kształcie wstęgi równoległej do osi górnego rotora, to strumień wynikowy może opadać na górny rotor na osiowo szerszym paśmie. W wyniku tego wzrasta osiowa długość pasma materiału roztopionego (i w związku z tym powierzchni uderzenia na górnym rotorze), co powoduje, że grubość warstwy materiału roztopionego na górnym rotorze maleje i ta mniejsza grubość warstwy materiału roztopionego będzie wpływać na warunki rozwłókniania na kolejnych rotorach.

Zazwyczaj najbardziej znaczący efekt uzyskuje się w wyniku zmiany obwodowego położenia środka powierzchni uderzenia (środek wybiera się przez wzrokową ocenę środka strumienia bezpośrednio przed uderzeniem jakiejkolwiek części strumienia o górny rotor). Klinkier gromadzący się na wylocie materiału roztopionego może spowodować samorzutne zmiany punktu uderzenia i tym samym odchylenie kąta α, wówczas celowe przesuwanie wylotu materiału roztopionego w kierunku poprzecznym względem osi górnego rotora w celu przywrócenia żądanej wielkości kąta α wyeliminuje to odchylenie.

Jest to zgodne ze znanymi układami regulacji, których zadaniem jest przede wszystkim zapewnienie, aby punkt uderzenia pozostawał w wybranym wcześniej optymalnym położeniu, pomimo samorzutnych zmian strumienia roztopionego materiału wypływającego z wylotu spowodowanych nagromadzeniem się klinkieru w wylocie. Jednakże ważną cechą wynalazku jest to, że punkt uderzenia, a w szczególności kąta α, może być celowo zmieniany z wartości początkowej α na inną wartość α w celu skompensowania zmian własności lepkościowych materiału roztopionego i/lub prędkości materiału roztopionego. Na przykład, wystąpić mogą odchylenia kąta α od wartości zadanej mające znaczący wpływ na model rozwłókniania, pomimo iż nadal kąt α można uważać za zasadniczo stały.

Stąd, w wynalazku możemy celowo zmieniać α względem początkowo wybranej wartości α, starając się przywrócić lub całkowicie przywrócić wybrany stosunek momentów obrotowych lub model rozwłókniania, pomimo samorzutnych zmian własności lepkościowych materiału roztopionego i/lub prędkości materiału roztopionego, nawet pomimo tego, że wielkość lub położenie powierzchni uderzenia pozostają bez zmian (lub mogą również się zmieniać).

Zakres, w jakim kąt α można zmieniać od wybranej początkowo wartości zadanej, wynosi zazwyczaj nie więcej niż około 20° i zazwyczaj nie więcej niż około 15° lub 10° lub, korzystnie, nie więcej niż 5°. Zazwyczaj sposób jest tak prowadzony, że kąt α zmienia się w trakcie sposobu w zakresie nie większym niż około ±10° i zazwyczaj nie więcej niż o około ±5° lub korzystnie nie więcej niż o ±3° od początkowej zadanej wartości kąta α.

Cała charakterystyka lepkości materiału roztopionego ma znaczenie o tyle, że lepkość roztopionego materiału może wzrastać przy opadaniu materiału z jednego rotora na następny oraz że na każdym rotorze lepkość roztopionego materiału ma wpływ na wydajność na danym rotorze. Jednakże, dla wygody zazwyczaj wystarcza uwzględniać jedynie lepkość materiału roztopionego w chwili uderzenia o górny rotor. Ogólnie, stwierdza się, że jeżeli lepkość materiału roztopionego wzrasta samorzutnie, to kompensacja automatyczna będzie obejmowała przesunięcie wylotu materiału roztopionego w taki sposób, aby kąt α się zmniejszał, i odwrotnie, jeżeli lepkość maleje, to kompensacja automatyczna będzie obejmowała przesunięcie wylotu materiału roztopionego, tak aby kąt α wzrastał.

Jeżeli prędkość materiału roztopionego wzrasta, to kompensacja automatyczna będzie obejmowała przesunięcie wylotu materiału roztopionego w celu zwiększenia kąta α. I odwrotnie, jeżeli prędkość materiału roztopionego maleje, to kompensacja automatyczna będzie obejmowała przesunięcie wylotu materiału roztopionego w celu zmniejszenia kąta α.

