從紙漿動量回收能量的渦輪機控制系統的製作方法

2023-07-07 20:26:11

本發明總體上涉及回收製造紙製品過程中使用的能量。

背景技術：

紙、薄紙、板和其它基於纖維素的產品通常由懸浮液(例如，纖維素在水中的懸浮液，下文稱為：紙漿(stock))製造而成。流漿箱可以在圍繞導輥被驅動的成形網(例如，多孔金屬絲網或布)的環與通常圍繞成形輥被驅動的織物(例如，氈或另一種成形網)的環之間注射紙漿。施加到紙漿的力(例如，通過流漿箱、成形網、織物或輥)使得水穿過成形網，以在成形網與織物之間形成纖維素網。

在紙漿穿過成形網時大量高速的水從紙漿噴出。從這樣的紙漿回收能量可以提高造紙效率。美國專利No.6,398,913描述了一種用於在造紙機成形部中回收能量的布置和方法，其中通過驅動發電機的渦輪機回收傳遞到紙漿的動能。提高能量回收裝置的可靠性和/或效率可以減少物主的總體成本並且降低造紙過程中的能量損耗。

技術實現要素：

在造紙機的成形部傳遞給紙漿的動能可以用能量回收裝置回收。能量回收裝置可以包括渦輪機(例如Banki、Kaplan、Francis或者Pelton渦輪機)。渦輪機可以聯接到電馬達，電馬達可以在第一時間作為馬達運行，在第二時間作為發電機運行。當水穿過成形網進行噴射時，可以用導板將水引導到渦輪機。噴射的水可以使渦輪機旋轉，從而驅動馬達產生電功率。

功率控制系統(PCS)可以配置成通過控制電庫/源與馬達之間的電功率的流動來控制馬達的速度(並且通過擴展控制渦輪機的速度)。PCS可以用變頻器(例如當使用交流(A/C)馬達時)控制電力的流動。PCS可以用功率轉換器(例如當使用直流(D/C)馬達時)控制電力的流動。一些實施例包括在A/C電力與D/C電力之間轉換的逆變器。

可以控制馬達(例如通過改變由馬達驅動的負載)使得渦輪機以有效產生電功率的具體每分鐘轉數(rpm)旋轉馬達。通過將渦輪機的切向速度控制為衝擊渦輪機的過濾紙漿的速度的期望部分，可以將從過濾紙漿到渦輪機的動量的機械傳遞最大化。可以控制渦輪機以流出流漿箱的紙漿的「噴射」速度的期望部分來旋轉，該速度的期望部分可以是流漿箱的壓力和出口尺寸的函數。在一些情況下，可以控制渦輪機以成形輥的速度的期望部分旋轉(例如實現與成形輥的切向速度有關的渦輪機的特定切向速度)。功率控制系統可以配置成將渦輪機的切向速度控制成在噴射速度的大約20％-70％之間，包括30％-60％之間，包括35％-50％之間。

通過設計系統使得當渦輪機葉片對於進入的噴射以機械高效的速度運動時馬達以電高效的rpm旋轉，可以最大化能量轉換(從注射紙漿的能量到庫/源處的電流)的總效率。

在一些實施例中，可以設計馬達參數(規定速度、極數)、幾何因素(成形輥直徑、渦輪機直徑、渦輪機與馬達之間的嚙合)和工藝因素(成形輥切向速度、渦輪機切向速度、紙漿注射速率、紙漿體積流率等)的合適組合以配合使效率和可靠性最大化。該組合可以導致馬達以電高效的rpm旋轉，同時渦輪機以切向速度旋轉，該切向速度使從衝擊水到渦輪機的動量傳遞最大化。優選地，選擇各種參數(例如，渦輪機與馬達之間的嚙合、渦輪機直徑等，或者甚至設計消除嚙合的需要)使得當渦輪機以切向速度旋轉時，馬達以被設計(以作為馬達運行)的rpm旋轉，該切向速度是接近水進入渦輪機的速度的50％(例如+/-5％，諸如40％-50％)。功率控制系統可以確保在操作期間各種速度保持在其最佳的值。

