專利名稱:干燥機(jī)的壓差控制器的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于控制絲網(wǎng)干燥機(jī)蒸汽入口和出口管線之間壓差的控制裝置，更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于控制造紙機(jī)干燥工段蒸汽入口和出口管線之間這種壓差的控制裝置。
造紙機(jī)中，成型網(wǎng)通過(guò)輾壓工段后立即通過(guò)紙張干燥工段。此種工燥工段包括諸多旋轉(zhuǎn)的加熱滾筒，濕紙網(wǎng)在它上面通過(guò)，以便能得到所需程度的干燥。更詳細(xì)地說(shuō)，在傳統(tǒng)的干燥工段，濕網(wǎng)圍繞著用蒸汽加熱的鑄鐵干燥滾筒的外表面通過(guò)。用于加熱這些干燥滾筒的蒸汽借助旋轉(zhuǎn)密封裝置，通過(guò)中空軸頸進(jìn)入干燥機(jī)，然后凝結(jié)在干燥機(jī)殼體或滾筒的內(nèi)壁上。蒸汽凝結(jié)在干燥機(jī)滾筒的內(nèi)表面上，此種冷凝液用虹吸裝置排出。但是當(dāng)這種干燥滾筒高速運(yùn)行時(shí)，例如絲網(wǎng)的速度為每分鐘1000至1200英尺，這在干燥工段并不是罕見(jiàn)的，這時(shí)冷凝液就不是集中在干燥機(jī)的底部，而是被離心力甩到干燥機(jī)滾筒或殼體的內(nèi)表面各處。干燥機(jī)殼體內(nèi)部冷凝液的這種趨向在本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)是已知的，稱之為“趨邊現(xiàn)象”，并在紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)(TAPPI)1958年第41卷第2期發(fā)表的R.E.懷特(White)寫的一篇論文中作了充分的說(shuō)明。當(dāng)冷凝液趨過(guò)時(shí)，干燥機(jī)殼體不能接觸“新蒸汽”而是被冷凝液層與之隔開(kāi)了，該冷凝液層阻礙新蒸汽把熱量傳遞到干燥機(jī)殼體的表面和隨后傳遞給相鄰的紙網(wǎng)。這種隔絕減弱了干燥作用，但這種對(duì)熱傳遞的阻力可以通過(guò)降低干燥機(jī)內(nèi)部冷凝液的厚度使之保持最小值。
不凝蒸汽在干燥機(jī)殼體內(nèi)部的積累可以引起干燥機(jī)殼體沿機(jī)器橫向的干燥特性不均勻。這個(gè)問(wèn)題是R.B.赫姆(Hurm)提出來(lái)的，發(fā)表在TAPPI(紙漿與造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì))1963年第46卷第9期上。連續(xù)地讓一些未凝蒸汽或水蒸汽同冷凝液一起從干燥機(jī)殼體內(nèi)抽泄出去，可以使這種不凝蒸汽或氣體的集結(jié)或積累保持在最低水平。這種未凝蒸汽或掠過(guò)蒸氣于是就會(huì)吸走不凝氣體，并阻止此種氣體在干燥機(jī)殼體內(nèi)積累。
另外，此種掠過(guò)蒸汽具有附加的降低干燥機(jī)入口和出口管線之間壓差的有利作用，這種壓差是排出冷凝液所需要的。低密度的掠過(guò)蒸汽帶走并混和高密度的冷凝液，從而形成合成密度大體上低于冷凝液密度的兩相混合物。這時(shí)，克服干燥機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以排出這種密度相對(duì)較低的、蒸汽和凝結(jié)物的混合物所需要的壓差相應(yīng)地降低了。此外，這種掠過(guò)蒸汽還可以用在干燥工段需要低壓蒸汽的各后續(xù)干燥機(jī)殼體內(nèi)。或者換個(gè)辦法，可以將此掠過(guò)蒸汽增壓或補(bǔ)充，以提高它在此處的壓力，便于在同一干燥機(jī)殼體內(nèi)再利用。當(dāng)然，干燥機(jī)殼體兩端的壓差不會(huì)是太大的。
在排出冷凝液方面的進(jìn)一步考慮是，需要運(yùn)行的穩(wěn)定性。實(shí)踐中已經(jīng)觀察到，如果挨近冷凝液的虹吸管的外端被冷凝液浸沒(méi)，那么消除冷凝的過(guò)程就會(huì)中止。結(jié)果，干燥機(jī)會(huì)充滿冷凝液，致使干燥速率降低，干燥機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)荷相應(yīng)增大。這些問(wèn)題是由T.A.加德納(Gardner)在加拿大紙漿與造紙雜志，1964年第65卷第14期上，更詳細(xì)的是在1983年出版的TAPPI技術(shù)情報(bào)刊物TIS 014-60上強(qiáng)調(diào)提出和給予討論的。
由上所述，很明顯，冷凝液抽泄系統(tǒng)所追求的目標(biāo)是，首先，以某個(gè)速率抽吸冷凝液，該速率至少要等于干燥機(jī)殼體內(nèi)部形成冷凝液的速率，才不致使干燥機(jī)滿溢;其次一個(gè)目標(biāo)是，保持冷凝液層盡可能地薄，以使從“新蒸汽”到紙網(wǎng)的傳熱速率盡可能地高;第三，通過(guò)抽泄排出不凝氣體，以達(dá)到改善機(jī)器橫向上干燥速率的均勻性;第四，利用系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所需的最小壓差，從干燥機(jī)殼體內(nèi)排出冷凝液。
