加硫装置の水位制御方法
【課題】エネルギー効率の良い冷却水ポンプの運転が可能となり、水位調節弁や圧力調節弁の保守を不要とすることができ、かつ、蒸気投入時などの加硫筒内圧力変動に対しても、水位を安定して制御できる水位制御方法を提供する。
【解決手段】ゴム被覆を施した線状体１を加硫筒２内の上部に形成した蒸気層３を通して加硫させた後、加硫筒２内の下部に形成した冷却水層４を通して冷却する加硫装置１０の加硫筒２内の水位を制御するに際し、加硫筒２に、冷却水層４に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプ２７を接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプ２７を周波数可変装置２８で駆動し、加硫筒２に、冷却水層４の冷却水を排水する排水槽１７を接続し、周波数可変装置２８の周波数を制御して、加硫筒２内の冷却水層４の水位を制御する加硫装置１０の水位制御方法である。
【解決手段】ゴム被覆を施した線状体１を加硫筒２内の上部に形成した蒸気層３を通して加硫させた後、加硫筒２内の下部に形成した冷却水層４を通して冷却する加硫装置１０の加硫筒２内の水位を制御するに際し、加硫筒２に、冷却水層４に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプ２７を接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプ２７を周波数可変装置２８で駆動し、加硫筒２に、冷却水層４の冷却水を排水する排水槽１７を接続し、周波数可変装置２８の周波数を制御して、加硫筒２内の冷却水層４の水位を制御する加硫装置１０の水位制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム被覆ケーブルを加硫装置で加硫した後に、冷却水で冷却する際の水位制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加硫装置における水位制御方法を図３を用いて説明する。
【０００３】
図３に示す加硫装置３０はカテナリ型の連続加硫機であり、例えば、ゴム被覆ケーブルを製造する上で、導体（芯線）１ａにゴムを押出し被覆したケーブル（線状体）１を、加硫筒２内の上部に形成した蒸気層３を通して加硫し、そのケーブルを加硫筒２内の下部に形成した冷却水層４を走行させて冷却し、加硫筒２からケーブルを引取るという工程を連続的に行う装置である。
【０００４】
被覆・加硫工程では、加硫筒２の上端に接続した押出機５のクロスヘッド６で導体１ａをゴム被覆し、次に、蒸気ボイラ７から投入された加圧蒸気（蒸気層３）を通してケーブル１のゴム被覆を加硫する。蒸気ボイラ７から加硫筒２への蒸気を通す蒸気配管８には、蒸気圧調節弁９と圧力計１１とが順次設けられ、蒸気層３の圧力が所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ程度）となるように、圧力計１１で計測した計測値に基づき、圧力制御装置１２が蒸気圧調節弁９の開度を調節する。
【０００５】
続く加圧冷却工程では、冷却水槽１３より冷却水ポンプ１４でウォータシール１５（加硫筒２の下端のケーブル出口において、ケーブル１が走行可能なように加硫筒２内の加圧水をシールするもの）の上部に冷却水を供給して、加硫筒２内の下部に冷却水層４を形成し、加硫後のゴム被覆を冷却する。冷却水層４に供給された冷却水は、加硫筒２に接続された排水配管１６を介して排水槽１７に排水される。排水槽１７への排水量は、排水配管１６に設けられた排水調節弁１８の開度により調節される（なお、加圧冷却工程においては排水調節弁１８は開放状態とされる）。
【０００６】
加硫後には、ゴム被覆の発泡を防ぐために一定の冷却区間を要するため、冷却水層４の水位を目標水位に制御するための水位制御が必要となる。このため、加硫筒２には冷却水層４の水位を計測するための水位計１９を設け、その水位計１９の計測値に基づいて冷却水の供給量を調節することが行われる。
【０００７】
従来、加硫筒２内の冷却水層４の水位制御は、冷却水ポンプ１４からの冷却水を通す給水配管２０に水位調節弁２１を設け、目標水位の設定値と水位計１９の測定値との偏差を演算処理して水位調節弁２１の制御指令とする水位制御装置２２により、水位調節弁２１の開度をＰＩＤ制御して、水位を制御している。
【０００８】
また従来では、商用回転数で常時回転している冷却水ポンプ１４を用い、冷却水槽１３から圧送された冷却水を、水位調節弁２１の開度によって流量制御し、冷却水層４の水位を制御している。つまり、従来の水位制御方法を行う加硫装置３０では、冷却水ポンプ１４は、水位の設定値、蒸気の圧力などに関わらず一定速度で回転している。
【０００９】
さらに、上記した水位制御の安定を目的に、水位調節弁２１入口（上流側）での冷却水の供給水圧を安定させるために、水位調節弁２１の上流側に水圧計２３を設け、その水圧計２３の上流側に水圧調節弁２４を有する水圧調節配管２５を接続し、水圧設定値と水圧計２３の測定値の偏差を演算処理して水圧調節弁２４の制御指令とする水圧制御装置２６により、水圧調節弁２４の開度を制御し供給水圧を一定に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３９８５０号公報
【特許文献２】特開平８−１５９０７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２１１４７６号公報
【特許文献４】特開２００５−８３３６７号公報
【特許文献５】特開２００６−１７００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来の加硫装置の水位制御方法では、次のような問題があった。
