SE449497B - Vals med magnetiskt kompenserad och/eller reglerad bojning - Google Patents

Description

20 30 3§ 449 497 sådana valsar kan nämnas den s.k. Küsters-valsen (US-patent nr. 2 909 964), i vilken mellan en fast valsaxel och en roterande vals- mantel inom en viss sektor har anordnats en tryckvätskekammare, varvid valsmantelns böjning kan kompenseras genom reglering av trycket i kamaren. En olägenhet i samband med dessa Kösters-valsar är tätnings- svårigheterna och det på dessa beroende tryckvätskeläckaget. En annan olägenhet i samband med Küstervalsarna är dessutom deras långsamhet med avseende på tryckändringar (tryckökningshastighet c. 30s och trycksänk- ningshastighet c. 10s). Detta medför att exempelvis i en pappersmaskin en betydande mängd utskottspapper hinner bildas i samband med en tryck- ändring: Förut kända är dessutom böjningskompenserade s.k. CC~valsar (Beloit Co.),' i vilka används mot valsmantelns inneryta anliggande presskor, som belastas med hjälp av tryckvätska. En brist hos denna vals, liksom hos den ovannämnda Küsters-valsen, är tätningssvårigheterna som tryckvätskan ger upphov till. En annan brist är att det är relativt svårt att åstad- komma osymetriska justeringar i valsens axelríktning.

I de ovan behandlade valsarna åstadkoms kompenseringskrafterna med hjälp av tryckvätskekamrar eller anliggande skor, som erfordrar stor släthet på valsmantelns inneryta, vilket ökar valsarnas tíllverkningskostnader, En brist hos de ovan beskrivna kända valsarna är även det ökade behovet av valsrotationseffekt som tätningselementen och de andra anliggande ele- menten ger upphov till.

Pressvalsar som grundar sig på elektromagnetiska krafter är förut kända och ett ändamål med uppfinningen är också att vidareutveckla just sådana valsar. I detta samanhang hänvisas till US-patentet nr. 3 456 582. Den i detta patent beskrivna valsen skiljer sig från valsen enligt uppfin- ningen förutom vad skillnader i detaljutförandet ankommer även principi- ellt eftersom valsen enligt US-patentet inte är belastad i ändarna.

Beträffande den till uppfinningen sig anslutande teknikens ståndpunkt hänvisas dessutom till DE-OS nr. 1 761 641, i vilken beskrivs en med permanentmagneter förverkligad böjningskompenserad vals. Valsen uppvisar' permanentmagneter i samband med både en fast axel och en roterande vals- mantel. Regleringen av kompenseringskraftcrna sker genom inbördes axiell 10 15 20 25 30 35 449 497? förskjutning av valsens axel och valsens mantel, varvid det inbördes läget av mantelns och axelns permanentmagneter ändras och på detta sätt kan kompenseringskrafterna regleras.

Beträffande den till uppfinningen sig anslutande teknikens ståndpunkt hän- visas vidare till US-patentet nr. 3 489 079 (motsvarar FI-patentansökan nr. 2283/67). Den i detta patent beskrivna valsen uppvisar en i V-form anordnad magnetskoanordning, som åstadkommer en dragkraft vid två luft- spalter mellan två poler i magnetskoanordningen och inre ytan av valsman- teln.

Dessutom hänvisas till sökandens FI-patent nr. 52 394 (motsvarar US- patentet nr. 4 062 097) och nr. 58 662 (motsvarar US-patent nr... ).

Valsen enligt det sistnämnda FI-patentet är kännetecknad därav, att mag- netkärnans tvärsnitt uppvisar tre polskor och att en magnetomotorisk kraft alstrande magnetiseringsspolar är anordnade i samband med den nämnda magnetkärnan på sådant sätt, att det magnetflöde som alstrar det egentliga kompenseringskraftfältet går genom en mitterst belägen polsko på magnetiseringskärnan och återvänder tillbaka till magnetiseringskär- nan via valsens mantel och två väsentligen mitt emot varandra belägna polskor på magnetiseringskärnan.

