用于测量和消除来自压区型挤压机的包覆辊的压区压力曲线的旋转可变性的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及用于将挤压力施加在用于形成例如纸、织物材料、塑料箔和其他相关材料的移动料幅上的压区型挤压机。特别是，本发明涉及用于测量和消除来自在包覆辊中采用嵌入式传感器的压区型挤压机的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法和设备。虽然现有技术中采用带有嵌入式传感器的辊的挤压机可能能够检测沿着所述辊的长度的压力的变化，但是这些相同的嵌入式传感器可能不能测量和补偿可能由包覆辊的高速旋转产生的旋转可变性。本发明提供了一种用于测量和消除来自包覆辊的压区压力曲线的旋转可变性的方法和设备，以获得更加真实的正在压区区域中形成的压区压力的曲线。
【背景技术】
[0002]夹辊被应用于很多连续加工行业中，这些行业包括例如造纸、制钢、塑料压延和打印。夹辊的特性在造纸中尤为重要。在造纸的过程中，很多阶段需要将流浆箱原料转化成纸。最初的阶段是流浆箱原料(通常称为“白水”)沉积在造纸机成型织物(通常称为“网幅”)上。沉积之后，一部分白水流动通过成型织物网幅的孔隙而在所述成型织物网幅上留下液体和纤维的混合物。这种混合物在行业内称为“料幅”，可以通过设备进行处理，所述设备进一步降低了最终产品的内含水分的量。所述织物网幅连续支撑纤维料幅并且使其行进通过各种脱水设备，所述脱水设备有效地从所述料幅除去所希望的量的液体。
[0003]多个脱水阶段中的一个阶段通过使所述料幅经过一对或者更多的旋转辊来实现，所述旋转辊形成其一个或者一系列的压区型挤压机，在这个过程中，液体通过所述旋转辊正在施加的压力而从所述料幅中排出。在所述料幅和织物网幅上施加力时，所述辊将导致一些液体被从纤维料幅中挤压出来。所述料幅然后可以行进到其他挤压机或者干燥设备，这些挤压机或干燥设备进一步降低所述料幅中的水分的量。“压区区域”是两个相邻的辊之间的纸幅通过的接触区域。所述压区型挤压机的一个辊通常是坚硬的钢辊，而另一个是由被聚合物包覆物包覆的金属壳布局。然而，在一些应用中，两个辊可以都被包覆。将被从所述料幅中加压出来的液体的量取决于所述料幅通过所述压区区域时被施加在所述料幅上的压力的量。在该过程中的纸机压延机的后面的辊被用来控制片材的厚度和其他特性。包覆辊有时在所述压延机处使用。辊的特性在造纸中尤为重要，因为在压区型挤压机阶段的过程中施加于所述料幅上的压力的量对于获得均匀的片材特性是关键的。
[0004]与这些辊相关联的一个常见问题可能是沿着所述辊的工作长度分布的压力缺乏均一性。由所述压区型挤压机的所述辊施加的压力通常被称为“压区压力”。施加在所述料幅上的压区压力的量和所述压区的尺寸在获得均一片材特性可能是重要的。沿着所述辊的均匀的压区压力在造纸中是重要的并且归因于水分内含物、厚度、片材强度和表面外观。例如，所述压区压力缺乏均一性可能常常导致具有欠佳质量的纸。过度的压区压力能够导致纤维的压碎或者移位以及在所得的纸产品中的孔。对压区载荷的改善能够导致通过较高的机器速度获得更高的生产力和较低的故障(意外停工)。
[0005]在挤压部使用的常规辊可以由一层或者多层材料形成。辊偏移(通常是由于下垂(sag)或者压区载荷的缘故)可能是不均匀的压力和/或压区宽度分布的来源。磨损的辊包覆部也可能引起压力变化。辊已经发展为监测和补偿这些偏移。这些辊通常具有浮置的壳体，该浮置的壳体围绕固定的芯体。在所述浮置的壳体下面是可移动的表面，所述可移动的表面可以被驱动以补偿不均匀的压区压力分布。
