[發明專利]帶有多個傳感器陣列的工業輥

有效

• 申請號: 201110205101.9
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102345242A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: E·J·古斯塔夫森;S·里夫斯;K·帕克
• 申請（專利權）人: 斯托·伍德沃德許可有限責任公司
• 主分類號: D21F3/02
• 分類號: D21F3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元;王忠忠

相關申請

本申請要求2010年6月4日提交的美國臨時專利申請No.61/351,499的優先權，該臨時申請的全部內容結合于此。

技術領域

本發明涉及工業輥，更特別地涉及用于造紙的輥。

背景技術

在通常的造紙工藝中，纖維素纖維的水漿或懸浮液(通常稱為造紙“原料”)被供給到在兩個或更多個輥之間行進的織物網帶和/或合成材料的環形帶的上行側(upper?run)的頂部上。通常被稱作“成形織物”的帶在其上行側的上表面上提供造紙表面，該上行側的上表面用作將造紙原料的纖維素纖維從水介質中分離從而形成濕紙幅的過濾器。通過重力或者位于織物上行側(即“機器側”)的下表面上的真空，將水介質通過成形織物的網眼(通常稱為排水孔)排出。

在離開成形部之后，紙幅被傳遞到造紙機的壓榨部，在該處紙幅穿過一個或多個覆蓋有另一織物(通常稱為“壓氈”)的壓榨機(通常為輥壓機)的輥隙。來自壓榨機的壓力將多余的水分從紙幅中去除；水分的去除通常通過壓氈上的“毛氈”層來增強。然后紙張被傳遞到干燥部以進一步去除水分。在干燥之后，紙張準備好二次處理和包裝。

圓柱形輥通常用在造紙機的不同部中，例如壓榨部。這種輥在苛刻的環境條件中存在和操作，在該環境條件中它們可能暴露于高的動態負荷和溫度以及侵蝕性或腐蝕性化學試劑。舉例來說，在典型的造紙廠中，輥不僅用于在處理站之間傳輸纖維紙幅薄片，而且在壓榨部和砑光輥的情況下，用來將紙幅薄片本身加工成紙張。

通常需要牢記輥在造紙機內的位置來構造用于造紙的輥，這是因為處于造紙機內不同位置的輥需要執行不同的功能。因為造紙輥可能具有很多不同的性能要求，并且因為替換整個金屬輥會相當昂貴，所以很多造紙輥包括聚合物封套，其圍繞通常為金屬的芯部的圓周表面。通過改變封套所采用的材料，封套設計者可以根據造紙應用需求來為輥提供不同的性能特點。而且，相比于替換整個輥，修理、再次研磨或替換金屬輥上的封套會相當地便宜。用于封套的示例性的聚合物材料包括天然橡膠、合成橡膠，比如氯丁橡膠、苯乙烯-丁二烯(SBR)、丁腈橡膠、氯磺化聚乙烯(“CSPE”-也公知為DuPont(杜邦)的商標HYPALON)、EDPM(由乙烯-丙烯二烯單體所形成的乙烯-丙烯三元共聚物的名稱)、聚氨酯、熱固性復合材料，以及熱塑性復合材料。

在很多情況下，輥封套將包括至少兩個不同的層：基層，其覆蓋芯部并提供與其的接合；以及頂層(topstock?layer)，其覆蓋并接合至基層并且用作輥的外表面(一些輥還將包括夾在基層和頂層之間的中間“結合”層)。通常選擇這些材料的層來為封套提供用于操作的物理性能的規定設置。這些物理性能的規定設置包括必要的強度、彈性模量，以及對高溫、水和有害的化學物質的抵抗力，以承受得住造紙環境。另外，封套通常被設計成具有適合于其所要執行的工序的預定表面硬度，并且它們通常要求紙張從封套“釋放”而不會對紙張造成損傷。而且，為了節約，封套應當是耐剝蝕和耐磨損的。

當紙幅被傳送通過造紙機時，了解紙幅所經受的壓力分布可能是非常重要的。壓力變化會影響從紙幅排出的水量，這會影響最終的紙張水分含量、厚度和其它性能。因此，用輥施加的壓力大小可能影響造紙機所生產的紙的質量。

輥的其它性能也很重要。例如，輥封套在機器橫向上經受的應力和應變能提供有關封套的耐用性和尺寸穩定性的信息。另外，輥的溫度分布會有助于識別封套的潛在問題區域。

已知在工業輥的封套中包括壓力和/或溫度傳感器。例如，Moschel等人的美國專利No.5,699,729描述了一種具有螺旋形布置的導引線的輥，其包括嵌入輥的聚合物封套中的多個壓力傳感器。傳感器是螺旋形布置的，從而可以在沿輥的長度上提供不同軸向位置的壓力讀數。通常傳感器由向處理器傳送傳感器信號的信號載送元件連接，其中處理器處理這些信號并提供壓力和位置信息。

更具體地，當每個傳感器經過輥隙時，傳感器被加載并發射信號，然后在經過輥隙后傳感器被卸載。但是，傳感器是由信號載送元件串聯連接的，并且如果一個以上的傳感器同時通過輥隙，那么傳感器信號可以相互重疊或疊加。因此，在特定的應用中，系統可能不會生成準確的壓力分布。

傳感器信號會在擴展輥隙或寬輥隙應用中重疊。例如，工業輥可以相對于配合結構進行設置，例如靴形壓榨機的靴，從而形成相對寬的輥隙。在這種情況下，至少鄰近的傳感器可同時位于輥隙中，而這會導致錯誤的測量。