CN1013596B - 衰减纸机流浆箱内压力波动的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种衰减输给流浆箱(10)的纸浆压力波动的方法，按测量纸浆中压力波动的结果控制注入水流，籍水流量改变控制纸浆流体有效容积，使后者引起的压力改变与被衰减的压力变化反相，这就衰减了纸浆压力变化。还涉及实现该方法的装置，它包括一个或一套传感器(6)，按其输出信号，使调节器(7)通过其控制元件(2)移动足够快的阀门而自动控制要输入纸浆的水流量。

Description

本发明涉及一种有效地减少存在于注入到纸张和纸板机流浆箱中的纸浆内的压力波动的方法与装置。

首先一般地讨论本发明的背景和目的，以及造纸机纸浆系统的输入管路中同质流体扰动产生的机理。当在流浆箱堰板的每个单位长度上，等量的干燥材料以每单位时间等速连续地流出时，就扰动来说，是典型的。如果通过堰板的整个宽度上流量相同，但相对于时间而言有变化，则会引起沿机器方向上基本重量改变。本发明的主要目的是提供一种方法和装置，利用这种方法和装置，比起以前的方法能更经济，有效地减少这种改变。

如果纸浆的流量对于时间来说是常量，但在通过造纸机的宽度上的不同点有变化，则会产生基本重量的横向变化。这些变化不能用纸浆系统的输入管道中的衰减装置来衰减，正如已经知道的，可以利用堰板唇部的细调杆来实现断面的调整。

如果在整个堰板上同时测得的纸浆流量不随时间变化，而且，在长时间内观察到的造纸机宽度上各点流量，除了瞬时变化外，其平均值不随时间变化，则仍会出现不规则的较重和较轻点，或所谓的残余变化。后者的变化首先是由于流浆箱内形成的扰动对于输出流体的影响，其次是由于纸浆内固体颗粒小幅度分布不均而引起的。

上述扰动现象不能用本发明的衰减系统或任何置于输入管路中的其它系统予以衰减。所述问题可通过流浆箱的设计来产生影响。因此，减少上述纸浆中固态颗粒小幅度分布不均是本发明解决的目的，这比起已知的最好解决方案更为经济，或至少同样有效。

产生上述沿机器方向的基本重量变化的主要原因首先是由于通至流浆箱的入口管道内纸浆体积流量的变化;其次是由于以声速推进的压力波经常出现在入口管道内。在堰板处它变为射流动能的变化;还有，在上述入口管道里纸浆粘度的大幅度变化。

简言之，本发明涉及的入口扰动原因可以描述成堰板处的动态压力变化;出口扰动原因是管道内的流体静压力变化、由泵输送压力变化，在该过程中压力损失变化，通过管道的支持结构传到管道的振动引起的脉冲压力变化以及特别是在阀门、管道的弯角处等由扰动引起的管道内的压力变化。实际上业已观察到各种扰动信号都有它们自己特有的常常是很宽的频谱。然而，在对应于泵的旋转速度以及它的倍数的频率处和在副谐波处的清晰可见波峰说明了例如泵的扰动信号的频谱。在实践中，有害的波动的频率范围是1-50赫，波动幅度范围是1-20毫巴（＝1-20厘米水柱）。

先前已知的为衰减造纸机流浆箱里的压力波动的解决办法已公开在美国专利US3649446中，其中，为了获得予计的压力，流浆箱的容积要按照压力变化而改变，并有一空气空隙。

美国专利US4146052公开了一个用于造纸机纸浆流体压力扰动的衰减系统已知的解决方案。根据上述专利的装置包括一个带有一小室和一个过渡区的外壳、一多孔板设在过渡区下游端处的外壳内。这个板横跨过渡区的整个横断面，并有许多导管，每个导管都有一系列 的台阶式流动断面，增加了沿液体流动方向上的横断面积。过渡截区和多孔板共同实现了压力扰动的衰减。

