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技術 ストック運動量からエネルギを再生するための調整装置

出願人 バルメット、アクチボラグ
発明者 トード、グスタフソンステファン、ポルソンアルビド、ヨハンソンレイフ、ビデグレーンエリン、エングクビスト
出願日 2015年7月1日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-575745
公開日 2017年8月17日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-523316
状態 特許登録済
技術分野 紙(4) 電動機,発電機と機械的装置等との結合
主要キーワード ボックスセクション 逸脱範囲 モジュラー的 主ねじ 旋回ポイント 単独ユニット ウォームスクリュー FEMシミュレーション
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課題・解決手段

ステム及び方法は、紙、ティッシュ、ボード等の製造中のエネルギ再生を提供する。成形ローラ(110)により駆動される成形ワイヤ(132)から噴射される水は、ガイドプレート(150)によりタービン(140)へ方向付けられ得る。ガイドプレートは、ガイドプレートの終端縁をタービンの入口ポイントアラインメントするように調整可能であり得る。成形ローラからタービンへの流れの円滑な移行を可能とするように、ガイドプレートの角度が調整可能であり得る。タービンの位置が調整可能であり得る。ガイドプレート及び/又はタービンは、モジュラー的取付けられ得る(例えば、ガイドプレートがガイドプレートモジュールの一部であり、及び/又はタービンがタービンモジュールの一部である)。

概要

背景

紙、ティッシュ、ボード、及び他のセルロースベースとする製品は、懸濁液(例えば、水中のセルロース、以下ではストック紙料))から製造されることが多い。ヘッドボックスは、リードローラを中心として駆動される成形ワイヤループ(例えば、多孔性ワイヤメッシュ又はクロス)と、典型的には成形ローラを中心として駆動される織物ループ(例えば、フェルト又は他の成形ワイヤ)との間にストックを射出し得る。(例えば、ヘッドボックス、成形ワイヤ、織物又はローラを介して)ストックに適用される力は、水を成形ワイヤに通過させて成形ワイヤと織物との間にセルロースウェブを形成する。

大量の高速の水が、成形ワイヤを通過する際にストックから排出される。このストックからエネルギ再生することは、製紙効率を向上させるであろう。US特許第6,398,913号は、ストックに与えられる運動エネルギタービンを介して回復させる、抄紙機成形セクションにおけるエネルギ再生のための構成と方法を記載している。しかしながら、このような従来技術の再生装置は、いくつかの製紙工程(例えば、異なるヘッドボックス位置、ヘッドボックスの幾何的構成、ローラ径等)、ストック組成ストック量、織物速度等に容易に適合しない。そのため、これらのシステムは、次善のエネルギ回復効率しか得られない。異なる流れ条件及び製紙装置に対する適合性は、製紙効率を改善するであろう。

「名目上」は実行可能に思われる多くの設計は、現実の世界において本格的に実際に実施すると所望のようにはいかない。重力による変形によって部品が移動し、これにより「名目上」の所望の配置が現実の配置でなくなることがある。噴射力が部品を変形させることがある。例えば、プレートは、衝突流体の作動前は単独の形状を有し得るが、水ジェットにより変形を受けると異なる形状を有し得る。

概要

システム及び方法は、紙、ティッシュ、ボード等の製造中のエネルギ再生を提供する。成形ローラ(110)により駆動される成形ワイヤ(132)から噴射される水は、ガイドプレート(150)によりタービン(140)へ方向付けられ得る。ガイドプレートは、ガイドプレートの終端縁をタービンの入口ポイントアラインメントするように調整可能であり得る。成形ローラからタービンへの流れの円滑な移行を可能とするように、ガイドプレートの角度が調整可能であり得る。タービンの位置が調整可能であり得る。ガイドプレート及び/又はタービンは、モジュラー的取付けられ得る(例えば、ガイドプレートがガイドプレートモジュールの一部であり、及び/又はタービンがタービンモジュールの一部である)。

目的

このような構成は、タービンの調整又はメンテナンス中製紙機械継続動作を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

製紙機械(100)からエネルギ再生するための装置(200、200’)であって、前記製紙機械は、リードローラ(120)を中心として駆動される成形ワイヤループ(130)と、成形ローラ(110)を中心として駆動される織物ループ(132)と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体ストック(108)を射出するように構成されたヘッドボックス(101)と、を備え、前記装置は、発電機(160)に連結されたタービン(140)と、前記成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように形成されたガイドプレート(150、150’、650、750、850、1150、1250)であって、前記タービンに近接する終端縁(152)において終端するガイドプレート(150、150’、650、750、850、1150、1250)と、前記ガイドプレートに連結されたアクチュエータ(210)と、前記ガイドプレートに連結された、特には調整旋回軸である旋回軸(220)と、を備え、前記アクチュエータ及び旋回軸は、好適には前記ガイドプレートの位置に対する許容差を以て前記ガイドプレートを調整するように動作可能であり、前記調整は、前記終端縁(152)の部分(1210)について、当該部分の所望の位置からの、前記タービンに対する前記部分の位置の逸脱が、前記製紙機械のシミュレーションされた動作において、2mmを越えない、好適には1mmを越えない、特には0.5mmを越えないようになされ、且つ水を前記タービンに方向付ける前記ガイドプレートの終端面(153)に対する、前記終端面からの延長ラインが前記タービンに交差するポイントにおいて前記タービンに接する接線に対する前記終端面の角度(418)について、前記シミュレーションされた動作において、前記終端面の所望角度からの逸脱が、1度を超えない、特には0.8度を超えない、特には0.5度を超えない、特には0.1度を超えないようになされる、製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200、200’)。

請求項2

請求項1に記載の装置であって、前記ガイドプレートの終端縁(152)を有する終端面(153)と、前記終端縁から前記タービンへの前記終端面の延長部が前記タービンに交差するポイント(412)における前記タービンの接線(414)と、の間の角度(418)が、0乃至50であり、特には5乃至40であり、特には10乃至35度であり、特には17乃至30度である、装置。

請求項3

請求項1に記載の装置であって、前記ガイドプレートの終端縁(152)を有する終端面(153)と、前記終端縁から前記タービンへの前記終端面の延長部が前記タービンに交差するポイント(412)における前記タービンの接線(414)と、の間の角度(418)が、約15乃至35度であり、特には約23乃至28度であり、特には約24乃至27度であり、特には約25乃至26度であり、特には24.5乃至25.5度である、装置。

請求項4

請求項1乃至3のいずれかに記載の装置であって、前記ガイドプレートの終端縁(152)を有する終端面(153)から直近ポイント(412)への延長ラインであって、前記直近ポイント(412)において前記タービンに交差する延長ラインと、前記延長ラインに平行であるとともに前記タービンに接する直近ラインと、の間の距離が、40mmを超えず、30mmを含み、20mmを含み、15mmを含む、装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれかに記載の装置であって、前記旋回ポイント(211)の位置は、前記リードローラ(120)の中心から距離(720)を置いており、前記距離(720)は、前記リードローラの半径(710)の約108%乃至260%、特には約110%乃至230%、特には約160%乃至224%、特には約165%乃至214%である、装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれかに記載の装置であって、前記旋回ポイント(211)の、前記成形ローラ(110)の中心に対する位置は、前記成形ローラの半径の約108%乃至200%、特には約120%乃至160%、特には約135%乃至145%である、装置。

請求項7

請求項1乃至6のいずれかに記載の装置であって、前記アクチュエータは、10kNを超える、特には20kNを超える、特には30kNを超える作動力を有する主ねじ又はウォームスクリューアクチュエータを備え、特に、前記アクチュエータは、30kNを超える、特には40kNを超える、特には60kNを超える総計作動力を有する複数のアクチュエータを備えている、装置。

請求項8

請求項1乃至7のいずれかに記載の装置であって、前記旋回軸は、ロックダウン機構を備えた調整旋回ポイントを有しており、前記ロックダウン機構は、前記旋回ポイントのロックダウン位置を、50ミクロンを越えない、特には10ミクロンを越えない、特には1ミクロンを越えない逸脱の範囲内で制御するように動作可能である、装置。

請求項9

請求項1乃至8のいずれかに記載の装置であって、前記アクチュエータ及び旋回軸は、前記ガイドプレートの曲率を変化させるように構成可能であり、特に、前記アクチュエータ及び旋回軸は、前記ガイドプレートに予め負荷を与えて、重力及び衝突水ジェットのうちの少なくとも一方により与えられる力に抵抗するように動作可能である、装置。

