从纸浆动量回收能量的可调节装置的制作方法

文档序号:16863016发布日期:2019-02-15 19:57阅读:165来源:国知局

技术领域
:本发明总体上涉及回收在制造纸制品过程中使用的能量。相关技术的描述纸、薄纸、板和其它基于纤维素的产品通常由悬浮液(例如,纤维素在水中的悬浮液,下文称为:纸浆(stock))制造而成。流浆箱可以在围绕导辊驱动的成形网(例如,多孔金属丝网或布)的环与通常围绕成形辊驱动的织物(例如,毡或另一种成形网)的环之间注射纸浆。施加到纸浆的力(例如,通过流浆箱、成形网、织物或辊)使得水穿过成形网,以在成形网与织物之间形成纤维素网。随着大量的高速水穿过成形网,其从纸浆喷射出。从该纸浆回收能量可以提高造纸的效率。美国专利No.6,398,913描述了一种用于在造纸机成形部中回收能量的布置和方法,其中通过涡轮机回收传递给纸浆的动能。然而,这种现有的能量回收装置不容易适应于一些造纸工艺(例如,不同的流浆箱位置、流浆箱几何形状、辊直径等)、纸浆成分、纸浆体积、织物速度等。因此,这些系统可能遭受次优的能量回收效率。对不同流动条件和造纸装置的适应性可以提高造纸的效率。当在现实世界中完全地实际实施时,“理论上”看起来可行的许多设计可能不会如期望的那样工作。由于重力的变形会使组件移位,使得“理论上”的期望位置不是现实世界中组件的实际位置。射流力可以使组件变形。例如,在冲击水射流打开之前,板可以具有一种形状,但是当板被水射流变形时,其可以具有一种不同的形状。技术实现要素:可以使用包括涡轮机(例如,Banki涡轮机)的用于回收能量的装置来回收在造纸期间传递给纸浆的动能。当水通过成形网喷射出时,可以使用导向板将其引导至涡轮机。可调节的导向板和/或可调节的涡轮机位置可以使得相对于造纸装置来校准装置。适当的校准可以增加从喷射的纸浆中回收的能量的量,减小造纸过程中的净能量消耗。一些实施例包括模块化系统(例如,具有涡轮机模块和导向板模块),其可以便于装置的安装、校准和/或维护。各个方案提供用于从造纸机的成形部回收能量的装置。造纸机可以包括围绕导辊驱动的成形网环、围绕成形辊驱动的织物环、以及被配置为将纸浆注射到由成形网和织物或织物环形成的移动夹层中的流浆箱。该装置可以包括被联接到发电机的涡轮机、以及被成形为将通过成形网喷射的水引导到涡轮机中的弯曲导向板。导向板可以终止于靠近涡轮机的末端边缘。致动器可以被联接到导向板,并且枢轴可以被联接到导向板。致动器和枢轴可以是可操作的,以调节末端边缘相对于涡轮机的位置以及导向板(例如,靠近涡轮机的导向板的末端表面)相对于涡轮机的角度中的至少一个。校准可以增大从喷射的水流转移到涡轮机的动量的效率。致动器和枢轴可以操作,以将导向板定位在旁路位置,其中水“经过”涡轮机而不旋转涡轮机。可以使用这种配置来提供在涡轮机调节或维护期间造纸机的连续操作。在一些情形下,用于从造纸机回收能量的装置可以包括涡轮机模块和导向板模块,该涡轮机模块包括联接到发电机的涡轮机,该导向板模块包括弯曲的导向板,其被成形为将通过成形网从纸浆喷射的水引导至涡轮机中。导向板模块可以与涡轮机模块分离,以便于移除和更换导向板模块,而不改变导向板相对于涡轮机的校准。在一些情况下,通过模块安装件将导向板模块和涡轮机模块联接。模块安装件可以提供一个模块到另一个模块的可移除附接,从而实现导向板模块与涡轮机模块之间的可调节性(例如,在一个或多个方向上)。用于校准能量回收装置和造纸机的方法可以包括:提供用于从造纸机回收能量的装置;操作造纸机;调节导向板和/或涡轮机;以及将导向板和/或涡轮机固定在一位置处,在给定体积的流浆箱注射下,由发电机产生的电量在该位置处最大。导向板和/或涡轮机可以被固定在使造纸过程的效率最大化的位置(例如,使由涡轮机产生的功率与传递给纸浆的功率的比例最大化(例如,通过流浆箱、导辊、成形辊等))。在一些实施例中,造纸机可以包括成形部(例如,流浆箱、成形辊、导辊、成形网和织物)以及用于从由流浆箱注射的纸浆中回收能量的装置。在实际使用之前,如果没有利用现代的计算机辅助设计和建模工具,则实施例和另一装置之间的差异可能不明显。普通技术人员广泛地(通常唯一地)将这些工具用于设计(例如,Solidworks、Pro-E、Catia、Autocad等)。可以使用计算机使用建模工具(例如,有限元法FEM)来预测设计的行为(以及设计的变化的行为),上述计算机使用建模工具向结构赋予代表性负荷并且计算这些负荷对结构的影响。这样的模型可以预测装置在使用期间的行为。对于大型的、昂贵的、复杂的装置,特别是对于那些经历与环境复杂反应的装置(例如,汽车碰撞到障碍物),计算机建模可以是在其制造和启动之前识别期望设计的唯一方式(此时,糟糕设计的后果可能是破坏性的)。