用于測量和消除來自壓區型擠壓機的包覆輥的壓區壓力曲線的旋轉可變性的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及用于將擠壓力施加在用于形成例如紙、織物材料、塑料箔和其他相關材料的移動料幅上的壓區型擠壓機。特別是，本發明涉及用于測量和消除來自在包覆輥中采用嵌入式傳感器的壓區型擠壓機的壓區壓力曲線的旋轉可變性的影響的方法和設備。雖然現有技術中采用帶有嵌入式傳感器的輥的擠壓機可能能夠檢測沿著所述輥的長度的壓力的變化，但是這些相同的嵌入式傳感器可能不能測量和補償可能由包覆輥的高速旋轉產生的旋轉可變性。本發明提供了一種用于測量和消除來自包覆輥的壓區壓力曲線的旋轉可變性的方法和設備，以獲得更加真實的正在壓區區域中形成的壓區壓力的曲線。
【背景技術】
[0002]夾輥被應用于很多連續加工行業中，這些行業包括例如造紙、制鋼、塑料壓延和打印。夾輥的特性在造紙中尤為重要。在造紙的過程中，很多階段需要將流漿箱原料轉化成紙。最初的階段是流漿箱原料(通常稱為“白水”)沉積在造紙機成型織物(通常稱為“網幅”)上。沉積之后，一部分白水流動通過成型織物網幅的孔隙而在所述成型織物網幅上留下液體和纖維的混合物。這種混合物在行業內稱為“料幅”，可以通過設備進行處理，所述設備進一步降低了最終產品的內含水分的量。所述織物網幅連續支撐纖維料幅并且使其行進通過各種脫水設備，所述脫水設備有效地從所述料幅除去所希望的量的液體。
[0003]多個脫水階段中的一個階段通過使所述料幅經過一對或者更多的旋轉輥來實現，所述旋轉輥形成其一個或者一系列的壓區型擠壓機，在這個過程中，液體通過所述旋轉輥正在施加的壓力而從所述料幅中排出。在所述料幅和織物網幅上施加力時，所述輥將導致一些液體被從纖維料幅中擠壓出來。所述料幅然后可以行進到其他擠壓機或者干燥設備，這些擠壓機或干燥設備進一步降低所述料幅中的水分的量。“壓區區域”是兩個相鄰的輥之間的紙幅通過的接觸區域。所述壓區型擠壓機的一個輥通常是堅硬的鋼輥，而另一個是由被聚合物包覆物包覆的金屬殼布局。然而，在一些應用中，兩個輥可以都被包覆。將被從所述料幅中加壓出來的液體的量取決于所述料幅通過所述壓區區域時被施加在所述料幅上的壓力的量。在該過程中的紙機壓延機的后面的輥被用來控制片材的厚度和其他特性。包覆輥有時在所述壓延機處使用。輥的特性在造紙中尤為重要，因為在壓區型擠壓機階段的過程中施加于所述料幅上的壓力的量對于獲得均勻的片材特性是關鍵的。
[0004]與這些輥相關聯的一個常見問題可能是沿著所述輥的工作長度分布的壓力缺乏均一性。由所述壓區型擠壓機的所述輥施加的壓力通常被稱為“壓區壓力”。施加在所述料幅上的壓區壓力的量和所述壓區的尺寸在獲得均一片材特性可能是重要的。沿著所述輥的均勻的壓區壓力在造紙中是重要的并且歸因于水分內含物、厚度、片材強度和表面外觀。例如，所述壓區壓力缺乏均一性可能常常導致具有欠佳質量的紙。過度的壓區壓力能夠導致纖維的壓碎或者移位以及在所得的紙產品中的孔。對壓區載荷的改善能夠導致通過較高的機器速度獲得更高的生產力和較低的故障(意外停工)。
[0005]在擠壓部使用的常規輥可以由一層或者多層材料形成。輥偏移(通常是由于下垂(sag)或者壓區載荷的緣故)可能是不均勻的壓力和/或壓區寬度分布的來源。磨損的輥包覆部也可能引起壓力變化。輥已經發展為監測和補償這些偏移。這些輥通常具有浮置的殼體，該浮置的殼體圍繞固定的芯體。在所述浮置的殼體下面是可移動的表面，所述可移動的表面可以被驅動以補償不均勻的壓區壓力分布。
