WO2017191030A1

WO2017191030A1 - Verfahren zur steuerung einer vorrichtung zur behandlung von faserstoff

Info

Publication number: WO2017191030A1
Application number: PCT/EP2017/060053
Authority: WO
Inventors: Herr Christian MARCONATO; Paul-Wilhelm Sepke
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-11-09
Also published as: CN109154142A; EP3452657A1; DE102016207726A1; EP3452657B1; CN109154142B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff (1) zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Leerlaufleistung (P_L), wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (2) besitzt, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8) befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen und einen vom Faserstoff (1) radial durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist. Dabei soll die Steuerung der Vorrichtung dadurch verbessert werden, dass über die Lebensdauer wenigstens eines Behandlungswerzeuges (3, 4) mehrfach ein Wert der Leerlaufleistung (P_L) bei Anwesenheit von Faserstoff (1) oder Wasser gemessen, in einem Speicher der Steuerung abgelegt und allein oder in Verbindung mit anderen Werten von der Steuerung ausgewertet wird.

Description

VERFAHREN ZUR STEUERUNG EINER VORRICHTUNG

ZUR BEHANDLUNG VON FASERSTOFF

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Leerlaufleistung, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse besitzt, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist.

Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen ( Refiner) möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf.

Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde.

Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können.

Bei den dabei zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Mahlgarnituren gebildet.

Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern. Außerdem wird zur Effizienzsteigerung der Faserbehandlung eine optimale Nutzung der verfügbaren Mahlfläche angestrebt.

Aus der US 2004 / 01 12 997 A1 wie auch der DE 2 939 587 A1 sowie der DE 3 602 833 A1 ist es bekannt, die Leerlaufleistung vor Inbetriebnahme einmalig zu messen oder zu berechnen und als Basis für die Maschinensteuerung zu benutzen.

In allen Fällen vermindert sich bei einem zu großen Spalt die Effizienz der Behandlung. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.

Die Aufgabe der Erfindung ist es mit möglichst einfachen Mitteln einen sicheren und effizienten Betrieb dieser Vorrichtungen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass über die Lebensdauer wenigstens eines Behandlungswerkzeuges mehrfach zumindest jeweils ein Wert der Leerlaufleistung bei Anwesenheit von Faserstoff oder Wasser während eines Öffnens und/oder Schließens des Behandlungsspaltes gemessen, in einem Speicher der Steuerung abgelegt und allein oder in Verbindung mit anderen Werten von der Steuerung ausgewertet wird.

Hierbei wurde erkannt, dass sich die Leerlaufleistung der Vorrichtung während der Betriebsdauer der Behandlungswerkzeuge ändert. Mit zunehmendem Verschleiß des Profils der Behandlungswerkzeuge verringert sich die Leerlaufleistung relativ stark. Bei der Steuerung bzw. Regelung der Vorrichtung ist die Leerlaufleistung, welche sich auf die Durchsatzmenge an Faserstoff pro Zeiteinheit bezieht und meist zwischen 40 und 250, insbesondere zwischen 40 und 150 kWh liegt, jedoch sehr wichtig.

Daher sollte wenigstens ein, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes gemessener Wert der Leerlaufleistung direkt oder indirekt, beispielsweise über Durchschnittswerte oder die Verknüpfung mit anderen Parameterwerten zur Steuerung der Gesamtleistung und damit auch der spezifischen Leistung der Vorrichtung verwendet werden. Bisher ist es üblich die Leerlaufleistung der Vorrichtung bei der Inbetriebnahme zu bestimmen und für die Steuerung abzuspeichern oder hierfür einen vorgegebenen Wert zu verwenden.

Die gesamte aufgenommene Leistung setzt sich zusammen aus der Leerlaufleistung und der für die angestrebte Behandlungsintensität relevanten spezifischen Leistung der Vorrichtung.

Mit voranschreitender Betriebszeit der jeweiligen Behandlungswerkzeuge und damit auch zunehmendem Verschleiß derselben, insbesondere deren Profils vermindert sich die aktuelle Leerlaufleistung der Vorrichtung. Infolgedessen müsste die gesamte Leistungsaufnahme entsprechend abgesenkt werden.

Da die Leerlaufleistung bei bisherigen Steuerungen/Regelungen jedoch als konstant angesehen wird, kann es dazu kommen, dass die gesamte aufgenommen Leistung für die angestrebte Behandlungsintensität um Werte von 20% und mehr zu hoch angesetzt ist.

