FI65108B - Till sin boejning magnetiskt kompenserad och/eller justerad vas - Google Patents

Description

1 65108

Taipumaltaan magneettisesti kompensoitu ja/tai säädetty tela Till sin böjning magnetiskt kompenserad och/eller justerad vals

Keksinnön kohteena on taipumaltaan magneettisesti kompensoitu ja/tai säädetty, päistään kuormitettu tela, etenkin paperikoneen puristintela tai kalanteritela, joka muodostuu pyörimättömästä tela-akselista, jonka päiden välityksellä telan kuormittaminen suoritetaan sekä tela- akse-5 lille laakeroidusta sylinterimäisestä vaipasta ja jossa telassa tela-akseli on muodostettu magneettisydämeksi, jossa on magnetomotoorisen voiman aikaansaavat elimet siten sovitettuina, että magneettisydämen napakenkien ja telavaipan välisen ilmavälin kautta kulkevan magneettivuon vaikutuksesta muodostuu telavaipan ja magneettisydämen välille 10 kompensoiva voimakenttä.

US-patentista n:o 3 456 582 tunnetaan sellainen sähkömagneettinen kahden telan muodostama puristinnippi, jossa puristuspaine saadaan aikaan telalla, jonka sisälle on järjestetyt kestomagneetit ja pienempiläpimit-15 täisellä telalla, joka on varraten helposti taipuva. Näissä teloissa magneettivuo sulkeutuu olennaisesti aksiaalisesti pienemmän läpimitan omaavan telan kautta ja "ilmavälinä", jossa magneettiset voimat vaikuttavat, toimii mainittujen telojen välinen kosketusviiva, jonka kautta myös mahdollinen raina kulkee. Edellä esitetyn kaltainen tela on esi-20 tetty myös artikkelissa "Wochenblatt fur Papierfabrikation, Biberach März 1978, Nr. 5, p. 194 (Baumgarten, H.L.: ber die thermomechanische

Oberflächenformung und Kalibrierung von Papier und Karton)". Edellä mainituissa viitteissä esitetyt telat eivät ole päistään kuormitettuja eikä nippipainetta aikaansaada mainituilla kuormitusvoimilla, vaan pel-25 kästään magneettisilla voimilla.

Keksinnön kohteena oleva tela muodostaessaan nipin vastatelan kanssa on tarkoitettu rainamaisten aineiden puristuskäsittelyyn.

30 On yleisesti tunnettua, että kyseessä olevia teloja päistään kuormitettaessa ne taipuvat niin, että viivapaine puristinnipin tai kalan-terinipin reunaosissa tulee suuremmaksi kuin keskiosissa. Tätä epäkohtaa on pyritty välttämään telojen bombeerauksella eli tekemällä 2 65108 telan vaippa jo valmiiksi tynnyrimäiseksi. Tavanomaisilla bombeeraus-teloilla saadaan kuitenkin esim. tasainen viivapaine vain tietyllä kuormituksella. Tämän epäkohdan välttämiseksi on kehitetty ns. säätö-bombeerausteloja, joista esimerkkinä mainittakoon ns. KUsters-tela 5 (USA-patentti n:o 2 908 964), jossa kiinteän tela-akselin ja pyörivän telavaipan väliin on tietylle sektorille järjestetty painenestekammio, jonka painetta säätämällä voidaan telavaipan taipuma kompensoida. Eoä-kohtana mainituissa Kusters-teloissa on tiivistysvaikeudet ja niistä aiheutuvat painenesteen vuodot. Lisäksi epäkohtana Kusters-teloissa on 10 niiden hitaus paineen muutoksen suhteen (nousunopeus n. 30 s ja pur-kautumisnopeus n. 10 s). Tästä on seurauksena se, että paineenmuutok-sen yhteydessä saattaa syntyä esim. paperikoneella huomattava määrä hylkypaperia.