本文描述的各种实施例需要使用计算机辅助工具,以将它们与其它装置(在现有技术中或之后)进行比较。这种工具(例如,CAD、FEM)的使用在普通技术人员的能力范围内。示例性商业包装包括ANSYS、Abaqus、NASTRAN、COMSOL和LSDyna。本说明书要求2014年7月1日提交的、发明名称为“GuidePlateShapeforRecoveringEnergyfromStockMomentum(从纸浆动量回收能量的导向板)”的第1450812-1号瑞典专利申请,以及2014年7月2日提交的、发明名称为“GuidePlateShapeforRecoveringEnergyfromStockMomentum(从纸浆动量回收能量的导向板)”的第1450823-8号瑞典专利申请的优先权利益,其通过引用并入本文。本说明书涉及2015年7月1日提交的、发明名称为“AdjustableDeviceforRecoveringEnergyfromStockMomentum(从纸浆动量回收能量的可调节装置)”的第____号PCT专利申请,其通过引用并入本文。附图说明图1示出根据一些实施例的能量回收装置的实施方式。图2示出根据一些实施例的能量回收装置。图3示出根据一些实施例的涡轮机安装件。图4示出根据一些实施例的导向板的示例性校准。图5示出根据一些实施例的来自第一机器的代表性实验结果。图6A和图6B根据实施例比较了两个导向板位置及其对另一个机器的功率转换效率的相关影响。图7示出根据一些实施例的成形区的优选区域,导向板枢转点可以位于其中。图8示出根据实施例的导向板,其使用若干代表性识别线来标定FEM仿真过程中的变形。图9A示出根据实施例的用于报告图8所示的线的仿真行为的坐标系。图9B是根据实施例的在重力负荷和射流力负荷下(来自实际操作条件下实际造纸机的冲击水的速度和体积)导向板850的仿真变形(使用ANSYS生成)的曲线图。图10示出根据一些实施例的由于冲击水的射流负荷而引起的预测变形。图11A和图11B示出根据一些实施例的导向板的仿真变形,在该示例中使用ANSYS。图12示出根据一些实施例的导向板与涡轮机之间的代表性距离。具体实施方式本文描述的系统和方法可以使得能够在造纸期间回收能量。可以利用被联接到发电机的涡轮机来回收在造纸期间传递给纸浆的动能。当水通过成形网喷射时,可以使用导向板将水引导到涡轮机。为了最大化由涡轮机回收的能量,可以设置可调节的导向板和/或可调节的涡轮机位置。可调节的导向板可以适应流浆箱出口尺寸、流浆箱位置、流浆箱角度、成形网速度、纸浆体积、纸浆成分、纸浆速度等的差异。通过以最大化从纸浆到涡轮机转移动力的方式来调节导向板,可以提高能量回收的效率。能量回收的最大化可能需要以非常高的准确度和/或精度(例如,在几毫米内、或甚至在1mm内、以及优于0.5度的角度精度)来定位导向板。可调节的涡轮机位置可以适应不同尺寸的成形辊和织物/网速度,使得涡轮机可以被定位为与成形辊和流浆箱(例如,成角度地)成最佳距离(例如,径向地)。一些实施例包括以模块化方式可移除地附接的导向板模块和涡轮机模块,使得可以从涡轮机模块拆卸导向板模块和/或相对于涡轮机模块调节导向板模块(例如,横向地、垂直地)。图1示出根据一些实施例的能量回收装置的实施方式。图1示出具有能量回收装置200的造纸机100的成形区。为了本说明书的目的,造纸机100还可以是用于制造薄纸、板和/或其它产品的机器,上述薄纸、板和/或其它产品是通过从分散在液体中的颗粒(例如,纤维素)的悬浮液提取出液体(例如,水)制造的。示例性造纸机100可以包括被配置为接收和注射纸浆108的流浆箱101。成形辊110可以引导成形织物,本文描述为织物132。一些成形辊的直径在500mm与2500mm之间,包括在700mm与2000mm之间、包括在1000mm与1900mm之间、包括大约1200mm至1850mm。导辊120可以引导成形网130。成形网130和织物132通常设置为环,它们聚在一起以形成成形网130和织物132的移动环的连续“夹层”,流浆箱101将纸浆108注射其中。当夹层围绕成形辊110移动时,从夹层纸浆中喷射出水,在成形网130与织物132之间留下纤维素网。夹层可以在导辊122处分离,之后可以进一步处理脱水纸浆的网。在一些实施例中,能量回收装置200包括涡轮机140和可调节的导向板150。导向板150将水(通过成形网130喷射)引导到涡轮机140中。涡轮机140可以被联接到产生电的发电机160。