請求項10

請求項1乃至9のいずれかに記載の装置であって、前記アクチュエータ及び旋回軸のうちの少なくとも一方は、終端面(153)の前記タービンへの延長部が前記タービンに交差しないように、前記ガイドプレートをバイパス位置位置決めするように構成可能である、装置。

請求項11

請求項1乃至10のいずれかに記載の装置であって、ウィンドウ(400)を更に備え、前記ウィンドウ(400)を通して前記ガイドプレート(150)の前記タービン(140)に対する位置が、好適にはデジタルカメラにより決定され得る、装置。

請求項12

請求項1乃至11のいずれかに記載のガイドプレートであって、重力、及び、前記ガイドプレートに前記成形ワイヤを介して噴射されたストックにより前記ガイドプレートに与えられる応力、のうちの少なくとも一方を含む負荷に関するコンピュータによるシミュレーション、特には有限要素モデリングシミュレーションにおいて、先端縁(156)を備えるとともにこれに近接する前記ガイドプレートの先端部の所望の位置又は形状からの、位置又は形状における最大逸脱が、無負荷の位置における前記先端部の無負荷の形状に比較して、10mmを越えない、特には5mmを越えない、特には2mmを越えない、特には1mmを越えない、ガイドプレート。

請求項13

請求項1乃至12のいずれかに記載のガイドプレートであって、重力、及び、前記ガイドプレートに前記成形ワイヤを介して噴射されたストックにより前記ガイドプレートに与えられる応力、のうちの少なくとも一方を含む負荷に関するコンピュータによるシミュレーション、特には有限要素モデリングシミュレーションにおいて、終端縁(152)を備えるとともにこれに近接する前記ガイドプレートの終端部の所望の位置又は形状からの、位置又は形状における最大逸脱が、無負荷の位置における前記終端部の無負荷の形状に比較して、2mmを越えない、特には1mmを越えない、特には0.5mmを越えない、ガイドプレート。

請求項14

請求項1乃至13のいずれかに記載の装置であって、前記タービンは、タービンモジュール(250)の内部に配置され、前記ガイドプレート、アクチュエータ、及び旋回軸は、ガイドプレートモジュール(210)の内部に配置され、前記ガイドプレートモジュールは、前記ガイドプレート、アクチュエータ及び旋回軸を互いに対して固定する一体部を形成しており、前記ガイドプレーモジュールを交換するとき、前記終端縁の位置又は前記ガイドプレートの角度を変えることなく前記ガイドプレートを取り外したり交換したりすることを容易にするように、前記ガイドプレートモジュールは前記タービンモジュールから分離可能である、装置。

請求項15

請求項1乃至14のいずれかに記載の装置であって、前記タービンは、好適には前記成形ローラおよび前記リードローラのうちの少なくとも一方に対して、前記タービンを異なる位置に位置決めするように動作可能である1つ以上の位置決め機構(310、320、320’)を使用して取付けられている、装置。

請求項16

請求項1乃至15のいずれかに記載の装置であって、前記製紙機械の動作のコンピュータによるシミュレーションにおいて、ガイドプレート(150)は、タービン(140)に近接した終端面の終端面法線(154)を有し、タービン(140)のブレードの外周に対する終端面(153)の投影は、ポイント(412)を画定し、前記ポイント(412)において、水(108’)の流れのプレート側(410)がタービン(140)に接触すると予想され、ポイント(412)においてタービン(140)は法線(416)を有し、法線(416)と終端面法線(154)との間の衝突角度(418)は、15乃至35度、特には20乃至30度、特には21乃至28度、特には22乃至27度、特には23乃至26度、特には24乃至25.5度である、装置。

請求項17

請求項1乃至16のいずれかに記載の装置であって、ストック(108)の成形ワイヤ(130)を介したタービン(140)への噴射に起因する水(108’)の流れは、ガイド表面(150)の終端面(153)において、空気側(420)とプレート側(410)との間の、10乃至30mmの厚さを有することが予想され、タービン(140)の外周における、好適にはタービン(140)のブレードの外周おけるポイント(422)は、空気側(420)の水(108’)がタービン(140)に衝突するポイント(422)を画定し、タービン(140)におけるポイント(422)は、接線(424)と法線(426)とを有し、接線(424)と空気側(420)との間の衝突角度(428)、及び、法線(426)と終端面(153)の終端面法線(154)との間の衝突角度(429)、のうちの少なくとも一方は、1乃至25度であり、1乃至25度は、5乃至20度を含み、8乃至16度を含み、11乃至15度を含み、約12乃至約14.5度を含む、装置。

請求項18

製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200’)であって、前記製紙機械は、リードローラ(120)を中心として駆動される成形ワイヤループ(130)と、成形ローラ(110)を中心として駆動される織物ループ(132)と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック(108)を射出するように構成されたヘッドボックス(101)と、を備え、前記装置は、発電機(160)に連結されたタービン(140)を備えたタービンモジュール(250)と、前記ストックから前記成形ワイヤを介して噴射された水を前記タービンへ方向付けるように形成された湾曲ガイドプレート(150)であって、前記タービンに近接した終端縁(152)において終端する湾曲ガイドプレート(150)を備えたガイドプレートモジュール(210)と、を備え、前記ガイドプレートの前記タービンに対する幾何的構成を変更せずに前記ガイドプレートモジュールの取外しや交換が容易となるように、前記ガイドプレートモジュールは前記タービンモジュールから分離可能である、製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200’)。

請求項19

請求項18に記載の装置であって、前記タービンモジュール(250)とガイドプレートモジュール(210)とは、前記ガイドプレートモジュール(210)とタービンモジュール(250)との間の調整可能性を提供する取外し可能な取付具を備えたモジュール取付台(252)によって連結されている、装置。

請求項20

製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200”)であって、前記製紙機械は、リードローラ(120)を中心として駆動される成形ワイヤループ(130)と、成形ローラ(110)を中心として駆動される織物ループ(132)と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック(108)を射出するように構成されたヘッドボックス(101)と、を備え、前記装置は、発電機(160)に連結されたタービン(140)を備えたタービンモジュール(150)と、前記成形ローラ及び前記リードローラのうちの少なくとも一方に対するタービン(140)の位置を調整するように構成された少なくとも1つの位置決め機構(310、320、320’)と、前記成形ワイヤを介して噴射された水を前記タービン(140)に方向付けるように形成されたガイドプレート(150)と、を備えている、製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200”)。

請求項21

リードローラ(120)を中心として駆動される成形ワイヤループ(130)と、成形ローラ(110)を中心として駆動される織物ループ(132)と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック(108)を射出するように構成されたヘッドボックス(101)と、請求項1乃至20のいずれかに記載の装置(200、200’、200”)と、を備えた製紙機械。

請求項22

製紙機械(100)内でエネルギ再生装置(200、200’、200”)をアラインメントするための方法であって、当該方法は、請求項1乃至20のいずれかに記載の少なくとも1つの装置を備えた製紙機械(100)を準備する工程と、前記製紙機械を動作させる工程と、前記ガイドプレートの位置及び前記タービンの位置のうちの少なくとも一方を調整する工程と、前記ガイドプレート及び前記タービンのうちの少なくとも一方を、ヘッドストックの任意の射出量において発電機により生成される電気の量が最大となる位置に、好適には、前記ストックに与えられるエネルギに比較して前記ストックから再生されるエネルギの効率が最大となる位置に、固定する工程と、を備えた、製紙機械(100)内でエネルギ再生装置(200、200’、200”)をアラインメントするための方法。

請求項23

請求項22に記載の方法であって、前記ガイドプレート及び前記タービンのうちの少なくとも一方は、プロセッサにより動作可能なコンピュータにより制御されたアクチュエータにより位置決めされ、前記プロセッサは、コンピュータ読み出し可能な非一過性記憶媒体に連結されており、前記記憶媒体は、反復閉ループ制御方法を使用して前記ガイドプレート又はタービンを位置決めする前記プロセッサにより実行可能な命令を有しており、前記閉ループ制御方法は、前記ガイドプレート及びタービンのうちの少なくとも一方の所望の位置を決定する工程と、前記ガイドプレート又はタービンの実際の位置を検出するように構成されたセンサから検出データ受領する工程と、前記所望の位置と前記実際の位置との差を算出する工程と、前記差を減少させるような態様で前記ガイドプレートを調整するように、前記アクチュエータに指示する工程と、を備えている、方法。

請求項24

請求項23に記載の方法であって、前記検出データは、前記発電機により生成された電気の総量を含み、前記閉ループ制御方法は、前記ガイドプレート及びタービンのうちの少なくとも一方が、前記生成電気の総量が最大となる最終位置に位置決めされるまで、反復的に前記位置を調整し且つ生成電気を検出する、方法。