[0006]先前已知的用于确定所述压区压力的这种差异的存在的技术要求操作员停止所述辊并且将一长条碳纸或者压敏薄膜放置到压区中。这个过程被称为进行“压区压印”。后来的用于压区压印的技术涉及使用聚酯薄膜(mylar)和压敏元件以电子方式记录跨过压区的压力。这些程序尽管有用，但是不能在压区型挤压机工作的同时使用。而且，不能将会影响压区压力的均一性的温度、辊速度和其他相关变化考虑进去。
[0007]因此，压区型挤压机发展了数年以允许操作员在所述辊正在转动的同时测量所述压区压力。一个这样的压区型挤压机在美国专利N0.4，509，237中有描述。这种压区型挤压机采用具有位置传感器的辊以确定辊壳体的不均匀布置。来自所述传感器的信号启动位于所述辊壳体下面的支撑或压力元件，以使可能因为压力变化而存在的任何不均匀定位平衡。所述压力元件包括由加压油馈入线路供油的常规静压支承轴承。在美国专利N0.4，898，012中描述的辊类似地尝试通过在所述辊上结合传感器以确定挤压机压区的压区压力曲线来解决这个问题。还有另一个压区型挤压机公开在美国专利N0.4，729，153中。这种控制偏移辊进一步具有用于调节横跨辊表面的窄带中的辊表面温度的传感器。其他控制偏移辊如在美国专利N0.4，233，011中描述的控制偏移辊依赖于辊材料的热膨胀性质来实现合适的辊挠曲。
[0008]压区型挤压机技术的进一步的优点包括无线传感器的发展，这些无线传感器被嵌入到压区型挤压机的感测辊包覆部中，如在授予Moore等的美国专利N0.7，225,688、7, 305, 894,7, 392, 715,7, 581, 456 7,963, 180。这些专利显示了嵌入到辊包覆部(一般称为“感测辊”)中的很多传感器的使用，其将无线压力信号发送到远程信号接收器。授予Moschel的美国专利N0.5, 699, 729公开了用于感测展现在棍上的压力的螺旋式传感器的使用。造纸机设备制造商和供应商例如Voith GmbH, Xerium Technologies, Inc.及其子公司Stowe已经开发出采用嵌入在感测辊包覆部中的传感器的压区型挤压机。这些压区型挤压机通常采用以单转(revolut1n)卷绕在辊包覆部周围的单螺旋进行连接以形成螺旋样式的多个传感器。单个传感器被设计成在感测辊旋转时延伸进入到所述压区型挤压机的压区区域中。采用这种方式，传感器的螺旋样式提供了沿着所述压区型挤压机的横向区域的不同压力信号以为操作员提供与其通过所述压区区域时横跨压区区域的压力分布有关并且因此与正被施加至移动料幅上的压力有关的有价值信息。
[0009]与所述压区型挤压机相关联的控制仪器提供了横向压区压力的良好表示(通常称为“压区压力曲线”或只是称为“压区曲线”)，并且一旦出现的话将允许操作员修正所述压区压力分布。所述控制仪器通常在计算机屏幕或监视器上提供所述压区压力曲线的实时图形显示。所述压区曲线是正从位于感测辊上的传感器接收到的压力数据的编译。其常常就所述感测辊上的横向位置以图形显示压力信号。y轴常常指定以镑/线性英寸表示的压力而X轴指定所述辊上的横向位置。
