№.2 陕西科技大学学报 Apr.2008 Vol.26 J OU RNAL OF SHAANXI UN IV ERSIT Y OF SCIENCE&TECHNOLO GY ・75・
文章编号:100025811(2008)022*******
王蕾蕾1，王孟效2
(1.陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安 710021;2.陕西西微测控工程有限公司，陕西咸阳
712081)
摘 要：分析了水力式流浆箱的作用机理及影响其稳定运行的各种干扰因素，给出了相应的解
决方法：对进浆脉冲压力波动，采用脉冲衰减器来消除影响；对稳定浆料温度，建立起温度补偿 控制系统；对影响纵向定量的总压控制，采用差压调节技术；而对横向定量分布的控制，采用稀
释水调节技术，以满足定量要求.工程实践表明，上述控制方法应用于水力式流浆箱的控制上
可显著提高产品的成品率和生产效率.
关键词：水力式流浆箱；脉冲衰减；温度补偿；压力控制；横向定量
中图分类号:TS736 文献标识码:A
0 引言
随着市场对成纸质量要求的提高、工艺的改进和纸种的变化，在制浆造纸技术上出现了多种结构形式的流浆箱，从而无论是在纸机工艺、结构上，还是其控制方面都发生了很大的变化.从早期的翻浆闸板敞开式流浆箱，到后来的双匀浆辊敞开式流浆箱，再到目前国内较为常见的气垫式流浆箱，都是为满足纸机车速的提高和纸幅抄宽的增加要求而出现的.20世纪60年代，为了满足高速夹网纸机对流浆箱的特殊要求，产生了水力式流浆箱，它根据流体力学原理，采用固定元件匀整装置(如孔板、飘片等)来匀整浆流，在高速(约1.5m/s)条件下产生湍动，以水压剪切力达到分散纤维、均幅布浆的要求，在车速高于600m/ min的纸机上得到了广泛应用.
1 水力式流浆箱的作用机理
一般水力式流浆箱配有单侧进浆总管，在总管上方有一出口通过孔板，浆料通过孔板后进入稳流室，稳流室后是孔板和方形蜂窝孔，每一个方孔错开一半排列，匀整区是满流式的，接下来是一个长的喷嘴.
由于夹网成型器的成形区很短，也就是说纸幅成形时间很短，所以成形质量以及其它方面的特性取决于
从流浆箱喷出的浆流的纤维分布情况，它是由湍动强度、湍动尺寸以及流浆箱内浆流浓度来控制的.浆流一经喷射上网，成形基本“固定”，因此要求浆流在流浆箱内必须均匀分布，而水力式流浆箱浆流充满箱体，没有自由表面.为了适应这一具有特殊特性要求的流浆箱，布浆方式采用高效紧凑、横向布浆均匀的单侧进浆的锥形总管和固定的匀浆装置，通过固定元件截面的变化或几何尺寸的改变，以及利用壁板的剪切作用，使浆流产生适当强度的微湍动，从而达到均匀分散悬浮浆料的目的.因为没有转动的匀浆元件，箱内浆流纵向稳定，没有横流，浆流全幅均匀，不像匀浆辊流浆箱那样容易产生纵向条流，所以可通过调节布浆孔管的浆料浓度，采用稀释水调节技术，在布浆器的入口处加入稀释白水控制单元，实现局部调节横向定量控制，取得比微调杆局部改变唇口几何尺寸来调节横向定量更佳的效果，且喷浆速度可由变速冲浆泵的动压头控制，可以适应很高的车速. 3收稿日期:2008-01-14
作者简介：王蕾蕾(1983-)，男，陕西省西安市人，在读硕士生，研究方向：智能控制与工业自动化
基金项目：陕西省科技攻关计划项目“基于可调热泵的造纸机干燥部高效节能蒸汽冷凝水系统的研发”(2007K07207)
陕西科技大学学报第26卷
2 控制方案因水力式流浆箱所适应的纸机车速较高，热容量较小，浆料温度变化可迅速改变喷口的正常形状，由流浆箱材质和结构形式决定的喷浆系数μ将不能再近似为常数，而且水力式流浆箱对来自上浆系统的脉冲压力的抵御能力很弱，流浆箱的总压力P 也将发生变化，所以在速度公式V =μ2g ×P 中，除了重力加速度g (9.8m/s 2)是常量外,μ、P 都是变量，即V =f (μ,P )，所以其控制方法不同于一般的气垫式流浆箱.