Ett allmänt ändamål med föreliggande uppfinning är att vidareutveckla de ovan nämnda valsarna, i synnerhet den i sökandens FI-patent nr. 58 662 beskrivna magnetiska valsen. Ett speciellt ändamål med uppfinningarna i ovannämnda FI-patent nr. S2 394 och nr. 58 662 har varit att åstadkomma en vad regleringsegenskaperna ankommer snabbare vals än förut i jäm- förelse med Küsters- och CC-valsarna. Ett annat ändamål med nämnda FI-patent har varit att åstadkomma en i jämförelse med de ovan nämnda förut kända mekaniskt eller hydrauliskt kompenserade valsarna vad kost- naderna ankommer fördelaktigare och med mindre driveffekt fungerande vals, framför allt genom att inga speciella släthetsfordringar ställs på valsmantelns inre yta eftersom ingen direkt beröring och inget behov av tätning förekommer.

När man liksom exempelvis i ovannämnda FI-patent nr. 58 662 använder ett enhetligt material som roterande mantel (11) på valsen, t.ex. en 10 20 25 30 35 449 497 cylinderdel av gjutjärn. genom vilken magnetflödena mellan den fasta magnetkärnans poler sluter sig, uppkommer betydande virvelströmsför- luster på grund av mantelns rotation även fastän likström skulle använ- das för magnetiseringen. Virvelströmsförsluterna ökar som känt med andra potensen av frekvensen, i detta fall rotationshastigheten. Även fastän likström används för magnetiseringen uppkommer ett växlande flöde på olika ställen av manteln på grund av rotationen.

Ett speciellt ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkoma förbättringar i magnetiskt kompenserade och/eller reglerade valsar enligt ovannämnda FI-patent nr. 52 394 och nr. 58 662 samt ovannämnda US-patent nr. 3 489 079 eller liknande, så att de virvelströmsförluster som uppkommer i denna förbättrade vals kan minskas till en bråkdel av motsvarande förluster i de kända valsarna.

För att uppnå dessa och senare framgående mål är uppfinningen i huvud- sak kännetecknad därav, att inre delen av valsens roterande mantel, för att minska virvelströmsförlusterna, är tillverkad av magnetiskt välledande material som en skivpackekonstruktion med elisolering mellan skivorna.

Genom att enligt uppfinningen som inre del av valsens roterande mantel använda en cylinderdel bestående av transformatorskivor, lämpligen en packe av radiella skivringar, kan virvelströmsförlusterna minskas all- deles väsentligt.

Uppfinningen beskrivs härefter i detalj under hänvisning till en i figurerna på de bifogade ritningarna visad utföringsform av uppfinningen.

Uppfinningen är dock inte begränsad till detaljerna av denna utförings- form.

Fig. 1 visar ett tvärsnitt av en uppfinningsenlig magnetisk vals, som bildar ett nyp tillsammans med en motvals. Fig. 1 visar samtidigt ett snitt I-I i fig. 2.

Fig. 2 visar ett axialsnitt II~II i fig. 1.

Fig. 3 visar i större skala ett tvärsnitt av valsen enligt uppfinningen och förloppet av magnetflödut och uppkomstnn av dragkraftur i du olika luftspalterna. 20 25 30 35 449 497 Fig. Ä visar ett partiellt axialsnitt på samma sätt som fig. 3.

Den i figurerna visade elektromagnetiskt kompenserade valsen 10 om- fattat en cylindrisk bärande manteldel 11, inom vilken en cylinderdel 14 av magnetiskt välledande material är anordnad. På manteldelen 11 är anördnad en av vart och ett användningsändamål bestämd beläggning 17, som inte alltid är nödvändig. Valsen 10 omfattar en fast axel 20, som belastas vid ändarna 13. I Fig. 2 är de ifrågavarande belastande kraf- terna utmärkta med Fo, som tillsammans med valsens 10 egen tyngd åstad- komef ett efforderligt nyptryek i ett nyp N, som valsen bildar till- sammans med en motvals 30. Den roterande valsmanteln 11,14,17, är lag- rad på axeln medelst lager 12. Axelns 20 mittlinje är utmärkt med C-C i figL 2 och 4.

