СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И УСТРАНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПРОФИЛЯ ДАВЛЕНИЯ В ЗОНЕ ПРЕССОВАНИЯ ВАЛА С ПОКРЫТИЕМ ОТЖИМНОГО ПРЕССА Российский патент 2017 года по МПК G01L5/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится в общем к отжимным прессам, предназначенным для воздействия прижимными силами на движущиеся полотна при получении, например, бумаги, текстильного материала, пластиковой фольги и других похожих материалов. В частности, настоящее изобретение направлено на способы и устройства для измерения и устранения влияний вращательной изменчивости в профиле давления в зоне прессования отжимных прессов с использованием датчиков, встроенных в валы с покрытием. Хотя известные прессы, в которых используются валы с встроенными датчиками, могут быть способны детектировать изменения в давлении по длине вала, эти встроенные датчики могут быть не способны измерять и компенсировать вращательную изменчивость, которая может создаваться скоростным вращением вала с покрытием. Настоящее изобретение предлагает способ и устройство для измерения и устранения вращательной изменчивости профиля давления в зоне прессования вала с покрытием, чтобы получить более точный профиль давления в зоне прессования.

[0002] Отжимные валы используются в большом числе отраслей с непрерывными процессами, включая, например, изготовление бумаги, выплавку стали, каландрирование пластиков и печать. Характеристики отжимных валов имеют особое значение в бумажной промышленности. В процессе изготовления бумаги необходимы многие этапы для преобразования массы из напорного ящика в бумагу. Исходным этапом является нанесение массы из напорного ящика, обычно называемой "волокнистая масса", на формующую сетку бумагоделательной машины. После нанесения часть оборотной воды протекает через отверстия в формующей сетке, оставляя на ней смесь жидкости и волокон. Эта смесь, называемая в промышленности "полотно", может быть обработана на оборудовании, которое далее снижает величину содержания влаги в конечном продукте. Формующая сетка непрерывно поддерживает волокнистое полотно и перемещает его через разное обезвоживающее оборудование, которое эффективно удаляет желательное количество жидкости из полотна.

[0003] Один из этапов обезвоживания осуществляют, пропуская полотно через пару или больше вращающихся валов, которые формируют отжимной пресс, или их последовательность, во время чего жидкость удаляется из полотна давлением, прилагаемым вращающимися валами. Эти валы, прилагая силу к полотну и формующей сетке, удаляют часть жидкости из волокнистого полотна. Затем полотно может быть перемещено в другие прессы или сушильное оборудование, которое далее снижает количество влаги в полотне. "Зона прессования" представляет собой зону контакта между двумя смежными валами, через которую пропускается бумажное полотно. Один вал отжимного пресса обычно выполнен из твердой стали, а другой имеет форму металлической оболочки, покрытой полимерным покрытием. Однако в некоторых применениях покрытие могут иметь оба вала. Количество жидкости, удаляемой из полотна, зависит от величины давления, прилагаемого к полотну, когда оно проходит через зону прессования. Последующие валы в процессе в каландре машины используются для регулировки толщины и других характеристик листа. Валы с покрытием всегда используют в каландре. Характеристики этих валов имеют особое значение в области изготовления бумаги, поскольку величина давления, прилагаемого к полотну на этапе прохождения через отжимной пресс, может являться критической для достижения равномерных характеристик листа.

[0004] Одной общей проблемой, связанной с такими валами, является отсутствие равномерности давления, распределяемого по рабочей длине вала. Давление, прилагаемое валами отжимного пресса, часто называют "давлением в зоне прессования". Величина давления в зоне прессования, прилагаемого к полотну, и размер зоны прессования, могут быть важными для достижения равномерных характеристик листа. Даже давление в зоне прессования вдоль вала имеет большое значение при изготовлении бумаги, отвечая за содержание влаги, толщину, прочность листа и внешний вид поверхности. Например, отсутствие равномерности в давлении в зоне прессования часто может приводить к получению бумаги плохого качества. Чрезмерное давление в зоне прессования может вызвать измельчение или смещение волокон, а также отверстия в конечном бумажном продукте. Усовершенствования в нагрузке в зоне прессования могут повысить производительность путем повышения скорости машины и снижения числа аварий (времени незапланированных простоев).

[0005] Известные валы, используемые в прессовой секции, могут быть выполнены из одного или нескольких слоев материала. Прогиб вала, обычно из-за прогиба или нагрузки в зоне прессования, может быть источником неравномерного давления и/или распределения ширины зоны прессования. Изношенные покрытия валов также могут вносить изменения в давление. Разработаны валы, которые контролируют и компенсируют такие отклонения. Эти валы обычно имеют плавающую оболочку, которая окружает неподвижный сердечник. Под плавающей оболочкой расположены подвижные поверхности, которые могут быть приведены в действие для компенсации неравномерного распределения давления в зоне прессования.

[0006] Ранее известные способы определения наличия таких различий давления в зоне прессования требовали от оператора остановить вал и поместить в зону прессования длинный кусок копировальной бумаги или пленки, чувствительной к давлению. Эта процедура известна как получение "отпечатка зоны прессования". Более поздние способы получения отпечатков зоны прессования включают использование искусственной пленки "майлар" с чувствительными элементами для того, чтобы регистрировать давления в зоне прессования с помощью электронного оборудования. Эти процедуры, хотя и полезные, нельзя использовать при работе отжимного пресса. Более того, температура, частота вращения вала и другие соответствующие изменения, которые повлияли бы на равномерность давления в зоне прессования, нельзя принимать во внимание.

[0007] Соответственно, в течение лет были разработаны отжимные прессы, которые позволяют оператору измерять давление в зоне прессования при вращающихся валах. Один такой отжимной пресс описан в патенте США №4,509,237. В этом отжимном прессе используется вал, который имеет датчики положения, чтобы определять неравномерное расположение оболочки вала. Сигналы от датчиков активируют опорные элементы или элементы давления под оболочкой вала, чтобы выровнять неравномерное расположение, которое может иметь место из-за вариаций давления. Элементы давления включают известные гидростатические опорные подшипники, питаемые по линии подачи масла под давлением. Вал, описанный в патенте США №4,898,012, также представляет собой попытку решить эту проблему путем установки датчиков на вал, чтобы определять профиль давления в зоне прессования. Еще один отжимной пресс раскрыт в патенте США №4,729,153. Этот вал с управляемым прогибом, кроме того, имеет датчики для регулировки температуры поверхности вала в узкой полосе по наружной поверхности. Другие валы с управляемым прогибом, такие как вал, описанный в патенте США №4,233,011, основаны на свойствах теплового расширения материала вала для достижения требуемого прогиба вала.

[0008] Другие достижения в технологии отжимных прессов включают разработку беспроводных датчиков, которые встроены в чувствительное покрытие валов отжимных прессов и которые описаны в патентах США №№7,225,688; 7,305,894; 7,392,715; 7,581,456 и 7,963,180, выданных на имя Мура и др. (Moore et al.). В этих патентах описано использование многочисленных датчиков, встроенных в покрытие вала, обычно называемого "чувствительный вал", которые отправляют сигналы давления по беспроводной связи на удаленный приемник сигналов. В патенте США №5,699,729 на имя Мошела (Moschel) раскрыто использование спиралевидного датчика для отслеживания давления на валу. Изготовители и поставщики оборудования для бумажной промышленности, такие как компании Voith GmbH, Xerium Technologies, Inc. и ее дочерняя компания Stowe, разработали отжимные прессы, которые используют датчики, встроенные в покрытие чувствительного вала. В этих отжимных прессах обычно используется некоторое число датчиков, соединенных в спираль, намотанную на покрытие вала одним витком, чтобы сформировать спиралевидную форму. Отдельный датчик предназначен для вхождения в зону прессования отжимного пресса при вращении чувствительного вала. Таким образом спиралевидная схема датчиков генерирует разный сигнал давления в поперечной области отжимного пресса, чтобы предоставить оператору ценную информацию относительно распределения давления в зоне прессования и, следовательно, относительно давления, которое прилагается к движущемуся полотну, когда оно проходит через зону прессования.

[0009] Приборы управления, связанные с отжимным прессом, могут давать хорошее представление о поперечном давлении в зоне прессования (обычно называемом "профиль давления в зоне прессования" или просто "профиль зоны прессования") и позволяют оператору корректировать распределение давления в зоне прессования, если оно увеличится. Приборы управления обычно предоставляют графическое отображение в реальном времени профиля давления в зоне прессования на экране или мониторе компьютера. Профиль зоны прессования является компилированными данными по давлению, которые получены от датчиков, расположенных на чувствительном валу. Он обычно графически показывает сигнал давления в форме поперечного положения на чувствительном валу. На оси Y обычно указывается давление в фунтах на линейный дюйм, а на оси X указано поперечное положение на валу.

