專利名稱：紙漿精煉的控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的紙漿精煉系統(tǒng)，及控制精煉機中相對旋轉(zhuǎn)元件位置的方法。
背景技術：
諸如紙漿，甘蔗渣，絕緣或纖維板材料，棉花等纖維質(zhì)纖維通常經(jīng)過精煉操作，其包括在幾組相對旋轉(zhuǎn)的桿、槽元件間自動研磨纖維。例如在一種盤式精煉機中，這些元件通常包括具有環(huán)形布置的限定其工作表面的桿、槽模板的盤，桿和槽基本沿旋轉(zhuǎn)元件的徑向延伸，或通常與環(huán)形模板的對于中心的半徑成一角度，因此原料從模板中心向其外周前進。
盤式精煉機通常被制成單盤和雙盤式。在這種形式中，轉(zhuǎn)子的工作表面包括一個環(huán)形精煉盤，或一組組合精煉盤，用于和定子上的輔助工作表面配合工作，定子也包括一個環(huán)形精煉盤或一組形成一個圓環(huán)的組合板。在一種雙盤精煉機中，轉(zhuǎn)子在其兩側都具有工作表面，其與定子上的一對與其相對的輔助工作表面配合，這些工作表面的結構形式與單盤式精煉機的相同。
上述及包括柱式或錐式的紙漿精煉機需要對相對旋轉(zhuǎn)件的位置和間隔進行控制，目的是控制精煉機的負載和精煉的紙纖維產(chǎn)品的質(zhì)量，及其他原因。一種柱式精煉機見Staege等人的美國專利2,666,368，而一種雙進口盤式精煉機的控制裝置見Hayward美國專利3,506,199。
一般，精煉機的控制是通過具有機電驅(qū)動的控制系統(tǒng)完成的，這種控制導致了精煉機的一個相對運動精煉元件相對于另一個的微米級運動。而驅(qū)動控制可以是電或電子的，如Hayward中所示，與電動機負載、變化的電壓或能量因素、或紙漿質(zhì)量響應，極限驅(qū)動是通過一種齒輪減速或高傳動比的機械定位裝置實現(xiàn)的。在這種關系中，可參考Baxter美國專利2,986,434，其表示一種雙進口徑向盤式精煉機及減速齒輪傳動裝置，通過該裝置可以精確確定并保持定子和轉(zhuǎn)子元件的軸向位置。為了正確操作，不僅控制轉(zhuǎn)子元件的相對位置是必要的，而且控制各對旋轉(zhuǎn)和靜止精煉盤之間的間隔，以補償盤的磨損和/或補償軸承磨損或其他參數(shù)也是必要的。應該注意，已經(jīng)通過機械或機電傳動或機械減速型調(diào)節(jié)機構進行了這些補償。
除了在元件對準中進行主要的布置變化外，還沒有一種有效的方法對運行中的旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動中心進行轉(zhuǎn)換、調(diào)整或補償。因此，還沒有完全實現(xiàn)操作過程中對轉(zhuǎn)動元件和靜止元件間運行關系的精確幾何控制。一般，當制造新精煉機時，對整體偏差或容差增加或減少千分之一或千分之二英寸時，大多數(shù)精煉機實際上從千分之10直至20偏向或千分之一英寸多地偏中。這種非對中導致了紙漿質(zhì)量的降低。另外，在雙盤精煉機中容許轉(zhuǎn)子飄移并在非轉(zhuǎn)動或定子元件間找到自己的位置是目前的實際情況。這些布置的成功取決于液壓平衡的維持，但從實際觀點看，這些轉(zhuǎn)子傾向于在極限位置間前后擺動，在極限位置轉(zhuǎn)子可能會與定子精煉元件直接接觸。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種改進的精煉系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，其中可以在操作過程中確定、控制并保持相對旋轉(zhuǎn)元件的精確位置。本發(fā)明是通過采用支承和定位轉(zhuǎn)子，和/或相對于轉(zhuǎn)子定位一個或多個定子元件的磁性軸承實現(xiàn)的。
通過軸向和徑向控制，這種布置實現(xiàn)了通過雙盤精煉機的雙重精煉系統(tǒng)的穩(wěn)定流動。其特征在于通過外部控制電路控制電磁性軸承，進而控制轉(zhuǎn)子裝置和/或定子裝置的軸向位置，因此提供了對這些元件位置的直接控制，提高了精煉操作的穩(wěn)定性。
徑向電磁軸承保持了環(huán)形元件(sense)中間隙的均勻度，并提供了一種可保持元件最佳對準的方法，或錐形元件的同心度。如果需要，也可以保持非對稱的運行條件。