【００１２】
従来の水位制御方法では、水位目標値と測定値の偏差により水位調節弁２１の開度を制御して、加硫筒２内の水位を一定にするが、冷却水ポンプ１４は、水位設定、蒸気圧力などに関わらず商用回転数で常時回転していることで、エネルギーの無駄が生じている。
【００１３】
また、冷却水の流量を制御する水位調節弁２１と、供給水圧を調節する水圧調節弁２４が、定期的に交換・修理や調整をする保守を必要とする。
【００１４】
さらに従来制御では、蒸気投入時の加硫筒２内の圧力急変時にＰＩＤ制御が間に合わず、急激な水位低下が発生し、ゴム被覆が発泡する虞がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率の良い冷却水ポンプの運転が可能となり、水位調節弁や圧力調節弁の保守を不要とすることができ、かつ、蒸気投入時などの加硫筒内圧力変動に対しても、水位を安定して制御できる加硫装置の水位制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために創案された本発明は、ゴム被覆を施した線状体を加硫筒内の上部に形成した蒸気層を通して加硫させた後、前記加硫筒内の下部に形成した冷却水層を通して冷却する加硫装置の加硫筒内の水位を制御するに際し、前記加硫筒に、前記冷却水層に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプを接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプを周波数可変装置で駆動し、前記加硫筒に、前記冷却水層の冷却水を排水する排水槽を接続し、前記周波数可変装置の周波数を制御して、前記加硫筒内の前記冷却水層の水位を制御する加硫装置の水位制御方法である。
【００１７】
前記加硫筒の前記蒸気層に加圧蒸気を投入して前記線状体を加硫させると共に、その加圧蒸気投入時の前記冷却水層の水位変動を水位計で検出し、前記冷却水層の水位が目標水位となるように前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置を備えると良い。
【００１８】
前記水位制御装置は、比例帯値及び積分時間の設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータを備え、前記偏差に応じて前記ＰＩＤパラメータを選択し、選択した前記ＰＩＤパラメータを用いて前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御すると良い。
【００１９】
前記加硫筒上端に接続した押出機でゴム被覆を施した前記線状体を前記加硫筒内に導入し、その線状体を前記加硫筒内の前記蒸気層を通し、前記蒸気層に投入した前記加圧蒸気で加硫した後、前記目標水位に制御した前記冷却水層を通し、前記ゴム被覆の加硫後の発泡を抑制すると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、エネルギー効率の良い冷却水ポンプの運転が可能となり、水位調節弁や圧力調節弁の保守を不要とすることができ、かつ、蒸気投入時などの加硫筒内圧力変動に対しても、水位を安定して制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加硫装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る水位制御装置の構成を示す模式図である。
【図３】従来の加硫装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施の形態について図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る水位制御方法を実施する加硫装置の構成を示す模式図である。この加硫装置１０は、従来の加硫装置３０と基本構成が同一であるので、同一の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態に係る加硫装置１０は、能力可変冷却水ポンプ２７と、能力可変冷却水ポンプ２７を駆動させる周波数可変装置２８と、を備え、冷却水槽１３、能力可変冷却水ポンプ２７、および加硫筒２を給水配管２０で順次接続して構成される。この加硫装置１０は、周波数可変装置２８の周波数を制御して、能力可変冷却水ポンプ２７を駆動させ、冷却水の供給量を調節し、冷却水層４の水位を制御するものである。本発明では、能力可変冷却水ポンプ２７、周波数可変装置２８を特に限定するものではなく、公知のものを使用可能である。
【００２５】
また、この加硫装置１０は、水位計１９が検知した水位と目標水位との偏差から、冷却水層４の水位が目標水位となるように、周波数可変装置２８の周波数を制御して、冷却水の供給量を調節する水位制御装置２９を備える。本実施の形態では、冷却水層４の２点の圧力差から冷却水層４の水位を割り出すことが可能な液面調整計７００ＣＸ（株式会社日立製作所製）を水位制御装置２９および水位計１９として用いることができ、この他にも、公知の水位制御装置を使用することができる。
【００２６】
これら能力可変冷却水ポンプ２７、周波数可変装置２８、水位制御装置２９は、以下のようにして冷却水層４の水位を目標水位に制御する。
【００２７】
周波数可変装置２８は、能力可変冷却水ポンプ２７のモータに出力周波数が可変の交流電源を供給してモータの回転数を制御することで、能力可変冷却水ポンプ２７の冷却水の供給量を制御する。
【００２８】
水位制御装置２９は、水位計１９の検出値に応じて、周波数可変装置２８で能力可変冷却水ポンプ２７への出力周波数（回転数）をＰＩＤ制御して、冷却水層４の水位を目標水位で一定に保つ。