15 Lisäksi ovat ennestään tunnettuja taipumakompensoidut ns. CC-telat (Beloit Co.), joissa käytetään telavaipan sisäpintaa hankaavia puris-tuskenkiä, joita kuormitetaan painenesteen avulla. Tässä telassa samoinkuin edellä mainitussa Kusters-telassa on epäkohtana painenesteen tiivistysvaikeudet sekä se, että telan aksiaalisuunnassa epäsymmetri-20 set säädöt ovat verraten vaikeasti järjestettävissä.

Edellä käsiteltyjen telojen kompensointivoimat saadaan aikaan paine-nestekammioilla tai hankauskengillä, jotka vaativat telavaipan sisäpinnalta suurta sileyttä, mikä lisää telojen valmistuskustannuksia.

25

Edellä käsitellyissä tunnetuissa teloissa on myös epäkohtana tiivistys-ja muiden hankauselementtien aiheuttama telan pyöritystehon tarpeen lisäys.

30 Sähkömagneettisiin voimiin perustuvat puristintelat ovat ennestään tunnettuja ja keksinnön tarkoituksena onkin kehittää edelleen juuri näitä teloja. Tässä yhteydessä viitataan US-patenttiin n:o 3 456 582, jossa esitetty tela poikkeaa yksityiskohtiensa toteutuksen erojen lisäksi myös periaatteellisesti keksinnön kohteena olevasta telasta sii-35 nä, ettei mainitun US-patentin esittämä tela ole päistään kuormitettu.

Keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan lisäksi DT-0S:iin 3 65108 n:o 1 761 641, jossa on esitetty sellainen kestomagneetein toteutettu taipumakompensoitu tela, jossa on kestomagneetteja sekä kiinteän akselin yhteydessä että telan pyörivän vaipan yhteydessä, ja kompensointi-voimien säätö on toteutettu telan akselin ja vaipan keskinäisellä ak-5 siaalisella säädöllä, jolloin vaipan ja akselin kestomagneettien keskinäinen asento muuttuu ja täten saadaan kompensointivoimia säädetyksi.

Keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan vielä US-patenttiin n:o 3 489 079 (vast. FI-pat.hak. n:o 2283/67), jossa esi-10 tetyssä telassa on V-muotoon järjestetty magneettikenkälaite, joka saa aikaan vetovoiman magneettikenkälaitteen kahden navan ja telan si-sävaipan välisen kahden ilmavälin kohdalle.

Lisäksi viitataan hakijan FI-patentteihin n:ot 52 394 (vast. US-pat.

15 4 062 097) ja 58 662 (vast. US-pat. n:o 4 301 582). Viimemainitun FI- patentin telalle on tunnusomaista se, että magneettisydämessä on sen poikkileikkauksessa kolme napakenkää ja että mainitun magneettisydä-men yhteyteen on järjestetty magnetomotoorisen voiman aikaansaavat magnetointikelat siten, että varsinaisen kompensointivoimakentän 20 aikaansaava magneettivuo kulkee magnetointisydämen keskimmäisen napa-kengän kautta ja sulkeutuu magnetointisydämeen takaisin telan vaipan ja magnetointisydämen kahden olennaisesti vastakkaisen napakengän kautta.

25 Esillä olevan keksinnön yleistarkoituksena on kehittää edelleen edellä mainittuja teloja, etenkin hakijan em. FI-patentissa n:o 58 662 esitettyä magneettista telaa. Em. FI-patenttien n:ot 52 394 ja 58 662 keksintöjen erityistarkoituksena on ollut saada aikaan säätöominai-suuksiltaan Kusters- ja CC-teloihin nähden entistä nopeampi tela.

30 Mainittujen FI-patenttien lisätarkoituksena on ollut saada aikaan edellä mainittuihin tunnettuihin mekaanisesti tai hydraulisesti kompensoituihin teloihin nähden kustannuksiltaan edullisempi ja pienemmällä käyttöteholla toimiva tela ennenmuuta sitä kautta, että telan vaipan sisäpinnalle ei aseteta erityisiä sileysvaatimuksia, koska ei ole suoraa 35 kosketusta eikä tiivistyksen tarvetta.