為達(dá)到上述四個(gè)目標(biāo)提出了各種各樣的方法，H.P.菲什威克(FISHWICK)在一本題為“造紙機(jī)的蒸汽和冷凝液系統(tǒng)”的TAPPI出版物中討論了這些建議。另外，這些基本概念在給加德納(Gardner)的美國(guó)專利第4，447，964號(hào)以及給賈斯特斯(Justus)的美國(guó)專利第2，869，248號(hào)中已經(jīng)都提出來(lái)過(guò)。此外，由伯勞(Perrault)寫的發(fā)表在1979年第62卷第11期TAPPI上的一篇論文使人認(rèn)識(shí)到上述目標(biāo)，由TAPPI 1984年出版的賈彼得(Jumpeter)的一篇論文，在“工程會(huì)議記錄匯編”374頁(yè)上也涉及了上述內(nèi)容。
盡管上述專利和其他公開(kāi)文章都提出上述目標(biāo)和建議用于達(dá)到那些目標(biāo)的系統(tǒng)，但所有這些先前的方法和設(shè)備都沒(méi)有解決某些固有的控制問(wèn)題。盡管上述每一種系統(tǒng)都可以調(diào)整到就某些特定的情況按可以接受的方式運(yùn)行，然而它們不能在兩個(gè)方向以及在量值上響應(yīng)系統(tǒng)中偶然擾動(dòng)所需要的改變以及機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的變化。
作為先有建議此種無(wú)能為力的一個(gè)例子，在“造紙機(jī)的蒸汽和冷凝液系統(tǒng)”中，圖1畫出了普通差壓控制系統(tǒng)容許輸入一個(gè)設(shè)定點(diǎn)，但所需設(shè)定點(diǎn)在機(jī)器速度、蒸汽壓力和冷凝液流率改變時(shí)也改變。因?yàn)樵O(shè)定點(diǎn)的變化是上面提到的各變量的綜合函數(shù)，如圖2所示，所以機(jī)器操作員常常愿意把壓差設(shè)定點(diǎn)設(shè)定在滿足寬范圍運(yùn)行條件所需的最高值上。這種把差壓設(shè)定點(diǎn)設(shè)定在最高值上的做法導(dǎo)致低效率的運(yùn)行。此外，這種系統(tǒng)也沒(méi)有解決容易滿溢的問(wèn)題。再有，如果一組干燥機(jī)中有一個(gè)虹吸管滿溢，鑒于設(shè)定點(diǎn)壓差保持固定，掠過(guò)控制閥將略微關(guān)閉，但適當(dāng)?shù)目刂谱饔脜s可能會(huì)略微打開(kāi)此閥，以阻止干燥機(jī)滿溢。
在示于圖3的授予賈斯特斯的美國(guó)專利第2，869，248號(hào)的流量控制概念中，通過(guò)測(cè)量和控制同冷凝液一起抽泄出去的掠過(guò)蒸汽的量，防止上面最后談到的問(wèn)題發(fā)生。于是，當(dāng)一個(gè)干燥機(jī)開(kāi)始滿溢時(shí)，控制閥就會(huì)略微打開(kāi)一些。不過(guò)，該系統(tǒng)僅僅在一個(gè)固定的設(shè)定點(diǎn)上運(yùn)行，而該設(shè)定點(diǎn)并非對(duì)所有運(yùn)行狀態(tài)都是合適的。
在前面提到的賈彼得寫的論文中，圖4描述的系統(tǒng)使用一個(gè)微處理器，以冷凝液從分離器箱流出的速率為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。這種控制器建立設(shè)定點(diǎn)的辦法是，不斷地把它降低，直到冷凝液流率減少為止。但是這個(gè)方法導(dǎo)致干燥機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)附近或低于穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。在許多高速干燥機(jī)中冷凝液流率一直要到壓差低至干燥機(jī)滿溢才會(huì)減少。一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，即使壓差后來(lái)增加了，干燥機(jī)也不能從滿溢狀態(tài)恢復(fù)正常。
根據(jù)本發(fā)明，前面提到的先有技術(shù)各項(xiàng)建議的不足由于認(rèn)識(shí)到一些參數(shù)的重要性而得到克服。這些參數(shù)將確定，多大的壓力差對(duì)于干燥機(jī)工段穩(wěn)定、有效的運(yùn)行才是恰當(dāng)?shù)?，并且這些參數(shù)作為輸入量被輸入控制器內(nèi)用于計(jì)算合適的設(shè)定點(diǎn)。這種方法至少要求輸入機(jī)器速度和冷凝速率兩個(gè)參數(shù)，不過(guò)該方法通常也要求輸入蒸汽壓力值，并且可以利用來(lái)自裂紙檢測(cè)器的信號(hào)作為輸入量，來(lái)調(diào)整裂紙狀態(tài)的設(shè)定點(diǎn)。