[0006]先前已知的用于確定所述壓區壓力的這種差異的存在的技術要求操作員停止所述輥并且將一長條碳紙或者壓敏薄膜放置到壓區中。這個過程被稱為進行“壓區壓印”。后來的用于壓區壓印的技術涉及使用聚酯薄膜(mylar)和壓敏元件以電子方式記錄跨過壓區的壓力。這些程序盡管有用，但是不能在壓區型擠壓機工作的同時使用。而且，不能將會影響壓區壓力的均一性的溫度、輥速度和其他相關變化考慮進去。
[0007]因此，壓區型擠壓機發展了數年以允許操作員在所述輥正在轉動的同時測量所述壓區壓力。一個這樣的壓區型擠壓機在美國專利N0.4，509，237中有描述。這種壓區型擠壓機采用具有位置傳感器的輥以確定輥殼體的不均勻布置。來自所述傳感器的信號啟動位于所述輥殼體下面的支撐或壓力元件，以使可能因為壓力變化而存在的任何不均勻定位平衡。所述壓力元件包括由加壓油饋入線路供油的常規靜壓支承軸承。在美國專利N0.4，898，012中描述的輥類似地嘗試通過在所述輥上結合傳感器以確定擠壓機壓區的壓區壓力曲線來解決這個問題。還有另一個壓區型擠壓機公開在美國專利N0.4，729，153中。這種控制偏移輥進一步具有用于調節橫跨輥表面的窄帶中的輥表面溫度的傳感器。其他控制偏移輥如在美國專利N0.4，233，011中描述的控制偏移輥依賴于輥材料的熱膨脹性質來實現合適的輥撓曲。
[0008]壓區型擠壓機技術的進一步的優點包括無線傳感器的發展，這些無線傳感器被嵌入到壓區型擠壓機的感測輥包覆部中，如在授予Moore等的美國專利N0.7，225,688、7, 305, 894,7, 392, 715,7, 581, 456 7,963, 180。這些專利顯示了嵌入到輥包覆部(一般稱為“感測輥”)中的很多傳感器的使用，其將無線壓力信號發送到遠程信號接收器。授予Moschel的美國專利N0.5, 699, 729公開了用于感測展現在棍上的壓力的螺旋式傳感器的使用。造紙機設備制造商和供應商例如Voith GmbH, Xerium Technologies, Inc.及其子公司Stowe已經開發出采用嵌入在感測輥包覆部中的傳感器的壓區型擠壓機。這些壓區型擠壓機通常采用以單轉(revolut1n)卷繞在輥包覆部周圍的單螺旋進行連接以形成螺旋樣式的多個傳感器。單個傳感器被設計成在感測輥旋轉時延伸進入到所述壓區型擠壓機的壓區區域中。采用這種方式，傳感器的螺旋樣式提供了沿著所述壓區型擠壓機的橫向區域的不同壓力信號以為操作員提供與其通過所述壓區區域時橫跨壓區區域的壓力分布有關并且因此與正被施加至移動料幅上的壓力有關的有價值信息。
[0009]與所述壓區型擠壓機相關聯的控制儀器提供了橫向壓區壓力的良好表示(通常稱為“壓區壓力曲線”或只是稱為“壓區曲線”)，并且一旦出現的話將允許操作員修正所述壓區壓力分布。所述控制儀器通常在計算機屏幕或監視器上提供所述壓區壓力曲線的實時圖形顯示。所述壓區曲線是正從位于感測輥上的傳感器接收到的壓力數據的編譯。其常常就所述感測輥上的橫向位置以圖形顯示壓力信號。y軸常常指定以鎊/線性英寸表示的壓力而X軸指定所述輥上的橫向位置。
[0010]雖然所述感測輥上的單行傳感器可以提供壓區壓力橫向可變性的非常良好的表示，但是這些相同的傳感器可以能不能適當地將橫跨所述壓區區域的壓力的由所述感測輥的高速旋轉導致的可變性考慮進去。以高的角速度(高RPM)旋轉的輥筒/輥的動力學可以導致由所述輥筒/輥產生的壓力的輕微變化，這些輕微變化在所述輥筒/輥停止時或者以低速度旋轉時不一定能夠被檢測到。這種動力學變化可以是作用在所述輥筒/輥上的離心力、輥繞曲、輥平衡、偏心軸安裝或者外輥或圓輥造成的結果，并且可能受到環境因素的影響。