固体料位指示器制造技术

本公开描述一种用于测量容器中固体料位的料位指示器组件。该料位指示器优选包含延伸进入容器的实心轴。该轴具有连接到轴内端的短翼以及固定到轴外端的外部传感器。支撑结构可以结合传感器从而防止传感器的至少部分移动。通过保持部分传感器固定，传感器可以测量施加到轴上的扭力的变化。通过将传感器置于容器外，操作者可以移除和替换传感器，而不需要进入容器内部或料位指示器组件延伸到容器内的部分。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请请求2015年3月5日提交的美国临时专利申请62/128,580的权益，，其整个内容通过引用结合在此。1.
本公开总的涉及一种用于确定容器中固体颗粒料位的组件，容器包括存储容器，例如木片库和贮仓，以及处理舱，例如化工蒸煮器和浸渍容器。本公开更具体的涉及一种用于检测木片或用于生产纸浆或其他由木素纤维生物质制成的产品的生物质料位的方法和系统。2.
技术介绍
本公开描述一种固体料位指示器。尽管固体料位指示器可用于涉及固体或流体或者两者移动通过容器的生产过程或工业，如下的实施例指的是用于纸浆和造纸工业的木片库，浸渍容器和连续蒸煮器。工厂操作员在诸如贮仓，存储罐，管道的储存容器和诸如化学蒸煮器和浸渍容器的处理容器中使用机械固体料位指示器，来估计容器中固体堆积的高度。例如在纸浆和造纸工业中，工厂操作员使用一个或多个连续化学蒸煮器来生产纸浆。连续的蒸煮器都倾向于大的、垂直的反应罐，塔架高出纸浆厂。这些蒸煮器使用碱性溶液分解预先处理的木素纤维材料形成纸浆和副产品。尽管方法变化，通常操作员会将固体，例如软化的木片或其他木素纤维材料送入连续蒸煮器的顶部内。通常，连续蒸煮器为气相连续蒸煮器或液相连续蒸煮器。在气相连续蒸煮器内部，木片聚集成锥形堆。锥形堆在其自重作用下逐渐下沉到碱性液体和原纸浆的泥沼内部。碱性液体改变了木质素，木片中的蛋白质的性质，，自然地将含纤维素的纤维聚集在一起。随着蛋白质自身溶解到液体中，木片的含纤维素的纤维分解成粘性原纸浆。液体和原纸浆在整个垂直容器长度上慢慢渗出，直到液体和原纸浆到达连续蒸煮器底部的出口。在底部，操作者将原纸浆泵送到下游设备，用于进一步处理和清洗。液相连续蒸煮器中，液体的液位通常会超过木片料位。机械固体指示器允许操作者计算木片的顶部料位，并由此监测纸浆生产和控制新的木片进入容器的速率。典型的机械料位指示器通常具有一个放置在轴壳体内的轴，其贯穿容器壁内的管。轴壳体具有用螺栓连接到容器壁的外端。采用这种方式，轴壳体通常抵抗扭转运动。轴可以是中空的并且放置在轴壳体内。轴的中空部分可罩着一传感器，如美国专利US3,971,254所示，其全部内容通过引入包含在此。所述传感器通常为应变仪。典型地轴壳体的内端具有一个短翼，通常沿垂直于轴壳体的长度方向延伸，并且短翼通常相对于固体流动方向横向放置。也就是说，单个短翼通常从轴壳体的一侧延伸并穿过通常向下移动的固体所经的路径。随着固体移动通过容器，固体对短翼施加一个作用力。连接到轴壳体侧的短翼将固体颗粒向下的作用力转换为扭转力。轴壳体内的轴与短翼扭转连接，将扭转力传递给应变仪或其他位于轴内的传感器。尽管轴的旋转可能能看出来或可能看不出来，传感器测量扭转力(例如，切向力)以及轴上的剪切应力。固体颗粒传递扭转力到短翼以及在轴壳体和轴上产生剪切应力的程度可以用于确定短翼上方固体的质量。质量以及已知固体密度能用于计算固体堆顶端料位的位置。另外，在储存容器和处理容器中，可以沿着容器高度的若干高度处布置料位指示器。固体料位指示器还具有剪切销，其延伸通过轴壳体进入轴。这些剪切销通常防止轴在轴壳体内旋转。剪切销通常承受的扭转力小于短翼或轴自身。如果短翼和轴上的扭转应力过量，剪切销通常会在短翼或轴断裂之前断裂。当剪切销断裂时，短翼向下旋转到一个中间垂直的位置。也就是短翼不再穿过固体颗粒的路径。尽管这保护了短翼，但是处于中间位置的短翼不再能检测木片向下的作用力，因此不再能测量木片料位。尽管通常还是比较成功，但是该设计还有一些缺陷。