【００２９】
このように、水位制御装置２９は水位計１９が検出した水位と目標水位との偏差から、冷却水層４の水位が目標水位となるように、周波数可変装置２８の周波数（周波数可変装置２８から能力可変冷却水ポンプ２７への出力周波数）をＰＩＤ制御する。
【００３０】
さて、このような加硫装置１０を用いて、線状体１に施したゴム被覆を加硫する際には、蒸気ボイラ７から高圧の加圧蒸気が蒸気層３に投入される。この加圧蒸気の投入時には、加硫筒２内の圧力が急変するに伴い、冷却水層４の水位が大幅に低下する。
【００３１】
このとき、冷却水層４の水位が目標水位よりも低下すると、ゴム被覆の冷却のための区間が短くなり、加硫後のゴム被覆が発泡する虞がある。また、冷却水層４の水位が変動すると、加硫のための区間が変動するため、ゴム被覆の強度がばらつき、品質が低下する虞がある。
【００３２】
そこで本実施の形態に係る水位制御装置２９は、図２に示すように、設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を備え、水位計１９が検知した水位と目標水位との偏差に応じてＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を選択し、その選択したＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を用いて演算処理を行い、周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御して冷却水の供給量を調節し、冷却水層４の水位を目標水位に制御するように構成される。
【００３３】
これら複数の（ここでは２つの）ＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２は、比例帯値および積分時間が互いに異なる設定値とされる。比例帯値および積分時間の設定値は、予め、加硫装置１０の試験運転により求めた値に設定される。
【００３４】
より具体的には、水位の偏差が大きい場合には、比例帯値を小さくすると共に、積分時間を短くしたＰＩＤパラメータｐ１を設定する。また、水位の偏差が小さい場合には、比例帯値を大きくすると共に、積分時間を長くしたＰＩＤパラメータｐ２を設定する。
【００３５】
つまり水位制御装置２９は、水位の偏差が大きい場合には、比例動作を行う範囲となる比例帯値を小さくして、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行う範囲を広げ、より速やかに目標水位に近づける制御を行うと共に、積分時間を短くして、偏差を短時間で小さくする制御を行う。また、水位の偏差が小さい場合には、比例帯値を大きくして滑らかな制御を行うと共に、積分時間を長くして緩やかに偏差を小さくする制御を行う。
【００３６】
なお本発明では、これら比例帯値および積分時間に加え、微分時間の設定値を変更したＰＩＤパラメータを用いることもできる。ただし微分時間は、外乱による水位の変動を抑制する方向にも、目標水位への収束を妨げる方向にも作用し、例えば微分時間を長くした場合、外乱による水位変動を大きく抑制できる一方で、目標水位への収束を妨げて発散させる虞がある。このように、微分時間の変更はＰＩＤ制御の不安定化を招く虞があることから、本実施の形態では比例帯値および積分時間の設定値を変更するようにした。
【００３７】
水位制御装置２９は、このように設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を、冷却水層４の水位の偏差の大小に応じて自動で選択する。本実施の形態に係る水位制御装置２９では、水位の偏差が５％未満であるとき、比例帯値を大きく、積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択してＰＩＤ制御を行う。また、水位の偏差が５％以上であるときには、比例帯値を小さく、積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択してＰＩＤ制御を行う。ただし本発明では、加硫装置１０の構成、加硫筒２の容量、能力可変冷却水ポンプ２７の能力などにより、ＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を切換える水位の偏差の値を適宜変更することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る水位制御方法について、線状体１のゴム被覆・加硫・冷却工程と共に以下に説明する。
【００３９】
まず、加硫装置１０を起動して、加硫筒２内に冷却水を供給して冷却水層４を形成する。なお、加硫筒２に冷却水を導入している間は、排水調節弁１８は基本的に開放状態にする。
【００４０】
加硫筒２に冷却水を供給するとき、冷却水層４の水位は急速に上昇していくので、目標とする水位をはるかに超えたものとなってしまい、目標水位との偏差が５％以上に大きくなる。
【００４１】
この際、加硫装置１０の水位制御装置２９は、比例帯値を小さく且つ積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ１を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水の供給量を調節して目標水位との偏差を速やかに減少させる。
【００４２】
目標水位との偏差が減少していき、徐々に目標とする水位の周辺（ここでは５％未満の偏差）となったときに、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ２を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水層４の水位の安定化を図る。
