专利名称：确定造纸机的驱动组件之间的速度关系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定造纸机的驱动组件之间速度关系的方法以及造纸机，具有至 少一个具有至少一个驱动组件的预干燥段，其中预干燥段的驱动组件分别具有至少一个用 于干燥纸带的干燥滚筒。本发明还涉及计算机程序，用于执行上述方法以及具有这种计算机程序的计算机
程序产品。
背景技术：
这种方法在纸加工领域中使用。在常见的造纸机中胶压机位于预干燥段的后面并 且后干燥段位于胶压机后面。但是在一些情况下、例如在报纸造纸机中也存在仅仅一个没 有胶压机的预干燥段和后干燥段。预干燥段和可选的后干燥段一般分别由多个蒸汽加热的 干燥滚筒组成。在此一般使多个顺序的干燥滚筒一起在驱动组件中以相同的速度驱动，即， 例如预干燥段中的干燥滚筒在m个驱动组件中并且后干燥段的干燥滚筒在η个驱动组件 中。在造纸机的这些干燥组件中将纸带从初始湿度干燥到确定的最终湿度。在此纸带 改变其特性，也可能改变弹性模量，它在功能上直接取决于含湿量。为了保证均勻的带应力 (也称为带拉力)，它对于产品质量参数与对于纸带稳定性同样重要(尽可能小的过伸、微 小的撕裂；但是也必需一定的最小拉力，因此保证纸带在缠绕辊上的导引并且避免折叠)， 单个干燥组件的速度匹配于干燥轮廓。现在的技术问题是，如何设定预干燥段(也可能包括后干燥段)的驱动组件的速 度理论值、尤其是差速理论值或相对理论值。按照目前的技术状态必需由操作者根据观察 或通过感触识别纸带拉力中的偏差并且由手通过驱动组件的速度关系再调整。
发明内容
本发明的目的是，自动地确定造纸机的驱动组件的速度关系。这个目的通过一种用于确定造纸机的驱动组件之间的速度关系的方法得以实现， 其中造纸机具有至少一个具有至少一个驱动组件的预干燥段，并且其中预干燥段的驱动组 件分别具有至少一个用于干燥纸带的干燥滚筒，具有下面的步骤提供测量值，尤其是驱动组件的速度的测量值、纸带的单位面积的质量的测量值、 在预干燥段的最后的干燥滚筒后面的湿度测量的测量值和/或干燥滚筒内的蒸汽压力的 测量值，-由测量值计算每个干燥滚筒后面的纸带的带湿度，-由弹性模量和至少一个给定的理论带应力计算至少一个带应变并且-由所述至少一个带应变计算速度关系。所述目的还通过具有在权利要求5，6以及7中给出的特征的造纸机、计算机程序 以及计算机程序产品得以实现。
通过按照本发明提供实际工艺参数如带湿度、克重、材料速度、蒸发面积、蒸汽压 力和蒸汽量、设备几何形状等的测量值对于确定速度关系必需的测量值在适合的位置、如 在计算机程序中供使用。在此这些测量值一般本来已经在设备的不同部件中出现。只有对 于在特殊的造纸机中没有至少一个这种必需的测量值的情况，提供测量值也包括测量相关 的测量值。按照本发明在所谓的“干燥模型”中由所提供的测量值计算在预干燥段的每个滚 筒i后面的纸带的相对湿度1!」。在此纸带湿度在位置x_2 = x_l+AL通过u_2 = u_l-[(m_u+m_o)/Gatro] · ( Δ L/V_M)给出，其中V_M是设备速度，并且绝对干燥(atro)克重为Gatro = m_F/A(m_F 干燥纸带的质量，A 相关的纸带面积)。在纸带底面和顶面上的蒸发率m_u 和m_o满足斯特潘(Mefan)公式，在其中也加入设备特有的参数如在一般现有的干燥罩内 的总压力和温度。通过取决于湿度的弹性模量(E-模量)(它例如由实验室测量已知)可以由给定 的理论带应力σ计算必需的带应变ε，然后由带应变再计算单个驱动组件之间的速度关 系。在此理论带应力σ不必在整个预干燥段和后干燥段中恒定，而是在单个驱动组件之间 变化，因为纸带在预干燥段中随着干燥的增加才达到对于更大的带应力所需的强度。纸带在单个干燥滚筒上的干燥曲线尤其在停止或撕裂以后不同于“稳态振动状 态”:在短的停止后(例如在撕裂后)，在其间通常(稍微)加热干燥滚筒，接着生产的纸带 具有更低的湿度曲线(即，在滚筒i上的湿度u_i低于正常值)。在长的停止以后，在其间 干燥滚筒的蒸汽压力下降，滚筒可能还未达到“工作温度”，并且接着生产的纸带的湿度曲 线高于正常值。