通過使用馬達作為發電機，控制馬達以效率高時的期望rpm旋轉，並且設計系統使得當馬達以電高效的rpm運行時渦輪機也以機械高效的rpm旋轉，可以最大化總的能量轉換效率。控制馬達的rpm(在將其作為發電機運行時)可以使得能夠使用設計成電馬達的裝置(而不是設計成發電機本身的裝置)。這樣的系統可以提供高效率，並且可以以比之前的系統更低的總成本實施。可以用馬達而不是發電機來提高客戶採用率。電馬達可以具有期望的馬達rpm，尤其是其發電效率優選接近最大時的rpm。渦輪機和馬達可以配置(例如用渦輪機直徑、噴射速度、成形輥速度，渦輪機與馬達之間的聯接等)成使得當渦輪機的切向速度在噴射速度的大約20％-70％之間，包括在30％-60％之間，包括在35％-50％之間時，電馬達以期望馬達rpm的30％之內，包括在20％之內，尤其在10％之內，包括在5％之內的rpm旋轉。期望馬達rpm可以是馬達的標準運行速度。功率控制系統可以配置成控制馬達的速度使得實際馬達rpm與期望馬達rpm(例如標準運行速度)之間的偏離不超過期望馬達rpm的20％，包括10％，包括5％。在一些實施例中，噴射速度是大約13-40m/s，尤其是17-37m/s，尤其是23-36m/s。方法可以包括根據衝擊渦輪機的白水流的進入速度來控制渦輪機的切向速度以最大化能量回收的效率，尤其是將渦輪機的切向速度保持在白水流的進入速度的大約30％與60％之間。進入速度可以在流漿箱噴射的水的噴射速度和/或成形輥的切向速度的大約70％至90％之間，包括75％至85％之間，包括大約77％至83％之間。

通常，計算機輔助設計(CAD)和建模(例如有限元建模(FEM))工具可以用於模擬運行，使得可以預測進入白水的速度(從成形網進入到渦輪機的速度)。白水速度可以通常在噴射速度的70％與90％之間，包括75％與85％之間，包括78％與82％之間。基於預測的進入白水速度、預測的渦輪機速度(根據該白水速度)和得到的能量回收效率，裝置可以被設計(例如選擇渦輪機半徑)為具有最佳能量回收。在一些情況下，可以進行渦輪機速度(例如通過馬達速度的控制)的精細調節(與來自渦輪機的電力的測量配合)以「精細調整」能量回收(例如最大化獲取能量的效率)。在實施例中，流漿箱以噴射速度噴射紙漿，噴射速度在大約25m/s與34m/s之間，包括大約27m/s與32m/s之間。在實施例中，流漿箱以噴射速度噴射紙漿，噴射速度在大約13m/s與40m/s之間，包括大約17m/s與37m/s之間，包括大約23m/s與36m/s之間。功率控制系統可以配置成將渦輪機的切向速度控制在噴射速度的大約20％-70％之間，包括30％-60％之間，包括35％-50％之間。功率控制系統可以配置成將渦輪機的切向速度控制在大約9m/s與15m/s之間，包括大約10m/s與14m/s之間，包括大約11m/s與13m/s之間。

在一些情況下，可以驅動馬達以在使用之前(例如在從流漿箱注射紙漿之前)「加速」渦輪機，這會減小對渦輪機的損害和/或磨損。可以控制馬達響應于振動(例如來自振動傳感器)而調整渦輪機速度，如果組件正在振動、共振或者另外地處於在特定速度下受損的危險，則加速或減慢渦輪機。

某些實施例包括聯接到馬達的渦輪機，馬達配置成驅動渦輪機(例如啟動渦輪機)。聯接到電庫/源的功率控制系統控制電功率到馬達的流動，電功率驅動渦輪機。一些實施例包括傳感器，一些實施例不包括傳感器。

各方面提供用於從造紙機的成形部回收能量的裝置。造紙機可以包括圍繞導輥而被驅動的成形網環，圍繞成形輥而被驅動的織物環，和配置為將紙漿注射到由成形網和織物環形成的移動夾層中的流漿箱。裝置可以包括聯接到馬達的渦輪機(例如通過軸、鏈、帶、齒輪等)。在運行期間，導板可以將穿過成形網噴射的水引導至渦輪機，使得馬達發電。

聯接到庫/源的功率控制系統(PCS)配置成通過調節庫/源與馬達之間的電力流動來控制渦輪機的速度。馬達可以配置成：在第一時間，使用來自庫/源的電力驅動渦輪機；以及在第二時間，將渦輪機產生的電力發送至庫/源。在一些情況下，控制可以包括使用一個或多個傳感器的閉環控制，所述一個或多個傳感器配置成感測渦輪機的速度和/或所述成形輥的速度。渦輪機的速度可以被控制成與水的進入噴射的特定速度相關聯，該特定速度可以與成形輥的切向速度和/或注射紙漿的噴射速度相關聯。在一些實施例中，PCS包括一個或多個變頻器，其可以通過轉換在庫/源與馬達之間流動的電力的頻率來控制馬達速度。PCS可以包括功率轉換器以控制在庫/源與馬達之間的電力流動。

