NO823994L - Fremgangsmaate for regulering av slipeprosessen i en ovnslipemaskin. - Google Patents

Description

r Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for regulering av slipeprosessen i en ovnslipemaskin, ifølge hvilken fremgangsmåte en ladning med ved i minst én ovn trykkes i ovnen mot en roterende slipesten ved hjelp av et i ovnen bevegelig stempel, hvor den tilsynelatende produserte massemengde på ulike målesteder langs stempelets slipeslag utregnes med bestemte mellomrom og det på grunnlag av denne massemengde utregnede spesifikke energiforbruk, jevnføres med en børverdi for det spesifikke energiforbruk og forløpet av ladningens sliping reguleres i avhengighet av det spesifikke energi-forbruks avvikelser fra børverdien for å utføre slipingen med mest mulig konstant, spesifikt energiforbruk under stempelets hele slipeslag.

Mekanisk masse produseres vanligvis i såkalte ovnslipe-maskiner, der vedladninger trykkes i ovner ved hjelp av en belastningssylinder og et stempel mot en roterende slipesten. Stenen sprøytes med vann for å oppnå nødvendig avkjøling og smøring samt for bortføring av massen.

Det er alminnelig kjent at produksjon av mekanisk masse er ustabil på grunn av mange tilfeldig varierende faktorer. Slike faktorer er f.eks. fluktuasjoner i vedkvalitet, størrelse og fuktighetsinnhold, stenflatens renhet, stenkvalitet, stenens flate- eller skjerpingsform, slitasjegraden på den slipende flate, den kraft med hvilken veden trykkes mot stenen osv. Ustabi-liteten fremtrer bl.a. i form av fluktuasjoner i massens konsistens, kvalitet og finhet. Som finhetsmål anvendes konvensjo-nelt en såkalt C.S.F.-verdi, som korrelerer meget godt på den ene side med massens ulike kvalitetsegenskaper, og på den annen side med det spesifikke energiforbruk. Det spesifikke energiforbruk (SEF) oppnås ved å dividere den i løpet av en viss tidsperiode anvendte energi med den under tilsvarende tid produserte massemengde. Jo større det spesifikke energiforbruk er, desto finere er vanligvis massen, m.a.o. desto lavere er dens C.S.F.-verdi.

Hittil kjente typiske reguleringsmetoder for ovnslipe-maskiner har vært trykk-, effekt- og hastighetsregulering.

Ved trykkreguleringen holdes det hydrauliske trykk, som virker i stempelets belastningssylinder,konstant under hele slipeprosessen. Slipestenens rotasjonseffekt holdes konstant ved hjelp av effektregulering og stempelets forskyvningshastig-het ved hjelp av en hastighetsregulering.

Det har likevel vist seg at når slike reguleringsmetoder anvendes, opptrer en betydelig fluktuasjon i massens C.S.F.-verdier. Den med slike reguleringsmetoder produserte totalmas-se er sammensatt av heterogene, momentane delmasser, selv om den endelige C.S.F.-verdi i middeltall er riktig og etterstre-bet. Situasjonen er ufordelaktig såvel for prosesskontrollen som for massekvaliteten.

Ettersom en måling av en pålitelig C.S.F.-verdi tar tid

og må utføres i et laboratorium og ettersom andre til prosessen koblede måleanordninger bare dårlig egner seg for et hurtig og nøyaktig reguleringsformål, har man i den senere tid forsøkt å holde det spesifikke energiforbruk konstant.

Det er prinsipielt enkelt å utføre en regulering av det

spesifikke energiforbruk. Den under en viss tidsperiode produserte massemengde og anvendte energi skal måles, det virkelig-gjorte spesifikke energiforbruk skal utregnes fra disse og nye innstillingsverdier, som utregnes fra slipeprosessens i og for seg k jente funksjonskarakteristikker, skal gis til det hydrauliske trykkets, rotasjonseffektens eller stempelets regulator, avhengig av reguleringsmetoden.