如果将固体料位指示器用于蒸煮器、浸渍容器或者其他在高温高压下工作的处理容器中，高温会破坏中空轴内的电子传感器，并且温度会引起固体料位指示器不均匀的膨胀。不均匀的膨胀会干扰读数。另外，制造商通常会在轴的中空部分内部叠加多个传感器。如果固体质量足够大，固体颗粒会使中空轴和轴壳体弯曲并且变形。轴平直度的小变形会使得传感器移出原位或者损坏，从而致使固体料位指示器不起作用。轴变形会进一步使得短翼变形。叠加这些传感器或者维修这些传感器要求技术工人在温控环境下的精准和努力。从一个活动的处理容器中取出固体料位指示器会将操作者暴露在一个变动的不安全的处理环境中。由于这些原因，通常不能在工厂现场安装在活动处理容器例如连续蒸煮器或者浸渍容器上的传感器。因此，工厂操作员通常会在取出和替换损坏的固体料位指示器之前关闭工厂。如果工厂操作员没有多余的固体料位指示器可用，操作者将损坏的固体料位指示器运送到制造者那里重新制造。替换传感器，预处理固体料位指示器来保护固体料位指示器免受工艺条件(例如，碱性溶液，高温和腐蚀蒸汽)的影响，会使工厂关停增加几个礼拜，从而引起生产的损失以及工厂员工工作时间的减少。为了避免这些问题中的一些发生，制造者开发了一种带有磁性传感器的固体料位指示器，其固定在轴壳体和轴的外端，例如美国专利US4,964,301中所示，其全部内容以参考方式引入此。然而，为了获得准确的读数，整个固体料位指示器必须根据特定的连续蒸煮器的操作条件精确设计。例如，轴壳体和轴的长度以及厚度根据蒸煮器是否为一个气相蒸煮器或者液相蒸煮器而变化。另外，不仅根据蒸煮器的类型，还根据固体料位指示器在蒸煮器中的位置改变短翼区域。例如，如果假设气相蒸煮器和液相蒸煮器具有大致相同的生产能力，那么液相蒸煮器短翼的面积通常大于气相蒸煮器的短翼的面积。液相蒸煮器中的木片悬浮在液体中，因此通常会对短翼施加更小的作用力；短翼通常具有更大的表面积来补偿。然而，工厂操作员倾向于在气相蒸煮器的中间和底部加工区域使用液相蒸煮器板，因为他们注意到溶液液位会升高进入这些加工区域。不幸的是，气相蒸煮器中的溶液液位会波动，并且回到中部和底部加工区域内的固体料位指示器的下方。当溶液下降到这些固体料位指示器下方的时候，溶液不再补偿木片的重量，并且木片会以过大的作用力压向这个大面积的短翼。过重的重量会超过短翼的设计负荷，从而破坏剪切销。因此，固体料位指示器上的短翼旋转90度到短翼不再通过固体路径的位置。采用这种方式，固体料位指示器被省掉了，但也不具有相应功能了。非活动固体料位指示器降低了顶部料位测量值的准确性。到达操作者由顶部料位数据推导其他过程条件的程度时，顶部料位的不准确性会降低其他过程测量值的准确度。这反过来增加了不恰当的加工规范产生安全隐患的风险，或者由于过早维护关停引起的生产损失。相应的，还有一个长期的感觉需要具有一个固体料位指示器，提供容器内准确的料位测量值，同时克服现有技术的多个限制。
技术实现思路
由于重建中空轴和传统固体料位指示器的传感器引起的生产损失问题，通过使用一个或多个具有模块化外部传感器的固体料位指示器得以缓解，模块化外部传感器固定到实心扭转轴外端，其中模块化外部传感器具有与轴外端扭转连接的旋转端，和连接到一个静止的支撑结构的静止端，并且其中模块化外部传感器配置为可移除，从而模块化外部传感器的移除和替换不再需要将实心扭转轴从容器中移除。一个示例性固体料位指示器会承受在大约500牛米(Nm)到大约7500牛米范围内向下的作用力。之前，操作者针对置于容器中的不同的固体料位指示器使用不同的短翼尺寸，或者根据期望短翼承载的负荷改变短翼的尺寸。