除了利用上述各參數(shù)作為輸入量確定系統(tǒng)運(yùn)行特性之外，本系統(tǒng)還為掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量提供設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，該參數(shù)正如下文將說(shuō)明的那樣，對(duì)于保證抽泄系統(tǒng)的穩(wěn)定和有效運(yùn)行是重要的。此種掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量與掠過(guò)密度和掠過(guò)速度平方的乘積成正比。該參數(shù)最好作為輸出參數(shù)，以代替壓差，后者是質(zhì)量流率或體積流率。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于正常運(yùn)行的適當(dāng)壓差應(yīng)理解為，為了適應(yīng)運(yùn)行中偶然失?，F(xiàn)象，需要設(shè)置比最低壓差高一些的值。這種偶然失?，F(xiàn)象包括冷凝液流的增加、壓差的小起伏以及速度的增加。事實(shí)上已經(jīng)證明，加上大約每平方英寸兩磅的壓差已足夠了。
上述方法不要求連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)和監(jiān)視響應(yīng)結(jié)果，就象前面提到的賈彼得的論文中描述的系統(tǒng)一樣。象先前建議中描述的這樣一種控制作用，它不斷地使運(yùn)行進(jìn)入到圖2曲線所示最小壓差附近的不穩(wěn)定區(qū)域，與此相反，本系統(tǒng)利用圖2所畫的、由實(shí)驗(yàn)確定的關(guān)系曲線把虹吸系統(tǒng)調(diào)整到最穩(wěn)定和有效的運(yùn)行點(diǎn)上。按照本發(fā)明的系統(tǒng)使用一個(gè)具有蒸汽泄放口和低損耗渦流流量計(jì)的小型徑向虹吸管而得到進(jìn)一步增強(qiáng)。關(guān)于此種增強(qiáng)的運(yùn)行應(yīng)理解為，通過(guò)增大的徑向吸管的尺寸或減弱掠過(guò)蒸汽，都可以滿足壓力損耗較低的要求。實(shí)踐中常用的方法是增加徑向吸管的尺寸。但是，如圖2頂部曲線所示，由于掠過(guò)蒸汽對(duì)壓差的敏感性增加，在干燥機(jī)運(yùn)行于穩(wěn)定壓差時(shí)，掠過(guò)蒸汽的流率通常都極高，即最小壓差加上大約每平方英寸2磅。本發(fā)明利用如下事實(shí)，當(dāng)減小徑向吸管的尺寸時(shí)，最小壓差的增加相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，而掠過(guò)靈敏度的降低卻相當(dāng)顯著。通過(guò)把動(dòng)量控制到一個(gè)大約高于壓差最小值每平方英寸2磅的值，并使用小型徑向吸管，在機(jī)器運(yùn)行不正常期間掠過(guò)蒸汽就不會(huì)那么大變化了。所以，閥門、冷凝器和連接管道都不太可能嫌尺寸太小，以致即使在壓差較低時(shí)系統(tǒng)也能繼續(xù)運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)。
按照本發(fā)明進(jìn)一步的目的，抽泄系統(tǒng)的運(yùn)行通過(guò)利用象前面提到的賈斯特斯的專利中描述的蒸汽泄放口而得到進(jìn)一步穩(wěn)定。尺管本發(fā)明控制干燥機(jī)運(yùn)行偏離不穩(wěn)定點(diǎn)，但使用蒸汽泄放口卻能保證干燥機(jī)可以從甚至主系統(tǒng)失常的狀態(tài)中恢復(fù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果壓差降至零，即使是短時(shí)間，虹吸管的頂端也將會(huì)浸沒(méi)在冷凝液中。用通常的壓差控制，設(shè)定點(diǎn)壓差可能不足以克服離心力以抽吸冷凝液，干燥機(jī)仍將滿溢。用上文所述的那種賈彼得系統(tǒng)，控制器將使壓差增加，但只增加到不引起冷凝液流增加為止。然而為了達(dá)到掠過(guò)蒸汽設(shè)定點(diǎn)的流率，伯勞和授予賈斯特斯的第2，869，248號(hào)美國(guó)專利描述的流量控制系統(tǒng)將試圖增加該壓差。但在高速機(jī)器上，必要的流率可以僅從干燥工段中幾臺(tái)未滿溢的干燥機(jī)獲得，而相應(yīng)的壓差卻不足以使其余的干燥機(jī)不滿溢。采用按本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，掠過(guò)動(dòng)量的設(shè)定點(diǎn)也將引起壓差增加，以便達(dá)到設(shè)定點(diǎn)流率。此外，通過(guò)外加的掠過(guò)蒸汽進(jìn)入位于冷凝液液面之上的蒸汽泄放口來(lái)減小排放冷凝液的密度，導(dǎo)致抽泄?jié)M溢干燥機(jī)所需的壓差同時(shí)降低。再者，由于冷凝液流率減小，系統(tǒng)將自動(dòng)提高設(shè)定點(diǎn)。這三種作用的綜合效果會(huì)提供一個(gè)在此之前所不能達(dá)到的穩(wěn)定的運(yùn)行范圍。
結(jié)合按本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，第三個(gè)特色是使用低損耗量器。此類低損耗量器可以包括一具簡(jiǎn)單的、具有小型節(jié)流或渦流型量器的孔板流量計(jì)。前者用于本技術(shù)領(lǐng)域：