[0010] Хотя одна линия датчиков на чувствительном валу может давать достаточно хорошее представление о по перечной изменчивости давления в зоне прессования, эти датчики не могут правильно учитывать изменчивость давления в зоне прессования, вызываемую высокой частотой вращения чувствительного вала. Динамика цилиндра/вала, вращающегося с высокой угловой скоростью (высокой частотой вращения), может вызывать небольшие изменения в давлении, создаваемом цилиндром/валом, которые необязательно будут выявлены, когда цилиндр/вал остановлен или вращается с низкой частотой вращения. Такие динамические изменения могут являться результатом действия центробежных сил на цилиндр/вал, изгиб вала, баланс вала, установку вала со смещением от центра или отклонение от круглости вала, на что могут влиять факторы окружающей среды. Динамические характеристики типичного цилиндра/вала, вращающегося с высокой частотой вращения, часто отличаются развитием дисбаланса и изменением в изгибной жесткости. Такие изменения на цилиндре/валу часто называют вращательной изменчивостью. Дисбаланс можно наблюдать в случае вибрации на определенных частотах вращения, и он также может вызывать нежелательный изгиб гибкого цилиндра/вала как функцию частоты вращения. Поскольку длины чувствительных валов, используемых в производстве бумаги, могут быть весьма большими, дисбаланс вращающихся валов может вызывать серьезную проблему для изготовителя бумаги, поскольку неравномерный профиль давления в зоне прессования может быть создан и отображен на оборудовании управления. Любой нежелательный изгиб чувствительного вала может, конечно, изменить величину давления, прилагаемого к полотну, когда оно проходит через зону прессования. Также, поскольку равномерное давление в зоне прессования во время производства бумаги крайне желательно, то может быть очень благоприятным, если профиль давления в зоне прессования будет правильно отображен, поскольку любые поправки, которые должны быть внесены во вращающийся вал на основании неточного профиля давления в зоне прессования, явно могут увеличить эту проблему. Один датчик, расположенный в отдельном поперечном положении на чувствительном валу, может быть неспособен компенсировать воздействие вращательной изменчивости в этом положении датчика и может давать неточные показания давления. Существуют три первичных измерения изменчивости. Точный профиль давления в зоне прессования имеет изменчивость, которая может быть названа поперечной изменчивостью, поскольку это изменчивость среднего давления в одном поперечном положении в зоне прессования. Каждый датчик в одной линии датчиков может иметь некоторую связанную с ним изменчивость, которая может быть вычислена после сбора данных на высокой частоте вращения. Этот конкретный профиль изменчивости представляет изменчивость измерений высокой частоты вращения в каждом положении в одной линии датчиков. Эта изменчивость включает изменчивость другого оборудования, используемого в процессе изготовления бумаги, включая вращательную изменчивость вала, образующего зону прессования в паре с чувствительным валом. Третий профиль изменчивости является профилем изменчивости зоны прессования по нескольким датчикам в каждом поперечном положении вала. Эта изменчивость представляет "вращательную изменчивость" чувствительного вала, когда он при вращении проходит через некоторое число положений отслеживания.

[0011] Одной из проблем вращательной изменчивости является создание "участков высокого давления" и "участков низкого давления" в разных местах на чувствительном валу. Один датчик, расположенный в поперечном положении, в котором обнаружен участок высокого давления или участок низкого давления, может подать на обрабатывающее оборудование неточный сигнал показания давления, полученный в этом месте. Это происходит из-за того, что общее давление, развивающееся в месте датчика, когда вал делает полный оборот, будет ниже, чем показание, измеренное на "участке высокого давления". Соответственно, профиль давления в зоне прессования, который основан на показании датчика, расположенного на участке высокого или низкого давления, не будет показывать среднее давление, развившееся в этом месте. Обрабатывающее оборудование, полагаясь на это одно неточное показание, будет вычислять и отображать профиль давления в зоне прессования, который по меньшей мере неточен. Если несколько отдельных датчиков будут расположены на нескольких участках высокого или низкого давления, то обрабатывающее оборудование будет отображать профиль давления в зоне прессования, который имеет многочисленные неточности. Оператор бумагоделательной машины даже не может быть уверен в том, что обрабатывающая система отображает неточный профиль давления в зоне прессования. Кроме того, попытки скорректировать чувствительный вал на основании неточного профиля давления в зоне прессования могут привести к еще большим неточностям.

[0012] Поэтому было бы выгодным, если бы изготовитель мог обнаруживать и измерять любую вращательную изменчивость по длине вала с покрытием отжимного пресса и компенсировать ее после вычисления и отображения в реальном времени профиля давления в зоне прессования. Настоящее изобретение обеспечивает улучшенное измерение точного профиля давления в зоне прессования, а также способно определять ранее неизмеряемый профиль изменчивости вращения (вращательной изменчивости) в зоне прессования. Кроме того, определенные схемы расположения чувствительных элементов будут давать информацию по износу покрытия. Компенсация любой вращательной изменчивости должна давать профиль давления в зоне прессования, который более точно представляет давление, развившееся в зоне прессования пресса. Настоящее изобретение выполняет эти и другие потребности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Настоящее изобретение предлагает устройства и способы для точного детектирования, измерения и, по меньшей мере частичного, устранения любых воздействий вращательной изменчивости на валу с покрытием (также именуемом здесь "чувствительный вал"), используемом в отжимных прессах. Настоящее изобретение компенсирует такое воздействие, обеспечивая более точное отображение профиля давления в зоне прессования, который будет вычислен и отображен. Настоящее изобретение таким образом предоставляет оператору машины более точное представление о фактическом распределении давления в отжимном прессе. Настоящее изобретение может быть использовано вместе с корректирующим оборудованием, которое может устранять или компенсировать изменчивость давления в местах на чувствительном валу пресса. Данные, полученные от системы датчиков на чувствительном валу, позволяют вычислять и отображать профиль вращательной изменчивости, который может давать оператору дополнительную информацию в реальном времени по динамике показаний давления, чтобы получить более точный профиль давления в зоне прессования. Настоящее изобретение может компенсировать вращательную изменчивость в отслеживающем механизме путем вычисления, например, значения среднего давления в каждом поперечном положении на чувствительном валу. Настоящее изобретение также может вычислять и получать более точный профиль давления в зоне прессования, используя другие модели, такие как аппроксимация кривой.

[0014] В настоящем изобретении использованы несколько датчиков, расположенных с интервалами по окружности в разных поперечных местах на чувствительном валу, чтобы устранить воздействия вращательной изменчивости, которые могут, или не могут, действовать на чувствительный вал. Эти стратегически размещенные датчики предназначены для измерения давления, прилагаемого к полотну, которое проходит через отжимной пресс. Прежняя работа продемонстрировала, что вращательная изменчивость вала в основном происходит при обычной частоте вращения вала и время от времени при удвоенной частоте вращения, главным образом рядом с краями вала. Более высокие частоты вращения имеют место редко, и то обычно только в крайних точках вала. Помимо этого, циклы в каждом поперечном положении могут быть в фазе, когда участки высокого давления и участки низкого давления имеют место одновременно по всей ширине вала ("непрерывное изменение профиля") или фазирование участков высокого и низкого давления может изменяться по валу, когда он вращается. Анализ этих видов изменчивости продемонстрировал, что среднее значение измерений от двух датчиков, разнесенных на 180° по окружности в поперечном положении вала с покрытием, должно представлять хороший результат измерения фактически развившегося давления или, по меньшей мере частично, устранять любую вращательную изменчивость обычной частоты вращения, которая может развиться в этом положении. Также, среднее значение измерений от трех датчиков, разнесенных на 120°, или четырех датчиков, разнесенных на 90°, по окружности в поперечном положении вала с покрытием должно давать хороший результат измерения фактически развившегося давления и будет устранять, или по меньшей мере частично устранять, любую вращательную изменчивость удвоенной частоты вращения, которая может развиться в этом положении. Возможно чередующееся расположение нескольких датчиков, чтобы устранить эффект вращения. Таким образом, должен быть получен более точный результат измерения распределения давления в зоне прессования. Информация по непрерывному изменению профиля на более высокой частоте вращения, которая указывает на износ покрытия и была видна на агрегатах каландра, может быть получена путем расположения чувствительных элементов в разных положениях вращения. Разница между отдельными чувствительными элементами и средним из группы чувствительных элементов в той же поперечной прогрессии дает меру круглости вала и формы покрытия. Прогрессия этой разницы в ходе старения покрытия является показателем износа покрытия.

