专利名称：造纸盘式磨浆机磨浆间隙在线精确测量技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及到盘式磨浆机盘片(材料为铸钢)齿形结构特征、磨浆间隙要求与其动态变 化影响因素研究，电涡流传感器用在平面旋转齿盘类非接触测量间隙位移的新用途的原理与 可行性，电涡流传感器安装在平面齿盘上的探头端面縮进效应和边界效应。
本发明最终应用到造纸工业打浆设备盘式磨浆机的工艺磨浆间隙的直接、在线、精确测 量与控制上，相对现有传统的方法比是一种全新的方法。
背景技术：
造纸生产基本工艺过程是将各种植物纤维原料通过不同的方法解离分散成浆料，再对其 研磨(打浆)整理成一定形态的纤维，最后重新均匀排列组成纸页的过程。因此，打浆造纸 是生产最关键工序之一，直接影响到成纸质量。盘式磨浆机又以其结构特点决定的具有磨浆 动耗低、浆种适应性广等优点，外加其适用于机械法制浆和高浓打浆的优势，在造纸生产中 比其它磨浆设备用得更广。不同浆、纸种工艺要求磨浆间隙控制不同，为浆料纤维级的确定 间隙。
国内外目前采用设定主电机总电流即单位浆料磨浆功率(见附图l)，或停机时校零位、 运行时控制进退盘辅电机位移作为调控磨盘间隙的方法和手段；但实际受浆流量、浓度、杂 物及盘齿本身运行过程磨损等因素影响使测控间接、笼统又近似，势必造成间隙测量不精确 且控制不定值。真正实现磨浆间隙的直接、精确、实时性的测控对提高磨浆纤维质量和均匀 性以及磨浆安全等意义重大。
发明内容
按磨浆工艺要求，盘式磨浆机运行时随不同的浆料纤维种类和不同的磨浆工艺条件应具 有特定的齿盘纤维级磨浆间隙，且能精确测量、调节与控制。本发明针对目前国内外普遍采 用设定主电机总电流即单位浆料磨浆功率，或停机时校零位、运行时控制进退盘辅电机位移 作为调控磨盘间隙的方法和手段中存在的问题，通过采用特定的非接触式测量位移电涡流传 感器安装于磨腔内定盘片上，目的是提供一种真正实现磨浆间隙的直接、精确、实时性的测 控新方法(见附图2)，可有效地提高磨浆纤维质量和均匀性。
为解决现有技术问题、实现上述目的，本发明中主要内容包括
1、 研究探索并首次提出了电涡流传感器作为非接触式测量旋转状态、齿形平面位移的新 用途；相应地专门计算设计选定了电涡流传感器，并通过试验给出了传感器的输出特性。
2、 在对磨片齿盘结构与运行特征研究基础上，确定了电涡流传感器安装于定盘磨片上周 边区，并确定对称安装2个(见附图4)。安装于周边区是考虑①磨片表面径向存在梯度，② 在周边区齿结构分布更规范、间隙最小(正好是磨浆过程浆料纤维离开磨区的出口把关区)，
③安装容易。对称安装2个其作用安全相同，是考虑采集平行数据使测量更准确。
3、 根据电涡流传感器的电涡流场效应、边缘效应和齿面磨损等因素，试验确定并提出了 探头端面縮进、周边开孔与离齿盘周边边缘的尺寸。
4、 提出了电涡流传感器获取的电信号与磨浆间隙数值之间的标度变换方法。这种为便于 磨浆间隙数据实时显示与调节控制目的标度变换包括了两种情形而分别考虑后综合给出一 是磨片正常运行而又处在不断磨损状态时的，二是处于人为启动或停机或运行时的进盘、退 盘状态时。
5、 与国内外目前广泛采用的盘式磨浆机磨浆间隙简接控制与调节方式的衔接问题