，提供直接正比于掠過(guò)動(dòng)量的壓降，該壓降可以測(cè)量出來(lái)并用作為控制器的輸入量。盡管此類流量計(jì)在市場(chǎng)上買得到，但由此得到的信號(hào)常常要經(jīng)過(guò)處理以提供質(zhì)量流的容積或質(zhì)量流量。按照本發(fā)明，此處提出的把渦流的泄流頻率用作直接輸入控制器內(nèi)。該頻率也和掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量有關(guān)。此類裝置可用作為控制系統(tǒng)的一部分而不會(huì)明顯地增加壓力損耗。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是選擇掠過(guò)蒸汽流率設(shè)定點(diǎn)的方法。通過(guò)仔細(xì)試驗(yàn)，可以建立一系列類似于圖2所示的那些曲線。對(duì)于給出的速度、干燥機(jī)壓力、冷凝速率和虹吸管尺寸這些給定條件，初步定出最小壓差點(diǎn)，以此確定所希望的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)。考慮到運(yùn)行中不很嚴(yán)重的失?，F(xiàn)象，此值應(yīng)加上前面提到的每平方英寸2磅這個(gè)添加量。接著可利用所對(duì)應(yīng)的該壓差計(jì)算掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量，后者即用作為設(shè)定點(diǎn)。
可以針對(duì)任何給定虹吸管的幾何形狀作出一系列這種計(jì)算，并且把設(shè)定點(diǎn)動(dòng)量的值作為各種速度的冷凝負(fù)荷的函數(shù)畫成曲線?？刂破饔谑强梢岳脤?shí)測(cè)的冷凝速率和速度作為輸入量，利用圖2的曲線族計(jì)算所希望的設(shè)定點(diǎn)。該類型的典型曲線族示于圖5。
有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，由這些程序確定的設(shè)定點(diǎn)可提供的掠過(guò)蒸汽容積流率，要小于正常不凝蒸汽抽泄所需要的值。因此，希望有作為最小值的某個(gè)具體容積流率，并且利用控制器檢查它，保證總是滿足該最小值。
本發(fā)明的主要目的是，為從造紙干燥機(jī)的滾筒中抽出冷凝液提供方法和設(shè)備，它克服了前面提到的現(xiàn)有技術(shù)各項(xiàng)建議的不足，并且對(duì)絲網(wǎng)干燥技術(shù)作出的重要貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的另一目的是，通過(guò)直接控制未凝蒸汽的動(dòng)量流率來(lái)響應(yīng)干燥機(jī)的速度和冷凝液的流率，從而提供一種間接控制降落于被加熱干燥機(jī)上的壓差的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是，提供一種控制網(wǎng)干燥機(jī)蒸汽入口和出口管線之間壓差的控制裝置，其中分別由速度傳感器和冷凝速率傳感器產(chǎn)生的控制信號(hào)由控制器進(jìn)行比較以確定出口閥的相對(duì)最佳調(diào)節(jié)，從而在保持入口和出口管線之間的壓差盡可能低的情況下使干燥機(jī)不致因冷凝液而滿溢。
本發(fā)明的其余各項(xiàng)目的，通過(guò)公開(kāi)這些附圖，說(shuō)明書和附加的權(quán)利要求
書，將使本專業(yè)的技術(shù)人員一目了然。
本發(fā)明是關(guān)于控制絲網(wǎng)干燥機(jī)蒸汽入口管線和出口管線之間壓差的控制裝置和方法。該裝置包括一個(gè)配置在干燥機(jī)出口管線內(nèi)的可選擇控制的出口閥、用于有選擇地控制蒸汽、冷凝液和不凝氣體流出干燥機(jī)。出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安置在出口閥近旁，用于有選擇地控制出口閥在它的完全打開(kāi)和完全關(guān)閉的設(shè)定之間操作。速度傳感器安置在干燥機(jī)近旁，用于感知干燥機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度并用于產(chǎn)生正比于所感知的干燥機(jī)轉(zhuǎn)速的第一控制信號(hào)。冷凝速度傳感器用于感知冷凝液層在干燥機(jī)內(nèi)部積聚的速率，用于產(chǎn)生正比于所感知的積聚速率的第二控制信號(hào)。一個(gè)控制器被可操作地連接到出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于有選擇地激勵(lì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以響應(yīng)分別由速度傳感器和冷凝速率傳感器產(chǎn)生的各控制信號(hào)。這種配置，控制器把來(lái)自速度傳感器和冷凝速率傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較，以確定出口閥的相對(duì)最佳調(diào)節(jié)，從而防止了干燥機(jī)由于冷凝液而滿溢，入口和出口管線之間的壓差也得以保持在盡可能低的值。