請求項25

請求項24に記載の方法であって、前記検出データは、前記装置の少なくとも一部を覆うカバー(401)のウィンドウ(400)を介して撮影するカメラからのデジタルビデオ画像を含み、前記プロセッサは、前記ビデオ画像を処理して、前記ガイドプレートの一部、好適には前記ガイドプレートの終端縁(152)、前記水流(108’)の一部、及び、前記タービン(140)の一部、のうちの少なくとも1つを特定するように更に構成されており、前記アクチューエータに指示する工程は、前記ガイドプレートの前記一部と前記タービンの前記一部との間の距離、及び、前記水流の前記一部と前記タービンの前記一部との間の距離、のうちの少なくとも一方を決定する工程と、前記決定された距離と好適な距離との差を算出する工程と、前記決定された距離と前記好適な距離との前記差を減少させるような態様で、前記ガイドプレートを調整する工程と、を備えている、方法。

請求項26

製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200、200’)であって、前記製紙機械は、リードローラ(120)を中心として駆動される成形ワイヤループ(130)と、成形ローラ(110)を中心として駆動される織物ループ(132)と、前記成形ワイヤと前記織物ループとにより作成された移動するサンドイッチ体へストック(108)を射出するように構成されたヘッドボックス(101)と、を備え、前記装置は、発電機(160)に連結されたタービン(140)と、前記成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように形成されたガイドプレート(150、150’、650、750、850、1150、1250)であって、前記タービンに近接する終端縁(152)において終端するガイドプレート(150、150’、650、750、850、1150、1250)と、前記ガイドプレートに連結されたアクチュエータ(210)と、前記ガイドプレートに連結された、特には調整旋回軸である旋回軸(220)と、を備え、前記ガイドプレートの直近の部分(1210)と前記タービンとの間の距離(1220)は、4mm未満であり、特には約0.5mm乃至3mmであり、約0.5mm乃至3mmは0.75mm乃至2mmを含む、製紙機械(100)からエネルギを再生するための装置(200、200’)。

技術分野

0001

本発明は、概して、紙製品の製造中に利用されたエネルギ再生に関する。

背景技術

0002

紙、ティッシュ、ボード、及び他のセルロースベースとする製品は、懸濁液(例えば、水中のセルロース、以下ではストック紙料))から製造されることが多い。ヘッドボックスは、リードローラを中心として駆動される成形ワイヤループ(例えば、多孔性ワイヤメッシュ又はクロス)と、典型的には成形ローラを中心として駆動される織物ループ(例えば、フェルト又は他の成形ワイヤ)との間にストックを射出し得る。(例えば、ヘッドボックス、成形ワイヤ、織物又はローラを介して)ストックに適用される力は、水を成形ワイヤに通過させて成形ワイヤと織物との間にセルロースウェブを形成する。

0003

大量の高速の水が、成形ワイヤを通過する際にストックから排出される。このストックからエネルギを再生することは、製紙効率を向上させるであろう。US特許第6,398,913号は、ストックに与えられる運動エネルギタービンを介して回復させる、抄紙機成形セクションにおけるエネルギ再生のための構成と方法を記載している。しかしながら、このような従来技術の再生装置は、いくつかの製紙工程(例えば、異なるヘッドボックス位置、ヘッドボックスの幾何的構成、ローラ径等)、ストック組成ストック量、織物速度等に容易に適合しない。そのため、これらのシステムは、次善のエネルギ回復効率しか得られない。異なる流れ条件及び製紙装置に対する適合性は、製紙効率を改善するであろう。

0004

「名目上」は実行可能に思われる多くの設計は、現実の世界において本格的に実際に実施すると所望のようにはいかない。重力による変形によって部品が移動し、これにより「名目上」の所望の配置が現実の配置でなくなることがある。噴射力が部品を変形させることがある。例えば、プレートは、衝突流体の作動前は単独の形状を有し得るが、水ジェットにより変形を受けると異なる形状を有し得る。

0005

製紙中にストックに与えられる運動エネルギは、タービン(例えばバンキ・タービン)を備えたエネルギ生成のための装置を使用して生成され得る。成形ワイヤを介して水が噴射されると、水はガイドプレートの使用によりタービンまでガイドされ得る。調整ガイドプレート及び/又は調整タービン配置により、製紙設備に対する装置のアラインメント整列)が可能となる。適切なアラインメントは、製紙プロセス正味エネルギ消費を減少させつつ噴射されたストックから再生されるエネルギ量を増加させ得る。いくつかの実施形態は、装置の取付け、アラインメント、及び/又はメンテナンスを容易にし得る(例えばタービンモジュールやガイドプレートモジュールを有する)モジュラーシステムを備えている。

0006

種々の態様により、製紙機械の成形セクションからエネルギを再生するための装置が提供されている。製紙機械は、リードローラを中心として駆動される成形ワイヤループと、成形ローラを中心として駆動される織物ループと、成形ワイヤ及び織物又は織物ループにより作製された移動サンドイッチ体にストックを射出するように構成されたヘッドボックスと、を備え得る。装置は、発電機に連結されたタービンと、成形ワイヤを介して噴射された水をタービンに方向付けるように成形された湾曲ガイドプレートと、を備え得る。ガイドプレートは、タービンに近接する終端縁において終端し得る。アクチュエータがガイドプレートに連結され得るとともに、旋回軸がガイドプレートに連結され得る。

0007

アクチュエータ及び旋回軸は、終端縁のタービンに対する位置、及び、(例えば、タービンに近接するガイドプレートの終端面の)ガイドプレートのタービンに対する角度のうちの少なくとも一方を調整するように動作可能であり得る。アラインメントにより、噴射された水の流れからタービンへの運動移行効率が向上され得る。アクチュエータ及び旋回軸は、ガイドプレートを、タービンを回転させることなく水がタービンを「通り過ぎる(バイパスする)」バイパス位置に配置するように動作し得る。このような構成は、タービンの調整又はメンテナンス中、製紙機械の継続動作を提供するように利用され得る。

0008

いくつかの例において、エネルギを製紙機械から再生するための装置は、発電機に連結されたタービンを備えたタービンモジュールと、ストックから成形ワイヤを介して噴射された水をタービンへと方向付けるように成形された湾曲ガイドプレートを備えたガイドプレートモジュールと、を備え得る。ガイドプレートモジュールはタービンモジュールから分離可能としてもよく、これにより、ガイドプレートのタービンに対するアラインメントを変更することなくガイドプレートモジュールを取外したり交換したりすることが容易となる。いくつかの例において、ガイドプレートモジュールとタービンモジュールとは、モジュール取付台によって連結される。モジュール取付台は、一方のモジュールの他方のモジュールに対する取外し可能な取付けを提供し、これによりガイドプレートモジュールとタービンモジュールとの間の(例えば1方向以上における)調整機能が可能とされる。

0009

エネルギ再生装置と製紙機械とをアライン(整列)させる方法は、エネルギを製紙機械から再生するための装置を準備する工程と、製紙機械を動作させる工程と、ガイドプレート及び/又はタービンを調整する工程と、ガイドプレート及び/又はタービンを、任意のヘッドストック射出量において発電機により生成される電気量を最大にする位置に固定する工程と、を備え得る。ガイドプレート及び/又はタービンは、製紙プロセスの効率を最大にする(例えば、タービンにより生成される電力の、(例えばヘッドボックス、リードローラ、成形ローラ等を介して)ストックに与えられる電力に対する比率を最大にする)位置に固定され得る。

0010

いくつかの実施形態において、製紙機械は、成形セクション(例えば、ヘッドボックス、成形ローラ、リードローラ、成形ワイヤ及び織物)と、ヘッドボックスにより射出されたストックからエネルギを再生する装置と、を備え得る。

0011

実際の使用前において、実施形態と他の装置との差が、最新コンピュータ支援による設計やモデリングツールがなくては明白でない場合がある。当業者はこのようなツールを徹底的に(典型的には排他的に)設計のために使用する(例えば、Solidworks、Pro‐E、Catia、Autocad等)。設計の挙動(及び設計に対する変化の挙動)は、構造体に代表的な負荷を与えてこのような負荷の構造体に対する影響を算出するコンピュータを使用したモデリングツール(例えば、有限要素法:FEM)を使用することにより予測され得る。このようなモデルは、使用中の装置の挙動を予測し得る。