根据电涡流传感器的基本原理与特性，从目前已研究报道的用途中为平面导体的位移测 量、厚度、振动、转速、液面、裂纹查找与探伤及磁悬浮机车平面齿条横向滑移时悬浮间隙 大小用。尚未见本发明内容1中用途(用于高速旋转倾斜齿平面位移测量)。为了实现1中用 途，首先对盘式磨浆机用于不同中用途时盘片上齿高、齿宽与槽宽等进行了研究，然后根据 电涡流封闭回路和集肤效应原理得出了电涡流在盘齿表面(齿面、槽面上)的分布特性(见
附图3):齿槽底面以下电涡流为一以线圈轴为轴心的整体同心圆(见附图3中虚线)；齿体 部分电涡流同样是以线圈轴为轴心对称、但分割开，各自形成非圆、边缘畸变的独立闭环流。
根据盘齿结构(齿宽2.4 4.2mm、槽宽1.5 4.0mm和齿高5.0 7.0mm)、通常各种浆料磨 浆间隙范围(0.3 2.0)、电涡流圆环域有效外径D (>8.7mm)、要求传感器灵敏度与线性范 围(>3.5mm)等设计计算确定了适宜的、电涡流圆环域能覆盖齿槽交替有效区域的电涡流传 感器为SEOll (见附图5)，其量程、灵敏度分别为5mm、 2V/國即能满足要求。
由于本发明确定的电涡流传感器安装于材料为铸钢的定盘上，考虑①探头不受所安装的 定盘边缘(边界)产生电涡流场效应的影响、②运行过程齿盘面磨损、③定盘上探头周围开 孔后便于采用非导体材料封填，为了实现3中目的要求，经计算与试验确定探头端面縮进2mm、 周边开直孔4)28X10圆(见附图6)。对于探头处凹进直孔处的封堵材料须具有耐磨浆区温度 15(TC以上、非导体、耐磨(耐磨性略低于齿面材料铸钢)、抗冲击性、价廉和易加工性，选 择聚四氟乙烯材料(见附图7)。
因电涡流传感器在盘片周边区安装，考虑电涡流分布在齿面与盘片周边边缘的影响(试 验结果见附图8)。由图可知，坐标轴左侧e值(安装探头径向外侧面与盘外边缘距离)为负 值部分；坐标轴右侧e值为正，对于有齿盘面自上而下依次为传感器探头轴向端面和齿面 距离(a)3.9、 3.0、 1.9mm的V-e曲线1、 2、 3，虽然在同样e值时V值不同(因不同a值输出 特性不同)；但在不同e值时V值整体变化趋势一致，且e为0 3mm之间变化缓慢，e〉3mm 时V值不变。对于无齿盘面a为3.0mm时V-e曲线4曲线的趋势情形同有齿盘面。
由上可得出，传感器探头在盘周边区安装离边缘的可靠距离与齿型无关；与传感器探头 轴向端面和齿面距离a也无关；与有齿面还是平面也无。为了实现3中目的要求经试验确定 e〉3mm时可满足测量要求(见附图9)。
本发明的最终目标能在盘式磨浆机运行过程中在线、直接、精确测量定、动盘片间动态
磨浆间隙值，并能实时显示数值和用于调节控制磨浆间隙。为了实现4中目的要求，间隙显 示仪显示标度变换确定为如下算法。因正常磨浆时动盘与定盘基本处于同等磨损条件而磨损量一致，故磨损造成盘间隙的增 加应为探头端面至动盘齿顶面距离增加的2倍；而进退盘时的盘间动态间隙的变化为探头端 面至动盘顶面距离增减值的1倍。所以，定、动盘间动态间隙值X在显示仪上标度变换为xi = "。 + (2lFl_K'HF。2l) x 1000+61"。 + (21"-W-W) +2X1000"式中》、^分别为盘式磨浆机正常磨浆和进退盘时的盘间动态间隙值(ym); 「为两电涡 流传感器平均输出电压即输入显示仪的电压平均值(v); ^'、 ^分别为传感器1、 2初始间 隙^时的电压值(v); 6为传感器的灵敏度(v/隱)，本发明确定的传感器为2v/rnm。本发明中具体显示间隙值程序控制算法流程是基于以下情况考虑到盘式磨浆机生产过 程中状态有以下几种阶段性开机前的间隙调零和取得初始间隙，启动旋转运行，进、退盘操作，停机共四种状态。四种状态取得的间隙变化途径和算法不同，相应的算法与算法程序转换流程设计见附图10。
