книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

Р А З Д Е Л IV

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ ОТРАСЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 10. РЕГУЛЯТОРЫ КОНЦЕНТРАЦИИ И КОМПОЗИЦИИ МАССЫ

Классификация регуляторов концентрации и композиции массы.

Постоянство концентрации целлюлозной или бумажной массы — необходимое .условие для обеспечения нормального протекания многих технологических процессов целлюлозно-бумажного произ­ водства. Двухступенчатое и даже иногда трехступенчатое регули­ рование концентрации бумажной массы с установкой регуляторов как в размольном отделе, так и непосредственно перед бумагоде­ лательной машиной обеспечивает выработку бумаги, однородной по массе 1 м2 и другим свойствам.

В процессе подготовки бумажной массы для изготовления из нее бумаги большое значение имеет правильная дозировка и сме­ шение отдельных волокнистых материалов и рабочих растворов клея, глинозема, наполнителей и красителей. Эти операции осу­ ществляются при помощи регуляторов композиции и дозаторов. Дозировка производится по объему, поэтому особое значение при­ обретает предварительное регулирование концентрации этих ве­ ществ.

Правильность измерений концентрации массы в значительной мере зависит от постоянства размеров влияющих физических ве­ личин (содержания лигнина, степени размола, температуры, pH), а также от многих других факторов (породы древесины; характера волокон; вида массы — древесная, целлюлозная; способа варки; наполнителей— каолин, клей, краски; состояния массы — в покое, масса только что смешана, скорость потока неравномерная и т. д.).

Однородность массы не является постоянной: волокна могут распределяться равномерно или же флокулироваться, образуя крупные или мелкие сгустки; вода может отделяться и образовы­ вать смазывающий слой, влияющий на поверхностное трение.

189

Результаты измерения зависят также от того, производится ли оно непосредственно после варки или же целлюлоза высушена и снова распущена. На правильность измерений влияет и то, что отводимый к измерителю концентрации поток массы (с возвра­ том в метальный бассейн) нередко отличается от исходного потока.

Степень воздействия влияющих физических величин на разные методы измерения концентрации неодинакова. В каждом отдель­ ном случае перед пуском измерителя концентрации в постоянную эксплуатацию производится его наладка для выявления степени воздействия влияющих физических величин с целью разработки способов полной компенсации или уменьшения влияния этих воз­ действий. После окончания наладки при неизменных условиях эксплуатации регуляторы концентрации способны поддерживать концентрацию массы с большой точностью. Заметим, что хорошее качество регулирования достигается при условии понижения концентрации'не более чем на 0,5%. При необходимости более значи­ тельных понижений концентрации последовательно устанавлива­ ются два или три регулятора.

К измерителям концентрации массы предъявляются следующие требования: высокая избирательная чувствительность к содержа­ нию волокнистых материалов в массе и в то же время низкая чувствительность к степени размола, температуре, скорости потока и другим влияющим физическим величинам; первичный измери­ тельный преобразователь устанавливается на линии полного по­ тока массы, а не на отводимом потоке, показатели которого часто не соответствуют показателям основного потока; минимальное за­ паздывание выходного сигнала (несколько секунд), для чего пер­ вичный измерительный преобразователь имеет конструкцию, допу­ скающую установку его в массопроводе непосредственно после разбавления или смешивания; высокая надежность измерительной системы, в частности стойкость чувствительного элемента против ударов сгустков массы, гидравлических ударов и т. п.

Многочисленные разновидности автоматических измерителей концентрации древесной, целлюлозной или бумажной массы в за­ висимости от принципа их действия можно разделить на следую­ щие группы:

а) измерители, основанные на зависимости между кинематиче­ ской вязкостью и концентрацией массы; на этом принципе осно­ ваны многие измерители концентрации: поплавковые, с фрикци­ онной изогнутой трубкой, с вращающимися ротором и др.;

б) измерители, основанные на зависимости падения давления на прямолинейном участке массопровода от концентрации массы при постоянной скорости потока;

в) измерители, основанные на зависимости от концентрации поглощения или отражения массой ультразвуковых электромагнит­ ных колебаний или радиоактивных излучений;

г ) .измерители, основанные на зависимости скорости обезв живания массы от ее концентрации.

