专利名称：纸浆精炼的控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的纸浆精炼系统，及控制精炼机中相对旋转元件位置的方法。
背景技术：
诸如纸浆，甘蔗渣，绝缘或纤维板材料，棉花等纤维质纤维通常经过精炼操作，其包括在几组相对旋转的杆、槽元件间自动研磨纤维。例如在一种盘式精炼机中，这些元件通常包括具有环形布置的限定其工作表面的杆、槽模板的盘，杆和槽基本沿旋转元件的径向延伸，或通常与环形模板的对于中心的半径成一角度，因此原料从模板中心向其外周前进。
盘式精炼机通常被制成单盘和双盘式。在这种形式中，转子的工作表面包括一个环形精炼盘，或一组组合精炼盘，用于和定子上的辅助工作表面配合工作，定子也包括一个环形精炼盘或一组形成一个圆环的组合板。在一种双盘精炼机中，转子在其两侧都具有工作表面，其与定子上的一对与其相对的辅助工作表面配合，这些工作表面的结构形式与单盘式精炼机的相同。
上述及包括柱式或锥式的纸浆精炼机需要对相对旋转件的位置和间隔进行控制，目的是控制精炼机的负载和精炼的纸纤维产品的质量，及其他原因。一种柱式精炼机见Staege等人的美国专利2,666,368，而一种双进口盘式精炼机的控制装置见Hayward美国专利3,506,199。
一般，精炼机的控制是通过具有机电驱动的控制系统完成的，这种控制导致了精炼机的一个相对运动精炼元件相对于另一个的微米级运动。而驱动控制可以是电或电子的，如Hayward中所示，与电动机负载、变化的电压或能量因素、或纸浆质量响应，极限驱动是通过一种齿轮减速或高传动比的机械定位装置实现的。在这种关系中，可参考Baxter美国专利2,986,434，其表示一种双进口径向盘式精炼机及减速齿轮传动装置，通过该装置可以精确确定并保持定子和转子元件的轴向位置。为了正确操作，不仅控制转子元件的相对位置是必要的，而且控制各对旋转和静止精炼盘之间的间隔，以补偿盘的磨损和/或补偿轴承磨损或其他参数也是必要的。应该注意，已经通过机械或机电传动或机械减速型调节机构进行了这些补偿。
除了在元件对准中进行主要的布置变化外，还没有一种有效的方法对运行中的旋转元件的转动中心进行转换、调整或补偿。因此，还没有完全实现操作过程中对转动元件和静止元件间运行关系的精确几何控制。一般，当制造新精炼机时，对整体偏差或容差增加或减少千分之一或千分之二英寸时，大多数精炼机实际上从千分之10直至20偏向或千分之一英寸多地偏中。这种非对中导致了纸浆质量的降低。另外，在双盘精炼机中容许转子飘移并在非转动或定子元件间找到自己的位置是目前的实际情况。这些布置的成功取决于液压平衡的维持，但从实际观点看，这些转子倾向于在极限位置间前后摆动，在极限位置转子可能会与定子精炼元件直接接触。
本发明概述本发明涉及一种改进的精炼系统及控制系统，其中可以在操作过程中确定、控制并保持相对旋转元件的精确位置。本发明是通过采用支承和定位转子，和/或相对于转子定位一个或多个定子元件的磁性轴承实现的。
通过轴向和径向控制，这种布置实现了通过双盘精炼机的双重精炼系统的稳定流动。其特征在于通过外部控制电路控制电磁性轴承，进而控制转子装置和/或定子装置的轴向位置，因此提供了对这些元件位置的直接控制，提高了精炼操作的稳定性。
径向电磁轴承保持了环形元件(sense)中间隙的均匀度，并提供了一种可保持元件最佳对准的方法，或锥形元件的同心度。如果需要，也可以保持非对称的运行条件。
作为另一个优点，采用共同作用的轴向和径向磁性轴承为传统系统提供了两个新的自由度，即转子相对于定子平面的轴向和角向自由度。
另外，本发明提供了一种精炼系统及对精炼机进行修改或变型的方法，由于采用轴向和径向磁性轴承组合控制的通用性，改变后的精炼机可以处理不同密度或不同程度精炼产品的浆液。因此，需要精确几何控制的处理设备的性能提高了。工艺控制的提高减少了纤维破坏或提高了纤维处理率。可以对通过双盘系统中一对间隙的流动进行全面调整，以便于驱动，引导等。准确性提高的盘调节及增大的翻转率成为可能。
众所周知，在一种控制系统中，通过采用间隙调整技术，可以调整转子相对于一个或多个定子元件的位置，其中可以测量间隙以提供一个控制转子和/或一个或多个定子的信号，以保持一个所需的间隙或间隙范围。另外，纸浆质量的在线测量值也可以作为一个控制参数。