芬兰专利FI57281公开了为衰减造纸机液力流浆箱纸浆流体中的压力变化所用系统的解决方案。其中，入口集流管和/或补偿室通过一柔性壁与一气室相连通，此柔性板与纸浆在此处的流动方向平行，并能在压力变化的影响下振动。

芬兰专利FI57282也公开了一种在纸浆流动中减弱压力扰动的装置，它被置于纸浆的输入管道中。该装置有一封闭的气室和贯穿有流体导管的封闭容器，其壁面是类似膜片的材料，具有柔性，在压力扰动的作用下可以振动，它的一边与容器的气室有直接联系。

在芬兰专利FI58955中公开了另一种已知装置，它被置于造纸机的液力流浆箱的输入管道中衰减流体扰动的压力。该专利的装置包括一个容器，一个气室以及纸浆在其内流动的小室，它用一种类似膜片的柔性壁互相连系。

已知的流奖箱具有三种主要类型：

a）那些带有直接连在流浆箱上的气垫的所谓气垫流浆箱。

b）具有与之分开的气垫的液力流浆箱，其中空气容器配置在入口集流管以前或以后的输入管道里。

c）没有任何气垫的液力流浆箱

气垫的作用是补偿产生在堰板前或出料口之前纸浆流体的压力变化，它可能产生于流浆箱之前的纸浆系统或流箱本身。

在按照a）点的气垫型流浆箱中，上述瞬间压力变化的衰减通常是十分有效的，因为撞击气垫的纸浆流区域较大，以及垂直于纸浆流动方向所测得的纸浆空间高度较低。这些流浆箱还有另外的优点，即 气垫通常可延伸至离流浆箱的堰板很近，因此不会在气垫和堰板唇部之间的剩余区域内产生新的压力变化的危险。

尽管有上述优点，气垫型流浆箱最近常不得不让位于点b）点和c）点中提到的液力或全液力流浆箱，这与最新的高速造纸机有关，原因是后者较易安装成与双网形成装置连接，另一方面，生产费用也较低。来自堰板的纸浆喷流的较大的扰动和扰动强度的良好分布，加之因此而产生的纸浆的更加均匀也有利于采用液力流浆箱。

先前叙述的压力变化对流浆箱所造成的困难抵销了上述优点，常常在原先的全液力流浆箱上安装一个或几个单独的空气容器，作为气垫型流浆箱的气垫而作用。业已知道安装单独空气容器的各种方案，其中的某些解决方案里，是将空气容器连到流浆箱前的纸浆管道，而在另一些方案里，将它们固定在流浆箱本身的上方，并用管道或导管连到流浆箱的上部。

后者的解决方案无论如何有一缺点，即由于空气容器安排在流浆箱的上方，从液体流动的中心轴线计算的液流自由表面的高度变大了，否则从流浆箱通入空气容器的连接管或导管必须制成较主要流体管道为细。在这两种情况下，衰减能力与普通气垫型流浆箱相比要明显减小。

本发明的主要目的是提供一个有效的衰减方法及实施该方法的装置，它能消除存在于纸浆中的压力波动，并代替流浆箱的衰减室及其空间，以节省空间。本发明可以用一个比已知任何结构都简单、便宜的结构来实现。

本发明是基于液体的弹性系数很大的事实。例如，改变纯水的体积1%，则这个体积内的水的压力改变大约200巴。纸浆内的压力变化没有这么大，因为纸浆内常含有少量的空气。实际上，纸浆的体积 改变1%，很可能意会着压力会改变大约20巴。按照本发明的方法，将水注入纸浆，改变了纸浆的有效体积。水流量可以被迅速地改变，其结果是纸浆的有效体积也很快地变化。用适当的方法控制水流，就可消除纸浆中的压力变化。水的需要量很少，甚至体积的十万分之一的变化都将引起消除压力波动所需20毫巴压力的改变。实际上仍需要稍微多些的水，因为管道不会完全符合一个理想的封闭容器。对于每分钟10000升的纸浆流量，实践上水的适用量为1-10升/分，这样数量的水对纸浆料的密度没有实际影响。

