SE428810B - Regelersystem for reglering av en flerskiktsinloppslada for en pappersmaskin - Google Patents

Description

81Û7154fi0 10 15 20 7 25 30 35 ställningen av papper av skiftande slag. Vid särskilt inloppslådor för två eller flera mäldstrålar, dvs s.k. flerskiktsinloppslådor, innebär sådana höga hastigheter stora problem för att åstadkomma en pappersbana av tillfredställande kvalitet med avseende på önskad jämn ytvikt och de sammanförda skiktens tjocklek. Det är därför av stor vikt, att önskat tryck kan upprätthållas i inloppslådan och att kanalhöjderna, dvs avstånden mellan två kanalbildande ytor, hålls konstanta så att de utsprutade mäldstrålarna blir jämna med avseende på hastighet och tjocklek. Sådana flerskiktsinloppslådor beskrivs exempelvis i US 3 598 696, 3 839 143, 3 923 593, 4 021 295 och 4 086 130 (motsvarande svenska utläggningsskriften 77 07789-9 med publicerings- 1 nunmer 411 922).

Det är exempelvis genom den nämnda svenska utläggningsskriften 77 07789-9 känt att automatiskt upprätthålla en styrning av de mäld- flöden som passerar genom de för ytterskikten avsedda mäldkanalerna i inloppslädan i beroende av det mäldflöde som passerar genom den för mellanskiktet avsedda mäldkanalen, varvid ärvärden för tryckfallet mellan två punkter, belägna uppströms och nedströms en tvärgående hål- platta eller liknande perforerad skiljevägg i inloppslådans mittkanal, registreras och behandlas för att jämföras med driftmässiga börvärden.

Det är även genom denna utläggningsskrift känt att med ett regulator- organ reglera det totala hydrauliska trycket så att önskad spruthas- tighet på mälderna erhålles i förhållande till pappersmaskinens vira- hastighet. Det kända systemet är emellertid.otillfredsställande i det att någon egentlig kontroll på skikttjockleken inte erhålles och att, .om det skulle uppstå en igensättning i ett eller flera rör eller lik- nande i inloppslådans mäldflödesuppriktande parti för ifrågavarande kanal, detta skulle medföra att tryckfallet över partiet skulle öka och flödet genom detsamma minska. ökningen av tryckfallet skulle reg- lersystemet koma att tolka som att det vore för stort flöde genom kanalen och därför minska flödet ytterligare, alltså en åtgärd som är precis motsatt den som erfordras och även medför att strålhastig- heten ut från inloppslådan minskar. Vid en ändring av förhållandet mellan trycken i kanalernas konvergerande partier påverkas skilje- väggarna så att, om de är självinställande i beroende av tryckskill- 10 15 20 25 30 8107154-0 naden över dem, kanaihöjderna ändras och det önskade förhåiiandet meiian mäidskiktens tjockiek inte iängre kan uppnås.

Uppfinningen har tiii ändamåi att eiiminera ovannämnda problem och att åstadkomma ett nytt regiersystem som gör det möjiigt att t o m vid stora hastigheter noggrant styra tjockieken på de skikt som ut- sprutas ur inioppsiådan samtidigt som önskat tryck kan upprätthåiias .i denna och därmed önskad hastighet på deistråiarna och den sanman- iagda stråien ut ur inioppsiådan.

Detta uppnås eniigt föreiiggande uppfinning genom att det iniednings- vis angivna regiersystemet dessutom innefattar mätgivarorgan anord- nade i närheten av iäppöppningen för att medeist uitraijud genom mäiden erhåiia information om avståndet meiian två kanaibiidande ytor i åtminstone en kanai, viiken avståndsinformation överföras tiii en tiii mätgivarorganen ansiuten eiektronisk mätenhet anordnad att omvandia uitraijudpuisens gångtid meiian nämnda ytor tiii ett avståndsvärde; samt minst ett andra reguiatororgan med P-, PI- eiier PID~regiering, viiket är anordnat att mottaga en ärvärderepresente- rande mätsignai för det erhâiina avstândsvärdet, jämföra ärvärdet med ett börvärde samt som svar på en eventueii avvikeise avge en utsignai av icke-inverterat värde tiii varvtaisreguiatorenheten för den motor och pump som regierar mäidtiiiförsein tiii ifrågavarande kanai eiier av inverterat värde tiii varvtaisreguiatorenheten för den motor och pump som regierar mäidtiiiförsein tiii den intiiiig- gande kanaien.