Det forekommer ingen praktiske problemer med måling av den anvendte energi. Derimot har det vist seg å være problematisk; å måle eller vurdere den produsere massemengde tilstrekkelig pålitelig. En måte er å måle den produserte massemengde som et resultat av massens strømning og konsistens. Strømnings-målingen lykkes uten vanskeligheter, men kontinuerlig å følge konsistensen, f.eks. fra massen under stenen, er i praksis uløst. Eh annen måte er å måle den produsere massemengde som et resultat åv det av stempelet fortrengte ovnsvolum og vedladningens tetthet i■ovnen. Det fortrengte ovnsvolum kan måles ved å følge stempelets bevegelse, hvilket er mulig f.eks. ved hjelp av instrument, som følger og registrerer den hydrauliske sylinders bevegelser. Som vedladningens tetthet er blitt anvendt en middeltetthet, som er basert på en lang erfaring og som f.eks. for gran er 294 kg/m 3. Ifølge hittil anvendte reguleringsmetoder er vedladningens tetthet blitt holdt konstant under stempelets gjentatte slipeslag og innen hvert slipeslag for å holde det spesifikke energiforbruks nivå konstant. En slik reguleringsmetode er kjent bl.a. fra publikasjonen 1980 PROCESS CONTROL CONFERENCE, CPPA Technical Section, Montreal, June 17-19, side 121-133, "The SCS package control.systems for the control of the mechanical pulping process". I denne artik-kel er beskrevet en reguleringsanordning, der slipeprosessens spesifikke energiforbruk er målt for reguleringsformål. Dette har skjedd ved å måle et tilsynelatende spesifikt energiforbruk ved hjelp av en måleskrue som følger stempelets bevegelse.

Dét har imidlertid vist seg at de hittil kjente forslag for utførelse av en regulering av det såkalte spesifikke energiforbruk har ført til relativt stor upålitelighet og at fluktuasjoner i massens C.S.F.-verdi ikke har kunnet minimaliseres. Dette beror på at måle- og reguleringsperiodene er lange og va-rer typisk flere minutter.

Denne oppfinnelse tar sikte på å tilveiebringe en reguleringsmetode som eliminerer det ovenfor omtalte misforhold og som gjør det mulig å holde det spesifikke energiforbruk så konstant som mulig under stempelets hele slipeslag og å minima-lisere fluktuasjoner i den produserte massens C . S . F .-verdi . Dette formål oppnås ved hjelp av metoden ifølge oppfinnelsen, som karakteriseres ved at verdien av den beregnede, tilsynelatende produserte massemengde korrigeres ved de nevnte målesteder av stempelets slipeslag i forhold til tettheten av vedladningen som skal slipes.

Oppfinnelsen er basert på den konstatering at tettheten av vedladningen som av stempelet presses mot slipestenen, for-andres når stempelets slipeslag skrider frem. Det er konsta-tert at når slipestenen roteres med konstant effekt, minsker i alminnelighet stempelets hastighet, og at når stempelet forskyves med konstant hastighet, øker i alminnelighet den nødven-dige rotasjonseffekty hvilket viser at vedladningens tetthet øker. Dette er jo forståelig i betraktning av at-vedstykkene i ladningen trykkes stadig tettere inn mellom hverandre og mot slipestenens flate under påvirkning av stempelkraften. Oppfinnelsens grunnidé er å overvåke vedladningens oven- nevnte komprimeringsfenomen under slipeslaget under slipeprosessens regulering for å holde det spesifikke energiforbruk konstant. På denne måte kan massemengden, som er produsert'på for-skjellige steder langs stempelets slipeslag, utregnes ved å anvende den under slagets fremadbevegelse foranderlige faktiske tetthet av vedladningen istedenfor at den produserte massemengde utregnes på slipeslagets ulike steder ved å .anvende vedladningens samme uforanderlige middeltetthet. Den således beregnede produserte massemengde motsvarer bedre virkeligheten, idet det for øyeblikket rådende spesifikke energiforbruk, som utregnes på- basis av vedladningens tetthet, gir et sannere bil-de av slipeprosessens reguleringsbehov for å holde det spesifikke energiforbruk så konstant som mulig. Ettersom det spesifikke energiforbruk følger bedre en børverdi under stempelets slipeslag, kommer også fluktuasjonene i massens C.S.F.-verdi til

å minske.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der: Fig. 1 viser skjematisk en hensiktsmessig slipemaskin for anvendelse av metoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk måling av stempelets forskyvning. Fig. 3 viser en tetthetsfaktor for en vedladning som en

funksjon av stempelets relative posisjon.

Fig. 4 viser som eksempel i diagramform tetthetsfaktoren

for en vedladning.

Fig. 5, 6 og 7 viser avhengigheten av massens C.S.F.-verdi av den tilsynelatende, den faktiske henholdsvis den på basis av ladningstettheten korrigerte SEF-verdi, og Fig. 8 viser en måleanordning for anvendelse av reguleringsmetoden.