能量回收装置可以包括可调节的导向板、可调节的涡轮机和模块化系统中的一个或多个,其中导向板被实施为导向板模块的一部分,涡轮机被实施为涡轮机模块的一部分,并且导向板模块可移除地附接于涡轮机模块。一些实施例将这些特征中的若干个结合;一些实施例仅仅包括这些特征中的一个。本文所示的示例性说明是为了说明的目的。在示意性的图1中,可以由被配置为致动导向板150和枢轴220的致动器210来调节导向板150。导向板150可以是刚硬的(例如,大致刚性的)。导向板150可以是柔性的。导向板可以被设计为尽可能地刚性,但仍然稍微变形(例如,由于重力负荷和水射流负荷)。在一些方案中,使用有限元建模来估计与期望形状和位置的偏差,并且调节导向板来适应该偏差,使得当机器在运行时(并且水射流正在“推动”导向板),适当地校准导向板。在一些实施例中,导向板150具有足够的柔性以被装置的各种组件轻微地变形,但是具有足够的刚性而不会被从成形辊喷射的喷雾水大幅度变形。在一些情形下,导向表面具有足够的柔性,使得喷射出的水偏转导向表面,以形成至少部分地由冲击在导向板上的水的动量控制的形状。在实施例中,致动器和枢轴是可配置的,以改变导向板的曲率,特别地,其中致动器和枢转是可操作的,以预加载导向板来对抗(以抵抗)由重力和冲击水射流中的至少一个传递的力。利用现代计算工具来预测在使用期间装置的性能并且设计改变对性能改变的影响可能是有利的,甚至是必要的。有效的能量收集可能需要非常精确的导向板形状和位置,特别是相对于导向板的末端边缘。FEM仿真(例如,使用ANSYS)可以合并由于重力、冲击水射流(喷射出的纸浆)等的负荷,以识别最佳形状和位置。可以对设计进行建模,可以估计性能,可以改变设计(表面上改进),并且可以对改变的设计进行建模以确定设计改变是否改善了性能。尽管这样的过程可能看起来是基于“试验和错误”的,但是可以通过使用本文已识别的标准作为“目标”而显著加速。例如,对冲击角的约束可以被容易地并入模型中,并且可以使用该约束来快速地设计满足该约束的导向板(例如,根据特定的成形区几何结构)。不同的造纸机可以具有不同的操作条件(例如,每秒纸浆的体积、纸浆浓度、纸浆内的纤维类型、再循环纤维的百分比(例如脱墨再生纸的百分比)、纤维组分(例如,桦木、冷杉、云杉、松木)、纤维长度、织物/网速度、各个辊的角速度、网类型、织物类型等)。不同的机器可以具有不同的几何参数。例如(在给定宽度机器处),在各个机器之间,流浆箱出口间隙尺寸102可以不同(例如,在2mm与30mm之间,包括5mm-25mm、包括6mm-18mm、包括9mm-14mm、包括12mm-13mm)。流浆箱101相对于导辊和成形辊的位置106(例如,从流浆箱出口间隙到由成形网和织物形成的“夹层”的距离)可以变化。流浆箱角度104可以变化。成形辊、导辊的直径和这两个辊相对于彼此的位置可以变化。这些条件和参数的变化可以改变通过成形网130喷射的水流(或喷雾)的速度、位置和/或形状。为了适应这些特性的差异,可以以最大化从纸浆108到涡轮机140传递的动力的方式来调节可调节的导向板150。于是,通过调节导向板150(并且在一些情况下,通过调节涡轮机140的位置),可以将装置200“调整”至给定造纸机、工艺和纸浆的特定情形。可以利用各种不同的成形区配置(例如,新月形成形器、由ValmetAB提供的DCT成形区、双网成形器等)来实施本文所述的实施例。图2示出根据一些实施例的能量回收装置。装置200'包括被配置为将喷射出的水引导到涡轮机140中的可调节的导向板150。由致动器210和枢轴220来定位导向板150,枢轴220可以包括枢转点211和将枢转点联接至导向板150的支架、支柱、联接件或其它固定装置。可以调节致动器210和枢轴220,以将导向板150带到最优化(从水)到涡轮机140转移的动量的位置。致动器210可以包括导螺杆致动器(例如,由PMCSwedrive提供)。示例性致动器可以为造纸机提供大于10kN(包括大于20kN、或甚至大于30kN)的致动力,该造纸机具有大约3米的涡轮机宽度和具有两个(横向布置)导向板的致动器。在一些实施例中,使用若干个致动器(例如,2、3、4或者甚至6个致动器)。可以使用导向板的预期负荷(例如,由于重力和冲击水射流)的仿真来确定总致动力。总致动力可以大于30kN,包括大于40kN、50kN、60kN或甚至大于80kN。可以操作致动器和/或枢轴,以将导向板定位在引导水远离涡轮机的“旁路位置”。这种配置可以使得能够在保持造纸机运行的同时,修改和/或维护涡轮机。导向板150的最佳校准可以最小化从导向板“回弹”到成形辊的水的量,最大化当水进入涡轮机时水的速度,最小化摩擦损失(例如,从水到导向板自身),以最大化转移到涡轮机的动量的角度来将水引导到涡轮机中,最小化穿过导向板(例如,在导向板与导辊120之间)的水的“过冲”,最大化进入涡轮机的水的量等。