[0010]虽然所述感测辊上的单行传感器可以提供压区压力横向可变性的非常良好的表示，但是这些相同的传感器可以能不能适当地将横跨所述压区区域的压力的由所述感测辊的高速旋转导致的可变性考虑进去。以高的角速度(高RPM)旋转的辊筒/辊的动力学可以导致由所述辊筒/辊产生的压力的轻微变化，这些轻微变化在所述辊筒/辊停止时或者以低速度旋转时不一定能够被检测到。这种动力学变化可以是作用在所述辊筒/辊上的离心力、辊绕曲、辊平衡、偏心轴安装或者外辊或圆辊造成的结果，并且可能受到环境因素的影响。典型的高速度旋转辊筒/辊的动力学行为的特征经常为产生不平衡和抗弯刚度变化。沿着所述辊筒/辊的这些刚度变化常常被称为旋转可变性。不平衡可能被观测为一些特定旋转频率下的振动分量并且也可以导致作为旋转速度的函数的具有柔性的辊筒/辊的不需要的弯曲。由于用于造纸的感测辊的长度可能非常长，旋转辊的不平衡可能对于造纸商而言是一个严重的问题，因为可能会产生并且由控制设备显示的不太均匀的压区压力曲线。当然，所述感测辊的任何不需要的弯曲可能改变料幅通过夹辊行进时正在施加在该料幅上的压力的量。同样的，由于均匀的压区压力在造纸过程中是非常需要的，因此正确显示压区压力曲线是高度有利的，因为根据不准确的压区压力曲线对旋转辊进行的任何修正肯定会使该问题恶化。定位在感测辊上的单个横向位置处的单个传感器可能不能补偿该传感器位置处的旋转可变性的影响，并且可能提供不太准确的压力读数。可变性有三个基础测量。真实的压区压力曲线具有可变性，该可变性可以被称为横向可变性，因为其是横跨所述压区的各个横向位置的平均压力的可变性。单行传感器中的各个传感器可能具有与其相关联的一定可变性，该可变性可以在数据在高速度下收集时进行计算。这种特定的可变性曲线表示单行传感器中的各个位置处的高速度测量的可变性。这种可变性包含造纸过程中其他设备的可变性，包括夹向所述感测辊的辊的旋转可变性。第三种可变性曲线是所述辊的各个横向位置处的多个传感器的压区曲线可变性。这种可变性表示感测辊旋转通过其多个位置或者感测位置时该感测辊的“旋转可变性”。
[0011]旋转可变性的问题之一是沿着所述感测辊的不同位置处的“高斑点(spot) ”和“低斑点”的产生。位于发现有高斑点和低斑点的横向位置处的单个传感器可能为处理设备提供在该位置处正在形成的不准确压力读数。这是因为所述辊充分旋转通过完整一转时在该传感器的位置处形成的总压力事实上将低于所测得的“高斑点读数”。因此，基于位于高斑点或低斑点处的传感器的读数的压区压力曲线将不能指示正在该位置处形成的平均压力。依赖于这个单独的不准确的读数的处理设备将计算和显示至少部分地不准确的压区压力曲线。如果有很多单个传感器位于很多高斑点或者低斑点处，那么处理设备将显示具有很多不准确性的压区压力曲线。造纸机的操作员甚至可能不知道处理系统正在显示不准确的压区压力曲线。而且，根据不准确的压区压力曲线而尝试去修正感测辊可能导致甚至更加的不准确性。
[0012]因此，如果制造商能够检测并且测量沿着压区型挤压机的包覆辊的长度的任何旋转可变性并且在实时压区压力曲线正在被计算和显示时对其进行补偿，那将是有利的。本发明提供了真实压区压力曲线的更好的测量，并且还能够提供先前没有测量的旋转的压区曲线可变性(旋转可变性)。而且，感测元件的某些布置将会提供有关包覆部的磨损的信息。对任何旋转可变性的补偿应当产生更加准确地表示沿着所述挤压机的压区区域正在形成的压力的压区压力曲线。本发明满足这些和其他需要。
【发明内容】
[0013]本发明提供了用于准确地检测、测量和至少部分地消除来自在压区型挤压机中使用的包覆辊(也称为“感测辊”)的旋转可变性的任何影响的装置和方法。本发明补偿这种影响，从而允许更加准确的压区压力曲线显示得到计算和显示。因此，本发明为机器操作员提供了横跨压区型挤压机的实际压力分布的更加准确的表示。本发明可以与修正仪器协同使用，这可以消除或者补偿横跨所述挤压机的所述感测辊的位置处的压力可变性。从沿着所述感测辊布置的传感器获得的数据允许计算和显示旋转可变性曲线，所述旋转可变性曲线能够为操作员提供额外的与压力读数动力学有关的实时信息，从而获得更加准确的压区压力曲线。本发明能够通过计