Sukces wynalazku wynika częściowo z faktu, że regulacja jednej zmiennej (zazwyczaj kąta α) równocześnie kompensuje odchylenia od zadanych własności lepkościowych materiału roztopionego, zadanej prędkości materiału roztopionego i wybranej początkowo wartości kąta α. Rzeczywiście, przewaga wynalazku nad poprzednimi rozwiązaniami polega na tym, że w celu skompensowania własności lepkościowych materiału roztopionego i/lub prędkości materiału roztopionego można celowo zmieniać kąt α względem wybranej początkowo zadanej wartości tego kąta.

PL 203 763 B1

Korzyści wynalazku są szczególnie znaczące w przypadku przędzarek kaskadowych o czterech rotorach, jakkolwiek przędzarka może mieć, na przykład, dwa, trzy lub pięć rotorów. Korzyści są również największe, gdy przędzarka pracuje z rozsądnie dużym polami przyspieszeń, na przykład, gdy górny rotor ma pole przyspieszeń powyżej 10 km/s² i korzystnie 30 km/s² do 60 km/s², przy czym wartości do np. 100 km/s² mogą również być przydatne.

Korzystnymi przędzarkami są te przędzarki, które pracują z takim polem przyspieszenia na górnym rotorze i w których pole przyspieszenia na każdym kolejnym rotorze jest co najmniej tak duże, jak pole przyspieszenia na poprzednim rotorze. Korzystnie wszystkie drugie, trzecie i (jeżeli istnieją) czwarte rotory mają pole przyspieszenia co najmniej 1,2 razy większe od pola przyspieszenia na górnym rotorze i zazwyczaj pole przyspieszenia na ostatnim rotorze jest co najmniej dwa razy większe niż pole przyspieszenia na pierwszym rotorze. Niektóre takie układy zostały ujawnione na przykład w europejskim opisie patentowym EP-A-567486.

Najlepsze wyniki uzyskuje się, gdy w trakcie sposobu kąt α wynosi 40 - 65°, korzystnie 45 - 60°.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie odpowiednie do wytwarzania wełny mineralnej przez formowanie włókien mineralnych drogą odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, obejmujące przędzarkę kaskadową, która zawiera sekwencję górnego (pierwszego) rotora i kolejnego (drugiego) rotora oraz ewentualnie innych rotorów, przy czym każdy rotor jest zamontowany obrotowo na odrębnej, zasadniczo poziomej osi, i ma kierunek obrotów przeciwny do kierunku obrotów sąsiedniego rotora lub każdego sąsiedniego rotora w sekwencji rotorów, wylot materiału roztopionego nad powierzchnią uderzenia na górnym rotorze, przy czym kolejny rotor lub każdy kolejny rotor zamontowany obrotowo ma zadaną prędkość i zadaną wielkość, kolejny (drugi) rotor, sąsiadujący z górnym rotorem, jest zamontowany w zadanym położeniu względem każdego innego kolejnego rotora, charakteryzuje się tym, że ma środki do monitorowania stosunku momentów obrotowych, gdzie stosunkiem momentów obrotowych jest stosunek momentu obrotowego na co najmniej jednym rotorze obracającym się z zadaną prędkością do momentu obrotowego na co najmniej jednym z innych rotorów, który obraca się z zadaną prędkością, oraz ma środki do zmiany położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora i/lub położenia górnego rotora względem kolejnego (drugiego) rotora, przy czym te środki stanowią środki zmniejszania lub eliminowania odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych.

Korzystnie urządzenie dodatkowo zawiera wylot materiału roztopionego związany z przędzarką, usytuowany nad powierzchnią uderzenia na górnym rotorze przędzarki, dodatkowo zawierający środki do zmieniania położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora i/lub położenia górnego rotora względem drugiego rotora w odpowiedzi na odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny znanej komory przędzalniczej zawierającej przędzarką kaskadową, w pobliżu przodu przędzarki kaskadowej, w widoku w kierunku przędzarki, fig. 2 przedstawia urządzenie przedstawione na fig. 1 w przekroju poprzecznym poprowadzonym wzdłuż linii 2-2 na fig. 1, a fig. 3 przedstawia wykres zmienności zapotrzebowania mocy w ciągu 24-godzinnego przebiegu sposobu z regulacją i bez regulacji stosunku momentów obrotowych według wynalazku.