Des Weiteren kann es beim Schließen des Behandlungsspaltes dazu kommen, dass die Leistung wegen einer, infolge Verschleißes verminderten Leerlaufleistung zu hoch ist und entsprechend nachkorrigiert werden muss oder sogar zu Schäden an den Behandlungswerkzeugen führt.

Wird eine möglichst genaue Bestimmung der Leerlaufleistung angestrebt, so kann es vorteilhaft sein, die Messung der Leerlaufleistung bei konstanter Spaltbreite durchzuführen.

Andererseits könnten in kürzerer Zeit mehr Messungen der Leerlaufleistung bei sich ändernder Spaltbreite möglich sein.

Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, ist es allgemein von Vorteil, wenn beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes der Wert der Leerlaufleistung jeweils mehrfach, vorzugsweise in bestimmten Zeitabständen, beispielsweise von einigen Sekunden gemessen und im Speicher abgelegt wird. Dabei kann eine wesentliche Steigerung der Messgenauigkeit erreicht werden, indem zumindest von einem Teil der, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes gemessenen Werte der Leerlaufleistung wenigstens ein erster Durchschnittswert gebildet und im Speicher als aktuelle Leerlaufleistung abgelegt wird.

Allerdings können sich dennoch größere Messfehler für die Leerlaufleistung ergeben, wenn der Behandlungsspalt nur geringfügig geöffnet ist. Um diese Werte bei der Durchschnittsbildung auszuschließen, sollte zumindest von einem Teil der, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes gemessenen Werte der Leerlaufleistung ein zweiter Durchschnittswert gebildet und im Speicher statt des ersten Durchschnittswertes als aktuelle Leerlaufleistung abgelegt werden, bei dem aber Werte unberücksichtigt bleiben, die mehr als 20% vom entsprechenden ersten Durchschnittswert abweichen. Wegen der relativ häufigen Lieferung von Werten für die aktuelle Leerlaufleistung sollten alte Werte unberücksichtigt bleiben, so dass die Steuerung der Vorrichtung auf Grundlage eines oder mehrerer der zuletzt gemessenen Werte der Leerlaufleistung und/oder ihrer ersten Durchschnittswerte und/oder ihrer zweiten Durchschnittswerte erfolgt.

Für den Fall, dass der Behandlungsspalt über eine vorgegebene, maximale Betriebszeit von zum Beispiel 24 h geschlossen bleibt, sollte dieser im Interesse eines möglichst aktuellen Wertes für die Leerlaufleistung extra zur Bestimmung der Leerlaufleistung geöffnet und wieder geschlossen werden.

Um nach einem Wechsel wenigstens eines Behandlungswerkzeuges einen Startwert für die Steuerung im Speicher ablegen zu können, kann es vorteilhaft sein, die Leerlaufleistung vom Servicepersonal messen und eingeben oder aber die Leerlaufleistung beim Schließen des Behandlungsspaltes durch die Steuerung selbst messen zu lassen.

Allgemein sollten bei der Bestimmung der Leerlaufleistung die wesentlichen Parameter, wie Druck, Durchfluss und Stoffdichte der Faserstoffsuspension im normalen Betriebsbereich liegen. Im Interesse eines einfachen Aufbaus der Vorrichtung sollte ein Behandlungswerkzeug rotieren und das andere nicht, wobei zumindest ein Behandlungswerkzeug axial verschiebbar gelagert ist. Bei speziellen Ausführungen können Behandlungswerkzeug und Grundplatte auch einstückig ausgeführt sein.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Refiner, insbesondere LC(Niedrigkonsistenz)-Refiner, wobei die Stoffdichte des Faserstoffs zwischen 2 und 6, vorzugsweise zwischen 3,5 und 4,5 % liegt.

Bei dem Faserstoff kann es sich insbesondere auch um TMP, Hochausbeute- Zellstoff, MDF-Faserstoff, Hackschnitzel aus Holz o.ä. Stoffe handeln.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:

Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch einen Refiner und

Figur 2: die Veränderung der realen Leerlaufleistung P_Lreai und die Anpassung der

Gesamtleistung P_G über die Zeit t. Der Papierfaserstoff 1 wird gemäß Figur 1 direkt in den zentralen, d.h. radial inneren Bereich der Refiner-Garnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3,4 gebildet wird, gedrückt.