Kun esimerkiksi em. FI-patentin n:o 58 662 mukaisesti käytetään telan 4 65108 pyörivänä vaippana (11) yhtenäistä ainetta, esim. valuterästä olevaa sylinteriosaa, jonka kautta kiinteän magneettisydämen napojen väliset magneettivuot sulkeutuvat, syntyy vaipan pyörimisen johdosta huomattavia pyörrevirtahäviöitä, vaikka magnetointiin käytettäisiinkin tasavir-5 taa. Tunnetustahan pyörrevirtahäviöt nousevat taajuuden, tässä tapauksessa pyörimisnopeuden, neliössä. Vaikka käytettäisiinkin magnetointiin tasavirtaa, syntyy vaipan eri pisteissä sen pyörimisen johdosta vaihtuva vuo.

10 Esillä olevan keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada parannuksia em. FI-patenteissa sekä US-patentissa n:o 3 489 079 tai vastaavan kaltaisissa magneettisesti kompensoiduissa ja/tai säädetyissä teloissa siten, että niissä ilmenevät pyörrevirtahäviöt voidaan vähentää murto-osaan tunnetuissa teloissa ilmeneviin vastaaviin häviöihin nähden.

15 Näihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että telan pyörivän vaipan sisäosa on tehty pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi magneettisesti hyvin johtavasta materiaalista levypakkarakenteeksi, jonka levyjen väleissä on 20 sähköeristys.

Käyttämällä keksinnön mukaisesti telan pyörivän vaipan sisäosana muun-tajalevystä, sopivimmin radiaalisuuntaisten levyrenkaiden pakosta muodostuvaa sylinteriosaa, voidaan pyörrevirtahäviöitä aivan olennaisesti 25 pienentää.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen sovellutusesimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

30

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta keksinnön mukaisesta magneettisesta telasta, joka muodostaa nipin vastatelan kanssa. Kuvio 1 on samalla leikkaus I-I kuviossa 2.

35 Kuvio 2 esittää aksiaalileikkausta II-II kuviossa 1.

Kuvin 3 esittää suuremmassa mittakaavassa keksinnön mukaisen telan li 5 65108 poikkileikkausta sekä magneettivuon kulkua ja vetovoimien syntyä eri ilmaväleissä.

Kuvio 4 esittää osittaista aksiaalileikkausta kuviota 3 vastaavalla 5 tavalla.

Kuvioiden esittämä sähkömagneettisesti kompensoitu tela 10 käsittää sylinterimäisen kantavan vaippaosan 11, jonka sisällä on magneettisesti hyvin johtavaa materiaalia oleva sylinteriosa 14. Vaippaosan 11 10 päällä on kunkin käyttötarkoituksena määräämä päällyste 17, joka ei aina ole välttämätön. Tela 10 käsittää kiinteän akselin 20, jota kuormitetaan akselin päistä 13. Kuvioon 2 on kyseisiä kuormittavia voimia merkitty Fo:lla, jotka voimat saavat aikaan yhdessä telan 10 oman painon kanssa tarvittavan nippipaineen nipissä N, joka muodostuu vastate-15 lan 30 kanssa. Pyörivä telavaippa 11,14,17 on sovitettu paikalleen laakereille 12. Kuvioihin 2 ja 4 akselin 20 keskiviivaa on merkitty C-C:llä.

Telan kiinteä akseli 20 on muodostettu magneettisesti johtavasta mate-20 riaalista magneettisydämeksi, joka on poikkileikkaukseltaan olennaisesti X- tai T-muotoinen niin, että siinä on useilla rinnakkaisilla magne-tointikeloilla 17a vast. 17b varustetut napakengät 15a ja 15b ja näille kengille yhteinen laajempi napakenkä 16, joka voidaan tarvittaessa myös varustaa magnetointikelalla, vaikka sitä kuvioissa ei ole esitetty.

25 Edellä selostettu magneettisydän 20 on sijoitettu pyörivän sisimmän sylinteriosan 14 sisälle siten, että vastakkaisten napakenkien 15a ja 15b ja osan 14 sisäpinnan välille muodostuu ilmavälit ja Δ^ ja vastaavasti muodostuu napakengän 16 kohdalle ilmaväli Δ^ .