Uppfinningen beskrivs närmare i det föijande med hänvisning tiii ritningen, som visar ett biockschema över ett regiersystem eniigt en iämpiig utföringsform.

I biockschemat har en inioppsiåda 1 schematiskt utritats, som är av det siag som anges i GB 2 019 465 A och som innefattar två på avstånd från varandra anordnade väggar 2, 3 med två samverkande iäpp- organ, som vid det visade utförandet är anordnade som en överiäpp 4 och en underiäpp 5. De två motstående väggarna 2, 3 avgränsar ett i 3107154-o 10 15 (zu 25 30 strömningsriktningen konvergerande utrymme 6, som vid läpparna 4, 5 slutar i en läppöppning 7 och som i sidled är avgränsat av gavlar (ej visade). Inloppslâdan är anordnad i nära anslutning till en pap- persmaskins formningszon (ej visad) för bildande av en pappersbana, vars bredd bestäms av läppöppningens 7 längd i en riktning tvärs maskinriktningen. En av inloppslådans väggar, här den övre väggen 2, såsom den visade inloppslådan är placerad, är vridbar kring en bakre, horisontell axel (ej visad) för att möjliggöra inställning av önskad storlek på läppöppningen (avståndet mellan läpparna). Den övre läppen är vidare på sedvanligt sätt försedd med ett flertal, i inloppslådans tvärriktning jämnt fördelade profiljusterorgan (ej visade) för individuell lokal justering av läppöppningen.

Inloppslâdan är av flerskiktstyp och är för detta ändamål försedd med två plana skiljeväggar 8, 9, vilka uppdelar inloppslådans utrym- me 6 i tre i strömningsriktningen konvergerande partier 10, 11, 12 av mäldkanaler. Skiljeväggarna är med sina bakre ändar fästa, t ex vridbart lagrade, i inloppslâdan och mellan deras nedströms belägna ändar och över- och underläpparna erhålles önskade utloppsspalter; Genom de två skiljeväggarna uppdelas således läppöppningen i tre sma- la utloppsspalter.

Inloppslådan är vid sin bakre ände försedd med tre inlopp 13, 14, 15, som via rörpaket eller dylikt kommunicerar med de tre konverge- rande kanalpartierna 10, 11, 12 såsom schematiskt visas på ritningen.

Inloppen är anslutna till var sin matarledning 16, 17, 18, som var- dera innehåller en av en elmotor 19, 20, 21 driven pump 22, 23, 24.

Pumparna är anslutna till var sitt mäldförråd (ej visat). Alterna- tivt kan exempelvis pumparna 22, 24 för ytterkanalerna matas från samma mäldförrâd. Varje motors varvtal avkännes av en tachometerge- nerator 25, 26, 27, vars signal återkopplas till en varvtalsregula- torenhet 28, 29, 30, som innefattar en tyristor och en varvtalsregu- lator.

Under drift matas mäld medelst pumparna 22, 23, 24 genom matarled- ningarna 16, 17, 18 till inloppslådans tre åtskilda kanaler, genom lÛ 15 20 25 30 35 8107154-0 vilka mäldströmmarna passerar under högt tryck och sprutas ut genom utloppsspalterna vid läppöppningen 7 för att avvattnas på en vira eller mellan tvâ viror i pappersmaskinens formningszon och därigenom förenas till en av tre skikt formad fiberbana. Företrädesvis övergår skiljeväggarna efter läppöppningen i gaskilar, företrädesvis luft- kilar, vilka har gynnsam inverkan på mäldstrâlarna och deras samman- föring på viran.