Den i fig. 1 viste slipemaskin, som hensiktsmessig er av under kontinuerlig overtrykk arbeidende trykk, omfatter en ho-veddel 101 og en i hoveddelen roterende opplagret slipesten 102, på hvis motstående sider finnes to ovner 103. I hver ovn arbeider et stempel 1.05, som kan forskyves ved hjelp av en hyd-raulisk sylinder. Over hver ovn er der anordnet en vertikal innmatingslomme som ikke er vist, for en vedladning 106 som skal innmates. Vann sprøytes på slipestenen gjennom munnstyk-ker 107. Under slipestenen finnes et massetrau for slipemassen og fra trauet leder et utløpsrør 109 til påfølgende behandlings-steder.

Til å begynne med betraktes en situasjon der man for å oppnå en ønsket SEF-verdi anvender en hastighetsregulering som egentlig reguleringsmetode, idet bare den ene ovnen sliper.

Som ovenfor nevnt er det til slipingen forbrukte spesifikke energiforbruk (SEF) lik den under en viss tidsperiode anvendte energi (W) dividert med den under samme tidsperiode produserte massemengde (M). Den anvendte energi derimot er lik akseleffekten (P) av slipestenens drivmotor multiplisert med tiden (t). Under en kontrollperiode t, som kan være f.eks.

15 sekunder, er således

Den produserte masse mengde (M) er i sin tur lik det av klossen fortrengte ovnsvolum multiplisert med tettheten til vedladningen i ovnen.. Under kontrollperioden t er således

hvor:

A = ovnens tverrsnittsflate,

= stempelets fremadbevegelse under perioden t,

D = vedladningens middeltetthet i ovnen under slipingen, Kt= korrigeringsfaktor for vedladningens tetthet, dvs.

vedladningens komprimeringsfaktor, som defineres som en funksjon av stempelets relative posisjon.

Fig. 2 viser stempelets fremadbevegelse under slipingen. Vedladningenes størrelse varierer bl.a. ved at de enkelte stam-mer varierer i form og stammenes stilling i innmatingslommen varierer under påfyllingen. Når stempelet i begynnelsen av

slipeslaget presses mot ved, forårsaker fluktuasjonen i vedladningenes størrelse at stempelets utgangsposisjon X ai begynnelsen av slipingen varierer under ulike påfyllinger. Denne posisjon kan måles f.eks. med en pulsgiver. Stempelets sluttposi-sjon er derimot alltid den samme, og den anvendes derfor som nullpunkt, med hvilket stempelets posisjon sammenlignes. På samme måte kan man bestemme stempelets middelposisjon X^under

kontrollperioden og utregne stempelets relative middelposisjon st

Stempelets middelposis jon X^_ kan bestemmes f .eks. ved å måle stempelets posisjon i midten av kontrollperioden. Alter-nativt kan stempelets posisjon måles i begynnelsen og i slut-ten av kontrollperioden og posisjonenes middeltall utregnes. Ved behov kan stempelets posisjon måles på flere steder og en eksakt middelposisjon for stempelet utregnes ved hjelp av ulike matematiske metoder.

Fig. 3 viser som et eksempel avhengigheten av vedladningens tetthetsfaktor (K) av stempelets relative posisjon og fra kurven fåes en tetthetsf aktor K for vedladningen, som motsvarer stempelets relative posisjon under hver kontrollperiode t. Tetthetsfaktoren kan naturligvis anvendes på hvilken som helst måte som står i forhold til stempelets posisjon og bevegelse og som i praksis gir en tilstrekkelig nøyaktig verdi på faktoren. Som sammenligningstall kan da anvendes f.eks. stempelets abso-lutte posisjon i ovnen, stempelets fremadbevegelse i ovnen et-ter slipeslagets begynnelse etc.

Det spesifikke energiforbruk SEF^_, som motsvarer kontrollperioden t, kan nå kalkuleres fra formlene I og II. Dersom SEF^avviker fra børverdien, utføres en nødvendig korrigering av stempelets retningshastighet for å bringe det spesifikke energiforbruk til børverdien. Under følgende kontrollperiode utføres igjen de samme målinger og beregninger under observer-ing av tetthetsforandringen og en korrigering av retningshas-tigheten utføres ved behov. Grunnregelen er at når hastigheten øker i minsker SEF.