致动器210可以包括螺杆驱动致动器、蜗轮、螺线管、齿轮和小齿轮、气动致动器等。致动器210可以在方向212上(相对于涡轮机140)延伸或缩进以移动导向板150。末端边缘152(位置最接近涡轮机140)可以与末端表面153相关联,末端表面153可以是靠近涡轮机140的导向板150的部分。校准末端表面153可以限定和/或引导喷射出的水进入涡轮机。可以由末端表面法线154(被限定在末端边缘152附近,尽管导向板150可能是弯曲的)来限定末端表面153。末端边缘152可以被定位为使得水流(由导向板150引导)以径向距离(从涡轮机轴)进入涡轮机140,该径向距离最大化到涡轮机的能量转移。水可以接近切线(在涡轮机叶片的外圆周处)冲击涡轮机,但不应当错过涡轮机或偏离涡轮机。对于当水流离开末端边缘152时水流的典型厚度(例如,5mm-40mm,包括7mm-35mm、包括8mm-30mm、包括12mm-25mm、包括18mm-20mm),致动器210可以关于末端边缘152的定位提供优于1mm的容差,并且关于末端表面法线154的角度优选地提供优于5度的容差,包括1度、包括0.5度、包括0.1度。致动器210可以包括允许导向板150在方向216上移动末端边缘152,以切向地更接近或更远离涡轮机140的装置。致动器210可以包括枢转点211(例如,铰链,其可以在角度214的范围上是可移动的并且在特定角度处是可固定的),使得致动器210可以旋转,以相对于涡轮机140在方向216上移动导向板150。可以由第二致动器(未示出),例如固定螺钉或蜗轮来旋转致动器210自身。致动器210可以调节导向板150,以在角位移218的范围上移动前边缘156。当导向板150被致动器210致动时,枢轴220可以允许导向板150移动(例如,成角度地,并且在一些情况下横向地)。枢轴220可以经由枢转点211适应旋转位移222(即,枢转)。在一些实施例中,可以在方向224和/或方向226上调节枢转点211的位置,通常在+/-30mm的范围内,包括+/-20mm。可以用垫片、固定螺钉或其它可固定的定位装置(未示出)来调节(例如,在方向224和/或226上)枢轴220。这种调节可以提供调节导向板150的前边缘156的位置(例如,以适应致动器210的位置)。在一些实施方式中,调节致动器210以使末端边缘152与涡轮机140对准,并且调节枢轴220以使前边缘156相对于成形辊和/或导辊(图1)对准。可以使用锁定机构(例如,紧紧地夹住枢转点)将枢转点“锁定”到期望位置,在该位置具有最小(优选地没有)“游隙(play)”。示例性锁定机构(例如,具有多个螺栓)可以在与期望点的偏差内锁定枢转点,该偏差不超过50微米,特别是10微米,特别是1微米。通过提供致动(例如,在方向212上)和枢转(例如,214、222),可选地结合横向运动(例如,216、224、226),可以产生各种导向板位置,使得装置200/200'适应于各种不同的机器几何形状和操作条件。在一些实施方式中,可以操作致动器210和枢轴220来定位导向板150,而不改变导向板150的曲率。在一些实施方式中,可以操作致动器210和枢轴220(例如,使用方向224和/或226上的调节),以改变导向板150的曲率。为了便于安装和维护,可以使用导向板模块209和涡轮机模块250来实施能量回收装置(例如,装置200')。通过模块化地安装组件,可以容易地分离和重新附接不同的模块,而不需要(或仅仅最小限度地)重新校准导向板自身。模块化安装还可以便于导向板150和涡轮机140的独立定位(例如,相对于成形辊和相对于彼此)。导向板模块209可以包括导向板150、致动器210和枢轴220(例如,以集成件的形式)。可以由致动器210和枢轴220确定末端边缘152和前边缘156的位置以及导向板150的角度,并且所有这些组件可以被整合到导向板模块209中,导向板模块209可以安装在涡轮机模块250上或者与涡轮机模块250一起安装。在一些实施例中,经由模块安装件将导向板模块和涡轮机模块联接,如示例性的图2所示。涡轮机模块和导向板模块可以在没有模块安装件的情况下被联接。在图2中,模块安装件252将导向板模块209联接到涡轮机模块250。模块安装件252可以提供导向板模块209相对于涡轮机模块250的横向和/或垂直位移(例如,在+/-40mm,包括+/-20mm的范围内)。模块安装件252可以包括固定螺钉、蜗轮、一个或多个垫片等,以提供模块相对于彼此的可移动和可固定位置。