在本發(fā)明的一個(gè)更加具體的實(shí)施例中，控制裝置包括一個(gè)配置在蒸汽入口管線近旁的蒸汽入口壓力傳感器，用于感知進(jìn)入到干燥機(jī)的蒸汽壓力，并產(chǎn)生正比于所感知的入口管線內(nèi)壓力的第三控制信號(hào)?？刂破鲗?duì)來(lái)自蒸汽入口壓力傳感器的第三控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便進(jìn)一步確定出口閥的相對(duì)最佳調(diào)節(jié)。
此外，控制器還包括一個(gè)配置在絲網(wǎng)近旁的裂紙傳感器，用于感知該處紙的斷裂并用于產(chǎn)生表示此種網(wǎng)上斷裂的第四控制信號(hào)。為防止此種網(wǎng)上斷裂事件發(fā)生時(shí)過(guò)分耗用掠過(guò)蒸汽，控制器對(duì)來(lái)自裂紙傳感器的第四控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便另行確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定。
再有，控制裝置包括一個(gè)配置在出口管線近旁的掠過(guò)蒸汽傳感器，用于檢測(cè)從干燥機(jī)排出的掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量。接過(guò)蒸汽傳感器產(chǎn)生正比干掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的第五控制信號(hào)。為保證從干燥機(jī)里面抽泄冷凝液的系統(tǒng)穩(wěn)定有效地運(yùn)行，控制器對(duì)第五信號(hào)進(jìn)行比較，以便進(jìn)一步確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定。
控制裝置包括一個(gè)配置在出口管線里面、用于測(cè)量掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的孔板流量計(jì)裝置。該孔板流量計(jì)有一個(gè)節(jié)流孔道，用于提供一個(gè)直接正比于掠過(guò)動(dòng)量的壓降。掠過(guò)蒸汽傳感器也是跨接于檢測(cè)蒸汽掠過(guò)動(dòng)量的通道上。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，控制器是一個(gè)微處理器，干燥機(jī)則包括一個(gè)配置在干燥機(jī)內(nèi)、用于從其中排出冷凝液的徑向虹吸裝置，該虹吸管的內(nèi)徑為2.29厘米或更小些。
盡管附圖和下文提出的詳細(xì)說(shuō)明中描述了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，本專業(yè)的技術(shù)人員將會(huì)理介本發(fā)明的最佳實(shí)施例僅僅是通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明怎樣才能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置和實(shí)施該方法在不脫離本權(quán)利要求
書規(guī)定的精神和范圍的情況下，可以利用這些基本概念，作出各種各樣的改型。
再有，雖然本發(fā)明是作為專門適用于造紙機(jī)的干燥工段來(lái)具體介紹的，但可以理解本發(fā)明如附加權(quán)利要求
書規(guī)定的那樣，可設(shè)想應(yīng)用于任何適宜材料干燥網(wǎng)的控制系統(tǒng)。
圖1是關(guān)于普通壓差控制裝置的先有建議的方框圖，該裝置在一本前文述及的H.P.菲什威克寫的“造紙機(jī)的蒸汽和冷凝液系統(tǒng)”出版物中曾有過(guò)描寫;
圖2是干燥機(jī)壓差對(duì)掠過(guò)流率的關(guān)系曲線;
圖3示出了授予賈斯特斯的美國(guó)專利第2，869，248號(hào)中的圖3所提出的流量控制概念;
圖4示出了前面提到過(guò)的賈彼得的論文在TAPPI 1984年第347頁(yè)上所教導(dǎo)的一個(gè)先有公開(kāi);
圖5示出了冷凝速率對(duì)掠過(guò)動(dòng)量的關(guān)系曲線，是用給定的虹吸管幾何形狀畫出的典型典線族;
圖6是根據(jù)本發(fā)明作出的控制裝置示意圖;以及圖7是類似圖6的示意圖，但結(jié)合了用于后備手動(dòng)操作的傳統(tǒng)壓差和/或流量控制系統(tǒng)。
相同的標(biāo)號(hào)在各附圖中表示相同的部件。
圖1、3和4示出了各種先有技術(shù)控制裝置，用于控制從干燥機(jī)殼體里面抽泄冷凝液。
圖2示出了一組用于調(diào)整虹吸系統(tǒng)達(dá)到最穩(wěn)定有效的運(yùn)行點(diǎn)的曲線。
圖5是一組用于調(diào)整控制器的曲線，它利用測(cè)得的冷凝速率和速度作為輸入量來(lái)計(jì)算所希望的設(shè)定點(diǎn)。