0012

大型で高価な、且つ複雑な装置について、特に周囲環境との複合的な反応(例えば、障壁衝突する車)を受ける装置について、コンピュータによるモデリングは、その製造及び始動前に(この時点で、貧弱な設計の悪影響は破壊的であり得る)、所望の設計を特定する唯一の方法であろう。本明細書に記載される種々の実施形態は、これらの装置を(従来技術における又は以後の)他の装置と比較するためにコンピュータ支援ツールの使用を必要としている。このようなツール(例えば、CAD、FEM)の使用は、当業者の能力の範囲内である。例示的な市販のパッケージには、ANSYS、Abaqus、NASTRAN、COMSOL、LS Dynaが含まれる。

0013

文書は、2014年7月1日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するためのガイドプレートの形状」を発明の名称とするスウェーデン特許出願番号1450812−1号、及び2014年7月2日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するためのガイドプレートの形状」を発明の名称とするスウェーデン特許出願番号1450823−8号の優先権を主張するとともに参照によりこれらを本明細書に組み入れたものとする。本文書は、2015年7月1日出願の「ストック運動量からエネルギを再生するための調整装置」を発明の名称とする国際出願番号___________号に関するとともに参照によりこれを本明細書に組み入れたものとする。

図面の簡単な説明

0014

いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置の実施を示す図。
いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置を示す図。
いくつかの実施形態によるタービン取付台を示す図。
いくつかの実施形態による、ガイドプレートの例示的なアラインメントを示す図。
いくつかの実施形態による、第1機械の代表的な実験結果を示す図。
一実施形態による、2つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図。
一実施形態による、2つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図。
いくつかの実施形態による、内部にガイドプレートの旋回ポイントが配置され得る成形セクションの好適な領域を示す図。
FEMシミュレーション中の変形を画定するために使用されるいくつかの代表的な特定ラインとともに、一実施形態によるガイドプレートを示す図。
一実施形態による、図8に示すラインのモデリングされた挙動を示すために使用される座標系を示す図。
(実際の作動条件における実際の紙機の衝突水の速度及び量からの)一実施形態による重力負荷と噴射力負荷の両方を受けたガイドプレート850の、(ANSYSを使用して生成された)モデリングされた変形のプロットを示す図。
いくつかの実施形態による、衝突水による噴射負荷を原因とする予測される変形を示す図。
いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてANSYSを用いてモデリングされた変形を示す図。
いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてANSYSを用いてモデリングされた変形を示す図。
いくつかの実施形態による、ガイドプレートとタービンとの間の代表的な距離を示す図。

実施例

0015

本明細書に記載されるシステム及び方法は、製紙中のエネルギの再生を可能にし得る。製紙中にストックに与えられる運動エネルギは、発電機に連結されたタービンにより再生され得る。水が成形ワイヤを介して噴射されると、水はガイドプレートの使用によりタービンへ案内され得る。タービンにより再生されるエネルギを最大にすべく、調整ガイドプレート及び/又は調整タービン配置が提供され得る。調整ガイドプレートは、ヘッドボックス出口サイズ、ヘッドボックス位置、ヘッドボックス角度、成形ワイヤ速度、ストック量、ストック組成、ストック速度等における差に対応可能である。ガイドプレートを、ストックからタービンへの運動量の移行を最大にするような態様で調整することにより、エネルギ再生効率が改善され得る。エネルギ再生を最大化するには、ガイドプレートを、非常に高い確度及び/又は精度(例えば、数mm以内、特に1mm以内、0.5℃より良好な角度的精度)で位置決めする必要がある。

0016

調整タービン配置は、タービンが成形ローラから(例えば径方向に)、及びヘッドボックスから(例えば角度的に)最適な距離において位置決めされ得るように、異なるサイズの成形ローラ及び織物/ワイヤ速度に対応可能である。いくつかの実施形態は、ガイドプレートモジュールと、モジュラー様式で取り外し可能に取付けられたタービンモジュールとを備え、これによりガイドプレートモジュールが、タービンモジュールから取り外され得る、及び/又はタービンモジュールに対して(例えば、横方向に、縦方向に)調整され得る。

0017

図1は、いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置の実施を示す。図1は、エネルギ再生装置200を有する製紙機械100の成形セクションを示す。本明細書の目的のために、製紙機械100は、ティッシュ、ボード、及び/又は液体(例えば水)を当該液体に分散させた粒子(例えばセルロース)の懸濁液から抽出することにより製造される他の製品を製造するための機械であり得る。

0018

例示的な製紙機械100は、ストック108を受容し且つ射出するように構成されたヘッドボックス101を有し得る。成形ローラ110は、以下で織物132と記載する成形織物をガイドし得る。いくつかの成形ローラは、700乃至2000mmを含み、1000乃至1900mmを含み、約1200乃至1850mmを含む、500乃至2500mmの直径を有している。リードローラ120は、成形ワイヤ130をガイドし得る。成形ワイヤ130及び織物132は典型的にはループとして配置され、これらは成形ワイヤ130及び織物132の移動ループとしての連続「サンドイッチ体」を形成するようにともに出現し、これにヘッドボックス101がストック108を射出する。サンドイッチ体が成形ローラ110の周囲を移動するにつれて、成形ワイヤ130と織物132との間にセルロースウエブを残しつつ、水がサンドイッチされたストックから噴射される。サンドイッチ体は、リードローラ122において分離され得る。その後、脱水されたストックのウエブが更に加工され得る。

0019

いくつかの実施形態において、エネルギ再生装置200は、タービン140と調整ガイドプレート150とを有している。ガイドプレート150は、(成形ワイヤ130を介して噴射された)水をタービン140へガイドする。タービン140は、電気を生成する発電機160に連結され得る。

0020

エネルギ再生装置は、調整ガイドプレートと、調整タービンと、モジュラーシステムのうちの1つ以上を含み得る。モジュラーシステムにおいて、ガイドプレートはガイドプレートモジュールの一部として実現され、タービンはタービンモジュールの一部として実現され、ガイドプレートモジュールはタービンモジュールに取外し可能に取付けられる。いくつかの実施形態は、これらの特徴のいくつかを組み合わせる。いくつかの実施形態は、これらの特徴のうちの1つのみを有する。ここで示される例示的な説明は、説明を目的とするものである。図示の図1において、ガイドプレート150は、ガイドプレート150及び旋回軸220を作動するように構成されたアクチュエータ210によって調整され得る。

0021

ガイドプレート150は硬性(例えば実質的に剛性)であり得る。ガイドプレート150は可撓性であり得る。ガイドプレートは、可能な限り硬性であるように設計され得るが、それでもわずかに(例えば重力や水ジェット負荷により)変形する。いくつかの態様において、所望の形状及び配置からの逸脱は、有限要素モデリングを使用して推定され、機械の動作に際して(及びガイドプレートが水ジェットによって「押されて」いるときに)ガイドプレートが適切にアラインメントされるようにガイドプレートはこの逸脱に対応して調整される。いくつかの実施形態において、ガイドプレート150は装置の種々の部品によりわずかに変形するのに十分なほど可撓性であるが、成形ローラから噴射された噴霧水により実質的に変形しないように十分に硬性である。いくつかの例において、ガイド面が、噴射された水がこのガイド面を偏向させるのに十分なほどの可撓性を有しており、これにより、ガイドプレートに衝突する水の運動量によって少なくとも部分的に制御される形状が形成される。一実施形態において、アクチュエータ及び旋回軸は、ガイドプレートの曲率を変化させるように構成可能である。この場合、アクチュエータ及び旋回軸は、重力及び衝突する水ジェットのうちの少なくとも一方により与えられる力に対して(抵抗するように)、ガイドプレートに前もって負荷を加えるように動作可能である。

0022

最新の演算ツールを利用して使用中の装置の動作、及び設計変更動作変更にもたらす影響を予測することが有利である、或いは必要である。効率的なエネルギの取得には、特にガイドプレートの終端縁に対する非常に正確なガイドプレートの形状及び位置決めが必要とされる。(例えばANSYSを使用した)FEMシミュレーションは、重力による負荷や(噴射されたストックの)衝突する水ジェット等を組み込んで、最適な形状及び位置決めを特定し得る。設計はモデリングされ得るとともに、性能が推定され得る。設計が変更されて(明らかに改良されて)、そして変更された設計がモデリングされて設計変更が性能を改善したかどうかが確定され得る。このようなプロセスは、「試行錯誤」に基づくように見える場合があるが、ここで「ターゲット」として特定される基準を使用することによりこのようなプロセスは顕著に加速され得る。例えば、衝突角度に対する制約がモデリングに容易に組み込まれ得る。そして、(例えば、特定の成形セクション幾何的構成に従って)このような制約を満たすガイドプレートを迅速に設計するために、当該制約が使用され得る。