Komora przędzalnicza przedstawiona na fig. 1 i 2 ma ściany boczne 1, ścianę górną 2 i podstawę 3 przechodzącą w zbiornik 4, w którym jest gromadzony materiał odpadowy i z którego jest on usuwany za pomocą przenośnika ślimakowego 30 lub innych odpowiednich środków. Górę zbiornika wyznacza wałek 36.

W komorze jest zamontowana przędzarka kaskadowa 5, obejmująca obudowę 6 podtrzymującą rotory i silniki do ich napędzania.

Rotory są zamontowane z przodu obudowy 6 od strony komory i składają się z górnego (pierwszego) rotora 7, kolejnego (drugiego) rotora 8, kolejnego (trzeciego) rotora 9 i kolejnego (czwartego) rotora 10, przy czym rotory obracają się w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów każdego sąsiedniego rotora w sekwencji rotorów, jak przedstawiono strzałkami. Każdy z rotorów jest zamontowany na zasadniczo poziomej osi, która jest wyprowadzona do tyłu do obudowy 6 i korzystnie prowadzi do silnika przypisanego danemu rotorowi nadającego mu ruch obrotowy o regulowanej prędkości.

Wokół część każdego kolejnego rotora oraz, jak na rysunku, również wokół część górnego rotora 7 jest usytuowana szczelina powietrzna 11 do nadmuchu powietrza do przodu nad obwodem rotorów tak, aby wspomagać rozwłóknianie w znany sposób. W szczelinach powietrznych mogą znajdować się łopatki, których celem jest nadanie składowej stycznej na dmuchy powietrza. Średnica

PL 203 763 B1 wewnętrzna każdej szczeliny powietrznej jest zasadniczo taka sama jak średnica zewnętrzna powiązanego rotora, dzięki czemu dmuch powietrza tworzy strumień przyścienny nad tą częścią rotora w znany sposób.

Zastosowano pierścień 12 dla środka wiążącego, mający otwory 13 rozpylające środek wiążący, usytuowane wokół i poniżej przędzarki kaskadowej, oraz otaczający wylot kanału 14 powietrza wspomagającego z otworami 15 usytuowanymi poniżej przędzarki kaskadowej. Powietrze wspomagające do przenoszenia włókien z rotorów jest nadmuchiwane przez otwory 15 do przodu. Środek wiążący jest rozpylany przez otwory 13 tak, aby był dostarczony w chmurę włókien niesioną z rotorów do przodu przez strumienie powietrza z otworów 15 i ze szczelin powietrznych 11. Środek wiążący może być również rozpylany w chmurę włókien z urządzeń 16 rozpylających środek wiążący zamontowanych współosiowo i z przodu niektórych lub wszystkich kolejnych rotorów 8, 9 i 10.

Rynna na materiał roztopiony 17 przyjmuje materiał roztopiony z pieca (nieprzedstawionego, a materiał roztopiony wypływa z rynny przez wylot 18 materiału roztopionego. Początkowo materiał roztopiony ma kształt szerokiej wstęgi 19, która w miarę opadania przez ścianę górną 2 komory w kierunku górnego rotora 7 staje się węższym, walcowym strumieniem 20. Ten walcowy strumień materiału roztopionego uderza w górny rotor 7 na powierzchnię uderzenia 22, której środek, szacowany wzrokowo na podstawie wzrokowo szacowanej linii środkowej 21, stanowi punkt uderzenia. Tworzy on kąt α pomiędzy osią 23 górnego rotora 7 a linią poziomą 24.

Włókna wyrzucone z rotorów są przenoszone przez strumienie powietrza, co przedstawiono schematycznie jako linie 31, w kierunku ciągle poruszającego się przenośnika 32 wyznaczającego podstawę 3 komory w pobliżu przędzarki. Zasysanie przez przenośnik 32 jest powodowane przez skrzynkę ssącą 33, dzięki czemu włókna zbierają się na przenośniku poruszającym się do góry i gromadzą się na przenośniku jako siatka z wełny mineralnej 34, która jest wynoszoną na przenośniku poza górę komory zbierającej. Wełna mineralna zawiera zasadniczo równomiernie rozłożony nieutwardzony środek wiążący, doprowadzony przykładowo z otworów w pierścieniu 12 dla środka wiążącego. Wełna mineralna zawiera również śrut porwany we włóknach i niesiony na przenośnik 32. Pozostały śrut i materiał odpadowy spadają do zbiornika 4, co przedstawiono jako linie 35.