Während ein Behandlungswerkzeug 3 feststehend und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Refiners gelagert.

Die Behandlungswerkzeuge 3,4 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form, wobei

die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel zueinander angeordnet sind und der Spalt-Abstand zwischen diesen über eine axiale Verschiebung, meist des rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 einstellbar ist. Die rotierende Mahlfläche wird hier von einer im Gehäuse 2 rotierbar gelagerten Welle in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle von einem ebenfalls im Gehäuse 2 vorhandenen Antrieb. Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahl-Spalt 6 zwischen den Mahlflächen der beiden Behandlungswerkzeuge 3,4.

Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.

Beide Mahlflächen werden jeweils von mehreren Mahlplatten gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.

In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Mahlplatten eine durchgehende Mahlfläche.

Die Mahlplatten und damit auch die Mahlflächen werden in der Regel von einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten 9 und dazwischenliegenden Nuten gebildet. Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen das rotierende Behandlungswerkzeug 4 axial verschoben und das Maß dieser Axialverschiebung gemessen wird. Das nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 3 verändert seine axiale Lage nicht. Des Weiteren sind die Behandlungswerkzeuge 3,4 auf entsprechenden Grundplatten 7,8 befestigt. Im Unterschied zu dem hier gezeigten Beispiel kann der Behandlungsspalt 6 nicht nur senkrecht sondern wie bei Kegel-Refinern auch geneigt zur Rotationsachse 5 verlaufen. Figur 2 veranschaulicht die Veränderung der realen Leerlaufleistung P_Lreai des Refiners über die Betriebsdauer t, welche sich mit zunehmender Betriebsdauer t und damit auch zunehmendem Verschleiß der Behandlungswerkzeuge 3,4 weitestgehend kontinuierlich vermindert.

Dabei setzt sich die Gesamtleistung P_G, welche der Behandlungsvorrichtung zugeführt wird, aus der Leerlaufleistung P_Lreai und der für die Behandlungsintensität des Faserstoffs 1 , d.h. die Mahlleistung verantwortlichen spezifischen Leistung P_s zusammen.

Um zu vermeiden, dass die spezifische Leistung P_s über die Betriebsdauer der Behandlungswerkzeuge 3,4 wesentlich höher wird, als dies für die angestrebte Behandlungsintensität des Faserstoffs 1 erforderlich wäre, wird die, für die Steuerung der Behandlungsvorrichtung abgespeicherte Leerlaufleistung P_L über die Betriebsdauer t vielfach aktualisiert, d.h. auf die reale Leerlaufleistung P_Lreai abgeglichen.

Dies bedeutet, bei dem in Figur 2 gezeigten Fall einer konstanten spezifischen Leistung P_s über die Betriebsdauer t, dass die Gesamtleistung P_G zeitgleich und in gleichem Umfang wie die abgespeicherte Leerlaufleistung P_L und damit in sehr ähnlicher weise wie die reale Leerlaufleistung P_Lreai reduziert wird.

Das Aktualisieren des für die Steuerung der Behandlungsvorrichtung abgespeicherten Wertes der Leerlaufleistung P_L erfolgt generell bei Anwesenheit von Faserstoff 1 während eines Öffnens und/oder Schließens des Behandlungsspaltes 6 bei normalen Betriebsparametern wie Druck, Durchfluß und Stoffdichte.

Hierzu wird beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes die Leerlaufleistung P_L der Behandlungsvorrichtung jeweils mehrfach und in bestimmten Zeitabständen von ca. 2 s gemessen und als Werte der Leerlaufleistung P_L im Speicher abgelegt.

Anschließend wird von den, beim Öffnen oder Schließen des Behandlungsspaltes 6 gemessenen Werten der Leerlaufleistung P_L ein erster Durchschnittswert gebildet. Von diesen gemessenen Werten der Leerlaufleistung P_L wird dann ein zweiter Durchschnittswert gebildet und abgespeichert, wobei Werte unberücksichtigt bleiben, die mehr als 20% vom entsprechenden ersten Durchschnittswert abweichen. Wird ein zweiter Durchschnittswert für das Öffnen und ein zweiter Durchschnittswert für das Schließen des Behandlungsspaltes 6 berechnet, so wird aus beiden ein gemeinsamer, zweiter Durchschnittswert für die Steuerung gebildet. Durch die Verwendung des zweiten Durchschnittswertes der Leerlaufleistung P_L als Basis für die Steuerung der Behandlungsvorrichtung können größere Messfehler ausgeschlossen werden. Dies berücksichtigt den Umstand, dass mit zunehmender Nähe zum geschlossenen Behandlungsspalt 6 die Leistungsaufnahme steigt und wesentlich über der Leerlaufleistung P_L liegt.