[0015] Настоящее изобретение имеет преимущества перед чувствительными валами и системой, в которых используется один датчик, предназначенный для измерения давления в каком-то конкретном поперечном положении. В случаях чувствительных валов с использованием только одного датчика, расположенного в поперечном положении на валу, нет возможности получать вторичные результаты измерений в том же поперечном положении для целей сравнения, чтобы определить, есть ли какой-либо дисбаланс в этом конкретном поперечном положении. В результате этого такой чувствительный вал может давать неточные показания, используемые для вычисления и отображения профиля зоны прессования. Если такой один датчик будет помещен в положение, где существует участок высокого или низкого давления, вызванное вращательным дисбалансом, то показание давления от такого датчика будет не вполне точным и приведет к вычислению неточного профиля давления в зоне прессования. Помимо этого, использование одиночных датчиков в каждом поперечном положении не может генерировать данные, необходимые для вычисления и отображения профиля вращательной изменчивости, что могло бы дать оператору дополнительную информацию в реальном времени, чтобы получить более точный профиль давления в зоне прессования. Настоящее изобретение позволяет вычислять и отображать такой профиль вращательной изменчивости, наряду с профилем давления в зоне прессования.

[0016] В одном аспекте чувствительный вал для использования в отжимном прессе включает стратегически расположенные датчики, включающие первый комплект датчиков, расположенных по конкретной схеме на покрытии вала, которое закрывает цилиндрический элемент. Каждый датчик из этого первого комплекта расположен в конкретном боковом положении (поперечном положении) на покрытии вала. Чувствительный вал, кроме того, включает дополнительные комплекты датчиков, которые также расположены по конкретной схеме на покрытии вала, причем каждый датчик из второго комплекта также расположен в конкретном поперечном положении. Каждый датчик из первого комплекта датчиков имеет соответствующий датчик в дополнительных комплектах, чтобы определить поперечную группу датчиков, которые используются для получения показаний давления в конкретном поперечном положении. Далее, каждый датчик в упомянутом поперечном положении отстоит от другого датчика по окружности на некоторый интервал. Множественные соответствующие датчики могут быть стратегически размещены в разных поперечных положениях по длине чувствительного вала, причем каждая пара датчиков предназначена для измерения давления, развившегося в поперечном положении. Каждый датчик будет измерять давление, когда он войдет в зону прессования пресса. В теории каждый из соответствующих датчиков поперечной группы должен измерять одинаковое давление в конкретном поперечном положении, если чувствительный вал сбалансирован точно. Если результаты измерения давления от двух соответствующих датчиков значительно различаются, то эти результаты измерения указывают на некоторую изменчивость, которая может быть вызвана динамикой вращающегося чувствительного вала. Настоящее изобретение позволяет чувствительному валу выполнять многочисленные, а не одно, измерения давления в каждом поперечном положении при каждом обороте чувствительного вала на 360°. Эти многочисленные результаты измерений используются для получения более точного профиля давления в зоне прессования и профиля вращательной изменчивости. В одном аспекте изобретения показания от каждого датчика могут быть усреднены, чтобы определить значение среднего давления в этом конкретном поперечном положении. Э тот усредненный результат измерения затем можно использовать для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования. Те же самые показания можно использовать для вычисления и отображения профиля вращательной изменчивости работающего отжимного пресса. Изменчивость показаний в каждом положении будет контролироваться и отображаться для того, чтобы определить, стабильна ли вращательная изменчивость вала или увеличивается. Существуют многие возможные меры этой изменчивости, включая дисперсию, стандартное отклонение, метод 2 сигма, процент процесса, ковариация, наибольшая разность показаний. Увеличивающаяся изменчивость по любой мере может указывать на потенциальную неисправность в подшипниках или покрытии вала или на другие проблемы с валом.

[0017] В еще одном аспекте несколько комплектов датчиков расположены так, чтобы создать конкретное расположение выровненных датчиков. Например, таким расположением может быть непрерывная спиралевидная форма, проходящая вокруг чувствительного вала в один оборот, формируя винтовую линию вокруг чувствительного вала. Датчики из нескольких комплектов могут быть выровнены по ряду разных схем расположения по длине чувствительного вала, чтобы получить представительный профиль давления в зоне прессования. В еще одном аспекте непрерывная линия датчиков может проходить вокруг чувствительного вала только частично, например наполовину (1/2) оборота. Второй комплект датчиков также будет проходить вокруг чувствительного вала наполовину (1/2) оборота. Таким образом, только частичная винтовая линия будет сформирована вокруг чувствительного вала 10. Эта схема расположения датчиков все же позволяет установить пару датчиков в конкретное поперечное положение. Эти комплекты датчиков будут отстоять друг от друга по окружности на 180°. Таким же образом три винтовые линии могут быть расположены с интервалом 120° друг от друга, четыре с интервалом 90° или n винтовых линий с интервалом 360°/n. Конкретное преимущество этой схемы расположения датчиков заключается в отслеживании коротковолновых изменений профиля, которые могут быть связаны с износом покрытия, поскольку каждый чувствительный элемент находится в отличном от другого вращательном положении.

[0018] В еще одном аспекте система для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования и профиля вращательной изменчивости отжимного пресса включает чувствительный вал в паре со вторым валом в зоне прессования, причем чувствительный вал и второй вал приспособлены для вращательного прессования находящегося между ними вещества в зоне прессования. Чувствительный вал имеет некоторое число поперечных положений, определенных по его длине. Чувствительный вал включает первый комплект датчиков для измерения давления и дополнительные комплекты датчиков для измерения давления, причем каждый датчик из упомянутого числа комплектов датчиков расположен в конкретном поперечном положении на чувствительном валу. Каждый датчик предназначен для отслеживания и измерения давления, когда этот датчик входит в зону прессования отжимного пресса. Также, каждый датчик из первого комплекта имеет соответствующие датчики в дополнительных комплектах, которые расположены в таком же поперечном положении, но разнесены по окружности чувствительного вала, чтобы давать многочисленные показания давления в каждом поперечном положении. Показания давления могут быть использованы для вычисления и получения профиля давления в зоне прессования и профиля вращательной изменчивости пресса. В одном аспекте может быть вычислено среднее показание давления в каждом месте, чтобы получить более точный профиль давления в зоне прессования.

[0019] К чувствительному валу и к каждому из датчиков из нескольких комплектов может быть подсоединен приемопередатчик для передачи сигналов данных с датчиков на блок приемника. С чувствительным валом может быть соединен обрабатывающий блок для вычисления распределения давления в зоне прессования на основании результатов измерения давления каждой поперечной группой соответствующих датчиков первого и дополнительного комплектов датчиков. С обрабатывающим блоком также может быть соединен блок отображения, чтобы графически отображать профиль давления в зоне прессования и профиль вращательной изменчивости.

[0020] Способ отслеживания и устранения эффектов вращательной изменчивости из профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса включает предоставление чувствительного вала, имеющего некоторую рабочую длину и некоторое число поперечных положений по рабочей длине. Несколько датчиков для измерения давления размещают в каждом из этих поперечных положений, причем датчики в каждом поперечном положении отделены по окружности друг от друга некоторым интервалом. Давление, оказываемое на каждый датчик каждой поперечной группы, когда датчик входит в зону прессования отжимного пресса, тогда измеряется каждым датчиком в этом поперечном положении для вычислений с целью получения среднего показания давления в соответствующем поперечном положении. Полученные показания давления, вычисленные для каждого поперечного положения, затем могут быть использованы для создания профиля давления в зоне прессования отжимного пресса.

[0021] В еще одном аспекте способ измерения и устранения эффектов вращательной изменчивости из профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса включает измерение давления, оказываемого на первый датчик, расположенный в конкретном поперечном положении на чувствительном валу отжимного пресса, когда первый датчик входит в зону прессования пресса. Давление, оказываемое на дополнительные датчики, также измеряется, когда второй датчик входит в зону прессования пресса. Дополнительные датчики расположены в том же поперечном положении, что и первый датчик, но отстоят по окружности от первого датчика. Показания давления от нескольких датчиков используются для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования и профиля вращательной изменчивости. Несколько групп датчиков могут быть размещены в разных поперечных положениях на чувствительном валу, чтобы измерять давление в нескольких разных местах для каждого поперечного положения. Показания давления от нескольких датчиков для каждого поперечного положения усредняются и используются для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования, которое развилось в зоне прессования. Способ может включать выполнение корректирующих операций на чувствительном валу, чтобы отрегулировать его с учетом участков высокого или низкого давления по профилю давления в зоне прессования.