30 Esillä olevan keksinnön mukaisesti telan 10 pyörivä sylinterivaippa on koostettu ainakin kahdesta osasta, nimittäin terästä tai jotakin muuta mekaanisesti riittävän lujaa materiaalia olevasta vaippaosasta 11, joka toimii vaipan kantavana runkona, sekä magneettisesti hyvin johtavasta sisemmästä sylinteriosasta 14, joka keksinnön mukaisesti on 35 koostettu vierekkäin ladotuista radiaalisuuntaisista muuntajalevyren-kaista, jotka on tunnetulla tavalla eristetty toisistaan esim. 1 akka-kerroksella. Sylinteriosan 14 1evypakkarakenteen ja materiaalivalinnan , 65108 6 takia saadaan pyörrevirtahäviöt olennaisesti pienemmäksi kuin vastaavissa tunnetuissa teloissa.

Magneettisesti hyvin johtava sisempi sylinteriosa 14 valmistetaan muun-5 taja levyrenkaista esim. latomalla renkaat vaipan 11 sisään ja puristamalla ne päätyrenkaiden 21 avulla tiiviiksi pakaksi. Sylinteriosan 14 levypakka tai -pakat voidaan koneistaa esim. ulkovaipaltaan. Sylinteri-osan 14 levypakat voidaan kiinnittää esim. puristusliitoksella sylinteriosan 11 sisään lämmittämällä ensin sylinteriosaa 11 ja antamalla 10 sen jäähtyä osan 14 muodostavien levypakkojen ollessa osan 11 sisällä.

Sylinteriosan 14 muuntajalevyrenkaiden levyvahvuus vaihtelee pyörimis-taajuudesta riippuen esim. välillä 0,5...10 mm. Pyörimistaajuuden ollessa esim. n. 10 Hz on muuntajalevyrenkaan vahvuus sopivimmin n. 2...3 mm 15 ja pyörimistaajuuden ollessa n. 50 Hz on levyvahvuus n. 1 mm tai pienempi.

Koska sydänosassa 20 ei ilmene vaihtuvaa magneettivuota voi sen rakenne koostua massiivisesta sopivasta teräslaadusta. Sydänosan 20 rakenteessa 20 tulee ottaa myös huomioon se, että se toimii akselina, jonka on otettava vastaan telan 10 taipumat. Tarvittaessa sydänosa 20 voidaan varustaa jäähdytyskanavistolla. Vaippaa, keloja ja akselia voidaan jäähdyttää tarvittaessa ilma- tai nestehuuhtelulla telan läpi aksiaalisuunnassa.

Sen sijaan pyörivää vaippaosaa 11,14,17 ei yleensä tarvitse erityisesti 25 jäähdyttää.

Seuraavassa esitetään eräs ei-rajoittava esimerkki keksinnön mukaisen magneettisen puristintelan 10 mitoituksesta.

30 vaipan ulkoö = 955 mm = 930 mm levypakan 14 ulko*$ = 830 mm vaipan sisä^ = 610 mm akselin ulko«5 = 590 mm 35 nipin N pituus = 9250 mm

maks. viivakuorma - 120 kN/m maks. taipumakomp. voima = 1300 kN

7 65108 D, = 540 mm o = 530 mm = 300 mm = 180 mm 5 = 10 mm Δ„ = 35 mm J ... 2 Käämien 17a,17b poikkileikkauksen pinta-ala A^ « 80 cm L_ = 1120 mm Δχ « 90° 10 Δ2 » 60° Δ3 « 70°

Magneettipiirin mitoituksen osalta voidaan todeta, että edellä mainitulla maksimaalisella taipumakompensointivoimalla = 1300 kN tarvitta- 2 15 va vuon tiheys ^ · B = 0,27 Vs. A2 = 0,30 m . Yhden kelan 17a, 17b ampeeri-kierrosmääräksi voidaan laskennollisesti saada n. 34 kA.