Valsens fasta axel 20 är tillverkad av magnetiskt ledande material och är utformad till en magnetkärna, vars tvärsnitt är väsentligen X- eller T-formigt. Kärnan uppvisar med flera parallella magnetiseringsspolar 17a resp. 17b försedda polskor 15a resp. 15b och en för dessa skor ge- mensam större polsko 16, som även vid behov kan vara försedd med en magnetiseringsspole fastän en sådan icke visas i figurerna. Den ovan beskrivna magnetkärnan 20 är placerad innanför den innersta roterande cylinderdelen 14 på sådant sätt, att mellan de mitt emot varandra be- lägna polskorna 15a och 15b och delens 14 inneryta uppkommer luftspal- ter ¿Ä1 och A32. Vid polskon 16 uppkommer på motsvarande sätt en luft- spalt A 3.

Enligt föreliggande uppfinning är valsens 10 roterande cylindermantel hopsatt av minst två delar, nämligen manteldelen 11 av stål eller något annat i mekaniskt hänseende tillräckligt starkt material, som fungerar som bärande mantelstomme och den magnetiskt välledande inre cylinder- delen 14, som enligt uppfinningen består av bredvid varandra radade radiellt riktade transformatorskivringar, som på känt sätt är isolerade från varandra t.cx. genom ett lackskikt. Tack vare cylinderdelens 14 skivpackekonstruktíon och materialvalet blir virvelströmsförlusterna väsentligt mindre än i motsvarande förut kända valsar.

Den magnetiskt välledande inre cylinderdelen 14 tillverkas av transfor- matorskivringar exempelvis genom att rada ringarna in i manteln 11 och 10 15 20 25 30 449 497 pressa saman dem till en tät packe med hjälp av ändringar 21. Skiv- packen eller -packarna i cylinderdelen 14 kan bearbetas t.ex. på den yttre mantelsidan. Cylinderdelens 14 skivpackar kan fästas t.ex. med ett krympförband inne i manteldelen 11 genom att först värma cylinder- delen 11 och sedan låta den avkylas medan de skivpackar som bildar delen 14 befinner sig inne i manteldelen 11.

Tjockleken av cylinderdelens 14 transformatorskivringar varierar t.ex. mellan 0.5 och 10 mm beroende på rotationsfrekvensen. När rotationsfre- kvensen är t.ex. ca 10 Hz är tjockleken av skivringen lämpligen ca 2-3 mm och när rotationsfrekvensen är ca 50 Hz är skivtjockleken ca 1 m eller mindre.

Eftersom inget växlande magnetflöde uppträder i kärndelen 20 kan den bestå av en massiv lämplig stålkvalitet. Vid kärndelens 20 konstruktion bör även beaktas, att den tjänstgör som axel som skall uppta valsens 10 böjningar.

Vid behov kan kärndelen 20 förses med ett kylkanalsystem. Manteln, spolar- na och axeln kan vid behov kylas genom luft- eller vätskespolning genom valsen i axiell riktning. Den roterande manteldelen 11,14,17 behöver där- emot i allmänhet inte särskilt kylas.

Härefter ges ett icke-begränsande exempel på dimensioneringen av en magnetisk pressvals 10 enligt uppfinningen: mantelns yttre á D1 = 955 mm D2 = 930 mm skivpackens 14 yttre 6 D3 = 830 m mantelns inre ö D4 = 610 m axelns yttre ó D5 = 590 mm nypets N längd = 9250 m max. linjetryck = 120 kN/m max. böjningskomp.kraft = 1300 kN D6 = 540 mm D7 = 530 mm L1 = 300 mm L2= 180 mm [§1 = [§2 = 10 mm [X3 = 35 m 10 25 30 35 449 497 7 arealen av spolarnas 17a, 17 b tvärsnitt A(M BU cmz L3 = 1120 nw sin 9o° (123600 o m3 %70 Beträffande dimensioneríngon av magnetkretsen kan konstateras, att när ovannämnda maximala böjningskompenseringskraft = 1300 kN erfordras en flödestäthec v51 = A2 - ß = 0,27 vs. A2 = 0,30 m2. miner-varvtalet för en spole 17a,17b kan genom uträkning fås till ca 34 kA.-Ovannämnda A17¿ 80 cmz är tillräcklig för det erfordrade behovet av spolutrymme.