[0022] Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, которые, взятые вместе с чертежами, иллюстрируют принципы изобретения на примерах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] На Фиг. 1 представлен перспективный вид, показывающий отжимной пресс, в котором использован один конкретный вариант осуществления отслеживающего вала или вала с покрытием, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

[0024] На Фиг. 2 представлен схематический вид с торца отжимного пресса с Фиг. 1, показывающий формирование полотна, пропускаемого через зону прессования между валами, при этом ширина зоны прессования отжимного пресса обозначена буквами "NW".

[0025] На Фиг. 3A представлен вид сбоку в вертикальном разрезе одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение двух комплектов датчиков по длине вала.

[0026] На Фиг. 3B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 3A, показывающий расположение первого и второго комплектов датчиков, разнесенных на 180° по окружности чувствительного вала.

[0027] На Фиг. 4 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе, показывающий расположение двух линий датчиков по длине чувствительного вала с датчиками, расположенными в зоне прессования, которая обозначена парой пунктирных линий.

[0028] На Фиг. 5 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе, показывающий расположение двух линий датчиков по длине чувствительного вала после поворота чувствительного вала на 180° из его исходного положения, показанного на Фиг. 4.

[0029] На Фиг. 6А представлен вид сбоку одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение трех комплектов датчиков по длине вала.

[0030] На Фиг. 6B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 6А, показывающий расположение первого, второго и третьего комплектов датчиков с интервалом приблизительно 120° на окружности чувствительного вала.

[0031] На Фиг. 7А представлен вид сбоку одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение четырех комплектов датчиков по длине вала.

[0032] На Фиг. 7B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 7А, показывающий расположение первого, второго, третьего и четвертого комплектов датчиков с интервалом приблизительно 90° на окружности чувствительного вала.

[0033] На Фиг. 8А представлен вид сбоку одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение двух комплектов датчиков, разнесенных на 180° по окружности по длине вала.

[0034] На Фиг. 8B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 8А, показывающий расположение первого и второго комплектов датчиков с интервалом приблизительно 180° на окружности чувствительного вала.

[0035] На Фиг. 9А представлен вид сбоку одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение трех комплектов датчиков с интервалом приблизительно 120° по окружности по длине вала.

[0036] На Фиг. 9B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 9А, показывающий расположение комплектов датчиков с интервалом приблизительно 120° по окружности чувствительного вала.

[0037] На Фиг. 10А представлен вид сбоку одного конкретного варианта осуществления чувствительного вала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, который показывает расположение четырех комплектов датчиков с интервалом 90° по окружности по длине вала.

[0038] На Фиг. 10B представлен вид с торца чувствительного вала с Фиг. 10А, показывающий расположение комплектов датчиков с интервалом приблизительно 90° по окружности на чувствительном валу.

[0039] На Фиг. 11 представлен схематический чертеж, показывающий базовую архитектуру одной конкретной системы контроля и линии обработки бумаги, в которой может быть реализован чувствительный вал настоящего изобретения.

[0040] На Фиг. 12 показано графическое отображение графика нормализованной ошибки против положения профиля для одной матрицы датчиков и двух матриц датчиков, который показывает спиральный вид совпадающей по фазе изменчивости за один цикл.

[0041] На Фиг. 13 показано графическое отображение графика нормализованной ошибки против положения профиля для одной матрицы датчиков и двух матриц датчиков (180°), который показывает спиральный вид не совпадающей по фазе изменчивости за один цикл.

[0042] На Фиг. 14 показано графическое отображение графика нормализованной ошибки против положения профиля для одной матрицы датчиков, двух матриц датчиков (180°) и трех матриц датчиков (120°), который показывает спиральный вид не совпадающей по фазе изменчивости за один цикл/центр вращения и 2 цикла/края вращения.

[0043] На Фиг. 15 графически показано сравнение давления в зоне прессования против положения профиля для трех матриц датчиков: матрица 1 (0°), матрица 2 (90°) и матрица 3(180°).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0044] Настоящее изобретение относится к валам для использования, в частности, в отжимных прессах, валы которых прилагают силы давления к полотнам для формования бумаги, текстильного материала, пластиковой фольги и другим похожим материалам. Хотя настоящее изобретение может быть использовано в вышеуказанных отраслях, последующее описание будет сосредоточено на работе валов для использования, в частности, в производстве бумаги и, конкретно, в отжимном прессе для обезвоживания волокнистого полотна, включающем чувствительный вал, расположенный так, чтобы при вращении взаимодействовать с другим валом отжимного пресса. На Фиг. 1-5 показан вариант осуществления, в котором два датчика расположены с интервалом 180° по окружности по ширине вала в каждом поперечном месте, поскольку это позволяет дать простейшую иллюстрацию. Дополнительные варианты осуществления с несколькими датчиками в каждом поперечном месте могут быть экстраполированы, как показано на Фиг. 6-8B.

[0045] Как показано на Фиг. 1, схематический перспективный вид показывает чувствительный вал 10, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, как часть отжимного пресса 12, который включает второй вал 14, взаимодействующий с чувствительным валом 10 для приложения давления к волокнистому полотну 16, которое перемещается между этими двумя валами 10, 14. Чувствительный вал 10 и второй вал 14 вращаются, как показано стрелками на Фиг. 2, и расположены на некотором расстоянии друг от друга в зоне прессования 18, где два вала 10, 14 взаимодействуют для приложения давления к волокнистому полотну 16, чтобы удалить некоторое количество жидкости, содержащейся в полотне 16. Буквы NW на Фиг. 2 указывают сформированную "ширину прессования" в зоне прессования 18. Эта зона прессования 18 проходит по всей поперечной длине чувствительного вала 10 и второго вала 14. Чувствительный вал 10 может включать внутренний базовый вал 20, и наружное покрытие 22 вала может включать материалы, подходящие для использования при изготовлении вала пресса. Внутренний базовый вал 20 может включать один или больше нижних слоев, при этом наружное покрытие 22 является верхним слоем. Этот составной чувствительный вал 10 с покрытием 24 известен в промышленности как "вал с покрытием". Второй вал 14 может быть валом без покрытия или может также включать некоторое число слоев материалов, а также базовый вал. Если зона прессования образована несколькими валами с покрытием, то каждый из них может иметь датчики и давать профили зоны прессования и изменчивость профилей. Профили зоны прессования двух валов с покрытием могут быть усреднены для большей точности при выполнении регулировок профиля зоны прессования. Однако профили изменчивости каждого вала с покрытием дают информацию о состоянии этого конкретного вала. Следует понимать, что, хотя представленные варианты осуществления сосредоточены только на одной зоне прессования, также можно использовать отдельные валы, участвующие во взаимодействии в двух, трех и больше зонах прессования, что обычно для бумажной промышленности. Показаны два вала 10, 14, чтобы более понятно описать преимущества, связанные с настоящим изобретением. Однако могут быть созданы несколько профилей зоны прессования для каждого отдельного чувствительного вала, используемого в отжимном прессе.

[0046] Теперь со ссылкой на Фиг. 1 и 3 первый комплект 24 датчиков 26 связан с чувствительным валом 10 вместе со вторым комплектом 28 датчиков 30. Датчики 26 первого комплекта 24 обозначены кругом, а датчики 30 второго комплекта 28 обозначены квадратом. Круги и квадраты использованы для более легкой идентификации датчиков, составляющих первый комплект 24 датчиков и второй комплект 28 датчиков. Однако на практике эти датчики 26 и 30 могут быть одним и тем же отслеживающим устройством. Также, один или оба вала 10, 14 могут иметь датчики, связанные с валом. Для целей иллюстрации, однако, это описание сосредоточено только на одном валу, имеющем возможности отслеживания и измерения.