因此设备管理者必需在启动时使速度关系匹配于变化的特性。如果错误地设定带应变(或者说速度关系)，这可能在太大的应变时导致带撕裂 并且在太小的应变时导致带颤振(Bahnflattern)，这可能导致不良的纸质量并且也可能导 致撕裂。通过按照本发明的解决方案识别湿度曲线中的变化并且自动确定由此引起的驱动 组件之间的变化的速度关系。这带来的优点是，所产生的纸带质量不再取决于操作者(设 备管理者)的经验和注意力，而是可靠地保证通过均勻的带应变带来的均勻的质量。在有利的方案形式中，-其中造纸机具有胶压机和后干燥段，它们分别具有至少一 个驱动组件，其中后干燥段的驱动组件具有至少一个用于干燥纸带的干燥滚筒，-提供驱动 组件的速度测量值、在后干燥段的最后的干燥滚筒后面的湿度测量的测量值、所涂覆胶量 的质量流的测量值以及胶压机中的水涂覆的测量值，并且由预干燥段的最后的干燥滚筒后 面的湿度测量和水涂覆计算胶压机与后干燥段之间的带湿度。通过这种方式也可以对于具 有胶压机和后干燥段的造纸机自动地确定所有驱动组件之间的速度关系。在另一有利的实施例中，由带湿度、每个在胶压机前面和后面测量的带应力和由 参与的驱动组件的速度确定的应变来计算弹性模量。在此通过另一模型(“E-模量-模 型”)实现计算。由此避免不可靠性，它们由取决于湿度的弹性模量的实验室测量引起，因为 其前提是，(弹性模量的)特性足够地恒定(当然这例如在报纸造纸机中是常见的情况)。因为在这个实施例中由纸带的连续测量值计算取决于湿度弹性模量，按照本发明的方法也 (完全适应地)自动适配于在纸带中弹性模量的变化。在另一有利的实施例中，自动地设定驱动组件之间的速度关系。即，由带应变计算 的速度关系作为理论值规定给驱动控制。因此不同的和目前只分开观察的设备部件的供使 用的测量数据适合地关联，用于达到对于产品质量和工艺使用性有利地设定，它目前只能 由操作者手动地(近似地)设定。由于通过连续测量得到的工艺数据，本方法是自动适配 的并且具有高度可靠性。
下面借助于附图所示的实施例详细描述并解释本发明。附图中图1简示出造纸机的驱动组件，图2示出弹性模量与带湿度的关系，图3示出带应力与带应变的关系。
具体实施例方式图1简示出造纸机，具有预干燥段(PDS，“Pre-Dryer Section”)、胶压机(SP， "Size Press”)和后干燥段(ADS，“After-Dryer Section”)。预干燥段PDS和后干燥段 ADS分别由多个蒸汽加热的干燥滚筒Z组成。多个顺序设置的干燥滚筒Z分别一起在驱动 组件PDS_m-l，PDS_m, SP, ADS_1,ADS_2, ADS_n中以相同的速度驱动，即，例如预干燥段PDS 的干燥滚筒Z在m个驱动组件PDS_m-l，PDS_m中驱动并且后干燥段ADS的干燥滚筒Z在η 个驱动组件ADS_1，ADS_2, ADS_n中驱动。在造纸机的干燥组件PDS，ADS中纸带PB从初始湿度干燥到确定的最终湿度。因 为纸带PB在此改变其特性，例如弹性模量，它直接取决于含湿量，因此单个干燥组件PDS， ADS的速度必需适配于干燥轮廓，用于保证均勻的带应力σ (也称为带拉力)，它对于产品 的质量参数与对于带运动的稳定性同样重要(尽可能没有过伸，更少撕裂)。通过按照本发明的解决方案计算对于至少一个给定的理论带应力ο为设定所必 需的速度关系。在此理论带应力σ不必在整个预干燥段和后干燥段PDS，ADS中恒定，而是 必须在单个驱动组件PDS_m-l，PDS_m, SP, ADS_1，ADS_2,ADS_n之间变化，即，适配于干燥过 程，该过程伴随着收缩。在胶压机SP前面的预干燥段PDS的最后驱动组件PDS_m后面的带拉力ο PDS_m在 设定回路中通过给定速度关系v_SP/v_PDS_m设定，即驱动组件SP与PDS_m的速度比。带 湿度u_PDS_m作为测量值出现。类似地在设定回路中通过给定速度关系v_ADS_l/v_SP、即 驱动组件ADS_1与SP的速动比设定在后干燥段ADS的第一驱动组件ADS_1前面的带拉力 σ ADS_0。由测得的带湿度u_PDS_m和在胶压机SP中通常已知的水涂覆能够计算带湿度u_ ADS_0。(例如能够由胶压机SP的新水消耗确定胶压机SP中的水涂覆。)类似地设定通过以干燥模型计算的带湿度确定的所有驱动组件PDS_m-l，PDS_m, ADS_1,ADS_2, ADS_n之间的速度关系，由此有利地使单个驱动组件PDS_m_l，PDS_m，ADS_1, ADS_2, ADS_n的速度自动地适配于纸带PB的干燥轮廓中的变化。由此防止带撕裂和带颤 振并由此以同样良好的纸质量提高造纸机的可靠性。