造紙機可以包括成形部和這裡描述的能量回收裝置。方法可以包括渦輪機速度的閉環控制，其中傳感器信息(例如感測渦輪機速度、馬達速度、輥速度、噴射速度等)用於不斷地監控渦輪機速度。測量的渦輪機速度可以與期望的渦輪機速度比較，測量的速度與期望的速度之間的差可以引起渦輪機速度的調整(例如通過改變在馬達與庫/源之間流動的電力的量，包括用控制馬達的變頻器改變頻率)

本說明書要求2014年7月9日提交的、發明名稱為「Turbine Control Systems for Energy Recovery from Stock Momentum(從紙漿動量回收能量的渦輪機控制)」的第1450882-4號瑞典專利申請的優先權利益，其通過引用併入本文。

附圖說明

圖1示出根據一些實施例的能量回收裝置的實施方式。

圖2a是根據一些實施例的能量回收裝置的各種細節的示意圖。

圖2a示出根據一些實施例的能量回收裝置200，該能量回收裝置200具有A/C馬達和包括A/C線的庫/源(sink/source)。

圖2b示出根據一些實施例的能量回收裝置200'，該能量回收裝置200'具有D/C馬達和包括A/C線的庫/源。

圖2c示出根據一些實施例的能量回收裝置200」，該能量回收裝置200」具有A/C馬達和包括D/C線的庫/源。

圖3是根據一些實施例的包括變頻器的功率控制系統的實施方式的示意圖。

圖4是根據一些實施例的包括兩個變頻器的功率控制系統的實施方式的示意圖。

圖5是根據一些實施例的包括D/C馬達的功率控制系統的實施方式的示意圖。

圖6示出根據一些實施例的用於加速渦輪機的方法。

圖7示出根據一些實施例的用於控制渦輪機的方法。

圖8示出根據一些實施例的用於調整渦輪機以減小振動的方法。

圖9是根據一些實施例的控制器的示意圖。

具體實施方式

這裡描述的系統和方法可以使得能夠在造紙期間和/或動能傳遞到流體的其它工藝期間回收能量。可以採用聯接到電馬達的渦輪機來回收造紙期間傳遞到紙漿的動能。在水穿過成形網被注射之後，導板將水引導到渦輪機，在那裡水旋轉渦輪機，以旋轉馬達以產生電功率，該電功率通過功率控制系統流動到庫/源。

功率控制系統可以控制庫/源與馬達之間的電功率(電能)的流動。這樣的控制可以提高渦輪機的可靠性和/或增大能量轉換和轉移(從過濾的紙漿到庫/源)的效率。電力電子設備的某些實施例可以提供與現有技術相比降低的成本。一些功率控制系統包括變頻器，變頻器可以用於通過馬達與庫/源之間的頻率轉換來控制馬達的速度。

圖1示出根據一些實施例的能量回收裝置的實施方式。圖1示出具有能量回收裝置200/200'/200」的造紙機100的成形部。為了本說明書的目的，造紙機100還可以是這樣的機器，其用於製造薄紙、板和/或其它產品，上述薄紙、板和/或其它產品通過從分散在液體中的顆粒懸浮液(例如纖維素)抽取液體(例如水)製造的。

示例性造紙機100可以包括流漿箱101，該流漿箱101配置成以噴射速度109接收和注射紙漿108。成形輥110可以引導成形織物、氈製品或網篩，這裡描述為織物132。一些成形輥的直徑在200mm與2500mm之間，包括在500mm與2000mm之間、包括在700mm與1700mm之間。成形輥的直徑可以在1000mm與1900mm之間。導輥120可以引導成形網130。成形網130和織物132通常設置為環，它們聚在一起以形成成形網130和織物132的移動環的連續「夾層」，流漿箱101將紙漿108注射其中。當夾層圍繞成形輥110移動時，從夾層紙漿中噴射出來自懸浮液的流體(例如水)，在成形網130與織物132之間留下網(例如纖維素網)。夾層可以在導輥122處分離，之後可以進一步處理脫水紙漿的網。

用於從造紙機回收能量的裝置200/200'/200」可以包括聯接到電馬達的渦輪機140。渦輪機和馬達可以通過聯接器(例如採用剛性軸、柔性聯接器、驅動軸、CV接頭、萬向接頭、萬向軸等)而結合。渦輪機和馬達可以通過鏈、帶等聯接。渦輪機和馬達可以通過齒輪箱聯接。在實施例中，馬達和渦輪機可以配置成在它們之間無齒輪箱而聯接。可以採用A/C馬達210和/或D/C馬達210'實施能量回收裝置。庫/源250可以包括A/C線(或總線)(例如圖2a中的庫/源350)。庫/源250可以包括DC線(或總線)(例如圖2c中的庫/源450)。在一些實施例中，線可以電聯接到多個或多組元件(例如向數個馬達提供電力)。渦輪機和馬達可以通過聯接器142(例如帶、鏈、軸等)聯接。聯接器可以包括齒輪箱。聯接器可以使得馬達和渦輪機以相同的rpm旋轉和/或不包括齒輪箱(例如，如果這樣的構造提高效率)而旋轉。電庫/源250可以是電功率的源或者電功率的庫(例如負荷)。

