[发明专利]带有用于检测操作参数的传感器的真空辊

说明书

一种工业用辊包括：大致圆筒形的壳，其具有外表面和内腔；聚合物外罩，其周向地覆在壳外表面上，其中，壳和外罩具有提供腔与大气之间的流体连通的多个通孔；以及感测系统。所述感测系统包括：嵌在外罩中的多个传感器，所述传感器被配置成感测辊的操作参数并提供与操作参数有关的信号；与传感器中的至少一个连接的至少一个信号承载构件，其中，所述信号承载构件包括与壳和外罩的一些通孔至少部分地对齐的开口；以及与传感器操作性地相关联的处理器，其处理由传感器提供的信号。

相关申请

本申请要求2014年9月12日提交的美国临时专利申请No. 62/049,600和2015年5月29日提交的美国临时专利申请No. 62/168,362的优先权和权益，所述申请的全部公开内容特此通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及工业用辊，且更具体地涉及用于造纸的辊。

背景技术

在许多工业应用（尤其是与造纸有关的那些工业应用）中利用圆筒形辊。这样的辊通常在苛刻的环境中采用，其中所述辊能够暴露于高动态载荷和温度以及侵略性或腐蚀性化学试剂。作为示例，在通常的造纸厂中，辊不仅被用于在处理站之间运输纤维幅页（fibrous web sheet），而且在压榨部段和压光辊的情况下用于将幅页本身处理成纸。

造纸机可包括一个或多个真空辊，所述真空辊放置在机器内的各种位置处以从带（诸如压榨毛毯）和/或纤维幅吸取湿气。每个真空辊通常由被聚合物外罩覆盖的金属壳建构成，并且所述聚合物外罩带有径向延伸穿过其的多个孔。用位于真空辊壳的内部中的吸入箱来施加真空压力。水被吸入径向延伸的孔内，且或者在其离开吸入区之后从孔被离心地驱动，或者通过适当的流体导管或管道从真空辊壳的内部被运输。通常由多位钻以网格状图案形成孔，所述多位钻一次形成一排多个孔（例如，钻一次可形成五十个对齐的孔）。在许多网格图案中，孔被布置成使得孔的行与列与辊的纵向轴线成斜角。

当纸幅被输送通过造纸机时，了解纸幅所经历的压力分布能够是非常重要的。压力的变化能够影响从纸幅排出的水的量，其能够影响最终纸页的湿气含量、厚度和其它性质。因此，用真空辊施加的压力的大小能够影响用造纸机制造的纸的品质。

真空辊的其它性质也能够是重要的。例如，辊外罩沿纸机横向方向（crossmachine direction）经历的应力与应变能够提供关于外罩的耐久性和尺寸稳定性的信息。此外，辊的温度分布能够辅助识别外罩的潜在问题区域。

众所周知，在工业用辊的外罩中包括压力和/或温度传感器。例如，Moschel等人的美国专利No. 5,699,729描述了带有螺旋安置的纤维的辊，其包括嵌在辊的聚合物外罩中的多个压力传感器。然而，上述类型的真空辊提出了常规辊所不具有的技术挑战。例如，真空辊孔图案常常被设计成有足够的密度使得一些孔将覆在传感器的数个部分上。常规地，在应用聚合物外罩之前将传感器和伴随的信号载体（例如，光纤或电缆）应用于金属壳，且在应用和固化外罩之后钻取真空孔。因此，以常规方式在外罩中钻取孔将几乎必然地损坏传感器，并且很可能损坏信号载体。而且，在外罩的固化期间，聚合物材料时常在芯部略微移动，且相应地可使信号载体和传感器的位置移动；因此，不总是可能精确地确定外罩下方的信号载体和传感器的位置，且移动的芯部可使传感器或信号载体运动到直接在孔下方的位置。此外，通常地，光纤具有相对高的最小弯曲半径以实现合适的性能；因此，如果采用光纤作为信号载体，那么尝试在辊中的预期孔之间编织光纤可导致光纤内的不可接受的光传输。