2

Edellä mainittu A^ « 80 cm riittää tarvittavaan käämitilan tarpeeseen. Kuparihäviöiksi P£u saadaan n. 2,7 kW/m ja pyörrevirtahäviöiksi 6 Hz:n pyörimisnopeudella ja 1,5 T:n vuontiheydellä levypakan 14 muuntajale-20 vyssä saadaan n. 0,8 kW/telan pituus m, mikä on vain n. 10 % ennestään tunnettujen vastaavien magneettisten telojen pyörrevirtahäviöistä.

Kuvioon 3 on hahmoteltu magneettivuon kulku magneettisydämen 20 ilma-väleissä ^j»^2 ja sekä telan sylinteriosassa 14. Kuvion 3 mukainen 25 magneettivuon jakautuma saa aikaan nuolin kaaviollisesti esitetyt voimat F^»F2 Ja F3* Voima F^ on se aktiivinen voima, joka ilmavälin Δ^ kohdalla vaikuttaessaan saa aikaan telan 10 omasta painosta ja kuormituksesta Fq aiheutuvan taipuman kompensoinnin ja viivapaineen jakautuman säädön halutuksi telojen 10 ja 30 välisessä nipissä N.

30

Magneettisydämen 14 alapuolelle jää eristysväli Δ^, joka ohjaa magneettivuon pääasiallisesti ilmavälien Δ3>Δ2 ja Δ^ kautta.

Kuvion 4 mukaisesti pääasiallisen kompensoivan voiman F^ aikaansaava 35 napakcnkä 16 ulottuu telan 10 vaipan 11,14,17 koko leveydelle. Sitä vastoin napakenkiä 15a ja 15b on useita rinnakkain varustettuna erilli- 8 65108 sillä magnetointikeloilla 17. Kuviosta 4 näkyvät napakengät 15a^,15a2 ja 15a^ sekä näiden kenkien yhteydessä olevat magnetointikelat 173^,173^, 17a3.

5 Taipuman kompensointia ja säätöä ja täten viivapaineen jakautumista näpissä N voidaan hallita sähköisesti säätämällä eri napakenkien keloihin 17a^,b^-17a^,b^ (napakenkiä N kpl:tta rinnakkain) johdettavien magne-tointivirtojen voimakuutta ja keskinäisiä suhteita. Tätä menettelyä on kuviossa 4 havainnollistettu lohkolla 19 ja merkinnöin 3a I3· 10 Tietyissä tapauksissa riittää sellainen säätö, että eri kelat 17 on kytketty sarjaan ja näin aikaansaadun kelaryhmän virran voimakkuutta säädetään. Magnetoinnissa voidaan käyttää joko tasavirtaa tai vaihtovirtaa. Tasavirtaa käytettäessä sovelletaan sinänsä tunnettuja ohjattuja tasasuuntaajia. Koska magnetointivirta johdetaan pelkästään kiinte-15 älle magnetointisydämelle 20 ei liukurenkaita ja muita vastaavia laitteita tarvita.

Vaikka edellä on puhuttu kiinteästä magneettisydämestä 20, on ymmärrettävä, että tarvittaessa sydän 20 voidaan järjestää telan pyörimisakse-20 Iin C-C ympäri käännettäväksi siten, että kompensointivoimien vaikutusalueen sijaintia voidaan muuttaa halutuksi. Myös voidaan ajatella sellaista säätötapaa, että ilmavälin, etenkin ilmavälin suuruus järjestetään tietyissä rajoissa säädettäväksi. Koska magnetointikengät 15,16 eivät ole suorassa kosketuksessa telan sylinteriosan 14 sisäpintaan, 25 ei tämän sileydelle aseteta erityisvaatimuksia.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

Claims (9)