Vidare sker under drift mätning av ett ärvärde för en storhet som indikerar drifttillstândet hos mälderna inne i och ut ur inloppslådan, vilket drifttillstând kan innefatta flera variabler såsom t ex hastig- het och tryck. Vid det visade utförandet är ena sidan av en dP-cell 32 med en rörförbindelse 31 ansluten till det konvergerande partiet 11 av inloppslâdans mittkanal för att kontinuerligt mäta trycket i den därigenom strömmande mälden. dP-cellens 32 andra sida står i för- bindelse med en manometer 33 och en ventil 34 till en tryckgaskälla, vanligtvis tryckluft. På manometern 33 avläses ett med ventilen 34 inställt referenstryck, som bestämmer strálhastigheten ut ur inlopps- lâdan och som representerar börvärdet. Referenstrycket bestäms i sin tur med ledning av den önskade maskinhastigheten, manuellt eller t ex genom datorstyrning. Trycket i inloppslådan representerar således är- värdet. Med hjälp av dP-cellen mätes avvikelsen mellan ärvärdet, dvs trycket i inloppslådan, och börvärdet. En erhâllen avvikelse mellan är- och börvärdena omvandlas till en signal, som är proportionell mot avvikelsen. dP-cellen är via en skrivare 35, som visar tryckavvikelsen i inloppslädan, ansluten till ett första regulatororgan med P-, PI, eller PID-reglering, som vid det visade utförandet utgöres av en PI- regulator 36, i vilken den avvikelsen representerande signalen för- stärks och integreras. PI-regulatorn är ansluten till de tre varvtals- regulatorenheterna 28, 29, 30. Den erhållna utsignalen från PI-regu- latorn adderas eller subtraheras, beroende på negativ eller positiv avvikelse, till respektive från referenssignalen från en driftspoten- tiometer 46, varvid den resulterande signalen synkront påverkar samt- liga varvtalsregulatorenheter och därmed samtliga pumpmotorers varvtal.

En ändring av pumpmotorernas varvtal innebär att mäldflödena från pump- arna ändras i motsvarande grad, vilket i sin tur medför att strålhastig- heterna ut ur läppöppningen ändras synkront och i motsvarande grad, 8107154-0 -Ü 10 15 20 25 30 e l Den ovan beskrivna reglerkretsen söker således att hela tiden uppnå full överensstämmelse mellan börvärdet och ärvärdet och korrigera eventuella avvikelser synkront för samtliga kanaler. vid ett icke visat alternativt utförande ersätts dP-cellen med en absolutmätande tryckmätgivare, som är ansluten genom inloppslådans sidovägg till mittkanalen. Den erhållna utsignalen från denna.tryck- mätgivare är proportionell mot absoluta trycket i inloppslådan (är- värdet). Den börvärdesgivande signalen erhålls från en spänningsmatad potentiometer eller som utsignal från en beräknande dator. Är- och- börvärdessignalerna mottages av en PI-regulator, vars utsignal ger ett öka/minska-ingrepp till samtliga varvtalsregulatorenheter såsom tidigare beskrivits.

Det visade blockschemat innefattar även en reglerkrets för reglering av skiljeväggarnas lägen i läppöppningen i förhållande till varandra och i förhållande till över- och underiäpparna 4, 5. Reglerkretsen innefattar en elektronisk mätenhet 37 för ljudhastighetsvärden, till vilken ett referensultraljudmätgivarorgan 38 är anslutet. Referens- ultraljudmätgivaren 38 är anordnad i en av matarledningarna, t ex i en av_de, för de yttre kanalerna anordnade matarledningarna, och mäter ljudhastigheten i den aktuella mäldströmmen vid ifrågavarande temperatur och för en bestämd sträcka, t ex 10 mm. Mätenheten har en tumhjulsomkopplare, medelst vilken ljudhastighetsvärdet justeras tills mätvärdet från referensultraljudmätgivaren överensstämmer med den nämnda bestämda mätsträckan. Genom referensmätgivaren erhålles således indirekt en inställning av den temperaturberoende ljudhastig- heten i mälden (omkring 1500 m/s) vid driftstemperaturen i fråga.