图1国内外目前广泛采用的盘式磨浆机磨浆间隙简接控制与调节方式图2本发明的磨浆间隙采用的直接、在线、精确测量与控制方法图3本发明中针对磨片表面分析得出的盘齿表面电涡流分布分析示意4电涡流传感器在定盘上安装区位图(为磨浆工作后观察到的磨浆区盘面)图5本发明针对性确定的电涡流传感器外形6电涡流传感器在定盘上安装探头縮进直孔、传感器安装螺纹孔图 图7安装探头周围缩进直孔用聚四氟乙烯堵头图8本发明研究过程得出的电涡流传感器在定盘磨齿片上电涡流边缘效应特性图(探头径向外侧端面与磨片边缘间距离e和传感器输出电压V之间的关系图) 图9电涡流传感器在定盘上安装时探头离盘片边缘的距离图io磨浆机四种工作状态间隙算法程序转换流程图11不采用电涡流传感器时，在定盘上探头安装孔中采用螺栓堵头图 图12不用探头时采用的螺栓堵头图 图13定盘外壳上对应的探头安装孔 图14定盘外壳(后盖上)安装的探头图 图15盘间隙动态监测显示仪功能界面具体实施方式
1、电涡流传感器探头的确定与其性能参数(l)确定原理与依据-
根据盘式磨浆机盘齿结构(不同浆种的盘式磨浆机磨齿特性齿宽2.4 4.2mm、槽宽1.5 4.0mm和齿高5.0 7.0mm)计算分析确定电涡流传感器电涡流圆环域有效外径D应〉8.7mm; 通常各种浆料打浆用磨浆间隙范围为0.3 2.0mm，考虑安装等因素要求传感器线性范围〉 3.5mm。因带齿面电涡流分布计算较复杂，本发明中针对磨片表面特征进行理论分析得出的 盘齿表面电涡流分布分析见附图3;再根据电涡流在导体表面的集肤效应原理参照平面导体 计算可得电涡流传感器产生在磨片表面电涡流圆环域外径0=2〃3+0 = 2x1.133837^+0.501189 ; =2.7688630rA (式中fl、 r3 、 q分别为电涡流圆环的径向扩散宽度、中心半径、外径沿径向至 线圈外径^距离；^为线圈外径4沿径向至电涡流圆环内径距离)。再根据灵敏度等设计计算 确定了适宜的电涡流传感器为SEOll (见附图5)。(2)具体参数测量范围正常工作时磨浆盘间隙《5mm，磨片端面跳动0 2000ym; 分辨率盘间隙0.001mm，端面振动1 u m; 线性误差±10%;探头直径①11，线性范围6咖，灵敏度2 v/mm，灵敏度误差《土3. 0%，频响范围0 5000( — 3dB) Hz，示值线性度《士2.0呢F.S，温漂《±0. 1%/°CF.S，工作温度一 10 +200°C,前 置器工作温度一10 60。C，工作电压一22 一26 VDC，工作电流〈25mA; 安装螺纹(隱)M16X1， L-120 (见附图5)。2、 与电涡流传感器探头的安装有关的钻孔电涡流传感器探头安装时，主要从定盘外壳背面穿过外壳、定盘和定盘上磨片三个部分。 其中定盘外壳部分为穿光孔，定盘部分为螺纹孔固定安装电涡流传感器，定盘上磨片部分为 探头周围扩展孔。(1) 定盘外壳上对应的探头安装孔-钻孔直径025，见附图13。(2) 定盘上对应的探头安装孔(带螺纹)钻螺纹孔直径M16X1，与传感器螺纹安装匹配，螺纹孔长与定盘厚度一致。(3) 磨片探头周围扩展孔扩展孔为光孔，直径①28,孔长与磨片厚度一致，孔与磨片边缘距离见附图9。 