0023

異なる製紙機械は、異なる動作条件(例えば、ストック/セカンドの量、ストック濃度、ストック内のファイバの種類、リサイクルファイバ%の%(例えば、インク除去されたリサイクルペーパーの%)、ファイバー組成(例えば、モミトウヒ)、ファイバー長さ、織物/ワイヤ速度、種々のローラの角速度、ワイヤの種類、織物の種類等)を有し得る。異なる機械は、異なる幾何的パラメータを有し得る。例えば、(任意の幅の機械について)ヘッドボックス出口間隙のサイズ102は、機械によって異なる(例えば、5−25mmを含み、6−18mmを含み、9−14mmを含み、12−13mmを含む、2乃至30mmの間)。リードローラ及び成形ローラに対するヘッドボックス101の位置106(例えば、ヘッドボックス出口間隙から成形ワイヤと織物とによって形成される「サンドイッチ体」までの距離)は変化し得る。ヘッドボックス角度104は変化し得る。成形ローラ、リードローラの直径、及びこれら2つのローラの互いに対する位置は変化し得る。

0024

これらの条件やパラメータの変化は、成形ワイヤ130を介して噴射される水流(又はスプレー)の速度、位置、及び/又は形状を変え得る。これらの特性における変化に対応するように、調整ガイドプレート150は、ストック108からタービン140への運動エネルギの移行を最大にするような態様で調整され得る。このため、装置200は、ガイドプレート150の調整(また、いくつかの例においてタービン140の位置の調整)を介して、任意の製紙機械の詳細事項、プロセス、及びストックに合わせて「チューニング」され得る。

0025

本明細書に記載の実施形態は、種々の異なる成形セクション構成(例えば、半月成形体、Valmet ABにより提供されるDCT成形セクション、双ワイヤ成形体等)により実施され得る。

0026

図2は、いくつかの実施形態によるエネルギ再生装置を示す。装置200’は、噴射された水をタービン140へ方向付けるように構成された調整ガイドプレート150を備えている。ガイドプレート150は、アクチュエータ210及び旋回軸220により位置決めされる。これらは、旋回ポイント211と、旋回ポイントをガイドプレート150に連結するブラケットブレースリンク、又は他の固定具と、を備え得る。アクチュエータ210及び旋回軸220は、ガイドプレート150を、(水から)タービン140への運動量の移行を最適化する位置へ移動させるように調整され得る。アクチュエータ210は、(例えば、PMC Swedriveにより提供されるような)主ねじアクチュエータを備え得る。例示的なアクチュエータは、20kNより大きい作動力を含む、更に又は30kNより大きい作動力を含む、10kNより大きい作動力を、約3メートルのタービン幅を有する製紙機械及び2つの(横方向に配置された)アクチュエータを有するガイドプレートに対して、提供し得る。いくつかの実施形態において、複数のアクチュエータ(例えば、2、3、4又は6個のアクチュエータ)が使用される。総計作動力は、(例えば重力及び衝突する水ジェットによる)ガイドプレートの予測される負荷のシミュレーションを利用することにより決定され得る。総計作動力は、30kNを越えることができ、40kN、50kN、60kNを超える、更に又は80kNを超えるものを含む。

0027

アクチュエータ及び/又は旋回軸は、ガイドプレートを、水をタービンから離れるように方向付ける「バイパス位置」に位置決めするように操作され得る。このような構成により、紙機を作動させつつ、タービンの変更及び/又はメンテナンスを実施することが可能とされ得る。

0028

ガイドプレート150の最適なアラインメントは、ガイドプレートから成形ローラに「跳ね返る」水の量を最小にし得る、且つタービンに流入するときの水の速度を最大にし得る、(例えば水からガイドプレートそれ自体への)摩擦損失を最小にし得る、且つタービンへの運動量移行を最大にする角度において水をタービンに方向付け得る、且つ(例えばガイドプレートとリードローラ120との間で)ガイドプレートを通り過ぎる水の「オーバーシュート(飛び過ぎ)」を最小にし得る、且つタービンに流入する水の量を最大にし得る。

0029

アクチュエータ210は、スクリュー駆動アクチュエータと、ウォームギアと、ソレノイドと、ギア及びピニオンと、空気式アクチュエータと、等を備え得る。アクチュエータ210は、ガイドプレート150を(タービン140に対する)方向212において移動させるように伸長され得るとともに後退され得る。

0030

(タービン140に最も近接して配置される)終端縁152は、タービン140に近接したガイドプレート150の一部であり得る終端面153に関連付けられ得る。アラインメント終端面153は、噴射された水をタービンに画成し得る、及び/又は方向付け得る。終端面153は、終端面法線154により定義され得る(ガイドプレート150が湾曲していても、終端縁152付近で定義され得る)。終端縁152は、(ガイドプレート150により案内される)水流がタービン140に、タービンへのエネルギ移行を最大にする(タービン軸からの)径方向距離において流入するように位置決めされ得る。水は、(タービンのブレードの外周における)接線付近でタービンに衝突し得るが、タービンを外れたりタービンから逸れたりすべきではない。終端縁152から離れるときの水流の典型的な厚さ(例えば5−40mmであり、7−35mmを含み、8−30mmを含み、12−25mmを含み、18−20mmを含む)に対して、アクチュエータ210は、終端縁152の位置決めに対する1mmより良好な許容値、そして好適には終端面法線154の角度に対する5度より良好な値を提供することができ、5度より良好な値は、1度を含み、0.5度を含み、0.1度を含む。

0031

アクチュエータ210は、ガイドプレート150が終端縁152を接線方向に方向216においてタービン140に近づくようにまたこれから離れるように移動させることを許容する装置を有し得る。アクチュエータ210は、旋回ポイント211(例えば、角度214の領域に亘って移動可能であるとともに特定の角度において固定可能なヒンジ)を有し得る。これにより、アクチュエータ210は回転しつつ、ガイドプレート150を方向216においてタービン140に対して移動させ得る。アクチュエータ210それ自体は、スクリューやウォームギア等の第2アクチュエータ(図示せず)により回転され得る。アクチュエータ210は、先端縁156を角度変位218の範囲に亘って移動させるようにガイドプレート150を調整し得る。

0032

旋回軸220は、ガイドプレート150がアクチュエータ210により作動されると、ガイドプレート150が(例えば角度を以て、また、いくつかの例においては横方向に)移動することを許容し得る。旋回軸220は、旋回ポイント211を介した回転変位222(すなわち旋回)に対応し得る。いくつかの実施形態において、旋回ポイント211の位置は、方向224及び/又は方向226において、典型的には、+/−20mmを含む+/−30mmの範囲内で調整され得る。旋回軸220は、(例えば、方向224及び/又は226において)シム位置決めねじ、又は他の固定可能な位置決め装置(図示せず)を用いて調整され得る。このような調整により、(例えば、アクチュエータ210に対応するように)ガイドプレート150の先端縁156の位置の調整をすることが提供され得る。いくつかの実施例において、アクチュエータ210は、終端縁152をタービン140に対してアラインメントするように調整され、旋回軸220は、先端縁156を成形ローラ及び/又はリードローラ(図1)に対してアラインメントするように調整される。(例えば、旋回ポイントを堅固にクランプする)ロックダウン機構が、旋回ポイントを所望の位置において当該位置に最小の「遊び」を以て(好適には遊びを有することなく)「ロックダウン」するように使用され得る。(例えば複数のボルトを有する)例示的なロックダウン機構は、旋回ポイントを、所望の位置から50ミクロン、特には10ミクロン、特には1ミクロンを越えない逸脱範囲においてロックダウンし得る。

0033

選択的に横方向移動(例えば216、224、226)と組み合わせた(例えば方向212における)作動及び旋回(例えば214、222)を提供することにより、装置200/200’を種々の異なる機械の幾何的構成や作動条件に適合させることを可能としつつ、多種多様なガイドプレートの位置が創出され得る。

0034

いくつかの実施例において、アクチュエータ210及び旋回軸220は、ガイドプレート150の曲率を変えることなく、ガイドプレート150を位置決めするように作動され得る。いくつかの実施例において、アクチュエータ210及び旋回軸220は、(例えば方向224及び/又は226における調整を利用して)ガイドプレート150の曲率を変化させるように作動され得る。