【００４３】
次に、押出機５のクロスヘッド６にて芯線１ａにゴム被覆を施して線状体１とし、その線状体１をクロスヘッド６から加硫筒２に導入して加硫するために、蒸気ボイラ７から加圧蒸気を加硫筒２内に投入して蒸気層３を形成する。加圧蒸気投入時には、加硫筒２内の圧力は大気圧から蒸気圧に変化するため、加硫筒２内の圧力が急激に高くなり、冷却水層４の水位低下が起こる。
【００４４】
このとき、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を用いてＰＩＤ制御を行っているので、水位低下にＰＩＤ制御が間に合わず、水位の偏差が５％以上となる。
【００４５】
この際、水位制御装置２９は、比例帯値を小さく且つ積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択し、冷却水の供給量を調節して目標水位との偏差を速やかに減少させる。
【００４６】
目標水位との偏差が減少していき、偏差が５％未満となったときに、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ２を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水層４の水位の安定化を図る。
【００４７】
このような動作を繰り返すことで、加硫筒２内の冷却水層４の水位を安定化し、加硫後の線状体１の冷却区間を一定とすることができる。
【００４８】
冷却水層４を走行して十分に冷却された線状体１は、加硫筒２の下端に接続されたウォータシール１５から引取られ、図示しない巻取りドラムに巻取られる。この線状体１は、目標水位に制御された冷却水層４によって冷却されているので、ゴム被覆の発泡と強度のばらつきとが抑制され、品質の良いゴム被覆を有するものとなる。
【００４９】
以上要するに、本発明の加硫装置１０の水位制御方法では、周波数可変装置２８により駆動される能力可変冷却水ポンプ２７で冷却水を供給するように加硫装置１０を構成し、周波数可変装置２８の周波数を制御して冷却水の供給量を調節するようにしている。
【００５０】
これにより、従来の水位制御方法のように冷却水ポンプを常時商用回転数で回転させておく必要が無くなり、冷却水ポンプの運転に係るエネルギー効率を向上させることができる。また、冷却水の供給量の調節に用いていた水位調節弁２１および水圧調節弁２４が不要となるため、これら調節弁２１，２４を定期的に交換・修理や調整をするための保守を不要とすることができる。
【００５１】
また、周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置２９に、設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を備え、冷却水層４の水位の偏差に応じてＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を選択して周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御することにより、加圧蒸気投入時などの冷却水層４の水位が急変するような場合においても、目標水位との偏差を速やかに減少させ、冷却水層４の水位の安定化を図ることができる。
【００５２】
さらに、ゴム被覆を施した線状体１を加圧蒸気で加硫し、その線状体１を、目標水位に制御した冷却水層４で冷却するため、加硫後のゴム被覆を十分に冷却でき、ゴム被覆の発泡と品質低下を効果的に抑制することができる。
【００５３】
本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更が可能である。
【００５４】
例えば、蒸気投入時など、特に水位低下の大きい場合には、周波数可変装置２８への指令値に定数を加算し、能力可変冷却水ポンプ２７の冷却水の供給量を強制的に上昇させることで、水位低下の補正を行うように水位制御装置２９を構成しても良い。
【００５５】
また、上記実施の形態では、カテナリ型の連続加硫装置について説明したが、本発明は竪型連続加硫機（ＶＣＶ（Vertical Continuous Vulcanization）機）への展開が可能である。さらに、ポリエチレンなどの材料についての架橋ラインについても展開が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 線状体
２ 加硫筒
３ 蒸気層
４ 冷却水層
１０ 加硫装置
１７ 排水槽
２７ 能力可変冷却水ポンプ
２８ 周波数可変装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム被覆ケーブルを加硫装置で加硫した後に、冷却水で冷却する際の水位制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加硫装置における水位制御方法を図３を用いて説明する。
【０００３】
図３に示す加硫装置３０はカテナリ型の連続加硫機であり、例えば、ゴム被覆ケーブルを製造する上で、導体（芯線）１ａにゴムを押出し被覆したケーブル（線状体）１を、加硫筒２内の上部に形成した蒸気層３を通して加硫し、そのケーブルを加硫筒２内の下部に形成した冷却水層４を走行させて冷却し、加硫筒２からケーブルを引取るという工程を連続的に行う装置である。
【０００４】
被覆・加硫工程では、加硫筒２の上端に接続した押出機５のクロスヘッド６で導体１ａをゴム被覆し、次に、蒸気ボイラ７から投入された加圧蒸気（蒸気層３）を通してケーブル１のゴム被覆を加硫する。蒸気ボイラ７から加硫筒２への蒸気を通す蒸気配管８には、蒸気圧調節弁９と圧力計１１とが順次設けられ、蒸気層３の圧力が所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ程度）となるように、圧力計１１で計測した計測値に基づき、圧力制御装置１２が蒸気圧調節弁９の開度を調節する。