这就要求从容器中移除扭转轴，以接近轴内端的短翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体料位指示器组件，包括：轴壳体，具有与壳体外端对置的壳体内端，其中轴壳体外端放置在容器外侧，并且其中轴壳体固定连接容器，以便抵抗扭转运动；扭转轴，具有轴内端和轴外端，其中扭转轴放置在轴壳体内，这样轴内端延伸通过壳体内端与置于容器中的短翼帽连接；连接短翼帽的短翼，垂直于扭转轴的长度，以便经过容器内固体颗粒的路径，其中短翼与轴内端扭转连接；模块化外部传感器，具有与固定端相邻布置的旋转端，其中旋转端与轴外端相邻布置，并且轴外端与相邻布置的旋转端扭转连接，并且其中模块化外部传感器配置从轴外端脱离，其中与轴外端相邻设置的模块化外部传感器限定扭转杆；支撑结构，连接固体料位指示器组件；以及；剪切锁，配置用于将支撑结构连接到扭转杆，其中剪切结构配置用于承受最大剪切力，并且支撑结构和剪切锁配置为防止扭转杆在剪切力没有超过最大剪切力时旋转。

【技术特征摘要】
2015.03.05 US 62/128,580;2016.03.02 US 15/058,7341.一种固体料位指示器组件，包括：轴壳体，具有与壳体外端对置的壳体内端，其中轴壳体外端放置在容器外侧，并且其中轴壳体固定连接容器，以便抵抗扭转运动；扭转轴，具有轴内端和轴外端，其中扭转轴放置在轴壳体内，这样轴内端延伸通过壳体内端与置于容器中的短翼帽连接；连接短翼帽的短翼，垂直于扭转轴的长度，以便经过容器内固体颗粒的路径，其中短翼与轴内端扭转连接；模块化外部传感器，具有与固定端相邻布置的旋转端，其中旋转端与轴外端相邻布置，并且轴外端与相邻布置的旋转端扭转连接，并且其中模块化外部传感器配置从轴外端脱离，其中与轴外端相邻设置的模块化外部传感器限定扭转杆；支撑结构，连接固体料位指示器组件；以及；剪切锁，配置用于将支撑结构连接到扭转杆，其中剪切结构配置用于承受最大剪切力，并且支撑结构和剪切锁配置为防止扭转杆在剪切力没有超过最大剪切力时旋转。2.根据权利要求1所述的组件，其中所述支撑结构从安装臂、安装锥以及支撑套、轴壳体或它们的组合组成的组中选择。3.根据权利要求1所述的组件，还包括具有在短翼帽上延伸的保护套的指示器适配器，其中指示器适配器配置用于将固体料位指示器固定连接到容器壁上，以便抵抗扭转运动。4.根据权利要求1所述的组件，还包括：与模块化外部传感器的固定端相邻布置的塞帽，其中塞帽与模块化外部传感器的固定端扭转连接，其中塞帽具有限定钻孔的区域，并且其中剪切锁为延伸通过支撑结构中的剪切销孔进入塞帽的钻孔中的剪切销，防止塞帽在剪切力没有超过最大剪切力的情况下旋转。5.根据权利要求4所述的组件，其中塞帽具有按照一定间隔布置的多个钻孔。6.根据权利要求1所述的组件，还包括具有第一簧端和第二簧端的扭簧，其中第一簧端连接盖板，并且与扭转轴扭转连接，第二簧端连接支撑套，以便存储通过扭转轴传递的扭转力。7.根据权利要求6所述的组件，其中剪切锁为延伸进入轴壳体的剪切销，并且其中第二簧端配置用于通过支撑结构将过量的存储的扭转力传送给剪切销。8.根据权利要求1所述的组件，其中模块化外部传感器从应变仪、压电传感器、角度仪、扭矩传感器及其组合组成的组中选择。9.根据权利要求1所述的组件，还包括多个与扭转轴扭转连接的模块化外部传感器，其中每个模块化外部传感器配置以可滑动的从固体料位指示器组件中移除。10.根据权利要求1所述的组件，其中容器从气相化学蒸煮器、液相化学蒸煮器以及浸渍容器构成的组中选择。11.根据权利要求1所述的组件，其中剪切锁从剪切销、磁铁、稀土磁铁、扭簧或者配置为一旦剪切力超过预定剪切力阈值允许扭转杆旋转的其他结构构成的组中选择。12.一种固体料位指示器，包括：轴壳体，具有与壳体外端和壳体内端，其中轴壳体外端放置在容器外侧，并且其中轴壳体固定连接容器，以便抵抗扭转运动；扭转轴，具有轴内端和轴外端，其中扭转轴放置在轴壳体内，这样轴内端延伸通过壳体内端与置于容器中的短翼帽连接；连接短翼帽的短翼，垂直于扭转轴的长度，以便经过容器内固体颗粒的路径，其中短翼与轴内端扭转连接；模块化外部传感器，具有与固定端相邻布...

【专利技术属性】
技术研发人员：维萨·开派嫩，斯科特·亚瑟·蒲伯，凯斯·沃格尔，
申请(专利权)人：安德里兹有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US