Kopparförlusterna Pcu blir ca 2,7 kW/m och virvelströmsförlusterna vid 6 Hz rotationshastighet och 1,5 T flödestäthet i skivpackens 14 transformatorskiva blir ca 0,8 kW/valsens längd m, vilket är endast ca 102 av vírvelströmsförlusterna i förut kända motsvarande magnetiska valsar.

Fig. 3 visar hur magnetflödet går i magnetkärnans 20 luftspalter A1, A2 > och .A3 och i valsens cylinderdel 14. Den i fig. 3 visade fördelningen av magnetflödet åstadkommer med pilar schematiskt visade kratter F1,F2 och F . Kraften F3 är den aktiva kraft som verkande vid luftspalten 153 åstad- 3 kommer kompensering av den av valsens 10 egenvikt och belastningen Fo för- orsakade böjningen och reglering av fördelningen av linjetrycket på önskat sätt i nypet N mellan valsarna 10 och 30.

Under magnetkärnan 14 förekommer en isolationsspalt A4, som styr magnet- flödet huvudsakligen till luftspalterna A1, A2 och A3.

Enligt fig. 4 sträcker sig den polsko 16 som åstadkommer den huvudsakliga kompenserande kraften F3 över valsmantelns 11,14,17 hela längd. Däremot är flera polskor 15a och 15b anordnade bredvid varandra och försedda med separata magnetiseringsspolar 17. Fig. 4 visar polskor 15ñW15a2 och 15a3 samt magnetiseringsspolar 17a1, 17a2 och 17a3 í samband med dessa skor.

Böjníngskompenseringen och -regleringen och härigenom fördelningen av lin- jetrycket i nypet N kan behärskas elektriskt genom att reglera styrkan av och de inbördes förhållandena mellan magnetiseringsströmmarna som leds till de olika polskornas spolar 17a1,b1 - 17aN, bN (N st polskor bredvid varandra). Detta förfarande åskådliggörs i fig. 4 med ett block 19 och 10 449 497 tecken I1, I och I3. I vissa fall räcker ett sådant förfarande där de olika spolarna 17 seriekopplas och strömstyrkan i den erhållna spol-" gruppen regleras. Vid magnetiseringen kan användas antingen likström f eller växelström. Vid användning av likström används i och för sig kända styrda likriktare. Eftersom magnetiseringsströmmen leds enbart till den fasta magnetiseringskärnan 20 erfordras inga släpringar eller liknande an- ordningar.

Fastän ovan har talats om en fast magnetkärna 20 så är det klart att den vid behov kan anordnas vridbar kring valsens rotationsaxel C-C, varvid läget för kompenseringskrafternas verkningsområde kan ändras på önskat sätt. Man kan även tänka sig ett sådant regleringsförfarande där stor- leken av luftspalterna, i synnerhet luftspalten .A3, är reglerbar inom vissa gränser. Eftersom magnetiseringsskorna 15,16 inte står i direkt kontakt med cylinderdelens 14 inre yta ställs inga speciella fordringar på ytans släthet.

Uppfinningens olika detaljer kan variera inom ramen för den i vidstående patentkrav definierade uppfínningstanken.