典型的高速度旋轉輥筒/輥的動力學行為的特征經常為產生不平衡和抗彎剛度變化。沿著所述輥筒/輥的這些剛度變化常常被稱為旋轉可變性。不平衡可能被觀測為一些特定旋轉頻率下的振動分量并且也可以導致作為旋轉速度的函數的具有柔性的輥筒/輥的不需要的彎曲。由于用于造紙的感測輥的長度可能非常長，旋轉輥的不平衡可能對于造紙商而言是一個嚴重的問題，因為可能會產生并且由控制設備顯示的不太均勻的壓區壓力曲線。當然，所述感測輥的任何不需要的彎曲可能改變料幅通過夾輥行進時正在施加在該料幅上的壓力的量。同樣的，由于均勻的壓區壓力在造紙過程中是非常需要的，因此正確顯示壓區壓力曲線是高度有利的，因為根據不準確的壓區壓力曲線對旋轉輥進行的任何修正肯定會使該問題惡化。定位在感測輥上的單個橫向位置處的單個傳感器可能不能補償該傳感器位置處的旋轉可變性的影響，并且可能提供不太準確的壓力讀數。可變性有三個基礎測量。真實的壓區壓力曲線具有可變性，該可變性可以被稱為橫向可變性，因為其是橫跨所述壓區的各個橫向位置的平均壓力的可變性。單行傳感器中的各個傳感器可能具有與其相關聯的一定可變性，該可變性可以在數據在高速度下收集時進行計算。這種特定的可變性曲線表示單行傳感器中的各個位置處的高速度測量的可變性。這種可變性包含造紙過程中其他設備的可變性，包括夾向所述感測輥的輥的旋轉可變性。第三種可變性曲線是所述輥的各個橫向位置處的多個傳感器的壓區曲線可變性。這種可變性表示感測輥旋轉通過其多個位置或者感測位置時該感測輥的“旋轉可變性”。
[0011]旋轉可變性的問題之一是沿著所述感測輥的不同位置處的“高斑點(spot) ”和“低斑點”的產生。位于發現有高斑點和低斑點的橫向位置處的單個傳感器可能為處理設備提供在該位置處正在形成的不準確壓力讀數。這是因為所述輥充分旋轉通過完整一轉時在該傳感器的位置處形成的總壓力事實上將低于所測得的“高斑點讀數”。因此，基于位于高斑點或低斑點處的傳感器的讀數的壓區壓力曲線將不能指示正在該位置處形成的平均壓力。依賴于這個單獨的不準確的讀數的處理設備將計算和顯示至少部分地不準確的壓區壓力曲線。如果有很多單個傳感器位于很多高斑點或者低斑點處，那么處理設備將顯示具有很多不準確性的壓區壓力曲線。造紙機的操作員甚至可能不知道處理系統正在顯示不準確的壓區壓力曲線。而且，根據不準確的壓區壓力曲線而嘗試去修正感測輥可能導致甚至更加的不準確性。
[0012]因此，如果制造商能夠檢測并且測量沿著壓區型擠壓機的包覆輥的長度的任何旋轉可變性并且在實時壓區壓力曲線正在被計算和顯示時對其進行補償，那將是有利的。本發明提供了真實壓區壓力曲線的更好的測量，并且還能夠提供先前沒有測量的旋轉的壓區曲線可變性(旋轉可變性)。而且，感測元件的某些布置將會提供有關包覆部的磨損的信息。對任何旋轉可變性的補償應當產生更加準確地表示沿著所述擠壓機的壓區區域正在形成的壓力的壓區壓力曲線。本發明滿足這些和其他需要。
【發明內容】
[0013]本發明提供了用于準確地檢測、測量和至少部分地消除來自在壓區型擠壓機中使用的包覆輥(也稱為“感測輥”)的旋轉可變性的任何影響的裝置和方法。本發明補償這種影響，從而允許更加準確的壓區壓力曲線顯示得到計算和顯示。因此，本發明為機器操作員提供了橫跨壓區型擠壓機的實際壓力分布的更加準確的表示。本發明可以與修正儀器協同使用，這可以消除或者補償橫跨所述擠壓機的所述感測輥的位置處的壓力可變性。從沿著所述感測輥布置的傳感器獲得的數據允許計算和顯示旋轉可變性曲線，所述旋轉可變性曲線能夠為操作員提供額外的與壓力讀數動力學有關的實時信息，從而獲得更加準確的壓區壓力曲線。本發明能夠通過計