Rozpoczynając sposób, operator zazwyczaj ustawia wybraną wcześniej prędkość obrotową każdego z rotorów 7, 8, 9 i 10, a zatem rotory te mają wybrane wcześniej pola przyspieszenia. Podobnie, rotory są zazwyczaj ustawione wzajemnie względem siebie i względem komory przędzarki w wybranym wcześniej położeniu. Roztopiony materiał płynie wzdłuż rynny 17 i spływa w dół na punkt uderzenia, w tym samym czasie powietrze jest nadmuchiwane przez szczeliny powietrzne 11, powietrze wspomagające jest wtłaczane przez otwory 15, a środek wiążący jest rozpylany przez otwory 13 (i urządzenia 16). Operator reguluje prędkość przepływu roztopionego materiału i poprzeczne położenie wylotu roztopionego materiału względem osi 23, aby dobrać kąt α, który w tych warunkach daje optymalny model rozwłókniania. W szczególności, operator będzie dążyć do uzyskania minimalnej ilości odpadów, minimalnej ilości śrutu porwanego z włóknami oraz rozsądnie równomiernego rozkładu włókien wytwarzanych po bokach i u podstawy przędzarki kaskadowej, często z maksimum wokół dolnej części przędzarki kaskadowej.

Oprócz dążenia do zminimalizowania ilości odpadów i śrutu, operator będzie również dążyć do zminimalizowania ilość włókien opadających zbyt nisko, na przykład w pobliże wałka 36, które zamiast opadać do zbiornika jako odpady, pozostają w komorze zbierającej niepożądanie długo, zanim zostaną wyniesione z komory na przenośniku 32. Włókna gromadzące się w pobliżu wałka 36 mają skłonność do formowania gęstych kłębków, które mogą podlegać nawet częściowemu utwardzeniu w komorze zbierającej, co w rezultacie prowadzi do mniejszej jednorodności wyrobu po operacji końcowego utwardzania.

W procesie wyboru zadanych warunków rozwłókniania, które dadzą wybrany rozkład włókien, operator może napotkać takie rozkłady włókien, w których, na przykład, zbyt dużo włókien wytwarza się z lewej strony przędzarki lub zbyt dużo włókien wytwarza się z prawej strony przędzarki. Oba te zjawiska są niepożądane, ponieważ mogą powodować, że te włókna przyjmą niewystarczającą ilość środka wiążącego i/lub wystąpi niepożądane nagromadzenie się włókien na sąsiedniej ścianie komory. Podobnie, operator może napotkać warunki, w których zbyt dużo włókien będzie się wytwarzać w dolnej części przędzarki. Może to być niekorzystne, ponieważ włókna w tej części komory mogą przenosić zbyt mało środka wiążącego i/lub powietrze nadmuchiwane z otworów 15 pod przędzarką będzie niewystarczające do przeniesienia włókien do przodu, co spowoduje, że niektóre włókna opadną do zbiornika 4 jako odpad.

PL 203 763 B1

W trakcie tej począ tkowej fazy rozruchu, rutynowe zmiany warunków rozwłókniania (a w szczególności regulacja kąta α) w znany sposób umożliwią operatorowi uzyskanie takich warunków rozwłókniania, które będą uważane za akceptowalne i w związku z tym staną się zadanymi warunkami rozwłókniania dla dalszej regulacji sposobu.

Po wyznaczeniu tych zadanych warunków rozwłókniania, układ regulacji zapamiętuje szczegóły zadanych warunków, na przykład zapotrzebowanie mocy na każdym rotorze i położenie punktu uderzenia, a w szczególności kąt α. Dane te są przechowywane przez układ regulacji jako, między innymi, zadany stosunek momentów obrotowych (na przykład stosunek zapotrzebowania mocy na rotorze 10 i 9). Operator następnie przełącza sposób na tryb regulacji automatycznej i sposób przebiega zasadniczo przy zadanych warunkach rozwłókniania, pomimo samorzutnych wahań jednej lub wszystkich własności lepkościowych materiału roztopionego, prędkości materiału roztopionego i kąta α, wokół początkowych wartości zadanych każdego lub każdej z nich.