圖6示出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，以及總的用10表示的控制裝置，用于控制絲網(wǎng)干燥機(jī)16的蒸汽入口或供汽管線12和總的用14表示的出口管線之間的壓差。裝置10包括一個(gè)配置在蒸汽入口管線12里面的可控制的入口閥18，用于有選擇地控制蒸汽流過(guò)供汽集流管20進(jìn)入干燥機(jī)16。一個(gè)可選擇地控制的出口閥22配置在干燥機(jī)16的出口管線14當(dāng)中，用于有選擇地控制蒸汽、冷凝液和不凝氣體從干燥機(jī)16流走。入口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)24配置在入口閥18近旁，用于按照壓力控制器26的指令有選擇地控制入口閥18在它完全打開(kāi)或完全關(guān)閉的設(shè)定之間操作。出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)28配置在出口閥22的近旁，用于有選擇地控制出口閥在它完全打開(kāi)和完全關(guān)閉的設(shè)定之間操作。速度傳感器30配置在干燥機(jī)16近旁，用于感和干燥機(jī)16的旋轉(zhuǎn)速度并產(chǎn)生正比于所感知的干燥機(jī)16的轉(zhuǎn)速的第一控制信號(hào)。冷凝速率傳感器32配置在冷凝液泵34和冷凝液回流管36之間，用于感知冷凝液層在干燥機(jī)16內(nèi)部積聚的速率，并產(chǎn)生正比于所感知的積聚速率的第二控制信號(hào)。一個(gè)總的用38表示的控制器被可操作地連接到出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)28，用于有選擇地激勵(lì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)28，以響應(yīng)由速度傳感器30和冷凝速率傳感器32產(chǎn)生的各控制信號(hào)?？刂破?8把來(lái)自速度傳感器30和冷凝速率傳感器32的各信號(hào)進(jìn)行比較，以確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定，從而防止了干燥機(jī)16因冷凝液而滿溢，入口和出口管線之間的壓差也得以保持在盡可能低的值。
如圖6所示，控制裝置10還包括一個(gè)蒸汽入口壓力傳感器40，用于感知入口閥18和干燥機(jī)16之間蒸汽的壓力，并產(chǎn)生正比于被感知的入口閥18和干燥機(jī)16之間壓力的第三控制信號(hào)。控制器38對(duì)來(lái)自蒸汽入口壓力傳感器40的第三控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便進(jìn)一步確定出口閥22的相對(duì)最佳設(shè)定。
除上述各傳感器外，控制裝置10還包括一個(gè)配置在絲網(wǎng)近旁的裂紙傳感器42，用于感知該處紙的斷裂，并產(chǎn)生表示此種網(wǎng)上斷裂的第四控制信號(hào)。為防止此種網(wǎng)上斷裂事件發(fā)生時(shí)過(guò)分耗用掠過(guò)蒸汽，控制器38對(duì)來(lái)自裂紙傳感器42的第四控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便另行確定出口閥22的相對(duì)最佳設(shè)定。
控制裝置10還包括一個(gè)配置在分離器箱46和出口閥22之間的掠過(guò)蒸汽傳感器44，用于檢測(cè)從干燥機(jī)16排出的掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量。掠過(guò)蒸汽傳感器44產(chǎn)生正比于掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的第五控制信號(hào)。為保證從干燥機(jī)16里面抽泄冷凝液的系統(tǒng)穩(wěn)定有效地運(yùn)行，控制器38對(duì)此第五信號(hào)進(jìn)行比較，以便進(jìn)一步確定出口閥22的相對(duì)最佳設(shè)定。
圖7示出了另一則實(shí)施例，其中控制裝置10A包括一個(gè)配置在出口管線14A當(dāng)中、總的由43A表示的孔板流量計(jì)裝置，用于測(cè)量掠過(guò)蒸汽的動(dòng)量?？装辶髁坑?jì)43A包含一個(gè)節(jié)流孔道45A，用于提供一個(gè)直接正比于掠過(guò)動(dòng)量的壓降。掠過(guò)蒸汽傳感器44A跨接在檢測(cè)蒸汽掠過(guò)動(dòng)量的通道45A上。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，控制器38是一個(gè)微處理器，而干燥機(jī)16則包括一個(gè)配置在干燥機(jī)內(nèi)部、在圖6上所表示的徑向虹吸裝置48，用于從中泄出冷凝液。虹吸裝置48包括一個(gè)內(nèi)徑小于2.29厘米的虹吸管。