功率控制系統(PCS)220可以聯接到庫/源和馬達，並且配置成通過調節庫/源與馬達之間的電功率的流動來控制渦輪機的速度。PCS 220可以控制成使用來自庫/源的電力來驅動馬達(例如，在啟動過程中旋轉渦輪機)。PCS 220可以配置成將渦輪機產生的電力發送(通過馬達)至庫/源(例如當成形輥正在運轉和流漿箱正在注射紙漿時)。

通常，PCS 220可以聯接到一個或多個傳感器221，後者配置成提供用於控制渦輪機速度的速度數據。速度數據可以包括測量的和/或估計的進入白水的速度，其可以與噴射速度109相關聯。傳感器221可以感測噴射速度109。傳感器221可以感測渦輪機、馬達、輥等的速度(優選地每分鐘轉數和切向速度中的至少一個)。傳感器可以包括編碼器。PCS 220可以包括傳感器221(例如作為變頻器和/或功率變換器的一部分)。馬達可以包括傳感器221(例如速度傳感器、振動傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、熱電偶等)。

PCS 220可以調節馬達與庫/源之間的電力流動使得馬達210(由此渦輪機140)以期望的速度運行。PCS 220優選包括和/或聯接到控制器，控制器配置成如下控制渦輪機140的速度，即，使用馬達的閉環，將測量的速度數據與期望的速度相比較，當這些值的變化量大於此差異的公差(tolerance)時進行調整。

馬達210/210'可以包括「正常的」電磁式馬達(例如具有被電磁化的磁場線圈或磁場繞組)。馬達210可以包括永磁馬達。馬達210/210'可以包括交流(A/C)馬達210或直流(D/C)馬達210'。這裡描述的馬達的使用(與發電機相比)可以提供一個或多個優點。雖然馬達(理論上)可以作為發電機運行(反之亦然)，但在實踐中，發電機用作馬達表現不佳，馬達用作發電機通常也表現不佳。但是，在一些實施例中，未預料到的和有用的結果是具有規定運行速度的馬達(例如1500rpm的馬達)當以該特定速度(例如被渦輪機140)「驅動」時會高效地產生電。PCS 220可以確保馬達以其最高效的速度運行用於能量轉換。

在運行期間，PCS 220可以通過控制電力從馬達到庫/源250的流動來控制馬達210/210'的速度。可以使用包括一個或多個傳感器的閉環控制來控制馬達速度(也就是渦輪機速度)，使得渦輪機以期望的每分鐘轉數(rpm)運行，優選地其中控制的rpm的公差在期望rpm的10％以下，優選在5％以下，優選在3％以下，優選在1％以下，優選在0.5％以下，優選在0.1％以下。如果馬達210/210'旋轉太慢，則流到庫/源250的電力會減少。如果馬達210/210'旋轉太快，則流到庫/源250的電力會增大。通過控制馬達210/210'(作為發電機)以其規定的速度(為其作為馬達運行而限定)旋轉，效率會高。由此，馬達210/210'可以提供發電機的電效率，同時仍然提供作為馬達的優點(例如速度控制、成本、可靠性等)。

選擇馬達的極數(限定運行rpm)以最小化(優選消除)用於在渦輪機與馬達之間的變速的齒輪箱的需要(例如使得渦輪機rpm儘可能地接近馬達rpm)，這會是有利的。在一些情況下，可以使用標準的「現成」馬達，其中馬達具有導致標準運行速度的極數，標準運行速度是3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm、600rpm、500rpm、430rpm和375rpm中的一個。運行速度可以根據預期的渦輪機rpm而選擇。可以一起設計渦輪機半徑、渦輪機與馬達之間的聯接(例如嚙合)和規定的馬達速度(當作為馬達運行時馬達的標準運行速度)，使得渦輪機的切向速度是過濾紙漿(例如白水)的預期進入速度的期望部分。在一些情況下，該進入速度是噴射速度109或接近噴射速度109(例如在13-40m/s之間，尤其在17-37m/s之間，尤其在23-36m/s之間)。該進入速度可以是成形輥的切向速度110'或接近成形輥的切向速度110'(例如10％之內，包括5％之內，包括2％之內)。在很多機器中，成形輥切向速度略微快於噴射速度。在某些機器中，成形輥切向速度可能略微慢。通常，成形輥速度略微高於噴射速度。雖然紙漿與成形網之間的物理交互會使噴射紙漿減速(在其通過成形網過濾時)，更快的成形輥速度還可以使白水加速(相對於如果成形網和噴射速度相同時其速度)。例如，成形輥的切向速度110'可以是比噴射速度快的20米/分鐘至200米/分鐘，包括30米/分鐘至160米/分鐘，包括更快的50米/分鐘至140米/分鐘。在一些情況下，噴射速度可以是成形輥切向速度的大約90％-100％，包括94％至99％。