[0047] Эти датчики 26 и 30 могут быть расположены, по меньшей мере частично, в покрытии 22 вала, которое является частью чувствительного вала 10. Каждый из датчиков 26 и 30 приспособлен для отслеживания и измерения конкретного параметра данных, такого как, например, давление, оказываемое на датчик, когда он входит в зону прессования 18. Как лучше всего видно на Фиг. 3A, первый комплект 24 датчиков 26 показан расположенным в конкретной конфигурации вдоль чувствительного вала 10, причем каждый датчик 26 расположен в конкретном поперечном положении (именуемом "поперечное положение") на чувствительном валу 10. Каждое поперечное положение расположено на конкретном расстоянии от первого торца 32 чувствительного вала 10. Как можно видеть в конкретном варианте осуществления на Фиг. 3A, первый комплект 24 датчиков 26 расположен по спиральной линии, которая проходит вокруг всей длины чувствительного вала одним оборотом, образуя винтовую линию или спиралевидную форму. Второй комплект 28 датчиков 30 также расположен вдоль линии, которая проходит спиралевидно вокруг всей длины чувствительного вала одним оборотом, создавая такую же винтовую линию или спиралевидную форму за тем исключением, что этот второй комплект 28 датчиков 30 отделен от первого комплекта 24 приблизительно на интервал 180° по окружности чувствительного вала 10. На Фиг. 3B показан вид с торца первого комплекта 24, отстоящего приблизительно на 180° от второго комплекта 28. Использование этих двух линий датчиков 26, 30 позволяет выполнять измерения на большой площади наружной поверхности чувствительного вала 10, когда вал 10 вращается. Хотя конкретная форма первого комплекта 24 и второго комплекта 28 показана здесь как спиралевидная вокруг вала 10, следует понимать, что эти комплекты 24, 28 датчиков могут быть расположены по другим схемам, чтобы выполнять измерения давления на всем чувствительном валу 10.

[0048] Каждый датчик 30 этого второго комплекта 28 расположен в конкретном поперечном положении на чувствительном валу 10. Каждый датчик 26 первого комплекта 24 имеет соответствующий датчик во втором комплекте 28, причем каждый соответствующий датчик первого и второго комплектов расположен в том же поперечном положении на чувствительном валу. Таким образом, в каждом поперечном положении чувствительного вала расположена пара датчиков, которые измеряют давление в двух разных положениях на окружности. Каждая пара соответствующих датчиков расположена на чувствительном валу 10 в поперечном положении, чтобы дать два показания датчиков, когда чувствительный вал совершит полный оборот на 360°. Среднее значение таких двух показаний затем может быть использовано для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования, которое развилось на вращающемся валу отжимного пресса 12.

[0049] Способ выполнения измерений давления лучше всего объяснить со ссылкой на Фиг. 4 и 5. На Фиг. 4 и 5 приведены виды сбоку в вертикальном разрезе чувствительного вала 10, если смотреть прямо на зону прессования 18, которая показана парой пунктирных линий. На Фиг. 4 приведен типичный вид, на котором чувствительный вал 10 имеет пару датчиков 26, 30 непосредственно в зоне прессования, которые готовы выполнить измерение давления. Сетка, расположенная в нижней части чувствительного вала 10 в иллюстративных целях, показывает четырнадцать (14) отдельных поперечных положений по рабочей длине L чувствительного вала 10. На Фиг. 4 первый комплект 24 датчиков 26 можно видеть расположенным в поперечных положениях 1-7. Подобно ему, второй комплект 28 датчиков 30 показан в поперечных положениях 8-14 на Фиг. 4. Наружные датчики 26 первого комплекта 24 расположены в поперечных положениях 8-14, но их нельзя видеть на Фиг. 4. Подобно им, остальные датчики 30 второго комплекта 28 расположены в положениях 1-7, но их нельзя видеть на Фиг. 4, поскольку они находятся на противоположной стороне чувствительного вала. Следует понимать, что на этих чертежах показаны только 14 поперечных положений, чтобы упростить объяснение режима работы настоящего изобретения. При фактической эксплуатации может существовать много больше поперечных положений на чувствительном валу, принимая во внимание большую длину и ширину этих валов.

[0050] Только датчик 26, расположенный в поперечном положении 4, и датчик 30, расположенный в поперечном положении 11, находятся в правильном положении для измерения давления, поскольку они расположены в зоне прессования. Когда эти два датчика 26, 30 войдут в зону прессования NR, будет измерено давление, оказываемое на датчик. Поскольку чувствительный вал 10 продолжает вращаться, в зону прессования NR войдут другие датчики в поперечных положениях 5 и 12 и будут способны измерить давление в этих конкретных положениях. Дальнейшее вращение чувствительного вала 10 помещает датчики в поперечных положениях 6 и 13 в зону прессования NR для измерения давления. В конечном итоге чувствительный вал 10 поворачивается на 180° из своего исходного положения, показанного на Фиг. 4, и датчики в поперечных положениях 4 и 11 снова будут измерять давление. Эта схема расположения датчиков 26, 30 показана на Фиг. 5. Единственное отличие заключается в том, что датчик 30 второго комплекта 28 теперь находится в поперечном положении 4, и датчик 26 первого комплекта 24 находится в поперечном положении 11. Эти датчики 26 и 30, показанные на Фиг. 4 и 5, соответствуют датчикам, которые считывают давление в поперечном положении 4. Подобно этому, датчик 26 первого комплекта 24 на Фиг. 5 теперь будет в поперечном положении 11 готовым к измерению давления в этом месте. Датчик 30 в поперечном положении 11 на Фиг. 4 и датчик 26 поперечном положении 11 на Фиг. 5 являются соответствующими датчиками, которые дают показания давления в этих конкретных местах на чувствительном валу. Система, которая обрабатывает результаты измерений, может выводить среднее значение показаний каждой пары соответствующих датчиков в конкретном поперечном положении и вычислять профиль зоны прессования в этом положении на основании среднего значения. Например, если датчики 26, 30 в поперечном положении 4 дают показание 200 фунтов на линейный дюйм, то их среднее значение будет составлять 200 фунтов на линейный дюйм. Это указывает на небольшое или вообще отсутствующее изменение давления при вращении чувствительного вала 10. Среднее значение 200 фунтов на линейный дюйм затем будет использовано для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования в этом конкретном поперечном положении. Например, если датчик 30 поперечном положении 11, как показано на Фиг. 4, дает показание 240 фунтов на линейный дюйм, и датчик 26 в положении 11 на Фиг. 5 дает показание 160 фунтов на линейный дюйм, то среднее давление будет составлять 200 фунтов на линейный дюйм. Эти два разных показания в поперечном положении 11 указывают на изменение давления, которое вероятнее всего вызвано высокой частотой вращения чувствительного вала 10. Однако при обработке профиля давления в зоне прессования для поперечного положения 11 будет использовано среднее значение давления 200 фунтов на линейный дюйм, поскольку это среднее значение устраняет или практически устраняет эффект вращательной изменчивости, который имеет место на чувствительном валу 10. Среднее значение двух измерений даст более точное показание давления в этом конкретном поперечном положении.

[0051] В известных чувствительных валах, где используется один датчик в каждом поперечном положении, блок обработки будет получать сигналы от одиночного датчика в каждом поперечном положении. Известный чувствительный вал, одиночный датчик которого находится в поперечном положении 11 в показанном примере, может полагаться только на одно показание в этом положении для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования. Для известного вала тогда будет использоваться показание 240 фунтов на линейный дюйм или 160 фунтов на линейный дюйм для определения и отображения профиля давления в зоне прессования в этом месте. Такое показание будет менее точным, когда чувствительный вал совершит полный оборот на 360°. Соответственно, вычисленное давление в зоне прессования в этом положении будет менее точным. Однако обрабатывающий блок будет отображать профиль давления в зоне как точный, но в действительности он будет менее точным. Если оператор или автоматическое регулировочное оборудование выполнит регулировки чувствительного вала для компенсации показаний высокого или низкого давления, то чувствительный вал можно регулировать даже при более неточных показаниях давления в разных местах зоны прессования.

[0052] При повороте вала 10 и помещении разных датчиков в зону прессования соответствующие датчики измеряют давление и передают сигналы в обрабатывающий блок. Обрабатывающий блок, связанный с каждым чувствительным валом 10, затем может вычислить среднее давление по каждой паре соответствующих датчиков в разных поперечных положениях и создать профиль давления в зоне прессования, который будет отображен на мониторе или другом графическом экране. Для обработки показаний давления, которые выполняются за время в миллисекундах, можно использовать компьютерное оборудование, хорошо известное в данной области техники.

[0053] Один способ настоящего изобретения для отслеживания и устранения эффектов вращательной изменчивости из профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса таким образом включает предоставление чувствительного вала, имеющего некоторую рабочую длину и некоторое число поперечных положений по этой рабочей длине и размещение пар датчиков для измерения давления в каждом из поперечных положений. В конкретном варианте осуществления, показанном на Фиг. 3A-5, в способе используются датчики, отстоящие друг от друга на 180° по окружности. Это позволяет выполнить два разных измерения давления в каждом поперечном положении. Давление, оказываемое на каждый датчик каждой пары, когда датчик входит в зону прессования отжимного пресса, тогда может быть измерено, и среднее значение каждого из двух датчиков в каждом поперечном положении может быть вычислено, чтобы определить среднее значение давления. Средние значения давления в каждом поперечном положении затем можно использовать для создания профиля давления в зоне прессования отжимного пресса.