På denne måte kan endringene i vedladningens tetthet under stempelets slag (vanligvis ca. 5-20 min) observeres under slipingen (f.eks. med 15 sekunders mellomrom) og nødvendige korri-geringer utføres med'stempelets hastighet, slik at det spesifikke energiforbruk blir så konstant som mulig og derved også fluktuasjonene i massens C.S.F.-verdi under slipingen forblir minst mulig. Ovenfor er beskrevet et tilfelle der SEF-kontrollen er realisert som en hastighetskontroll av stempelet. SEF-kontrollen kan ifølge oppfinnelsen på tilsvarende måte realiseres ved å anvende en effektregulering, idet effektens retningsverdi endres for å holde SEF konstant (når effekt øker minsker SEF) eller av trykkregulering, idet innstillingsverdien for det hydrauliske trykk i stempelets hydraulsylinder endres (når trykket øker, minsker SEF). I praksis kan man dessuten anvende en regu-leringsmåte der en reguleringsventil for det hydrauliske trykk i stempelets belastningssylinder reguleres direkte på basis av SEF-avviket, slik at når ventilen åpnes, minskes SEF og omvendt.

I tabellene 1 og 2 på følgende sider vises to slipeslag

i en ovnslipemaskin, når prosessen styres med såkalt effektregulering henholdsvis med hastighetsregulering. Prøver er blitt samlet hvert minutt i løpet av ca. 30 s tid, idet oppholdet fra stenen til prøvetagningen har vært ca. 10 s. Slipingene varte 11 og 18 min. I tabellen er anvendt en empirisk verdi

D = 294 kg/m 3 som antatt middeltetthet for vedladningen i ovnen under slipingen.

I tabellenes kolonne 10 er angitt en faktisk produsert massemengde (massemengde = volumstrøm x konsistens), som er utregnet på grunnlag av kolonnene 8 og 9 og i kolonne 11 er angitt en tilsynelatende produsert massemengde som er utregnet på grunnlag av ovnens tverrsnittsflate A, den for vedladningen an-tatte middeltetthet D , og stempelets hastighet v. Middelver-dien i tabellens 1 kolonne 10 er 0,853 og kolonnens 11 middelverdi 0,793. På dette grunnlag kan konstateres at forholdet

mellom den faktisk og tilsynelatende produserte massemengdens

middelverdi var 1,076. I tabell 2 oppnås 0,935 for tilsvarende forhold.

I tabellenes kolonne 5 og 6 er angitt stempelets relative posisjon X og en ifølge fig. 4 antatt korreksjonsfaktor K for tettheten. I kolonne 12 er angitt den ved hjelp av tetthetsfaktoren korrigerte tilsynelatende produserte massemengde .

I tabellenes kolonner 13, 14 og 15 er utregnet den faktiske, tilsynelatende og den korrigerte tilsynelatende SEF.

I fig. 4 er inntegnet den faktisk produserte massemengde 10 / den tilsynelatende produserte massemengde (11) som en funksjon av stemplets posisjon fra hver tabell. For å lette den grafiske løsningen er kurvene gjort sammenligningsbare ved å multiplisere de utregnede verdier for hver kurve med forholdet mellom massemengdenes middelverdi, som oppnådd ved angjeldende måling. I fig. 4 er med punktlinjer tegnet en middeltetthets-kurve, som kan anvendes på disse eksempler, og som er anvendt for bestemmelse av tetthetsfaktoren Kfc ifølge oppfinnelsen. Fra kurven får man verdien på den korreksjonsfaktor Kfc, som tilsva-rer hver posisjon av stempelet og som anvendes når den produserte massemengde beregnes ifølge formel II. I henhold til dette kan ifølge formel I utregnes hver kontrollperiode SEFtverdi som sammenlignes-med børverdien for SEF. På basis av den eventuel-le avvikelse reguleres slipeprosessen på tilsvarende måte for å oppnå børverdien for SEF. Fig. 5, 6 og 7 viser avhengigheten av massens C.S.F.-verdi av den tilsynelatende, den faktiske og den på basis av tetthetsfaktoren korrigerte SEF. Av fig. 5 fremgår det at når SEF utregnes på kjent måte ifølge formel II uten hensyn til vedlad-ningstéttheten (Kt=1), er fluktuasjonén i C.S.F.-verdien stor, selv om SEF holdes konstant. F.eks. på SEF-nivået 1,2 MWh ut-gjør fluktuasjonen i C.S.F.-verdien 70-200 ml. Av fig. 6 fremgår at når SEF utregnes på basis av faktiske omstendigheter, ut-gjør fluktuasjonen i C.S.F.-verdien på samme SEF-nivå bare 120-150 ml. Av fig. 7 fremgår at når SEF utregnes ifølge formel II, men under hensyn til forandringen i ladningstettheten ifølge kurven i fig. 4, utgjør fluktuasjonen i C.S.F.-verdien 95-170 ml. Man merker at den ifølge oppfinnelsen utregnede SEF-verdi korrelerer bedre med C.S.F.-verdien og tilpasser seg således bedre for slipekontrollen enn den på kjent måte utregnede SEF-verdi. Fig. 8 viser en eventuell utføringsform for anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Henvisningstallet 111 betegner et apparat for måling av slipemaskinens akseleffekt. Henvisningstallene 112 og 113 betegner pulsangivere som måler hastigheten av stempelet i hver ovn, henvisningstallene 114 og 115 betegner trykkmålere som måler det hydrauliske trykk i be-lastningssylinderen for hvert stempel, og henvisningstallene 116 og 117 betegner reguleringsventiler, med hvilke man kan re-gulere det hydrauliske trykk som virker på ovnenes stempler og