W prostym przypadku, wartością regulowaną sposobu jest wartość momentu obrotowego w postaci stosunku momentu obrotowego na czwartym rotorze 10 do momentu obrotowego na trzecim rotorze 9. Przykładowo, załóżmy że stosunek momentu obrotowego na rotorze 10 do momentu obrotowego na rotorze 9 powinien wynosić 0,8. Jeżeli rzeczywista monitorowana wartość wynosi 0,9, oznacza to, że ilość wytwarzanych włókien na rotorze 10 jest większa niż wartość zadana. Oznacza to, że dla rzeczywistej ilości włókien wystąpi niedobór środka wiążącego z otworów 13 sąsiadujących z rotorem 10 oraz że może wystąpić niedobór powietrza wspomagającego z otworów 15 sąsiadujących z rotorem 10.

W celu przywrócenia wytwarzania włókien do pożądanej ilości na rotorze 10, a tym samym przywrócenia zadanego stosunku momentów obrotowych wynoszącego 0,8, doświadczenie normalnie wskazuje, że wytwarzanie włókien należy przesunąć w górę kaskady rotorów, co można uzyskać przez zwiększenie kąta α na górnym rotorze 7. Stosuje się to niezależnie od tego, czy powodem zmiany stosunku momentów obrotowych na 0,9 jest samorzutna zmiana kąta α, czy zmiana własności lepkościowych materiału roztopionego, czy też zmiana prędkości materiału roztopionego. Niezależnie od przyczyny, zmiana wytwarzania włókien na rotorze 10 jest korygowana w ten sam sposób, mianowicie przez zwiększenie kąta α od takiej wartości, jaką kąt α miał w momencie stwierdzenia, że stosunek momentów obrotowych jest zbyt duży, do wartości, dla której zadana wartość stosunku momentów obrotowych wynosząca 0,8 zostanie przywrócona.

W celu zwiększenia kąta α stosuje się odpowiedni algorytm ze znaną pętlą regulacji z regulatorami PID, co zapewnia, że wszelkie ruchy korekcyjne będą wykonywane ostrożnie, z niewielkimi wartościami przejściowymi, bez zbyt wielu przeregulowań i oscylacji. Regulator PID zapewnia regulację proporcjonalną (P = proporcja) do odchylenia (różnica między rzeczywistym 0,9 i zadanym punktem 0,8 = 0,9 - 0,8 = 0,1), proporcjonalną do odchylenia sumarycznego (I = całkowy) i proporcjonalną do zmienności odchylenia w czasie (D = różniczkowy, nie jest często używany). Obliczanie odchylenia ze znakiem dodatnim lub ujemnym pozwala wyznaczyć kierunek korekcji, dzięki czemu regulacja od razu przebiega we właściwym kierunku.

W praktyce, oczywiście, układ regulacji rozpoczyna korektę kąta α z chwilą, gdy zostanie zauważony jakiekolwiek odchylenie stosunku momentów obrotowych od wartości zadanej, co bez trudności może następować co kilka sekund lub zazwyczaj w większych odstępach czasu (na przykład co 10 do 30 sekund lub czasami więcej).

P r z y k ł a d 1

W pewnym rzeczywistym sposobie wełna mineralna była wytwarzana w przędzarce kaskadowej mającej cztery rotory, w której ustawienia, wielkości i prędkości rotorów pozostawały niezmienione i zadana prędkość materiału roztopionego i lepkość materiału roztopionego pozostawały niezmienione przez sześć godzin prowadzenia sposobu. W trakcie sposobu był monitorowany stosunek momentu obrotowego na czwartym rotorze do momentu obrotowego na drugim rotorze.

Gdy sposób przebiegał zgodnie ze znaną praktyką, okazało się, że stosunek momentów obrotowych na czwartym rotorze do stosunku momentów obrotowych na drugim rotorze zmieniał się w czasie pomiędzy wartościami tak dużymi jak 1,8 i tak małymi jak 1,3, z odchyleniem standardowym w ciągu trzech godzin wynoszącym 10%. Następnie wprowadzono automatyczną regulację sposobu, przy czym w kolejnych okresach ustawiano różne zadane wartości stosunku momentów obrotowych, na przykład 1,8, 1,9, 1,7 i 1,6.