[0054] Следует понимать, что, хотя в настоящем изобретении раскрыто математическое моделирование, в котором использовано прямое усреднение результатов измерений, полученных каждым соответствующим датчиком, можно получить составной средний результат измерения, используя другие типы моделей, по которым можно получать и вычислять средний результат измерения в каждом поперечном положении. Например, операционное оборудование (процессоры данных) могут использовать другую модель, такую как "аппроксимация кривой", которая также может создавать более точный профиль давления в зоне прессования. Другие модели, также известные в данной области техники, могут быть использованы с многочисленными показаниями давления от разных датчиков, чтобы получить более точный профиль давления в зоне прессования.

[0055] Варианты чувствительного вала раскрыты на Фиг. 6-8. Сначала со ссылкой на Фиг. 6А и 6B используются три разных комплекта датчиков, которые проходят вокруг чувствительного вала 10. Как можно видеть в раскрытом варианте осуществления чувствительного вала 10, первый комплект 24 датчиков 26, второй комплект 28 датчиков 30 и третий комплект 32 датчиков 34 показаны как непрерывные линии датчиков, которые проходят вокруг чувствительного вала за один полный оборот, причем каждый комплект 24, 28, 32 образует винтовую линию вокруг чувствительного вала 10. Датчики 34 указаны треугольниками, чтобы отличить эти датчики от датчиков 26, 30 двух других комплектов 24, 28. Соседние комплекты 24, 28 и 30 датчиков отстоят друг от друга на 120° по окружности (см. Фиг. 6B) в поперечном положении чувствительного вала 10, чтобы давать хороший результат измерения фактически развившегося давления и устранить, или по меньшей мере частично устранить, любую вращательную изменчивость при удвоенной частоте вращения, которая может развиться в этом поперечном положении. Также, результаты измерения от каждого из соответствующих датчиков в каждом поперечном положении могут быть усреднены, чтобы получить усредненный результат измерения, который дает более точное представление о давлении, развившемся в зоне прессования в этом поперечном положении.

[0056] Следует понимать, что рабочая длина чувствительного вала может быть весьма большой и может требовать, чтобы каждый комплект датчиков проходил вокруг вала больше чем один раз. Также, такая схема расположения будет удовлетворительной, если она позволит использовать три датчика в каждом поперечном положении (с интервалом 120° друг от друга), чтобы получить три отдельных показания давления, которые затем будут обработаны для получения базового показания.

[0057] Теперь со ссылкой на Фиг. 7А и 7B четвертый комплект 36 датчиков 38 добавлен к чувствительному валу 10, чтобы получить еще один датчик в каждом поперечном положении. Соседние комплекты 24, 28, 30, 36 отстоят друг от друга на 90° по окружности (см. Фиг. 7B) в поперечном положении чувствительного вала 10, чтобы получить хороший результат измерения фактически развившегося давления и устранить, или по меньшей мере частично устранить, любую вращательную изменчивость при удвоенной частоте вращения, которая может развиться в этом поперечном положении. Также следует понимать, что рабочая длина чувствительного вала может быть весьма большой и может требовать, чтобы каждый комплект датчиков проходил вокруг вала больше чем один раз. Такая схема расположения будет удовлетворительной, если она позволит использовать четыре датчика в каждом поперечном положении (с интервалом 90° друг от друга), чтобы получить четыре отдельных показания давления, которые затем будут обработаны для получения базового показания.

[0058] Теперь со ссылкой на Фиг. 8А и 8B первый комплект 24 датчиков 26 показан как непрерывная линия датчиков, которые проходят вокруг чувствительного вала наполовину (1/2) оборота. Второй комплект 28 датчиков 30 также проходит вокруг чувствительного вала наполовину (1/2) оборота. Таким образом, вокруг чувствительного вала 10 выполнена только частичная винтовая линия. Эта схема расположения датчиков 26, 30 также позволяет установить пару датчиков в конкретное поперечное положение. Как и в чувствительном валу 10, показанном на Фиг. 3A-5, соседние комплекты 24, 28 расположены по окружности с интервалом 180° друг от друга (см. Фиг. 8B). Полученная структура создает чувствительный вал, который имеет только один датчик, входящий в зону прессования в любой данный момент времени. Этот конкретный вариант осуществления чувствительного вала 10 должен давать хороший результат измерения фактически развившегося давления и устранять, или по меньшей мере частично устранять, любую вращательную изменчивость на удвоенной частоте вращения, которая может развиться в этом поперечном положении.

[0059] Подобным же образом, три винтовые линии могут быть расположены с интервалом 120°, четыре - 90° или n винтовых линий - 360°/n. Конкретное преимущество этой схемы расположения датчиков заключается в отслеживании коротковолновых сигналов, которые могут быть связаны с износом покрытия, когда каждый чувствительный элемент находится в отличном от других положении вращения. На Фиг. 9А и 9B показаны три непрерывные линии 24, 28 и 32 датчиков 26, 30 и 34, которые проходят вокруг чувствительного вала на часть оборота (120°). Таким образом, только частичная винтовая линия образована вокруг чувствительного вала 10 каждым комплектом 24, 28 и 32. Эта схема расположения датчиков 26, 30 и 34 позволяет определять группу датчиков для конкретного поперечного положения. Как и в чувствительном валу 10, показанном на Фиг. 6А и 6B, соседние комплекты 24, 28 и 32 расположены по окружности с интервалом 120° друг от друга на валу (см. Фиг. 9B). На Фиг. 10А и 10B показаны четыре непрерывные линии 24, 28, 32 и 36 датчиков 26, 30, 34 и 38, которые проходят вокруг чувствительного вала на часть оборота (90°). Снова только частичная винтовая линия образована вокруг чувствительного вала 10 каждым комплектом 24, 28, 32 и 36. Эта схема расположения датчиков 26, 30, 34 и 38 позволяет определять группу датчиков для конкретного поперечного положения. Как и в чувствительном валу 10, показанном на Фиг. 7А и 7B, соседние комплекты 24, 28, 32 и 36 расположены по окружности с интервалом 90° друг от друга на валу (см. Фиг. 10B). Полученная структура создает чувствительный вал, который имеет только один датчик, входящий в зону прессования в любой данный момент времени. Этот конкретный вариант осуществления чувствительного вала 10 должен давать хороший результат измерения фактически развившегося давления и устранять, или по меньшей мере частично устранять, любую вращательную изменчивость на удвоенной частоте вращения, которая может развиться в этом поперечном положении. Подобные линии датчиков могут быть расположены по длине чувствительного вала 10 так, что будут сформированы n линий датчиков, образующих частичные винтовые линии и отстоящие друг от друга на интервал 360°/n по длине вала 10. Соседние линии датчиков будут расположены с интервалом 360°/n друг от друга по окружности на валу.

[0060] Способы отслеживания и устранения эффектов вращательной изменчивости из профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса, в которых используются варианты осуществления с Фиг. 6A-10B, включают предоставление чувствительного вала, имеющего некоторую рабочую длину и некоторое число поперечных положений по рабочей длине, и размещение пар датчиков для измерения давления в каждом из этих поперечных положений. Способ включает вычисление среднего результата измерения давления при использовании датчиков, размещенных в каждом поперечном положении. В вариантах осуществления с Фиг. 6А и 6B и Фиг. 9А и 9B усредняются результаты с трех датчиков, расположенных в одном поперечном положении. Подобно этому, показания четырех датчиков из вариантов осуществления с Фиг. 7А и 7B и Фиг. 10А и 10B используются для получения среднего результата измерения давления. В варианте осуществления с Фиг. 8А и 8B, как и в варианте осуществления с Фиг. 3A-5, используются результаты измерений с пары датчиков, расположенных в каждом поперечном положении. Средние результаты измерений давления в каждом поперечном положении тогда могут быть использованы для создания профиля давления в зоне прессования отжимного пресса.