通常，預期的(進入白水)的速度用於將渦輪機、馬達和它們之間的聯接尺寸化。在示例性實施例中，選擇渦輪機和馬達(連同造紙機運行條件的預期設置)，從而在運行期間，當渦輪機的切向速度是進水速度的20-70％(包括30-60％，包括40-50％，包括42-49％，包括44-48％或者41-47％)時，馬達的rpm與其標準rpm匹配。水進入到渦輪機的預期速度可以在10m/s與50m/s之間，包括在15m/s與40m/s之間，包括在20m/s與30m/s之間。在一些機器中，進入白水的預期速度在23m/s與33m/s之間。進入白水的速度可以是噴射速度的大約70％-90％，包括75％-85％，包括78％-82％。在一些實施例中，渦輪機的切向速度控制成在大約4m/s與24m/s之間，包括在5m/s與21m/s之間，包括在6m/s與18m/s之間。在一些情況下，裝置可以被「調成」到安裝時的特定運行條件(例如調整PCS以將實際渦輪機速度控制到最大化能量回收的速度，使其不損害紙的生產率、質量等)。

在實施方式中，設計各種組件(例如渦輪機、馬達)，使得當渦輪機以期望的rpm旋轉(例如以切向速度，該切向速度是噴射速度的期望部分)時，馬達以高效的rpm旋轉(例如標準rpm)。噴射速度的示例性範圍可以是在大約12-47m/s之間，尤其13-45m/s之間，尤其14-40m/s之間。渦輪機的示例性切向速度(邊緣速度)可以在大約6m/s與20m/s之間，包括在大約10m/s與17m/s之間，包括在大約11m/s與16m/s之間，包括在大約12m/s與14m/s之間。例如，在具有大約30m/s的噴射速度的機器中，可以一起設計渦輪機和馬達(例如渦輪機直徑和馬達轉速)，使得當渦輪具有大約14m/s的切向速度時，馬達以1500rpm旋轉。

根據成形條件(例如流漿箱速度、成形輥切向速度)的能量回收參數的優化(例如渦輪機直徑、馬達運行速度)會受制於「實踐經驗」的製造約束。例如，關於渦輪機直徑的製造公差一次可以高達5mm(例如，在600mm的渦輪機上)，但後來改善到2mm(或者甚至1mm)。在小份額中，僅具有預先限定的rpm的「現成」馬達是可用的。對於大量的購買，定製馬達是可用的，該定製馬達具有由能量回收裝置限定的「標準」rpm。由於rpm偏離標準rpm，永磁馬達會損失相對少的效率(因此比「次最佳」rpm設備更好)。對於可以精確限定馬達rpm的系統，不同類型的馬達(在其「理想」rpm下提供更高的效率但是「非理想」時效率更差)會更好。在一些實施例中，相比最優化馬達rpm，最優化渦輪機切向速度與進入白水速度(例如因為涉及到噴射速度)可以更優先。

示例

下面的示例在選擇的實施例(NB，「逗號」表示小數點)中示出若干個代表性的實施方式。使用容易獲得的馬達、具有挑戰性的(但是可實現的)製造公差、以及進入白水的速度(相對於噴射和成形輥)的可預測的減小，實際馬達rpm可以保持在其標準運行速度的15％之內(在一些情況下在10％甚至5％之內)。雖然在該表中未示出，但是取得了顯著的能量回收，儘管不能恰好地滿足「理想」條件。

一些實施例包括成形輥傳感器221'(配置成感測成形輥的速度)。在實施方式中，可以控制渦輪機140以期望的切向速度140'旋轉，可以與成形輥110的切向速度110'和/或噴射速度109相關來選擇該期望的切向速度140'。PCS可以進一步配置成從成形輥傳感器(配置成測量成形輥的速度)接收數據，並且與成形輥的速度有關來控制渦輪機的速度，優選地其中渦輪機的切向速度是在成形輥的切向速度110'和噴射紙漿108的噴射速度109中的至少一個的20％與70％之間，包括在30％與60％之間，包括在40％與55％之間，包括在45％與50％之間，包括至少46％並且不大於49％。