在一些实施方式中,可以通过移除作为单个单元的导向板模块209来便于涡轮机140的维护。导向板模块209可以与模块安装件252分离,和/或模块安装件252可以与涡轮机模块250分离。随后,导向板模块209可以被替换(到涡轮机模块250上),使得在重新附接导向板模块之后,保持导向板150(相对于涡轮机140)的先前校准。结果,可以最小化或消除对重新校准或“重新调整”的需要。一些实施例(未示出)包括导向板模块和涡轮机模块,其中导向板模块不具有可调节的导向板。“虚设模块”可以包括(例如)模块的机械件,但不包括涡轮机。造纸机可以包括虚设模块,其可以通过添加涡轮机而随后升级。图3示出根据一些实施例的涡轮机安装件。用于从造纸机100(图1)回收能量的装置200”可以包括可调节的涡轮机140。为了便于使装置200”适应造纸机,可以通过涡轮机140的位置来调节涡轮机140,以适应不同尺寸的成形辊和/或成形网速度。一些实施例提供可调节的导向板和可调节的涡轮机。一些实施例提供可调节的涡轮机,不提供可调节的导向板。可以利用模块化组件(例如,导向板模块209,其可以使用模块安装件而被联接到涡轮机模块或可以不联接到涡轮机模块)来实施装置200”。使用一个或多个定位机构310、320、320'(其可以被一起调节和/或单独调节),涡轮机140可以是可调节的。在示例性实施例中,定位机构可以包括涡轮机沿其滑动或移动的装置(例如,轨道、垫片、固定螺钉、蜗轮等);以及锁定机构,用以在沿着该机构的期望位置上保持涡轮机。可以选择沿着第一机构310的位置,以在方向312移动涡轮机140(更接近或更远离成形辊,通常+/-50mm,包括+/-40mm、包括+/-30mm、包括+/-20mm、包括+/-10mm)。可以选择沿着第二机构320和/或320'的位置,以垂直地移动涡轮机140(例如,在方向322上,通常+/-50mm,包括+/-40mm、包括+/-30mm、包括+/-20mm、包括+/-10mm)。通过根据给定的成形辊直径和预期的成形网速度来调节涡轮机位置,可以以最优化动量转移的径向距离(自成形辊)和角距离(自流浆箱)来定位涡轮机140。例如,为了最小化关于水与导向板之间相互作用的摩擦损失,涡轮机140可以位于流浆箱100附近。然而,涡轮机140应当被定位为足够远离流浆箱101,使得水不沿着成形辊在角位置从成形辊喷射出,而是经过涡轮机。图4示出根据一些实施例的导向板的示例性校准。可以使用包围装置(例如,200、200'、200”)的护罩或盖401中的窗口400来校准导向板(例如,导向板150)。用户可以通过窗口400观察,以校准导向板。在一些情况下,照相机(通过窗口400观察)产生信号,该信号包括表示导向板和涡轮机的图像的数字数据。联接到存储介质的处理器(未示出)可以使用这些数据来校准导向板(例如,响应于从测量传感器接收的数据来操作致动器),该存储介质具有图像处理软件和闭环校准软件。软件可以包括由处理器可执行以执行方法(例如,以校准导向板)的指令。在一些情形下,处理器实施导向板150的闭环控制(例如,通过根据来自照相机和/或感测导向板的位置的位置传感器的数据来控制致动器210,未示出),并且将测量到的位置与期望位置相比较,以校准导向板150。在一些情形下,可以通过接收照相机数据、位置数据、电输出数据和/或其它数据,计算实际位置与期望位置之间的差异,以及致动导向板(例如,利用联接到导向板和/或涡轮机的齿轮马达)以在减小差异的方向上重新定位,从而校准导向板。可以使用来自涡轮机140的输出(例如,在恒定纸浆流下由发电机160产生的电力)来校准导向板150。校准程序可以将导向板150放置在最大化从纸浆108回收的能量和/或最小化对各种组件的磨损和/或损坏的方位上。在图4中,示出了导向板150的示意性校准和对从纸浆108(图1)喷射出的水流108'的示例性影响。冲击水108'的板侧410和水108'的空气侧420可以限定冲击涡轮机140的水108'的水流(或平面)的内边界和外边界。从板侧410延伸到涡轮机140的线可以在涡轮机140上的点412处与涡轮机140的外周边(例如,叶片,未示出)相交。点412可以描述水108'的板侧预计接触涡轮机140的点。点412可以具有切线414和法线416。切线414与板侧410之间(即,板侧410到点412的延伸之间)的角度418可以限定冲击水108'的板侧的冲击角418。可以由法线416与末端表面法线154之间的角度限定冲击角418。角度418可以在15度与35度之间,包括在20度与30度之间、包括在21度与28度之间、包括在22度与26度之间、包括大约24度。