0035

設置とメンテナンスを容易にすべく、エネルギ再生装置(例えば装置200’)は、ガイドプレートモジュール210とタービンモジュール250とを使用して実現され得る。部品をモジュール式で取付けることにより、ガイドプレートそれ自体を再びアラインメントする必要なく(又は再アラインメントが必要としても最小限で)、異なるモジュールを容易に分離したり再び取付けたりすることができる。モジュラー的な取付けは、ガイドプレート150及びタービン140の(例えば、成形ローラに対する、及び互いに対する)独立した位置決めを容易にし得る。

0036

ガイドプレートモジュール210は、(例えば一体部品における)ガイドプレート150とアクチュエータ210と旋回軸220とを有し得る。終端縁152及び先端縁156の位置決め、及びガイドプレート150の角度は、アクチュエータ210及び旋回軸220によって決定され得る。そして、これらの部品全ては、ガイドプレートモジュール210として一体化されて、このガイドプレートモジュール210はタービンモジュール250上に(又は一体に)取付けられ得る。

0037

いくつかの実施形態において、図2に示すように、ガイドプレートモジュールとタービンモジュールは、モジュール取付台を介して連結されている。タービンモジュールとガイドプレートモジュールは、モジュール取付台を使用せずに連結され得る。図2において、モジュール取付台252が、ガイドプレートモジュール210をタービンモジュール250に連結している。モジュール取付台252は、ガイドプレート210のタービンモジュール250に対する(例えば+/−20mmを含む+/−40mmの範囲に亘る)横方向及び/又は縦方向変位を提供し得る。モジュール取付台252は、位置決めねじと、ウォームギアと、1以上のシム等を備え、モジュール同士の互いに対する移動可能且つ固定可能な位置決めを提供し得る。

0038

いくつかの実施例において、タービン140のメンテナンスは、単独ユニットとしてのガイドプレートモジュール210を取り外すことにより容易とされ得る。ガイドプレートモジュール210はモジュール取付台252から分離され得る、及び/又はモジュール取付台252はタービンモジュール250から分離され得る。次いで、ガイドプレート150の(タービン140に対する)従前のアラインメントがガイドプレートモジュールの再取付け後も維持されるように、ガイドプレートモジュール210が(タービンモジュール250に対して)元の位置に戻され得る。したがって、再アラインメント又は「再チューニング」の必要性が最小限とされ得る、又は排除され得る。いくつかの実施形態(図示せず)は、ガイドプレートモジュールと、タービンモジュールとを有するが、ガイドプレートモジュールは調整ガイドプレートを有さない。「ダミーモジュール」が、(例えば)タービンではない機械部品モジュールを備え得る。製紙機械は、タービンを付加することでその後アップグレードされ得るダミーモジュールを備え得る。

0039

図3は、いくつかの実施形態によるタービン取付台を示す。エネルギを製紙機械100(図1)から再生するための装置200”は、調整タービン140を備え得る。装置200”の製紙機械への適合を容易にするために、タービン140は、タービン140の位置決めを介して異なるサイズの成形ローラ及び/又は成形ワイヤ速度に対応するように調整され得る。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレート及び調整タービンを提供する。いくつかの実施形態は、調整ガイドプレートを有さない調整タービンを提供する。装置200”は、モジュール式の部品(例えば、モジュール取付台を使用してタービンモジュールに連結され得る、又は連結されないガイドプレートモジュール210)を有して実現され得る。

0040

タービン140は、1つ以上の位置決め機構310、320、320’(これらは一体に及び/又は別箇に調整され得る)を使用して調整可能であり得る。例示的な実施形態において、位置決め機構は、装置であってタービンがこれに沿って摺動又は移動する装置(例えば、レール、シム、位置決めねじ、ウォームギア等)と、タービンを機構に沿った所望位置に保持する係止機構と、を含み得る。第1機構310に沿った位置は、タービン140を方向312において(+/−40mmを含み、+/−30mmを含み、+/−20mmを含み、+/−10mmを含む、典型的には+/−50mmの範囲内で成形ロールに近づくように又は離れるように)移動させるように選択され得る。第2機構320及び/又は320’に沿った位置は、タービン140を鉛直方向において(例えば、方向322において、+/−40mmを含み、+/−30mmを含み、+/−20mmを含み、+/−10mmを含む、典型的には+/−50mmの範囲内で)移動させるように選択され得る。

0041

任意の成形ローラ直径及び予測される成形ワイヤ速度に応じてタービン位置を調整することにより、タービン140は、運動量移行を最適化する(成形ローラからの)径方向距離及び(ヘッドボックスからの)角度距離に位置決めされ得る。例えば、水とガイドプレートとの相互作用に関わる摩擦損失を最小にするように、タービン140はヘッドボックス100に近接して配置され得る。しかしながら、水が成形ローラから成形ローラに沿った角度位置において噴射されないと水がタービンを通り過ぎてしまうため、タービン140はヘッドボックス101から十分に離間して配置されるべきである。

0042

図4は、いくつかの実施形態による、ガイドプレートの例示的なアラインメントを示す。装置(例えば200、200’、200”)を包囲するシュラウドすなわちカバー401のウィンドウ400が、ガイドプレート(例えばガイドプレート150)をアラインメントするために使用され得る。ユーザは、ウィンドウ400を覗いてガイドプレートをアラインメントすることができる。いくつかの例において、(ウィンドウ400越しの)カメラが、ガイドプレートとタービンの画像を表すデジタルデータを含む信号を生成する。このようなデータは、画像処理ソフトウエア及びガイドプレートをアラインメントする(例えば、アクチュエータを計測センサから受領したデータに応じて操作する)閉ループアラインメントソフトウエアを有する記憶媒体に連結されたプロセッサ(図示せず)によって利用され得る。ソフトウエアは、(例えばガイドプレートをアラインメントする)方法を実施するようにプロセッサにより実行可能な命令を有し得る。いくつかの例において、カメラデータ、位置データ、電気出力データ、及び/又は他のデータを受領し、現実の位置と所望の位置との差を算出し、ガイドプレートを当該差が減少する方向において(例えば、ガイドプレート及び/又はタービンに連結されたギアモータにより)作動して配置し直すことにより、ガイドプレートはアラインメントされ得る。

0043

タービン140からの出力(例えば、発電機160により一定のストック流において生成される電力)が、ガイドプレート150をアラインメントするように使用され得る。アラインメント処理により、ストック108から再生されるエネルギを最大にする、及び/又は種々の部品に対する摩耗及び/又はダメージを最小にする配向において、ガイドプレート150が位置決めされ得る。

0044

図4において、ガイドプレート150の概略的アラインメント、及びストック108(図1)から噴射される水流108’に対する例示的な影響が示されている。衝突する水108’のプレート側410と水108’の空気側420とが、タービン140に衝突する水108’の流れ(又は平面)の内側及び外側境界を画成し得る。プレート側410からタービン140へ延在するラインは、タービン140の(例えば図示しないブレードの)外周に、タービン140上のポイント412において交差し得る。ポイント412は、水108’のプレート側がタービン140に接触すると予測されるポイントを描写し得る。ポイント412は、接線414及び法線416を有し得る。

0045

接線414とプレート側410(すなわちプレート側410からポイント412への延長線)との間の角度418は、衝突する水108’のプレート側に対する衝突角度418を画成し得る。衝突角度418は、法線416と終端面法線154との間の角度により画成され得る。角度418は、20乃至30度を含み、21乃至28度を含み、22乃至26度を含み、約24度を含む、15乃至35度であり得る。

0046

成形ワイヤ130によるストック108のフィルタリングから生じた水108’は、成形ローラ110(図1)の角度回転スパンに亘って噴射され得る。ストック108の成形ワイヤ/織物による「サンドイッチ体」への射出後、噴射は、典型的には、20−50度を含み、25−45度を含む、10−60度の回転度に亘って発生し得る。水108’は、ガイドプレート150に衝突し、そしてガイドプレート150によってタービン140へとガイドされ得る。ガイドプレートは、プレート側410付近の水108’の濃度が空気側420の水の濃度よりも高くなるようにしてアラインメントされ得る。

0047

空気側420とプレート側410との間の距離は、水108’の流れの厚さを画成し得る。この厚さは、ヘッドボックス出口間隙サイズ102より(15−25%を含み、18−22%を含む)10−30%大きい場合がある(これは空気が水108’に含まれるからである)。ある機械100において、空気側420とプレート側410との間の距離は、7−35mmを含み、8−30mmを含み、12−25mmを含み、18−20mmを含む、5−40mmであり得る。衝突する水の流れの厚さは、タービン140に到着する流れの、タービン140における異なる径方向及び角度位置をもたらし、これは効率に影響を与え得る。ガイドプレート150のアラインメントはこの効率を改善するであろう。