【０００５】
続く加圧冷却工程では、冷却水槽１３より冷却水ポンプ１４でウォータシール１５（加硫筒２の下端のケーブル出口において、ケーブル１が走行可能なように加硫筒２内の加圧水をシールするもの）の上部に冷却水を供給して、加硫筒２内の下部に冷却水層４を形成し、加硫後のゴム被覆を冷却する。冷却水層４に供給された冷却水は、加硫筒２に接続された排水配管１６を介して排水槽１７に排水される。排水槽１７への排水量は、排水配管１６に設けられた排水調節弁１８の開度により調節される（なお、加圧冷却工程においては排水調節弁１８は開放状態とされる）。
【０００６】
加硫後には、ゴム被覆の発泡を防ぐために一定の冷却区間を要するため、冷却水層４の水位を目標水位に制御するための水位制御が必要となる。このため、加硫筒２には冷却水層４の水位を計測するための水位計１９を設け、その水位計１９の計測値に基づいて冷却水の供給量を調節することが行われる。
【０００７】
従来、加硫筒２内の冷却水層４の水位制御は、冷却水ポンプ１４からの冷却水を通す給水配管２０に水位調節弁２１を設け、目標水位の設定値と水位計１９の測定値との偏差を演算処理して水位調節弁２１の制御指令とする水位制御装置２２により、水位調節弁２１の開度をＰＩＤ制御して、水位を制御している。
【０００８】
また従来では、商用回転数で常時回転している冷却水ポンプ１４を用い、冷却水槽１３から圧送された冷却水を、水位調節弁２１の開度によって流量制御し、冷却水層４の水位を制御している。つまり、従来の水位制御方法を行う加硫装置３０では、冷却水ポンプ１４は、水位の設定値、蒸気の圧力などに関わらず一定速度で回転している。
【０００９】
さらに、上記した水位制御の安定を目的に、水位調節弁２１入口（上流側）での冷却水の供給水圧を安定させるために、水位調節弁２１の上流側に水圧計２３を設け、その水圧計２３の上流側に水圧調節弁２４を有する水圧調節配管２５を接続し、水圧設定値と水圧計２３の測定値の偏差を演算処理して水圧調節弁２４の制御指令とする水圧制御装置２６により、水圧調節弁２４の開度を制御し供給水圧を一定に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３９８５０号公報
【特許文献２】特開平８−１５９０７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２１１４７６号公報
【特許文献４】特開２００５−８３３６７号公報
【特許文献５】特開２００６−１７００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来の加硫装置の水位制御方法では、次のような問題があった。
【００１２】
従来の水位制御方法では、水位目標値と測定値の偏差により水位調節弁２１の開度を制御して、加硫筒２内の水位を一定にするが、冷却水ポンプ１４は、水位設定、蒸気圧力などに関わらず商用回転数で常時回転していることで、エネルギーの無駄が生じている。
【００１３】
また、冷却水の流量を制御する水位調節弁２１と、供給水圧を調節する水圧調節弁２４が、定期的に交換・修理や調整をする保守を必要とする。
【００１４】
さらに従来制御では、蒸気投入時の加硫筒２内の圧力急変時にＰＩＤ制御が間に合わず、急激な水位低下が発生し、ゴム被覆が発泡する虞がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率の良い冷却水ポンプの運転が可能となり、水位調節弁や圧力調節弁の保守を不要とすることができ、かつ、蒸気投入時などの加硫筒内圧力変動に対しても、水位を安定して制御できる加硫装置の水位制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために創案された本発明は、ゴム被覆を施した線状体を加硫筒内の上部に形成した蒸気層を通して加硫させた後、前記加硫筒内の下部に形成した冷却水層を通して冷却する加硫装置の加硫筒内の水位を制御するに際し、前記加硫筒に、前記冷却水層に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプを接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプを周波数可変装置で駆動し、前記加硫筒に、前記冷却水層の冷却水を排水する排水槽を接続し、前記周波数可変装置の周波数を制御して、前記加硫筒内の前記冷却水層の水位を制御する加硫装置の水位制御方法である。
【００１７】
前記加硫筒の前記蒸気層に加圧蒸気を投入して前記線状体を加硫させると共に、その加圧蒸気投入時の前記冷却水層の水位変動を水位計で検出し、前記冷却水層の水位が目標水位となるように前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置を備えると良い。
【００１８】
前記水位制御装置は、比例帯値及び積分時間の設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータを備え、前記偏差に応じて前記ＰＩＤパラメータを選択し、選択した前記ＰＩＤパラメータを用いて前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御すると良い。
【００１９】