W każdym przypadku algorytm ustawiano na regulację stosunku w zakresie wartości ±0,1 przez przemieszczanie wylotu materiału roztopionego tak, aby zmieniać kąt α. Wystąpiła wówczas ograniczona

PL 203 763 B1 liczba chwilowych wartości szczytowych wykraczających poza granice, jednakże poza tym sposób był regulowany całkowicie w wyznaczonych granicach, ze standardowym odchyleniem od wartości zadanej wynoszącym około 2 - 3%.

P r z y k ł a d 2

W celu zademonstrowania, ż e wynalazek ma szczególną wartość, gdy pole przyspieszenia na górnym rotorze wynosi co najmniej 30 km/s², sposób był prowadzony z wykorzystaniem podobnej przędzarki i materiału roztopionego. Badano wpływ zmiany kąta α na stosunek momentu obrotowego na czwartym rotorze do momentu obrotowego na trzecim rotorze, gdy górny rotor obracał się ze stosunkowo dużym polem przyspieszenia (około 30 km/s²). Stwierdzono, że dla zadanego kąta α równego 30°, stosunek wahał się między około 1,15 i 1,35, dla kąta α równego 45° stosunek wahał się między około 1,1 i 1,2, dla kąta α równego 55° stosunek wahał się między około 1 i 1,1 i dla kąta α równego 60° stosunek wahał się między około 0,9 i 1. Jednakże, przy mniejszym polu przyspieszenia (około 10 km/s²) kąt α znacznie mniej wpływał na stosunek momentów obrotowych rotora 4 do rotora 3, na przykład stosunek znajdował się w zakresie od około 1,3 przy 30° do około 1,2 przy 60°. Jednakże, przy mniejszych polach przyspieszenia stosunek wartości momentów obrotowych czwartego rotora do drugiego rotora był bardziej znaczący i znajdował się w zakresie od około 2,6 przy 30° do około 2 przy 60°.

Moment obrotowy na rotorze 1 również zmieniał się wraz ze zmianą kąta i pola przyspieszenia. Na przykład, przy małych polach przyspieszenia, moment obrotowy na pierwszym rotorze zmieniał się od około 1,8 przy α = 30° aż do około 3,2 przy α = 60°, podczas gdy przy dużych polach przyspieszenia zmieniał się od około 3,4 kW przy α = 30° do około 4 kW przy α = 45°, około 4,3 kW przy α = 55° i około 4,6 kW przy α = 60°. Naturalnie, każda z tych wartości jest jedynie średnią z szerokiego rozrzutu wartości chwilowych.

Wynika stąd, że w celu utrzymania zadanej wydajności i jakości mogą być potrzebne większe zmiany kąta α, gdy górny rotor obraca się z większymi polami przyspieszenia niż w przypadku, gdy obraca się z mniejszymi polami przyspieszenia. W każdym przypadku pole przyspieszenia na drugim rotorze i na kolejnych rotorach jest większe niż pole przyspieszenia na górnym rotorze.

P r z y k ł a d 3

W innym rzeczywistym sposobie, wełnę mineralną wytwarzano w różnych dniach na tej samej przędzarce kaskadowej mającej cztery rotory tak rozmieszczone, że każdego dnia rotory przędzarki miały takie same położenie, wielkości i wstępnie wybrane prędkości obrotowe. Podczas całego sposobu do przędzarki dostarczano materiał roztopiony o takiej samej zadanej lepkości z taką samą zadaną prędkością.

Optymalne zadane parametry operacyjne zostały wstępnie wybrane przez tego samego wykwalifikowanego operatora. Następnie każdy sposób przebiegał przez 24 godziny. W obu sposobach pole przyspieszenia na górnym rotorze było takie samo (30 - 35 km/s²) i w obu sposobach zadany kąt α był taki sam (50 - 60°).

W jednym ze sposobów, sposobie A, nie podejmowano żadnych prób utrzymania stałej wartości stosunku momentu obrotowego na czwartym rotorze do momentu obrotowego na drugim rotorze.