190

Ультразвуковые или радиоактивные измерители концентрации применяются крайне редко. Так, коэффициент затухания ультра­ звуковых колебаний в массе в значительной мере зависит от свойств разбавляющей воды, ее температуры и содержания воз­ духа и наполнителя в массе.

Измерители концентрации по скорости обезвоживания массы имеют первичный измерительный преобразователь-сгуститель, в ко­ тором пьезометрическим методом измеряется уровень массы в за­ висимости от концентрации. Через первичный измерительный преоб­ разователь создается постоянный по размеру расход массы. Пре­ делы измерения от 0,1 до 1,5% массовой концентрации. Этот при­ бор изготовляется в ГДР.

Обычно измерители концен­ трации применяются в виде регу­ ляторов, для чего каждый из них конструктивно имеет выход для подключения пневматического, электрического, гидравлического или комбинированного регули­ рующего устройства.

Автоматические регуляторы композиции бумажной массы яв­ ляются регуляторами соотноше­ ния. Для поддержания нужной композиции широко применяются дозаторы с напорными ящиками.

Регулятор концентрации массыпоплавкового типа. Регулятор концентрации массы с плоским поплавком изображен на рис. 70.

Принцип действия этого регу­ лятора основан на том, что масса, стекая по наклонному желобу, образует поток различной тол­

щины в зависимости от ее кинематической вязкости, что в свою очередь зависит от концентрации.

Чем выше концентрация массы, тем больше будет кинематиче­ ская вязкость и толщина слоя массы, текущей по желобу регу­ лятора.

Масса из мешального бассейна центробежным насосом пода­ ется в деревянный напорный ящик 2 регулятора, откуда часть массы через специальное узкое отверстие 3 перетекает в правое

191

отделение ящика 1. Здесь масса поступает ровным слоем на дере­ вянный желоб 4, откуда стекает вниз и через отверстие в дне ящика 1 удаляется самотеком из регулятора опять в бассейн.

В желобе 4 расположен медный поплавок 6, укрепленный шар­ нирно на промежуточной стенке ящика. При отсутствии массы в ящике 1 регулятора поплавок лежит на желобе, а при наличии потока массы занимает положение в зависимости от высоты уровня массы в ^желобе. Так как уровень массы в желобе зависит от кон­ центрации, то и положение плавающего поплавка определяется этой же зависимостью. При густой массе поплавок всплывает выше, чем при жидкой.

' Поплавок посредством тяги 8 связан с рычагом 7. Последний в свою очередь соединен тягой 9 с электроконтактным устройством электрического исполнительного механизма. Посредством цепи 5 исполнительный механизм поворачивает рычаг 10 регулирующего органа 11 на трубе с оборотной водой. Если концентрация массы велика по сравнению с заданной, то регулирующий орган приот­ крывается и расход оборотной воды, поступающей для разбавле­ ния массы, увеличивается. Масса становится более жидкой, т. е. ее концентрация уменьшается. Это приводит к уменьшению кине­ матической вязкости массы и толщины слоя в желобе 4, вследст­ вие чего поплавок 6 опускается и регулирующий орган И приот­ крывается до тех пор, пока концентрация массы не достигнет за­ данного значения.

Длину тяг 8 и 9 можно изменять, что позволяет настраивать регулятор на нужную концентрацию массы. Наклон желоба 4 также может быть изменен для обеспечения устойчивости системы регулирования.

По характеристике действия этот регулятор является интеграль­ ным. Объектом регулирования является участок трубопровода от точки смешения массы и воды до индикаторного ящика 1 регуля­ тора. Основным возмущающим воздействием является изменение концентрации массы в бассейне, а регулирующим — увеличение или уменьшение подачи оборотной воды на разбавление массы.

Кроме основного, на работе регулятора будет сказываться ряд

а следовательно, расход массы, поступающей на смешение с обо­ ротной водой. При изменении давления оборотной воды или ее концентрации изменяется степень разбавления массы. Любое изменение вручную положения задвижек на линиях массы или обо­ ротной воды также приводит к возмущению процесса регулиро­ вания.

Для исключения возможности возникновения некоторых из пе­ речисленных возмущений следует стабилизировать уровень массы в бассейне и давление в линии оборотной воды, для чего необхо­ димо установить соответствующие регуляторы.