I inloppslådans båda skiljeväggar nära dessas nedströmsändar finns tre stycken ultraljudmätgivarorgan 39, 40, 41 inmonterade, vilka är anord- nade att med ultraljud ge information om avståndet mellan tvâ kanalbil- dande ytor i var och en av tre enskilda kanaler, dvs avstånden dels mel- lan de två skiljeväggarna 8, 9 och dels mellan vardera skiljeväggen 8, 9 och motstående läpp 4 respektive 5 (i det följande betecknade "kanal- höjder“). Skiljeväggarna och läpparna uppvisar således kanalbildande 10 l5 20 25 35 8107154-0 ytor. Ultraljudmätgivarna är anordnade i skiljeväggarna i plan med eller något innanför deras ytor för att inte med några utskjutande delar menligt inverka på mäldströmnen. Ultraljudmätgivarna är via var sin koaxialkabel anslutna till mätenheten 37, på vilken uppmätta värden kan avläsas på en digital display. Koaxialkablarna är lämp- ligtvis förlagda inuti skiljeväggarna och sträcker sig till dessas uppströmsändar, där de löper ut ur inloppslådan. När ljudhastighets- värdet från referensultraljudmätgivaren är injusterat på mätenheten 37 så att den anger den nämnda bestämda sträckan, överensstämmer samtliga mätvärden från inloppslâdan på mätenheten med verkligheten.

Mätenheten är av det slag, som automatiskt mäter kanalavstånden i respektive kanal efter en bestämd turordning. Mätsignalen från varje ultraljudmätgivare signalbehandlas i mätenheten, varvid hänsyn tas till det förinställda ljudhastighetsvärdet. Från mätenhetens utgångar erhålles en signal, som är proportionell mot det uppmätta kanalav- ståndet. Varje utgång innefattar en hållkrets, som häller utsignal- värdet tills ett nytt mätvärde erhålles. Endast utgàngarna för de två yttre kanalerna 10, 12 användes, varvid dessa tvâ utgångar hos mätenheten är anslutna till var sitt andra regulatororgan med P-, PI- eller PID-reglering. Vid det visade utförandet användes tvâ PI- regulatorer 42, 43. Det önskade börvärdet för respektive yttre ka- naler 10, 12 (kan vara lika eller olika beroende på önskat skiktut- förande) kan förinställas med hjälp av t ex en referenspotentiometer 44, 45, som är ansluten till PI-regulatorn 42, 43. Mätsignalen, dvs ärvärdet, från respektive utgång hos mätenheten jämföres i PI-regu- latorn 42, 43 med börvärdet och en eventuell avvikelse av ärvärdet från börvärdet erhålles som en utsignal från PI-regulatorn 42, 43.

PI~regulatorerna är anslutna till var sin av de nämnda varvtalsre- gulatorenheterna 28, 30 för de yttre kanalerna 10, 12. Den nämnda utsignalen från respektive PI-regulator adderas eller subtraheras, beroende på negativ eller positiv avvikelse, till respektive från referenssignalen från den tidigare nämnda driftpotentiometern 46, varvid den resulterande signalen påverkar den ifrågavarande varvtals- regulatorenheten 28 eller 30 och därmed motorns varvtal med en mot- svarande ändring av pumpens varvtal som följd. Härigenom ändras mäld- flödet till ifrågavarande kanal och därmed även trycket i denna, 8107154-o dß g l vilket resulterar i en ändring av skiljeväggens läge så att kanal- höjden ändras. När så exempelvis pumpens varmtal ökar, ökar mäldflö- det och därmed trycket i ifrågavarande kanal så att kanalhöjden blir större. ' ' 7 5 Den ovan beskrivna reglerkretsen söker således att hela tiden nå full överensstämmelse mellan varje enskild kanals börvärde och dess ärvärae. a 4 Reglersystemet innefattar vidare ett rampdon 47, som förutom nämnda driftpotentiometer 46 innefattar en s.k. kryppotentiometer 48, som 10 medelst en väljaromkopplare 49 kan inkopplas för att styra inlopps- lådans igångkörning till drifttillstånd,-varefter driftpotentiome- tern 46 inkopplas. Rampdonets spänning är applicerad på samtliga varvtalsregulatorenheter.