Claims (4)

1. 0 15 20 25 30 35 449 497 Patentkrav Böjningskompenserad och/eller -reglerad, i ändarna belastad vals (10), i synderhet en pressvals för en pappersmaskin eller än kalandervals, vilked vals består av en icke-roterande valsaxel (13,20), genom förmed- ling av vars ändar (13) valsbelastningen (Fo) utförs samt en på nämnda valsaxel (13,20) lagrad (12) cylindrisk mantel (11,14,17), och i vilken vals (m) valsaxein 03,20) är utformad :in en magneukärna (20), som uppvisar organ (17) som alstrar en magnetomotorisk kraft och som är anorddade på sådant sätt, att mellan valsmanteln (14) och magnetkärnan (20) Bildas ett kompenserande kraftfält (F3) genom inverkan av ett mag- netflöde som går över en luftspalt (A ) mellan polskor (15,16) på magnet- kärnan (20) och valsmanteln (14), inre delen (14) av valsens (10) roterande mantel, för att minska virvel- k ä n n e t e c k n a d därav, att strömsförlusterna, är tillverkad av magnetiskt välledande material som en skivpackekonstruktion med elisolering mellan skivorna.

2. Magnetisk vals enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att inre delen (14) av valsens (10) roterande mantel, genom vilken del det kompenserande kraftfältets (FS) magnetflöde i huvudsak går, är till- verkad av efter varandra radade transformatorskivringar, som är parallella med valsens (10) radialplan.

3. Magnetisk vals enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den av transformatorskivríngar eller liknande samman- satta inre delen (14) av valsens (10) roterande mantel är fäst på plats inom mantelns yttre del (11) medelst ett krympförband, som har åstad- kommits genom att först uppvärma nämnda yttre del (11) och låta den av- kylas medan skivpackedelen (14) befinner sig inom nämnda yttre del (11). 4. Magnetísk vals enligt patentkravet 1,2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den yttre delen (11), som väsentligen bestämmer vals- mantelns hållfasthet och som är av t.ex. gjutstål eller annat mekaniskt tillräckligt starkt material, har en tjocklek ( 22:22 ) som är cirka hälften av skivpackedelens (14) motsvarande radiella tjocklek (ïåšïí ). 5. Magnetisk vals enligt patentkravet 1,2,3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a d därav, att skivtjockleken i skivpacken (14) ligger mellan 0,5 och 1 10 15 20 25 449 497 10' 10 mm beroende på valsens (10 rotationsfrekvens och tekniken för till- verkning av skivringarna. 6. Magnetisk vals enligt patentkravet 1,2,3,4 eller 5, k ä n n e t e c k- n a d därav, att storleken av den luftspalt (A3) över vilken det kraft- fält (F3) som kompenserar valsens böjning i huvudsak går är större mitt på valsen än axelns böjning vid maximikompensering och att storleken av de på sidorna belägna motsatta luftspalterna (A1, A2) är dimensionerad till ett minimum begränsat av tillverkníngstoleranser och säkerhetsmån. 7. Magnetisk vals enligt patentkravet 1,2,3,4,5 eller 6, k ä n n e ~ t e c k n a d därav, att valskärnans (20) tvärsnitt är väsentligen T- eller X-formigt och uppvisar tre effektiva luftspalter (A1, A2, Å3), över vilka det kompenserande magnetflödet i huvudsak går, och åtminstone en skyddsluftspalt (A¿). 8. Magnetisk vals enligt patentkravet 1,2,3,4,5,6 eller 7, k ä n n e ~ t e c k n a d därav, att valsen (10) innefattar polskor (15a,í5b), som är försedda med flera bredvid varandra belägna magnetiseringsspolar (17a,17b), och en för dessa skor gemensam större polsko (16), varvid det magnetflöde som åstadkomer det kompenserande kraftfältet (F3) i huvud- sak går genom den sistnämnda skon. 9. Magnetisk vals enligt patentkravet 1,2,3,4,5,6,7 eller 8, k ä n n e - t e c k n a d därav, att valsens (10) böjning regleras eller kompenseras genom att reglera styrkan av den till spelarna (17a1, 17a2, 17a3....17aN; 17b1, 17b2, 17b3...17bN) på magnetkärnans (20) olika polskor (15a1, 15a2, 15a3...15a ° 15b1, 15b2, 15b3...15bN) ledda magnetiseringsströmmen NI (11 322,13. . JN) .

4.' e»