[0061] Датчики, используемые в разных комплектах, могут быть электрически соединены с блоком передатчика 40, который также может быть прикреплен к блоку отслеживания 10. Блок передатчика 40 может передавать сигналы по беспроводной связи, которые могут быть приняты приемником беспроводной связи в удаленном месте. Такой приемник может являться частью системы, которая обрабатывает сигналы, создает профиль зоны прессования и отправляет корректирующие сигналы обратно на чувствительный вал 10. Сигналы от датчиков могут быть собраны в один и тот же период времени и усреднены все вместе для немедленного использования. Однако такая дополнительная передача по беспроводной связи может сократить срок службы аккумулятора беспроводного блока. Поскольку вращательная изменчивость изменяется медленно, поочередный сбор сигналов с датчиков и усреднение собранных сигналов в разные периоды времени даст сопоставимую информацию и может сэкономить заряд аккумулятора.

[0062] Одна конкретная система обработки сигналов показана на Фиг. 11 и будет описана более подробно ниже. Беспроводная передача может осуществляться по радиоволнам, оптическим волнам или другими известными способами передачи на расстояние, если желательна прямая передача по проводам, могут быть использованы узлы скользящих колец и другие хорошо известные электрические устройства связи (не показаны).

[0063] На Фиг. 11 показана общая архитектура одной конкретной системы контроля качества продукта, применимая к производству бумаги. Система, показанная на Фиг. 11, включает обрабатывающее оборудование, которое вычисляет и отображает профиль давления в зоне прессования. Например, результаты измерения давления могут быть отправлены на беспроводной приемник с передатчика (или передатчиков), расположенного на чувствительном валу. Сигналы затем отправляются на процессор обработки сигналов с высоким разрешением, чтобы позволить вычислить средние результаты измерения давления и использовать их для создания и отображения профиля давления в зоне прессования. Данные могут быть переданы в блок управления процессом, который может, например, отправить сигналы обратно на чувствительный вал, чтобы скорректировать распределение давления по зоне прессования. Один такой отжимной пресс, который способен вносить корректировки в реальном времени, описан в патенте США №4,509,237, включенном в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. В этом отжимном прессе использован вал, который имеет датчики положения, чтобы определять неравномерность расположения оболочки вала. Сигналы от датчиков активируют элементы поддержки или давления под оболочкой вала, чтобы выровнять неравномерное расположение, которое может являться результатом изменений давления. Также можно использовать другое известное оборудование, которое корректирует покрытие вала.

[0064] Датчики могут иметь любую форму, известную специалистам в данной области техники и подходящую для детектирования и измерения давления. Датчики давления могут включать пьезоэлектрические датчики, пьезорезистивные датчики, резистивные датчики силы (FSR), волоконно-оптические датчики, динамометрические датчики на основе тензодатчиков и емкостные датчики. Изобретение не ограничено вышеназванными датчиками и может включать другие датчики давления, известные средним специалистам в данной области техники. Следует понимать, что с настоящим изобретением могут быть использованы данные, относящиеся к представляющему интерес рабочему параметру, кроме давления. В этом случае датчики могут быть использованы для измерения температуры, деформации, влажности, ширины зоны прессования и т.д. Датчики должны быть стратегически расположены на чувствительном валу, как сказано выше. В зависимости от типа датчика в каждом месте расположения датчика могут потребоваться дополнительные электронные средства. Конструкция и работа вышеупомянутых датчиков хорошо известны в данной области и не будут более подробно описаны ниже.

[0065] Обрабатывающим блоком обычно является персональный компьютер или подобное устройство для обмена данными, такое как система дистрибутивного управления бумажной фабрики, которая может обрабатывать сигналы датчиков для получения полезной и хорошо понятной информации из удаленного места. Подходящие примеры обрабатывающих блоков описаны в патентах США №№5,562,027 и 6,568,285, выданных на имя Мура (Moore), раскрытия которых включены в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.

[0066] Теперь со ссылкой на Фиг. 12-15, где представлены графики, которые далее объясняют и представляют типичное отображение изменчивости вала, которая может развиться во время эксплуатации. Поверхности валов были отображены согласно способам и устройствам, описанным в патенте США №5,960,374, с использованием датчиков свойств бумаги, которые относились к давлению в зоне прессования. При отображении был использован массив из 5000 элементов, разделенных на 100 поперечных положений и 50 вращательных положений. Эти графики подтвердили, что наибольшая изменчивость валов происходит за один цикл при обороте, совпадающем по фазе на валу или не совпадающем по фазе (фаза сдвигается с положением профиля). Модель 2 цикла на оборот иногда отмечалась на краях вала. Более высокие частоты (такие как 3 цикла на оборот) отмечались редко и то только на крайних точках краев, оказывая малое влияние. Три графика поверхности валов были нормализованы (масштабированы по шкале 0-100%) и спиралевидные пути сканирования были наложены на карты поверхности. Точный профиль давления в зоне прессования был определен путем усреднения 50 вращательных положений в каждом из 100 поперечных положений. Спиралевидные пути сканирования и средние значения двух или больше таких путей под разными углами разделения были использованы для получения предварительных оценок профиля давления в зоне прессования. Эти предварительные оценки затем вычитали из точного профиля зоны прессования, чтобы получить ошибку в каждой оценке. На Фиг. 12 и 13 показано, что двух матриц датчиков по ширине вала с разделением на 180° по окружности достаточно для устранения большей части вращательной изменчивости, когда изменчивость составляет 1 цикл на оборот. На Фиг. 14 показано, что двух матриц недостаточно, чтобы обработать изменчивость 2 цикла на оборот на краях, поскольку отличие оценки от точного профиля зоны прессования на краях так велико, как одиночное спиралевидное сканирование. Для этого случая потребуется как минимум 3 матрицы, отстоящие друг от друга на 120°. Большее число матриц на оборот может далее уменьшить ошибку в результате измерения, но за счет повышенных расходов. Поэтому вариант осуществления с тремя (3) матрицами (линиями) датчиков, отстоящими друг от друга на 120° по окружности, гарантирует, что вся изменчивость 1 цикл/оборот и 2 цикла/оборот будет уменьшена. Однако 2 матриц может быть достаточно для многих валов без изменчивости 2 цикла/оборот, и больше 3 матриц могут дать превосходный результат измерения и уменьшение изменчивости, но за счет повышенных расходов.

[0067] На Фиг. 15 показаны профили давления в зоне прессования, полученные на валу с использованием разных встроенных датчиков. Эти данные показывают четкие отличия в профиле между тремя матрицами. Стоит наиболее отметить, что матрицы 1 и 3 (отстоящие на 180°) показывают значительную разницу в форме, особенно в положении 14-20 профиля.

[0068] Хотя в настоящем документе описано то, что считается предпочтительными и приводимыми как пример вариантами осуществления настоящего изобретения, другие модификации изобретения должны быть очевидны специалистам в данной области техники из вышеизложенного, и поэтому желательно закрепить в прилагаемой формуле изобретения все такие модификации как подпадающие под истинную сущность и объем изобретения. Таким образом, любая модификация формы, конфигурации и состава элементов, входящих в изобретение, подпадает под объем настоящего изобретения. Соответственно, это желательно закрепить выданным патентом США на изобретение, которое определено с отличиями в формуле изобретения, приведенной ниже.

Изобретение относится к отжимным прессам, предназначенным для воздействия прижимными силами на движущиеся полотна при получении различных материалов. Несколько групп датчиков расположены по окружности с некоторым интервалом друг от друга в каждом поперечном положении на чувствительном вале отжимного пресса для измерения и устранения, или практического устранения, воздействий вращательной изменчивости, которые могут существовать на чувствительном вале. Эти стратегически расположенные датчики предназначены для измерения давления, прилагаемого к полотну, которое проходит через отжимной пресс. Среднее из результатов измерения нескольких датчиков, расположенных с интервалом друг от друга по окружности, обеспечивает эффективное устранение любой вращательной изменчивости, которая может существовать в поперечном положении на чувствительном вале. Технический результат заключается в повышении точности измерения профиля давления в зоне прессования и выполнении более точных регулировок для уменьшения изменчивости профиля давления в зоне прессования, а также возможности прогнозирования неисправностей покрытия или подшипников, резонансных частот и других аномалий вала. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Чувствительный вал для использования в отжимном прессе, включающий:

по существу цилиндрический элемент, имеющий наружную поверхность и приспособленный для вращательного движения;

покрытие вала по окружности, лежащее поверх наружной поверхности цилиндрического элемента, и

отслеживающую систему, связанную с покрытием вала, включающую:

первый комплект датчиков для измерения давления, расположенный в конкретной конфигурации на покрытии вала, причем каждый датчик первого комплекта расположен в конкретном поперечном положении на покрытии вала; и

по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления, расположенный в конкретной конфигурации на покрытии вала, причем каждый датчик по меньшей мере одного дополнительного второго комплекта расположен в конкретном поперечном положении на покрытии вала,

отличающийся тем, что каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик в каждом из по меньшей мере одном дополнительном комплекте датчиков для измерения давления, который расположен в том же поперечном положении и отстоит по окружности на равный интервал, и

первый комплект и по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включают n комплектов датчиков, причем каждый датчик одного из n комплектов имеет соответствующий датчик в остальных n-1 комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 360°/n по окружности от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 360°/n вокруг чувствительного вала.