一些實施例包括振動傳感器222，優選地加速計，其配置成感測振動(例如渦輪機的振動)。PCS可以進一步配置成響應於從振動傳感器接收的數據來調整渦輪機的速度。優選地，渦輪機的振動導致PCS使渦輪機加速(例如通過減少從馬達到庫/源的電力流動)。可以通過增大頻率(例如用變頻器)減少電力流動。調整渦輪機速度來減輕振動會使設備不在優選的效率範圍內，但是提高了可靠性。

可以與渦輪機直徑配合選擇馬達的規定rpm以匹配特定成形部分。不同的造紙機可以具有不同的運行條件(例如，每秒紙漿的體積、紙漿濃度、紙漿內的纖維類型、再循環纖維的百分比(例如脫墨再生紙的百分比)、纖維組分(例如，樺木、冷杉、雲杉、松木)、纖維長度、織物/網速度、各輥的角速度、網類型、織物類型等)。不同的機器可以具有不同的幾何參數。例如(在給定寬度的機器處)，在各個機器之間，流漿箱出口間隙尺寸102可以不同(例如，在2mm與30mm之間，包括5mm-25mm、包括8mm-20mm、包括10mm-15mm、包括12mm-13mm)。流漿箱101相對於導輥和成形輥的位置106(例如，從流漿箱出口間隙到由成形網和織物形成的「夾層」的距離)可以變化。流漿箱角度104可以變化。在流漿箱101中紙漿308的壓力、流漿箱出口間隙的橫截面積和紙漿性質(例如濃度、粘度、纖維類型)可以用於限定紙漿流出流漿箱101的噴射速度109。成形輥、導輥的直徑和這兩個輥相對於彼此的位置可以變化。噴射速度109可以是成形網/織物夾層的速度(例如成形輥的切向速度)的90％-110％，包括95％-105％，包括98％-102％，包括基本上與成形網/織物夾層的速度相同。

這些條件和參數的變化可以改變穿過成形網130噴射的水流(或噴霧)的速度、位置和/或形狀。為了包容這些特性的不同，PCS 220可以控制渦輪機140的速度(通過馬達210)以最大化效率和/或最小化損害。

圖2a至圖2c是根據一些實施例的能量回收裝置的各種細節的示意圖。可以實施馬達(A/C、D/C)與庫/源(A/C、D/C)的各種組合。圖2a示出根據一些實施例的具有A/C馬達和包括A/C線的庫/源的能量回收裝置200。圖2b示出根據一些實施例的具有D/C馬達和包括A/C線的庫/源的能量回收裝置200'。圖2c示出根據一些實施例的具有A/C馬達和包括D/C線的庫/源的能量回收裝置200」。也可以有其它組合，與這些圖有關的討論一般是可應用的。

在圖2a中，裝置200可以包括代表性的PCS 220，該PCS 220具有控制器230和變頻器240(例如與A/C馬達210一起使用)。控制器230配置成控制變頻器240以調整馬達210與庫/源250之間的頻率轉換。在圖2a示出的示例中，庫/源350包括A/C線。變頻器240可以用於通過調節馬達210與庫/源250之間的電流流動來控制馬達210的速度(例如通過改變在這些組件之間流動的電功率的轉換功率)。

控制器230可以從傳感器(例如傳感器221、傳感器221'、振動傳感器222等，圖1)接收數據並且使用這些數據控制渦輪機的速度。PCS 220可以包括傳感器221，在一些情況下，傳感器與變頻器240集成。

圖2b示出具有D/C馬達210'和包括A/C線的庫/源350的能量回收裝置200'。PCS 220可以包括功率轉換器240'。電源轉換器可以用於控制D/C馬達的速度(例如通過控制流向/流出馬達的電力)。在說明性的圖2b中，功率轉換器240'轉換在D/C馬達210'和庫/源350之間流動的電力。功率轉換器240'可以包括傳感器(例如傳感器221)。

圖2c示出具有A/C馬達210和包括DC線的庫/源450的能量回收裝置200」。PCS 220可以包括變頻器240，其可以控制A/C馬達210的速度。

在一些實施方式中(例如瑞典的卡爾斯塔德的Valmet AB提供的多傳動系統)，多個D/C負載(例如與造紙機相關聯的馬達)可以由總線(例如包括D/C總線的庫/源450)供電。進入部410可以包括配置為例如將A/C電網電力轉換成用於庫/源450的D/C電力的變頻器。庫/源450可以包括用於給多個D/C組件供電的D/C總線。進入部410可以包括再生四象限變頻器。一些實施方式可以使用晶閘管供電單元(瑞士ABB公司)或者有源前端(德國西門子公司)。