前記加硫筒上端に接続した押出機でゴム被覆を施した前記線状体を前記加硫筒内に導入し、その線状体を前記加硫筒内の前記蒸気層を通し、前記蒸気層に投入した前記加圧蒸気で加硫した後、前記目標水位に制御した前記冷却水層を通し、前記ゴム被覆の加硫後の発泡を抑制すると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、エネルギー効率の良い冷却水ポンプの運転が可能となり、水位調節弁や圧力調節弁の保守を不要とすることができ、かつ、蒸気投入時などの加硫筒内圧力変動に対しても、水位を安定して制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加硫装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る水位制御装置の構成を示す模式図である。
【図３】従来の加硫装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施の形態について図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る水位制御方法を実施する加硫装置の構成を示す模式図である。この加硫装置１０は、従来の加硫装置３０と基本構成が同一であるので、同一の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態に係る加硫装置１０は、能力可変冷却水ポンプ２７と、能力可変冷却水ポンプ２７を駆動させる周波数可変装置２８と、を備え、冷却水槽１３、能力可変冷却水ポンプ２７、および加硫筒２を給水配管２０で順次接続して構成される。この加硫装置１０は、周波数可変装置２８の周波数を制御して、能力可変冷却水ポンプ２７を駆動させ、冷却水の供給量を調節し、冷却水層４の水位を制御するものである。本発明では、能力可変冷却水ポンプ２７、周波数可変装置２８を特に限定するものではなく、公知のものを使用可能である。
【００２５】
また、この加硫装置１０は、水位計１９が検知した水位と目標水位との偏差から、冷却水層４の水位が目標水位となるように、周波数可変装置２８の周波数を制御して、冷却水の供給量を調節する水位制御装置２９を備える。本実施の形態では、冷却水層４の２点の圧力差から冷却水層４の水位を割り出すことが可能な液面調整計７００ＣＸ（株式会社日立製作所製）を水位制御装置２９および水位計１９として用いることができ、この他にも、公知の水位制御装置を使用することができる。
【００２６】
これら能力可変冷却水ポンプ２７、周波数可変装置２８、水位制御装置２９は、以下のようにして冷却水層４の水位を目標水位に制御する。
【００２７】
周波数可変装置２８は、能力可変冷却水ポンプ２７のモータに出力周波数が可変の交流電源を供給してモータの回転数を制御することで、能力可変冷却水ポンプ２７の冷却水の供給量を制御する。
【００２８】
水位制御装置２９は、水位計１９の検出値に応じて、周波数可変装置２８で能力可変冷却水ポンプ２７への出力周波数（回転数）をＰＩＤ制御して、冷却水層４の水位を目標水位で一定に保つ。
【００２９】
このように、水位制御装置２９は水位計１９が検出した水位と目標水位との偏差から、冷却水層４の水位が目標水位となるように、周波数可変装置２８の周波数（周波数可変装置２８から能力可変冷却水ポンプ２７への出力周波数）をＰＩＤ制御する。
【００３０】
さて、このような加硫装置１０を用いて、線状体１に施したゴム被覆を加硫する際には、蒸気ボイラ７から高圧の加圧蒸気が蒸気層３に投入される。この加圧蒸気の投入時には、加硫筒２内の圧力が急変するに伴い、冷却水層４の水位が大幅に低下する。
【００３１】
このとき、冷却水層４の水位が目標水位よりも低下すると、ゴム被覆の冷却のための区間が短くなり、加硫後のゴム被覆が発泡する虞がある。また、冷却水層４の水位が変動すると、加硫のための区間が変動するため、ゴム被覆の強度がばらつき、品質が低下する虞がある。
【００３２】
そこで本実施の形態に係る水位制御装置２９は、図２に示すように、設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を備え、水位計１９が検知した水位と目標水位との偏差に応じてＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を選択し、その選択したＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を用いて演算処理を行い、周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御して冷却水の供給量を調節し、冷却水層４の水位を目標水位に制御するように構成される。
【００３３】
これら複数の（ここでは２つの）ＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２は、比例帯値および積分時間が互いに異なる設定値とされる。比例帯値および積分時間の設定値は、予め、加硫装置１０の試験運転により求めた値に設定される。
【００３４】
より具体的には、水位の偏差が大きい場合には、比例帯値を小さくすると共に、積分時間を短くしたＰＩＤパラメータｐ１を設定する。また、水位の偏差が小さい場合には、比例帯値を大きくすると共に、積分時間を長くしたＰＩＤパラメータｐ２を設定する。
【００３５】
つまり水位制御装置２９は、水位の偏差が大きい場合には、比例動作を行う範囲となる比例帯値を小さくして、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行う範囲を広げ、より速やかに目標水位に近づける制御を行うと共に、積分時間を短くして、偏差を短時間で小さくする制御を行う。また、水位の偏差が小さい場合には、比例帯値を大きくして滑らかな制御を行うと共に、積分時間を長くして緩やかに偏差を小さくする制御を行う。
【００３６】