图2示出弹性模量E与带湿度u的关系。为了利用所谓的‘ -模量-模型”求得 特性曲线E (u)，确定点A和B，其中A代表直接在胶压机SP前面的湿度和带弹性(=干燥) 并且B代表直接在胶压机SP后面的湿度和带弹性(=湿润)。在此测得胶压机SP前面的 带湿度u_PDS_m并且由通常已知的胶压机SP中的水涂覆计算胶压机SP后面的带湿度u_ ADS_0。为了确定从属的E值，还测得胶压机SP前面和后面的带应力σ并且由参与的驱动 组件PDS_m，SP，ADS_0的速度确定带PB的应变。(可以选择按照这个附图的特性曲线作为 实验室测量，如果纸带的这个特性保持足够恒定)。按照E-模量-模型，特性曲线在纸带PB穿过预干燥段PDS、胶压机SP和后干燥段 ADS期间在通过阴影线表示的范围内延伸，如同在细节圈图中表示的那样。纸带PB在E(U) 线图中的状态首先在预干燥段PDS期间从点B延伸到点A，因为从属的带湿度u_PDS连续地 减小。在穿过胶压机SP期间相应地带湿度u_SP再增加并且最后带湿度u_ADS在后干燥段 ADS中再减小-对应于从A到B的状态运动并且再返回。借助于利用所述的模型确定的弹性模量E与带湿度u的关系(或选择利用实验室 特性曲线)现在可以在下一步骤中对应给定的理论带应力σ计算带应变ε，如同在下一附 图中所示的那样。图3示出带应力σ与带应变ε对于不同的带湿度u的关系。在此对应于不同的 带湿度u的射线只对于干燥的纸带PB的情况在原点以带湿度ul开始。已知，当湿度u变 化，纸带PB在无应力状态(ο =0)在长度和宽度上变化。在机器方向上纸带PB的长度 增加，如果从“绝对干燥(atro)，，开始对纸带PB输送水份，例如在胶压机SP中就是这种情 况。这在附图中通过取决于湿度的带应变ε在无拉力状态-ε (σ = 0, ul) , ε (σ = 0， u2)，...表示，其中u4 > u3 > u2 > ul。虚线是图2的在点A的带湿度u_PDS_m和在点B 的湿度u_ADS_0的射线。为了求得对应给定的理论带应力σ的带应变ε，现在只还需要对于相应带湿度u 确定从属于理论带应力ο的带应变ε，如同这一点在附图中通过点箭头表示的那样。由这 些各自的带应变ε可以计算单个驱动组件PDS_m-l，PDS_m, ADS_1，ADS_2, ADS_n之间的速 度关系并且作为理论值规定给驱动控制。通过这种方式可以这样自动地设定驱动组件PDS_ m-1, PDS_m, ADS_1, ADS_2, ADS_n之间的速度关系，使纸带PB的带应力σ既不太高(带撕 裂的危险)也不太低(带颤振的危险)。总之，本发明涉及造纸机，具有至少一个具有至少一个驱动组件的预干燥段，其中 驱动组件具有至少一个用于干燥纸带的干燥滚筒。为了自动地确定驱动组件之间的速度关 系，建议一种方法具有下面的步骤-提供测量值，尤其是驱动组件的速度的测量值、纸带的单位面积的质量的测量 值、在预干燥段的最后的干燥滚筒后面的湿度测量的测量值和/或干燥滚筒内的蒸汽压力 的测量值，-由测量值计算每个干燥滚筒后面的纸带的带湿度，-由取决于湿度的弹性模量和至少一个给定的理论带应力计算至少一个带应变， 以及-由所述至少一个带应变计算速度关系。通过按照本发明的解决方案，对于均勻的带应变自动地确定由湿度曲线中的变化引起的驱动组件之间的变化的速度关系。
权利要求