定盘外壳、定盘上孔位置须与磨片上孔一致，并且以磨片上开孔相对位置(见附图9)， 为基准。钻孔应垂直于盘面。3、 电涡流传感器探头的安装 (i)探头的安装配套件为了使电涡流传感器探头坚固地安装在盘式磨浆机上，同时防止泄漏，在探头螺杆上(见 附图5)配有两个不锈钢金属螺母B和E、不锈钢金属垫片C和聚四氟乙烯垫片E。螺母B 的尺寸为内螺纹M16X1、厚7、 6边长12.5X6;螺母E的尺寸为内螺纹M16X1、厚6、 边长llX6mm;不锈钢金属垫片C的尺寸为内孔径0>16+()2、外径029、厚5mm;聚四氟 乙烯垫片E的尺寸为内孔径016"2、外径02K厚5mm。(2) 探头的安装深度与配套件的安装安装时先将探头螺杆部分A (见附图5)从定盘外壳穿进外壳孔后旋入定盘，当探头部 分F顶端面离磨片齿面2mm时停止旋进，将垫片E套入探头螺杆从外壳安装孔移至定盘后 紧接着用E旋进压住D在定盘上；将垫片C套入探头螺杆移至外壳后紧接着用B旋进压住C 在外壳上；最后将盘片探头封头(见附图7)磨片正面安装在探头上。(3) 电涡流传感器探头的接线与引线连接。探头的接线与引线连接见附图14，引线至传感器前置器再引至显示仪表与信号采集控制 仪器。(4) 探头的安装要求探头安装须垂直于盘面，探头端面与磨片齿面距离可以每隔一段时间可调节一次，注意 密封。4、 运行过程磨浆间隙测量、显示与调节控制(1) 四种工况下间隙计算流程盘式磨浆机生产过程中状态有以下几种阶段性开机前的间隙调零和取得初始间隙，启 动旋转运行，进、退盘操作，停机共四种状态。四种状态取得的间隙变化途径和算法不同， 相应的算法与算法程序转换流程设计见附图10。(2) 主要监测与显示参数 对于磨浆间隙实时监测与显示参数主要为初始间隙一磨盘定位时测得的动盘与定盘间的距离；报警值一磨盘间隙的报警设置值；危险值一磨盘间隙的危险设置值；报警延迟一达到报警或危险值时延迟报警的时间；灵敏度一仪表测量灵敏度；初始间隙电压一磨盘定位时仪表所测得的间隙电压；实时状态下磨浆间隙值(mm)，具体标度变换算法见上述"发明内容"。本发明设计开发 的监测与显示仪表界面图见附图15。5、 与国内外目前广泛采用的总电流简接控制与调节磨浆间隙方式的衔接(1) 参数上可双参考或单独使用本发明的一个突出的优点是可与现有国内外采用设定主电机总电流控制磨浆间隙技术联合或单独使用。当联合使用时，功能分开而各司其职前者发挥精确测量和调节磨浆间隙作 用，后者总体上保护主电机和调节流量作用。因此，在现有盘式磨浆机改造时，很容易衔接。(2) 不安装电涡流传感器探头时采用的螺栓堵头如因损坏等原因临时不能使用电涡流传感器探头，可用配套螺栓堵头取代探头位置，见 附图ll。螺栓堵头的尺寸见附图12，其中L1、 L2取决于所安装的盘式磨浆机的磨片、定盘和外壳厚度。
权利要求
1、 利用单个电涡流传感器可直接安装于造纸工业盘式磨浆机定盘上进行直接、在线、精 确测量与控制各种浆料纤维与磨桨浓度的工艺磨浆间隙的技术原理与具体实施方法。
2、 如权利1所述，特征在于电涡流传感器作为非接触式测量高速旋转状态下、倾斜齿盘 形的盘片平面位移的用途。
3、 如权利2所述，特征在于电涡流在铸钢材料盘片表面(齿面、槽面)的分布特征是 齿槽底面以下电涡流为一以线圈轴为轴心的整体同心圆；齿体部分电涡流同样是以线圈轴为 轴心对称、但分割开，各自形成非圆、边缘畸变的独立闭环流。并以此为电涡流传感器非接 触测量齿盘形的盘片平面位移的依据。