本发明的特征主要在于本方法综合包括以下步骤：

（a）测量浆料中的压力波动;

（b）在步骤（a）测量结果的基础上，控制注入到纸浆中的水流量;

（c）通过按步骤（b）控制所取得的水流量的变化来控制纸浆流体的有效容积;

（d）利用按步骤（c）取得的容积变化来得到压力变化。此压力变化实际上被设计得要被衰减的压力变化反相，以此来衰减纸浆中的压力变化。

本发明方法的另外的优点在于注入到纸浆中的水流量是这样控制的，在变换水流控制信号时，计入了各控制元件引起的延迟以及纸浆和水流的距离和/或速度差，从而获得使压力波动衰减的压力变化。还在于纸浆中具有主要在1-50赫频率范围内的能量谱的压力扰动被衰减了。

实现本发明方法的装置，其特征在于该装置包括一个压力传感器或者一套相应的传感器，根据其输出信号，使调节器通过其操纵元件 移动足够快的阀装置来自动控制要输入到纸浆中的水流量。

本发明装置的另外优越性在于用压力传感器从浆料管中测量纸浆中的压力波动;最好通过一供水点，将水流导入纸浆管内的纸浆中。还在于用压力传感器从流浆箱的堰板处测量纸浆中的压力波动;水流最好是通过几个平行的供水点横交于纸浆的流动方向导入到流浆箱的纸浆中。还在于调节器是一个电子调节器，它将压力传感器给出的信号变换为水流的控制信号，其中设计了由各控制元件引起的延迟以及纸浆和水流的距离和/或速度差，以便获得衰减压力波动的压力变化。还在于控制元件是一个由伺服阀或相应装置控制的液压油缸。还在于压力传感器的测量位置处于比水流的供水点离流浆箱更近些的位置。

下面参考示于各附图中的本发明的一些实施例详述本发明，但这决不限制本发明。

图1表示根据本发明的一种装置的原理图。

图2表示该装置的另一个实施例的原理图。

图3用曲线图表示利用反相压力变化消除压力波动。

在图1的装置中，使用一个足够快速和灵敏的压力传感器6或相应的装置测量在经纸浆导管5流到流浆箱10的纸浆内的压力波动。压力传感器6输出一个信号给电子调节器7，它将压力传感器6发出的信号变换为馈送给液压伺服阀3的信号，通过电子调节器7，信号被进一步送到液压伺服阀3，它控制液压操纵元件2的活塞的位置。液压操纵元件2的活塞移动阀1的轴，使阀1的节流状况按照轴的位置改变。阀1控制送到纸浆中的水流，这个水流是从压力水箱8经过管4进入纸浆管5，其流动方向对于流浆箱10来说是从外向内。

压力传感器6的测量点距离流浆箱10最好比进料位置与管4间 的距离稍近。

调节器7发出的信号经伺服阀3加到操纵元件2，经过操纵元件2控制阀1，用这种方法使水流经阀1沿管4注入到管5的纸浆中，改变了纸浆的有效容积，因而也改变了压力，这样就消除了压力波动。

当对压力传感器6发出的信号进行变换时，电子调节器7也计入了各种操纵元件产生的延迟，以及纸浆和水流的速度和距离差，因此，由于水流变化引起的纸浆有效容积的变化导致了压力改变，这种压力变化消除了压力波动。图3示出了反相压力变化PM怎样消除了压力波动PV的实例。