Vid ett icke visat alternativt utförande monteras tvâ av ultraljud- 15 mätgivarna i var sitt läpporgan, medan den tredje ultraljudmätgiva- ren anordnas i en av skiljeväggarna.

Ultraljudmätgivarna är av det slag som innefattar en sändare och mottagare för ultraljud i form av en piezoelektrisk kristall som' när kopplad till den elektroniska utrustningen, som dels förmår kris- 20 tallen att avge en ultraljudspuls och dels till avståndsinformation omvandlar gångtiden för ultraljudspulsen från kristallen genom mäl- den till en motstående yta och åter till kristallen.

Ett ultraljudmätgivarorgan i form av en kristall med den kombinerade funktionen av sändare och mottagare anordnas följaktligen i ett av 25 de element mellan vilka en avståndsbestämning skall utföras. Det är dock möjligt att använda ett ultraljudmätgivarorgan som har des- sa funktioner uppdelade på tvâ kristaller, av vilka den ena monteras i ett av nämnda element som sändare medan den andra kristallen mon- teras i det andra av nämnda element som mottagare. 30 Ultraljudmätgivarna placeras företrädesvis vid ett av hörnen av läpp- 10 15 20 8107154-0 organen och skiljeväggen eller skiljeväggarna och så nära den främ- re kanten hos dessa som möjligt. Den geometriska skillnad som finns mellan mätställena och själva utloppsspalterna (kanalhöjden ökar i riktning inåt) bör beaktas av mätenheten genom lämplig justering av denna.

Vid den ovan specifikt beskrivna utföringsformen användes, som svar pâ en eventuell avvikelse, en utsignal av icke-inverterat värde. I vissa fall, särskilt vid en inloppslåda med tvâ kanaler kan en så- dan utsignal omvandlas till ett inverterat värde. Exempelvis kan en utsignal, som representerar en negativ avvikelse, som registrerats för ena kanalen, omvandlas till inverterat värde, som då kommer att representera en positiv avvikelse för den andra, intilliggande ka- nalen, vars tillhörande varvtalsregulatorenhet och pumpmotor påver- kas för att åstadkomma en ändring av mäldflödet i denna andra kanal i stället för i den första kanal, i vilken mätning med ultraljud utförts.

Vidare är det självfallet möjligt att, om så önskas, ersätta referens- ultraljudmätgivaren 38 med exempelvis en avläsning av mäldtempera- turen i kombination med en inställning i den elektroniska mätenheten 37 av den ljudhastighet som motsvarar den avlästa temperaturen. Det är t o m möjligt att - i fall endast förhållandet mellan kanalhöjder- na skall hållas konstant och kanalhöjdernas absolutvärden kan få va- riera med temperaturen - avstå från temperaturkompensering av de mät- ta avstânden, varvid referensmätgivaren 38 kan avvaras.

Claims (5)