2. Чувствительный вал по п. 1, включающий приемопередатчик, прикрепленный к цилиндрическому элементу и каждому из датчиков первого комплекта и по меньшей мере одного дополнительного комплекта датчиков для измерения давления для передачи сигналов данных с датчиков.

3. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что давление, прилагаемое к датчику из первого комплекта и по меньшей мере одного дополнительного комплекта датчиков для измерения давления, измеряется, когда эти датчики входят в зону прессования отжимного пресса.

4. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект и третий комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором и третьем комплектах, который расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 120° по окружности.

5. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором комплекте, который расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 180° по окружности.

6. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект, третий комплект и четвертый комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором, третьем и четвертом комплектах и каждый соответствующий датчик расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 90° по окружности от соседнего датчика.

7. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект и третий комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором и третьем комплектах, который расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 120° по окружности от соседнего датчика, и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 120° вокруг чувствительного вала.

8. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором комплекте, который расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 180° по окружности, и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 180° вокруг чувствительного вала.

9. Чувствительный вал по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один дополнительный комплект датчиков для измерения давления включает второй комплект, третий комплект и четвертый комплект, причем каждый датчик первого комплекта имеет соответствующий датчик во втором, третьем и четвертом комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 90° по окружности от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 90° вокруг чувствительного вала.

10. Система для вычисления и отображения профиля давления в зоне прессования отжимного пресса, включающая:

чувствительный вал, конфигурированный со вторым валом в отжимном прессе, причем чувствительный вал и второй вал приспособлены для прессования при вращении вещества между ними в зоне прессования,

причем чувствительный вал имеет некоторое число поперечных положений по его длине,

чувствительный вал включает некоторое число комплектов датчиков для измерения давления,

каждый датчик из некоторого числа комплектов датчиков расположен в поперечном положении вдоль чувствительного вала, и

каждый датчик предназначен для отслеживания и измерения давления, когда датчик входит в зону прессования отжимного пресса,

отличающаяся тем, что некоторое число комплектов датчиков для измерения давления включает n комплектов датчиков, причем каждый датчик одного из n комплектов имеет соответствующий датчик в остальных n-1 комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же поперечном положении и отстоит на 360°/n по окружности чувствительного вала от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 360°/n вокруг чувствительного вала, и

каждый из соответствующих датчиков из некоторого числа комплектов дает результат измерения давления в соответственном поперечном положении, который усредняется, чтобы представить средний результат измерения обрабатывающему оборудованию, которое вычисляет и отображает профиль давления в зоне прессования отжимного пресса.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что для анализа показаний датчиков в каждом поперечном положении используется математическая модель, чтобы корректировать давление в зоне прессования и вычислять профиль вращательной изменчивости в зоне прессования.

12. Система по п. 10, кроме того, включающая приемопередатчик, прикрепленный к чувствительному валу и к каждому из датчиков из некоторого числа комплектов, для передачи сигналов данных от датчиков в блок приемника.

13. Система по п. 12, кроме того, включающая обрабатывающий блок для вычисления распределения давления в зоне прессования на основании средних результатов измерения давления каждым из соответствующих датчиков из некоторого числа комплектов датчиков для измерения давления и для отображения профиля давления в зоне прессования и профиля изменчивости в зоне прессования на блоке отображения.

14. Система по п. 10, отличающаяся тем, что датчики каждого комплекта расположены по определенной схеме на чувствительном вале.

15. Способ определения профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса, включающий:

измерение давления, оказываемого на первый датчик, расположенный в конкретном поперечном положении на чувствительном валу, когда первый датчик входит в зону прессования отжимного пресса;

измерение соответствующего давления, оказываемого на один или более дополнительные датчики в конкретном поперечном положении, когда они входят в зону прессования отжимного пресса,

причем один или более дополнительных датчиков расположены в том же конкретном поперечном положении, что и первый датчик, и отстоят на некоторое расстояние по окружности от первого датчика; и

усреднение результата измерения давления первым датчиком и результата измерения давления одним или более дополнительными датчиками и определение профиля давления в зоне прессования,

отличающийся тем, что первый датчик, один или более дополнительных датчиков, а также некоторое число других датчиков, расположенных в одном или более других поперечных положениях на чувствительном валу, включают некоторое количество датчиков, сгруппированных в n комплектов датчиков, причем каждый датчик одного из n комплектов имеет соответствующий датчик в остальных n-1 комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 360°/n по окружности от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 360°/n вокруг чувствительного вала.

16. Способ по п. 15, кроме того, включающий отображение профиля давления в зоне прессования на основании средних результатов измерения давления первым датчиком и одним или более дополнительными датчиками.

17. Способ по п. 15, кроме того, включающий регулировку чувствительного вала для уменьшения изменчивости профиля давления в зоне прессования при конкретном поперечном положении на чувствительном валу.

18. Способ определения профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса, включающий:

размещение n комплектов датчиков на чувствительном валу, где n - целое число больше единицы,

причем каждый датчик из n комплектов датчиков располагают вокруг чувствительного вала для отслеживания давления, оказываемого на чувствительный вал в месте этого датчика, и для подачи сигнала, представляющего это давление,

каждый из датчиков из n комплектов расположен в конкретном поперечном положении из некоторого количества поперечных положений на чувствительном валу, и

каждый датчик из n комплектов имеет соответствующий датчик в остальных n-1 комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же поперечном положении и отстоит на 360°/n по окружности на чувствительном валу от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 360°/n вокруг чувствительного вала;

измерение давления, оказываемого на каждый датчик из n комплектов, когда чувствительный вал вращается и датчики находятся в зоне прессования отжимного пресса; и

в каждом из некоторых поперечных положений усреднение показаний давления каждого датчика из n комплектов, расположенных в данном поперечном положении.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что датчики из n комплектов располагают на чувствительном валу так, что датчик одного комплекта находится в зоне прессования отжимного пресса, когда датчик по меньшей мере одного другого комплекта также находится в зоне прессования отжимного пресса.

20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что измерение соответствующего давления осуществляют каждым датчиком каждого из n комплектов, когда датчики входят в зону прессования.

21. Способ по п. 18, отличающийся тем, что результаты измерения с датчиков передают по беспроводной связи устройством, прикрепленным к чувствительному валу.

22. Способ по п. 18, отличающийся тем, что каждый датчик данного комплекта из n комплектов располагают в поперечном положении, отличном от поперечного положения другого датчика данного комплекта.

23. Способ по п. 18, кроме того, включающий регулировку чувствительного вала, чтобы уменьшить изменчивость профиля давления в зоне прессования.

24. Способ по п. 18, отличающийся тем, что первый комплект датчиков расположен на чувствительном валу по конкретной схеме и другие комплекты из n датчиков расположены по той же схеме.

25. Способ получения профиля давления в зоне прессования чувствительного вала отжимного пресса, включающий:

предоставление чувствительного вала, имеющего рабочую длину и некоторое число поперечных положений по рабочей длине;

размещение некоторого числа датчиков для измерения давления в каждом поперечном положении,

причем в каждом поперечном положении датчики отстоят по окружности на некоторый интервал друг от друга;

измерение давления, оказываемого на каждый датчик в каждом поперечном месте, когда датчик входит в зону прессования отжимного пресса;

в каждом поперечном положении усреднение результатов измерения давления от всех датчиков, размещенных в этом поперечном положении, чтобы определить средний результат измерения давления в каждом поперечном положении; и

использование средних результатов измерения давления в каждом поперечном положении, чтобы получить профиль давления в зоне прессования отжимного пресса,

отличающийся тем, что в каждом поперечном положении некоторое число датчиков для измерения давления сгруппированы в n комплектов датчиков, причем каждый датчик одного из n комплектов имеет соответствующий датчик в остальных n-1 комплектах, каждый соответствующий датчик расположен в том же положении поперечного сечения и отстоит на 360°/n по окружности от соседнего датчика и каждый комплект датчиков образует частичную винтовую линию, которая проходит приблизительно на 360°/n вокруг чувствительного вала.