作為另一個優(yōu)點，采用共同作用的軸向和徑向磁性軸承為傳統(tǒng)系統(tǒng)提供了兩個新的自由度，即轉(zhuǎn)子相對于定子平面的軸向和角向自由度。
另外，本發(fā)明提供了一種精煉系統(tǒng)及對精煉機進行修改或變型的方法，由于采用軸向和徑向磁性軸承組合控制的通用性，改變后的精煉機可以處理不同密度或不同程度精煉產(chǎn)品的漿液。因此，需要精確幾何控制的處理設備的性能提高了。工藝控制的提高減少了纖維破壞或提高了纖維處理率?？梢詫νㄟ^雙盤系統(tǒng)中一對間隙的流動進行全面調(diào)整，以便于驅(qū)動，引導等。準確性提高的盤調(diào)節(jié)及增大的翻轉(zhuǎn)率成為可能。
眾所周知，在一種控制系統(tǒng)中，通過采用間隙調(diào)整技術，可以調(diào)整轉(zhuǎn)子相對于一個或多個定子元件的位置，其中可以測量間隙以提供一個控制轉(zhuǎn)子和/或一個或多個定子的信號，以保持一個所需的間隙或間隙范圍。另外，紙漿質(zhì)量的在線測量值也可以作為一個控制參數(shù)。
從機械和維修的觀點看，消除了傳統(tǒng)的軸承維修。磁性軸承本身具有高的防水性，這對傳統(tǒng)軸承是一個威脅和問題，并可防止會迅速損壞精密的球或滾子軸承的微粒雜質(zhì)。另外考慮到可能實現(xiàn)的基本調(diào)整范圍，可以放松特別嚴格的制造和機加工公差。通過適當?shù)挠嬎銠C軟件可以保證范圍調(diào)節(jié)和運行調(diào)節(jié)。
因此，本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種紙漿精煉機，其具有一個或多個用于位置控制的磁性軸承。一個磁性軸承會大大改善精煉機的操作。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種裝置和方法，可以更精確地控制紙漿精煉機，并可以消除或簡化通常用于位置控制的定位元件的機械減速。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種系統(tǒng)，如上所述，其中大多數(shù)或所有的推力承載軸承和部件可以被消除并代以徑向或軸向推力或與磁性軸承結合的軸承。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種精煉機及操作方法，其中雙盤或類似精煉機中的間隙寬度可以精確地保持在一個穩(wěn)定的流動情況下。
結合附圖及所附權利要求書，通過下面描述可以更清楚地理解本發(fā)明的這些及其他目的和優(yōu)點。
附圖的簡單說明附圖是本發(fā)明的一種雙盤精煉機及控制系統(tǒng)示意圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明參照附圖，其代表本發(fā)明的一個最佳實施例，表示一種雙盤精煉機的示意圖。根據(jù)Seiffert等人的專利US4,171,101可以制造這種精煉機，其公開的內(nèi)容在此作為參考。一種雙盤精煉機被用于解釋本發(fā)明的原理，可以理解本發(fā)明也適用于一種單盤精煉機，或一種如Staege等人的美國專利2,666,368所示的柱式Jordan精煉機，或其他錐式精煉機。


圖1中相應的精煉機10具有一個殼體12和一個中心轉(zhuǎn)子15，在其徑向表面上帶有一對在相對設置的精煉盤16和17。這些盤與設置在定子上的相對的精煉盤18、19協(xié)同操作，其間限定了精煉間隙20和21。通過提供一條穿過轉(zhuǎn)子15的合適通道26或者提供如專利‘101中附圖標記20、21代表的單獨的通道，一個進口25可以從一個徑向內(nèi)部位置給精煉盤供料。一個通用出口28用于接收從精煉間隙20和21和從殼體12限定的通用室29中出來的精煉漿液。
精煉盤18被固定安裝在殼體12的一個壁上，而相對的非轉(zhuǎn)動精煉盤19安裝在一個軸向可定位的非轉(zhuǎn)動殼體件30上。轉(zhuǎn)子15與一根輸入軸32相連并由其驅(qū)動，輸入軸又由一個驅(qū)動電機35驅(qū)動。驅(qū)動電機35可以與軸32直接相連，也可以通過一個活動的或通用聯(lián)軸器相連，使軸32在一定程度地偏離電機35的軸時易于對中和定向?；蛘?，電機35可以通過皮帶與軸32相連。