0048

水108’の流れの厚さ(例えば、プレート側410と空気側420との間の距離)により、タービン140に到着する水108’の空気側の角度位置は、プレート側のそれから異なることとなる。例えば、水108’の空気側420は、タービン140に、接線424及び法線426を有し得るポイント422において接触し得る。接線424と衝突する水108’の空気側の方向との間の衝突角度428は、水流の空気側に対する「アタック角度」を画成し得る。また、終端面法線154と法線426との間の衝突角度429は、衝突する水流108’の空気側420に対する「アタック角度」を画成し得る。角度429は、角度428と実質的に同一であり得るが、異なっていてもよい(例えば、水の空気側がプレートから水のプレート側とわずかに異なる角度で離れている場合)。

0049

衝突角度428及び/又は429は、衝突角度418より小さい場合がある。衝突角度428及び/又は429は、5乃至20度を含み、8乃至16度を含み、10乃至14度を含み、約12度を含む、0乃至25度であり得る。

0050

衝突角度418、428及び429は、水108’からタービン140への運動量の移行を最大にするように選択され得る。いくつかの実施形態において、ガイドプレート150は、水108’がタービン140を「外す」ことがないようにという制約の下で、衝突角度を最小にするように調整される。小さい衝突角度は運動量移行を増大させるが、衝突角度が小さすぎると、水108’がタービン140から(内方ではなく)外方に噴射されてしまったり、水108’の一部がタービンのブレードに運動量を与えることなくタービン140を通り過ぎてしまったりすることになる場合がある。

0051

図4において、ガイドプレートの幾何的構成により、プレート側410における水108’は、タービン140に、空気側420の水の角度位置よりも早い角度位置で到達する(タービン140は時計方向に回転し得る)。いくつかの実施形態において、ガイドプレートは、空気側420の水が(プレート側410の衝突角度よりも大きい衝突角度で)先に到達するようにアラインメントされ得る。

0052

調整ガイドプレートは、衝突する水流108’の正確に制御されたアラインメント(これは水の「シート」又は「平面」としての3次元において表され得る)を提供し得る。制御されたアラインメントは、水108’からタービン140への運動量の移行を最大にしつつ、エネルギが製紙プロセスから再生される効率を増大させ得る。エネルギ移行を最大にするように、ガイドプレート150は、典型的にはタービン140に非常に近接して配置される。例えば、タービン140に最も近接した終端面153のポイント(例えば、ガイドプレートの「後隅部」)は、タービン140のブレードから、2mm未満を含み、0.5乃至1.5mmを含む、5mm未満にあり得る。このような近接配置について、ガイドプレートのアラインメントは非常に重要である。

0053

実施例1
図5は、いくつかの実施形態による、第1製紙機械の代表的な実験結果を示す。図5は、製紙機械の一部として動作する代表的な装置200について、角度418の関数としての(例えば発電機の電気出力に基づく)「電力変換効率」をプロットしたものである。本実施形態において、角度418=24.3度において、最大効率(50%)が計測された。しかしながら、わずかに小さい角度418(24.1度)では、効率は(43%と)かなり減少した。本例において、角度418(衝突する水がタービン140にぶつかる角度)における比較的小さい変化が、効率に関して比較的大きい変化をもたらし、ガイドプレートのタービンに対する正確なアラインメントの重要性が確認された。

0054

実施例2
図6A及び6Bは、一実施例による、2つのガイドプレート位置と、それらの他の機械に対する電力変換効率への影響とを比較する図である。図6Aは、ガイドプレートの2つの異なる位置を示す。ガイドプレート650は第1位置にあり、ガイドプレート650’は第2位置にある。本例において、2つの位置の差は、アクチュエータ(図示せず)及び旋回ポイント211(2つの旋回ポイント位置が211、211’として示される)の調整によるものであった。これら2つの旋回ポイント位置の差は、鉛直方向において2.6mm、及び水平方向において10.7mmであった。また、ガイドプレート650のサイズは、先端縁156と終端縁152との間において920mmであった。アクチュエータ(図示せず)も、終端縁のタービンに対する位置が両構成において同一であるように調整された。

0055

製紙機械を両構成において作動させて、2つの異なるガイドプレート位置について電力出力を計測した。電力出力は、電力変換効率を算出するために使用した。図6Bは、2つのガイドプレート位置の間の電力変換効率における顕著な変化を示す。25.1度の入射角を有するガイドプレート(位置)650について、電力変換効率は52.7%であった。24.2度の入射角を有するガイドプレート(位置)650’について、効率は49%であった。機械のサイズとタービン(2.9m)幅に対して、これは、3.8kWの電力出力の差(典型的な家に供給するのに略十分な電力)に相当するものであった。したがって、比較的小さいと思われる位置の変化が、電力変換効率に大きい変化をもたらすことがわかった。つまり、ガイドプレートを位置決めする高度に正確且つ精密な装置は、最大のエネルギ効率を獲得するために必要とされるミリメートルレベル精密さを提供する。

0056

いくつかの例において、入射角の好適な範囲が特定され得る。いくつかの例において、図5と6Bとの比較に示されるように、「理想的」な角度は機械により異なり得る。図6Bのデータを生成するように使用された機械の成形セクションは、図5のデータを生成するように使用された機械の成形セクションと異なっていた。これらの成形セクションは、わずかに異なるローラの幾何的構成を有していた。図6Bのデータのために使用されたガイドプレートは、図5のデータのために使用されたガイドプレートよりわずかに長かった。

0057

図7は、いくつかの実施形態による、内部にガイドプレートの旋回ポイントが配置され得る成形セクションの例示的な領域を示す。流入する水がガイドプレートを「通り過ぎる(シュートオーバーする)」可能性を減じるために、ガイドプレートの先端縁は、リードローラと成形ローラとの間の接合領域に比較的「深く入り込む」ように配置され得る。また、終端縁は、典型的にはタービンにできるだけ近接して(例えば、約0.5乃至1.5mm)配置される。このような制約を受けるガイドプレートの調整は、典型的には、ガイドプレートを成形ローラ(又はワイヤ)やリードローラ、又はタービンに至らせることなく、(流入する水ジェットに対する)所望のガイドプレートの幾何的構成の達成を必要とする。

0058

いくつかのシステムにおいて、旋回ポイント211の最適な位置は、リードローラ、成形ローラ及び成形ワイヤに接触する可能性を最小にしつつ最大範囲の調整可能性を提供する成形セクションの幾何的構成に応じて、選択され得る。旋回ポイント位置の例示的な領域を図7に示す。成形ワイヤは、典型的には当領域の境界(例えば、上方の境界)を画成する。

0059

半径710を有するリードローラについて、旋回ポイントは、リードローラの中心から距離720を置いて配置され得る。距離720は、半径710の約108%乃至250%であり、半径710の特には約110%乃至230%、特には約160%乃至224%、特には約165%乃至214%である。

0060

半径730を有する成形ローラについて、旋回ポイントは、成形ローラの中心から距離740を置いて配置され得る。距離740は、半径740の約108%乃至200%、半径730の特には約120%乃至160%、特には約135%乃至145%である。

0061

図8は、FEMシミュレーション中の変形を画定するように使用されるいくつかのの代表特定ラインとともに、一実施形態によるガイドプレートを示す。本例において、ガイドプレート850は、縮尺模型である。ライン1310は、先端縁156に近接するガイドプレートの横断方向に亘ってガイドプレート上に延びている。ライン1320及び1330は、水をタービンに方向付けるガイドプレートの終端縁においてガイドプレート上に延びている。ライン1330は、終端縁152に近接して配置されている。ライン1320は、ガイドプレートの上方数センチメートルに配置されている。いくつかのガイドプレートについて、(例えば、ライン1320からライン1330への)終端部は、ガイドプレートの中央部の曲率より大きい曲率を有し得る。本例におけるように、終端部は平面状であり得る。終端部は、4乃至10cmを含み、6乃至9cmを含む、約3乃至15cmであり得る。ライン1310、1320、及び1330は、以下のFEMシミュレーションにおける代表的な変形を特定するように使用されるであろう。