4、 如权利3所述，特征在于确定"根据盘齿结构(齿宽2.4 4.2mm、槽宽1.5 4.0mm 和齿高5.0 7.0mm)、通常各种浆料磨浆间隙范围(0.3 2.0mm)、电涡流圆环域有效外径D(〉8.7mm)、线性范围(>3.5mm)等设计计算确定适宜的电涡流传感器参数"的方法；确 定传感器探头参数直径Oll、可测有效磨浆间隙量程5mm、灵敏度分别2V/mm。
5、 如权利1所述，特征在于确定电涡流传感器探头安装于定盘磨片周边区，可正确反映 并有利于正确测量磨浆间隙。
6、 如权利5所述，特征在于电涡流在各种磨齿结构齿盘片周边与边缘区分布规律为安装 直径<D11探头径向外侧面与盘片外边缘距离e〉3mm时传感器输出电压V值不变。
7、 如权利4和权利6所述，特征在于探头安装孔确定为磨片探头周围扩展光孔紧靠磨 片边缘挡圈，直径cD28mm;定盘上对应的探头安装孔(带螺纹)M16X1;定盘外壳上对应 的探头安装光孔直径0)25mm。
8、 如权利1和权利7所述，特征在于安装探头时其端面应低于磨片齿顶面2mm，磨片 探头周围扩展光孔部分用聚四氟乙烯材料堵头保护探头。
9、 如权利1所述，特征在于单个电涡流传感器可直接测量磨浆间隙的标度变换算法正 常磨浆时磨损造成盘间隙的增加应为探头端面至动盘齿顶面距离增加的2倍；而进、退盘时 的盘间动态间隙的变化为探头端面至动盘顶面距离增减值的1倍。
10、 如权利9所述，特征在于定、动盘间动态间隙值x在显示仪上标度变换为<formula>formula see original document page 2</formula><formula>formula see original document page 2</formula>式中x'、 ^分别为盘式磨浆机正常磨浆和进退盘时的盘间动态间隙值Oun); ^为两电涡 流传感器(另一个为同等平行参照)平均输出电压即输入显示仪的电压平均值(v); F°'、 ^2分 别为传感器1 、 2初始间隙"。时的电压值(v); &为传感器的灵敏度(v/mm)。
全文摘要
本发明技术提供了一种用于造纸工业打浆工序盘式磨浆机磨浆间隙在线、动态、直接、精确测量的新的技术原理、方法及其相应的配套装置和安装使用技术(见说明书摘要附图1)。主要是在磨浆区内部定盘周边区对称安装二只(规格与作用原理相同，用来取得平行数据)电涡流传感器；在探头端部缩进定盘片齿顶面一定距离时，通过动态测量探头端部与旋转动盘片齿顶面产生的涡流电信号来在线、直接、精确测量盘式磨浆机磨浆间隙，同时实时显示磨浆间隙数据、并进一步控制和调节辅助电机来保持磨浆间隙维持在设定的间隙值。从而克服现有磨浆间隙采用磨浆电流或单位磨浆功率控制技术方法(见说明书摘要附图2)中存在受浆浓、流量、杂物含量、磨损等多因素影响使间隙不衡定的缺点，保证了纤维级磨浆间隙的稳定，以实现严格不同浆种和纸品种工艺要求的不同的磨浆间隙和均匀的磨浆质量。本技术发明中包括电涡流传感器用于测量旋转齿盘形平面位移的新用途和方法。
文档编号G01B7/14GK101122102SQ200710025618
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月9日 优先权日2007年8月9日
发明者辉 张 申请人:辉 张