在影响喷浆系数μ的因素中，浆料温度变化对其最为敏感且占主导地位，需要建立起温度控制系统，使μ基本保持稳定.其次由于水力式流浆箱是满流式的
，箱体内难以消除从供浆系统带来的浆流纵向脉
图1 水力式流浆箱控制系统
冲而造成的纸幅纵向定量波动，因此需要通
过脉冲衰减器来削弱进浆脉冲造成的影响.
同时，水力式流浆箱对清洁问题特别敏感,
当流速低于设计要求时，将会在壁板上产生
挂浆和泡沫吸附现象.
由此可见，水力式流浆箱的控制将是一
个多变量的、复杂的检测控制系统，因此很
有必要建立起一种能够消除来自上浆系统
的脉冲压力影响、进行温度补偿和总压控制
的系统，其具体控制原理示意图如图1所
示.
2.1 脉冲衰减
并不像气垫式流浆箱那样，水力式流浆箱对来自上浆系统的压力波动无能为力，它将直接影响喷浆速度，所以要采取相应措施
来消除这种脉冲压力的影响.对此一般常用的方法有两种，一是唇板采用U 型梁结构设计，两块侧墙板的压紧程度仅仅达到能对两个端面起密封作用，这样两端面没有传递任何力，整个U 形梁在纸机横向方向上的形变均匀，从而可获得稳定、无纵向条流且横向定量分布均匀的浆流.二是采用脉冲衰减器来消除进浆脉冲
，其结构原理如图2所示.
图2 脉冲衰减器结构原理图 图3 水力式流浆箱温度控制系统
脉冲衰减器的工作过程完全是自动进行的.它有一个很大的空气室，靠膜片把浆料和空气分开.为保证进气量恒定，压缩空气经过稳压器后再由2个电磁阀控制.随着上浆泵的起动，流浆经过减震接头，管内
・67・
第2期王蕾蕾等：水力式流浆箱的控制研究有了浆压，这时差压开关立刻切换到电磁阀，罗茨风机启动，开始往空气室内充气，进气量大小由变频器控制，从小到大逐渐递增，直到空气室内气压与流浆管道浆压平衡(即差压信号近似为零)，这时自动排气阀开始排气，变频器输出也就固定在这一频率上，即保持罗茨风机进气量大小不变，以维持这种动态平衡.当上浆管道内由于某种原因或干扰有了压力波动，这时脉冲压力通过膜片，经由排气管立即传给排气阀，排气量随之发生变化.进气量是保持恒定的，如若来自上浆系统的压力突然变大，则排气量随之增加；如若压力突然变小，则排气量也随之减小，即排气量是随着压力的变化而变化的，这个变化量与脉冲压力的大小和方向同步且即时，以保证上浆系统浆压的稳定，从而减轻因浆料瞬间压力的变化对喷浆速度产生影响.
2.2 温度控制
喷浆系数μ的恒定与否直接影响到喷浆的均匀程度，将变量μ对温度求导后即为喷浆系数的变化率d
μ/dQ ，可以看出，即使温度发生较小变化，相应的喷浆系数变化也较大，这是因为浆料温度的变化可以迅速地改变流浆箱喷口的正常形状，特别是在开车初始阶段这种不稳定性更为突出，因此必须建立起流浆箱的温度控制系统，以使流浆箱的箱体温度保持恒定，从而保持μ基本不变，使得V =k P 成立，即喷浆速
度仅仅与总压有关.温度控制系统结构如图3所示.对于温度的控制是通过循环热水来实现的.高置于流浆箱上方的热水罐内在其2/5高度处安装有3个电加热器，被加热的清水在循环泵的驱动下通过流浆箱的堰板及裙板区域(流浆箱箱体已设计好循环通道)，以实现对流浆箱整体的均匀加热.循环泵使热水在流浆箱和热水罐之间不停循环，水温被控制在浆料温度的±1℃以内.在上浆管路、进水、回水管路上均安装有温度变送器，将进水、回水温度，会同上浆温度的4～20mA 电流信号一同送到PL C (可编程控制器)，由PL C 根据温度给定值控制3个电加热器的磁力起动器和进水阀门开度的大小，从而使箱体温度保持恒定.在首次调节温度时，建议先启动两个电加热器，将进水阀门开到50%.若此时流浆箱回水温度与进水、上浆温度相差较大，即流浆箱堰板及裙板区域耗热能较多，则应加大进水阀门开度，使出水温度与上浆温度的温差变小；反之则关小阀门开度.如若开大、减小进水阀门开度仍不能满足温度控制要求，则应考虑开启或关闭电加热器重新调节，从而稳定流浆箱箱体温度.在正常情况下，为了保持水温在一个恒定范围内，在热水罐上安装有液位变送器，用来监控罐内的液位.当液位低于设定值时，由液位变送器传来的4～20mA 电流信号交由PL C 处理，通过调节安装在补充水管道上的阀门来补充水量.稳定了热水罐内的
液位，也就相当于稳定了热水罐内的温度.为了提高生产效率，使得流浆箱的箱体温度在上浆时就趋于稳定，可以在开车前几个小时就起动温度控制系统，从而快速进入稳态生产过程，提高生产效率.