阀1可被快速控制，结果伺服阀3和操纵元件的作用也会足够快，其速度大约为50赫;作用距离很短，大约为±1毫米。

经过管4和阀1加到管5内纸浆里的水被泵入具有稳定压力的压力箱8中。压力箱8中的压力最好大约保持在20-30巴。

控制操纵元件2的液压伺服阀3的压力油由液压机组9供给。

阀1和纸浆管5之间的管4应足够短，这样可尽快地改变液流的速度，以消除压力波动。

图2示出了本发明的另一实施例，其中使用压力传感器6例如从流浆箱10的堰板11处测量压力波动。压力传感器6产生的信号经调节器7，变换后输给伺服阀3，伺服阀控制操纵元件2的活塞，而活塞带动阀1的轴，用此种方法可使阀1的节流状况按轴的位置而变化。阀1控制从压力箱8通过管4进到流浆箱纸浆中的水流量。

在本实施例的解决方案中，水流通过一根管或者最好是几根管，进到流浆箱中。管4最好垂直于纸浆流动的方向以一适当间隔平行放 置。然而压力波动的测量仅使用一个传感器6来进行。

虽然已参照一些优选的实施例描述了本发明，然而精通该技术的人应当理解，本发明并不限于这些精确的装置，可以对这些装置作出种种修改，然而它们都没有离开在附录的权利要求书中所规定的本发明的范围。

Claims (10)

1、一种被输入到纸张或纸板机流浆箱内的纸浆中的压力波动的有效衰减方法，其特征在于本方法综合包括以下步骤：

(a)测量浆料中的压力波动；

(b)在按步骤(a)测量结果的基础上，控制注入到纸浆中的水流量；

(c)通过步骤(b)控制所得到的水流量的变化来控制纸浆流体的有效容积；

(d)利用按步骤(c)的容积变化来得到压力变化，这种压力变化实际上被设计得与要被衰减的压力变化反相，这样就衰减了纸浆中的压力波动。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于注入到纸浆中的水流量是这样控制的，在变换水流控制信号时，计入了各控制元件引起的延迟以及纸浆和水流的距离和/或速度差，从而获得使压力波动衰减的压力变化。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于使纸浆中具有主要在1-50赫频率范围内的能量谱的压力扰动得到衰减。

4、一种有效衰减纸张或纸板机流浆箱内的纸浆压力波动的装置，包括：

具有一块堰板（11），一根用于把纸浆输送到流浆箱的纸浆管（5）以及至少一个被配置来测量纸浆中压力波动的压力传感器（6）的流浆箱（10），其特征在于：

该装置还包括一个经一相当远的阀装置连接于流浆箱的压力水源（8），其中至少设置一个压力传感器（6），借助于调节器（7）和控制元件控制阀装置（1）操作，从而控制水源到流浆箱的水流来衰减被输入到流浆箱内的纸浆的压力波动。

5、按照权利要求4所述的装置，其特征在于设置用于测量纸浆管（5）内压力波动的压力传感器，并使水经纸浆管（5）流入流浆箱，

经单独供水点（4）进入纸浆管。

6、按照权利要求5所述的装置，其特征在于压力传感器（6）的测量点配置得比水流供应点（4）稍近于流浆箱（10）。

7、按照权利要求4所述的装置，其特征在于设置用于测量流浆箱（10）堰板（11）处的纸浆内的压力波动的压力传感器，并使水直接流入流浆箱（10），经几个平行供水点（4）横交于纸浆的流动方向。

8、按照权利要求4、5、6或7中任一项所述的装置，其特征在于调节器（7）是一种电子调节器，它计入了由各种控制元件造成的滞后及纸浆和水流的距离和/或速度的差异，将压力传感器（6）所提供的信号转换成水流的控制信号，以便获得使压力波动衰减的压力变化。

9、按照权利要求4、5、6或7中任一项所述的装置，其特征在于控制元件（2）是一个由伺服阀（3）或相应装置控制的液压油缸。

10、按照权利要求8所述的装置，其特征在于控制元件（2）是一个由伺服阀（3）或相应装置控制的液压油缸。