9 65108

1. Taipumaltaan kompensoitu ja/tai säädetty, päistään kuormitettu tela (10), etenkin paperikoneen puristintela tai kalanteritela, joka muodostuu pyörimättömästä tela-akselista (13,20), jonka päiden (13) välityksellä telan kuormittaminen (F ) suoritetaan sekä mainitulle akselil" 5 le (13,20) laakeroidusta (12) sylinterimäisestä vaipasta (11,14,17), ja jossa telassa (10) tela-akseli (13,20) on muodostettu magneettisydä-meksi (20), jossa on magnetomotoorisen voiman aikaansaavat elimet (17) siten sovitettuina, että magneettisydämen (20) napakenkien (15,16) ja telavaipan (14) välisen ilmavälin (Δ) kautta kulkevan magneettivuon 10 vaikutuksesta muodostuu telavaipan (14) ja magneettisydämen (20) välille kompensoiva voimakenttä (F^), tunnettu siitä, että telan (10) pyörivän vaipan sisäosa on tehty pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi magneettisesti hyvin johtavasta materiaalista levypakkara-kenteeksi (14), jonka levyjen väleissä on sähköeristys. 15

2 D3-D4 levypakkaosan (14) vastaavasta radiaalisesta vahvuudesta (—2—· 10 651 08

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen magneettinen tela, tunnettu siitä, että telan (10) pyörivän vaipan sisäosan muodostava mainittu levypakkarakenne (14), jonka kautta kompensoivan voimakentän (F^) kulkeva magneettivuo pääasiallisesti kulkee, on tehty peräkkäin ladotuista 20 muuntajalevyrenkaista, jotka ovat telan (10) radiaalitason suuntaisia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen magneettinen tela, tunnet-t u siitä, että telan (10) pyörivän vaipan muuntajalevyrenkaista tai vastaavista koottu levypakkarakenne (14) on kiinnitetty paikalleen 25 vaipan ulko-osan (11) sisälle puristusliitoksella, joka on saatu aikaan lämmittämällä ensin mainittua ulko-osaa (11) ja antamalla sen jäähtyä levypakkaosan (14) ollessa mainitun ulko-osan (11) sisällä.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen magneettinen tela, 30 tunnettu siitä, että telan vaipan lujuuden olennaisesti määräävä ulko-osa (11), joka on esim. valuterästä tai muuta mekaanisesti D2-D3 riittävän lujaa materiaalia, on vahvuudeltaan (—-—) noin puolet

5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen magneettinen tela, tunnettu siitä, että levypakan (IA) levyvahvuus telan (10) pyörimis-taajuudesta ja levyrenkaiden valmistustekniikasta riippuen on välillä 0,5...10 mm. 5

6. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4 tai 5 mukainen magneettinen tela, tunnettu siitä, että sen ilmavälin (Δ^) suuruus, jonka kautta pääasiallisesti kulkee telan taipuman kompensoiva voimakenttä (F^) on keskellä telaa suurempi kuin akselin taipuma maksimikompensoinnilla ja että 10 sivuilla olevien vastakkaisten ilmavälien (Δ^,Δ2^ suuruus on mitoitettu valmistustarkkuuksien ja varmuusvarojen rajoittamana minimiin.

7. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5 tai 6 mukainen magneettinen tela, tunnettu siitä, että telasydämen (20) poikkileikkaus on olen- 15 naisesti T- tai X-muotoinen käsittäen kolme tehollista ilmavällä joiden kautta kompensoiva magneettivuo pääasiallisesti kulkee, sekä ainakin yhden suojailmavälin (Δ^)·

8. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5,6 tai 7 mukainen magneettinen tela, 20 tunnettu siltä, että tela (10) käsittää useilla rinnakkaisilla magnetointJkeloilla (17a,17b) varustetut napakengät (15a,15b) ja näille kengille yhteisen laajemman napakengän (16), jonka viimemainitun kautta kompensoivan voimakentän (F^) aikaansaava magneettivuo pääasiallisesti kulkee. 25

9. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5,6,7 tai 8 mukainen magneettinen tela, tunnettu siitä, että telan (10) taipumaa säädetään tai kompensoidaan säätämällä magneettisydämen (20) eri napakenkien (15aj,15a2> lSa^··. 15a^;15b^,15b2»15b2·..15bN) käämeihin (17a^,17a2,17a2...17a^; 30 17bj,17b2, 176^...17bN) johdetun magnetointivirran (Ι^,Ι^,Ι^___IN) voimakkuutta. Π 65108