在最佳實施例中，一對徑向磁性軸承40和42支承殼體中的軸32。軸承40和42控制轉(zhuǎn)子15的平面和轉(zhuǎn)子軌道的對中。
一個第一軸向磁性軸承44包括一個與軸32相連或安裝在其上的銜鐵(armature)45，并承受軸32的推力。軸承44控制軸的軸向位置，因此控制了相應的精煉間隙20和21的寬度。通過該裝置，可以保持一個穩(wěn)定的輸出條件或，相反地，在精煉機可以保持一個可控的非穩(wěn)定狀況。
通過一個附加的軸向推力磁性軸承48及其銜鐵49，調(diào)節(jié)可移動的定子殼體件30的軸向位置，可以控制精煉盤18和19之間的精煉間隙21和總距離，軸承48及其銜鐵49可以具有和軸承44及其銜鐵45相同的結構。一個間隙傳感器50用于測量并提供一個精煉間隙信號。
可控的磁性軸承可以是Revolve Technology，Inc.，300，700-10thAvenue S.W，Calgary，Alberta，CanadaT2R OB3中所提供的形式。另外，至少徑向軸承42和軸向磁性軸承44可以由一個雙重目的的磁性軸承代替，其可以提供徑向和軸向控制，如U.S.專利5,514,924或U.S.專利5,386,166中所示。而且可以理解，本領域的技術人員可以采用可獲得的包括控制器60的控制系統(tǒng)，通過它可以測量運行距離和間隙，例如通過傳感器50，而且轉(zhuǎn)子15在軸徑及傾斜方向上的位置也可以通過控制器60控制，因此相應地控制了徑向軸承40，42。徑向磁性軸承的控制系統(tǒng)如U.S.專利5,565,722；5,530,306和U.S.專利5,347,190所示。
軸向軸承44可以和徑向軸支承軸承40、42一起使用，以限定和確定轉(zhuǎn)子15相對于每個與其相對的定子元件的軸向位置，而第二軸向磁性軸承48可用于可移動殼體件30的定位。
因此可以看到，用于支承精煉機的轉(zhuǎn)子和通過人工、間接或計算機控制的運動減速裝置使轉(zhuǎn)子定位的通常的復雜的機械結構被省去了。同樣，用于移動或定位一個或多個可移動的精煉壁的機械結構也被去掉或簡化了。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)首次在精煉系統(tǒng)中提供了一個更寬的運行和控制范圍，在使用和操作過程中，驅(qū)動軸的徑向運行位置或軸向方位可以變化以優(yōu)化精煉機的性能。
本發(fā)明的有益效果包括在較低成本下提高了漿液的質(zhì)量，提高了處理的均勻性，減少了盤的磨損，擴大了操作靈活性及提高了產(chǎn)量。
此處描述的方法和裝置形式作為本發(fā)明的最佳實施例，可以理解本發(fā)明不局限于這種確定的方法和裝置形式，在不偏離所附權利要求書中限定的本發(fā)明范圍的情況下可以進行變型。
權利要求
1.在一種旋轉(zhuǎn)式精煉系統(tǒng)中，包括一個機械精煉機，其具有一個用于接收一種要被精煉的漿液的進口和一個用于排出已被精煉的漿液的出口；具有一根轉(zhuǎn)子軸，在所述軸上至少帶有一個精煉元件；具有一個定子，其上至少安裝一個輔助精煉元件，該元件與所述的轉(zhuǎn)子精煉元件限定了一個精煉間隙，通過該間隙漿液被精煉、從所述進口流向所述出口，其改進包括一個磁性軸承，其用于支承用于旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子軸并確定所述轉(zhuǎn)子精煉元件相對于所述定子精煉元件的運行位置，和控制所述磁性軸承以控制其間所述精煉間隙的裝置。
2.權利要求1的改進還包括許多所述的磁性軸承，其包括控制所述軸的軸向運行位置的磁性軸承裝置和控制所述軸徑向位置的裝置。
3.如權利要求2所述的改進，其特征在于所述磁性軸承包括一對徑向可控制的電磁軸承，其用于支承用于旋轉(zhuǎn)的所述軸并確定所述轉(zhuǎn)子精煉元件的徑向位置，并至少設置一個軸向可控制的磁性軸承以控制所述轉(zhuǎn)子精煉元件的軸向位置。
4.權利要求3的改進還包括一個控制每個所述磁性軸承的控制器，一個位于所述精煉機上的間隙傳感器，用于提供一個所述精煉間隙的信號，所述間隙傳感器與所述控制器相連，因此所述控制器根據(jù)所述精煉間隙信號控制所述磁性軸承。
5.