从机械和维修的观点看，消除了传统的轴承维修。磁性轴承本身具有高的防水性，这对传统轴承是一个威胁和问题，并可防止会迅速损坏精密的球或滚子轴承的微粒杂质。另外考虑到可能实现的基本调整范围，可以放松特别严格的制造和机加工公差。通过适当的计算机软件可以保证范围调节和运行调节。
因此，本发明的一个主要目的在于提供一种纸浆精炼机，其具有一个或多个用于位置控制的磁性轴承。一个磁性轴承会大大改善精炼机的操作。
本发明的另一个目的在于提供一种装置和方法，可以更精确地控制纸浆精炼机，并可以消除或简化通常用于位置控制的定位元件的机械减速。
本发明的另一个目的在于提供一种系统，如上所述，其中大多数或所有的推力承载轴承和部件可以被消除并代以径向或轴向推力或与磁性轴承结合的轴承。
本发明的另一个目的在于提供一种精炼机及操作方法，其中双盘或类似精炼机中的间隙宽度可以精确地保持在一个稳定的流动情况下。
结合附图及所附权利要求书，通过下面描述可以更清楚地理解本发明的这些及其他目的和优点。
附图的简单说明附图是本发明的一种双盘精炼机及控制系统示意图。
优选实施例的详细说明参照附图，其代表本发明的一个最佳实施例，表示一种双盘精炼机的示意图。根据Seiffert等人的专利US4,171,101可以制造这种精炼机，其公开的内容在此作为参考。一种双盘精炼机被用于解释本发明的原理，可以理解本发明也适用于一种单盘精炼机，或一种如Staege等人的美国专利2,666,368所示的柱式Jordan精炼机，或其他锥式精炼机。
图1中相应的精炼机10具有一个壳体12和一个中心转子15，在其径向表面上带有一对在相对设置的精炼盘16和17。这些盘与设置在定子上的相对的精炼盘18、19协同操作，其间限定了精炼间隙20和21。通过提供一条穿过转子15的合适通道26或者提供如专利‘101中附图标记20、21代表的单独的通道，一个进口25可以从一个径向内部位置给精炼盘供料。一个通用出口28用于接收从精炼间隙20和21和从壳体12限定的通用室29中出来的精炼浆液。
精炼盘18被固定安装在壳体12的一个壁上，而相对的非转动精炼盘19安装在一个轴向可定位的非转动壳体件30上。转子15与一根输入轴32相连并由其驱动，输入轴又由一个驱动电机35驱动。驱动电机35可以与轴32直接相连，也可以通过一个活动的或通用联轴器相连，使轴32在一定程度地偏离电机35的轴时易于对中和定向。或者，电机35可以通过皮带与轴32相连。
在最佳实施例中，一对径向磁性轴承40和42支承壳体中的轴32。轴承40和42控制转子15的平面和转子轨道的对中。
一个第一轴向磁性轴承44包括一个与轴32相连或安装在其上的衔铁(armature)45，并承受轴32的推力。轴承44控制轴的轴向位置，因此控制了相应的精炼间隙20和21的宽度。通过该装置，可以保持一个稳定的输出条件或，相反地，在精炼机可以保持一个可控的非稳定状况。
通过一个附加的轴向推力磁性轴承48及其衔铁49，调节可移动的定子壳体件30的轴向位置，可以控制精炼盘18和19之间的精炼间隙21和总距离，轴承48及其衔铁49可以具有和轴承44及其衔铁45相同的结构。一个间隙传感器50用于测量并提供一个精炼间隙信号。
可控的磁性轴承可以是Revolve Technology，Inc.，300，700-10thAvenue S.W，Calgary，Alberta，CanadaT2R OB3中所提供的形式。另外，至少径向轴承42和轴向磁性轴承44可以由一个双重目的的磁性轴承代替，其可以提供径向和轴向控制，如U.S.专利5,514,924或U.S.专利5,386,166中所示。而且可以理解，本领域的技术人员可以采用可获得的包括控制器60的控制系统，通过它可以测量运行距离和间隙，例如通过传感器50，而且转子15在轴径及倾斜方向上的位置也可以通过控制器60控制，因此相应地控制了径向轴承40，42。径向磁性轴承的控制系统如U.S.专利5,565,722；5,530,306和U.S.专利5,347,190所示。
轴向轴承44可以和径向轴支承轴承40、42一起使用，以限定和确定转子15相对于每个与其相对的定子元件的轴向位置，而第二轴向磁性轴承48可用于可移动壳体件30的定位。