Für die Steuerung der Vorrichtung relevant sind jeweils nur die zuletzt abgespeicherten Ergebnisse der Leerlaufleistung P_L bzw. des entsprechenden Durchschnittswertes, d.h., dass ältere Werte im Speicher der Steuerung überschrieben/gelöscht werden können.

Wird der Behandlungsspalt 6 über einen längeren Zeitraum von zum Beispiel maximal 24 h nicht geöffnet, so führt die Steuerung speziell zur Bestimmung der aktuellen Leerlaufleistung P_L eine Öffnung und Schließung des Behandlungsspaltes 6 durch. So kann verhindert werden, dass die reale Leerlaufleistung P_Lreai zu stark von der in der Steuerung der Behandlungsvorrichtung abgespeicherten Leerlaufleistung P_L abweicht.

Bei der Inbetriebnahme der Behandlungsvorrichtung oder einem Wechsel der Behandlungswerkzeuge 3,4 bzw. ihrer Garnituren wird die Leerlaufleistung P_L beim Schließen des Behandlungsspaltes 6 gemessen und als Startwert für die Steuerung im Speicher abgelegt.

Die Kenntnis von der zumindest annähernd realen Leerlaufleistung P_L hat nicht nur einen Einfluss auf die spezifische Leistung sondern auch auf die Steuerung der Spaltverstellung bei den Behandlungswerkzeugen 3,4. Außerdem kann bei Unterschreiten einer vorgegebenen, minimalen Leerlaufleistung PL auf einen entsprechend hohen Verschleiß bei den Behandlungswerkzeugen 3,4 geschlossen werden, was deren Wechsel notwendig macht.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von

Faserstoff (1 ) zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Leerlaufleistung (P_L), wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (2) besitzt, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8) befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen und einen vom Faserstoff (1 ) radial durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines

Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Lebensdauer wenigstens eines Behandlungswerkzeuges (3,4) mehrfach ein Wert der Leerlaufleistung (P_L) bei Anwesenheit von Faserstoff (1 ) oder Wasser gemessen, in einem Speicher der Steuerung abgelegt und allein oder in Verbindung mit anderen Werten von der Steuerung ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Leerlaufleistung (P_L) bei konstanter Spaltbreite gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Leerlaufleistung (P_L) bei sich ändernder Spaltbreite gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes (6) der Wert der Leerlaufleistung (P_L) jeweils mehrfach, vorzugsweise in bestimmten Zeitabständen gemessen und im Speicher abgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest von einem Teil der, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes (6) gemessenen Werte der Leerlaufleistung (P_L) wenigstens ein erster Durchschnittswert gebildet und im Speicher abgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest von einem Teil der, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes (6) gemessenen Werte der Leerlaufleistung (P_L) ein zweiter Durchschnittswert gebildet und im Speicher abgelegt wird, bei dem Werte unberücksichtigt bleiben, die mehr als 20% vom entsprechenden ersten Durchschnittswert abweichen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Vorrichtung auf Grundlage eines oder mehrerer der zuletzt gemessenen Werte der Leerlaufleistung (P_L) und/oder ihrer ersten Durchschnittswerte und/oder ihrer zweiten Durchschnittswerte erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, beim Öffnen und/oder Schließen des Behandlungsspaltes (6) gemessener Wert der Leerlaufleistung (P_L) direkt oder indirekt zur Steuerung der Gesamtleistung (P_G) der Vorrichtung verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsspalt (6) nach Überschreiten einer vorgegebenen, maximalen Betriebszeit der Vorrichtung zur Bestimmung der Leerlaufleistung (P_L) geöffnet und wieder geschlossen wird.

10.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Wechsel wenigstens eines Behandlungswerkzeuges (3,4) die Leerlaufleistung (P_L) vorzugsweise beim Schließen des Behandlungsspaltes (6) gemessen und als Startwert für die Steuerung im Speicher abgelegt wird.

1 1 . Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche

bei einem Refiner, insbesondere einem LC-Refiner.