なお本発明では、これら比例帯値および積分時間に加え、微分時間の設定値を変更したＰＩＤパラメータを用いることもできる。ただし微分時間は、外乱による水位の変動を抑制する方向にも、目標水位への収束を妨げる方向にも作用し、例えば微分時間を長くした場合、外乱による水位変動を大きく抑制できる一方で、目標水位への収束を妨げて発散させる虞がある。このように、微分時間の変更はＰＩＤ制御の不安定化を招く虞があることから、本実施の形態では比例帯値および積分時間の設定値を変更するようにした。
【００３７】
水位制御装置２９は、このように設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を、冷却水層４の水位の偏差の大小に応じて自動で選択する。本実施の形態に係る水位制御装置２９では、水位の偏差が５％未満であるとき、比例帯値を大きく、積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択してＰＩＤ制御を行う。また、水位の偏差が５％以上であるときには、比例帯値を小さく、積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択してＰＩＤ制御を行う。ただし本発明では、加硫装置１０の構成、加硫筒２の容量、能力可変冷却水ポンプ２７の能力などにより、ＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を切換える水位の偏差の値を適宜変更することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る水位制御方法について、線状体１のゴム被覆・加硫・冷却工程と共に以下に説明する。
【００３９】
まず、加硫装置１０を起動して、加硫筒２内に冷却水を供給して冷却水層４を形成する。なお、加硫筒２に冷却水を導入している間は、排水調節弁１８は基本的に開放状態にする。
【００４０】
加硫筒２に冷却水を供給するとき、冷却水層４の水位は急速に上昇していくので、目標とする水位をはるかに超えたものとなってしまい、目標水位との偏差が５％以上に大きくなる。
【００４１】
この際、加硫装置１０の水位制御装置２９は、比例帯値を小さく且つ積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ１を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水の供給量を調節して目標水位との偏差を速やかに減少させる。
【００４２】
目標水位との偏差が減少していき、徐々に目標とする水位の周辺（ここでは５％未満の偏差）となったときに、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ２を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水層４の水位の安定化を図る。
【００４３】
次に、押出機５のクロスヘッド６にて芯線１ａにゴム被覆を施して線状体１とし、その線状体１をクロスヘッド６から加硫筒２に導入して加硫するために、蒸気ボイラ７から加圧蒸気を加硫筒２内に投入して蒸気層３を形成する。加圧蒸気投入時には、加硫筒２内の圧力は大気圧から蒸気圧に変化するため、加硫筒２内の圧力が急激に高くなり、冷却水層４の水位低下が起こる。
【００４４】
このとき、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を用いてＰＩＤ制御を行っているので、水位低下にＰＩＤ制御が間に合わず、水位の偏差が５％以上となる。
【００４５】
この際、水位制御装置２９は、比例帯値を小さく且つ積分時間を短く設定したＰＩＤパラメータｐ１を選択し、冷却水の供給量を調節して目標水位との偏差を速やかに減少させる。
【００４６】
目標水位との偏差が減少していき、偏差が５％未満となったときに、水位制御装置２９は、比例帯値を大きく且つ積分時間を長く設定したＰＩＤパラメータｐ２を選択し、そのＰＩＤパラメータｐ２を用いて周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御し、冷却水層４の水位の安定化を図る。
【００４７】
このような動作を繰り返すことで、加硫筒２内の冷却水層４の水位を安定化し、加硫後の線状体１の冷却区間を一定とすることができる。
【００４８】
冷却水層４を走行して十分に冷却された線状体１は、加硫筒２の下端に接続されたウォータシール１５から引取られ、図示しない巻取りドラムに巻取られる。この線状体１は、目標水位に制御された冷却水層４によって冷却されているので、ゴム被覆の発泡と強度のばらつきとが抑制され、品質の良いゴム被覆を有するものとなる。
【００４９】
以上要するに、本発明の加硫装置１０の水位制御方法では、周波数可変装置２８により駆動される能力可変冷却水ポンプ２７で冷却水を供給するように加硫装置１０を構成し、周波数可変装置２８の周波数を制御して冷却水の供給量を調節するようにしている。
【００５０】
これにより、従来の水位制御方法のように冷却水ポンプを常時商用回転数で回転させておく必要が無くなり、冷却水ポンプの運転に係るエネルギー効率を向上させることができる。また、冷却水の供給量の調節に用いていた水位調節弁２１および水圧調節弁２４が不要となるため、これら調節弁２１，２４を定期的に交換・修理や調整をするための保守を不要とすることができる。
【００５１】
また、周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置２９に、設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を備え、冷却水層４の水位の偏差に応じてＰＩＤパラメータｐ１，ｐ２を選択して周波数可変装置２８の周波数をＰＩＤ制御することにより、加圧蒸気投入時などの冷却水層４の水位が急変するような場合においても、目標水位との偏差を速やかに減少させ、冷却水層４の水位の安定化を図ることができる。