8107154-0 10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Reglersystem för reglering av en flerskiktsinlopptlåda för en pappersmaskin, vilken inloppslåda innefattar två på avstånd från varandra anordnade väggar (2, 3), vilka avgränsar ett i strömnings- riktningen konvergerande utrymme (6) och vilka vid inloppslådans utlopp uppvisar läpporgan (4, 5), som definierar en läppöppning (7) ~ för utmatning av mäld, varjämte åtminstone en skiljevägg (8, 9) är anordnad i nämnda utrymme (6) för bildande av i strömningsriktningen konvergerande partier (10, 11, 12) av kanaler, som till antalet är en mer än antalet skiljeväggar (8, 9), vilken skiljevägg med sin uppströms ände är fäst i inloppslådan och sträcker sig med sin and- ra, fria ände åtminstone till i närheten av nämnda läppöppning (7), genom vilka kanaler mälder ledes från separata inl0PP (13, 14, 15) i inloppslâdan till utloppsspalter vid läppöppningen (7) för utsprut- ning därur av ett motsvarande antal skiktbildande mäldstrâlar, var- vid varje kanal är förbunden med en matarledning (16, 17, 18) för mäldtillförsel medelst en av en motor (19, 20, 21) driven pump (22, 23, 24), vilka motorers varvtal styrs av var sin varvtalsregulator- enhet (28, 29, 30), vilket reglersystem innefattar ett första regu- latororgan (36) med P-, PI- eller PID-reglering, som är anordnat att avge en utsignal som funktion av en eventuell avvikelse av ett ärvärde för en storhet indikerande ett drifttillständ, som kan inne- fatta flera variabler såsom t ex hastighet och tryck hos mälderna inne i och ut ur inloppslådan, från ett börvärde för storheten, vil- ken utsignal överföres till samtliga varvtalsregulatorenheter (28, 29, 30) för att reglera motorernas varvtal synkront och således- medelst pumparna synkront ändra mäldtillförseln till kanalerna, k ä n n e t e c k n a t a v att reglersystemet dessutom innefattar mätgivarorgan (39, 40, 41) anordnade i närheten av läppöppningen (7) för att medelst ultraljud genom mälden erhålla information om av- ståndet mellan två kanalbildande ytor i åtminstone en kanal, vil- ken avstândsinformation överföres till en till mätgivarorganen an- sluten elektronisk mätenhet (37) anordnad att omvandla ultraljuds- pulsens gångtid mellan nämnda ytor till ett avståndsvärde; samt minst ett andra regulatororgan (42, 43) med P-, PI- eller PID-reg- 15 20 30 8107154-0 11 lering, vilket är anordnat att mottaga en ärvärderepresenterande mätsignal för det erhållna avståndsvärdet, jämföra ärvärdet med ett börvärde samt som svar på en eventuell avvikelse avge en utsignal av icke-inverterat värde till varvtalsregulatorenheten (28 eller 30) för den motor och pump som reglerar mäldtillförseln till ifråga- varande kanal eller av inverterat värde till varvtalsregulatorenheten för den motor och pump som reglerar mäldtillförseln till den intillig- gande kanalen.

2. Reglersystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda ultraljudmätgivarorgan är anordnade i två intilliggande kanaler för att medelst ultraljud genom mälden erhålla information om avståndet i respektive kanal mellan två kanalbildande ytor.

3. Reglersystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda ultraljudmätgivarorgan (39, 40, 41) är anordnade i tre intilliggande kanaler för att medelst ultraljud genom mälden erhålla information om avståndet i respektive kanal mellan tvâ kanalbildande ytor, att ärvärdet för det första regulatororganet (36) hänför sig till drifttillståndet för den genom den mittre kanalen strömmande mälden, och att tvâ regulatorer (42, 43) av nämnda andra regulator- organ med P-, PI- eller PID-reglering är anordnade att mottaga en ärvärderepresenterande mätsignal för det erhållna avståndsvärdet i var sin yttre kanal, jämföra ärvärdena med börvärden samt avge var sin utsignal, som svar på eventuella avvikelser, till sin samhörande varvtalsregulatorenhet (28 resp 30) för den motor och pump som reg- lerar mäldtillförseln till den yttre kanal, för vilken en avvikelse uppmätts.

4. Reglersystem enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a t a v att ett referensultraljudmätgivarorgan (38) är anordnat i en av matarledningarna (16, 17, 18) till inloppslådan för kontroll av ljudhastigheten i mälden vid olika temperaturer, vilket ultraljud- mätgivarorgan är anslutet till nämnda mätenhet (37), som mottager sig- naler från det eller de i inloppslâdan anordnade ultraljudmätgivar- organen (39, 40, 41), och är anordnat att medelst ultraljud genom mälden mäta ultraljudpulsens gångtid för en given sträcka för 8107154-0 10 12 att justera mätenheten till att ange faktiska avståndsvärden för inloppslâdans kanaler under hänsynstagande av ljudhastighetsvärdet vid mäldens driftstemperatur.

5. Reglersystem enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k - n a t a v att varje ultraljudmätgivarorgan (38, 39, 40, 41) inne- fattar en sändare och mottagare för ultraljud i form av en piezoelek- trisk kristall, varvid den elektroniska mätenheten (37) dels förmår kristallen att avge en ultraljudspuls och dels till ett avståndsvärde omvandlar gångtiden för ultraljudspulsen från kristallen genom mälden till en motstâende yta och åter till kristallen.