2.3 总压控制
总压控制着流浆箱的喷浆速度，它由冲浆泵的转速来调节，总压的稳定与否对纸张纵向定量有较大的影响，必须保证总压控制回路工作在最佳状态.
利用智能压力变送器检测总压头，该变送器安装在脉冲衰减器和方锥管之间的这段管道上.总压设定值可直接在上位机设定(给定值)，通过通讯接口送给PL C.来自冲浆泵的浆料经过脉冲衰减器稳定后，以一定的流量送到流浆箱喷射出去.冲浆泵由异步电动机拖动，计算机根据总压的设定值、测量值，经过相应的控制处理后，给出控制信号(4～20mA )，通过变频器控制冲浆泵的转速.若总压的实际值低于给定值，则增大冲浆泵的转速，反之，则减小冲浆泵的转速，直至总压达到设定值.冲浆泵也可手动控制，即在人机界面上将对变频器的输出置于“手动”位置，直接控制冲浆泵的转速，如图4所示.
为使流浆箱的横向压力处处相等，在方锥管的出端设有回流，作用是保证支管浆流压头的稳定和浆料的均匀分布，同时避免在方锥总管末端存在死角，防止浆团聚集，排除气泡等.通过差压变送器测量方锥管的进、出口压差，根据压差自动调节回流侧阀门的开度使差压保持为零状态，这样可保证纸机横向布浆均匀.
2.4 电气控制
冲浆泵变频器的控制输入端可由信号电缆与可编程逻辑控制器PL C 的输出端连接,PL C 的输入端
・77・
陕西科技大学学报第26卷由接口板卡与工业控制计算机实现信号连接，并通过其多点接口网卡及信号电缆与设置在流浆箱上的压力变送器、温度变送器、网速传感器实现信号输入连接.
流浆箱控制系统电气信号连接参见图5，工业控制计算机与PL C 的CPU 端通过接口卡连接起来，实现现场工况监视和人机接口功能；风机变频器与罗茨风机之间、变频器与冲浆泵之间采用380V AC 三相四线制电气连接(U 、V 、W 、O )，也可省去中性线O ；网速输入信号和压力输入信号分别由网速传感器和压力变送器通过信号电缆送至PL C 的A I 端；为保证变频器正常工作，其输入端需要3种信号：频率输入(转速)信号(4～20mA )、变频器启动/停止信号(高低电平信号)和电机运行状态反馈信号(高低电平信号)，这3种信号是由信号电缆与PL C 的AO 、DO 、DI 端连接实现的
.
图4 水力式流浆箱总压控制系统 图5
水力式流浆箱控制系统电气信号连接图
图6 水力式流浆箱横向定量控制系统
3 横向定量控制
在抄纸生产工艺过程中，为了控制横向定量分布，水
力式流浆箱采用稀释水调节技术，在布浆器的入口加入
稀释白水控制单元，控制每个喷射管的流量，改变进入横
向分布头或流送管浆料的浓度，实现横向定量均匀分布,
即横向浆浓度改变，而流动速率保持不变.其控制原理如
图6所示.