Данный объект регулирования одноемкостный с самовыравниваішем и с небольшим транспортным запаздыванием.

192

Мгновенные изменения концентрации массы, поступающей в бассейн, не превышают 0,5%, а емкость бассейнов обычно зна­ чительно превышает расход массы, поэтому концентрация удаля­ емой из бассейна массы меняется очень медленно. Учитывая на­ личие самовыравнивания и незначительность транспортного запаз­ дывания, эти автоматические регуляторы широко используют на целлюлозно-бумажных предприятиях для регулирования концент­ рации массы. Однако эти регуляторы, как и другие интегральные регуляторы, не могут обеспечить необходимого качества регулиро­ вания при минимальных размерах емкости бассейнов, т. е. при высокой скорости возмущающих воздействий. В этом случае над­ лежит применять ПИ- и ПИД-ре- гуляторы.

Регулятор концентрации мас­ сы с фрикционной трубкой. Регу­ лятор концентрации массы с изо­ гнутой фрикционной трубкой изо­ бражен на рис. 71.

Действие этого регулятора ос­ новано на том, что масса с раз­ личной концентрацией, обладая различной в зависимости от кон­ центрации кинематической вяз­ костью, при прохождении через изогнутую трубку встречает и преодолевает различное сопро­ тивление: при увеличении кон­ центрации массы сопротивление ее проходу через трубку воз­ растает. Для преодоления этого сопротивления требуется вводить массу в трубку под соответствую­ щим гидростатическим давле­ нием. Отсюда следует, что уро­

вень массы в камере 1 над изогнутой трубкой будет различным: чем больше концентрация массы, тем выше будет уровень массы в этой камере.

Накапливающаяся в камере 1 масса своим весом воздействует на рычаг 2, заставляя его наклоняться правым плечом. При этом левое плечо воздействует на электроконтактное устройство, вклю­ чающее электрический исполнительный механизм регулятора. В результате регулирующий орган приоткрывается и масса начи­ нает разбавляться оборотной водой до необходимой концентрации.

Масса из мешального бассейна центробежным насосом пода­ ется по трубе 3 в напорный ящик 4 регулятора, где уровень ее поддерживается переливом через стенку. Из напорного ящика масса самотеком по трубе 5 поступает в камеру 1, а отсюда сте­ кает по изогнутой трубке 7 в сборный ящик 6 и далее по спускной трубе 8 в мешальный бассейн.

Камера 1 в точке 9 подвешена к рычагу 2, поворачивающемуся на оси 11. При повороте рычаг 2 через тягу 12, коленчатый рычаг 13 и штангу 14 воздействует на пускатель исполнительного меха­ низма, а последний после включения поворачивает шпиндель 15 регулирующего органа. Двигатель 16 исполнительного механизма посредством диска 17 с эксцентриком медленно качает вилку 18. При повороте рычага 2 храповое колесо 19 сцепляется с правым или левым стержнем вилки 18, вследствие чего регулирующий ор­ ган 2 открывается или закрывается. Если регулирующий орган открывается, то по трубе 10 поток оборотной воды для разбавле­ ния массы увеличивается, в силу чего концентрация массы умень­ шается. Это приводит к возрастанию скорости прохождения массы по изогнутой трубке 7, вследствие чего уровень массы в ка­ мере 1 снижается. В связи с уменьшением веса массы в камере 1 правое плечо рычага 2 под действием груза 21 поднимается, что приводит к повороту шпинделя регулирующего органа 20 в обрат­ ную сторону, т. е. в сторону закрытия.

По характеристике действия регулятор, как и предыдущий, яв­ ляется интегральным. Однако регуляторы концентрации с изогну­ той фрикционной трубкой менее совершенны, чем регуляторы с плоским поплавком. Недостатки их заложены в самом принципе их действия. При отклонении концентрации массы от задания из­ меняема сила трения массы о стенки изогнутой трубки, но измеінившаяся сила трения, зависящая от кинематической вязкости и концентрации массы, непосредственно не действует на исполни­ тельный механизм и далее на перестановку регулирующего органа. В приборе в результате изменения силы трения массы о стенки становится тяжелее или легче камера с массой. Но тот же эффект возникает при выработке бумаги с наполнением при колебаниях количества каолина в массе, а также при колебаниях в подаче массы от нарушения электрического режима работы электродви­ гателя (изменение частоты и пр.). Напорный ящик перед регули­ рующим устройством при колебаниях подачи массы, как показы­ вает опыт, не может полностью компенсировать неравномерности