6.權利要求2的改進還包括安裝一個附加的所述磁性軸承，用于控制所述定子精煉元件相對于所述轉(zhuǎn)子精煉元件的位置。
7.在一種用于精煉紙漿的旋轉(zhuǎn)式精煉系統(tǒng)中，包括一個殼體，其中的轉(zhuǎn)子安裝在所述殼體的一根軸上，并包括一個基本沿徑向延伸的精煉元件，所述殼體還包括一對非轉(zhuǎn)動精煉元件，其安裝在所述基本沿徑向延伸的精煉元件的軸向相對側，其中所述非轉(zhuǎn)動精煉元件與所述基本沿徑向延伸的精煉元件限定了間隙，精煉中的原料通過這些間隙，一個導入所述殼體的進口，通過該進口紙漿原料進入所述間隙，一個供已被精煉的紙漿原料從所述殼體中流出的出口，其改進包括至少一對相對于所述殼體的用于支承所述軸的磁性軸承，均用于所述基本沿徑向延伸的精煉元件的徑向和軸向定位，提供了所述精煉間隙中的轉(zhuǎn)動，及用于控制所述磁性軸承的控制裝置，以限定一個所需的、所述基本沿徑向延伸的精煉元件相對于所述非轉(zhuǎn)動精煉元件的軸向和徑向?qū)省?br> 8.控制一種紙漿精煉機的方法，所述精煉機具有至少一對安裝在其上的間隔開的非轉(zhuǎn)動精煉盤，具有一個轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子上安裝有位于所述非轉(zhuǎn)動盤之間的精煉盤，并可轉(zhuǎn)動于精煉其間的紙漿，包括下述步驟，采用磁性軸承支承用于在所述殼體中旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子，測量轉(zhuǎn)動精煉盤和至少一個所述非轉(zhuǎn)動精煉盤之間的精煉間隙，并控制所述磁性軸承以預定的旋轉(zhuǎn)軸線支承所述轉(zhuǎn)子。
9.權利要求8的方法還包括下述步驟，采用磁性軸承在軸向控制所述轉(zhuǎn)子相對于所述非轉(zhuǎn)動精煉盤的位置，同時在徑向控制所述轉(zhuǎn)子相對于所述非轉(zhuǎn)動精煉盤的位置。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述精煉機具有至少一個可移動的定子壁支承一些所述的非轉(zhuǎn)動精煉盤，還包括下述步驟，采用一個磁性軸承，在軸向相對于所述轉(zhuǎn)子定位所述可移動的定子壁，以改變其間的精煉間隙。
全文摘要
一種紙漿精煉系統(tǒng)及方法,包括一個安裝在轉(zhuǎn)動軸上的、具有一個或多個精煉元件(16,17)的轉(zhuǎn)子(15),輔助的非轉(zhuǎn)動或定子元件(18,19)與轉(zhuǎn)動元件限定了一個或多個精煉間隙,紙漿原料通過這些間隙,用于轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子安裝在磁性軸承(40,42)上,該軸承支承著用于轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子軸并限定了其軸向和徑向的運行位置?？蛇x擇地,一個可移動的定子殼體壁可以通過一個磁性軸承控制。
文檔編號B02C25/00GK1274302SQ98809984
公開日2000年11月22日 申請日期1998年10月9日 優(yōu)先權日1997年10月9日
發(fā)明者約翰·J·伊根三世, 克里斯多弗·L·戴姆勒 申請人:塞莫·布萊克·克勞森公司