白水池通常配有液位和压力变送器，以保持其在稀
释时液位和压力的稳定；压力控制阀与白水池内的压力
变送器构成单回路控制，当池内压力高时压力控制阀关
闭，低时打开；由浓度变送器来控制稀释白水，经可变速稀释泵后泵入稀释筛；稀释开关阀的作用是切断或者打开稀释白水进入稀释筛，正常工作时打开，冲洗稀释筛时关闭；冲水阀用于打开冲洗稀释筛的清水，正常工作时关闭，冲洗时打开；截止阀用于打开或关闭从稀释筛返回到白水池的稀释白水，对白水进行补充，以保证白水池内液位稳定；稀释筛用于过滤稀释白水中的纤维和其它杂物；注水阀用于调节进入各堰板的稀释水的流量大小；稀释头是稀释白水进入流浆箱各堰板的分配装置.图中的压力变送器、液位变送器、浓度变送器、差压变送器，主要是通过各工艺环节流程的控制，由检测、采样，经系统调节控制，满足生产工艺的要求.
白水经稀释水阀在管束与浆流混合，当需要稀释率变化时，只需改变稀释水量即可.提高横向上某区的稀释水，就降低了该区浓度.但若白水浓度超过一定范围，则横向定量控制水平也就降低.某区稀释率的变化，在定量控制曲线上就有像高斯型形态的曲线分布的变化，其响应的宽度比唇板调节的响应宽度窄得多，因此浓度的分布控制比唇板调节具有更好的控制性能.
・87・
第2期王蕾蕾等：水力式流浆箱的控制研究4 结束语
水力式流浆箱目前在国内应用较少，但随着纸机车速的提高，能够满足这种高速要求的流浆箱也只能非水力式莫属，其应用也会日益广泛，因此很有必要借助流体动力学理论，分析水力式流浆箱内的布浆元件、整流元件的流动特性以及唇口喷嘴的稳定性，对水力式流浆箱良好运行的工艺设计和装备制造进行深入研究.未来流浆箱的设计将会向着更有利于精确调节、完善控制的方向发展，而先进的设备往往需要先进的控制手段与之匹配，这就对智能化的控制提出了更高的要求.
参考文献
[1]汤伟，王孟效，李明辉.纸机流浆箱的控制综述[J ].陕西科技大学学报,2005,23(6):1292134.
[2]林美婵.流浆箱的设计与发展(中)[J ].国外造纸,1989,8(4):39244.
[3]肖宗亮.新型水力式流浆箱内浆料流动机理及数值模拟研究[D ].杭州：浙江大学硕士学位论文,2006.
[4]吴永铭，陈永俊.OptiFlo 白水稀释流浆箱的结构与控制[J ].中华纸业,2002,23(8):16219.
CONTROL AN D STU DY OF H YD RAU L IC HEADBOX
WAN G Lei 2lei 1,WAN G Meng 2xiao 2
(1.School of Electrical and Information Engineering ,Shaanxi University of Science &Technology ,Xi ′an 710021,China ;2.Shaanxi Measure &Control Engineering Co.,Ltd ,Xianyang 712081,China )
Abstract :It analyzes t he mechanism f unction of hydraulic headbox and kinds of interference factors of s stable running.G ive corresponding ways to solve t hem.To p ulse fluct uation ,use p ulse attenuation to eliminate t he effect ;to stabilize temperat ure ,const ruct temperat ure compensation cont rol system ;to pressure cont rol ,adopt differential pressure adjust ment tech 2nology ;to dist ributing cont rol in cross 2machine direction quantity ,employ dilute water ad 2just ment technology.Applying t hem to t he control of hydraulic headbox ,it can improve con 2t rol accuracy evidently and enhance t he rate of finished p roduct s and efficiency.
K ey w ords :hydraulic headbox ;p ulse attenuation ;temperat ure compensation ;p ressure con 2t rol ;cro ss 2machine direction quantity
(上接第74页)
STU DY ON CLARIFICATION OF MUNGBEAN
JUICE BY DIFFERENT METH ODS
L I Y i 2dang ,C H EN Xue 2feng ,BAN Li 2li ,L I Ming 2liang ,XIN G Jiang 2tao ,SUN Qing (School of Life Science and Engineering ,Shaanxi University of Science &Technology ,Xi ′an 710021,China )Abstract :The clarification experiment s of mungbean juice were conducted wit h nat ural clarifi 2cation met hod ,pectinase clarification met hod ,gelatin clarification met hod and tannin 2gelatin compound clarification met hod.The result shows t hat t he best condition is t hat add 0.015%of tannin ,0.01%of glutin into mungbean juice for clarification in t he p H of 3.5,t hen placed in 4℃for 6h could get limpid liquor.The transparence was 95.3%.
K ey w ords :clarification ;mungbean juice ;tannin 2gelatin ・97・
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议