■derved innvirker på stemplenes hastighet og slipemaskinens akseleffekt.

Pulsangiveren kan være f.eks. av type LITTON SERVOTECHNIK,

G 70 SSTLB 1-1000-111-05 PX, BRD.

Tegningene og den dertil hørende beskrivelse er bare bereg-net på å anskueliggjøre oppfinnelsens verdi. I detaljene kan metoden ifølge oppfinnelsen variere tydelig innenfor patentkra-venes ramme.

En på ytterligere forsøk basert endelig form bør i praksis søkes for den i fig. 4 illustrerte kurve av ladningstettheten. Ovenfor er beskrevet bare reguleringen av en ovn. Da slipemaskinens to ovner sliper er det mulig å oppdele slipestenens to-talenergi for ovnene f.eks. i forhold til det hydrauliske trykk som virker på deres stempler eller på annen hensiktsmessig må-te, og utregne nye reguleringsinstruksjoner for hver ovn separat på den ovenfor beskrevne måte.

I praksis er det også mulig å anvende SEF-reguleringen slik at hver ovn drives innbyrdes på samme måte, idet produksjo-nene av begge ovner måles og utregnes som ovenfor og den oppnåd-de totalproduksjon anvendes for beregningen av SEF. Da behøver slipestenens energi ikke oppdeles mellom ovnene. Likeledes kan ovnene reguleres separat, slik at under hensyn til tetthetsfaktoren K. er ovnenes produksjoner under kontrollperioden t like store, idet stenens rotas, jonsef f ekt heller ikke behøver oppdeles.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for regulering av slipeprosessen i en ovnslipemaskin, der en vedladning i minst én ovn (103) trykkes i ovnen mot en roterende slipesten (102) ved hjelp.av et i ovnen bevegelig stempel, hvor den tilsynelatende produserte, massemengde på ulike målesteder langs stempelets slipeslag utregnes med bestemte mellomrom og det på- grunnlag av denne masse mengde utregnede spesifikke energiforbruk, jevnføres med en børverdi for det spesifikke energiforbruk og forløpet av ladningens sliping reguleres i avhengighet av det spesifikke energiforbruks avvikelser fra børverdien for å utføre slipingen med mest mulig konstant, spesifikt energiforbruk under stempelets hele slipeslag, karakterisert ved at verdien (9) av den beregnede, tilsynelatende produserte massemengde korrigeres ved de nevnte målesteder for stempelets slipeslag i forhoLd til tettheten (K) av vedladningen som skal slipes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man - måler den faktisk produserte massemengde (10) ved de ulike målesteder (1) for stempelets slipeslag og beregner den tilsynelatende produserte massemengde (11) på basis av ovnens tverrsnittsflate (A), stempelets stilling og en for vedladningen antatt middeltetthet (Dt7) , W - bestemmer i hvilken avhengighet forholdet mellom den faktisk produserte massemengde (10) og den tilsynelatende produserte massemengde (11) står til stempelets stilling, - anvender nevnte forhold som korreksjonsfaktor (K^ ) ved målestedene for stempelets slipeslag for de beregnede tilsynelatende massemengder (11) ved slipingen av etterkommende vedladninger, - på basis av slipestenens rotasjonseffekt (2) og den med korreksjonsfaktoren (Kfc) korrigerte tilsynelatende produserte massemengde (12) beregner det spesifikke energiforbruk (15) ved stempelets målested (1), - beregner det spesifikke energiforbrukets (15) avvik fra børverdien (SEF) for det spesifikke energiforbruk, og - regulerer slipemaskinens innstillingsverdi i en ret-ning som reduserer avviket for å holde det spesifikke energiforbruk konstant under stempelets hele slipeslag.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man regulerer slipestenens rotasjonseffekt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man regulerer.stempelets matehastighet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man regulerer stempelets hydrauliske trykk.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man regulerer en ventil for stempelets hydraulsylinder.