圖3是根據一些實施例的包括變頻器的功率控制系統的實施方式的示意圖。圖3示出使用A/C馬達210的實施方式，該A/C馬達210通過包括兩個或更多個變頻器242和244的變頻器240聯接到庫/源350。PCS可以包括兩個或更多個變頻器(例如如在圖3中)。PCS可以包括兩個或多個功率轉換器(例如如在圖5中)。

在一些實施方式中，使用兩個或更多分立的變頻器(和/或功率轉換器)可以提供一些優點。在一些情況下，「加速」渦輪機(例如在啟動期間)需要的電力小於在運行期間通過渦輪機產生的電力。在這些情況下，將頻率轉換「分離」成「輸入」和「輸出」階段可以減少成本。在圖3中，較小的(例如成本較低的)變頻器242可以用於控制發送到馬達210的電力，較大的變頻器244可以用於控制發送到庫/源350的電力。為了減少成本，變頻器242的最大功率容量可以小於變頻器244的最大功率容量，包括小於其的50％，優選小於其的20％，包括小於其的10％，包括小於其的5％。在示例性實施方式中，變頻器242具有小於100kW的最大功率容量，包括小於50kW，優選小於20kW，優選不大於10kW，變頻器244的最大功率容量為優選至少100kW，優選至少300kW，優選至少600kW，優選至少800kW。

圖4是根據一些實施例的包括兩個變頻器的功率控制系統的實施方式的示意圖。圖4示出控制在A/C馬達210與包括D/C線的庫/源450之間流動的電力的變頻器240。在該示例中，變頻器240包括第一變頻器242和第二變頻器244。

圖5是根據一些實施例的包括D/C馬達的功率控制系統的示意圖。在該示例中，功率轉換器240'控制在D/C馬達210'與庫/源350之間流動的電力(通過擴展，控制渦輪機140的速度)。在該示例中，功率轉換器240'包括兩個或更多個功率轉換器242'和244」。功率轉換器242'和244」的相對電力處理能力可以與變頻器242和244的相似。

圖6示出根據一些實施例的用於加速渦輪機的方法。方法600用於預先發起紙漿從流漿箱的流動，使得當水衝擊渦輪機時，渦輪機已經以(或者接近)期望速度旋轉。加速渦輪機可以減小磨損和/或減小啟動過程中受損的可能性。在一些實施例中，這裡描述的方法採用控制器230實施。

在步驟610中，接收期望的渦輪機速度(例如表示由成形輥的切向速度確定的切向速度)。在步驟620中，將電力發送至馬達。在步驟630中，接收包括渦輪機的測量速度的數據。在步驟640中，將測量速度值和期望速度值與公差比較(例如將這些速度之間的可接受的差定量化)。如果速度太慢，則可以增大發送到渦輪機的電力(步驟642)以加速渦輪機。加速渦輪機可以包括增大馬達的頻率。如果速度太快，則可以減小發送到渦輪機的電力(步驟644)以減慢渦輪機。減慢渦輪機可以包括減小馬達的頻率。在步驟650中(當速度是可接受的時)，發送啟動指示，這可以發起流漿箱注射的啟動。

在一些(例如低成本的)實施方式中，設備200不具有傳感器。在啟動流漿箱之前，可以沒有傳感器的輸入而加速渦輪機(例如通過發送固定量的電力，固定的頻率(HZ)和/或發送固定時間量的電力)。

圖7示出根據一些實施例的用於控制渦輪機的方法。方法700可以用於控制渦輪機的速度(例如在造紙期間)。可以用PCS 220實施這裡描述的各種方法。在步驟710中，確定期望的渦輪機速度(例如從資料庫接收)。在步驟720中，接收包括渦輪機速度的數據(例如從傳感器)。在步驟730中，將測量的速度和期望的速度進行比較，並確定差值。

如果渦輪機旋轉太慢，則可以減少從渦輪機發送到庫/源的電力(步驟732)，以減少對渦輪機的負荷。在一些實施例中，通過改變頻率減少電力(例如增大頻率，取決於渦輪機速度在其關於進水的效率曲線上的位置)。如果渦輪機旋轉太快，則可以增大從渦輪機發送到庫/源的電力(步驟734)，以增大對渦輪機的負荷。在一些實施例中，通過改變頻率(例如減小頻率)增大電力。可以可選地在步驟740中存儲數據。