通过成形网130过滤纸浆108产生的水108'可以在成形辊110(图1)的角旋转的跨度上喷射。在将纸浆108注射到成形网/织物“夹层”中之后,在旋转的10-60度,包括20-50度、包括25-45度上,喷射通常可以发生。水108'可以撞击导向板150,并且可以被导向板150引导进入涡轮机140。可以校准导向板,使得在板侧410附近的水108'的密度可以高于在空气侧420附近的水的密度。空气侧420与板侧410之间的距离可以限定水108'的流的厚度,其可以比流浆箱出口间隙尺寸102(例如,由于将空气合并到水108'中)大10-30%(包括大15-25%、包括大18-22%)。在一些机器100中,空气侧420与板侧410之间的距离可以是5mm-40mm,包括7mm-35mm、包括8mm-30mm、包括12mm-25mm、包括18mm-20mm。水的该冲击流的厚度可以导致水流以涡轮机140上的不同径向和角位置到达涡轮机140,这可能影响效率;导向板150的校准可以提高该效率。水108'的流的厚度(例如,板侧410与空气侧420之间的距离)可以导致水108'的空气侧以与板侧的角位置不同的角位置到达涡轮机140。例如,水108'的空气侧420可以在点422处接触涡轮机140,点422可以具有切线424和法线426。切线424与冲击空气侧水108'的方向之间的冲击角428可以为水流的空气侧限定“迎角”。末端表面法线154与法线426之间的冲击角429还可以为冲击水流108'的空气侧420限定“迎角”。角度429可以与角度428基本相同,但是也可以不同(例如,如果水的空气侧以与水的板侧略微不同的角度离开板)。冲击角428和/或429可以小于冲击角418。冲击角428和/或429可以在0与25度之间,包括在5与20度之间、包括在8与16度之间、包括在10与14度之间、包括大约12度。可以选择冲击角418、428和429,以最大化从水108'到涡轮机140的动量转移。在一些实施例中,受制于水108'不“错过”涡轮机140的约束,调节导向板150以最小化冲击角。更小的冲击角可以增大动量转移,但是过小的冲击角可能导致水108'从涡轮机140向外(而不是向内)喷射出,或者甚至导致一部分水108'旁路涡轮机140,而不将动量传递给涡轮机的叶片。在图4中,导向板几何形状为板侧410上的水108'提供以比空气侧420上的水的角位置更早的角位置到达涡轮机140(涡轮机140可以顺时针旋转)。在一些实施例中,可以校准导向板,使得来自空气侧420的水首先到达(以比板侧410的冲击角更大的冲击角)。可调节的导向板可以提供冲击水流108'(其可以在三维中呈现为水的“片”或“平面”)的精确受控校准。受控校准可以最大化从水108'到涡轮机140的动量转移,从而增大从造纸过程回收能量的效率。为了最大化能量转移,导向板150通常被定位为非常接近涡轮机140。例如,最接近涡轮机140的末端表面153的点(例如,导向板的“后角”)可以距离涡轮机140的叶片小于5mm,包括小于2mm、包括0.5至1.5mm。由于这种接近,导向板校准是特别重要的。示例1图5示出根据一些实施例的来自第一造纸机的代表性实验结果。图5为运行为造纸机的一部分的代表性装置200绘制作为角度418的函数的“功率转换效率”(例如,基于发电机电输出)。在该实施例中,在角度418=24.3度处测量到最大效率(50%)。然而,稍小的角度418(24.1度)导致效率的显著降低(至43%)。在该示例中,角度418(冲击水敲击涡轮机140的角度)相对小的变化导致效率相对大的变化,这表明导向板相对于涡轮机的精确校准的重要性。示例2图6A和图6B根据实施例比较了两个导向板位置及其对另一个造纸机的功率转换效率的相关影响。图6A示出导向板的两个不同位置,在第一位置中示出导向板650,在第二位置中示出导向板650'。在该示例中,通过调节致动器(未示出)和枢转点211(枢转点的两个位置被示为211和211')来得到两个位置之间的差。这两个枢转点位置之间的差异为垂直地2.6mm和水平地10.7mm,并且导向板650的尺寸在前边缘156与末端边缘152之间为920mm。还调节致动器(未示出),使得末端边缘相对于涡轮机的位置在两种配置中是相同的。在两种配置中操作造纸机,并且测量两个不同导向板位置的功率输出。使用功率输出计算功率转换效率。图6B示出在两个导向板位置之间功率转换效率的显著变化。对于具有25.1度入射角的导向板(位置)650,功率转换效率为52.7%。对于具有24.2度入射角的导向板(位置)650',效率为49%。对于机器和涡轮机(2.9m)宽度的尺寸,这对应于3.8kW的功率输出差(大约足以为一般房屋供电)。