1.一种用于确定造纸机的驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)之间的速度关系的方法，其中造 纸机具有至少一个具有至少一个驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)的预干燥段(PDS)，并且其中 预干燥段(PDS)的驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)分别具有至少一个用于干燥纸带(PB)的干 燥滚筒(Z)，所述方法具有下面的步骤-提供测量值，尤其是驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)的速度的测量值、纸带(PB)的单位 面积的质量的测量值、在预干燥段(PBS)的最后的干燥滚筒(Z)后面的湿度测量的测量值 和/或干燥滚筒(Z)内的蒸汽压力的测量值，-由所述测量值计算每个干燥滚筒(Z)后面的纸带(PB)的带湿度(u)，-由取决于湿度的弹性模量(E)和至少一个给定的理论带应力(σ )计算至少一个带应 变(O，以及-由所述至少一个带应变(ε )计算速度关系。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述造纸机具有胶压机(SP)和后干燥段(ADS)，它 们分别具有至少一个驱动组件(SP，ADS_l，ADS_2，ADS_n)，其中后干燥段(ADQ的驱动组件 (ADS_l，ADS_2，ADS_n)具有至少一个用于干燥纸带(PB)的干燥滚筒(Z)，并且-其中提供胶压机(SP)和后干燥段(ADS)的驱动组件(SP，ADS_l，ADS_2，ADS_n)的速 度的测量值、在后干燥段(ADQ的最后的干燥滚筒(Z)后面的湿度测量的测量值、所涂覆胶 量的质量流的测量值以及胶压机(SP)中的水涂覆的测量值，-其中由预干燥段(PDQ的最后的干燥滚筒(Z)后面的湿度测量和水涂覆计算在胶压 机(SP)与后干燥段(ADS)之间的带湿度(u_ADS_0)。
3.如权利要求2所述的方法，其中由带湿度(U)、每个在胶压机(SP)前面和后面测量 的带应力(σ )以及由参与的驱动组件(PDS_m，SP, ADS_1)的速度确定的应变(ε )计算弹 性模量(E)。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中自动地设定驱动组件(PDS_m-l，PDS_m, SP, ADS_1, ADS_2, ADS_n)之间的速度关系。
5.造纸机，具有至少一个具有至少一个驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)的预干燥段(PDS)， 其中所述驱动组件(PDS_m-l，PDS_m)具有至少一个用于干燥纸带(PB)的干燥滚筒(Z)，所 述造纸机还具有用于执行如权利要求1至4中任一项所述方法的机构。
6.计算机程序，用于执行在如权利要求5所述的造纸机上执行如权利要求1至4中任 一项所述的方法。
7.计算机程序产品，具有如权利要求6所述的计算机程序。
全文摘要
本发明涉及一种造纸机，具有至少一个具有至少一个驱动组件(PDS_m-1，PDS_m)的预干燥段(PDS)，其中驱动组件具有至少一个用于干燥纸带(PB)的干燥滚筒(Z)。为了自动地确定驱动组件之间的速度关系，所述方法具有下面的步骤提供测量值，尤其是驱动组件(PDS_m-1，PDS_m)的速度的测量值、纸带(PB)的单位面积的质量的测量值、在预干燥段(PBS)的最后的干燥滚筒(Z)后面的湿度测量的测量值和/或干燥滚筒(Z)内的蒸汽压力的测量值，由所述测量值计算每个干燥滚筒(Z)后面的纸带(PB)的带湿度(u)，由取决于湿度的弹性模量(E)和至少一个给定的理论带应力(σ)计算至少一个带应变(ε)，以及由所述至少一个带应变(ε)计算速度关系。
文档编号D21F5/04GK102076906SQ200980124242
公开日2011年5月25日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年6月26日
发明者A·西贝尔, E·弗里斯, G·米夏利斯, J·雷因施克 申请人:西门子公司