W sposobie według wynalazku, sposobie B, zmieniano kąt α (przez przemieszczanie wylotu materiału roztopionego) w odpowiedzi na zmiany stosunku momentów obrotowych na czwartym rotorze względem drugiego rotora, dążąc do utrzymania stałego stosunku na tyle, na ile to było możliwe. Stwierdzono, że w celu utrzymania zasadniczo stałego stosunku momentów obrotowych, konieczne były zmiany kąta α w zakresie około ±5°.

Figura 3 przedstawia wykres stosunku momentów obrotowych w ciągu 24 godzin pracy. W sposobie A odchylenie standardowe stosunku wynosiło 18,5%, podczas gdy w sposobie B odchylenie standardowe stosunku wynosiło zaledwie 4%.

Wzrokowe i analityczne badanie jakości wyrobu wytworzonego w sposobie B wykazało, że był on bardziej jednorodny. W porównaniu z wyrobem wytworzonym w sposobie A, wahania parametrów jakościowych wyrobu wytworzonego w sposobie B, takich jak rozkład środka wiążącego, własności mechaniczne, zawartość procentowa śrutu i zanieczyszczeń, były mniejsze. Niektóre próby wykazały również lepsze właściwości izolacyjne tego wyrobu niż wyrobu wytworzonego w sposobie A. Analiza zużycia materiału roztopionego i zużycia energii w sposobie B wykazała również, że w porównaniu ze sposobem A, sposób B był bardziej oszczędny, zarówno w odniesieniu do zużycia energii, jak i zużycia materiału roztopionego.

Zalety wynalazku są jeszcze większe, gdy pole przyspieszenia na górnym rotorze jest większe niż 50 km/s².

Claims (15)

1. Sposób wytwarzania wełny mineralnej przez formowanie włókien mineralnych drogą odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego i zbieranie włókien jako wełny, przy czym sposób realizuje się w sekwencji napędzanych rotorów, które napędza się każdorazowo wokół innej, zasadniczo poziomej osi w kierunku obrotów przeciwnym do kierunku obrotów sąsiedniego rotora lub każdego sąsiedniego rotora w tej sekwencji rotorów, przy czym materiał roztopiony wylewa się na górny rotor i następnie narzuca kolejno na powierzchnię obwodową kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora z wyrzucaniem włókien, z tym że kolejny rotor lub każdy kolejny rotor napędza się z zadaną wcześniej prędkością, przy czym stosuje się rotory o zadanej wielkości i usytuowaniu w ustalonym wzajemnym położeniu, i wylewa się materiał roztopiony o zadanych właściwościach lepkościowych z zadaną prędkością z wylotu materiału roztopionego na powierzchnię uderzenia na górnym rotorze, przy czym środek powierzchni uderzenia tworzy z poziomem kąt α równy 30 - 70°, znamienny tym, że monitoruje się stosunek momentów obrotowych, przy czym stosunek momentów obrotowych jest stosunkiem momentu obrotowego na co najmniej jednym rotorze obracającym się z ustaloną prędkością do momentu obrotowego na co najmniej jednym innym rotorze obracającym się z ustaloną prędkością i zmniejsza lub eliminuje się odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych poprzez zmianę położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora (7) i/lub położenia górnego rotora (7) względem kolejnego (drugiego) rotora (8).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wybiera się wstępnie prędkość i wielkości kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora (8, 9, 10), położenie kolejnego (drugiego) rotora względem każdego innego kolejnego (trzeciego lub czwartego) rotora (9, 10), położenie górnego rotora (7) względem kolejnego (drugiego) rotora (8), prędkość obrotową górnego rotora (1), wielkość i/lub kształt i/lub położenie powierzchni uderzenia, zadaną prędkość materiału roztopionego i zadane właściwości lepkościowe materiału roztopionego, przy czym jako zadany stosunek momentów obrotowych stosuje się stosunek momentów obrotowych, przy którym jest osiągany zadany model rozwłókniania, a zmniejszenie lub wyeliminowanie dowolnego odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych powoduje zmniejszenie lub wyeliminowanie dowolnego odchylenia modelu rozwłókniania od zadanego modelu rozwłókniania.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zmniejszenie lub wyeliminowanie odchylenia stosunku momentów obrotowych realizuje się automatycznie.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych zmniejsza się lub eliminuje się przez zmianę kąta α.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dla każdego z rotorów przędzarki kaskadowej stosuje się zadaną prędkość obrotową i zadane położenie względem wszystkich innych rotorów, przy czym odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od wartości momentów obrotowych zmniejsza się lub eliminuje się przez zmianę kąta α.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że przędzarkę kaskadową utrzymuje się w stałym położeniu, a kąt α zmienia się przez przemieszczanie wylotu materiału roztopionego w kierunku poprzecznym do osi górnego rotora.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że stosuje się przędzarkę mającą górny rotor i kolejny drugi, trzeci i czwarty rotor, przy czym jako stosunek momentów obrotowych ustala się stosunek momentów obrotowych na trzecim i czwartym rotorze i/lub stosunek momentów obrotowych na drugim i czwartym rotorze i/lub stosunek momentów obrotowych na pierwszym i drugim rotorze do momentu obrotowego na czwartym rotorze.