因此,可能看起来相对较小的位置变化导致功率转换效率的大变化。因此,用于定位导向板的高度准确和精确的装置提供了实现最大能量效率所需的毫米级精度。在一些情形下,可以识别入射角的优选范围。在一些情形下,不同机器的“理想”角度可以不同,如图5和图6B之间的比较所示。用以生成图6B中的数据的机器的成形部与用于生成图5中的数据的机器的成形部不同。成形部具有稍微不同的辊几何形状。图6B中的数据使用的导向板比图5中的数据使用的导向板稍长。图7示出根据一些实施例的成形区的示例性区域,导向板枢转点可以位于其中。为了减少进入的水可能“掠过”导向板的可能性,导向板的前边缘可以相对“深入”导辊与成形辊之间的接合区域。另外,末端边缘通常被定位为尽可能接近涡轮机(例如,大约0.5mm至1.5mm)。受制于这些约束而调节导向板通常需要实现期望的导向板几何形状(相对于进入的水射流),而不将导向板运行到成形辊(或网)、导辊或涡轮机中。在一些系统中,可以根据成形部的几何形状选择枢转点211的最佳位置,其提供最大可调节范围,并且与导辊、成形辊和成形网接触的机会最小。图7中示出枢转点位置的示例性区域。成形网通常限定区域的边界(例如,上边界)。对于具有半径710的导辊,枢转点可以位于与导辊的中心的距离720处,该距离720在半径710的大约108%与260%之间,特别是在大约110%与230%之间,特别是在大约160%与224%之间,特别是在半径710的大约165%与214%之间。对于具有半径730的成形辊,枢转点可以位于与成形辊的中心的距离740处,该距离740在半径740的大约108%与200%之间,特别是在大约120%与160%之间,特别是在半径730的大约135%与145%之间。图8示出根据实施例的导向板,其使用若干代表性识别线来标定FEM仿真过程中的变形。在这个示例中,导向板850是比例模型。线1310横穿靠近前边缘156的导向板的横向方向而跨越导向板。线1320和1330在将水引至涡轮机的导向板的末端部分中跨越导向板。线1330靠近末端边缘152。线1320位于导向板上方几厘米处。对于一些导向板,末端部分(例如,从线1320到1330)的曲率可以大于导向板的中心的曲率。末端部分可以是平面的,如该示例中一样。末端部分可以在大约3cm与15cm之间,包括4cm与10cm之间,包括6cm与9cm之间。在以下FEM仿真中将使用线1310、1320和1330来识别代表性变形。示例3图9A示出根据实施例的用于报告图8所示的线的仿真行为的坐标系。在图9A中,根据一些实施例,使用有限元模型(在这种情况下,使用ANSYS)进行变形建模。图9A示出用于表示图8的线1310、1320和1330处的仿真变形的坐标。在导向板的每个部分(前端和末端)中,相关坐标系包括与导向板表面相切的x方向(具有指向“下游”的正值)和与(该部分的)表面正交的y方向。因为表面是弯曲的,所以坐标系“改变方向”。因此,线1310的正x值表示在与负y值(对于线1320和1330)类似的方向上的变形。正y值(对于线1310)表示与线1320和1330的正x值类似的变形。导向板1350利用盒部和背板。图9B是根据实施例的在重力负荷和射流力负荷下(来自实际操作条件下实际造纸机的冲击水的速度和体积)导向板850的仿真变形(使用ANSYS生成)的曲线图。线1310的变形/位移在x方向上不超过2mm,或者“远离”成形辊。线1310的变形/位移在负y方向(或图9A中的“向上”)不超过4mm。线1320和1330的变形/位移在负x方向(或图9A中的“向上”)上不超过1.5mm。线1320和1330的变形/位移在负y方向上(或相对于机器方向为“下游”)不超过1.1mm。在安装期间可以适应由于重力负荷引起的变形。例如,可以相对于成形辊、导辊和涡轮机安装和校准导向板(即,在重力负荷下)。然而,由于射流力引起的变形需要启动和运行机器,不应该在不确信装置将如所期望地起作用的情况下开始运行。可以使用FEM仿真来确定预计产生期望性能的形状、尺寸和安装配置。示例4图10示出根据一些实施例的由于冲击水的射流负荷而引起的预测变形。通过将导向板的末端边缘的“最接近”或“最后面”的角定位为非常接近涡轮机(例如,在几毫米内,包括在2mm内、包括在1mm内),通常可以增大效率,特别是结合尽可能薄的导向板。这种定位需要确信在操作期间导向板和涡轮机不会无意地彼此接触。图10示出使用线1310、1320和1330(图8)和图9A的坐标系,射流力对导向板形状和位置的影响。末端部分(由线1320和1330表示)的预期变形在x方向(朝向涡轮机的“向下”)上不超过0.12mm并且在y方向(朝向涡轮机的“下游”)上不超过负0.15mm。