вращающегося ротора предназначен для непрерывного измерения, записи и автоматического регулирования концентрации водных суспензий бумажной, древесной и целлюлозной массы. В комплект регулятора входят концентратомер, состоящий из приемного бака с передающим измерительным преобразователем и показывающего и записывающего первичного измерительного прибора, а также электронное или пневматическое регулирующее устройство. Диа­ пазон измерения и регулирования составляет 0,5—5% массовой концентрации.

Принцип действия концентратомера основан на зависимости сопротивления вращению чувствительного элемента, выполненного в виде удлиненного и частично погруженного в массу конуса со

194

слегка изогнутой образующей, от ее кинематической вязкости, в свою очередь зависящей от концентрации.

На рис. 72 изображен приемный бак с измерительным и пере­ дающим преобразователями концентратомера с постоянным числом оборотов вращающегося ротора.

Чувствительным элементом концентратомера является рифле­ ная конусная насадка 1, изготовленная из органического стекла или винипласта. Она приводится во вращение синхронным элект­

в развилке которого шарнирно закреплен плунжер (сердечник) 5 дифференциально-трансформаторной дистанционной передачи по­ казаний на первичный измерительный прибор любой модификации, ход плунжера контрольного преобразователя которого составляет от 5 до 7 мм.

При повороте корпуса электродвигателя плунжер 5 занимает в катушке 6 положение, пропорциональное концентрации массы. Для установки нижнего предела поддиапазона измерений катушка 6 закреплена на основании 7, которое при наладке прибора может

быть перемещено по дуге окружности с последующей фиксацией положения винтами 8.

Индукционные катушки передающего преобразователя и пер­ вичного измерительного прибора имеют первичную и вторичную обмотки, причем вторичная обмотка состоит из двух секций, вклю­ ченных встречно. Первичные обмотки катушек соединены последо­ вательно и питаются от одной из обмоток силового трансформа­ тора электронного усилителя первичного измерительного прибора. Вторичные обмотки этих катушек соединены по дифференциально­ трансформаторной схеме и включены на вход электронного, усили­ теля.

При наличии переменного тока в первичных обмотках во вто­

При рассогласованных положениях плунжеров в катушках на­ пряжения, индуктируемые во вторичных обмотках, будут неравны и на вход усилителя первичного измерительного прибора будет подаваться напряжение, равное разности указанных напря­ жений, размер и фаза которого зависят от размера и направ­ ления действия напряжения рассогласования. Это переменное на­ пряжение, усиленное электронным усилителем, заставляет вра­ щаться реверсивный двигатель. Двигатель посредством кулачка перемещает плунжер в катушке первичного измерительного при­ бора до момента согласования положения плунжеров в обоих ка­ тушках, т. е. до получения равенства напряжений, индуктируемых во вторичных обмотках катушек.

Таким образом, каждому положению плунжера передающего преобразователя, определяемому значением концентрации массы, соответствуют определенное симметричное положение плунжера в катушке первичного измерительного прибора и определенное по­ ложение кинематически связанной с плунжером стрелки прибора относительно шкалы.

При наладке концентратомера может появиться необходимость корректировки показаний первичного измерительного прибора в соответствии с действительным значением контролируемой кон­ центрации массы. В этом случаеГЛэдновременное смещение нижнего и верхнего пределов измерения концентрации для расширения или сужения угла перемещения стрелки производится либо измене­ нием степени погружения конической насадки в массу, либо пере­ мещением точки закрепления чувствительного элемента на упру­ гом подвесе. Увеличение глубины погружения насадки или длины упругого подвеса приводит к сужению угла перемещения стрелки первичного измерительного прибора. Для установки требуемой глубины погружения насадки на корпусе 9 передающего преобра­ зователя имеется винтовая нарезка. Глубина погружения насадки контролируется по специальной шкале.

Приемный бак состоит из двух концентрично расположенных цилиндров — труб 10 и 11, скрепленных между собой тремя реб­

196