[发明专利]带有多个传感器阵列的工业辊

说明书

相关申请

本申请要求2010年6月4日提交的美国临时专利申请No.61/351,499的优先权，该临时申请的全部内容结合于此。

技术领域

本发明涉及工业辊，更特别地涉及用于造纸的辊。

背景技术

在通常的造纸工艺中，纤维素纤维的水浆或悬浮液(通常称为造纸“原料”)被供给到在两个或更多个辊之间行进的织物网带和/或合成材料的环形带的上行侧(upper run)的顶部上。通常被称作“成形织物”的带在其上行侧的上表面上提供造纸表面，该上行侧的上表面用作将造纸原料的纤维素纤维从水介质中分离从而形成湿纸幅的过滤器。通过重力或者位于织物上行侧(即“机器侧”)的下表面上的真空，将水介质通过成形织物的网眼(通常称为排水孔)排出。

在离开成形部之后，纸幅被传递到造纸机的压榨部，在该处纸幅穿过一个或多个覆盖有另一织物(通常称为“压毡”)的压榨机(通常为辊压机)的辊隙。来自压榨机的压力将多余的水分从纸幅中去除；水分的去除通常通过压毡上的“毛毡”层来增强。然后纸张被传递到干燥部以进一步去除水分。在干燥之后，纸张准备好二次处理和包装。

圆柱形辊通常用在造纸机的不同部中，例如压榨部。这种辊在苛刻的环境条件中存在和操作，在该环境条件中它们可能暴露于高的动态负荷和温度以及侵蚀性或腐蚀性化学试剂。举例来说，在典型的造纸厂中，辊不仅用于在处理站之间传输纤维纸幅薄片，而且在压榨部和砑光辊的情况下，用来将纸幅薄片本身加工成纸张。

通常需要牢记辊在造纸机内的位置来构造用于造纸的辊，这是因为处于造纸机内不同位置的辊需要执行不同的功能。因为造纸辊可能具有很多不同的性能要求，并且因为替换整个金属辊会相当昂贵，所以很多造纸辊包括聚合物封套，其围绕通常为金属的芯部的圆周表面。通过改变封套所采用的材料，封套设计者可以根据造纸应用需求来为辊提供不同的性能特点。而且，相比于替换整个辊，修理、再次研磨或替换金属辊上的封套会相当地便宜。用于封套的示例性的聚合物材料包括天然橡胶、合成橡胶，比如氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯(SBR)、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯(“CSPE”-也公知为DuPont(杜邦)的商标HYPALON)、EDPM(由乙烯-丙烯二烯单体所形成的乙烯-丙烯三元共聚物的名称)、聚氨酯、热固性复合材料，以及热塑性复合材料。

在很多情况下，辊封套将包括至少两个不同的层：基层，其覆盖芯部并提供与其的接合；以及顶层(topstock layer)，其覆盖并接合至基层并且用作辊的外表面(一些辊还将包括夹在基层和顶层之间的中间“结合”层)。通常选择这些材料的层来为封套提供用于操作的物理性能的规定设置。这些物理性能的规定设置包括必要的强度、弹性模量，以及对高温、水和有害的化学物质的抵抗力，以承受得住造纸环境。另外，封套通常被设计成具有适合于其所要执行的工序的预定表面硬度，并且它们通常要求纸张从封套“释放”而不会对纸张造成损伤。而且，为了节约，封套应当是耐剥蚀和耐磨损的。

当纸幅被传送通过造纸机时，了解纸幅所经受的压力分布可能是非常重要的。压力变化会影响从纸幅排出的水量，这会影响最终的纸张水分含量、厚度和其它性能。因此，用辊施加的压力大小可能影响造纸机所生产的纸的质量。

辊的其它性能也很重要。例如，辊封套在机器横向上经受的应力和应变能提供有关封套的耐用性和尺寸稳定性的信息。另外，辊的温度分布会有助于识别封套的潜在问题区域。

已知在工业辊的封套中包括压力和/或温度传感器。例如，Moschel等人的美国专利No.5,699,729描述了一种具有螺旋形布置的导引线的辊，其包括嵌入辊的聚合物封套中的多个压力传感器。传感器是螺旋形布置的，从而可以在沿辊的长度上提供不同轴向位置的压力读数。通常传感器由向处理器传送传感器信号的信号载送元件连接，其中处理器处理这些信号并提供压力和位置信息。

更具体地，当每个传感器经过辊隙时，传感器被加载并发射信号，然后在经过辊隙后传感器被卸载。但是，传感器是由信号载送元件串联连接的，并且如果一个以上的传感器同时通过辊隙，那么传感器信号可以相互重叠或叠加。因此，在特定的应用中，系统可能不会生成准确的压力分布。

传感器信号会在扩展辊隙或宽辊隙应用中重叠。例如，工业辊可以相对于配合结构进行设置，例如靴形压榨机的靴，从而形成相对宽的辊隙。在这种情况下，至少邻近的传感器可同时位于辊隙中，而这会导致错误的测量。