因此可以看到，用于支承精炼机的转子和通过人工、间接或计算机控制的运动减速装置使转子定位的通常的复杂的机械结构被省去了。同样，用于移动或定位一个或多个可移动的精炼壁的机械结构也被去掉或简化了。另外，本发明的系统首次在精炼系统中提供了一个更宽的运行和控制范围，在使用和操作过程中，驱动轴的径向运行位置或轴向方位可以变化以优化精炼机的性能。
本发明的有益效果包括在较低成本下提高了浆液的质量，提高了处理的均匀性，减少了盘的磨损，扩大了操作灵活性及提高了产量。
此处描述的方法和装置形式作为本发明的最佳实施例，可以理解本发明不局限于这种确定的方法和装置形式，在不偏离所附权利要求书中限定的本发明范围的情况下可以进行变型。
权利要求
1.在一种旋转式精炼系统中，包括一个机械精炼机，其具有一个用于接收一种要被精炼的浆液的进口和一个用于排出已被精炼的浆液的出口；具有一根转子轴，在所述轴上至少带有一个精炼元件；具有一个定子，其上至少安装一个辅助精炼元件，该元件与所述的转子精炼元件限定了一个精炼间隙，通过该间隙浆液被精炼、从所述进口流向所述出口，其改进包括一个磁性轴承，其用于支承用于旋转的所述转子轴并确定所述转子精炼元件相对于所述定子精炼元件的运行位置，和控制所述磁性轴承以控制其间所述精炼间隙的装置。
2.权利要求1的改进还包括许多所述的磁性轴承，其包括控制所述轴的轴向运行位置的磁性轴承装置和控制所述轴径向位置的装置。
3.如权利要求2所述的改进，其特征在于所述磁性轴承包括一对径向可控制的电磁轴承，其用于支承用于旋转的所述轴并确定所述转子精炼元件的径向位置，并至少设置一个轴向可控制的磁性轴承以控制所述转子精炼元件的轴向位置。
4.权利要求3的改进还包括一个控制每个所述磁性轴承的控制器，一个位于所述精炼机上的间隙传感器，用于提供一个所述精炼间隙的信号，所述间隙传感器与所述控制器相连，因此所述控制器根据所述精炼间隙信号控制所述磁性轴承。
5.
6.权利要求2的改进还包括安装一个附加的所述磁性轴承，用于控制所述定子精炼元件相对于所述转子精炼元件的位置。
7.在一种用于精炼纸浆的旋转式精炼系统中，包括一个壳体，其中的转子安装在所述壳体的一根轴上，并包括一个基本沿径向延伸的精炼元件，所述壳体还包括一对非转动精炼元件，其安装在所述基本沿径向延伸的精炼元件的轴向相对侧，其中所述非转动精炼元件与所述基本沿径向延伸的精炼元件限定了间隙，精炼中的原料通过这些间隙，一个导入所述壳体的进口，通过该进口纸浆原料进入所述间隙，一个供已被精炼的纸浆原料从所述壳体中流出的出口，其改进包括至少一对相对于所述壳体的用于支承所述轴的磁性轴承，均用于所述基本沿径向延伸的精炼元件的径向和轴向定位，提供了所述精炼间隙中的转动，及用于控制所述磁性轴承的控制装置，以限定一个所需的、所述基本沿径向延伸的精炼元件相对于所述非转动精炼元件的轴向和径向对准。
8.控制一种纸浆精炼机的方法，所述精炼机具有至少一对安装在其上的间隔开的非转动精炼盘，具有一个转子，其中所述转子上安装有位于所述非转动盘之间的精炼盘，并可转动于精炼其间的纸浆，包括下述步骤，采用磁性轴承支承用于在所述壳体中旋转的所述转子，测量转动精炼盘和至少一个所述非转动精炼盘之间的精炼间隙，并控制所述磁性轴承以预定的旋转轴线支承所述转子。
9.权利要求8的方法还包括下述步骤，采用磁性轴承在轴向控制所述转子相对于所述非转动精炼盘的位置，同时在径向控制所述转子相对于所述非转动精炼盘的位置。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述精炼机具有至少一个可移动的定子壁支承一些所述的非转动精炼盘，还包括下述步骤，采用一个磁性轴承，在轴向相对于所述转子定位所述可移动的定子壁，以改变其间的精炼间隙。
全文摘要
一种纸浆精炼系统及方法,包括一个安装在转动轴上的、具有一个或多个精炼元件(16,17)的转子(15),辅助的非转动或定子元件(18,19)与转动元件限定了一个或多个精炼间隙,纸浆原料通过这些间隙,用于转动的转子安装在磁性轴承(40,42)上,该轴承支承着用于转动的转子轴并限定了其轴向和径向的运行位置。可选择地,一个可移动的定子壳体壁可以通过一个磁性轴承控制。
文档编号B02C25/00GK1274302SQ98809984
公开日2000年11月22日 申请日期1998年10月9日 优先权日1997年10月9日
发明者约翰·J·伊根三世, 克里斯多弗·L·戴姆勒 申请人:塞莫·布莱克·克劳森公司