0062

実施例3
図9Aは、一実施形態による、図8に示すラインのモデリングされた挙動を示すために使用される座標系を示す。図9Aにおいて、(本例においてANSYSを使用する)有限要素モデルが、いくつかの実施形態による変形モデリングに使用された。図9Aは、ライン1310、1320及び1330におけるシミュレーションされた図8からの変形を表すために使用される座標を示す。ガイドプレートの各部分(先端及び終端)において、関連する座標系は、ガイドプレート表面に接するx方向(正の数が「下方」を指す)と、(その部分の)当該表面に直交するy方向と、を備えている。表面は湾曲しているため、これらの座標系は「方向を変える」。したがって、ライン1310に対する正のx値は、(ライン1320及び1330に対する)負のy値と同様の方向における変形を表す。(ライン1310)に対する正のy値は、ライン1320及び1330に対する正のx値と同様の変形を表す。ガイドプレート1350は、ボックスセクションバックシートとを利用する。

0063

図9Bは、(実際の作動条件における実際の紙機の衝突水の速度及び量からの)一実施形態による重力負荷と噴射力負荷の両方を受けたガイドプレート850の、(ANSYSを使用して生成された)モデリングされた変形のプロットを示す。ライン1310の変形/変位は、x方向において2mmを越えない、すなわち成形ローラから「離れている」。ライン1310の変形/変位は、負のy方向において(すなわち図9Aにおいて「上方に」)4mmを越えない。ライン1320及び1330の変形/変位は、負のx方向において(すなわち図9Aにおいて「上方に」)1.5mmを越えない。ライン1320及び1330の変形/変位は、負のy方向において(すなわち機械方向に対して「下方に」)1.1mmを越えない。

0064

重力負荷による変形は、設置の際に適合され得る。例えば、ガイドプレートは、成形ローラ、リードローラ及びタービンに対して設置されアラインメントされ得る(すなわち重力負荷を受けた状態で)。これに対し、噴射力による変形は機械の始動と作動を必要とするが、これは装置が所望通りに機能するという確信なしにすべきではない。FEMシミュレーションは、形状、所望の動作をもたらすと期待されるサイズ及び取付構成を決定するために利用され得る。

0065

実施例4
図10は、いくつかの実施形態による、衝突水による噴射負荷を原因とする予測される変形を示す。典型的に、効率は、特にガイドプレートを可能な限り薄くすることと組み合わせて、ガイドプレートの終端縁の「最も近接した」又は「最も後方の」隅部をタービンに非常に近接させて位置決めすることにより、向上され得る。このような位置決めには、操作中にガイドプレートとタービンとが互いに不用意に接触しないという確信が必要である。図10は、ガイドプレートの形状及び位置に対する噴射力の影響を、ライン1310、1320及び1330(図8)と図9Aの座標系を使用して示す。(ライン1320及び1330により表される)終端部の予測される変形は、x方向において(タービンに向かって「下方に」)0.12mmを越えず、負のy方向において(タービンに向かって「下流に」)0.15mmを越えない。これらの値は、設置に際して終端部をオフセットするために利用され得る。これらの値は、性能が妨害されたり設備がダメージを受けたりするほどにはガイドプレートの形状が操作中に(噴射力を介して)大きくは変化しない、という確信を強くするものであろう。

0066

これらのラインは、(2つの)取付ポイントの位置に関連する、プレート全域の「波状輪郭を示す。ボックスセクションの大きい厚さが、この波状形状を小さくするように利用され得る。より多くの取付ポイント(例えば、3個、4個更には6個の取付ポイント)もこの波状形状を小さくし得る。図9B図10とを比較すると、ガイドプレートの形状についてのFEMシミュレーションの重要性が明らかになる。先端部については、重力負荷が評価され得る。噴射流がなければ、先端部は自重により「垂れ下がる」。これは、噴射流の一部が先端縁を「通り過ぎる」原因となり得る。しかしながら、先端部に接触した噴射流は、当該部分を「持ち上げる」。これにより、先端縁がリードローラに接触し得る。最適なガイドプレートの形状は、変形することなく衝突する水を他の部品へと捕捉しつつ、所望の衝突角度を維持してタービンへの効率的なエネルギ移行をもたらすものであろう。

0067

終端部に対して、噴射力は(重力負荷と比較して)顕著な変形をもたらし得る。このような構成において、FEMシミュレーションは、機械を始動させる前に(タービンに対する)終端縁の実際の位置を予測するのに不可欠な場合がある。

0068

実施例5
図11A及び11Bは、いくつかの実施形態によるガイドプレートの、本例においてANSYSを用いてモデリングされた変形を示す。図11Aは、噴射負荷と重力負荷の組合せを示すとともに、4.31mmの(先端縁156を有する)先端部の(噴射の実施前及び実施後の)最大変形を示す。図11Bは、ガイド表面自体の後側(プレートを強化するように使用された補強ビームのウエブが示されている)が見えるようにバックプレートが除去された状態の、噴射負荷のみを原因とするガイドプレートの変形及び変位を示す。図11Bは、「応力を受けていない」形状及び位置(これは図面において誇張された変位を使用した「シャドゥ」として示されている)に対して算出された変形及び変位を比較している。したがって、変形及び変位は、理解しやすいように描写を誇張してある。ガイドプレートの全体的な曲率はわずかに減少し得る(負荷を受けたガイドプレートはより「弓形」である)。そして、ガイドプレートの先端縁はわずかに「下流に」移動している。また、横方向に屈曲する「波状形状」が示されている。しかしながら、全体的な変形は、0.54mmを越えない。

0069

図12は、いくつかの実施形態による、ガイドプレートとタービンとの間の代表的な距離を示す。図12は、終端「縁」152についての更なる詳細を呈している。これは「縁」と記載され得るけれども、(例えば、水圧により縁が「丸まること」を防ぐように)終端縁152は典型的にはかなりの厚さを有している。図12において、ガイドプレート1250は、「直近の部分」1210(すなわち、プレートがタービンに接触した場合に、タービンに接触するであろうガイドプレートの一部分)を有する終端縁152を備えている。本明細書に記載の調整機構、設計及びモデリング方法を利用することにより、ガイドプレートは、(確信を持って)タービンに非常に近接して位置決めされ得る。典型的な設備において、ガイドプレートの直近の部分(1210)とタービンとの間の距離(1220)は、4mm未満、特には0.75乃至2mmを含む0.5乃至3mm未満である。縁152の厚さ1230は、0.4−4mmを含む、1−3mmを含む、1.5−2.5mmを含む、5mm未満であり得る一方、ガイドプレート1250は2mmの厚さを有している。使用中の終端縁の典型的な予測される(0.5mmまでの)変形により、プレートとタービンとの間に約1mmの「バッファ」が残されるであろう。ガイドプレートの「接触表面」からタービンまでの典型的な距離は、2乃至4mmを含み、約3.2乃至3.8mmを含む、1.5乃至5mmであり得る。距離1220及び厚さ1230は、(とりわけ)タービンに移行中の水のフィルム予想される厚さ(例えば、図4の水108’のプレート側410と空気側420との間の距離)に応じて選択され得る。このような距離は、代表的な動作条件(例えばヘッドボックスの流量、圧圧力、ストックの組成、ガイドプレートの幾何的構成、及びローラの幾何的構成)における成形セクションのコンピュータによるシミュレーションを利用して決定され得る。

0070

(使用中の)予測された形状又は位置からの逸脱は、重大なダメージの原因となり得る。このため、位置及び形状に対するこのように精密な許容差を達成するには、典型的には、コンピュータにより実現された設計及びモデリング技術が必要である。このようなツールは当業者には容易に入手可能である。FEM方法が、幾何的構成(例えば、アクチュエータと旋回軸との連結部の個数やサイズ)、連結部間の離間距離ボックスのサイズ及び形状、金属の厚さ等を設計するように利用され得る。このような幾何的構成をモデリングして、(使用中に)負荷を与えられたときのガイドプレートの実際の形状を予想し得る。噴射された水が実際に所望の角度で衝突することを保証するように、実際の形状が(例えば、衝突角度に対する)所望の制約と比較され得る。したがって、エネルギ効率を最大としつつ、(例えば不用意な接触を原因とする)ダメージを受ける可能性を最小にし得る。

0071

実施形態は、本明細書に記載の特徴を全てを又はその一部を包含する必要はない。本発明に記載の種々の特徴は、互いに独立して、及び/又は組み合わせて実現され得る。これらの特徴の明白な組合せは、他の実施形態からのこれらの特徴のうちのいずれかを省くことを妨げない。

0072

図面及び要約書を含む本明細書全体の著作権は、スウェーデン王国のカルスタードのValmet ABにより保護されている。

0073

上述の説明は説明のためのものであり、限定的なものではない。本発明の多くの変形例が、本開示を精査することにより当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、上述の説明を参照して決定されるものではなく、同等物全範囲と共に添付請求項を参照して決定されるべきものである。

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