8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienny tym, że moment obrotowy na górnym rotorze utrzymuje się w obrębie ustalonego zakresu i/lub stosunek momentu obrotowego na górnym rotorze do momentu obrotowego na jednym lub większej liczbie innych rotorów utrzymuje się w obrębie ustalonego zakresu.

9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że każdy rotor napędza się silnikiem przypisanym temu rotorowi, a moment obrotowy monitoruje się przez monitorowanie zapotrzebowania mocy rotora.

PL 203 763 B1

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że monitorowane zapotrzebowanie mocy stanowi wartość statystycznie znaczącą, obliczaną automatycznie na podstawie kolejnych, zasadniczo chwilowych obserwacji zapotrzebowania mocy silnika.

11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że pole przyspieszenia górnego rotora wynosi co najmniej 30 km/s² i pole przyspieszenia kolejnego rotora lub każdego kolejnego rotora jest większe niż pole przyspieszenia górnego rotora.

12. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, znamienny tym, że kąt α reguluje się w zakresie 40° - 65°.

13. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, znamienny tym, że środek wiążący rozpyla się na włókna wytwarzane w przędzarce odśrodkowej, zanim zostaną zebrane jako wełna.

14. Urządzenie do wytwarzania wełny mineralnej przez formowanie włókien mineralnych drogą odśrodkowego rozwłókniania roztopionego materiału mineralnego, obejmujące przędzarkę kaskadową, która zawiera sekwencję górnego (pierwszego) rotora i kolejnego (drugiego) rotora oraz ewentualnie innych rotorów, przy czym każdy rotor jest zamontowany obrotowo na odrębnej, zasadniczo poziomej osi, i ma kierunek obrotów przeciwny do kierunku obrotów sąsiedniego rotora lub każdego sąsiedniego rotora w sekwencji rotorów, wylot materiału roztopionego nad powierzchnią uderzenia na górnym rotorze, przy czym kolejny rotor lub każdy kolejny rotor zamontowany obrotowo ma zadaną prędkość i zadaną wielkość, kolejny (drugi) rotor, sąsiadujący z górnym rotorem, jest zamontowany w zadanym położeniu względem każdego innego kolejnego rotora, znamienne tym, że ma środki do monitorowania stosunku momentów obrotowych, gdzie stosunkiem momentów obrotowych jest stosunek momentu obrotowego na co najmniej jednym rotorze obracającym się z zadaną prędkością do momentu obrotowego na co najmniej jednym z innych rotorów, który obraca się z zadaną prędkością, oraz ma środki do zmiany położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora (7) i/lub położenia górnego rotora (7) względem kolejnego (drugiego) rotora (8), przy czym te środki stanowią środki zmniejszania lub eliminowania odchylenia monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych.

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że dodatkowo zawiera wylot (18) materiału roztopionego związany z przędzarką, usytuowany nad powierzchnią uderzenia na górnym rotorze przędzarki, dodatkowo zawierający środki do zmieniania położenia powierzchni uderzenia i/lub prędkości obrotowej górnego rotora i/lub położenia górnego rotora względem drugiego rotora w odpowiedzi na odchylenie monitorowanego stosunku momentów obrotowych od zadanego stosunku momentów obrotowych.