控制馬達以其最高效的rpm運行會是有利的。在一些實施例中，PCS 220配置成控制馬達的速度，使得渦輪機的測量速度與渦輪機的期望速度之間的差在渦輪機(或馬達)的期望速度的50％之內，包括在20％之內，包括在10％之內，包括在5％之內，包括在1％之內，包括在0.5％之內。控制器230可以配置成使用閉環控制來控制馬達(例如基於來自傳感器的數據，圖1)，並且可以進一步配置成用可執行的指令來執行用於比例、積分、微分(PID)控制的方法。

圖8示出根據一些實施例的用於調整渦輪機以減小振動的方法。當檢測到振動(例如從振動傳感器)時，可以使用方法800。減小和/或消除振動可以減小對各種組件的磨損和/或損壞。在步驟810中，確定振動公差(例如從資料庫選擇)。振動公差可以包括測量的振動的可接受水平。在步驟820中，接收測量的振動數據。在步驟830中，將測量的振動數據與振動公差進行比較。如果振動在公差之內(例如測量的振動的量小於公差的量)，則可以可選性地存儲數據(步驟850)。如果振動在公差之外(例如測量的振動的量大於公差的量)，則可以調整從馬達流動到庫/源的電力(步驟840)。在一些實施例中，馬達的速度可以響應于振動而增大(例如增大頻率以減小發送到庫/源的電力的量)。在一些情況下，為了減小損壞的可能性，振動調整可以需要以在「優選的」rpm之外的rpm運行渦輪機。

圖9是根據一些實施例的控制器的示意圖。在一些實施例中，控制器230可以與變頻器集成。在一些情況下，控制器230可以是單獨的組件。在圖9中，控制器230包括處理器910、內存920、存儲器930、輸入/輸出接口940、通信網絡接口950和顯示器接口960，它們中的一些(例如顯示器接口960)在一些實施方式中是可選擇的。這些組件通過系統總線970互相通信，並通過通信總線980與外部世界通信。

處理器910可以配置成執行指令。在一些實施例中，處理器910包括集成電路和能夠處理可執行指令的任何處理器，並且可以包括高速緩衝存儲器、多核處理器、視頻處理器和/或其它處理器。

內存920可以包括配置成存儲數據的任何內存。內存920的示例包括計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質可以包括配置成存儲可執行指令的任何介質。例如，內存920可以包括但不限於諸如RAM、ROM、MRAM、快閃記憶體和/或內存的存儲裝置。

存儲器930可以包括計算機可讀的非暫時性存儲介質，其配置成通過處理器910(諸如硬碟驅動器、光學驅動器、快閃記憶體和/或磁帶)存儲可執行指令(例如代碼)以供使用。存儲器930可以包括資料庫或者配置成保持和組織數據的其他數據結構。在一些實施例中，控制器230包括以RAM形式的內存220和以快閃記憶體形式的存儲器230。

可以通過輸入和輸出(I/O)接口來實施輸入和輸出，I/O接口可以包括與各種遠程設置的裝置(諸如造紙機的其他部分，圖1)進行接口連接的硬體和/或軟體。I/O接口940可以與本地鍵盤、滑鼠、指示器、觸控螢幕等交互。

通信網絡接口950可以與各種裝置通信，並且可以支持串行、並行、USB、火線、乙太網、PLC和/或ATA通信。通信網絡接口950還可以支持802.11、802.16、GSM、CDMA、EDGE和各種其它無線通信協議。

顯示器接口960可以包括用於控制顯示裝置(諸如LED顯示器、OLED顯示器、等離子體顯示器等)和/或與顯示裝置通信的任何電路。在一些配置中，顯示器接口960包括視頻卡和內存。

各種組件的功能可以包括使用可執行指令，可執行指令可以存儲在計算機可讀存儲介質(例如內存和/或存儲器)中。在一些實施例中，可執行指令可以「永久地」存儲在存儲器930中用於獲取，並且存儲在內存920中用於由處理器910使用。可執行指令可以由處理器910獲取和執行以實施一個或更多個方法。

可以利用各種不同的成形區配置(例如，新月形成形器、由Valmet AB提供的DCT成形區、雙網成形器等)來實施這裡描述的實施例。可以包括各種設備作為造紙機的一部分。能量回收裝置可以改裝成現有的造紙機。

實施例不需要包含本文所描述的所有或者甚至多個特徵。本文描述的各個特徵可以彼此獨立和/或組合地實施。特徵的明確組合不排除從其它實施例中省略這些特徵中的任何特徵。

包括附圖和摘要的本說明書的整體受瑞典的卡爾斯塔德的Valmet AB版權保護。

以上描述是說明性的並且不是限制性的。在閱讀本公開後，本發明的許多變型對本領域技術人員將變得顯而易見。因此，不應當參考上面的描述來確定本發明的範圍，而應當參考所附權利要求書連同其等效變型的全範圍來確定本發明的範圍。