【００５２】
さらに、ゴム被覆を施した線状体１を加圧蒸気で加硫し、その線状体１を、目標水位に制御した冷却水層４で冷却するため、加硫後のゴム被覆を十分に冷却でき、ゴム被覆の発泡と品質低下を効果的に抑制することができる。
【００５３】
本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更が可能である。
【００５４】
例えば、蒸気投入時など、特に水位低下の大きい場合には、周波数可変装置２８への指令値に定数を加算し、能力可変冷却水ポンプ２７の冷却水の供給量を強制的に上昇させることで、水位低下の補正を行うように水位制御装置２９を構成しても良い。
【００５５】
また、上記実施の形態では、カテナリ型の連続加硫装置について説明したが、本発明は竪型連続加硫機（ＶＣＶ（Vertical Continuous Vulcanization）機）への展開が可能である。さらに、ポリエチレンなどの材料についての架橋ラインについても展開が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 線状体
２ 加硫筒
３ 蒸気層
４ 冷却水層
１０ 加硫装置
１７ 排水槽
２７ 能力可変冷却水ポンプ
２８ 周波数可変装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム被覆を施した線状体を加硫筒内の上部に形成した蒸気層を通して加硫させた後、前記加硫筒内の下部に形成した冷却水層を通して冷却する加硫装置の加硫筒内の水位を制御するに際し、
前記加硫筒に、前記冷却水層に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプを接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプを周波数可変装置で駆動し、
前記加硫筒に、前記冷却水層の冷却水を排水する排水槽を接続し、
前記周波数可変装置の周波数を制御して、前記加硫筒内の前記冷却水層の水位を制御することを特徴とする加硫装置の水位制御方法。
【請求項２】
前記加硫筒の前記蒸気層に加圧蒸気を投入して前記線状体を加硫させると共に、
その加圧蒸気投入時の前記冷却水層の水位変動を水位計で検出し、前記冷却水層の水位が目標水位となるように前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置を備える請求項１記載の加硫装置の水位制御方法。
【請求項３】
前記水位制御装置は、比例帯値及び積分時間の設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータを備え、前記偏差に応じて前記ＰＩＤパラメータを選択し、選択した前記ＰＩＤパラメータを用いて前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する請求項２記載の加硫装置の水位制御方法。
【請求項４】
前記加硫筒上端に接続した押出機でゴム被覆を施した前記線状体を前記加硫筒内に導入し、
その線状体を前記加硫筒内の前記蒸気層を通し、前記蒸気層に投入した前記加圧蒸気で加硫した後、前記目標水位に制御した前記冷却水層を通し、前記ゴム被覆の加硫後の発泡を抑制する請求項２又は３記載の加硫装置の水位制御方法。
【請求項１】
ゴム被覆を施した線状体を加硫筒内の上部に形成した蒸気層を通して加硫させた後、前記加硫筒内の下部に形成した冷却水層を通して冷却する加硫装置の加硫筒内の水位を制御するに際し、
前記加硫筒に、前記冷却水層に冷却水を供給する能力可変冷却水ポンプを接続すると共に、その能力可変冷却水ポンプを周波数可変装置で駆動し、
前記加硫筒に、前記冷却水層の冷却水を排水する排水槽を接続し、
前記周波数可変装置の周波数を制御して、前記加硫筒内の前記冷却水層の水位を制御することを特徴とする加硫装置の水位制御方法。
【請求項２】
前記加硫筒の前記蒸気層に加圧蒸気を投入して前記線状体を加硫させると共に、
その加圧蒸気投入時の前記冷却水層の水位変動を水位計で検出し、前記冷却水層の水位が目標水位となるように前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する水位制御装置を備える請求項１記載の加硫装置の水位制御方法。
【請求項３】
前記水位制御装置は、比例帯値及び積分時間の設定値の異なる複数のＰＩＤパラメータを備え、前記偏差に応じて前記ＰＩＤパラメータを選択し、選択した前記ＰＩＤパラメータを用いて前記周波数可変装置の周波数をＰＩＤ制御する請求項２記載の加硫装置の水位制御方法。
【請求項４】
前記加硫筒上端に接続した押出機でゴム被覆を施した前記線状体を前記加硫筒内に導入し、
その線状体を前記加硫筒内の前記蒸気層を通し、前記蒸気層に投入した前記加圧蒸気で加硫した後、前記目標水位に制御した前記冷却水層を通し、前記ゴム被覆の加硫後の発泡を抑制する請求項２又は３記載の加硫装置の水位制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３２４５２（Ｐ２０１２−２３２４５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１５１０（Ｐ２０１１−１０１５１０）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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