如圖6所示，可以是微處理器的控制器38擁有一系列輸入，包括機(jī)器速度輸入50、冷凝液流率輸入52、入口管線壓力輸入54、裂紙信號(hào)輸入56和掠過(guò)動(dòng)量輸入58?？刂破?8的輸出至少有一個(gè)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，用于控制掠過(guò)流率，后者又被傳感器感知用作反饋控制。控制器38具有用于冷凝液流率52和機(jī)器速度50的各個(gè)輸入端。另外，控制器還可以具有一個(gè)用于蒸汽壓力的輸入端54。而掠過(guò)控制設(shè)定點(diǎn)是一個(gè)正比于掠過(guò)動(dòng)量的值，該設(shè)定點(diǎn)的值高于最小壓差每平方英寸1至3磅，最好是每平方英寸2磅。系統(tǒng)10應(yīng)用干燥機(jī)虹吸裝置和徑向虹吸管48中的蒸汽泄放口60，該虹吸管的內(nèi)徑小于2.29厘米。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，流率傳感器44是渦流計(jì)，并且該系統(tǒng)可適用于非水蒸汽的可冷凝蒸汽?？刂破鬏敵?2可以為圖7中一個(gè)共用的熱壓縮機(jī)系統(tǒng)中的循環(huán)閥和熱壓縮機(jī)閥兩者都提供設(shè)定點(diǎn)?？刂破骺杀辉O(shè)置到維持規(guī)定的最小值的容積流率，以保證清除掉足夠容積的不凝氣體。
掠過(guò)動(dòng)量的設(shè)定點(diǎn)值得將隨著冷凝液流率的增加而減少，隨著機(jī)器速度的增加而增加。
如圖7所示，本系統(tǒng)可以同用于手動(dòng)后備操作的傳統(tǒng)的壓差和/或流率控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。
在本系統(tǒng)中為了正常運(yùn)行所需的適當(dāng)壓差，必須設(shè)定得稍高于最小值的壓差以適應(yīng)運(yùn)行中偶然出現(xiàn)的失常情況。經(jīng)驗(yàn)表明，添加大約每平方英寸2磅的壓差將足夠了。本系統(tǒng)的運(yùn)行由于使用前面所述的小型徑向虹吸管、蒸汽泄放口以及低損耗渦流流量計(jì)而得到進(jìn)一步強(qiáng)化?？梢杂迷龃髲较蚝缥艹叽缁蚪档吐舆^(guò)流量的辦法來(lái)達(dá)到這種低壓力損耗。本發(fā)明利用了這一事實(shí)，即當(dāng)減小徑向虹吸管尺寸時(shí)，最小壓差值的增加相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，而掠過(guò)靈敏度的減小則相當(dāng)顯著。把動(dòng)量控制到高于最小壓差值大約每平方英寸2磅的數(shù)值，以及使用小型徑向虹吸管，用此方法可使掠過(guò)動(dòng)量在機(jī)器運(yùn)行失常期間不致變化太大。結(jié)果，各閥門、各冷凝器以及連結(jié)管道就不大可能會(huì)嫌尺寸太小，以致本系統(tǒng)甚至在壓差低下的情況下也能繼續(xù)運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)使用蒸汽泄放口保證了干燥機(jī)可以從甚至主系統(tǒng)失常的情況下回復(fù)正常。為了達(dá)到設(shè)定點(diǎn)流率，掠過(guò)動(dòng)量的設(shè)定點(diǎn)也會(huì)使壓差增加，而且由于冷凝液流率減小，系統(tǒng)將自動(dòng)提高設(shè)定點(diǎn)值。再有，蒸汽泄放口位于冷凝液層之上，由于附加的掠過(guò)蒸汽進(jìn)入該泄放口，使抽泄冷凝液的敏感性增加，從而同時(shí)降低了抽泄已滿溢干燥機(jī)所需要的壓差。這三種作用的綜合效果就能提供前所不能達(dá)到的運(yùn)行穩(wěn)定性范圍。
通過(guò)提供一種簡(jiǎn)單的、帶有小型渦流流量表的板孔流量計(jì)，可以測(cè)出壓降并用作控制器的輸入。
首先找出適用于給定的速度、干燥機(jī)壓力、冷凝率以及虹吸管尺寸這些條件的最小壓差，就可以確定所希望的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)。對(duì)于此值還要加上某個(gè)增量，通常是每平方英寸2磅，以便適應(yīng)運(yùn)行中不太嚴(yán)重的失常情況。然后用與此壓差對(duì)應(yīng)的掠過(guò)蒸汽來(lái)計(jì)算掠過(guò)動(dòng)量，后者就用作為設(shè)定點(diǎn)。
本發(fā)明利用上述各項(xiàng)參數(shù)作為控制器的輸入，接著就計(jì)算出恰當(dāng)?shù)脑O(shè)定點(diǎn)值。本系統(tǒng)不象先有技術(shù)各項(xiàng)建議中說(shuō)明的那樣，它不要求連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)或監(jiān)視響應(yīng)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.用于控制絲網(wǎng)干燥機(jī)蒸汽入口管線和出口管線之間壓差的控制裝置，所述裝置的特征在于包括一個(gè)配置在干燥機(jī)出口管線當(dāng)中，用于有選擇地控制蒸汽、冷凝液和不凝氣體流出干燥機(jī)的可選擇控制的出口閥；配置在所述出口閥近旁，用于有選擇地控制所述出口閥在它完全打開(kāi)和完全關(guān)閉的設(shè)定之間進(jìn)行操作的出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；配置在干燥機(jī)近旁，用于感知干燥機(jī)旋轉(zhuǎn)速度并產(chǎn)生正比于所述被感知的干燥機(jī)轉(zhuǎn)速的第一控制信號(hào)的速度傳感器；用于感知冷凝液層在干燥機(jī)里面積聚的速率，并產(chǎn)生正