在安装期间可以使用这些值来偏移末端部分。这些值还可以用于更加确信在操作(经由射流力)期间,导向板的形状不会变化太多,而这可能阻碍性能或可能损坏装置。线示出横穿板的“波浪形”轮廓,板与(两个)安装点的位置相关联。可以使用增大的箱部厚度来减小这种波浪状。增大数量的安装点(例如,三个、四个或者甚至六个安装点)也可以减少这种波浪状。比较图9B和图10,导向板形状的FEM仿真的重要性变得明显。对于前部分,重力负荷可以是可感知的。在没有射流的情形下,前部分可以在其自身重量下“下垂”,这可能导致一部分射流“超过”前边缘。然而,与前部分接触的射流可以“提升”该部分,这可能导致前边缘接触导辊。最佳的导向板形状可以捕获冲击水,而不使另一个组件变形,并且仍然保持期望的冲击角,以得到涡轮机的有效能量转移。对于末端部分,射流力可以导致显著变形(与重力负荷相比)。在这样的配置中,在启动机器之前,FEM仿真对于预测末端边缘(相对于涡轮机)的实际位置可能是关键的。示例5图11A和图11B示出根据一些实施例的导向板的仿真变形,在该示例中使用ANSYS。图11A示出射流负荷和重力负荷的组合,并且示出4.31mm的前部分(具有前边缘156)的最大变形(在打开射流之前和之后)。图11B示出仅仅由于射流负荷导致的导向板的变形和位移,其中移除背板以观察导向表面自身的背侧(示出用于加强板的加强梁的网)。图11B将计算出的变形和位移与“无应力的”形状和位置(在图示中使用夸大的位移将其示为“阴影”)进行比较。因此,生动地夸大变形和位移,以便于观察。导向板的总曲率可以稍微减小(负荷的导向板更“弯曲”),并且导向板的前边缘稍微“向下游”移动。另外,示出横向弯曲“波浪状”。但是,整体变形不超过0.54mm。图12示出根据一些实施例的导向板与涡轮机之间的代表性距离。图12提供关于末端“边缘”152的额外细节,尽管其可以被描述为“边缘”,但是通常具有可感知的厚度(例如,以防止水压使边缘“倒圆”)。在图12中,导向板1250包括末端边缘152,末端边缘152包括“最接近部分”1210(即,导向板的将接触涡轮机的部分,是接触涡轮机的板)。使用本文描述的调节机构、设计和建模方法,导向板可以被定位为非常接近涡轮机(可靠地)。在典型安装中,导向板的最接近部分(1210)与涡轮机之间的距离(1220)小于4mm,特别是在大约0.5mm与3mm之间,包括在0.75mm与2mm之间。边缘152的厚度1230可以小于5mm,包括0.4mm-4mm、包括1mm-3mm、包括1.5mm-2.5mm,其中导向板1250具有2mm的厚度。在使用期间末端边缘的典型预期变形(高达0.5mm)将在板与涡轮机之间留下大约1mm的“缓冲”。从导向板的“接触表面”到涡轮机的典型距离可以在1.5mm与5mm之间,包括在2mm与4mm之间、包括在大约3.2mm与3.8mm之间。(尤其)可以根据被转移到涡轮机的水的膜的预期厚度(例如,图4中水108'的板侧410与空气侧420之间的距离),选择距离1220和厚度1230。在代表性操作条件(例如,流浆箱流速、压力、纸浆成分、导向板几何形状和辊几何形状)下,可以使用成形区的计算机仿真来确定这种距离。预测形状或位置的偏差(在使用期间)可能导致严重的损坏。因此,实现对位置和形状的这种精确容差通常需要使用计算机实现的设计和建模技术。普通技术人员能够容易地获得这样的工具。可以使用FEM方法来设计几何形状(例如,致动器和枢轴连接的数量和尺寸)、连接之间的间距、盒尺寸和形状、金属厚度等。当被加载(在使用期间)时,可以对该几何形状进行建模,来预测导向板的实际形状。可以将实际形状与期望的约束(例如,对冲击角的约束)进行比较,以确保被喷射出的水以期望角度实际地冲击。结果是,可以最大化能量效率,同时可以最小化损坏的概率(例如,由于无意接触)。实施例不需要包含本文所描述的所有或者甚至多个特征。本文描述的各个特征可以彼此独立和/或组合地实施。特征的明确组合不排除从其它实施例中省略这些特征中的任何特征。包括附图和摘要的本说明书的整体受瑞典的卡尔斯塔德的ValmetAB版权保护。以上描述是说明性的并且不是限制性的。在阅读本公开后,本发明的许多变型对本领域技术人员将变得显而易见。因此,不应当参考上面的描述来确定本发明的范围,而应当参考所附权利要求书连同其等效变型的全范围来确定本发明的范围。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3 
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