比于所述被感知的積聚速率的第二控制信號(hào)的冷凝速率傳感器；以及可操作地連接到所述出口驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于有選擇地激勵(lì)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便響應(yīng)由所述速度傳感器和所述冷凝速率傳感器分別產(chǎn)生的各控制信號(hào)的控制器，該控制器對(duì)來(lái)自所述速度傳感器和所述冷凝速率傳感器的所述各信號(hào)進(jìn)行比較，以確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定，從而防止干燥機(jī)由于冷凝液而滿溢，而入口和出口管線之間的壓差被保持在盡可能低的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的控制裝置，其特征在于還包括用于感知所述入口閥和干燥機(jī)之間蒸汽壓力，以及用于產(chǎn)生正比于所感知的所述入口閥和干燥機(jī)之間壓力的第三控制信號(hào)的蒸汽入口壓力傳感器，來(lái)自所述蒸汽入口壓力傳感器的第三個(gè)信號(hào)由所述控制器進(jìn)行比較，用于進(jìn)一步確定所述出口閥的所述相對(duì)最佳設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的控制裝置，其特征在于還包括配置在絲網(wǎng)近旁、用于感知該處紙裂并產(chǎn)生指示此種網(wǎng)上斷裂的第四控制信號(hào)的裂紙傳感器，來(lái)自所述裂紙傳感器的第四信號(hào)由所述控制器進(jìn)行比較，用于另行確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定，以防止此種網(wǎng)上斷裂事件發(fā)生時(shí)過(guò)分消耗掠過(guò)蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的控制裝置，其特征在于還包括配置在干燥機(jī)和所述出口閥之間、用于檢測(cè)從干燥機(jī)排出的掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的掠過(guò)蒸汽傳感器，所述掠過(guò)蒸汽傳感器產(chǎn)生正比于掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的第五控制信號(hào)，所述第五信號(hào)由所述控制器進(jìn)行比較，用于進(jìn)一步確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定，以便保證從干燥機(jī)內(nèi)部抽泄冷凝液的系統(tǒng)穩(wěn)定有效的運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的控制裝置，其特征在于還包括配置在出口管線當(dāng)中、用于測(cè)量所述掠過(guò)蒸汽動(dòng)量的孔板流量計(jì)，所述流量計(jì)有一個(gè)節(jié)流孔道，用于提供一個(gè)直接正比于掠過(guò)動(dòng)量的壓降，所述掠過(guò)蒸汽傳感器跨接于檢測(cè)所述蒸汽掠過(guò)動(dòng)量的通道上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的控制裝置，其特征在于所述控制器是一個(gè)微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的控制裝置，其特征在于所述干燥機(jī)還包括配置在干燥機(jī)里面、用于從中吸走冷凝液的徑向虹吸裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的控制裝置，其特征在于所述徑向虹吸裝置包括至少一根內(nèi)徑小于2.29厘米的虹吸管。
專利摘要
一種用于控制絲網(wǎng)干燥機(jī)蒸汽入口和出口管線之間壓差的控制裝置，包括一個(gè)用于有選擇地控制流出干燥機(jī)的掠過(guò)蒸汽、冷凝液和不凝氣體的出口閥。干燥機(jī)的速度傳感器產(chǎn)生第一控制信號(hào)，冷凝速率傳感器則感知冷凝液層積聚的速率，產(chǎn)生第二控制信號(hào)?？刂破骺刹僮鞯剡B接到出口閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有選擇地激勵(lì)該機(jī)構(gòu)。控制器對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行比較以確定出口閥的相對(duì)最佳設(shè)定，從而防止干燥機(jī)由于冷凝液而滿溢，而入口和出口管線之間的壓差則被保持在盡可能低的值。
文檔編號(hào)F26B13/10GK87100471SQ87100471
公開(kāi)日1987年9月9日 申請(qǐng)日期1987年1月23日
發(fā)明者格雷戈里·林恩·韋德?tīng)? 小斯坦利·彼得·加文, 羅伯特·卡西米爾·福斯勒 申請(qǐng)人:美商貝洛公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan